4.1. Живые организмы как кибернетические системы

Живым системам свойственна самоорганизация, информационные процессы и процессы управления. В частности, они имеют систему управления, например гомеостаз, который поддерживает параметры системы постоянными. Следовательно, живые организмы, как имеющие много общего с кибернетическими системами, являются предметом изучения сравнительно новой науки, которая называется биокибернетикой.

В биокибернетике применяется системный подход.

Признаки системного подхода:

1. Система взаимодействует со средой и другими системами как единое целое.

2. Система состоит из иерархий (подсистем) более низких уровней.

3. В свою очередь, рассматриваемая система является подсистемой для систем более высокого порядка.

4. Система сохраняет общую структуру взаимодействия элементов при изменении внешних условий и внутреннего состояния.

По этим признакам мы должны делить мир на системы и несистемы.

Ферментные механизмы управления

Ферментное вещество – вещество, способное управлять скоростью протекания химических реакций и другими процессами.

Большинство организмов обладает очень большими значениями энергии активации химических реакций. Многие реакции вне клетки при температуре 36,6  вообще не могут происходить. Понизить энергию активации призваны ферменты. Скорость протекания реакции в клетке будет определяться концентрацией фермента, а сама активность фермента сильно зависит от окружающей среды.

Ферменты – это белковые макромолекулы, которые состоят из огромного числа аминокислот. Однако активный центр ферментов образован лишь нескольким числом аминокислот. Была высказана гипотеза, что фермент и субстрат (вещество, на которое фермент действует) подходят друг к другу, как ключ к замку. Но в дальнейшем было выяснено, что механизм взаимодействия фермента и субстрата гораздо тоньше и сложнее.

В глубинных внутриклеточных процессах проявляется вероятностная организация, которая и обеспечивает точность и надежность протекания реакции.

Биологические часы

Действие их проявляется в циркадных ритмах, которые свойственны как растениям, так и животным. Отчего они возникают – пока не ясно, но высказывают предположения, что многие из них связаны с периодическим изменением условий среды в течение разных периодов времени. Возможно, что они возникли из-за необходимости приспособления к этим условиям.

Трудно указать физиологические функции организма, которые не были бы ритмичными или периодичными. Период этих ритмичных процессов изменяется во времени: 0,01 с (мышечное сокращение),  1 с (нервные импульсы), дыхательные ритмы порядка 10 с, суточные ритмы – сон и бодрствование, сезонные изменения (например смена окраса шкурки у зайцев и белок). На уровне сообществ – это ритмические процессы – смерть и рождение (обновление рода).

Таким образом, жизнь – это саморегулирующийся ритмический процесс, в основе которого лежит устойчивое неравновесие циклов метаболизма (обмена веществ).

Распространение и передача состояний в биосистемах

Для неживой материи свойственна передача состояния от одного элемента системы к другому или от одного тела к другому путем силового или энергетического воздействия. Например, при столкновении одинаковые шарики обмениваются скоростями. Ничего подобного в живых организмах не происходит.

Передача состояния в живых системах управляется с помощью импульсов, которые подобны импульсам электрического тока под действием многих систем организма.