Biologinen hierarkia

Biologinen hierarkia tai elämän järjestys tarkoittaa monimutkaisten biologisten rakenteiden muodostamaa hierarkiaa. Tämä rakenne määrittelee elämän reduktionistisesti. Perinteisesti hierarkian pienimmän osan muodostavat atomit ja suurimman biosfäärit. Hierarkian ylempiä tasoja kuvataan yleensä ekologiseksi hierarkiaksi.

Hierarkian kukin taso kuvaa kasvavaa kompleksisuutta, jossa kunkin tason systeemi koostuu alemman tason perusyksiköistä. Hierarkian taustalla on käsite emergenssi, jonka mukaan tasolla esiintyviä ominaisuuksia ei löydy alemmilta tasoilta.

Organisoituminen viittaa lisäksi organismin koskeaan entropian tasoon. Ideaalisesti kunkin lajin yksittäisillä organismeilla on sama rakenne. Esimerkiksi tyypillisesti ihmisellä on vartalo, jonka alaosassa on kaksi jalkaa alhaalla ja eri puolilla kaksi kättä eri sekä yläosassa pää. On erittäin harvinaista (ja fysiologisista ja biomekaanisista tekijöistä johtuen yleensä mahdotonta) löytää ihmistä, jolla on kaikki nämä rakenteet, mutta eri järjestyksessä.

Elämän rakentuminen hierarkiana on useiden tieteellisten menetelmien, erityisesti lääketieteen perusolettama. Ilman organisaatiota olisi huomattavasti vaikeampaa hyödyntää fysikaalisten ja kemiallisten ilmiöiden vaikutuksia sairauksien hoitamisessa. Esimerkiksi kognitiivinen ja behavioraalinen neurotietiede pohjautuvat näkemykselle, jonka mukaan aivot rakentuvat tietynlaisista erikoistuneista soluista. Myöskään farmakologian peruskäsitteitä ei voitaisi määritellä, jos ei tiedettäisi, että solutasolla tapahtuva muutos vaikuttaa koko organismiin. Sovellukset ulottuvat myös ekologille tasoille. Esimerkiksi DDT:n suora vaikutus tapahtuu solun alapuolisella tasolla, mutta vaikutukset ulottuvat hierarkian ylemmille tasoille. Teoriassa yhdessä atomissa tapahtuva muutos voisi aiheuttaa muutoksen koko biosfäärissä.

Tasot

Tasot yksinkertaisimmasta monimutkaisimpaan ovat:

• atomi
• molekyyli, joukko atomeja
• soluelin, joukko biomolekyylejä
• solu, elämän perusyksikkö
• kudos, joukko soluja
• elin, joukko kudoksia
• elimistö, joukko elimiä
• eliö, elävä systeemi, joka koostuu vähintään yhdestä solusta
• populaatio, samaan lajiin kuuluvien eliöiden joukko
• eliöyhteisö, samalla alueella elävien eri lajien populaatioiden joukko
• ekosysteemi, eri kuntiin kuuluvien organismien yhdessä fysikaalisen ympäristön kanssa muodostama joukko
• biosfääri, ekosysteemien muodostama joukko

Monimutkaisemmat rakenteet voivat sisältää useita muita elementtejä. Esimerkiksi molekyylin voidaan katsoa koostuvan joukosta alkuaineita ja atomi voidaan jakaa subatomisiin hiukkasiin (nämä eivät kuitenkaan kuulu biologiseen hierarkiamalliin).

Jokainen taso voidaan kuvata alempien tasojen elementtien avulla. Esimerkiksi eliö voidaan kuvata atomien tai elinten muodostamana joukkona, Jokaisen tason mukana syntyy joukko toimintoja elämän hallitsemiseksi. Näitä toimintoja ei tarvita alemmilla tasoilla ja näitä kutsutaan emergenteiksi ominaisuuksiksi.