Открытость живых систем

Содержание.

Введение…………………………………………………………………………2

Мир живого как  система………………………………………………………..3

Открытость живых  систем……………………………………………………...6

Заключение………………………………………………………………………8

Библиографический список…………………………………………………... 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

    «Развитие системы происходит за счет внутренних механизмов, в результате процессов самоорганизации и за счет внешних управляющих воздействий». [1] cтр 271

    М.Эйгеном на основе неравновесной термодинамики и теории информации разработана концепция самоорганизации материи. Эйген ограничивается моделированием добиологической эволюции макромолекул, но развитые им идеи и методы имеют более общее принципиальное значение. Так же как и работы школы Пригожина, работы Эйгена вышли за рамки частных наук и имеют общенаучное методологическое значение.

    «Согласно теории Эйгена, самоорганизация не является очевидным свойством материи, которое обязательно проявляется при любых обстоятельствах. Должны быть выполнены определенные внутренние и внешние условия, прежде чем такой процесс станет неизбежным. Самоорганизация начинается с флуктуации. Для возникновения процесса самоорганизации необходимы инструктивные свойства системы на микроуровне». [2] cтр 279

       Инструкция требует информации, которая кодирует определенные функции. Для самоорганизованных систем интерес представляет функция воспроизведения или сохранения ее собственного информационного содержания. Для возникновения эволюции существенно не количество информации, а инструктирующие свойства информации; важно не количество, а ценность информации, которая непосредственно связана с ее используемостью.  
 
 
 

    1.Мир  живого как система.

    Среди живых систем нет двух одинаковых особей, популяций, видов и др. Это  способствует их адаптации к внешней  среде.

    «Вместе с тем сложная организация немыслима без целостности. Целостность системы означает несводимость свойств системы к сумме свойств ее элементов. Целостность порождается структурой системы, типом связей между ее элементами. Биологические системы отличаются высоким уровнем целостности».[3] cтр 93

    Живые системы - открытые системы, постоянно  обменивающиеся веществом, энергией и  информацией со средой. Обмен веществом, энергией и информацией происходит и между частями (подсистемами) системы. Для живых систем характерны отрицательная  энтропия (увеличение упорядоченности), способность к самоорганизации.

    Динамические  процессы в биологических системах, их самоорганизация, устойчивость и  переходы из стационарного состояния  в нестационарное обеспечиваются различными механизмами саморегуляции. Саморегуляция - это внутреннее свойство биологических систем автоматически поддерживать на некотором необходимом уровне параметры протекающих в них процессов. Системы органического мира организованы иерархически и представлены большим количеством уровней структурно- функциональной организации. На каждом уровне складываются свои специфические механизмы саморегуляции, основанные, как правило, на принципе обратной связи, когда отклонение некоторого параметра от необходимого уровня приводит к «включению» функций, которые ликвидируют дисбаланс, возвращая данный параметр к нужному уровню. В случае отрицательной обратной связи знак изменения противоположен знаку первоначального отклонения, а при положительной обратной связи знак изменения совпадает со знаком отклонения; при этом система выходит из одного стационарного состояния и переходит в другое. Любая биологическая система способна пребывать в различных стационарных состояниях. Это позволяет ей, с одной стороны, функционировать в определенных отношениях независимо от среды, а с другой - адаптироваться к среде при соответствующих условиях.

    «Кроме стационарных, биологические системы имеют и автоколебательные состояния, когда значения параметров колеблются во времени с определенной амплитудой. Такие состояния являются основой периодических биологических процессов, биологических ритмов, биологических часов и др».[4] cтр 127

    «Классическое и неклассическое естествознание объединяет одна общая черта: их предмет познания - это простые системы. Однако такое понимание предмета познания является сильной абстракцией. Вселенная представляет собой множество систем. Но лишь некоторые из них могут трактоваться как замкнутые системы, т.е. как «механизмы». Во Вселенной таких «закрытых» простых систем меньшая часть. Подавляющее большинство реальных систем открытые и сложные. Это значит, что они обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой».[5] cтр 227

    В 1970-е гг. начала активно развиваться  теория сложных самоорганизующихся систем. Результаты исследований в  области математического моделирования  сложных открытых систем привели  к рождению нового мощного научного направления в современном естествознании - синергетики. Как и кибернетика, синергетика - это некоторый междисциплинарный  подход. Но если в кибернетике акцент делается на процессах управления и  обмена информацией, то синергетика  ориентирована на исследование принципов  построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения.

    Мир самоорганизующихся систем гораздо  богаче, чем мир закрытых, линейных систем. Вместе с тем его сложнее  моделировать. Как правило, для решения  большинства возникающих здесь  нелинейных уравнений требуется  сочетание современных аналитических  методов и вычислительных экспериментов. Синергетика открывает для точного, количественного, математического исследования такие стороны мира, как его нестабильность, многообразие путей изменения и развития, раскрывает условия существования и устойчивого развития сложных структур, позволяет моделировать катастрофические ситуации и т.п. 
 
 
 

2.Открытость  живых систем.

    Итак, предметом синергетики являются сложные самоорганизующиеся системы. Один из основоположников синергетики  Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы следующим образом:

    « Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру. Под специфическим внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспецифическое воздействие. Например, жидкость, подогреваемая снизу, совершенно равномерно обретает в результате самоорганизации макроструктуру, образуя шестиугольные ячейки».[6] cтр 140

    Таким образом, современное естествознание ищет пути теоретического моделирования  самых сложных систем, которые  присущи природе, - систем, способных  к самоорганизации, саморазвитию.

    Основные  свойства самоорганизующихся систем - открытость, нелинейность, диссипативность. Теория самоорганизации имеет дело с открытыми, нелинейными диссипативными системами, далекими от равновесия.

    Объект  изучения классической термодинамики - закрытые системы, т.е. системы, которые  не обмениваются со средой веществом, энергией и информацией, а центральным  понятием термодинамики является понятие  энтропии.

    «Открытые системы - это такие системы, которые поддерживаются в определенном состоянии за счет непрерывного притока извне и (или) стока вовне вещества, энергии или информации. Причем приток и сток обычно носят объемный характер, т.е. происходят в каждой точке данной системы. Так, во всех компонентах биологического организма происходит обмен веществ, приток и отток вещества. Постоянный приток вещества, энергии или информации является необходимым условием существования неравновесных, неустойчивых состояний в противоположность замкнутым системам, неизбежно стремящимся  к однородному равновесному состоянию.»[7] cтр 293

     Неравновесность, неустойчивость открытых систем порождается  постоянной борьбой двух тенденций. Первая - это порождение и укрепление неоднородностей, структурирования, локализации  элементов открытой системы. И вторая - рассеивание неоднородностей, «размывание» их, диффузия, деструктурализация системы. Если побеждает первая тенденция, то открытая система становится самоорганизующейся системой, а если доминирует вторая - открытая система рассеивается, превращаясь в хаос. А когда эти тенденции примерно равны друг другу, тогда в открытых системах ключевую роль - наряду с закономерным и необходимым - могут играть случайные факторы, флуктуационные процессы. Иногда флуктуация может стать настолько сильной, что существовавшая организация разрушается.

    Но  если большинство систем Вселенной  носит открытый характер, то это  значит, что во Вселенной доминируют не стабильность и равновесие, а  неустойчивость и неравновесность. Вследствие этого Вселенная оказывается  способной к развитию, эволюции, самоорганизации. Стабильные и равновесные  системы не способны к самоорганизации, они являются тупиками эволюции.

    Неравновесные системы благодаря избирательности  к внешним воздействиям среды  воспринимают различия во внешней среде  и «учитывают» их в своем функционировании. При этом некоторые слабые воздействия  могут оказывать большее влияние  на эволюцию системы, чем воздействия, хотя и более сильные, но не адекватные собственным тенденциям системы. Иначе  говоря, на нелинейные системы не распространяется принцип суперпозиции: здесь возможны ситуации, когда эффект от совместного  действия причин А и В не имеет ничего общего с результатами воздействия А и В по отдельности.[8] cтр 329 

     Заключение.

    Для появления согласованных направленных процессов в системе необходимо использование информации в процессе функционирования системы. Если использования  нет, то новые признаки у элементов  появляются независимо от того, какие  признаки есть у других элементов. Если нет использования информации, то нет ее накопления во внешней среде, а, следовательно, нет передачи накопленной  информации из внешней среды в  систему. Организация в системе  связана с локализацией элементов, обладающих определенными признаками, с концентрацией этих элементов, то есть образованием диссипативной  структуры. Локализованные диссипативные  структуры имеют способность  накапливать информацию за счет своего рода "примитивной памяти". Такая  локализация происходит благодаря  самоинструктирующему процессу использования информации.

    В процессе использования информации происходит отбор тех элементов-признаков, которые дают преимущества в ходе развития. Использование информации не является ее атрибутом, а лишь свойством, проявляющимся в определенных условиях.

    В самоорганизующейся системе возможный  максимальный беспорядок увеличивается  за счет присоединения новых элементов  к системе. Но простое добавление элементов в систему еще не превращает ее в самоорганизующуюся. Во время добавления элементов к системе энтропия системы должна сохраняться постоянной. Для выполнения этого условия необходимо выделение отрицательной энтропии из окружающей среды, т.е. дополнительный ввод энергии, информации в систему, который выражается в передаче накопленной информации из внешней среды в систему.

    С возрастанием ценности связано и  возрастание способности биологической  системы к отбору ценной информации. Эта способность велика у высших животных, органы чувств которых предназначены  для такого отбора. Отбор ценной информации лежит в основе творческой деятельности человека. Такой отбор  не требует дополнительных энергетических затрат - энергетическая стоимость одного бита информации не зависит от ее ценности.

    Естественный  отбор означает сравнительную оценку фенотипов применительно к данной экологической нише, т.е. поиск оптимальной  ценности.

    Теория  функциональных систем, сформулированная выдающимся физиологом академиком П.К.Анохиным, утверждает, что движущий стимул поведения человека и животного - полезный приспособительный результат. Им могут быть оптимальное давление крови, достаточное содержание в ней кислорода и питательных веществ, внешние факторы, скажем, пища, вода, итоги социальной деятельности. Во имя достижения поставленных целей в организме создаются временные, "рабочие" объединения структур мозга, различных органов, систем, которые мобилизованы для выполнения отдельной функции. Эта концепция описывает общие принципы, по которым складывается физиологическая архитектура таких объединений.

    «Обращаясь к вышеизложенной концептуальной модели развития, отметим, что этапу преобразующего отбора соответствует состояние неустойчивости, т.е. этап зарождения и формирования новой системы. Переход от этапа формирования к эволюции отобранного состояния можно рассматривать как скачок в развитии».[9] cтр 440 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Библиографический список.