Основные принципы и ограничения про построении сис

Основные принципы и ограничения при построении системных моделей экологического гомеостазиса.

С целью лучшего понимания изучаемых объектов и явлений используют их модели. Искусство моделирования имеет настолько важное значение в подготовке дипломированных специалистов, что в перечне общественно-политических специальностей для выпускников вузов, принятом в марте 1990 г., отмечено, что среди прочих в одну из сложнейших в системном содержании наук – в социологию входит «социальная информатика и моделирование». [1].

Обратимся к четким определениям, которые приводит профессор В.В.Рево в «Энциклопедии системных знаний».

Гомеостаз (от греч. homoios – подобный, statis – неподвижность) – понятие, выражающее форму активного сохранения биодинамических характеристик организма на оптимальном для жизни уровне в соответствии с имеющейся эволюционно обусловленной программой применительно к переживаемому отрезку времени. В кибернетике гомеостазом называют процесс нахождения согласованного устойчивого состояния многосвязной, а для живого – многоуровневой иерархической системы. Гомеостаз в отличие от адаптации следует принимать с аналитических позиций в физиологическом контексте. [2] «Результатом гомеостаза и является решение... В отличие от гомеостаза в кибернетике, предполагающего равноправие всех подсистем.. системный гомеостаз имеет целевую ориентацию на достижение решения.» [3] Слово «гомеостазис» можно перевести как «сила устойчивости»

Модель (от лат. modulus – мера, образец) – понятие, выражающее форму отражения, обеспечивающего раскрытие сущности исследуемых объектов и явлений. В общем виде модель может быть материальной, энергетической, информационной. В частном виде модель может быть абстрактной (закон, постулат и пр.) и материальной (натурной, имитационной, в том числе знаковой и пр.). Чем выше УСЭО системы, тем больший уровень неопределенности должна будет иметь ее модель.[4]

Модель является, прежде всего, эффективным средством упрощения; при этом механизм модели обычно неадекватен моделируемому объекту или процессу. Необходимо осознать, что нельзя построить модель, абсолютно адекватную сложной системе, особенно включающей человека как системообразующий элемент. Во-первых, по причинам объективным:

1. для полного описания системы адекватной сложности в соответствии с теоремой неполноты К.Геделя нужны понятийный аппарат и язык более высшего системного уровня, которых нет;

2. система, сложность которой выше некоторого порога, не может иметь более простую адекватную модель.

Во-вторых, по причинам субъективным:

1. любой исследователь обычно подсознательно опирается на свои собственные знания, опят и представления об изучаемом объекте, внося тем самым в процесс исследования определенную долю субъективизма;

2. характер и содержание используемой им информации непосредственно зависят т представлений каждого субъекта.[5]

Возникает потребность дать точное определение сложной системе.

Система сложная – термин, обозначающий любой объект живой Природы, который может быть сколь угодно малым, оставаясь (по определению) всегда сложным. [6]

Объединение элементов в систему всегда ограничивает степени свободы, уменьшает количество возможных связей, что неизбежно проявляется в изменении свойств. Изменение свойств может приводить к улучшению или ухудшению функций системы, но это уже субъективные оценки. Важно, что свойства системы изменяются. Отсутствие видимых изменений свойств указывает лишь на то, что исследователь просто их не обнаружил (прагматически смотрит только на те свойства, которые его интересуют).

«Кибернети­ческая модель гомеостазиса и модель открытой системы, развиваемая в рамках общей теории систем, претендуют на объяснение многих эмпирических явлений. Поскольку отношение этих двух теорий не всегда хорошо осознают, уместно кратко остановиться на этом вопросе.

П ростейшая схема обратной связи может быть пред­ставлена в следующем виде (рис. 1). Современные серво­механизмы и автоматы, точно так же как и многие явле­ния в живом организме, основаны на действии обратных связей, причем в их гораздо более сложных—по сравне­нию с простой моделью (рис. 1)—формах, однако по­следняя является их элементарным прототипом.

В применении к живым организмам схема обратной связи выступает в форме гомеостазиса.

Согласно Кэннону, гомеостазис представляет собой совокупность органических регуляций для поддержания устойчивого состояния организма, причем действие регу­лирующих механизмов может происходить не в одном и том же, но нередко в разных и даже противоположных направлениях — сообразно соответствующим внешним из­менениям, которые подчиняются некоторым физическим законам. Подобную же схему обратной связи можно найти в разнообразных формах физиологических регуляций. Регуляция положения и управление действиями при целеустремленной активно­сти животных и человека точно так же осуществляется механизмом обратной связи.» [7]

Итак, множество отрицательных обратных связей между элементами и подсистемами в сложной системе обеспечивают ей сверхстабильность, т.е. условия гомеостаза. Однако способность системы сохранять неизменность свойств при изменении окружающих условий необходима не для всяких систем. Эта способность не характерна для саморазвивающихся систем, к которым относятся как биологические, так и социально-экономические системы. Установление гомеостазиса для развивающегося организма означало бы остановку в развитии. Для развивающейся системы характерно не статическое постоянство свойств и структуры, а постоянство протекания процессов развития. Для обозначения устойчивости динамики поддержания равновесных состояний в самом процессе развития в биологии в 1957 г. Был предложен термин "гомеорезис". Гомеорезис - это как бы динамический гомеостазис и обозначает надёжность изменения свойств объекта регулирования. Моделью гомеостазиса является "гомеостат Эшби", моделями гомеорезиса могут служить модель развития науки, модель познания, модель цивилизации. В модели гомеорезиса основную роль играет положительная обратная связь, для которой характерен нарастающий рост количественных или качественных изменений, которые продолжаются либо до достижения системой пределов саморегулирования, либо до перехода системы в новое качественное состояние.

Экологический гомеостаз

Экологический гомеостаз наблюдается в климаксовых сообществах с максимально доступной биологической вариативностью при благоприятных условиях среды. В нарушенных экосистемах, или субклимаксовых биологических сообществах — как, например, остров Кракатау, после сильного извержения вулкана в 1883 — состояние гомеостаза предыдущей лесной климаксовой экосистемы было уничтожено, как и вся жизнь на этом острове. Кракатау за годы после извержения прошёл цепь экологических изменений, в которых новые виды растений и животных сменяли друг друга, что привело к биологической вариативности и в результате климаксовому сообществу. Экологическая сукцессия на Кракатау осуществилась за несколько этапов. В примере с Кракатау на этом острове образовалось климаксовое сообщество с восемью тысячами различных видов, зарегистрированных в 1983, спустя сто лет с того времени, как извержение уничтожило на нём жизнь. Данные подтверждают, что положение сохраняется в гомеостазе в течение некоторого времени, при этом появление новых видов очень быстро приводит к быстрому исчезновению старых.

Случай с Кракатау и другими нарушенными или нетронутыми экосистемами показывает, что первоначальная колонизация пионерными видами осуществляется через стратегии воспроизведения, основанные на положительной обратной связи, при которых виды расселяются, производя на свет как можно больше потомства, но при этом практически не вкладываясь в успех каждого отдельного. В таких видах наблюдается стремительное развитие и столь же стремительный крах (например, через эпидемию). Когда экосистема приближается к климаксу, такие виды заменяются более сложными климаксовыми видами, которые через отрицательную обратную связь адаптируются к специфическим условиям окружающей их среды. Эти виды тщательно контролируются потенциальной ёмкостью экосистемы и следуют иной стратегии — произведению на свет меньшего потомства, в репродуктивный успех которого в условиях микросреды его специфической экологической ниши вкладывается больше энергии.

Развитие начинается с пионер-сообщества и заканчивается на климаксовом сообществе. Это климаксовое сообщество образуется, когда флора и фауна пришла в баланс с местной средой.

Подобные экосистемы формируют гетерархии, в которых гомеостаз на одном уровне способствует гомеостатическим процессам на другом комплексном уровне. Вариативность биорегионов так же играет роль в гомеостатической стабильности биологического региона, или биома.

Список литературы:

1. Рево В.В. Человек от кристалла к сознанию. М.: «Экономика», 2002. С.182.

2. Рево В.В. Энциклопедия системных знаний. М.: «Фолиум», 2002. С.76.

3. Дружинин В.В. Конторов Д.С. Основы военной системотехники. М.: МО, 1983. С.50-51.

4. Рево В.В. Энциклопедия системных знаний. М.: «Фолиум», 2002. С.160.

5. Рево В.В. Человек от кристалла к сознанию. М.: «Экономика», 2002. С.183-184.

6. Рево В.В. Энциклопедия системных знаний. М.: «Фолиум», 2002. С.249.

7. В.Ф.Левченко, Я.И.Старобогатов. Статья опубликована в книге «Эволюционная биология: история и теория». СПб.: «Полиграфия», 1999, С. 37-46.

4