Тема 2 живой организм как самоорганизующаяся и саморазвивающаяся система

2.1.Свойство самоорганизующихся систем.

Основное свойство живых организмов – это свойства противостояния энтропийным процессом (устойчивости, однообразию).

Энтропия выступает как мера неопределенности (хаоса), усреднения поведения объектов, установления стабильного состояния и единообразия.

Одним из законов развития живого – это стремление к разнообразию, целевое повышение разнообразия.

Живой организм – это открытая система, способная к обмену с окружающей средой веществом и энергией, информацией, с повышением внешней энтропии.

Организм находится в состоянии динамического неравновесия и стремится к упорядоченности.

В физике состояние равновесие соответствует беспорядку, хаосу, приводящему к гибели живого организма (в таком состоянии энтропия максимальна).

Для сохранения состояния динамического неравновесия (в физике это состояние называется стационарная неустойчивость), организм должен потреблять энергию извне. Развитие живых систем протекает путем образования нарастающей упорядоченности. На основе существования в системах состояния динамического неравновесия и нарастающей упорядоченности возникло представление о самоорганизации живых систем.

Самоорганизация живого (биоса) – целенаправленный процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной биологической системы.

Самоорганизация – это процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы.

Система называется самоорганизующейся, если она стремится сохранить свои свойства и природу протекающих процессов за счет структурных изменений. Класс систем, способных к самоорганизации, - это открытые, нелинейные системы. Открытость системы означает наличие в ней обмена веществом, информацией и энергией с окружающей средой. Открытость системы – необходимое, но не достаточное условие для самоорганизации: то есть всякая самоорганизующая система открыта, но не всякая открытая система самоорганизуется, строит структуры.

Самоорганизация – природный скачкообразный процесс, переводящий открытую неравновесную живую систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности по сравнению с исходным. Самоорганизация живых систем реализуется через адаптацию, приспособляемость и является причиной возникновения биоса. Для существования и развития жизни необходимо целесообразное реагирование на воздействия окружающей среды.

Живой организм – это непрерывный вещественный энергоинформационный поток изменений, необходимый для создания структуры живого и поддержания его жизнедеятельности.

В биологических самоорганизующихся системах главным фактором развития является неустойчивость. Становление новых форм происходит тогда, когда система в ходе внутренних перестроек и усложнений приобретает признаки неустойчивости.

2.2. Синергетика и современное миропонимание.

Синергетика сотрудничества изменила представление о мире. Развитие понимается в синергетике как процесс становления качественно нового, того, что еще не существовало в природе и предсказать это невозможно. Синергетика XXI в. решает вечную проблему рождения материи. Она предлагает механизм, включающий два основных понятия: первое – спонтанная флуктуация – случайные отклонения параметров системы от равновесия; второе – определенное событие в точке бифуркации, т.е. в состоянии максимального беспорядка (хаоса) в любом процессе.

Точка бифуркации – это точка «выбора» дальнейшего пути развития системы.

Появление неустойчивых состояний в системе создает потенциальную возможность для нее перейти в новое качественное состояние. Оно характеризуется новыми параметрами системы и новым режимом ее функционирования.

Синергетика сформулировала принцип самодвижения, создания более сложных систем из более простых. Синергетика подтверждает вывод теории относительности о взаимопревращении вещества и энергии и объясняет образование веществ. С точки зрения синергетики, вещество – это застывшая энергия. Энергия, как бы застывает в виде кристаллах, превращаясь из кинетической в потенциальную. С точки зрения синергетики энтропия – это форма выражения количества связанной энергии, которое имеет вещество.

Моделирование отклика живого организма на воздействие сложная задача. Ответная реакция системы непредсказуема, нелинейна, она может быть и адекватной и неадекватной. Процессы в саморазвивающихся системах сложны (предсказание погоды).

При изучении простых моделей, обнаружено, что в нелинейных системах при конкуренции ряда противоположных факторов реализуются режимы, необъяснимые только ньютоновской физикой. Малые изменения ведут к совершенно неповторимым сценариям развития. Исследования выявляют наличие нескольких основных сценариев – аттракторов (притягивать), притягивающих все остальные. Если система подпитывается необходимым для ее существования потоком энергии она переходит от одного сценария к другому. Знание характеристик системы в выделенные моменты перехода с одной ветви аттрактора на другую позволяет определить ее поведение на относительно долговременную перспективу.

Возникновение порядка из хаоса – характерная черта в поведение сложных синергетических систем. Малые изменения начальных условий возрастают до макроскопического уровня. На этом уровне возникают неустойчивости, приводящие к бифуркациям, т.е. резким изменениям состояния систем – фазовые переходы. В синергетической системе реализуется самоорганизация и самоупорядочение в пространстве и времени.

Соответствующие явления наблюдаются на всех уровнях, начиная со Вселенной и до частиц вируса. Хаотической является система, поведение которой существенно зависит от малых случайных изменений начальных условий.

Аксиомой неравновесной термодинамики является утверждение: любая термодинамическая система стремится к равновесному состоянию, при этом в системе возрастает беспорядок. Мерой беспорядка является энтропия. Энтропия замкнутой системы в целом или постоянна или возрастает. В отдельных частях системы могут возникать самопроизвольно и случайно отклонения от равновесного состояния – флуктуации. Математические модели показывают: видообразование в эволюции подобно фазовому переходу.