Sistemi biologici: Concetto, caratteristiche e classificazione

In termini generali, ogni sistema biologico implica la coesione tra le sue parti. Per sua natura, un sistema è una struttura materiale, con dimensioni determinate nello spazio e nel tempo, integrata da elementi disposti in modo particolare.

È importante sottolineare che gli elementi di qualsiasi sistema interagiscono tra loro. Qualcosa d’isolato non fa mai parte di un sistema. Il rapporto tra le parti è ciò che articola le caratteristiche dell’insieme, senza contraddirle.

Le parti che compongono un sistema non possono staccarsi completamente dalle qualità di quel sistema. Ovvero, hanno le caratteristiche di appartenere a un certo sistema.

Aspetti specifici di un sistema biologico

Nella stessa ottica, i sistemi biologici – a partire dall’identificazione del genoma umano – sono stati intesi come reti complesse di migliaia di percorsi interconnessi.

Sotto queste nuove considerazioni, i sistemi biologici sono visti e analizzati da più discipline, non solo da quelle legate alla biologia. Ora si usano anche l’informatica, la matematica, la fisica, tra le altre cose. Tutto questo per comprendere le proprietà emergenti di tali sistemi.

L’approccio riduzionista alla biologia del XX secolo ha lasciato il posto alla biologia dei sistemi o alla biologia integrativa del XXI secolo, che cerca la ricostruzione degli organismi in un vasto campo interdisciplinare.

Nuovi paradigmi nell’indagine dei sistemi biologici

Il paradigma della ricerca sui sistemi biologici, in un corpus di conoscenze molto più ampio, è indispensabile per comprendere le dimensioni in termini d’immagazzinamento, trasmissione e trasformazione delle informazioni biologiche.

Il nuovo approccio computazionale (esteso a tutte le discipline della conoscenza), permette di comprendere il genoma come informazione codificata dei fenotipi. Nasce così lo scopo della biologia integrativa, che consiste nel sapere come questi dati vengono modificati per generare le forme e le funzioni dei vari organismi.

Un approccio che punta alla micro scala

Le molecole sono strutture: il vero respiro della vita. Quando tali molecole sono organizzate correttamente, allora possono generare una cellula. E le cellule sono entità che hanno vita!

In questo ordine, in sistemi con più di una cella, le celle sono organizzate in catene sempre più complesse. Così si configurano i sistemi biologici, che sono sistemi naturali con una vita propria o che formano un essere vivente.

Questi sistemi sono costituiti da una complessa organizzazione di molecole che danno origine alla cellula, l’unità di base della vita. Inoltre, non solo hanno i loro meccanismi vitali. Inoltre, hanno la struttura necessaria per comunicare e unirsi con altre cellule, generando così un nuovo essere vivente e complesso.

I sistemi biologici sono stabili?

Nel caso in cui il sistema si rompa, le qualità sistemiche vengono distrutte; ma, le qualità dei suoi elementi vengono preservate. Inoltre, ci sono aspetti che tendono a rompere la stabilità di un sistema. Per esempio:

  • Quando un uomo si ammala, si potrebbe dire che si verifica un cambiamento nella funzione sistemica del corpo umano. Ciò accade spesso a causa di un agente esterno che disturba il sistema: virus, batteri, incidenti, cambiamenti climatici, ecc.
  • I sistemi biologici complessi si distinguono anche perché hanno cicli misurabili. Sono sistemi che invecchiano. Essi tendono inevitabilmente a morire.
  • Sono sistemi che sono influenzati dalla necessità di ottenere input. Verbigram, cibo e ossigeno. Se non hanno questi elementi, soffrono di un problema.

In breve, i sistemi biologici formano una rete attiva che è interconnessa, profondamente interdipendente, ripetitiva e pleiotropica. Se un elemento del sistema viene alterato, tutto ne risente.

Caratteristiche dei sistemi biologici

I sistemi biologici sono definiti da proprietà e fattori diversità, complessità, organizzazione, leggi proprie, livelli e dimensioni – che li rendono estremamente differenziati e inconfondibili rispetto ad altri sistemi fisici complessi non viventi. Alcune delle qualità più note di questi sistemi sono le seguenti:

  • Adattamento
  • Crescita
  • Sviluppo
  • Riproduzione
  • Evoluzione (sono in continuo cambiamento, abbiamo già detto che tendono a invecchiare)

Come sistemi complessi, i sistemi biologici hanno la qualità di vita emergente. La scienza comprende che la vita emerge come comportamento emergente, è ciò che gli elementi integranti del sistema in corrispondenza eseguono o rendono possibile, qualcosa che disintegrato non farebbero.

Il comportamento collettivo e il suo legame con l’ambiente producono questi particolari. Secondo la nozione di emergenza, le proprietà auto organizzanti, auto riparatrici, auto riparatrici, auto combinanti, auto replicanti, riproduttive dei sistemi biologici hanno luogo.

Alcune delle proprietà o caratteristiche più importanti di questi sistemi sono definite di seguito.

Proprietà metaboliche

I sistemi biologici, internamente, elaborano molte reazioni chimiche a catena che permettono di preservare la vita. Queste reazioni sono chiamate metabolismo.

I sistemi mantengono un flusso costante d’informazioni con l’esterno, in quanto gli forniscono gli elementi indispensabili per preservare la sua struttura interna e il suo comportamento.

Un esempio sono i processi di respirazione, la fotosintesi nelle piante, tra gli altri, richiedono materia ed energia che il sistema biologico assorbe dall’ambiente.

Proprietà omeostatiche

I sistemi biologici hanno bisogno di energia e di sostanze nutritive per sostenersi, mantenere la loro struttura e svolgere i loro vari lavori.

Inoltre, come sappiamo, questi sistemi eseguono processi chimici che sono già determinati nel codice genetico; grazie a questo, la vita, le funzioni e lo stato interno del sistema sono conservati.

L’autoregolazione della temperatura, del pH, della concentrazione ionica, tra gli altri fattori, mantiene l’equilibrio che facilita l’esistenza del sistema. L’omeostasi, quindi, è quell’indispensabile autoregolamentazione in funzione della complessità dell’organismo e del tipo di stimolo, sia fisico che chimico.

Proprietà riproduttive

La riproduzione dei sistemi biologici garantisce la loro continuità. La riproduzione è un processo naturale in cui il materiale genetico viene duplicato, trasferito e produce la stessa discendenza o una discendenza simile.

Proprietà adattive

È la capacità di un sistema biologico di adattarsi ai cambiamenti del suo ambiente. È un meccanismo naturale di sopravvivenza, che può avvenire attraverso l’adattamento e l’evoluzione.

Gli organismi subiscono cambiamenti evolutivi che li rendono più adatti e riproduttivi. Analogamente, le popolazioni di organismi possono evolvere, generazione dopo generazione, generando una serie di trasformazioni genetiche cumulative, adattate alle asperità e alle esigenze dell’ambiente.

I sistemi biologici rivelano adattamenti e combinazioni strutturali, fisiologici ed etologici tra loro. Gli adattamenti strutturali sono visibili nei componenti esterni del sistema.

  • Gli adattamenti fisiologici si verificano quando c’è un cambiamento nelle funzioni interne e nel loro metabolismo.
  • Gli adattamenti etologici definiscono i cambiamenti nel comportamento degli organismi.

L’ambiente può produrre alterazioni nel comportamento di un sistema biologico o modifiche della sua struttura e della sua fisiologia, che in ultima analisi gli permettono di sopravvivere in un ambiente specifico. Ad esempio, la pelliccia abbondante negli animali è nota per essere un adattamento agli ambienti a temperatura sotto lo zero.

Più un organismo è complesso, più efficiente è l’autoregolamentazione dei suoi processi. In altre parole, sono più facilmente modellabili a piccoli cambiamenti dell’ambiente. Solo se ci sono cambiamenti importanti nell’ambiente si attiva il processo evolutivo di un organismo.

Classificazione dei sistemi biologici

La ricerca per secoli di un modo per descrivere la diversità del mondo naturale non è stata esente da confronti e visioni diverse.

  • Resta inteso che “Sistematica” si occupa della diversità degli organismi e dei loro legami di parentela.
  • Per classificare i sistemi biologici, “Sistematica” si rivolge a “Tassonomia”, che determina le regole di classificazione.

L’applicazione di alcune regole di classificazione agli esseri viventi genera un sistema gerarchico, un sistema che include gruppi e sottogruppi.

Nel suddetto sistema gerarchico di classificazione, ogni gruppo comprende una serie di caratteristiche che legano alcuni organismi di quel gruppo. Il sistema di classificazione tassonomico è il seguente:

  • Regno
  • Phylum (plurale: Phyla)
  • Classe
  • Ordine
  • Famiglia
  • Sesso
  • Specie

Nel 1959, Whittaker formulò una classificazione generale degli esseri viventi composta da cinque regni:

  • Regno di Monera (Batteri)
  • Regno Protista (Alghe e protozoi)
  • Regno dei funghi
  • Reino Plantae (Piante
  • Regno Animalia (Animali)

La specie definisce ciascuno dei gruppi in cui sono suddivisi i generi. Una specie è il punto di partenza della classificazione biologica. Le specie sono determinate dalla congiunzione di due parole (binomio). La specie umana attuale è “Homo sapiens”.

Altre considerazioni sui sistemi biologici

Nel mondo naturale è praticamente impossibile trovare un sistema biologico che agisca indipendentemente dal resto dei sistemi viventi. E nel caso di sistemi complessi, come i metazoi, ad esempio, non è possibile comprenderli al di fuori della loro costituzione sistemica costituita da sistemi meno complessi.3

L’intermediazione, sia da parte dell’ambiente che di altri sistemi viventi, è indispensabile per la realizzazione della morfologia e delle funzioni di un sistema.

Questo è il caso del funzionamento dell’intestino nell’uomo, che senza la flora batterica sarebbe ostacolato nella sua funzione. La flora agisce nel processo di angiogenesi, necessario per produrre i capillari che permettono l’assimilazione dei nutrienti.

Quanto sopra è un esempio di come due entità apparentemente – senza alcun rapporto ontologico – stabiliscono una sinergia costante, permettendo la funzione della digestione umana.

Conclusione

Sistemi biologici molto complessi – come il corpo umano – sono la somma articolata di molti altri sistemi.

Questo è qualcosa di cui la psicologia deve tener conto: la mente è parte di un sistema biologico complesso. Solo così l’individuo può essere pienamente compreso.

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