2、系统的结构

系统是宇宙空间结构上连续性和间断性统一的主要结构特征。一般地讲，系统是指能够相对独立进行新陈代谢的物质集团。

细胞是一个系统。细胞内的物质可以按照一定规律进行运动，而细胞内同细胞外的物质进行交换时，就必须受细胞膜的选择透过性的制约。

人体也是一个系统。体内的物质可以按照一定规律进行运动，而体内的物质同体外的物质进行物质交换时就要受到各种上皮组织的制约。

一个国家也是一个系统。国内的商品、资金、人员、信息可以按一定规律流动，而国与国之间进行商品贸易时就要通过海关的制约。国际之间的人员交往要签发护照。国际间的信息交往甚至由于语言的障碍需要翻译。

生态系统是一个系统。生态系统可分为：森林生态系统、草原生态系统、海洋生态系统、农田生态系统等。各生态系统之间由于环境的差异，大多数生物只能在特定的生态系统中生存。灵长类只能生活在森林中，鱼类只能生活在海洋或江湖中。在生态系统内部物质流动和物种的迁移比较频繁。各生态系统之间，物质的流动和物种迁移呈相对隔离状态。

整个生物圈也是一个系统。在生物圈内物质的流动比较频繁，而一般来讲地球上的生物是很难脱离生物圈的。

此外，每一种生物，每一台机器，小至原子、分子，大至太阳系、银河系都是一个系统。系统内的物质按一定规律进行运动，而系统内外的物质交换通常受到限制。

系统是一个相对封闭、相对独立进行新陈代谢的物质集团。

系统内部的空间具有一定的连续性，系统和系统之间则具有一定的间断性，因此，系统是宇宙连续性和间断性统一的结构特征。

新陈代谢是大多数系统的运动方式，而能量则是系统新陈代谢的动力。一般地讲，系统都有三部分组成：一、从环境中摄取能量和原料的部分，我们把它叫做“生产者”；二、只能利用能量和原料的部分，我们把它叫做“消费者”；三、运输或传递能量物质和系统废物的部分，我们把它叫做“交换者”。

系统还有两类重要的物质：一类是由“生产者”生产出来的，供 “消费者”利用的，含有能量的物质，我们把它叫做“能源”。另一类是“消费者”利用“能源”后产生的，我们把它叫做“废物”。

一般地说来，“生产者”除生产“能源”以外，还能够排泄或重新利用“废物”。“消费者”则是利用“能源”产生“废物”。“交换者”则负责“能源”和“废物”的运输和交换。

系统结构与新陈代谢总表

系统	生产者	消费者	交换者	能源	废物	同化	异化	食物
人体	消化系统 呼吸系统 泌尿系统	神经系统 内分泌系统 生殖系统 运动系统 免疫系统	循环系统	氨基酸， 糖葡萄， 脂类， 氧气	尿素 CO2	同化	异化	淀粉 蛋白质 脂类等
种子植物	叶，根	花，果实，种子	茎，维管组织	有机物 O2	CO2	光合作用	呼吸 作用	无机盐 水分 CO2
社 会	工业部门 农业部门	政府，学校，军队，卫生，文化等	商业， 运输业	劳动 产品	生产三废，生活垃圾等	生产	消费	能源 矿物 土地等 资源
细 胞	线粒体 细胞膜 叶绿体	核糖体、 内质网、 细胞核、 高基体等	细胞质 基质	ATP 氨基酸	ADP， PI 氨等	产生ATP、吸收有机物氧气	消耗 ATP、 分解 有机物	O2 糖类 氨基酸 等
生态系统	植物， 生产者	动物 消费者	微生物 分解者	有机物 O2	无机物 CO2	光合作用	呼吸 作用	光能
机 械 装 置	动力装置	工作装置	传动装置	机械能	散发的 内能	其它形式的能转化成机械能	机械能 转代成 内能	电能 化学能 等
电 路	发电机	用电器	导线	电能	内能	其它能转化为电能	电能转化为其他能	水力、机械能、化学能

我们拿人体系统来说明一下这个问题。人体的主要能量物质是糖类，主要的原料是氨基酸、蛋白质、脂类等，在利用糖类时，O₂是不可缺少的。所以人体的“能源”是糖类、氨基酸、脂类、蛋白质、O₂等等。

人体的“废物”主要有尿酸、尿素、CO₂等。

从环境中摄取“能源”，排泄“废物”的机构有：消化系统、呼吸系统、排泄系统。那么消化系统、呼吸系统、排泄系统就是人体系统的“生产者”。

运动系统、神经系统、生殖系统、免疫系统都只能利用“能源”产生“废物”，不参与“能源”的生产是“消费者”。

在人体中，负责运输“能源”和“废物”的是循环系统，所以循环系统是“交换者”。

系统新陈代谢的一般模式是：首先由“生产者”利用环境的物质生产出“能源”，“能源”经“交换者”运送给“消费者”，“消费者”利用“能源”完成自己的工作，同时产生“废物”，“废物”再由“交换者”运送给“生产者”，“生产者”把“废物”排出体外或重新利用。

系统新陈代谢过程图

我们还以人体为例说明一下这个过程。人体的新陈代谢过程是这样的：首先由消化系统（生产者）消化、分解、吸收食物中的糖类、蛋白质、脂类等营养物质，由呼吸系统（生产者）吸收空气中的O₂。糖类、氨基酸、脂类、O₂等“能源”经循环系统(交换者)运输到运动系统、神经系统、免疫系统、生殖系统等(消费者)处。“消费者”利用了“能源”，最后产生尿酸、尿素、CO₂等“废物”，这些“废物”再经过循环系统(交换者)运输到排泄系统和呼吸系统(生产者)，由排泄系统把尿酸、尿素排出体外，由呼吸系统把CO₂排出体外。

需要说明的是，“生产者”生产“能源”，同样需要消耗“能源”，所以“交换者”同样把一部分“能源”运送给“生产者”。“消费者”同“生产者”不同的是“消费者”只消耗“能源”不生产“能源”，而“生产者”在消耗“能源”的同时，要生产“能源”或排泄“废物”。

如前文的人体系统中，循环系统同样把一部分“能源”运送给消化系统、呼吸系统和排泄系统，而且这些机构同样会产生“废物”为了叙述的方便，在后文对系统新陈代谢的分析时，一般不再作说明。

人体新陈代谢过程图

在细胞系统中，细胞膜是原料的吸收者和废物的排泄者，线粒体是直接能源物质ATP制造者，所以细胞膜、线粒体是“生产者”。ATP、氨基酸等是细胞的“能源”。细胞核、内质网、高尔基体、核糖体等是“消费者”，细胞质基质是“交换者”。ADP、Pi、水、CO₂等是“废物”。

细胞的新陈代谢过程一般是这样的：细胞膜（生产者）通过主动运输把氨基酸、葡萄糖等原料吸收到细胞内，线粒体（生产者）把葡萄糖中的化学能转化成ATP中的化学能。ATP(能源)通过细胞基质(交换者)运送到细胞核、内质网、高尔基体、核糖体内(消费者)。消费者利用ATP的能量完成自己的工作。核糖体利用氨基酸合成蛋白质。ATP的能量利用之后变成ADP和Pi(废物)。ADP和Pi再由细胞基质(交换者)运送给线粒体(生产者)。作为合成ATP的废物再利用。在有氧呼吸时，细胞膜还需吸收氧气，氧气最后被线粒体利用产生ATP和二氧化碳，二氧化碳是线粒体(生产者)产生的“废物”，最后通过细胞膜排出细胞外。

细胞的新陈代谢过程图

一个植物体，也是一个系统。在植物体中，根的作用是吸收水分和无机盐，而叶的作用是利用光能，吸收二氧化碳，合成有机物。根和叶是“生产者”。茎，主要是维管组织有运输水分、无机盐、有机物的作用，是“交换者”。花、果实、种子是“消费者”。有机物和氧气是“能源”，无机盐、二氧化碳是“废物”。

绿色植物的新陈代谢是这样的：根（生产者）从土壤中，吸收水分和无机盐；叶（生产者）从空气中吸收二氧化碳，利用光能合成有机物(能源)。“能源”通过维管组织(交换者)运送到花、果实、种子(消费者)供其利用。植物产生的“废物”是非常少的，而且大部分很快回收利用，合成有机物。

被子植物新陈代谢过程图

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