Системность и иерархичность жизни

7). Биоценотический уровень. Биогеоценозы – исторически сложившиеся устойчивые сообщества популяций различных видов, связанных между собой и окружающей средой обменом веществ, энергии и информации. Они являются элементарными системами, в которых осуществляется вещественно-энергетический круговорот, обусловленный жизнедеятельностью организмов.

8). Биосферный уровень. Совокупность биогеоценозов составляют: биосферу и обуславливают все процессы, протекающие в ней.

3.ПРИНЦИП АНАЛОГИЧНОСТИ И МНОЖЕСТВЕННОСТИ

Иерархия предполагает наличие  важного для ее существования  принципа, в соответствии с которым  соотносятся интересы входящих в  ее состав организмов в процессе их взаимодействия. Этот принцип сводится к тому, что интересы организма, стоящего в данной иерархии выше, доминируют по отношению к интересам организма  нижестоящего.

По своим структурам как организмы, так и их иерархия фрактальны, а по формам - аналогичны. Фрактальное подобие предполагает аналогию между целым и частями по целому ряду параметров. Аналогичность можно рассматривать как следствие реализации принципов всеобщего единства, иерархичности, взаимосвязанности и фрактальной (масштабной) расслоенности пространства.

Множественность проявляется в бесконечной сложности организма и недостижимости его полного описания. Все наши описания всегда частичны, фрагментарны, охватывают лишь те или иные аспекты сложного по своей структуре объекта.

4.ЭМЕРДЖЕНТНОСТЬ ЖИВЫХ СИСТЕМ И ОСНОВНЫЕ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ

Важным следствием иерархической  организации экосистем является то, что по мере объединения компонентов  в более крупные блоки, которые, в свою очередь, объединяются в системы, у этих новых функциональных единиц возникают новые свойства, отсутствовавшие  на предыдущем уровне. Такое наличие  у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и  блокам, а также сумме элементов, не объединенных системообразующими связями, называют эмерджентностью.

Живым системам присуща несводимость свойств целого к сумме его частей. Примером является коралловый риф. Водоросли и кишечнополостные животные образуют систему кораллового рифа, возникает механизм кругооборота элементов питания. Фантастическая продуктивность и разнообразие коралловых рифов - эмерджентные свойства, характерные для уровня рифовых сообществ. При каждом объединении подмножеств в новое множество возникает, по меньшей мере, еще одно новое свойство.

Краткое античное определение эмерджентности звучит так: целое больше суммы его частей. Поэтому эмерджентные свойства экологической системы представляют собой не простой переход количества в качество, а являются особой формой интеграции, подчиняющейся иным законам формообразования, функционирования и эволюции. Такие качественно новые, эмерджентные свойства экологического уровня или экологической единицы нельзя предсказать, исходя из свойств компонентов, составляющих этот уровень или единицу.

Эмерджентные свойства (характеристики) - это новые, уникальные свойства экосистемы, возникающие в результате синергетического взаимодействия ее компонентов.

5.ПОРЯДОК И ХАОС В ПРИРОДЕ

Одна из основных проблем, которая  обсуждается до настоящего времени, формулируется просто: что именно изучает наука? Понимание сущности науки как способа отражения  глубинных свойств бытия уходит своими корнями вглубь времен. Идея божественной детерминации 
Природы жива и сегодня. 400 лет тому назад Спиноза утверждал: "Все происходящее соответствует вечному порядку и неизменным законам природы". В основе этого утверждения лежит положение о существовании причинности, то есть такой связи явлений, в которой одно из них (причина) при вполне определенных условиях с необходимостью порождает другое явление (следствие).

Представления ученых о том, что  любые явления природы причинно обусловлены, укрепились в результате огромных успехов ньютоновской механики. Механистический взгляд на природу был тесно связан со строгим детерминизмом.

Детерминизм - это философское учение об объективной закономерной связи  и причинной обусловленности всех явлений.

Философской основой строгого детерминизма было фундаментальное разграничение  между миром и мыслящим человеком. Как следствие этого разграничения, возникла уверенность в возможности  объективного описания детерминированного мира, лишенного упоминания о личности наблюдателя. 
Примерно сто лет лапласовский детерминизм был основой мировоззрения ученых, базой научной рациональности вообще. Ученые, работающие в различных областях науки, стремились придавать результатам своей деятельности форму абсолютной необходимости, т.е. абсолютного детерминизма. Открываемые в этот период законы получили название динамических законов, поскольку они выражали абсолютную необходимость.

На базе механистической картины  мира удалось описать с единой позиции многочисленные процессы, происходящие как на Земле, так и в космосе, а также поведение веществ  в различных агрегатных состояниях. К механистической картине мира в XIX веке добавилась теория электромагнетизма, дополнительно к понятию «сила» возникло новое понятие - «поле».

Наука обогатилась новыми моделями познания и за первые три десятилетия XX века практически освободилась от ньютоновского и лапласовского понимания детерминизма, который включал следующие представления: абсолютный характер пространства и времени, существование неделимых элементарных частиц, причинная обусловленность природных явлений и возможность объективного описания детерминированной природы. А.Эйнштейн в первой части теории относительности (в специальной теории относительности) объединил электродинамику и механику и изменил представления о пространстве и времени - они едины и нет единого течения времени, т.е. нет причинно-следственного или детерминированного характера явлений. Во второй части - в общей теории относительности -А.Эйнштейн пошел еще дальше - он доказал, что гравитация приводит к искривлению непрерывного образования «пространство - время» и, следовательно, не существует понятия «абсолютное пространство» или «абсолютное время».⁴

Следствием теории относительности  является совершенно новый научный  взгляд на возможность существования  пустоты и материальных твердых  тел, двигающихся в этой пустоте, было поставлено под сомнение понятие  не только детерминированности, но и  реальности материи. Для космологии и атомной физики это следствие  очень важно. Корпускупярно-волновой дуализм, первоначально установленный в физике для света, получил свое подтверждение в квантовой теории атомной физики. По ее представлениям, внутри атома материя не существует где-то конкретно - она, скорее, может или не может существовать, т.е. квантовая механика опирается на математический аппарат теории вероятностей. Все законы атомной физики, например, выражаются в вероятностных статистических терминах и фундаментальная физическая постоянная - постоянная Планка является мерой дискретности материи и неопределенности познания.

Статистические законы описывают  поведение систем - ансамблей, которые  состоят из большого числа элементов. В этих ансамблях возникают события, имеющие во многом случайный характер, например, для молекул в газе или  растворе при концентрации 1019 молекул  в см3, для особей в биологических  популяциях, например, содержащих 109 китайцев. Поэтому статистические предсказания носят не абсолютно достоверный, а вероятностный характер.

Статистические закономерности возникают  как результат взаимодействия большого числа элементов, составляющих ансамбль. Поэтому они характеризуют не столько поведение отдельных  элементов, сколько ансамбля в целом. Необходимость, которая проявляется  в статистических законах, возникает  благодаря проявлению и взаимной компенсации множества случайных факторов.

Если нет детерминации, то реализация любого выбранного состояния системы  может быть рассмотрена как процесс  случайного 
перехода от «хаоса» к порядку.

В переносном смысле понятие «хаос» означает отсутствие порядка, беспорядок, неразбериху. Хаосом в древнегреческой  мифологии также называлась беспредельная  первобытная масса, из которой впоследствии образовалось все существующее. Оба  значения понятия «хаос» интересны  для сегодняшнего естествознания. Хаотизация систем приводит к отсутствию локальных  и других неоднородностей, к отсутствию процессов переноса массы, энергии, тепла, движения и т.п. в системе. Иными словами к установлению в системах устойчивого равновесия. Что это означает? Брошенный в пруд камень приводит к появлению на поверхности воды расходящихся и угасающих кругов. Через некоторое время, необходимое для релаксации [релаксация - процесс установления равновесия) системы, круги исчезнут и поверхность пруда опять станет ровной. Энергия, переданная камнем водной поверхности, в процессе диссипации (рассеяния) превратится в тепло, частички воды будут снова хаотизированы. То есть ровная поверхность пруда - признак того, что он находится в равновесии или хаотизирован. Возбуждение, переданное пруду камнем, приводит к установлению некоторого порядка - состояния, при котором существуют затухающие колебания на поверхности воды, являющиеся неким новым «объектом» для пруда. В этом примере мы видим, что внешнее воздействие на короткий отрезок времени перевело хаос в «порядок».

При установлении эволюционной связи  между неорганической и органической природой вопрос перехода от «первичного  хаоса» к «организованному порядку» является главным. Рассмотрение порождения «хаосом» упорядоченных структур обязательно  включает учет качественных переходов - «революционных скачков» в точках бифуркаций, которые приходят на смену  равновесным процессам при эволюции «хаоса». 
Процесс возникновения бифуркаций вблизи расположения «странных аттракторов» (странный аттрактор - область существования системы, в которой произвольным образом исчезает линейность характеристик системы) в системах аналогичен поведению живых организмов, например, высшие животные руководствуются не только факторами, детерминирующими их поведение, но и такими внутренними импульсами, которые являются спонтанным проявлением свободы их воли. Наличие «странных аттракторов» позволяет сделать вывод о том, что система способна к непредсказуемому изменению даже тогда, когда исходные условия ее существования строго детерминированы.

6.ОДНОНАПРАВЛЕННОСТЬ РАЗВИТИЯ МИРА

Явление наличия прошлого и будущего в реальном мире сформулировано в виде закона однонаправленности развития. Механические системы, созданные человеком, также подчиняются действию закона однонаправленности, хотя фаза роста у них отсутствует. Жизненный цикл клетки, наоборот, не содержит фазы упадка - деление, являющееся одновременно и рождением двух новых клеток, и гибелью исходной, наступает непосредственно после фазы роста. Единственными системами, не подверженными действию закона однонаправленности развития, являются, повидимому, атомы, вообще ни испытывающие, как мы представляем сегодня, изменений во времени.⁵

В случае биологических систем механизм действия закона однонаправленности развития состоит в нарушении нормальной молекулярной структуры элементов клетки тепловым движением молекул. Так как эти нарушения (мутации) в подавляющем большинстве являются вредными, то живые организмы, начиная с клетки, могут существовать, только непрерывно строя копии своих подсистем вместо отмирающих. Вещество, энергию и информацию для этого организм получает из внешней среды. Но состояние внешней среды непостоянно, поэтому в результате естественного отбора выжили только те системы, которые строили копии своих подсистем «с запасом». Однако избыточное накопление в клетках ведёт к росту как самих организмов, так и их числа. Соответственно растёт входной поток информации, пропустить который система может, только увеличив степень своей сложности. Но, как показано выше, степень сложности не может расти до бесконечности.

Закон упрощения подсистем  нижнего уровня объясняет механизм процесса этой смены. Причиной перехода к нисходящей ветви развития является чрезмерная специализация. Специализация приводит к деградации анализирующих подсистем составляющих систему элементов. Наступает такой момент, когда при формировании нового уровня системы отключать уже нечего (С_а = 0), и построить систему следующего уровня системной сложности невозможно. Единственным способом привести в соответствие пропускную способность и входной поток информации становится уменьшение самого потока. В случае социальных систем входной поток пропорционален численности населения, поэтому она должна быть уменьшена. Система начинает распадаться на отдельные независимые части. Возникающие при этом конфликты ведут к снижению численности населения и уменьшению входного потока. Раз начавшись, процесс этот уже не остановим. Действительно, отдельные элементы системы уже не способны к существованию в условиях, в которых они успешно существовали на восходящем этапе развития – это уже другие элементы, у них присутствовала анализирующая подсистема, теперь деградировавшая. Сама же анализирующая подсистема формировалась на ещё более ранней стадии, когда она была высшей ступенью системной иерархии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Живой мир в его великом многообразии изучает вся совокупность биологических наук, но каждая из них имеет свой специфический предмет. Морфология, к примеру, исследует состав и строение живых систем, их компоненты и структуру. Физиология изучает функции как живой системы в целом, так и ее компонентов - органов, тканей, клеток. Есть науки, изучающие специфические уровни живого. Цитология - это наука о клетке, гистология - о тканях, генетика - о наследственности и изменчивости, экология - о взаимоотношении живой системы со средой и т.д.

Это, так сказать, классические, "чисто биологические" науки.

Однако еще в конце XIX, а тем более в XX в., особенно в последние его десятилетия, в биологии стали интенсивно использовать химию и физику, математику и кибернетику, что привело к возникновению целого ряда наук, которые изучают самые глубинные, прежде всего физико-химические, основы мира живого. Таковы биофизика, биохимия, молекулярная биология, бионика, биоинженерия и др.

"Вторжение" в биологию методов точных наук - явление естественное, необходимое. Оно привело к величайшим, прямо-таки революционным открытиям, дало человеку мощные средства познания и преобразования мира живого. Но это "вторжение" породило и явления отрицательного характера -попытки сведения жизни к ее физико-химическим основам, к набору тощих аксиом, к разного рода не вполне обоснованным кибернетическим построениям и т.п.