Схематичная иллюстрация кибернетического цикла взаимодействия жизнеспособной системой со своей средой, в которой она функционирует показана на следующем рисунке.
Взаимодействие жизнеспособной системы и среды, в которой она функционирует
Именно поэтому мельчайшими биологическими жизнеспособными системами можно считать клетки, но не отдельные молекулы или даже молекулярные комплексы, способные к репликации. Клетки осуществляют указанный кибернетический цикл и при этом обладают существенным уровнем сложности по сравнению с молекулами, которые представляют собой обычные элементы среды, в которой функционируют клетки. С другой стороны, способные к репликации молекулы если и осуществляют кибернетический цикл взаимодействия со средой, существенной сложностью от элементов среды не отличаются, поэтому их сложно назвать «живыми».
Биологическая клетка активно взаимодействует со своей средой обитания обменивается с ней веществом, энергией и информацией. Обмен веществ в биологии рассматривается, в первую очередь, именно на уровне клеток. Клетки получают из среды и выпускают в среду различные ионы и молекулы от банальных ионов натрия, калия, кальция и хлора до сложных молекул, молекулярных комплексов и даже других клеток. Не секрет, что многие клетки как одноклеточных, так и многоклеточных организмов могут поглощать и переваривать более мелкие организмы при помощи вакуолей. Это делают, например, амёбы или клетки иммунной системы у высших животных. Также клетки осуществляют энергетический обмен со средой. Клетками могут захватываться и использоваться в своих целях молекулы аденозинтрифосфата, которые являются базовыми энергетическими хранилищами в биологических системах Земли. Также многие клетки участвуют в энергетических процессах, связанных с переносом заряда при помощи электронов, протонов и некоторых более крупных ионов. Наконец, клетки осуществляют информационное взаимодействие со своей средой. Конечно, переносчиками информации в этом случае также являются молекулы, но в рассматриваемом случае такие молекулы становятся «сигнальными» они взаимодействуют с рецепторами на поверхности клетки, запуская каскады биохимических реакций внутри и снаружи клетки. Также клетка может выпускать в окружающую среду сигнальные молекулы, которые были произведены внутри клетки. Всё это показывает, что базовый кибернетический цикл взаимодействия со средой выполняется, а потому можно смело говорить о наличии у клеток метаболизма.
Два других важных функциональных свойства жизнеспособной системы регенерация и репликация у клеток с очевидностью присутствуют. Клетки до определённой степени могут чинить поломки, которые происходят в них. И клетки в своём обычном состоянии могут реплицироваться, то есть создавать себе подобные экземпляры. Впрочем, для того чтобы считаться жизнеспособной системой, последние два функциональных свойства могут быть потенциально воплощены, то есть не проявляться в функциональности жизнеспособной системы в её конкретном состоянии, но потенциально могут быть реализованы.
Важно рассмотреть варианты гибели клетки, как мельчайшей жизнеспособной системы. Клетка перестаёт быть живой и постепенно «растворяется» в окружающей её среде из-за невозможности поддерживать свою целостность, охранять свою сложность от губительных воздействий среды, сохранять гомеостаз жизнеобеспечивающих процессов. Это может произойти из-за резкого нарушения целостности клетки вследствие внешних воздействий, а также из-за резких нарушений гомеостаза или разрушения системообразующих клеточных органелл из-за внутренних неполадок или дисфункциональности отдельных подсистем клетки. Кроме того, гибель клетки может произойти из-за её постепенного изнашивания, замедления метаболических процессов и «дряхления». Наконец, клетка может быть уничтожена в результате апоптоза, запрограммированного самоубийства, когда в результате получения внешнего управляющего сигнала запускаются внутренние процессы распада и гибели.
Поднимаясь на следующие уровни организации жизни следующую жизнеспособную систему можно обнаружить только на уровне организма. Ткани, органы и функциональные системы не могут жить в полном смысле этого слова отдельно сами по себе, хотя в определённых случаях и условиях можно организовать внешнюю поддержку процессов жизнеобеспечения таких систем. Перечисленные объекты являются элементами и подсистемами, которые сами по себе предназначены для поддержания жизни в своей надсистеме целостном организме.
Другими словами, организм это следующий уровень организации жизнеспособных систем, и именно организмы показывают все важные характеристики жизни, а именно: метаболизм, регенерацию и репликацию. Биологические организмы обмениваются со своей средой материей, энергией и информацией, что составляет сущность метаболизма на организмическом уровне. Регенерация биологических организмов является важной функциональной составляющей жизни, и способности организмов к регенерации для предотвращения пагубных воздействий среды на подсистемы жизнеобеспечения потрясают воображение. Наконец, репликация целых организмов это обычный процесс воспроизводства себе подобных бесполым или половым путём для продолжения самой биологической жизни и обеспечения передачи генетической информации из поколения в поколение.
Как и в случае с клеткой, гибель организма может наступить в случае резкого воздействия неблагоприятных факторов внешней среды, либо из-за каких-либо резких разрушений целостности или функциональности внутренних органов и подсистем организма, нарушений его гомеостаза и системной целостности снаружи или изнутри. Также организм подвержен постепенному накоплению мелких повреждений, что приводит к его дряхлению (старению) и смерти в результате невозможности дальнейшего функционирования из-за существенного объёма накопившихся неполадок. Гибель организма из-за какой-либо болезни старости можно рассматривать как вариант первого способа смерти, поскольку в старости порог восприимчивости организма к неблагоприятным воздействиям снижается, и потому реакция организма на болезнь, которая приводит к гибели, так или иначе представляет собой именно резкое воздействие неблагоприятного фактора. К такому же варианту гибели организма можно отнести и самоубийство в результате внутреннего волеизъявления несмотря на то, что индуцирование суицида происходит при помощи внутренней сигнализации (что существенно отличает этот процесс от внешней сигнализации в случае клетки), сам акт самоубийства происходит при помощи резкого нарушения целостности или функционирования организма при помощи внешнего воздействия.
Наконец, следующий уровень организации жизни суперорганизмы являются и следующим уровнем развития жизнеспособных систем. Действительно, суперорганизм это вполне жизнеспособная система, которая обладает очень интересным свойством. Действительно, суперорганизмы могут существовать неопределённо долго, то есть они, фактически, обладают бессмертием. Но они также могут и погибнуть.
Для того чтобы понять, является ли суперорганизм жизнеспособной системой, проще всего рассмотреть в качестве примера муравейник, для которого изучить наличие трёх важных свойств биологической жизни метаболизм, регенерацию и репликацию. С очевидностью, все три свойства присутствуют у муравейников. Метаболизм, то есть материальный, энергетический и информационный обмен с окружающей средой существует. Муравьи приносят в муравейник строительные материалы и пищу и удаляют из него отходы своей жизнедеятельности это материальный обмен. Пища также является носителем энергетического обмена как для отдельных муравьёв, так и для всей муравьиной кучи в целом, так как её энергобаланс определяется простой суммой энергобаланса всех населяющих её муравьёв и симбиотических им животных. Под информационным обменом можно понимать получение и обмен данными о том, где находится пища, между отдельными муравьями, который осуществляется при помощи химического «языка».