Времева организация и стабилност на биосистемите
ОРГАНИЗАЦИЯ И СТАБИЛНОСТ НА БИОСИСТЕМАТА
Възникването и еволюцията на живота на Земята е невъзможно без
координация на времевата организация на вътреклетъчните процеси и
процеси на по-високи йерархични нива с цялата йерархия
космогелиогеофизични ритми. Поддържане на устойчивостта на биосистемите
всяко ниво, разбирано като развитие, самоорганизация, оцеляване
поради прогресивно усложнение или обратно регресия и
специализация, поддържана чрез непрекъсната корекция
параметри на биоритмите, термодинамично адекватни на външната среда и нейните
промени, включително биоритмите на други околни биосистеми. ОТНОСНО
коеволюция на първичните биосистеми на прокариотната биосфера и външните
среда може да се съди по реликтните биоритми на съвременните бактерии. ритъм
удължаване при бактериите (добавяне на аминокиселини по време на протеиновия синтез на
рибозома) около 3 пъти по-бързо от еукариотите (включително
лице). Съответно, по-голяма скорост (по-малко периоди) на процесите
клетъчно делене и пр. Бактериите изобщо нямат циркаден ритъм.
Все по-бавните биоритми вече са присъщи на многоклетъчните организми,
биоценози и съвременната биосфера, която обаче включва
реликтови ритми. Интеграцията на прокариоти и еукариоти доведе до
ритми на координация (фиг. 1, 2).
Появата на живот на Земята, независимо дали е имало
донесе макромолекули със свойствата на ковариантна редупликация
отвън или са възникнали в резултат на химическата еволюция на елементарните
отворени каталитични системи (Rudenko, 1969), се оказа възможно с
комплекс от благоприятни физични и химични условия за образуване
колоидни асоциации на зол-гел структури. Да изплува от тях
протоклетки, беше необходимо да се специализират някои от тези структури във формата
липопротеинови мембрани и избор на ритми на фазовите зол-гел преходи върху
въз основа на съгласуването им с външните космохелиогеофизични ритми.
Избор на относително автономни, дължащи се на външната мембрана, асоциации
зол-гел структури отиде в посока на увеличаване на общите и полезни
енергийна мощност на основната реакция, осигуряваща
възпроизвеждане на тези асоциации и тяхната устойчивост на външни
влияния. Увеличаването на натрупването на външна енергия би могло
възникват както поради енергията на слънчевата радиация, така и поради енергията
химически трансформации в околната среда. Възможност за съхранение
енергия се дължи на свойствата на зол-гел структурите, подобни на
свойства на отрицателните кристали. Пример за такива свойства е
обезсоляване на морския лед при вече много слабо слънчево облъчване
Ориз. 1. Йерархия на нивата на интеграция на биосистемите. Вижте текста за обозначение
Ориз. 2. Времева организация на биосистемите, йерархия на биоритмите
Друго условие за поддържане на стабилност, еволюция и образование
„живи“ клетки беше тяхната временна организация. Вече първична клетка
трябва да има висока шумоустойчивост срещу случайни външни
ритми и към ритми, които нямат биологична сигнална стойност. На това
В същото време такава клетка трябва да е запазила висока чувствителност към
биологично значими външни ритми. Към един ритъм клетката трябва
беше да развият свръхчувствителност и да ги използват за
корекция на биологичния им часовник, за предварителна настройка (водеща
размисли по П.К. Анохин) и координация на жизнените процеси. ДА СЕ
към други външни ритми, клетката трябва да десенсибилизира и двете
намеса. Появата и консолидацията в еволюцията на различни клетки
кинетика и капацитет на вътреклетъчните калциеви депа и съотв
осигурени ритми на освобождаване и зависимо от енергията свързване на калций
селективна чувствителност на клетките към различни външни ритми.
Отклонение на концентрацията на калций в цитозола от 1 μM встрани
увеличаване или намаляване причини поради връзката му с цикличност
нуклеотиди и калций-свързващи протеини интегративни реакции
клетки, съответно с увеличаване на пластмасата и енергията
метаболизмът или неговото намаляване е адекватно на биологичното значение на фазите на ритмите
Хистерезисната зависимост на фазовите зол-гел преходи от
концентрацията на калций в цитозола беше основата за предварителна адаптация и
координиране на ритмите на зол-гел преходите с ритмите на външната среда чрез
избор на адекватни морфологични форми. Изборът на стабилни форми беше
въз основа на минимизиране на енергийните разходи (икономически критерий)
с дефицит на външна енергия и активно съхранение на външна енергия и
увеличаване на организацията и биомасата по време на периоди на достатъчно ресурси
(критерий за кинетично съвършенство и максимално използване
външна енергия). Адекватно на външната среда, редуването на тези
противоположните стратегии за поддържане на устойчивост е една от
отличителни белези на жива клетка, за разлика от простия колоиден
Може да се предположи, че широка гама от размери и
морфологични форми на асоциации на зол-гел структури на първите етапи
поява иеволюцията на живота позволи да се изолира от шума от трептене
трептения на зол-гел фазови преходи стабилни фрактални структури,
което съответстваше на фракталността на дискретната йерархия на ритмите
преходен гел. Биоритмите от ендогенна природа винаги са нелинейни
флуктуации с вариращ период поради наслагването на различни
преходни процеси, тъй като абсолютно стационарни състояния в
биосистеми не съществуват. Екзогенни, причинени от външни ритмични
от какви влияния биоритмите могат да имат фиксирана (постоянна)
период, но само по време на действието на външно влияние достатъчно
висока амплитуда, в противен случай бързо се отпускат. Средни периоди en-
прегенните биоритми съответстват на обичайните ритми на външната среда и
дисперсията на техните периоди отразява хомеостатичната сила на биосистемата и
способност за адаптиране. Например, за да настроите фазата на денонощието
ритъм на използване на биосистемата промени в степента на синхронизация
околочасови биоритми (Загускин, Гринченко, Бродски, 1991). Среден
стойностите на биоритмите в йерархията на техните периоди (фиг. 1) показват добро
съвпадение с основните космогелиогеофизични ритми,
регистрирани на повърхността на Земята: това е естествената честота
йоносферен вълновод, инфразвук и микропулсации на геомагнитното поле
Рс1, Рс2, 3, Рс5, различни ритми на пулсации и активност на Слънцето, цикли
Нидермюлер, Корти, Волф, Патерсън, Греби и Миланкович,
климатичните ритми и сезонния ритъм на галактическата година. Това обаче
съответствието не е твърдо, а в границите на хомеостатична сила, „люфт“,
допустими отклонения на периоди без загуба на устойчивост на биосистемата.
Естествена еволюционна класификация на биоритмите (фиг. 1) и
нива на интеграция на биосистемите (фиг. 2) е разработена от нас на базата на изследването
десетки биоритми на една единствена нервна клетка на рак, биоритми
на човешкия организъм и обобщение на литературни данни за биоритмите
биосистеми от други нива (Загускин, 1986, 2000). директно съвпадение
връзката на ритмите на функцията, енергията и биосинтезата направи възможно да се открие
калциево-енергийни механизми на вътреклетъчно конюгиране
процеси, които осигуряват клетъчни отговори на външни ритмични
въздействие (Загускин, 1981). Принципът на енергийната параметричност
регулиране на връзката между функционалните и структурните процеси се оказа
също полезен за обяснение на йерархията на дискретния спектър от периоди
биоритми на организма, биоценоза, биосфера.
Енергийна интеграция на хомогенни елементи в биосистеми
всяко ниво възниква поради фазови измествания на максимумите
консумация на енергия от тези елементи и осигурява преодоляване на
всяко ниво на първите кинетични граници на скоростта се увеличава
консумация на енергия. В този случай се формират първите междинни нива
биологична интеграция в еволюцията на биосферата: функционална
(хомогенни отделения на клетката - OCC, ансамбли от клетки; семейства, стада,
стада от организми, функционални системи от хомогенни биоценози -
FSB) и структурни (хомогенни клетъчни микроструктури - BMC, тъкани,
популации, биоми). Интегрирането на разнородни елементи позволява въз основа на
допълнителност за по-пълно използване на външната енергия. Това
позволява да се преодолеят вторите кинетични граници на увеличаване на скоростта
консумация на външна енергия и форма вторимеждинен
нива на биологична интеграция: функционални (разнообразни
клетъчни отделения - RSC, функционални системи на тялото - FSO,
функционални системи на хетерогенни организми - FSR,
функционални системи на разнородни биоценози – FSRB) и структурни
(разнообразни микроструктури на клетката - RMK, органи, консорциуми, екологични
климатични зони). Формиране на основните нива на интеграция – клетки
еукариоти, организми, биоценози - изисква интегриране на елементи с
различна кинетика и енергоемкост и преодоляване на конституционалната
ограничаване чрез увеличаване на използваната средна плътност на потока
енергия. Образуването на всеки нов междинен или основен
ниво в еволюцията на биосферата от едновидова биоценоза на прокариоцитите до
сегашното му състояние беше придружено от асимилация на по-бавно
ритми на външната среда и формирането на съответния интеграл