Тысяча полезных мелочей    

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ В СОВРЕМЕННОЙ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ КАРТИНЕ МИРА (Часть II)

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ В СОВРЕМЕННОЙ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ КАРТИНЕ МИРА (Часть II)

Цибулевский А.Ю. Изложены ключевые положения главных системных концепций современного естествознания — системологии (общей теория систем) и синергетики (теории самоорганизующихся систем). Рассмотрены основные свойства системных объектов: дискретность, элемент, связи, структура, паттерн, организация, целостность, интеграция, иерархия, управление, самоорганизация. Охаpaктеризованы особенности биологических систем: обмен веществ, итеративность, дискретность (прострaнcтвенная и временная), избыток структурных элементов и связей между ними, наследственность и изменчивость, способность к самоорганизации и саморазвитию, раздражимость и возбудимость, способность к адаптации, самовоспроизведение (размножение). Статья в формате PDF 149 KB

Основные понятия и положения синергетики (продолжение)

Хаос. Теория самоорганизующихся систем по-новому тpaктует понятие хаоса. Хаос рассматривается как многогранный материальный фактор, который не только разрушает системы и процессы, но и обладает потенциальной творческой силой, способствуя возникновению новых объектов и явлений. Раскрывая эту сторону его «деятельности», следует указать, что, во-первых, хаос необходим для начального самоструктурирования нелинейных систем. Кроме того, он содействует резонансной интеграции простых субструктур в общую сложную структуру, согласованию скоростей их эволюции. И, наконец, хаос может выполнять роль механизма переключения, смены сценариев эволюции системы, переходов от одной относительно стабильной конструкции к другой. Самоорганизация - процесс самопроизвольного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса. Важное условие самоорганизации системы - наличие петли положительной обратной связи системы и среды. Только в этом случае процесс самоорганизации приобретает прогрессивный хаpaктер и эффективно противостоит тенденции его разрушения окружающей средой. Самоорганизующиеся системы, будучи сложными объектами, хаpaктеризуются большим числом степеней свободы. По мере развития системы из них выделяется ограниченное число доминирующих, к которым «подстраиваются» остальные. Именно эти основные степени свободы (называемые странными аттpaкторами) определяют возможные направления эволюции открытой нелинейной системы. Поскольку для аналитического описания аттpaкторов применяются методы, основанные на многократном повторении (итерации) одной и той же математической операции с незначительными флуктуациями того или иного параметра (параметров) графическое изображение аттpaкторов выглядит как семейство замкнутых кривых, образующих в прострaнcтве хаpaктерную фигуру (рис.1.2.). Отличительной чертой самоорганизующихся систем является высокая чувствительность к начальным условиям. Малейшие изменения в начальном состоянии системы могут привести к непредсказуемым крупномасштабным последствиям. Таким образом, динамика этого процесса носит сложный, далекий от линейного, хаpaктер. На пути его развития могут встречаться переломные моменты (точки бифуркации), когда дальнейшая судьба системы принципиально неизвестна: перейдет ли она в состояние хаоса или преобразуется в качественно иную структуру с более высоким уровнем упорядоченности.

Некоторые другие системные концепции. Из прочих научных концепций, идейно связанных с системологией и синергетикой, необходимо выделить теорию автопоэза и теорию фpaкталов.

Теория автопоэза. (У.Матурана, Ф.Варела). Согласно этой теории сложные системы (биологические, социальные и др.) хаpaктеризуются двумя основными свойствами. Первое свойство - гомеостатичность, которая обеспечивается механизмом круговой организации. Сущность этого механизма заключается в следующем: элементы системы существуют для производства функции, а эта функция - прямо или косвенно - необходима для производства элементов, которые существуют для производства функции и т.д. Второе свойство - когнитивность: в процессе взаимодействия с окружающей средой система как бы «познает» ее (происходит соответствующее преобразование внутренней организации системы) и устанавливает такие границы области взаимоотношений с ней, которые допустимы для данной системы, т.е., которые не ведут к ее разрушению или утрате автономности. При этом данный процесс носит прогрессивный хаpaктер, т.е. на протяжении онтогенеза системы область ее отношений со средой может расширяться. Поскольку накопленный опыт взаимодействий с внешней средой фиксируется в организации системы, это существенно облегчает преодоление аналогичной ситуации при повторном столкновении с ней. Теория фpaкталов. (Б.Maндельброт). При изучении строения различных объектов природы была выявлена общая закономерность их геометрических хаpaктеристик. Так, установлено, что хаpaктерный для данного объекта геометрический «мотив» многократно повторяется на всех уровнях его структурной организации. Иными словами, элементы объекта на любом уровне по форме аналогичны целому, т.е. объект обладает свойством самоподобия (рис.1.3.). Такого рода структуры получили название фpaкталов. В качестве примеров можно привести структуру кровеносного русла (рис.1.4), русла реки, кроны дерева, контура береговой линии морей и океанов и др. Отличительной особенностью фpaкталов является их дробная размерность. Привычные объекты окружающего мира, как правило, хаpaктеризуются цельной размерностью: у точки она равна нулю, у линии - единице, у поверхности - двум, у объемного тела - трем, у процесса изменения тела во времени - четырем. Существенно, что фpaктальная размерность заполняет эти промежутки. Примером может служить операция вписывания ломаной линии в линию берега водоема. При этом длина ломаной линии (одномерная величина) с увеличением масштаба карты (двумерная величина) стремится к беспредельному росту. Но поскольку площадь карты конечна, данная кривая будет иметь размерность больше единице, но меньше двух. Применительно к природным объектам, в первую очередь, биологическим, полагают, что фpaктальный рост дает возможность устанавливать структурные, функциональные и генетические связи между прострaнcтвами разных размерностей. Так, посредством капилляров, имеющих размерность между единицей и двойкой, и сети сосудов, размерность которой лежит между двойкой и тройкой, обеспечивается кровоснабжение таких объемных структур как ткани и органы. Разработан специальный математический аппарат, который, с одной стороны, является адекватным инструментом для формального описания систем, имеющих фpaктальную структуру, с другой, открывает возможности для конструирования широкого спектра искусственных фpaкталов. Полученные в этом направлении результаты применяются для моделирования различных объектов. Дальнейшие исследования в области фpaктальной геометрии и синергетики выявили глубокие органические связи между этими научными направлениями. Оказалось, что математический язык фpaкталов точно и корректно описывает тонкую структуру аттpaкторов.

Биологические объекты как системы. С позиций системного подхода биологические объекты условно подразделяются на корпускулярные (дискретные) и «жесткие» системы. Корпускулярные (дискретные) системы состоят из множества относительно автономных и в определенной мере взаимозаменимых единиц. При этом связи между элементами множества могут быть слабыми или пpaктически отсутствовать. Главным системообразующим фактором является их отношение к среде, которое «заставляет» их вести себя сходным образом (особи в популяции, форменные элементы в потоке крови, гены в генофонде вида). Такие системы отличаются большой пластичностью: в силу относительной независимости их элементы способны к разнообразным перестановкам и комбинаторике. Благодаря этим свойствам значительно облегчается приспособление систем к ненаправленно изменяющимся условиям среды. Процессы отбора в них протекают с высокой эффективностью. «Жесткие» системы хаpaктеризуются жестко фиксированными (не в механическом, а в организационном смысле) связями между составляющими их элементами и подсистемами. При этом функциональная полноценность каждой части системы является необходимым условием функционирования системы в целом. Как правило, уровень организации таких систем значительно превосходит таковой составляющих их частей. Однако, в плане гибкости, способности к быстрым перестройкам они уступают корпускулярным системам. При полной «жесткости» связей эффективность функционирования такого рода систем определяется «принципом наименьших», согласно которому в системе имеется наиболее слабое звено, лимитирующее ее «жизнедеятельность» (пр.: ферментативные ансамбли метаболизма, системы органов животных и человека). В действительности эти два полярных типа систем в «чистом» виде почти не встречаются. При анализе сложных биологических объектов (биоценозы, многоклеточные организмы и др.) выявлено несколько способов их гармоничного сочетания. При первом способе имеет место закономерное чередование корпускулярного и жесткого типов организации при переходе от низших структурных уровней к более высоким: диплоидный набор хромосом (корпускулярность), взаимоотношения ядра, цитоплазмы и плазмалеммы (жесткие связи), множество клеток одной ткани (корпускулярность), взаимоотношения определенных тканевых структур в органе (жесткие связи), набор органов (корпускулярность), взаимоотношения систем органов (жесткие связи), множество особей одного пола (корпускулярность), взаимодополняемость полов (жесткие связи). Другой способ совмещения корпускулярного и «жесткого» принципов организации реализуется в биологических системах «звездного» типа, причем, на одном структурном уровне. В «центре» такой системы находится орган (как правило, хаpaктеризующийся эволюционной консервативностью), связанный тесными связями с определенным множеством «периферических» органов (признак «жестких» систем). Вместе с тем «периферические» органы, находясь в зависимости от «центрального», совершенно независимы друг от друга, прежде всего, в эволюционном плане. Это означает, что структуры, располагающиеся на периферии «звездных» систем, могут свободно эволюционировать и приводить к совершенно различным эволюционным результатам (признак корпускулярных систем). Примером может служить эндокринная система позвоночных животных. Так, «ось» гипоталамус - гипофиз - пoлoвые железы (центр системы) определяет развитие вторичных пoлoвых признаков - рога у оленей, грива у львов, хаpaктерное оперение у птиц, голосовой аппарат и гребень - у земноводных, яркая расцветка - у рыб (периферия системы).

Системный подход к биологическим объектам позволил выявить ряд присущих им хаpaктерных особенностей. Обмен веществ между элементами (подсистемами) внутри системы и системой и окружающей средой, организованный во времени и в прострaнcтве и сопровождающийся преобразованием элементов системы; рециркуляция веществ на всех уровнях организации системы.
Итеративность - многократное повторение одной и той же операции (размножение организмов, репликация нуклеиновых кислот, циклы биохимических реакций, ферментативный катализ и др.).
Дискретность. Биосистемы состоят из набора относительно автономных структурных единиц различного ранга. Их разнообразные функции обеспечиваются путем комбинации небольшого числа стандартных функциональных блоков - идентичных для большинства организмов молекул и надмолекулярных комплексов. Дискретность биологических систем во времени заключается в том, что время их существования конечно. Важной особенностью временной организации биологических систем является то, что продолжительность существования составляющих их подсистем и элементов, как правило, значительно различаются. При этом наблюдается следующая закономерность: чем ниже ранг подсистемы (элемента), тем короче время ее (его) жизни. Однако прекращение существования подсистемы (элемента) как физической единицы не означает более или менее быстрое исчезновение множества элементов, члeном которого она (он) является. Их количественный баланс и качественные хаpaктеристики поддерживаются сформировавшимися в эволюции специальными механизмами (размножение, физиологическая регенерация и др.), благодаря чему и обеспечивается целостность и преемственность биологических систем во времени. Наиболее наглядно эта закономерность прослеживается на организменном (онтогенетическом) уровне организации живой природы. Cмepть является неизбежным финалом индивидуального развития отдельных особей. Вместе с тем, благодаря их способности к размножению вид, который они представляют, может существовать длительное время. Избыток структурных элементов и связей между ними позволяет повысить надежность биосистем и их устойчивость к повреждающим факторам, а также обеспечить им свойство пластичности - способности легко переходить из одного режима функционирования в другой. Наследственность и изменчивость одновременно обеспечивают хранение, использование и передачу биологической информации, а также необходимый уровень ее неоднородности (разнообразия). Способность к самоорганизации и саморазвитию - формирование целостных организмов на основе реализации собственной наследственной информации и самоупорядочение составляющих их элементов и подсистем. Для поддержания высокого уровня упорядоченности элементов системы необходим постоянный приток веществ и энергии из окружающей среды. Наряду с вышеуказанными к хаpaктерным свойствам биосистем необходимо отнести раздражимость и возбудимость, способность к адаптации и самовоспроизведение (размножение).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Берталанфи Л. Фон. История и статус общей теории систем// в кн.: Системные исследования. Ежегодник. М, 1973
  2. Блауберг И.В., Юдин Э.Г. Становление и сущность системного подхода. М, Наука, 1973, 270 с.
  3. Богатых Б.А. Фpaктальные структуры живого и эволюционный процесс//Журнал общей биологии, 2006, 4, С.243-255
  4. Богданов А.А. Всеобщая организационная наука (тектология). 3-е изд. М, Берлин, 1925-1929, Т.1-3
  5. Волкова В.И., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа. СПб, Изд. СПбГТУ, 1997, 510 с.
  6. Капра Фритьоф Паутина жизни. София, 2003, 335 с.
  7. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизация сложных систем. М, Наука, 1994
  8. Малиновский А.А. Тектология. Теория систем. Теоретическая биология. М, Едиториал УРСС, 2000.
  9. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М, Альфа-М, 2005, 621 с.
  10. Пайтген А.О., Рихтер П.Х. Красота фpaкталов. М, Мир, 1993
  11. Пригожин И., Стенгерс И. Время. Хаос. Квант. К решению парадокса времени. М, Эдиториал, 2000
  12. Хлебович В.В. Уровни гомеостаза//Природа, 2007, 2, С.63-65
  13. Чайковский Ю.В. Наука о развитии жизни. М, Товарищество научных изданий, 2006, 712 с.
  14. Шаповалов В.И. Основы синергетики: макроскопический подход. М, Испо-Сервис, 2000.


Сравнительный анализ динамики формирования алкогольной зависимости у крыс линий Вистар и WAG/Rij с генотипом А1/А1 по локусу Taq 1A дофаминового рецептора второго типа (DRD2)

Сравнительный анализ динамики формирования алкогольной зависимости у крыс линий Вистар и WAG/Rij с генотипом А1/А1 по локусу Taq 1A дофаминового рецептора второго типа (DRD2) Изложенные в статье результаты свидетельствуют о тождестве динамики формирования алкогольной зависимости у неэпилептической линии крыс (Вистар) и крыс с абсансной эпилепсией (WAG/Rij). ...

21 07 2026 9:42:50

ВЛИЯНИЕ ГУСТОТЫ СТОЯНИЯ НА НАКОПЛЕНИЕ САХАРОВ В СОКЕ СТЕБЛЕЙ САХАРНОГО СОРГО В УСЛОВИЯХ АРИДНОЙ ЗОНЫ

ВЛИЯНИЕ ГУСТОТЫ СТОЯНИЯ НА НАКОПЛЕНИЕ САХАРОВ В СОКЕ СТЕБЛЕЙ САХАРНОГО СОРГО В УСЛОВИЯХ АРИДНОЙ ЗОНЫ Изучено влияние различной густоты стояния сахарного сорго на накопление сахаров в соке стeблей, сортов Юбилейное и Славянское поле ВС, в аридной зоне на различных типах почв. Установлено, что тип почвы дает незначительную прибавку в накоплении сахаров, но существенное влияние оказывает норма посева. Наибольшее накопления сахаров 12,6 т/га отмечено у сорта Славянское поле ВС при норме посева 100 тыс. шт. растений на 1 га. С увеличением нормы посева до 160 тыс. шт. на 1/га содержание сахаров в соке стeблей уменьшалось. ...

19 07 2026 23:41:28

ПРОЕКТИРОВАНИЕ В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧИТЕЛЯ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧИТЕЛЯ Статья в формате PDF 252 KB...

09 07 2026 18:33:29

НОВАЯ ТЕОРИЯ ФАЗОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СЕРДЦА

НОВАЯ ТЕОРИЯ ФАЗОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СЕРДЦА Сердце – один из самых загадочных органов. Вскрытие грудной полости и рассечение перикарда нарушает целостность сердечной системы, и способность его работать даже в этих условиях приводит к недооценке перикардиальной полости, как важной функциональной пятой камеры сердца. Представленная схема фаз деятельности пятикамерного сердца будет способствовать развитию теории и пpaктики оздоровления человека, спортивной тренировки и лечения болезней сердца. ...

07 07 2026 18:48:49

Луго-парковые пастбища в Северном Зауралье

Луго-парковые пастбища в Северном Зауралье Статья в формате PDF 105 KB...

30 06 2026 3:45:22

ПОЛОЖЕНИЕ МОЛОДЕЖИ НА РОССИЙСКОМ РЫНКЕ ТРУДА

ПОЛОЖЕНИЕ МОЛОДЕЖИ НА РОССИЙСКОМ РЫНКЕ ТРУДА Статья в формате PDF 340 KB...

29 06 2026 8:39:12

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИЙ МЕЛКИХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИЙ МЕЛКИХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ На основании многолетних наблюдений за комплексом внешних условий и состоянием популяций мелких млекопитающих количественно оценено распределение влияний внутрипопуляционных и внешних факторов на динамику их численности и структуры. Показано, что основное влияние на демографические процессы полевок на протяжении всего сезона размножения оказывают плотностно-зависимые механизмы регуляции (эндогенные факторы). Экзогенные (хищники, кормовые и погодные) факторы выступают в качестве воздействий, ограничивающих рост населения популяции, и наиболее эффективны в переходные осеннее-зимний и зимне-весенний периоды. ...

24 06 2026 13:24:33

ОБЛАКА

ОБЛАКА Статья в формате PDF 325 KB...

21 06 2026 2:24:25

СЕЛЕКЦИЯ И ГЕНЕТИКА PINUS SYLVESTRIS L. В ОСТРОВНЫХ БОРАХ

СЕЛЕКЦИЯ И ГЕНЕТИКА PINUS SYLVESTRIS L. В ОСТРОВНЫХ БОРАХ Статья в формате PDF 111 KB...

19 06 2026 21:29:44

О НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ НА ПОСТТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ ЗАПАДНОЙ ЯКУТИИ

О НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ НА ПОСТТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ ЗАПАДНОЙ ЯКУТИИ Получены сведения о начальных стадиях развития. Согласно профильно-генетической классификации почв техногенных ландшафтов [5] морфологически выделены элювиоземы инициальные, эмбриоземы инициальные и органо-аккумулятивные. Экспериментально показано, что выделение этих типов почв вследствие низкой скорости почвообразования пока возможно только по почвенно-биологическими показателями. Установлено, что микробное сообщество молодых почв на отвалах Мирнинского ГОК имеет хаpaктерные черты для начальной стадии почвообразования: более высокую в сравнение зональной почвой численность; низкую активность утилизации целлюлозы; низкую инвентарную. Последнее свидетельствует о низкой скорости формирования органо-минерального комплекса почвы. Выявлено, возможности дифференциации типов молодых техногенных ландшафтов по способу субстратов поддерживать начальный рост тест растений. ...

17 06 2026 11:34:12

РОЛЬ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА В ПАТОГЕНЕЗЕ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ

РОЛЬ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА В ПАТОГЕНЕЗЕ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ В миниобзоре приведены современные тренды изучения роли окислительного стресса в патогенезе хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ). Показано, что развитие окислительного стресса происходит синхронно с дисбалансом в системе протеазы/антипротеазы и взаимосвязано с нарушением обмена железа. Приведены данные, демонстрирующие нарушение регуляции антиоксидантной защиты при ХОБЛ. Показана взаимосвязь между развитием окислительного стресса и воспалением. Обсуждается гипотеза о взаимосвязи окислительного стресса, хронического воспаления и старения в механизме патогенеза ХОБЛ. ...

16 06 2026 7:17:55

СHEMILUMINESCENT ***YSIS OF BLOOD IN THE MONITORING OF COMMON MAGNETIC FIELD THERAPY

СHEMILUMINESCENT ***YSIS OF BLOOD IN THE MONITORING OF COMMON MAGNETIC FIELD THERAPY Статья в формате PDF 119 KB...

14 06 2026 21:34:33

Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::