Реферат: Организация и самоорганизация в живой природе
Учение о биосфере разработал В. И. Вернадский. Он доказал тесную связь органического мира на планете как единого нераздельного целого с геологическими процессами. Благодаря биогенной миграции атомов живое вещество выполняет свои геохимические функции и является мощной геологической силой.
2. Самоорганизация живого вещества
Живое вещество можно классифицировать как гетерогенные мультиагрегаты белков, требующих обязательного притока ВЭИ для поддержания внутренних процессов. Живое вещество образовалось в период истощения энергетических ресурсов мирового субстрата, после завершения «строительства» субатомных организаций и неживых мультиагрегатов. Живое вещество развилось на базе неорганических мультиагрегатов и располагается на границе литосферы, гидросферы и атмосферы Земли. Живое вещество построено из тех же химических элементов (предпочтительно из углеводородов), что и неживое. Основой жизни являются белки – самые нестабильные молекулы. Без постоянного притока и оттока ВЭИ живое не существует.
Неживое вещество также потребляет энергию субстрата, но как бы незаметно. Науке предстоит изучить эти процессы. Но живые мультиагрегаты за год пропускают через себя и преобразуют количество химических элементов, соизмеримое с массой земной коры. Интенсивность обмена веществ усиливается способностью живого активно искать ресурсы (питание). По этой причине органы животных и растений имеют очень развитую поверхность, через которую идёт обмен ВЭИ (поступают ресурсы). Растения тянутся к свету, воздуху, к воде
Независимость от ресурсов достигается в случае, если источник неисчерпаем и доступ к нему неорганичен. Поэтому поисковую активность, которая в зачаточном состоянии усматривается в неживом, животные сделали главной функцией.
Такой способ существования зародился в недрах неживых мультиагрегатов, существование которых основано на потреблении энергии. Например, горение должно поддерживаться притоком кислорода и горючего вещества при отводе продуктов реакции. Смерчи, тайфуны, циклоны черпают энергию из атмосферы. Все технические устройства потребляют энергию. Солнце производит энергию, выделяющуюся при ядерном синтезе. Только молекулы, атомы и субатомы самодостаточны и могут длительно существовать без заимствования энергии у соседей. Но для реформирования своей структуры все же требуется дополнительная энергия. Например, для расщепления ядра атома его следует «расстрелять» нейтронами. Многие химические реакции протекают только при нагреве (эндотермические реакции).
Необходимость в энергии связана с тем, что живое вещество является неравновесной организацией с лабильными связями. Поэтому для сохранения организации приходится постоянно совершать работу. В клетке нет постоянных мест расположения органелл. Они могут передвигаться в протоплазме, но функции свои при этом выполняют. В животных все органы связаны эластичными тяжами, гибкими сосудами и нервами. Чем сложнее форма жизни, тем в большей степени «жесткие» связи заменяются информационными (колония бактерий, нервы, муравейник, улей, толпа людей).
Для сохранения функций лабильной организации требуются затраты ресурсов на постоянную регенерацию элементов и связей. Организация как бы многократно воспроизводит себя по частям, в этом и состоит механизм гомеостаза. Размножение – это разновидность регенерации, осуществляется не только для «ремонта», но и для экспансии.
Клетка периодически заменяет белки (ферменты). Организмы восстанавливают органы, хвосты, когти, кожу, волосы, стенки желудка. Человек полностью обновляется в течение нескольких месяцев.
На рисунке 8.4. приведены типичные кривые жизненного цикла организаций. Допустим, кривая 1 описывает жизненный цикл (ЖЦ) некоторой организации, стагнация которой наступает во время ţ. Каждая новая перестройка элементов, функций, процессов даёт старт новой организации, которая начинает новый ЖЦ. В итоге последовательного наложения жизненных циклов 1, 2, 3, 4, происходит удлинение интегрального ЖЦ, изображенного «жирной» кривой.
Рис. 8.4. Стадии жизненного цикла организации.
Такой приём удлинения ЖЦ известен в техногенных организациях. Техническое обслуживание пассажирского самолёта предусматривает замену узлов и деталей по специальному графику, не дожидаясь их физического износа. Пожарная служба заменяет и обсуживает огнетушители вне зависимости от возникновения пожара. Постоянную ротацию руководящего персонала на фирмах также можно отнести к антикризисному приёму. В современных рыночных условиях постоянная модернизация оборудования, идей, стилей управления, товаров, услуг позволяет сохранять устойчивость.
Лабильность обнаруживаются и в элементарных организациях. Например, электроны в атоме не имеют постоянного места (вращаются по орбите, меняют орбиты). Атом, потерявший электрон, восполняет потерю захватом чужого электрона. В жидкостях и газах происходит постоянная перетасовка молекул. В твердых телах атомы колеблются около положения равновесия, длина связей периодически изменяется. Ледяная «сосулька» после разрушения восстанавливается снова. Кристаллы способны к регенерации дефектов. Псевдо сейф – системы существуют только благодаря постоянной регенерации стохастического каркаса. Звёзды в своих недрах с высокой точностью повторяют производство «тяжёлых» химических элементов.
Итак, регенерация частей является атрибутивным свойством любого вещества. Даже протовещество должно постоянно «перематывать» (обновлять) нити сетевого субстрата.
Процессы регенерации эволюционировали в следующей последовательности.
1. Постоянное восполнение рассеянной энергии протовеществом и субатомными структурами.
2. Регенерация отдельных частей, приводящая к регенерации всей организации (мультиагрегаты).
3. Матричное и вариативное размножение с экспансией (кристаллы, организмы).
Следует заметить, эволюция не устраняет древние механизмы самоорганизации, но на каждом новом ярусе добавляет новые механизмы самоорганизации.
Поисковая активность в живом, вызванная необходимостью потреблять ресурсы, усилилась способностью к размножению. Размножение клетки делением является экспансией. Новые особи обладают автономной подвижностью, что облегчает поиск богатых ресурсами регионов. Многочисленные дети стохастически комбинируют гены родителей, что повышает эффективность усвоения новых ресурсов.
Неживые мультиагрегаты, существующие, как и организмы, за счет потребления энергии, также имеют функции роста и размножения. Рост и экспансия инвариантно наблюдается на всех этапах развития Вселенной. Расширяется Вселенная, растут агрегаты вещества, увеличивается разнообразие их форм. Растут планеты, притягивая вещество из окружающего космического пространства. Примером может быть рост размеров молекул полимеров. Богданов А. приводил пример с растущей каплей воды. Растут кристаллы.
Лабильность, необходимость искать ресурсы и защищаться от разрушения в живом веществе требует вариативности поведения. Известно, что ответные реакции существуют в любых объектах природы (принцип Ле-Шателье, принцип Ленца, инерция Ньютона).
Однако живые существа реагируют ситуационно, набор реакций разнообразнее. При опасности могут убежать, напасть, замереть. Высшие формы жизни приобрели способность к упреждающим реакциям. Но, чем проще форма жизни, тем менее разнообразны реакции.
Размножение и самоликвидация (смерть) также являются адаптивными реакциями. Потомки появляются при дееспособных родителях. Период стагнации ещё не наступил, но организм «знает» о его приближении и упреждает события воспроизводством себе подобных.
В отличие от любых других организаций в живом известен процесс самоликвидации. Всё живое рождается и умирает, причём, смерть происходит не в результате износа элементов (они способны к регенерации), а программируется системной памятью (генами). Воспроизводство предшествует самоликвидации, поэтому является вариантом поисковой активности с упреждением, средством профилактики возможных кризисов путём вариативного воспроизводства потомков.
На рис. 8.5 обобщены взаимосвязанные функции поддержки жизнедеятельности. Лабильность связей потребовала создания системы постоянной регенерации. Для этого требуются ресурсы, и осуществляется их активный поиск. Высшие формы жизни выработали упреждающие реакции на ожидаемые угрозы среды обитания.
Казалось бы, в живом веществе процессы регенерации должны обеспечивать бессмертие клеток, но даже разнообразные механизмы адаптации не могут предусмотреть всех проблемных ситуаций. Живые организации способны адаптироваться в достаточно узком диапазоне условий. Заботясь о собственной целостности и о собственном «благополучии», живое обязательно включает в свои функции смерть и рождение, как поиск вариантов адаптации, осуществляется перетасовка защитных программ «системной памяти».
Рис.8.5. Система самосохранения живого.