Живые системы отличает от неживых (косных, по выражению В.И. Вернадского) множество признаков, которые перечисляются в любом учебнике школьной биологии. Но по отдельности каждый из этих признаков может быть обнаружен и в системах, которые живыми назвать никак нельзя. Но есть такие признаки, которые, особенно характерны для живых систем и тем не менее нечасто фигурируют в их самых общих описаниях.

Живые организмы являются открытыми системами, потребляющими энергию внешней среды. Все живые организмы содержат четыре главных класса органических соединений: углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты

Развитие, спонтанное повышение степени гетерогенности (разнообразия частей) при укреплении взаимосвязей между ними — один из наиболее характерных признаков живого, будь то индивидуальный организм, популяция или биосфера. Теория биологического поля Гурвича позволяет найти подход к решению принципиальных вопроса о том, как можно объяснить это явление исходя из единого принципа (постулата о существовании такого поля). Но любой процесс, а все жизненные проявления — или, говоря словами Гурвича, Структурированные Процессы невозможно рассматривать без привлечения понятия энергии. Структурно — энергетическая специфичность жизни и ее отличие в этом отношении от процессов, протекающих в неживых объектах, отражена в принципах теоретической биологии, сформулированных Э. Бауэром.

Первый его принцип (постулат, утверждение, вытекающее только из наблюдений и которое может быть отвергнуто только если появятся наблюдения, ему противоречащие) гласит: «Все и только живые системы никогда не находятся в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях». Другими словами, принципиальное отличие между живыми и неживыми системами Бауэр видит в следующем. Любая живая система с момента своего возникновения уже одарена неким запасом избыточной энергии по сравнению с окружающей ее средой. Эта энергия обеспечивает постоянно реализуемую работоспособность живой системы, а вся ее работа направлена на возрастание или, по меньшей мере, на сохранение достаточного для продолжения жизнедеятельности уровня активности. Бауэр назвал это состоянием «устойчивого неравновесия» живой системы относительно окружающей ее среды.

В современном преставлении биология — совокупность наук о живой природе — об огромном многообразии вымерших и ныне населяющих Землю живых существ, их строении и функциях, происхождении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. Биология устанавливает общие и частные закономерности, присущие жизни во всех ее проявлениях.

На начальном этапе развития биология носила описательный характер и позднее она была названа традиционной биологией. Объект изучения ее — живая природа в ее естественном состоянии и целостности .

Карл Линней внес значительный вклад в традиционную биологию, создав систему растительного и животного мира и построил наиболее удачную классификацию растений и животных, подробно описав около 1500 растений. Классификация производилась по определенным признакам, отражающим закономерности в живой природе.

Материал традиционной биологии накапливается в результате непосредственного наблюдения объекта изучения — живой природы, воспринимаемой как единое целое во всем многообразии ее форм и проявлений.

Эволюционная биология построена на концепции развития в биологии. Эволюционная биология начиналась с теории Ч. Дарвина. Эволюция, по Дарвину, осуществляется в результате, взаимодействия 3 основных факторов: изменчивости, наследственности и естественного отбора. Изменчивость служит основой образования новых признаков и особенностей в строении и функциях организмов. Наследственность закрепляет эти признаки. Под действием естественного отбора устраняются организмы, не приспособленные к условиям существования. Благодаря наследственной изменчивости и непрерывному действию естественного отбора организмы в процессе эволюции накапливают все новые приспособительные функции, что, в конечном счете, ведет к образованию новых видов.

Выделяют следующие уровни познания живой материи:

Клеточный: уровень элементарной жизни, мельчайший элемент организма, изучаются особенности строения, взаимодействия с окружающей средой, влияние окружающей среды на клетку и ее реакции и т.д.;

Межклеточный: особенности взаимодействия клеток, взаимные реакции, влияние друг на друга;

Организменный: строение организма, его функционирование (жизнь), взаимодействие организма с окружающей средой и влияние внешней среды на организм;

Межорганизменный: особенности взаимодействия организмов, взаимное влияние.

1Специальная теория относительности

2Общая теория относительности

Источник: StudFiles.net

Поскольку предметом экологии являются структура и динамика окружения любого произвольно выбранного объекта в живой системе и взаимодействие объекта с этим его окружением, следует, прежде всего, охарактеризовать живую систему.     

Системой принято называть множество тел или иных объектов, связанных общим энергетическим процессом в единое целое, взаимодействующих и взаимоопределяющих положение и состояние друг друга и всего множества. Верной будет и противоположная (в написании) формулировка: система — это целое, состоящее из частей-элементов, находящихся в движении, взаимодействующих и взаимоопределяющих положение и состояние друг друга и всего целого. Реально существуют только открытые системы, способные обмениваться с неотъемлемой от них внешней средой (система и среда — соэлементы системы более емкого уровня) материей, энергией и информацией. Собственно система и ее внешняя среда — есть результат дифференцировки, разделения целого на противоположные комплементарные части не существующие одна без другой.     

Принимая, что живые и неживые системы лишь различные состояния материальных систем и ориентируясь на "широкое" определение жизни как явления (Жизнь — есть расширенное воспроизводство информации в материальных системах), выделим наиболее существенные характеристики живых систем, разновидностью которых является Биосфера.

1. В живых системах время имеет антиэнтропийную направленность, а в неживых системах направление течения времени совпадает с направлением роста энтропии.   

2. Живые системы, в отличие от неживых, характеризуются устойчивым ростом информации. (Структурная и. — мера сложности, тепловая и. — мера работоспособности, собственно информация — мера порядка, организованности, определенности связей, отношений и взаимодействий.)   

3. Каждый вид элементов в живых системах структурно и функционально комплементарен (дополнителен) к сумме остальных. В неживых системах элементы не обладают функциональностью. Строение и функция элемента взаимозависимы.   

4. Живые системы целостны: для них характерны относительная завершенность строения (количественная корреляция частей в целом) и соответствующая функциональная определенность (качественная корреляция частей в целом).   

5. Живые системы энергозависимы: потребление энергии на каждую усредненную единицу времени преобладает над выделением энергии. Отсроченное высвобождение энергии, сопровождающееся увеличением длительности ее удержания, лежит в основе поддержания устойчиво неравновесного состояния. Неживые системы характеризуются устойчиво равновесным состоянием. Внутренняя организация живых систем может быть представлена в виде сети накопителей, передатчиков и трансформаторов энергии.   

6. Биосфера образована условно обособленными в пространстве и времени органическими телами и неживой внутренней средой (по отношению к конкретному телу — это внешняя среда), связанными в динамическое единство круговоротом вещества, потоком энергии и общностью информации.      

Источник: ekologyprom.ru

Изучение и описание живой и неживой системы с точки зрения классификации информационных систем

Северо-Казахстанский государственный университет

Кафедра информационных систем

Доклад

На тему: «Изучение и описание живой и неживой системы с точки зрения классификации информационных систем»

Классификацию систем можно осуществить по разным критериям. Ее часто жестко невозможно проводить и она зависит от цели и ресурсов. Приведем основные способы классификации (возможны и другие критерии классификации систем).

По отношению системы к окружающей среде:

1.  открытые (есть обмен с окружающей средой ресурсами);

2.  закрытые (нет обмена ресурсами с окружающей средой).

По происхождению системы (элементов, связей, подсистем):

3.  искусственные (орудия, механизмы, машины, автоматы, роботы и т.д.);

4.  естественные (живые, неживые, экологические, социальные и т.д.);

5.  виртуальные (воображаемые и, хотя они в действ ительности реально не существующие, но функционирующие так же, как и в случае, если бы они реально существовали);

6.  смешанные (экономические, биотехнические, организационные и т.д.).

По описанию переменных системы:

1.  с качественными переменными (имеющие только лишь содержательное описание);

2.  с количественными переменными (имеющие дискретно или непрерывно описываемые количественным образом переменные);

3.  смешанного (количественно — качественное) описания.

По типу описания закона (законов) функционирования системы:

1.  типа «Черный ящик» (неизвестен полностью закон функционирования системы; известны только входные и выходные сообщения системы);

2.  не параметризованные (закон не описан, описываем с помощью хотя бы неизвестных параметров, известны лишь некоторые априорные свойства закона);

4.  типа «Белый (прозрачный) ящик» (полностью известен закон).

По способу управления системой (в системе):

1.  управляемые извне системы (без обратной связи, регулируемые, управляемые структурно, информационно или функционально);

2.  управляемые изнутри (самоуправляемые или саморегулируемые — программно управляемые, регулируемые автоматически, адаптируемые — приспосабливаемые с помощью управляемых изменений состояний и самоорганизующиеся — изменяющие во времени и в пространстве свою структуру наиболее оптимально, упорядочивающие свою структуру под воздействием внутренних и внешних факторов);

3.  с комбинированным управлением (автоматические, полуавтоматические, автоматизированные, организационные).

Под регулированием понимается коррекция управляющих параметров по наблюдениям за траекторией поведения системы — с целью возвращения системы в нужное состояние (на нужную траекторию поведения системы; при этом под траекторией системы понимается последовательность принимаемых при функционировании системы состояний системы, которые рассматриваются как некоторые точки во множестве состояний системы).

Пример. Рассмотрим экологическую систему «Озеро». По отношению системы к окружающей среде — это открытая, естественного происхождения система, переменные которой можно описывать смешанным образом (количественно и качественно, в частности, температура водоема — количественно описываемая характеристика), структуру обитателей озера можно описать и качественно, и количественно, а красоту озера можно описать качественно.

По типу описания закона функционирования системы, типа «Черный ящик» (неизвестен полностью закон функционирования системы; известны только входные и выходные сообщения системы) — эту систему можно отнести к не параметризованным в целом, хотя возможно выделение подсистем различного типа, в частности, различного описания подсистемы «Водоросли», «Рыбы», «Впадающий ручей», »Вытекающий ручей», «Дно», «Берег» и др.

По способу управления системой — управляемая изнутри (самоуправляемые или саморегулируемые — программно управляемые, регулируемые автоматически, адаптируемые — приспосабливаемые с помощью управляемых изменений состояний и самоорганизующиеся — изменяющие во времени и в пространстве свою структуру наиболее оптимально, упорядочивающие свою структуру под воздействием внутренних и внешних факторов)

Система называется сложной, если в ней не хватает ресурсов (главным образом, — информационных) для эффективного описания (состояний, законов функционирования) и управления системой — определения, описания управляющих параметров или для принятия решений в таких системах.

Сложными системами являются, например, химические реакции, если их рассматривать на молекулярном уровне; клетка биологического образования, рассматриваемая на метаболическом уровне; мозг человека, если его рассматривать с точки зрения выполняемых человеком интеллектуальных действий; экономика, рассматриваемая на макроуровне (т.е макроэкономика); человеческое общество — на политико-религиозно-культурном уровне;

Пример. Система «Компьютер» — открытая, искусственного происхождения, смешанного описания, параметризованная, управляемая извне (программно). Система «Логический диск» — открытая, виртуальная, количественного описания, типа «Белый ящик» (при этом содержимое диска мы в эту систему не включаем!), смешанного управления.

Система называется большой, если ее исследование или моделирование затруднено из-за большой размерности, т.е. множество состояний системы S имеет большую размерность. Какую же размерность нужно считать большой? Об этом мы можем судить только для конкретной проблемы (системы), конкретной цели исследуемой проблемы и конкретных ресурсов.

Большая система сводится к системе меньшей размерности использованием более мощных вычислительных средств (или ресурсов) либо разбиением задачи на ряд задач меньшей размерности (если это возможно).

ЭВМ (особенно, — пятого поколения) можно отнести к сложным системам, если ее рассматривать как средство получения знаний.

Список используемой литературы

1. «ABIS. Информационные системы на основе действий» В.Ивлева и Т.Поповой. Издательство «1С-Паблишинг», 245 стр., 2005

2. Перспективные технологии информационных систем. М. Р. Когаловский Издательство: ДМК Пресс; Компания АйТи Год издания: 2003 г.Страниц: 288

3. Антонов А.В. Системный анализ. — М.: Высшая школа, 2004. — 454 с.

4. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа. — СПб.: СПбГТУ, 1997.

Источник: www.BiblioFond.ru

Интро: ниже выкладываю фрагмент одной из черновых глав скромной монографии «Живые системы в растительности», которую я писал в бытность моей работы кочегаром, в перерывах между колкой дров, чисткой котлов «Комби», путешествием вокруг Красной Горы в Морровинде, написанием кода на C++, работой в лесу, подготовкой картографических материалов по рекам Лава и Рагуша, урочищу Донцо и озеру Ястребиному, сном, варкой пельменей, просмотром прогноза погоды по телевизору и беспрерывным распитием всего ассортимента алкогольной продукции, который только можно было достать ночью на окраине поселка Песочный. Поэтому, хватит предисловий. Сразу перехожу к сути вопроса.

… повторюсь, что в качестве живой можно рассматривать не только сложные, но и совершенно простые, даже элементарные системы. Ниже это будет продемонстрировано. Однако, едва ли использование живых систем применительно к простым системам даст более ценные результаты чем привычные физико-математические методы. Теория живых систем изначально разрабатывается для работы со сверхсложными объектами, поэтому, несмотря на ее применимость, повсеместное использование ее неразумно (аналогично тому, как при моделировании простой земной механики совершенно необязательно использовать общую теорию отностительности).

Перед рассмотрением собственно живых систем необходимо устранить противоречие между бытовым понимаем жизни и тем, которое будет введено ниже. История биологии насчитывает не одну тысячу лет, что дает повод предположить наличие признака, присущего в основном биологическим объектам.

Этим признаком можно считать наличие диссипативной структуры. Работы по неравновесной термодинамике описывают множество диссипативных систем среди небиологических объектов, однако, следует признать, что если среди небиологических объектов диссипативные системы встречаются часто (может даже преобладают), то среди биологических объектов недиссипативных систем нет.

Таким образом, среди живых систем можно выделить биологические и небиологические объекты. Среди небиологических объектов встречаются как диссипативные структуры, так и не диссипативные. Среди биологических объектов – все объекты обладают диссипативной структурой.

Но какие признаки мы должны подразумевать у системы для того что бы отнести ее к живой или неживой? Обратимся к ранее рассмотренной закономерности развития природных систем. В своем развитии всякая система проходит через следующие этапы:

1. Образование нового
2. заложение структуры
3. развитие по пути наименьшего сопротивления
4. выбор между равновозможными вариантами
5. влияние на собственную структуру
6. взаимодействие с внешним миром
7. Образование нового

Упростим эту схему развития с объяснением причин исключения этапов:

Седьмой этап относится уже к развитию иной системы более высокого порядка. Разница между пятым и шестым этапом заключается лишь в том, что в одном случае изменяется внутренняя структура, в другом внешняя. Для природных систем выделение внешней и внутренней структуры весьма условно. Такое разделение проводится исключительно наблюдателем, поэтому правомочно считать, что пятый и шестой этап представляют собой по сути одно и то же. Второй и четвертый этапы представляют собой процессы перехода от одного этапа к другому и протекают скачкообразно.

Следовательно, более формализованная схема развития природных систем выглядит так:

0. Образование нового
a. Заложение структуры
1. Развитие по пути наименьшего сопротивления
b. Выбор между возможными вариантами
2. Влияние на структуру

Заложение структуры – это тоже выбор между возможными вариантами, а влияние на структуру есть образование нового. Следовательно, развитие систем можно представить в виде схемы:

0. Образование нового
a. Выбор между возможными вариантами
1. Развитие по пути наименьшего сопротивления
b. Выбор между возможными вариантами
2. Образование нового

При физико-математическом анализе систем, полагаются на наличие в системе причин и следствий как двигателей динамических процессов. При рассмотрении живых систем такой подход неприемлем, поскольку живые системы представляют собой объекты с беспричинной динамикой. Но если динамические процессы происходят, и нет ответа на вопрос «почему?», логично задать вопрос «зачем?». Воспользуемся этим принципом в данном случае. Рассмотрим системы, как обладающие свойством целеустремленности. Это значит, что каждый из этапов наступает для того, чтобы наступил следующий этап. В этом случае этапы развития систем можно представить следующим образом:

Или, соответственно:

Следует обратить внимание, что в данном случае, «из-за» не является синонимом «по причине». Я ввожу понятие цели не в бытовом, а формализованном смысле. Это значит, что говоря «цель» я подразумеваю не эмоциональное состояние, а физический параметр, который поддается измерению и формализованному толкованию. Поэтому в данном случае предлог «из-за» следует рассматривать как значение цели с «обратным знаком».

Теперь рассмотрим сами диссипативные структуры. Все они обладают общим признаком – рассеиванием энергии для усложнения (поддержания уровня сложности) своей структуры. Литература по классификации различных типов диссипативных структур мне, к сожалению неизвестна (кстати, если кто знает — скиньте ссылку), но одним из ключевых признаков, делящих все диссипативные структуры на две группы я считаю особенности их «поведения» (возможно, это не самый удачный термин в отношении небиологических объектов, но он прост и верно передает суть изложения).

К первой группе относятся такие диссипативные структуры как ячейки Бенара. Их особенность в том, что они, во-первых, возникают из небиологической среды, во-вторых, при понижении доступной энергии упрощают свою структуру. Так ячейки Бенара образуются в статичной воде при ее нагревании, и исчезают при ее охлаждении. Можно сказать, что энергия поступает к среде для того, чтобы возникли эти диссипативные структуры. Или, соответственно, диссипативные структуры возникают из-за поступления энергии.

Ко второй группе относятся такие диссипативные структуры как животные и растения. Они изначально возникают из биологической среды. Возможно даже, что все это одна громадная диссипативная система, нечто вроде прообраза ноосферы Вернадского. Структуры второй группы чрезвычайно сложны, намного более сложны, чем структуры первой группы. А главное, при снижении энергии, их динамика перестраивается таким образом, что становится направленной на поиск новых источников энергии. Животные начинают искать пищу, растения тянутся к солнцу. Конечно, после определенного момента (смерти) и их структура начинает разрушаться, но в данном случае, это уже даже не диссипативные структуры. Диссипативные структуры, относящиеся ко второй группе перерабатывают энергию потому что живут, энергия поступает в них из-за того что они ее диссипируют (они диссипируют энергию для того чтобы она продолжала поступать).

Такое деление полностью согласуется с теорией возникновения жизни из неживого субстрата (А.И. Опарин).

Резюмируя, скажу, что главный признак, который мы должны подразумевать у объекта для того что-бы считать его живым это наличие положительной цели. Диссипативные системы, перерабатывающие энергию для ее дальнейшего поступления являются живыми системами. Диссипативные системы, живущие из-за поступления энергии живыми системами не являются.

Источник: xn--80afd3balrxz7a.xn--p1ai