Системный подход в биологии

1. Система и системный подход

2. Кибернетика и синергетика

«Весь космос обуславливает нашу жизнь, все неразрывно и все едино»

«Вселенная не имела бы смысла, если бы не была заполнена органическим, разумным, чувствующим миром»

К.Э.Циолковский

1. Система и системный подход

Возникновение в 40 – 50-х гг. ХХ столетия общей теории систем и становление системного подхода внесли принципиально новое содержание в концепции эволюционизма. Идея системного рассмотрения объектов оказалась весьма эвристической, прежде всего, в рамках биологической науки, где она привела к разработке проблемы структурных уровней организации живой материи, анализу различного рода связей, как в рамках определенной системы, так и между системами разной степени сложности. Системное рассмотрение объекта предполагает, прежде всего, выявление целостности исследуемой системы, ее взаимосвязей с окружающей средой, анализ в рамках целостной системы свойств составляющих ее элементов и их взаимосвязей между собой.

Одно из общепринятых определений систем следующее:

Система (от греч. systema – целое, составленное из частей; соединение), совокупность элементов, находящихся в тесных отношениях и связях между собой, которая образует определенную целостность, единство. Претерпев длительную историческую эволюцию (начиная с Евклида, Платона, Аристотеля), понятие система с середины XX века становится одним из ключевых философско-методологических и специально-научных понятий. Основоположником общей теории систем является Людвиг фон Берталанфи (1969). Понятие системы тесно связано с понятиями целостности, структуры, связи, элемента, отношения, подсистемы и др. (Дедю, 1990).

Иногда систему определяют как некоторое множество взаимосвязанных частей-компонентов, объединенных для достижения общей цели (эффекта системы). Взаимодействие между частями системы характеризуется упорядоченностью и регулярностью на конкретном отрезке времени. Данное определение дается с позиций теории управления по отношению к социальным системам, причем под системой, в первую очередь, подразумевают – системы самоуправления, при помощи которых местным самоуправлением организуется социально-экономические и культурные процессы на определенной территории.

С позиций экологии выделяется система социоэкологическая, которая включает биосферу и человеческое общество как социально-экономическую совокупность (Дедю, 1990).

Характерные признаки системы:

1. Существование взаимосвязанных частей в объекте;

2. Взаимодействие между частями объекта;

3. Упорядоченность данного взаимодействия для достижения общей цели системы.

Основные компоненты системы:

1. Элемент системы - минимальная целая часть системы, которая функционально может отразить отдельные общие закономерности системы в целом. Минимальность определяется самим субъектом исследования как достаточная часть, удовлетворяющая познавательной и преобразовательной потребности.

2. Взаимоотношения между элементами, или связи.

Виды связей:

• Нейтральные, когда оба элемента не подвергаются каким-либо структурным или функциональным изменениям;

• Функциональные, когда один элемент, воздействуя на другой, приводит к структурным или функциональным изменениям в этом элементе.

3. Подсистема – ряд элементов системы, которые возможно объединить по схожим функциональным проявлениям. Система может иметь разнообразное количество подсистем, число которых зависит от внутренних и внешних функций подсистем.

4. Структура системы.

• Структура – совокупность связей, взаимоотношений между элементами системы, между ее подсистемами, между самой системой и внешней средой.

• Внутренняя структура системы – совокупность всех связей внутри системы.

• Полная структура системы – совокупность всех связей как внутри системы, так и системы с внешней средой.

Заметим, что все описанные выше характерные признаки и основные компоненты системы применимы ко всем системам, рассматриваемым на всех формах организации: физические, химические, биологические, социальные.

Обычно выделяют системы: простые и сложные, открытые и закрытые, устойчивые (равновесные) и неустойчивые (неравновесные), а также неживые, живые и социальные.

Простая система – система, в которую входит небольшое число независимых переменных, т.е. величин, меняющих свое значение, и поэтому взаимоотношения между ними поддаются математической обработке и подчиняются универсальным законам.

Сложная система состоит из большого числа независимых переменных и большого количества связей между ними. Чем оно больше, тем труднее исследование объекта – выведение закономерностей его функционирования. Трудность изучения таких систем объясняется еще и тем обстоятельством, что чем сложнее система, тем больше у нее эмерджентных свойств, т.е. свойств, которых нет у ее частей, и которые являются следствием эффекта целостности системы.

Открытые системы интенсивно обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой. Соответственно, закрытые – изолированные системы.

Отличия неравновесной системы от равновесной заключается в следующем:

1. Система реагирует на внешние условия.

2. Поведение случайно и не зависит от начальных условий, но зависит от предыстории.

3. Приток энергии создает в системе порядок, и, стало быть, ее энтропия (мера неоднородности распределения энергии) уменьшается.

4. Наличие бифуркации переломной точки в развитии системы.

5. Когерентность: система ведет себя как единое целое.

Различают также области равновесности и неравновесности, в которых может пребывать система. Ее поведение при этом сильно меняется, что представлено в таблице.

Будучи предоставленной самой себе, при отсутствии доступа энергии извне, система стремится к состоянию равновесия – наиболее вероятному состоянию, достигаемому при энтропии равной нулю. Пример равновесной структуры – кристалл.

К такому равновесному состоянию в соответствии со 2-м началом термодинамики приходят все закрытые системы, не получаемые энергии извне. Противоположные по типу системы – открытые.

Таблица. Сравнение областей равновесности и неравновесности

Неравновесная область	Равновесная область
1.Система «адаптируется» к внешним условиям, изменяя свою структуру	1.Для перехода из одной структуры в другой требуются сильные возмущения или изменения граничных условий
2.Множественность стационарных состояний	2.Одно стационарное состояние
3.Чувствительность к флуктуациям (небольшие влияния приводят к большим последствиям, внутренние флуктуации становятся большими)	3.Нечувствительность к флуктуациям (воздействиям)
4.Наличие порядка (все части действуют согласовано)	4.Молекулы ведут себя независимо друг от друга
5.Фундаментальная неопределенность поведения системы	5.Поведение системы определяют линейные зависимости

Изучение неравновесных состояний позволяет прийти к общим выводам относительно эволюции в неживой природе от хаоса к порядку.

Если мы изучаем системы, то с точки зрения методологии познания должны обязательно обратить внимание на системный подход и системный анализ.

Системный подход, направление методологии научного познания и социальной практики, в основе которого лежит исследование объекта как системы. Системный подход способствует адекватной постановке проблем в конкретных науках и выработке эффективной стратегии их изучения. Методологическая специфика системного подхода определяется тем, что он ориентирует исследователя на раскрытие целостности объекта и обеспечивающих ее механизмов, на выявление многообразных типов связей сложного объекта и сведение их в единую теоретическую картину (Дедю, 1990, с.285).

Универсальный эволюционизм как раз и представляет собой соединение идеи эволюции с идеями системного подхода. В этом отношении универсальный эволюционизм не только распространяет развитие на все сферы бытия (устанавливая универсальную связь между неживой, живой и социальной материей), но и преодолевает ограниченность феноменологического описания развития, связывая такое описание с идеями и методами системного анализа.

Системный анализ, процесс перевода физических, химических или биологических представлений о любой системе в ряд математических зависимостей и операции над ними; совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам политического, военного, социального, экономического, научного, технического характера (Дедю, 1990).