Биосфера как живая самоорганизующаяся система

1. Биосфера как живая  самоорганизующаяся система

Термин "биосфера" (греч. bios - жизнь, sphaira - шар) был предложен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 году. Э. Зюсс использовал его в процессе обобщения исследований о строении и развитии земной коры. Целостное учение о биосфере было разработано советским академиком В. И. Вернадским в первой трети XX века. Он рассматривал биосферу как геологическое тело, строение и функции которого определяются особенностями Земли и Космоса, как активную оболочку Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов, в том числе человека, проявляется через геохимический фактор планетарного масштаба.

По современным представлениям: биосфера - это глобальная экосистема, область обитания живых организмов, состав, структура и энергетика которой определяется и контролируется планетарной совокупностью живых организмов - биотой.

Образование биосферы на Земле  обусловлено совокупностью следующих  факторов:

• силы земного притяжения;
• космического излучения;
• количества кислорода и углекислого газа в атмосфере;
• интенсивности коротких ультрафиолетовых лучей;
• температуры.

Биосфера представляет собой  совокупность частей земных оболочек (лито-, гидро- и атмосферы), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.

Биосфера является глобальной экосистемой. Она не образует сплошного  слоя с четкими границами, а как  бы "пропитывает" другие геосферы планеты, охватывая всю гидросферу, верхнюю часть литосферы (до 3 км) и нижнюю часть атмосферы (до 30 км).

В соответствии с учением  В.И. Вернадского, биосфера состоит  из:

• живого вещества, то есть биомассы современных живых организмов;
• биогенного вещества - всех форм детрита, а также торфа, угля, нефти и газа биогенного происхождения;
• косного вещества - магматических пород, не затронутых прямым биохимическим воздействием организмов, космической пыли;
• биокосного вещества - смесь биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения - почва, ил, природные воды.

В настоящее время наша планета рассматривается как единая самоорганизующаяся система, состоящая из внутренних и внешних сфер:

•   ядро;
• мантии;
• земная кора;
• гидросфера;
•   атмосфера;
•   биосфера. 
  

     Биосфера имеет  определенные размеры: она включает  некоторую часть атмосферы (тропосферу) высотой 10-15 км, всю водную оболочку  глубиной до 11 км и верхнюю  часть литосферы глубиной до 3-х  км (в нефтяных месторождениях  были найдены бактерии на глубине до 3-х км).  
Биомасса (сухое органическое вещество) организмов Земли.

 

Биомасса	Континенты млрд.т %	Океан млрд.т %
Зелёные растения	2400               99,2	0,2 6,3
Животные и микроорганизмы	20,0 0,8	3,0 93,7
Всего	2420 100	3,2 100

 
Несмотря на то что гидросфера составляет около 71% всей поверхности планеты, основная масса живого вещества биосферы сосредоточена на континентах (свыше 99,8%); на океаносферу приходится только 0,13%. На континентах преобладают растения (99,2%), в океанах - животные и микроорганизмы (93,7%).  
Живое вещество сосредоточено в основном в зеленых растениях суши, биомасса которых на четыре порядка больше, чем фотосинтезирующих организмов гидросферы. Организмы, не способные к фотосинтезу, составляют 1 %. 

2. Роль и место информации в ходе развития живой природы и общества.

Информация означает отражение взаимодействующих тел. В результате воздействия одного объекта на другой запечатлеваются форма тела, структура, черты поведения.

Таким образом, информация —  это отраженная структура, воспроизводящая  структуру оригинала. Растительный мир, животный мир, мыслящий человек  и человеческое общество — это  гигантская иерархия систем с информационной самоорганизацией.

В обычном, т.е. житейском, смысле оно означает сумму сведений, которые  получает субъект — человек или  группа людей, животных, — об окружающем мире, о самом себе, другом субъекте или изучаемом явлении, т.е. сведений, с помощью которых он может  точнее прогнозировать результат своих  действий и отбирать способы использования  своих возможностей для обеспечения  собственных интересов, достижения поставленной цели

   Информация нужна  субъекту для обеспечения возможности  успеха некоторых целенаправленных  действий.

   На развитие утвердившегося  в широких кругах понимания  смысла информации и на развитие  соответствующей теории информации  оказали огромное влияние работы  Н. Винера и К. Шеннона.

Две концепции информации существуют и в настоящее время:

1. Информация свойственна  обществу, живым системам, кибернетическим  устройствам и не присуща неживой  природе.

2. Информация присутствует  во всех материальных системах.

   В живой природе  к формам движения, лежащим в  основе выработки сигналов, несущих  информацию, прибавляется биологическая  форма движения, а в человеческом  обществе — и общественная.

   Изменения, происходящие  в системе в результате отражения  или спонтанно, реализуются в  форме вещественных или энергетических  сигналов. Информация — это содержание  сигнала, а значит, содержание  отражения и изменения вообще.

   Таким образом,  можно говорить о двух видах  информации:

• информация как мера неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и времени, мера разнообразий (сложности, организации, порядка), мера изменений, которыми сопровождаются все протекающие в мире процессы;
• информация как форма мышления, которое является высшим продуктом мозга.

   Информация как  степень упорядоченности системы  внутренне присуща самой системе  независимо от ее познания.

2.1Роль и место информации

   За последнюю четверть  века появилось огромное количество  статей, сочинений, посвященных обсуждению  понятия информации и сфер  ее применения.

   При описании последовательности  развития материального мира  информация появляется в нем  лишь тогда, когда начинают  изучаться системы с целенаправленным  действием. Именно такие системы  порождают необходимость использования  термина «информация», так как  без него невозможно описать  процедуры принятия решения, целенаправленного  поведения, невозможно изучать  зависимость характера принимаемых  решений от изменения внешних  условий.

   По мере развития  живой природы и общества, роста  разнообразия и сложности организационных  форм непрерывно изменяется и  место и значение информации, ее влияние на скорость и другие характеристики единого процесса развития и самоорганизации материи. Поэтому проследить все такие изменения интересно не только с исторической точки зрения, но и с точки зрения практического значения — для оценки их возможных тенденций в настоящем и будущем.

   Избыток информации  может быть гораздо более вреден, чем, например, избыток пищи. Чрезмерное  ее количество может служить  причиной потери целостного представления  об окружающем мире и приводить  к ошибочным решениям.

2.3. Понятие ценности информации

   Понятие ценности  информации довольно сложно, так  как информация — это не  просто некоторое возмущение, внешний  сигнал, действующий на систему,  но и внутренняя оценка этого  возмущения или сигнала. Информация  и ее оценка возникают и  могут быть понятыми лишь в  контексте «субъект—объект».

   В процессе развития  человечества передавались знания  и навыки, необходимые для выживания  племени, рода, популяции. Чем  более квалифицированным был  носитель знаний, опыта, мастерства, тем выше была ценность передаваемой информации, тем лучше она позволяла последующим поколениям производить все большее количество совершенных форм и т.п.

   Ценность передаваемой  и хранимой информации проявилась  и в рождении еще одного  своеобразного механизма отбора  — морали и нравственности. Тот  устойчивый механизм поведения,  который формировался на основе  определенных норм поведения,  стал источником морали и нравственности, значение которых для судеб  человечества непрерывно возрастает.

   На процесс формирования  устоев и нравственности ушли  десятки, а может быть, и сотни  лет. И нормы поведения никогда  не были однозначными и неизменными.  Однако и их возникновение и их изменение порождались не целесообразностью, а информацией. Если ценность информации определяется качеством поведения, вырабатываемого на ее основе, то это означает, что в игру вступает интеллект. Он сопоставляет, анализирует, делает выводы, принимает решения. Интеллект дает возможность не только предвидеть результаты, но и осознать противоречивость их целей, принципиальную многокритериальность их бытия. Ситуация типа «буриданов осел» — типичная человеческая ситуация (другой пример — «синица в руках и журавль в небе»). Животный мир не знает подобных коллизий. Объясняется это тем, что человек живет в условиях, отличающихся значительно большей неопределенностью, чем животные, — тех не гложут сомнения. Этот уровень неопределенности и является источником не только нетривиальных решений, но и возможных ошибок, когда человек, отнюдь не желая, действует тем не менее во вред себе самому.

2.4. Информация и память

   Человеку в процессе  своей жизнедеятельности в силу  тех или иных причин приходится  воспроизводить в принципе необратимый  процесс, изучать его характеристики, сохранять о нем информацию  и т.п.

   Он использует  для этого память. Память —  это способность к воспроизведению  прошлого опыта, это одно из  основных свойств нервной системы,  выражающееся в способности длительно  хранить информацию о событиях  внешнего мира и реакциях организма  и многократно вводить ее в  сферу сознания и поведения.

   Понятие «память»  тесно связано с понятием «информация». Говоря о памяти системы или  организма, мы имеем в виду  способность системы:

• в той или иной степени сохранять свои параметры и делать доступной для исследователя возможность использования информации о ее прошлом;
• обеспечивать запись (кодирование), хранение и передачу информации от одних поколений другим.

Необходимость использования  информации, ее накопления и хранения, т.е. памяти, возникает лишь на определенном этапе саморазвития материального  мира. Развитие процессов формирования памяти началось одновременно с появлением жизни, шло разными путями. В результате сложнейшего процесса самоорганизации  возникает совершенно непохожая  на другие формы памяти генетическая память, о которой мы поговорим  позднее. Генетическая память существовала уже у прокариотов, однако решающий шаг был сделан лишь в эпоху  эукариотов.

   Механизм генетической  памяти совместно с отбором  и мутациями способствует совершенствованию  популяции, их адаптации к изменяющимся  внешним условиям, но не дает  организму никакой свободы выбора. Иная ситуация возникает, когда  анализируются процессы восприятия  раздражений, т.е. информация о  внешней среде и выработка  ответных реакций, которые обеспечивают  гомеостаз конкретного живого  организма. Восприятие и реакция  уже не являются однозначно  определенными, а зависят от  качества рецепторов, способности  распознавать сигналы и от  множества других факторов, связанных  с «информационной службой» организма,  т.е. оценивается, по Шеннону,  способность системы выделять  сигнал на фоне помех.

   В ходе развития  памяти появлялись качественно  новые ее формы, способные воспринимать, хранить и передавать новый  тип информации, ранее не игравшей  никакой роли в развитии живого. Так создавались книги, несущие  через бездну лет сведения, изобретались  магнитные виды памяти, цифровые  и т.д.

   Вместе с развитием  памяти изменялись и способы  использования информации. Ее значение  и характер влияния на эволюционные  процессы возрастают по мере  усложнения организационных форм  живого мира. Дальнейшее развитие  материи и жизни требует более  массивных объемов информации, все  новых и новых непрерывно усложняющихся  знаний. Эти особенности усложнения  «алгоритмов развития» отчетливее  проявляют себя по мере усложнения  целей, механизмов отбора, структуры  интеллекта и общественных форм  жизни.