- •И.А. Золотухин
- •Концепции современного
- •Естествознания
- •Конспект лекций
- •Рецензенты:
- •Предисловие
- •1. Материальность и познаваемость мира
- •1.1. Виды материи, её движение и познание
- •1.2. Развитие знания. Религиозное и научное знание
- •1.3. Парадигмы и научные революции
- •1.4. Современная система научного знания
- •Цитология
- •1.5. Математика в системе научных знаний
- •2. Основные законы природы
- •2.1. Энергия как важнейшая характеристика материальных процессов
- •2.2. Виды сил и виды энергии
- •2.3. Классификация систем по интенсивности взаимодействий
- •2.4. Первый и второй законы термодинамики
- •2.5. Энтропия как мера необратимости процессов
- •3. Жизнь с точки зрения физики и химии
- •3.1. Закон сохранения энергии и живые системы
- •3.2. «Антиэнтропийность» жизни
- •3.3. Элементарный состав живых организмов
- •3.4. Химические взаимодействия атомов и молекул
- •3.5. Химический состав живых организмов
- •3.6. Белки как основа жизни
- •3.7. Наследственность и нуклеиновые кислоты
- •3.8. Синтез белка
- •3.9. Изменчивость организмов
- •3. 10. Клеточная организация живого
- •3.11. Упорядоченность процессов в клетке и биологические мембраны
- •3.12. Энергетические процессы в клетке
- •3.13. Размножение организмов
- •4. ВселенНая и возникновение жизни
- •4.1. Гипотезы возникновения жизни
- •4.2. Вселенная, её происхождение и строение
- •4.3. Происхождение и строение звёзд
- •4.4. Галактики и метагалактика
- •4.5. Солнечная система
- •4.6. Земля как место зарождения жизни
- •4.7. Геохронологическая схема эволюции жизни и биосферы
- •5. Человек как высшая форма организации материи
- •5.1. Человек в системе животного мира
- •5.2. Физико-химические и биологические основы сложного поведения
- •5.3. Эволюция нервной системы и поведения животных
- •5.4. Мышление
- •5.5. Скорости и пути дальнейшей эволюции человека
- •6. Сложные системы
- •6.1. Определение понятия «сложность»
- •6.2. Математика как средство познания сложных систем
- •6.3. Теория графов и её применение в описании сложных систем
- •118 Девяток
- •7. Системный подход как средство преодоления сложности
- •Общая теория систем л. Берталанфи
- •7.2. Детерминированные и вероятностные системы
- •Классификация систем по с. Биру [4]
- •Тектология а.А. Богданова
- •7.4. Самоорганизующиеся системы и синергетика
- •8. Кибернетика
- •8.1. Основные понятия и определения
- •Пример возможного соотношения входов и выходов кибернетической системы рис.8.1
- •8.2. Биологические системы и кибернетика
- •Популяция волка
- •Популяция зайца
- •Элиминирую-щие факторы
- •9. Теория информации
- •9.1. Общая характеристика информационных процессов
- •9.2. Определение и измерение информации
- •9.3. Использование теории информации в биологии
- •9.4. Виды информации
- •10. Экологические проблемы
- •10.1. Строение и функции экосистемы
- •10.2. Превращение энергии в экосистеме
- •10.3. Продуктивность экосистем
- •10.4. Определение необходимых затрат на охрану природы
- •10.5. Экологические кризисы в истории человечества [28]
- •Учебное издание
- •Игорь Александрович Золотухин
- •Концепции современного
- •Естествознания
- •Конспект лекций
- •614990, Г. Пермь, ул. Сибирская, 24, корп. 2, оф. 71,
- •614990, Г.Пермь, Комсомольский проспект, 29а, оф.113,
8.2. Биологические системы и кибернетика
Живые системы созданы природой по её законам. Целью этих систем является выживание. Это означает, что в меняющихся условиях окружающей среды организмы или экологические системы должны сохранять все свои основные параметры в пределах, которые соответствуют состоянию, называемому жизнью.
Входными характеристиками для живых организмов являются все факторы окружающей среды. Многие из этих факторов часто и быстро меняются, что сказывается на изменении различных параметров организмов. Эти параметры можно рассматривать как выходные характеристики.
Живые системы разного уровня организации имеют соответствующие системы регуляции, которые развивались и усложнялись в ходе эволюции жизни. Наиболее сложную и совершенную систему регуляции имеют высшие животные и человек. Эта система представлена двумя подсистемами, одна из которых называется гуморальной, а вторая нервной. В гуморальной системе управляющими сигналами являются химические вещества (гормоны, ферменты и др.). В нервной системе основными сигналами служат электрические импульсы.
Специальные нервные окончания, идущие от центральной нервной системы, контактируют с большим количеством различных рецепторов, часть которых воспринимает внешние воздействия (входы), а другая часть (интерорецепторы) – сигналы о состоянии собственных параметров организма (выходы). После сложной обработки в центральной нервной системе формируются управляющие сигналы, которые так изменяют поведение (входы) организма, что вредные воздействия уменьшаются (отрицательная обратная связь), а положительные воздействия усиливаются (положительная обратная связь).
Регуляторные возможности организмов не беспредельны. Сохранить параметры организма и выжить можно только в том случае, если параметры среды (входы) не выходят за рамки определённых значений. Каждый фактор для данного вида характеризуется определённым интервалом, в пределах которого организмы остаются живыми. Этот интервал называется экологической валентностью, или толерантностью. Эволюция жизни в целом идёт в направлении расширения пределов выживания.
Так, для человека как чисто биологического существа температурный интервал среды выживания при использовании только биохимических и биофизических механизмов терморегуляции ориентировочно находится в пределах 15 – 45оС. Но, используя такую поведенческую реакцию как изготовление одежды, человек смог несколько расширить этот интервал. А позднее, при использовании технических систем, появилась возможность находиться в среде с температурой от космического холода до сотен градусов Цельсия. Среди входных характеристик для человека, помимо уже упомянутой температуры, можно также назвать необходимое количество и качество пищи, воды, физические воздействия: свет, давление, гравитация, биологические факторы в виде инфекций, паразитов, хищников и т.д.
При этом к выходным параметрам можно отнести определённую температуру тела (36 – 37оС), кровяное давление (60 – 140 мм рт. ст.), концентрацию различных веществ в крови (сахар, соли, витамины). Все эти и многие другие параметры находятся под постоянным контролем управляющих систем организма.
Помимо организменно-видового уровня, кибернетический подход хорошо объясняет многие процессы и на других уровнях биологической организации, например, на популяционном или биогеоценотическом. В частности, по принципу отрицательной обратной связи работают гомеостатические механизмы, обеспечивающие постоянство численности особей в естественных популяциях. Классическим примером является взаимодействие популяций хищника и жертвы. Рост численности жертвы, действуя как положительная связь, способствует росту численности хищника. В свою очередь увеличивающаяся популяция хищника по обратной отрицательной связи уменьшает численность жертвы, в результате снижается и численность хищника (рис.8.4).