Поняття програмного пристрою та пам’яті екосистеми

Тепер розглянемо, що являють собою на згаданих рівнях організації програмні пристрої, які мають ще одну назву-еталонні, або гіпотетичні системи.

Виходячи з цього, природними еталонами (програмними пристроями) можна вважати такі системи, еволюційно сформована структурно-функціональна організація яких перебуває в стані природної динамічної зрівноваженості в даних конкретних умовах навколишнього середовища чи, іншими словами, структурно-функціональна організація яких у даних умовах середовища повністю підтримується природними гомеостазисними і гомеорезисними механізмами.

З поняттям "програмний пристрій" тісно пов'язане поняття про пам'ять. У кожній живій системі пам'ять повинна мати величезну інформаційну ємність. Вона формується еволюційним шляхом і розрахована на те, щоб забезпечу­вати системі реалізацію програми розвитку в усіх тих умовах зовнішнього середовища, за яких біотичні і зовнішні абіотичні збурення не перевищують порогових рівнів стійкості системи. У межах цієї пам'яті формується такий її варіант, в якому зафіксований стан еталонної системи, тобто стан, що відбиває сучасний етап її еволюційного розвитку. На організмовому рівні організації пам'ять зберігається в генотипі, на популяційному вона інтегрована в генофонді, а на екосистемному – в геннопласті

Пам’ять і еталонна система не є статичними. Вони еволюціонують стосов­но безперервно змінюваних умов зовнішнього середовища. Але їх в адекватні змінам цього середовища, не копіюють їх, а являють собою синтез еволюційних перетворень, які відбуваються в природі під впливом боротьби за існування і природного добору.

Пам’ять і еталонні системи дуже стійкі проти випадкових, тимчасових змін структури керованих систем і середовища їх існування. Вони зберіга­­­­ються десятки і сотні років у змінених людиною чи навіть штучно створених системах.

Структура регуляторних механізмів на різних рівнях організації живих організмів

На організмовому рівні організації керованою системою (об'єктом керування) завжди є окремий організм. Функцію пам'яті і регулятора (органу керування) виконує генотип. У пам'яті записані всі можливі варіанти реалізації спадкової інформації в будь-яких придатних для існування організму умовах навколишнього середовища (всі можливі норми реакції організму на середовище існування), у тому числі й норма реакції еталонного фенотипу. Регулятор же використовує інформацію для формування тільки одного фенотипу, найбільш відповідного до даних конкретних умов і стохастичних збурень зовнішнього середовища. Внутрішнє збурююче діяння на організм можуть справляти перешкоди в роботі будь-яких його підсистем. Зовнішнє збурення спричиняється абіотичними і біосистемними (з боку популяції, індивідуальної консорції, біогеоценозу чи популяційної екосистеми і біосфери) факторами. Інтегральний ефект саморегуляції досягається внаслідок роботи всіх трьох типів регуляції. Проте оскільки генетична програма і потік фізичної інформації у нескінченно великому (відносно тривалості життя однієї особини) проміжку часу постійні, специфічною особливістю цього рівня організації є саморегуляція, головним

чином, за замкненим циклом із зворотними зв'язками. Суть механізму саморегуляції зводиться до забезпечення реалізації програми індивідуального розвитку і розмноження.

На популяційному рівні організації пам'ять записана у генофонді. Він є також регулятором системи. В пам'яті зберігається величезний запас інформації про структурно-функціональну організацію популяції щодо найрізноманітніших умов її існування як у просторі (в межах історично змінюваного природного ареалу), так і в часі (очевидно, за весь період й історичного розвитку),в тому числі й її еталонного варіанта. У регуляторі використовується лише та інформація, яка забезпечує реалізацію структури і властивостей популяції в даних конкретних умовах середовища. Внутрішнє біотичне збурення на систему проявляється насамперед у вигляді мутацій, а зовнішнє зв'язане із змінами в структурно-функціональній організації популяційної екосистеми, проміжних між нею і біосферою екосистем і самої біосфери. Зовнішнє абіотичне збурення нівелюється переважно механіз­мами гомеостазису на біосферому та екосистемному рівнях, а ті фактори зовнішнього діяння, які досягають популяції, зумовлюють зміни її часової і просторової структури й функціональної ролі в екосистемах або -через мутації особин - впливають навіть на й генетичну основу.

Механізми саморегуляції на популяційному рівні в більш узагальнених рисах можуть бути описані як природний добір протягом усіх фаз індивідуаль­ного розвитку особин. Їх основна суть зводиться до формування в певному обмеженому ареалі (зайнятому однією популяцією) такого населення виду, яке за своєю структурою і життєвими особливостями найкраще відповідає умовам навколишнього середовища. При цьому окреслюється дещо новий кібернетич­ний зміст стабілізаційної і рушійної форм добору. Перша характеризує популяційний механізм регуляції, який працює за заданою програмою і за замкненим циклом і відповідає за стабільність генофонду популяції.

Отже, в основі цієї форми добору (форми регуляції) лежить тісний зв'язок із запам'ятовуючим пристроєм (пам'яттю) популяції. Рушійна ж форма до­бору відбиває популяційний механізм регуляції за збуренням та за від­хиленням і відіграє вирішальну роль у розвитку нових адаптацій, тобто у прогресивному ускладненні організації (в еволюції).

Обидві форми природного добору діють одночасно, паралельно, проте стабілізаційна форма є домінантною протягом усього періоду існування популяції, а рушійна - активізується тільки під час посилених біосистемних та зовнішніх абіотичних збурень.

Основною функцією всіх систем екосистемного рівня організації, починаючи з індивідуальної консорції і закінчуючи біосферою, є забезпечення постійної трансформації енергії і кругообігу речовин між усіма живими компонентами, а також між ними і середовищем їх існування (неживими компонентами). Пам'яттю і регулятором екосистеми є їх генопласт. У пам'яті зберігається надзвичайно велика за обсягом інформація про спонтанну просторову і часово структурно-функціональну організацію екосистеми, тобто про можливі норми реакції всіх організмів - компонентів екосистеми, про всі можливі структурно-функціональні риси наявних у ній популяцій і про всі можливі її стани в мінливих і стохастичних умовах навколишнього середовища. Запас інформації в пам'яті екосистем дає їм можливість існувати від кількох років чи десятків років (індивідуальні консорції) до десяти мільйонів (популяційні екосистеми) і сотень мільйонів мільярдів років (океанічні і материкові екосистеми та біосфера в цілому). Регулятор розпоряджається лише тією спадковою інформацією, яка забезпечує формування структури і роботу керованої системи в порівнянні з еталонною системою в конкретних умовах її існування.

Специфічною рисою саморегуляції на цьому рівні організації є те, що в усіх екологічних системах, які являють собою структурні підсистеми біосфери. мають місце всі три види збурюючого діяння (зовнішнє абіотичне, біосистем­не і внутрішнє біотичне), а сама біосфера зазнає впливу лише двох видів збурення - зовнішнього абіотичного і внутрішнього біотичного (перешкод),

Механізм саморегуляції на цьому рівні організації найбільш схематично можна представити як сукупність усіх явищ і процесів, об'єднаних під загальним поняттям "боротьба за існування" - боротьба особин усіх видів, які входять до складу екосистеми, за фактори неорганічної природи та внутрішньовидова і міжвидова боротьба. Але оскільки екосистеми є ареною всіх без винятку життєвих процесів на Землі і поза ними життя не існує, їх механізми саморегуляції становлять не що інше, як єдину інтегральну систему механізмів, відповідальних за реалізацію програми індивідуального розвитку особин, за природний добір структури всіх популяцій щодо умов середовища та за структуру і матеріально-енергетичний режим роботи екосистеми в цілому. Інакше кажучи, інтегральні екосистеми відповідають за еволюцію органічного світу взагалі.