«Генотип определяет сравнительно небольшое число факторов,
а затем в результате активного действия этих факторов
вырабатывается координация между большим числом элементов».
У. Э. Эшби
Помимо эмерджентных свойств, возникающих на более высоких уровнях организации, на каждом новом уровне организации возникают новые уровни управления биологическими системами. Ниже приведены уровни регуляции жизненных процессов на разных уровнях биологических организаций.
А. Системы внутриклеточной регуляции
| ----------------------------------------------------------------- | |
| Уровень ядра | 1.Блокада и индукция генной активности |
| 2.Транскрипция | |
| 3.Транспорт м-РНК из ядра в цитоплазму | |
| 4.«Прыгающие гены» (транспозоны) | |
| 5.Мутации и рекомбинации | |
| 6.Изменение чисел хромосом | |
| ------------------------------------------------------------------ | |
| Уровень цитоплазмы | 7.Трансляция |
| 8.Активация молекул белка | |
| 9.Компартментация | |
| 10.Функционирование белков | |
| 11.Действие митохондриальных, и хлоропластных генов | |
| ------------------------------------------------------------------ | |
Б. Системы организменной регуляции
- Поля и градиенты
- Обмен необходимыми метаболитами (соре, синк)
- Корреляции, индуцированные регуляторными метаболитами (эвокаторы, индукторы)
- Гормональные регуляторы
- Миксоплоидия
- Генетическая коадаптация
В. Системы уровня организм — среда
- Системы прямого ответа на факторы среды (модификации)
- Системы заблаговременной координации онтогенеза (яровизация, фотопериодизм)
- Системы средовой индукции генной активности (белки теплового и холодового шока; Са2 - кальмодулин, трансмембранный потенциал, модуляторы, сайлентсерсы, энхансерсы)
- Системы эпигенов (эпигенетические переключения оперонов и других циклических систем, продуцирующие генотрофы, никотинотрофы и т.п.)
- Системы переопределения генетических формул (спектров генов) сложных признаков
Последняя система была открыта в 1984 году в лаборатории генетических основ селекции растений Института цитологии и генетики СО АН (Академгородок, Новосибирск).
Г. Системы популяционного уровня регуляции
- Дарвиновский отбор
- Проэмбрональный отбор
- Дрейф генов
- Миграции (потоки) генов
- Изоляции
- Инбридинг
- Стабилизация генных частот (закон Харди-Вайнберга)
Д. Системы фитоценотического уровня регуляции
- Возникновение групповых признаков в фитоценозе
- Взаимодействие между растениями в фитоценозе (конкуренция, аменсализм, комменсализм, аллелопатия)
- Временная динамика фитоценоза
Как видим, общее число уровней регуляции — 32. В будущем это число, конечно, возрастет, т.к. будут открыты новые системы регуляции. Именно благодаря этим уровням регуляции возникают эмерджентные свойства на разных уровнях организации жизни. Высшие уровни регуляции часто доминируют над низшими. Так. отдельно стоящее растение пшеницы способно дать до 3000 зерен. В фитоценозе (в поле) в условиях аутоконкуренции оно обычно дает 30—40 зерен. Конкуренция способна снизить экспрессию любого структурного гена растения в 50—100 раз.
Сегодня стало ясным, что главными в геномах являются не структурные гены, а регулягорные. Человек и шимпанзе имеют 99,4% одинаковых структурных генов. Все наши различия с этими обезьянами детерминируются на 99% генами-регуляторами.