Biyolojik organizasyon

Biyolojik organizasyon, indirgemeci bir yaklaşım kullanarak yaşamı tanımlayan karmaşık biyolojik yapıların ve sistemlerin organizasyonudur.^[1] Aşağıda ayrıntıları verilen geleneksel hiyerarşi, atomlardan biyosferlere kadar uzanmaktadır. Bu şemanın daha yüksek seviyeleri genellikle ekolojik organizasyon kavramı veya hiyerarşik ekoloji alanı olarak adlandırılır.

Bir arı popülasyonu bir avcıya tepki olarak parıldar.

Hiyerarşideki her seviye, organizasyonel karmaşıklıkta bir artışı temsil eder ve her "nesne" öncelikle bir önceki seviyenin temel biriminden oluşur.^[2] Organizasyonun arkasındaki temel ilke belirme kavramıdır - hiyerarşik bir seviyede bulunan özellikler ve işlevler daha düşük seviyelerde mevcut değildir ve ilgisizdir.

Yaşamın biyolojik organizasyonu, başta tıp bilimleri olmak üzere birçok bilimsel araştırma alanı için temel bir öncüldür. Bu gerekli organizasyon derecesi olmadan, çeşitli fiziksel ve kimyasal olayların etkilerinin incelenmesini hastalıklara ve fizyolojiye (vücut işlevi) uygulamak çok daha zor ve muhtemelen imkansız olurdu. Örneğin, beyin belirli hücre türlerinden oluşmasaydı bilişsel ve davranışsal sinirbilim gibi alanlar var olamazdı ve hücresel düzeydeki bir değişikliğin tüm organizmayı etkileyebileceği bilinmeseydi farmakolojinin temel kavramları var olamazdı. Bu uygulamalar ekolojik düzeylere de uzanmaktadır. Örneğin, DDT'nin doğrudan böcek öldürücü etkisi hücre altı düzeyde gerçekleşir, ancak çoklu ekosistemler de dahil olmak üzere daha yüksek düzeyleri etkiler. Teorik olarak, bir atomdaki değişiklik tüm biyosferi değiştirebilir.

Seviyeler

Bu hiyerarşideki en basit birim oksijen gibi atomdur. İki veya daha fazla atom, dioksit gibi bir moleküldür. Birçok küçük molekül, fosfolipit gibi bir makromolekülü oluşturmak için kimyasal bir reaksiyonda birleşebilir. Birden fazla makromolekül, bir club hücresi gibi bir hücre oluşturur. Bir doku olarak birlikte işlev gören bir grup hücre, örneğin epitel dokusu. Farklı dokular akciğer gibi bir organı oluşturur. Organlar, solunum sistemi gibi bir organ sistemi oluşturmak için birlikte çalışır. Tüm organ sistemleri aslan gibi yaşayan bir organizmayı oluşturur. Bir bölgede birlikte yaşayan aynı organizma grubu, aslan sürüsü gibi bir popülasyondur. Birbirleriyle etkileşim halinde olan iki veya daha fazla popülasyon bir topluluk oluşturur, örneğin birbirleriyle etkileşim halinde olan aslan ve zebra popülasyonları. Sadece birbirleriyle değil, aynı zamanda fiziksel çevreyle de etkileşim halinde olan topluluklar, savan ekosistemi gibi bir ekosistemi kapsar. Tüm ekosistemler, Dünya üzerindeki yaşam alanı olan biyosferi oluşturur.

En alt seviyeden en üst seviyeye kadar basit standart biyolojik organizasyon şeması aşağıdaki gibidir:^[1]

Atomlardan daha küçük seviyeler için bkz. Atomaltı parçacık
Aselüler seviye ve Hücre öncesi seviye	Atomlar
	Molekül	Atom grupları
	Biyomoleküler kompleks	(Biyo)molekül grupları
Hücre altı seviye	Organel	Biyomoleküllerin fonksiyonel grupları, biyokimyasal reaksiyonlar ve etkileşimler
Hücresel seviye	Hücre	Tüm yaşamın temel birimi ve organellerin gruplandırılması
Süper hücresel seviye (Çok hücreli seviye)	Doku	İşlevsel hücre grupları
	Organ	Fonksiyonel doku grupları
	Organ sistemi	İşlevsel organ grupları
Ekolojik seviyeler	Organizma	Temel yaşam sistemi, en az bir hücre içeren alt düzey bileşenlerin işlevsel bir gruplaması
	Popülasyon	Aynı türden organizma grupları
	Toplum (veya biyosinoz)	Etkileşen popülasyonların türler arası grupları
	Ekosistem	Fiziksel (abiyotik) çevre ile bağlantılı olarak tüm biyolojik üst âlemlerden organizma grupları
	Biyom	Ekosistemlerin kıta ölçeğinde (iklimsel ve coğrafi olarak benzer iklim koşullarına sahip bitişik alanlar) gruplandırılması.
	Biyosfer veya ekosfer	Dünyadaki tüm yaşam veya tüm yaşam artı fiziksel (abiyotik) ortam^[3]
Biyosfer veya ekosferden daha büyük seviyeler için, Dünya'nın Evren'deki konumuna bakın.

Daha karmaşık şemalar çok daha fazla seviye içerir. Örneğin, bir molekül elementlerin bir gruplaması olarak görülebilir ve bir atom da atomaltı parçacıklara bölünebilir (bu seviyeler biyolojik organizasyonun kapsamı dışındadır). Her seviye kendi hiyerarşisine de ayrılabilir ve bu biyolojik nesnelerin belirli türleri kendi hiyerarşik şemasına sahip olabilir. Örneğin, genomlar genler hiyerarşisine bölünebilir.^[4]

Hiyerarşideki her seviye daha alt seviyeler tarafından tanımlanabilir. Örneğin, organizma atomik, moleküler, hücresel, histolojik (doku), organ ve organ sistemi seviyeleri de dahil olmak üzere bileşen seviyelerinin herhangi birinde tanımlanabilir. Dahası, hiyerarşinin her seviyesinde, yaşamın kontrolü için gerekli yeni işlevler ortaya çıkar. Bu yeni roller, daha düşük seviyedeki bileşenlerin yapabildiği işlevler değildir ve bu nedenle beliren özellikler olarak adlandırılır.

Her organizma aynı derecede olmasa da organize olmuştur.^[5] Eğer bir organizma ilk etapta dokulardan oluşmuyorsa, histolojik (doku) düzeyde organize olamaz.^[6]

Biyolojik organizasyonun belirişi

Biyolojik organizasyonun erken RNA dünyasında, RNA zincirlerinin Darwin tarafından tasarlandığı şekliyle doğal seçilimin işlemesi için gerekli temel koşulları ifade etmeye başladığı zaman ortaya çıktığı düşünülmektedir: kalıtsallık, tür çeşitliliği ve sınırlı kaynaklar için rekabet. Bir RNA çoğaltıcısının uygunluğu (kişi başına düşen artış oranı) muhtemelen içsel olan (nükleotit dizilimi tarafından belirlenen anlamında) uyarlanabilir kapasitelerin ve kaynakların mevcudiyetinin bir fonksiyonu olacaktır.^[7]^[8] Üç temel adaptif kapasite (1) orta derecede uygunlukla çoğalma kapasitesi (hem kalıtsallığa hem de tür çeşitliliğine yol açar); (2) çürümeyi önleme kapasitesi ve (3) kaynakları edinme ve işleme kapasitesi olabilir.^[7]^[8] Bu kapasiteler başlangıçta RNA replikatörlerinin katlanmış konfigürasyonları (bkz. "Ribozim") tarafından belirlenecek ve bu da onların bireysel nükleotit dizilerinde kodlanacaktır. Farklı RNA çoğaltıcıları arasındaki rekabetçi başarı, bu uyarlanabilir kapasitelerin göreceli değerlerine bağlı olacaktır. Daha sonra, daha yeni organizmalar arasında, biyolojik organizasyonun birbirini izleyen seviyelerindeki rekabet başarısı, muhtemelen geniş anlamda, bu adaptif kapasitelerin göreceli değerlerine bağlı olmaya devam etmiştir.

Temel bilgiler

Ampirik olarak, doğada gözlemlediğimiz (karmaşık) biyolojik sistemlerin büyük bir kısmı hiyerarşik yapı sergilemektedir. Teorik olarak, karmaşıklığın basitlikten evrimleşmek zorunda olduğu bir dünyada karmaşık sistemlerin hiyerarşik olmasını bekleyebilirdik. 1950'lerde gerçekleştirilen sistem hiyerarşileri analizi,^[9]^[10] 1980'lerden itibaren hiyerarşik ekoloji olarak adlandırılacak bir alanın ampirik temellerini atmıştır.^[11]^[12]^[13]^[14]^[15]

Teorik temeller termodinamik ile özetlenmektedir. Biyolojik sistemler fiziksel sistemler olarak modellendiğinde, en genel soyutlamasıyla, kendi kendine organize davranış sergileyen termodinamik açık sistemlerdir^[16] ve dağıtıcı yapılar arasındaki küme/alt küme ilişkileri bir hiyerarşi içinde karakterize edilebilir.

"Yaşamın hiyerarşik örgütlenmesinin" temellerini açıklamanın daha basit ve doğrudan bir yolu, Odum ve diğerleri tarafından "Simon'un hiyerarşi ilkesi" olarak tanıtıldı;^[17] Simon,^[18] hiyerarşinin "hiyerarşik yapıların istikrarlı olmasının basit bir nedeni olarak, çok çeşitli evrimsel süreçler yoluyla neredeyse kaçınılmaz olarak ortaya çıktığını" vurguladı.

Bu derin fikri motive etmek için hayali saatçilerle ilgili "benzetmesini" sundu.

Saatçilerin Kıssası

Bir zamanlar çok güzel saatler yapan Hora ve Tempus adında iki saatçi varmış. Atölyelerindeki telefonlar sık sık çalarmış; sürekli yeni müşteriler onları ararmış. Ancak, Hora zenginleşirken Tempus gittikçe fakirleşmiş. Sonunda Tempus dükkânını kaybetmiş. Bunun arkasındaki sebep neydi?

Saatlerin her biri yaklaşık 1000 parçadan oluşuyordu. Tempus'un yaptığı saatler öyle tasarlanmıştı ki kısmen monte edilmiş bir saati yere koymak zorunda kaldığında (örneğin telefona cevap vermek için), saat hemen parçalara ayrılıyor ve temel unsurlardan yeniden monte edilmesi gerekiyordu. Hora saatlerini, her biri yaklaşık on bileşenden oluşan alt montajları bir araya getirebilecek şekilde tasarlamıştı. Bu alt montajlardan on tanesi bir araya getirilerek daha büyük bir alt montaj oluşturulabiliyordu. Son olarak, daha büyük alt montajlardan on tanesi tüm saati oluşturuyordu. Her bir alt montaj parçalanmadan yere bırakılabiliyordu.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

Özel

^ ^a ^b Solomon, Berg & Martin 2002, ss. 9–10
^ Pavé 2006, s. 40
^ Huggett 1999
^ Pavé 2006, s. 39
^ Postlethwait & Hopson 2006, s. 7
^ Witzany, G (2014). "Biological Self-organization". International Journal of Signs and Semiotic Systems. 3 (2): 1-11. doi:10.4018/IJSSS.2014070101.
^ ^a ^b Bernstein, H; Byerly, HC; Hopf, FA; Michod, RA; Vemulapalli, GK (1983). "The Darwinian Dynamic". Quarterly Review of Biology. 58 (2): 185-207. doi:10.1086/413216. JSTOR 2828805.
^ ^a ^b Michod RE. (2000) Darwinian Dynamics: Evolutionary Transitions in Fitness and Individuality. Princeton University Press, Princeton, New Jersey 0691050112
^ Evans 1951
^ Evans 1956
^ Margalef 1975
^ O'Neill 1986
^ Wicken & Ulanowicz 1988
^ Pumain 2006
^ Jordan & Jørgensen 2012
^ Pokrovskii, Vladimir (2020). Thermodynamics of Complex Systems: Principles and applications (İngilizce). IOP Publishing, Bristol, UK.
^ Simon 1969, ss. 192–229
^ Simon's texts at DOI:10.1207/S15327809JLS1203_4, polaris.gseis.ucla.edu/pagre/simon 5 Temmuz 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. or johncarlosbaez/2011/08/29 transcriptions 31 Mayıs 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.

Genel

Evans, F. C. (1951), "Ecology and urban areal research", Scientific Monthly, 73
Evans, F. C. (1956), "Ecosystem as basic unit in ecology", Science, 123 (3208), ss. 1127-8, Bibcode:1956Sci...123.1127E, doi:10.1126/science.123.3208.1127, PMID 17793430
Huggett, R. J. (1999). "Ecosphere, biosphere, or Gaia? What to call the global ecosystem. ECOLOGICAL SOUNDING". Global Ecology and Biogeography. 8 (6): 425-431. doi:10.1046/j.1365-2699.1999.00158.x. ISSN 1466-822X.
Jordan, F.; Jørgensen, S. E. (2012), Models of the Ecological Hierarchy: From Molecules to the Ecosphere, ISBN 9780444593962
Margalef, R. (1975), "External factors and ecosystem stability", Schweizerische Zeitschrift für Hydrologie, cilt 37, ss. 102-117, doi:10.1007/BF02505181
O'Neill, R. V. (1986), A Hierarchical Concept of Ecosystems, ISBN 0691084378
Pavé, Alain (2006), "Biological and Ecological Systems Hierarchical organization", Pumain, D. (Ed.), Hierarchy in Natural and Social Sciences, New York, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-1-4020-4126-6
Postlethwait, John H.; Hopson, Janet L. (2006), Modern Biology, Holt, Rinehart and Winston, ISBN 0-03-065178-6
Pumain, D. (2006), Hierarchy in Natural and Social Sciences, ISBN 978-1-4020-4127-3
Simon, H. A. (1969), "The architecture of complexity", The Sciences of the Artificial, Cambridge, Massachusetts: MIT Press
Solomon, Eldra P.; Berg, Linda R.; Martin, Diana W. (2002), Biology (6. bas.), Brooks/Cole, ISBN 0-534-39175-3, LCCN 2001095366
Wicken, J. S.; Ulanowicz, R. E. (1988), "On quantifying hierarchical connections in ecology", Journal of Social and Biological Systems, 11 (3), ss. 369-377, doi:10.1016/0140-1750(88)90066-8

[Solomon_intro-1] Solomon, Berg & Martin 2002, ss. 9–10

[2] Pavé 2006, s. 40

[Huggett19992-3] Huggett 1999

[4] Pavé 2006, s. 39

[5] Postlethwait & Hopson 2006, s. 7

[6] Witzany, G (2014). "Biological Self-organization". International Journal of Signs and Semiotic Systems. 3 (2): 1-11. doi:10.4018/IJSSS.2014070101.

[Bernstein-7] Bernstein, H; Byerly, HC; Hopf, FA; Michod, RA; Vemulapalli, GK (1983). "The Darwinian Dynamic". Quarterly Review of Biology. 58 (2): 185-207. doi:10.1086/413216. JSTOR 2828805.

[Michod-8] Michod RE. (2000) Darwinian Dynamics: Evolutionary Transitions in Fitness and Individuality. Princeton University Press, Princeton, New Jersey 0691050112

[9] Evans 1951

[10] Evans 1956

[11] Margalef 1975

[12] O'Neill 1986

[13] Wicken & Ulanowicz 1988

[14] Pumain 2006

[15] Jordan & Jørgensen 2012

[16] Pokrovskii, Vladimir (2020). Thermodynamics of Complex Systems: Principles and applications (İngilizce). IOP Publishing, Bristol, UK.

[17] Simon 1969, ss. 192–229

[18] Simon's texts at DOI:10.1207/S15327809JLS1203_4, polaris.gseis.ucla.edu/pagre/simon 5 Temmuz 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. or johncarlosbaez/2011/08/29 transcriptions 31 Mayıs 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]