Напишем:


✔ Реферат от 200 руб., от 4 часов
✔ Контрольную от 200 руб., от 4 часов
✔ Курсовую от 500 руб., от 1 дня
✔ Решим задачу от 20 руб., от 4 часов
✔ Дипломную работу от 3000 руб., от 3-х дней
✔ Другие виды работ по договоренности.

Узнать стоимость!

Не интересно!

Известные экологи

Владимир Вернадский

Эдуард Зюсс

 

Джеймс Лавлок

Развитие биосистем. Законы внутреннего развития систем.

Помимо общих закономерностей сложения систем существуют общие законы их развития.

Прежде всего, это совершенно очевидный закон вектора развития: развитие однонаправлено. Нельзя прожить жизнь наоборот, от смерти к рождению, от юности к старости.

 Для живых организмов существует закон необратимости эволюции: организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию уже осуществленному в ряду предков. Эта закономерность универсальна.

Утановлена всеобщая тенденция к усложнению организации подсистем. Эта закономерность сформулирована в виде закона усложнения системной организации: историческое развитие живых организмов, а также иных природных и социальных систем, приводит к усложнению их организации путем нарастающей дифференциации функций и органов, выполняющих эти функции.

В сфере закономерностей развития есть два ряда закономерностей:

эволюционно – историческое развитие (филогенез)

собственное развитие индивидуальных систем (онтогенез)

Взаимосвязь этих закономерностей развития сформулирована Геккелем и названа биогенетическим законом: онтогенез всякого организма есть краткое и сжатое повторение филогенеза, т.е. индивид в своем развитии повторяет (в сокращенном и закономерно измененном виде) историческое (эволюционное) развитие своего вида.

Для абиотических систем сформулирован геогенетический закон: минералогические процессы в короткие интервалы времени повторяют общую историю геологического развития, или геологические процессы развития однонаправлены во всех масштабах геоэволюции (общей эволюции Земли, в рамках геологического механизма и т.д.)

Биогенетические и геогенетические законы имеют много аналогов в развитии систем. Сходным образом развиваются экосистемы в ряду сукцессий, идет познание мира ребенком, развитие техники и т.д. Закрепленность пути индивидуального развития очевидна, это путь от юности к старости, закреплен эволюционно – исторической памятью.  Функциональные изменения также  следуют закрепленным путем. Отсюда закон последовательности прохождения фаз развития: фазы развития природных систем  (индивидуума) могут следовать лишь в эволюционно и функционально закрепленном (историческом, эволюционно, геохимически и физиологобиологическом) порядке. Насильно убрать какую – то из фраз развития практически невозможно. Иногда возможно несколько сократить во времени, но не качественно изменить.

Существует общий системогенетический закон: природные системы в индивидуальном развитии повторяют в сокращенной и нередко закономерно измененной и обобщенной форме эволюционный путь развития своей системной структуры.

Если это так, то возникает щекотливый вопрос: как находятся пути в самой эволюции? Неужели есть направление, не иначе как через божественную силу?Но так лишь с первого взгляда. На самом деле наблюдается движение, причем одновременное всех движение в иерархии систем от большего Космоса до элементарных частиц.

Каждая подсистема следует за своей системой, т.е. развитие надсистемы определяет многие ограничения в развитии входящих в нее подсистем. Процессы организаторы и их как бы подталкивают развитие по определенным руслам, и как в реке ниже лежащая масса воды пройдет раньше вышележащей. Процесс «подталкивания», направления развития характерен для всего системного мира, т.е. идет развитие развитий, эволюция эволюций. Такова логическая модель действия системногенетического закона.

Принципы управления – целое ограничивает число степеней свободы своих частей, то же делают части по отношению друг к другу и к целому. Системогенетический закон в отличие от биогенетического позволяет прогнозировать будущее развитие, т.е. можно прогнозировать вероятностный ход событий.

Детерминированность () развития предполагает наличие единого русла изменений, их одновременность и сопряженность. Это сформулировано в законе анатомической (структурной) корреляции: в организме, как в целостной системе все его части соответствуют друг другу, как по строению, так и по функциям. Изменение одной части организма или отдельной функции влечет за собой изменение других частей и их функций.

В любой системе имеется согласование частей, в экологических системах действует закон согласования строения и ритмики, или закон синхронизации и гармонизации системных составляющих: в системе как в саморегулирующем единстве индивидуальные характеристики подсистем согласованы между собой.

Одно из важнейших следствий этого закона в том, что выпадение одного из звеньев системы меняет структуру и функции других или полностью меняет целое.

Но системы, как правило развиваются неправильно, неправильность развития подсистем внутри одной системы закономерно и согласуется с законами аллометрии  и законом разновременности развития подсистем в больших системах.

Закон аллометрии указывает на неравномерность роста частей тела в процессе развития организма. Закон разновременности развития подсистем сформулирован в таком виде: системы одного уровня иерархии развиваются не строго синхронно, в то время, когда одни из них достигли более высокого уровня, другие остаются в менее развитом состоянии.

Для понимания внутреннего развития систем и образования важен закон (правило) системнодинамической комплиментарности или закон баланса консервативности и изменчивости. Этот закон  сформулирован таким образом: любая саморазвивающаяся система состоит из двух рядов структур (подсистем), один из которых, сохраняет и закрепляет ее строение и функциональные особенности, а другой, способствует видоизменению и даже, саморазрушению системы с образованием новой функциональной специфики.

Чем жестче организована система, тем сильнее в ней механизмы консервативности. При этом большое значение имеют внешние, а не внутренние факторы.

Жесткие системы лишены свойств и механизмов самоподдержания, и по этому сначала выходят из строя отдельные части, а потом наступает момент полной деструкции без возможного для нее самовосстановления и даже искусственного ремонта.

Это наблюдается, когда среда не соответствует функционально – структурным особенностям системы.

В этом случае происходит вымирание, смена функций и другие процессы, охватывающие не только исчезающие системы, но и связанные с ними функциональные совокупности и их иерархии.

Например, один вид никогда не исчезнет, с ним вместе исчезает вся пищевая цепь, сеть, затем биоценоз.

Внутренние закономерности развития индивидуальных систем, особенно живых и с участием живого, очень трудно отличить от внешних факторов, определяющих это внутреннее развитие.

Самые общие «правила поведения» живых систем иногда внешне не отличаются от алгоритмов функционирования любых других систем аналогичной сложности. Мы уже говорили об общих закономерностях внутреннего развития систем:

           закон усложнения системной организации.

           закон неограниченности прогресса для биологических структур (развитие биосистем как бы изнутри). 

Правило ускорения эволюции:

с ростом сложности организации биосистем продолжительность существования вида в среднем сокращается, а темпы эволюции возрастают. Можно построить такой ряд: средняя продолжительность существования вида птиц – 2 млн. лет, млекопитающих – 800 тыс. лет, предковых форм человека 200 – 500 лет, современного человека пока не более 50 тыс. лет (а уже возникли многие экологические кризисы, и генетики считают генетические резервы человека исчерпаны). Следует отметить, что среди «живых ископаемых» нет высокоорганизованных видов.

                Но живое неотрывно от среды, а перечисленные закономерности как бы игнорируют эту связь.

Хотя в индивидуальном развитии эти закономерности почти абсолютны. Если системы живого не погибают, они обладают свойством конечной эквивалентности. Это сформулировано в законе (правило) эквивалентности в развитии биосистем: биосистемы способны достигнуть конечного (финального) состояния (фазы) развития вне зависимости от степени нарушения начальных условий своего развития. Следует подчеркнуть, что это происходит лишь при сохранении минимума внешних и внутренних условий существования биосистем.

Внешние условия ограничивают многие процессы, в том числе интенсивность размножения организмов. В противном случае осуществлялось без ограничений правило максимального «давления жизни»: организмы размножаются с интенсивностью обеспечивающей максимально возможное их число. Однако «давление жизни» лимитируется многими закономерностями системного мира: закон ограничения роста, соответствия среды генетической предраспределенности организма и др.

Всем этим лимитирующим механизмам организма противопоставляют возможности предадаптации.

Принцип предадаптации заключается в том, что организмы занимают все новые экологические ниши, благодаря наличию у них свойства генетической предадаптации. Это свойство состоит в том, что способность к приспособлению у организмов заложена «изначально» и не связана непосредственно с их взаимодействием со средой обитания. Обусловлена такая способность практической исчерпаемостью генетического кода. При минимуме числа направлений количество вариантов генов достигает 1050. В этом многообразии всегда находятся варианты, необходимые для адаптации. Если они бывают исчерпаны для одного вида он вымирает, но находится вид – дублер, и экологическая ниша вновь заполняется. Время формирования экологических ниш может быть различным. Иногда это происходит почти мгновенно (за отдельные годы), иногда замедленно.

Облегчается и ускоряется процесс формирования экологических ниш почти необозримым генетическим многообразием организмов. Закон генетического разнообразия заключается в том, что все живое генетически различно и имеет тенденцию к увеличению биологической разнородности. Варианты предадаптаций неисчислимы. В природе, за исключением однояйцовых близнецов, не существует двух генетически идентичных особей. Столь же множественны и экологические особенности каждого из индивидов в составе любого вида. Естественно, что любое генетическое разнообразие все же не обеспечивает освоение любых экологических ниш. Например, наземным организмам – условий водной среды или глубинных слоев литосферы. Эволюционные изменения идут под контролем определенных правил.

Одним из таких правил является закон эволюции А.Н.Северцова. О чередовании арогенезов, принципиально меняющих возможности вида к адаптации и расширению сферы обитания и периодов изменений частного порядка. Аналогичный закон о прерывистости равновесия, согласно которого эволюция представляет собой прерывистый, скачкообразный процесс. Смена ускорений и замедлений в процессе эволюции подчеркнуто в правиле чередования главных направлений эволюции: арогенная эволюция чередуется с периодами аллогенной эволюции во всех группах организмов.

Существует закон внезапного усиления патогенности: живое болезнетворное начало действует тем сильнее и разрушительнее, чем выше разница между его полноценностью и сопротивляемостью к ней, особенно если дисбаланс возникает случайно. Усиление патогенности возникает в следующих случаях:

а) при мутации болезнетворного организма,

б) при выработке болезнетворным организмом новой экологической ниши,

в) при внедрении нового болезнетворного организма в экосистему, где нет механизмов регуляции его численности,

г) при неблагоприятном изменении половозрастной структуры поражаемого вида, приводящего к снижению иммунитета.

Этот случай в жизни природы указывает на неравномерность развития биосистем, но в целом развитие биосистем подчиняется закону эколого – системной направленности эволюции: любые эволюционные изменения в конечном итоге направлены экологическими факторами и системными особенностями развития эволюционирующей совокупности, то есть прогресс направляется как внешними, так и внутренними факторами.

Внешние факторы – все воздействия надсистем, которые выступают ограничения развития и как механизмы, к которым развивающаяся система вынуждена адаптироваться. Развитие каждой из надсистем ведет к изменению условий существования, ужесточающих естественный отбор и приводящих к мутации. Изменению качества видов в экосистемах существует перемена в видовом составе биоценозов, которые тоже адаптируются к переменам в окружающей их среде. Это в свою очередь создает новые условия в надсистеме по отношению к видам, видоизменяет и ужесточает естественный отбор. Процесс самоусиливается.

Внутренние факторы – термодинамические, физико – химические и т.д. Единичные, как бы случайные мутации на самом деле направлены внешними воздействиями и внутренними механизмами. Все это объясняет значительную скорость эволюции, математически неукладывающуюся  в представление о полной случайности и ненаправленности механизмов прогресса.

Массовые разновекторные изменения вынужденно вливаются в поток, определяемый эволюцией иерархически высших надсистем.

  Число степеней свободы для развития зависит от глубины специализации: чем уже специализирован вид, тем более специфичные условия жизни ему нужны, поэтому есть правило происхождения новых видов: новые крупные группы организмов берут начало не от специализированных представителей предков, а от их сравнительно неспециализированных групп. Это правило дополняет закон адаптивной радиации: филогенез любой группы сопровождается разделением ее на рад отдельных филогенетических стволов, которые расходятся в разных адаптивных направлениях, от среднего исходного состояния.

Новые группы либо остаются неспециализированными, либо подчиняются правилу прогрессирующей специализации. Чем глубже такая специализация, тем возможнее расхождение темпов адаптации и скорости изменения среды его обитания. Согласно правила более высоких шансов вымирания глубоко специализированных форм: быстрее вымирают более специализированные формы, генетические резервы которых для дальнейшей адаптации снижены.

«Вымирание – столь же обычный процесс, как и возникновение новых видов». Оно всегда происходило неодновременно, шло с заменой экологически адекватных ярких видов другими, согласно алгоритмам геологического времени. При этом ниже организованные виды сменялись более высокоорганизованными.

Взаимосвязь вещественно – энергетических  и информационных закономерностей приводит в действие закон увеличения размеров (роста) и веса (массы) организмов в филогенетической ветви: Вернадский так сформулировал этот закон: «По мере хода геологического времени выживающие формы увеличивают свои размеры и затем вымирают». Происходит это от того, что чем мельче особи, тем труднее им противостоять процессам энтропии, ведущему к равномерному распределению энергии. Эволюционно размер особей по этому увеличивается, но крупные организмы с большей массой, требуют больше пищи. Возрастающая потребность в пище увеличивает давление крупных особей на среду.

В целом укрупнение входит в противоречие с законом оптимальности, что приводит к вымиранию слишком крупных организмов, при минимальных изменениях среды: «Эффект динозавра» выражается не только и не столько в величине особи, а в несоответствии формы управления ее размером. Хотя могут вымирать и не гиганты, а лишь организмы вышедшие за рамки закона оптимальности.

Закон увеличения размеров организмов может быть и со знаком «минус». В ряде случаев с ходом биологического времени организмы отдельных филогенетических ветвей мельчают, что дает им больше возможности для приспособления к среде обитания, в том числе в процессах добывания пищи. При определенном ее обилии на единицу площади мелкие размеры и высокая активность особей уравновешивает потери энергии при усиленном метаболизме (обмен веществ). Однако, если количество пищи сокращается, то измельчение по причине высокого метаболизма требует усиления активности. Баланс энергии может оказаться отрицательным, и в этом случае возможно вымирание, или может привести к новому укрупнению до достижения «средних» (энергетически оптимальных) размеров.

Этот закон Э. Кона и Ш. Депере был установлен для биологических систем, но он справедлив и для иных системных совокупностей: размера индивидуальных сельскохозяйственных полей, предприятий, территорий государств и т.д.