Живые организмы существуют в постоянной и динамичной взаимосвязи с окружающей средой. Они получают от нее энергию и вещества, выполняют различные функции, приспосабливаются к изменениям окружающей среды и передают свои генетические характеристики потомству. Все это делает их открытыми системами.
Понятие открытых систем впервые было введено в науку в середине 20 века. В то время ученые старались создать единую теорию, объясняющую различные аспекты жизни на Земле. Они обратили внимание на то, что живые организмы функционируют, исходя из принципа обмена энергией и веществами с окружающей средой. Этот принцип стал основой для определения живых организмов как открытых систем.
Источником энергии для жизнедеятельности живых организмов являются солнечные лучи, которые фотосинтезирующие организмы способны преобразовывать в химическую энергию. Эта энергия затем используется для выполнения всех жизненных функций, начиная от роста и размножения, и заканчивая поддержанием температуры тела и движениями. При этом живые организмы потребляют вещества из окружающей среды, превращая их в нужные для жизни составляющие, и выводят отходы.
Особенность открытых систем состоит в том, что они взаимодействуют с окружающей средой в процессе обмена энергией и веществами. Это взаимодействие может быть как односторонним, когда от системы к окружающей среде передается лишь лишняя энергия или отходы, так и двусторонним, когда система получает от окружающей среды необходимые ресурсы. Например, растения поглощают из почвы минеральные вещества, вода и углекислый газ, чтобы проводить фотосинтез и выпускать в атмосферу кислород, который в свою очередь используют другие организмы для дыхания.
Кроме того, живые организмы способны реагировать на изменения в окружающей среде и адаптироваться к новым условиям. Например, при изменении температуры или концентрации веществ в окружающей среде они могут изменить свою активность или метаболические пути, чтобы выжить. Это свойство открытых систем называется саморегуляцией.
Важно отметить, что открытые системы включают в себя не только отдельные организмы, но и всю биосферу в целом. Живые организмы образуют сложные экологические системы, где каждый вид выполняет свою роль и взаимодействует с другими видами. Например, пчелы опыляют цветы, позволяя растениям размножаться, а черви и микроорганизмы разлагают органические отходы, обогащая почву. Эти взаимодействия поддерживают экологическое равновесие и сохраняют разнообразие жизни на Земле.
Таким образом, живые организмы называются открытыми системами, потому что они обмениваются энергией и веществами с окружающей средой, могут адаптироваться к изменчивым условиям и взаимодействуют друг с другом в рамках сложной экологической системы. Это свойство делает их особенными и отличает от неживой природы.