Биологические науки можно классифицировать по трем основным критериям: уровню сложности изучаемого объекта, природе биологической функции, подлежащей исследованию, и методологии исследования. Использование этих критериев в качестве трех пространственных координат позволило изобразить "здание биологии" (рис. 1). Как показано на рисунке, здание получилось восьмиэтажным при условии, что каждый уровень сложности занимает свой этаж.

На самом верхнем этаже располагаются исследования биосферы. Под ним - экология, изучающая сообщества различных видов живых существ. Следующий, шестой этаж отведен группе биологических наук, изучающих отдельные виды животных, растений и бактерий и их систематику в целом. Среди этих наук - классическая зоология, ботаника, микробиология и вирусология. Все их можно объединить названием "биология видов", чтобы отличить от наук, размещенных на более высоких и более низких этажах. Далее располагаются анатомия и физиология - науки, изучающие структуру и жизнедеятельность индивидуального организма и его органов. Следующий очень важный уровень - живая клетка, соответствующая наука - клеточная биология, или цитология. Исследования на внутриклеточных органеллах и их фрагментах, гомогенатах, "тенях" клеток и других бесклеточных надмолекулярных системах могут быть определены термином "субклеточная биология". Изучение функционирующих макромолекул и их комплексов составляет предмет молекулярной биологии. Это последний, самый простой уровень, где еще не утрачена биологическая функция.

Структура и физико-химические характеристики веществ, составляющих живой организм, изучаются на первом этаже. В подавляющем большинстве случаев объектом исследования служат органические соединения. Поэтому соответствующая наука получила название биоорганической химии. Некоторые из веществ биологического происхождения относятся к неорганическим. Применительно к таким системам можно было бы говорить о бионеорганической химии, однако это направление вряд ли оправдано выделять в особую науку ввиду малочисленности объектов исследования.

Такова классификация "горизонтальных" наук, отличающихся по уровню организации изучаемой системы; "вертикальные" науки классифицируются по функциональному принципу.

К наиболее важным функциям, присущим всем живым существам, можно отнести следующие:

1) самовоспроизведение - запись, хранение и использование генетической информации;

2) энергообеспечение - получение энергии за счет внешних энергетических ресурсов;

3) превращение веществ - использование химических соединений окружающей среды для образования компонентов своеготела;

4) раздражимость - способность принимать и обрабатывать сигналы, поступающие из внешней и внутренней сред организма, и адекватно отвечать на эти сигналы.

Каждую из этих функций можно изучать на объектах различной степени сложности. Науку, изучающую функцию энергообеспечения, можно определить как биоэнергетику. В этом смысле биоэнергетика есть отрасль функциональной биологии, изучающая превращение энергии внешних ресурсов в биологически полезную работу. В соответствии с таким определением следует различать молекулярную биоэнергетику, биоэнергетику клетки, целостного организма, биоценоза и биосферы.

Продолжая функциональную классификацию, необходимо определить науку, изучающую обеспечение живых систем веществами и превращения этих веществ. Названную область обычно рассматривают как часть биохимии или, в более узком смысле, энзимологии и т. п.

Если, однако, принять во внимание огромное значение функциональной биологии, которая, по существу, интегрирует знания, полученные "горизонтальными" биологическими науками, то окажется оправданным присвоение ранга самостоятельной науки каждому из четырех направлений, связанных с исследованием перечисленных выше важнейших биологических функций. По аналогии с генетикой и биоэнергетикой науку, исследующую метаболизм как превращение веществ, можно было бы назвать "метаболикой". Соответственно, будущая наука, призванная объединить биохимические, физиологические и прочие исследования по восприятию, передаче и обработке сигналов различных сенсорных систем, могла бы получить имя "сенсорика".

Еще один способ классификации биологических наук основывается на методологии исследования. Здесь нужно выделить три главных направления: физическое, химическое и биологическое. В первом случае соответствующая наука определяется как биофизика, во втором - как биохимия. Что касается собственно биологической методологии, то ее можно иллюстрировать такими подходами, как эволюционный, фило- и онтогенетический, учение об естественном отборе и т. п.

"Здание биологии", показанное на рис. 1, при необходимости может быть достроено. Например, увеличение роли математического подхода должно в будущем привести к необходимости выделить не три, а четыре методологических раздела.

Схема, изображенная на рис. 1, рассматривает лишь фундаментальные аспекты биологии. Для прикладной биологии, или биотехнологии, необходимо сконструировать отдельное здание.

Любое биологическое исследование фундаментального плана может найти свое место в обсуждаемой схеме. В частности, предметом данной книги служит рассмотрение проблем, расположенных в "помещениях" В, I-III, 5-8. Эти координаты означают физический, химический и биологический аспекты биоэнергетики на уровнях организации от клетки до органических и неорганических молекул биологического происхождения.

В дальнейшем изложении внимание будет сконцентрировано на мембранных биоэнергетических системах, поскольку именно они занимают центральное положение в процессах получения конвертируемой энергии, которая утилизируется живой клеткой.