§16. Биологиядағы басқару жүйесі. «Басқару жүйесі» ұғымы
Бұл тақырыптың оқу мақсаты: биологиядағы басқару жүйесін сипаттау.
Адам ағзасында қандай мүшелер жүйесі «басқарумен» айналысады? Ағза қоршаған ортасыз өмір сүре ала ма? Басқа тірі ағзаларсыз тіршілік ете ала ма? Тірі ағзалар қандай белгілері бойынша бір түрге, популяцияға біріктіріледі?
Тақырыпты табысты меңгеру үшін 9-сыныпқа арналған оқулықтан 13-параграфты; 10-сыныптан 15-параграфты қайталау керек.
«Жүйе» түсінігі. Жүйелерді басқару немесе «басқару жүйесі». Грек тілінен аударғанда «жүйе» деген – бөлшектерден тұратын «тұтас» деген сөз. «Жүйе» түсінігінің кең таралған анықтамасының бірі – бұл бір-бірімен байланысты, тұтас белгілі бір бірлікті түзетін көптеген элементтер.
«Жүйе» деген сөзді қалай түсінеміз? Едәуір ұсақ бөлшектерден, құрылымдардан тұратын, өзара реттелген байланыста болатын, өзін сақтауға және белгілі бір мақсатқа жетуге, яғни нәтижелі болуға қабілетті қандай да бір мән.
Жасушадан немесе тіпті субжасушалы құрылымнан бастап, әрбір биологиялық нысан күрделі құрылымды жүйе болып табылатынын қалай түсінесіңдер?
Әрбір жүйенің басқару жүйесі болады. Басқару жүйесі дегеніміз не? Бұл басқарылатын нысан және оның жұмысын жақсарту, тиімділігін арттыру және т.б. мақсатында нысанды басқару құрылғысының жиынтығы. Шын мәнінде, басқару жүйесіне кем дегенде міндетті түрде үш құрамбөлік кіреді:
15-сурет. Тіршіліктің жаратылу деңгейі
1) мәліметтерді жинауға арналған құрал;
2) ақпаратты өңдеу (мәліметтерді) және команда құралы;
3) басқарушы сигналды немесе команданы қалыптастырушы құрылым (алынған мәліметтер негізінде қалыпты жұмыс кезінде).
Биологиялық нысандар – күрделі жүйелер. Ең микроскопиялық биологиялық жүйелердің мысалы ретінде субжасушалық нысандар қызметін қарастыруға болады. Мысалы, екі мембраналы органоидтер: митохондриялар мен хлоропластар.
Кез келген жүйе сияқты пластидтер мен митохондриялар «едәуір ұсақ ретті жүйелерден» тұрады. Олардың құрылымы әрқайсысының құрылысы да (кристалар, граналар мен ламелалар), биохимиялық ерекшеліктері де («нәруыз-каналдардың», қондырылған ферменттер мен пигменттердің болуы) айрықша екі мембранадан тұрады. Бұл кезде органоидтердің мембрана қатысында қызмет атқаруы мүмкін емес. Осы жүйенің міндетті құрамбөлігі олардың «ішкі ортасы» – хлоропласт стромасы немесе митохондрия матриксі. Оған қоса бұл сұйықтықтарда ферменттер ғана емес, басқа қажетті заттар – сақинатәрізді ДНҚ-сы, РНҚ-ның барлық түрі және ұсақ рибосомалары бар генетикалық аппараты да қалқып жүреді. Енді тек генетикалық аппаратты едәуір ұсақ ретті дербес жүйе ретінде қарастыруға болады.
Шын мәнінде, әрбір биологиялық нысан көптеген едәуір ұсақ ретті жүйелерден тұратын күрделі құрылымды жүйе болып табылады.
Тіршіліктің ең кіші құрылымдық және қызметтік бірлігі – жасуша (15-сурет). Атап айтқанда, жасуша – тірі ағзаларға тән барлық қасиеттерді: метаболизм, өсу, көбею, тұқымқуалаушылық пен өзгергіштік, өзін-өзі реттеу және гомеостазды көрсетуге қабілетті жүйе. Ядро эукариоттық жасуша тіршілігін басқаратын жүйеге жатады.
Жасушаүстілік жүйелерге жасушаларға қарағанда едәуір жоғары ретті жүйе болып табылатын ұлпалар мен мүшелер жатады. Олар жоғары сатыдағы өсімдіктер мен көпжасушалы ағзаларда пайда болады. Атқаратын қызметі бойынша мүшелер «мүшелер жүйесіне» біріктірілетінін білесіңдер. Мысалы, жануарлардағы жүрек-қантамырлары, тыныс алу, бөліп шығару және т.б. немесе өсімдіктердегі вегетативті және генеративті мүшелер жүйесі. Адам және жоғары сатыдағы жануарлар ағзасын басқаратын мүшелер жүйесіне жүйке және эндокриндік жүйе жатады.
Құрылымдық деңгейі бойынша биологиялық жүйеге тұтас ағза немесе дара, яғни бір тіршілік иесі жатады. Тек біржасушалыларда (бактериялар, қарапайымдар, ашытқылар, хлореллалар және т.б.) жасушалық және ағзалық деңгей сәйкес келеді.
Келесі ағзаүстілік биологиялық жүйе – популяция. Ол бір түр ағзалары ұзақ уақыт бойы бір аумақта тіршілік еткен кезде пайда болады. Бір популяция ағзалары өзара еркін будандасады. Популяция өзін-өзі реттейтін жүйе болып табылады. Өзін-өзі реттеу популяция тұрақтылығын (саны, жыныстық және жастық құрамы, тіршілік ету аймағы) немесе дамуын (жаңа түрдің қалыптасуы немесе жаңа жерге орналасу) қамтамасыз етеді. Егер популяцияда түрлі жыныс немесе жастағы даралар саны пропорционал өзгермесе, популяция жойылады, орын ауыстырады немесе басқа популяциямен бірігеді.
Ағзалардың бір түріне жататын әртүрлі популяция даралары арасында будандасу жүруі мүмкін. Мысалы, көрші аумақта мекендейтін қасқырлар популяциясындағы даралар арасында шағылысу жүруі ықтимал. Популяциялық деңгейде қарапайым эволюциялық үдерістер жүреді, өзгерістер мен жаңа түрлер пайда болады.
Белгілі бір аумақта, белгілі бір жағдайда тіршілік ететін әртүрлі ағзалардың түрлері мен популяциялары экожүйелер немесе биогеоценоздар түзеді. Бұл түрастылық жүйеге бірлестік – фитоценоздар мен зооценоздар түзіп, өсімдіктер, жануарлар, саңырауқұлақтар мен микроағзалардың алуан түрлері және сол жердің литосферасы, гидросферасы және атмосферасы жатады. Барлық тірі ағзалар қоршаған ортамен өзара байланыста болады. Яғни тіршілік әрекетіне қажет заттар мен энергияны пайдаланып, қоршаған ортаға алмасу өнімдерін бөліп шығаратынын есте сақтау қажет. Сондықтан экожүйе қызметінің негізгі көрсеткіші – жанды және жансыз табиғат арасында заттар мен энергияны қайта бөлу үдерістері болып табылады. Өзін-өзі реттеу «басқару» негізі бола отырып, тұрақтылық пен экожүйені қамтамасыз етеді. Егер экожүйеде жыртқыштар мен шөпқоректілер, шөпқоректілер мен өсімдіктер, тірі құрамбөліктер мен абиотикалық ресурстар арақатынасы өзгеретін болса, экожүйе қайтадан бейімделуі (қандай да бір басқа экожүйеге айналуы) немесе жойылуы тиіс.
Биосфера – едәуір жоғары ретті биологиялық жүйе. Бұл ғаламшардағы барлық тірі ағзалар мен бүкіл биогеоценоз жиынтығы, «тірі қабықша» немесе тірі ағзалар тіршілік ететін Жер қабықшасы. Оған тірі ағзалардың тіршілік әрекетімен байланысты заттар айналымы мен энергияның түрленуі тән.
Биологиялық жүйелердің ашықтығы және өзін-өзі реттеуі. Кез келген биологиялық жүйенің барлық құрамбөлігі өзара және жансыз табиғатпен әрекеттесетіні түсінікті. Метаболизм болмаса, тіршілік иесі дамымайды, көбеймейді және өз құрылымын жоғары деңгейде сақтай алмас еді. Себебі жаңару (регенерация) мен көбею үшін қажет энергия және заттар болмаса тіршілікті сақтау мүмкін емес. Сондықтан кез келген биологиялық жүйе ашық болып табылады.
Сонымен қатар өзін сақтау үшін ағзалар қоршаған орта жағдайының өзгеруіне, жанды және жансыз табиғаттың алуан түрлі әсеріне үнемі бейімделуі тиіс. Тіршілік сақталатындықтан, демек, өзін-өзі реттеуге қабілетті. Ол биологиялық жүйеде жүзеге асуы үшін «басқару жүйесі» қызмет етуі тиіс. Олардың адам ағзасындағы жұмысына нақты мысалдар келесі параграфта қарастырылады.
Басқару жүйесі және жүйелер, түр, популяция, биогеоценоз, бірлестік, фитоценоздар, зооценоздар, экожүйе, биосфера.
Білу және түсіну:
1. «Жүйе» және «басқару жүйесі» дегенді қалай түсінесіңдер? Осы түсініктер арасындағы байланысты анықтаңдар.
2. «Басқару жүйесін» бөліп көрсету мүмкін емес биологиялық жүйелерді атаңдар. Себебін түсіндіріңдер.
Қолдану:
1. «Басқару жүйесін» жасуша және ағзамен салыстырыңдар. Оларға міндетті үш құрамбөлік кіре ме?
2. Барлық биологиялық жүйенің «ашық» болып табылу себептерін атаңдар.
Талдау:
1. Ағзалық немесе жасушалық және ағзаүстілік биологиялық жүйелердің басқару жүйелерін талдаңдар. «Ағзаүстілік биологиялық жүйелердің басқару жүйесін» жеке құрылымға бөліп көрсетуге бола ма?
2. Популяциялар мен түрлер «биологиялық жүйелер» ретінде ашық және өзін-өзі реттеуші болып табылатынына мысалдар (дүниежүзі және Қазақстандағы) келтіріп дәлелдеңдер.
Синтез:
1. Өсімдіктер мен саңырауқұлақтар патшалығының өкілдерінде қандай «басқару жүйесін» ұсынуға болатынын талқылаңдар.
2. Табиғатта өзін-өзі жүзеге асыруға қабілетті емес ағзаүстілік биологиялық жүйе сақталуы мүмкін бе? Балама дәйектер келтіріңдер немесе жағдаятқа мүмкіндік беретін гипотезалық жағдай моделін жасаңдар.
Бағалау:
1. Неліктен биологиялық нысанды «жүйе» деп атауға болатынын бағалаңдар. Кез келген биологиялық нысан жүйе болып табылады деп пайымдау дұрыс па?
2. Талқылаңдар. Әрбір биологиялық жүйенің өзінің «басқару жүйесі» болады ма? «Иә» және «Жоқ» деп жауап беріп, қарама-қарсы пікірлерге мысалдар келтіріп, дәйекпен дәлелдеңдер.