Характерные свойства систем

1. Эмерджентность. Свойства системы невозможно постичь лишь на основани свойств частей. Важным (основным) есть взаимодействие между элементами. Изучая по отдельности некоторые формы грибов и водорослей, нельзя предсказать существование их симбиоза в виде лишайника. Степень не сводимости свойств системы к свойствам отдельных элементов, из которых она состоит, определяет эмерджентность системы.

2. Принцип необходимого разнообразия элементов. Система не состоит из абсолютно идентичных элементов. Каждый из элементов должен обладать индивидуальностью. Нижний предел разнообразия – не менее 2-х элементов (белок и нуклеиновая кислота); верхний предел – бесконечность. Разнообразие микроскопических свойств частей системы, наличие в ней разных фазовых состояний вещества определяет еегетерогенность. Разнообразие состава или взаимосвязей в системе оценивается по показателю Симпсона

Д = 1- ∑_I=1ⁿ P_i²

или по формуле К. Шеннона

Н+ 1-∑_I=1ⁿ P_i x lg P_i,

где Р_i – нормированная относительная численность i-го вида элементов в совокупности n видов (∑ P_i =1). Оба показателя максимальны при равенстве значимости всех видов в совокупности (Р_i=1/ n для всех i). Эти показатели характеризуют биоразнообразие экосистем и принципиально отличаются от числа представленных в экосистеме видов.

3. Сложность структуры системы. Определяется числом ее элементов и числом связей между ними. Если в какой-то системе исследуется число частных дискретных состояний, то сложность системы Н_mопределяется логарифмом числа связей:

Н_m=lgW, гдеW- число связей.

Тогда система по сложности условно классифицируют:

• системы, имеющие до 1000 состояний 0< Н_m<3 – простые;

• системы, имеющие до 1000 000 состояний 3< Н_m<6 – сложные;

• системы, имеющие свыше 1000 состояний Н_m<6 – очень сложные.

Даже в структуре единичного вируса число биологически значимых молекулярных состояний на несколько порядков больше. По поведению системы, ее реакции на внешнее воздействие, если система способна к акту решения, т.е. к выбору альтернатив – (даже если случайный механизм) – сложная система. Сложной будет любая система, включающая в себя в качестве подсистемы хотя бы одну решающую систему.

4. Оценкаотносительной организации системы, зависящей от сложности и разнообразия состава

R- 1- H/H_m

0<R<0,1 – система вероятностная, неустойчивая, обладающая малой жесткостью и способной гибко изменять свои состояния;

0,1<R<0,3 – промежуточное состояние системы, квазидетерминированные системы;

0,3<R<1 – система детерминированная, т.е. консервативная, жесткая, устойчивая.

Большинство природных биосистем имеет вероятностный или квазидетерминированный характер. Биологические индивидуумы, организмы, виды (квазидетерминированные системы) обладают системной иерархией структур и функций, в которой по мере усложнения организации возрастает разнообразие системных качеств. Результат эволюции – структуры и механизмы регулирования и управления всеми внутренними процессами, доходящими у животных – центральная нервная система, а в социумах – до государственной администрации.

Природные системы – вероятностные системы, состоящие из большого числа отдельных, разнообразных, слабо коррелированных индивидуумов, хотя и могут обладать иерархией положений особей, но не имеют и не нуждаются в выделенной внутренней системе управления. Они способны к самоподдержанию и во многих случаях без каких бы ни было "центральных регуляторов" обнаруживают удивительно тонкую и точную авторегуляцию.

5. Устойчивость. Преобладание внутренних взаимодействий в динамической системе над внешними определяет ее устойчивость и способность к самосохранению. Внешнее воздействие на биологическую систему, превосходящее энергетику ее внутренних взаимодействий, приводит к необратимым изменениям и гибели системы. Устойчивость (стационарное состояние) динамической системы поддерживается непрерывно выполняемой ею внешней циклической работой (принцип велосипеда). Для этого необходимы приток и преобразование энергии в системе.

По обмену веществом/энергией с ОС различают:

• изолированные системы – отсутствие обмена;

• замкнутые системы (нет обмена веществом, есть энергией);

• открытые системы.

Системы, элементы которых взаимосвязаны переносами вещества, энергии и информации – динамические, это открытые, это любая живая система; перенос информации возможен только в них.

ПРИНЦИП ЭВОЛЮЦИИ: возникновение и существование всех систем. Самоподдерживающиеся динамические системы эволюционируют в сторону усложнения организации и возникновения системной иерархии – образование подсистем в структуре системы (кооперативный, системообразующий принцип). Эволюция состоит из последовательного закрепления таких отклонений от стационарного состояния, при которых поток энергии через систему возрастает. Следствием увеличения сложности и разнообразия является ускорение эволюции.

Материально-энергетическая единица.

Экосистема – автотрофы и гетеротрофы.

Термод. открытая система

Структура в новой экосистеме из суммы компонентов:

• Неорганические вещества круговорота;

• Органические соединения, связывающие биотическую и абиатическую среду;

• Воздушная, водная и субстратная среды, включающие климатический режим и др. физические факторы естественного происхождения;

• Микроконсументы или сапротрофы и деструкторы-гетеротрофные организмы – это бактерии, грибы, получающие энергию путем разложения мертвых тканей, поглощения растворенного организмом вещества;

• Средства труда, общество, продукты труда

1935г. англ.ботаник А. Тенсли – «экосистема»

1944г. рус. В.Н.Сукачев – «биогеоциноз» применительно и наземным живым системам сейчас как синоним «экосистема», но большей величине масштаба, подразумевает меньшую суммарную биомассу животных по сравнению с биомассой растений.

Характеризуется однородностью состава и строения компонентов так и характер материально-энергетического обмена между ними.

Территория – биоток.

Сукцессия – последовательный переход одного биоценоза в другой в пространстве или во времени, сопровождающиеся сменой состояния и свойств, всех его компонентов.

Горизонтальная неоднороднось, или мозаичности биоценоза – биогеоценотическая парцелла.

Консорция – совокупность разнородных организмов, тесно связанных между собой и зависимых от центрального члена, или ядра, сообщества.

Синузия – это экологическая и пространственно обособленная часть фитаценоза, состоящая из растений одной или нескольких жизненных форм. Это сумма популяций животных и растений, связанных между собой общими требованиями среде обитания, нередко в значительной степени создаваемой самой совокупностью входящих в популяции организмов.

Для гарячих С_м:

Для холодных С_м: