WWW.PDF.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Разные материалы
 

«УДК 141 Хисматуллина Ю.Р., к.ф.н., доцент САМООРГАНИЗАЦИЯ БИОСФЕРЫ КАК ОТКРЫТОЙ НЕРАВНОВЕСНОЙ РАЗВИВАЮЩЕЙСЯ СИСТЕМЫ В данной статье с точки зрения синергетики рассматриваются эволюция и ...»

УДК 141

Хисматуллина Ю.Р., к.ф.н., доцент

САМООРГАНИЗАЦИЯ БИОСФЕРЫ КАК ОТКРЫТОЙ

НЕРАВНОВЕСНОЙ РАЗВИВАЮЩЕЙСЯ СИСТЕМЫ

В данной статье с точки зрения синергетики рассматриваются

эволюция и развитие живой природы. Проанализирована роль категорий

симметрии, асимметрии и диссимметрии в раскрытии эволюции живой

материи и сделана попытка выявить зависимость физиологических

процессов в организмах от суточной, месячной и сезонной периодичности.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ЭВОЛЮЦИЯ, БИОСФЕРА, СИММЕТРИЯ,

МУТАЦИЯ, БИОЛОГИЧЕСКИЙ ОПТИМУМ, ГОМЕОСТАЗ,

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ, ЦИРКАДНЫЕ РИТМЫ.

В ходе эволюции изменяется образ жизни любого живого организма, возрастает активность видов, простейшие формы переходят в более сложные формы. Основным поставщиком генетического материала для эволюционного процесса служат мутации, которые могут появляться многократно, но, закрепившись однажды, передаются потомкам.

Эволюция живой природы необратима, отсюда следует направленный характер развития. Развитие как направленное движение материи проявляется как в пространстве, так и во времени. Асимметричность движения живой материи выражается в необратимости времени.

Прогрессивное развитие материальных систем представляет собой переход от хаоса к гармонии. С точки зрения синергетики, во всех областях действительности порядок в одном месте достигается ценой беспорядка в другом. Чем выше организованность системы, тем бльший хаос образуется вокруг.



Под развитием понимается появление новых качеств и соответствующее изменение структуры, а под эволюцией – процесс изменения системы с момента возникновения до ее полного исчезновения.

Эволюция жизни представляет собой процесс дифференциации материи, происходит на обширной географической территории и продолжается в течение сотен миллионов лет. Жизни на Земле 3,5 млрд. лет, из которых 2 млрд. лет ее носителями были исключительно микроорганизмы. Они нас окружают всюду и живые организмы: растения, животные и люди «функционируют лишь благодаря хорошо развитой связи с бактериальной паутиной жизни» [Ф. Капра, 2003, с.234]. Как предполагают ученые, многие виды бактерий дошли до наших дней, существенно не изменившись. Эволюция живой материи идет по спирали, характеризуемая симметрией подобия. В более позднее геологическое время появляются формы, свойственные более раннему геологическому периоду. Такое явление называется рекуррецией.

В ходе эволюции биосферы чередуются периоды с относительно спокойным ходом процесса с периодами бурного формообразования.

Разнообразие таксонов очень несимметрично, зато очевидна симметрия баланса биосферы, существующей за счет почти замкнутых круговоротов вещества [Ю.В. Чайковский, 1990, с.154]. Неполная же замкнутость биосферы обеспечивает ее эволюцию. Свойства биосферы: синтез и распад, устойчивость, мобильность, способность к развитию. Развитие биосферы направлено в сторону увеличения разнообразия живых существ и усложнения ихорганизации. Однако непрерывность жизни обеспечивается процессами распада, деструкцией. Развитие живой материи зависит от множества факторов, связано с космическими факторами, зависит как от окружающей среды, так и от внутренней среды самих организмов. Развитие совершается через отрицание отрицания, путем последовательного перехода противоположностей друг в друга. На высшей ступени развития повторяется предшествующее развитие на новой основе. Примером служит образование метамер у кольчатых, членистоногих, позвоночных. Уже начальные фазы развития живой природы (например, зародыши сложных организмов) содержат на генетическом уровне основные черты и признаки будущего организма.





Таким образом, развитие имеет два вектора, как направленный в будущее, так и обращенный в прошлое.

Можно выделить прогрессивное, регрессивное и одноплоскостное направления эволюции, где у каждого свое соотношение симметрии и диссимметрии. При прогрессивном развитии организмов диссимметрия представлена в форме повторяемости, идущей по закону отрицания отрицания. При регрессивном развитии исчезает ряд существенных свойств у организмов данной группы, но соотношение симметрии – асимметрии форм и свойств остается в неразрывном единстве.

Одноплоскостное развитие относительно стабильно, диссимметрия представлена мелкими количественными и несущественными качественными изменениями, которые, накапливаясь, обеспечивают то или иное приспособление организма к меняющимся условиям среды. Сложные взаимосвязи усиливающих друг друга процессов приводят к смене важнейших свойств и качеств эволюционно развивающейся системы скачкообразным путем. Мутации поддерживают наследственную гетерогенность эволюционирующей группы.

Живой мир гетерогенен. Образование новых форм в онтогенезе, развитие организма включают хаотическую стадию. В целом эволюцию биосферы составляют стадии стабильно существующих видов и еще не сформировавшихся новых видов. В ходе эволюции число различных форм существенно увеличивается, возникает новая информация, происходит выбор между возможными вариантами. Более организованная материя, обладающая увеличенным количеством инвариантов, как правило, выглядит более симметричной, закономерно устроенной и в конце концов красивой [С.Г. Федосин, 1999, с.515]. Скорость изменения организации прямо пропорциональна величине энергии системы. Большая система – жизнь – может существовать и развиваться лишь в том случае, если она состоит из относительно независимых подсистем, которые могут изменяться самостоятельно [М.М. Камшилов, 1974, с.173]. В рамках ОТС Ю.А. Урманцевым был выведен закон системной симметрии: «любая система симметрична хотя бы в одном каком-либо отношении»

[Ю.А. Урманцев, 1974, с.34]. Данному закону, согласно Ю.А. Урманцеву, подчиняется вся реальность, все формы отношения материи. Категория «формы симметрии материи» включает как симметрию форм самой материи, так и симметрию многочисленных ее атрибутов и свойств.

Живые системы являются открытыми системами, неравновесными, управляемыми нелинейными законами и не подчиняются второму началу термодинамики. Они постоянно самообновляются и поддерживают свой гомеостаз. Для того чтобы выжить в борьбе за существование некоторые индивидуальные свойства живых организмов уступают место системным изменениям. Качественные изменения динамической системы всегда связаны с взаимодействием случайных и необходимых факторов. Если необходимые процессы обеспечивают передачу накопленной информации, т.е. сохранение достигнутого, то случайные события ведут к разрушению достигнутого, обеспечивая приобретение новой информации.

Неодарвинизм представляет синтез дарвиновской идеи постепенных эволюционных изменений с открытой Менделем генетической устойчивостью. Согласно неодарвинистской теории, новые свойства, изменения видов, разнообразие форм являются следствиями случайных генетических изменений, за которыми следует естественный отбор. Ни один биологический объект не в состоянии эволюционировать изолированно.

Неоднородность среды создают сами живые организмы. Эта мысль еще в начале XX века была высказана русским микробиологом, профессором Михаилом Андреевичем Егуновым: «Всякая среда, населенная живыми организмами, есть среда биоанизотропная.

Биоанизотропия есть явление общее; биоизотропии нет. Это вытекает из того, что между средой и каждым организмом происходит непрерывный обмен веществ, и поэтому в каждый данный момент различные точки среды отличаются друг от друга по физико-химическому составу.

Диффузия никогда не может вполне выравнивать эти различия, пока существует причина, производящая их» [цит. по А.В. Лаппо, 1979, с.15].

Для каждого организма имеется некое определенное сочетание условий среды, оптимальное для его роста, существования и размножения. По обе стороны этого оптимума биологическая активность постепенно снижается, и в крайних случаях организм вообще не может существовать.

Биологический оптимум представляет нечто среднее между минимумом и максимумом, как диссимметрия – между симметрией и асимметрией.

Например, личинки устриц обитают в солоноватых водах с содержанием соли 1,5-1,8%, что представляет нечто среднее между пресной и соленой водой. При более высоком содержании солей их рост слегка подавляется.

При снижении содержания солей рост подавляется уже заметно, а затем начинается гибель личинок. Каждый организм наряду со средой обитания, обладает также и внутренней средой, где сосредоточены его органы и ткани. Живые организмы стремятся сохранить внутри себя определенные условия, поддерживая гомеостаз: температуру тела, давление крови, концентрации веществ, ритмы жизнедеятельности. Таким образом, живая система как открыта, так и закрыта – она открыта структурно для протока извне энергии и информации, но закрыта организационно, образуя своего рода монаду [см. Ф. Капра, 2003, с.186].

Между прокариотами и эукариотами нет промежуточных переходных форм. Но формы одноклеточных и многоклеточных прокариотных форм повторяются низшими эукариотами. Тем и другим характерны круглые, спиральные, жгутиковые клетки, также кустистые, слизевые, корочковые формы. Форма тела живых существ тесно связана с их образом жизни и с условиями той среды, в которой они обитают.

Живые существа способны не только изменять свои приспособления на протяжении длительных периодов времени, но и быстро реагировать на возникающие в среде изменения. Такие реакции организма обычно обратимы, иначе они не могли бы следовать за изменениями среды, которые бывают направлены как в эту, так и в другую сторону.

Упорядоченность и структурированность живых организмов поддерживается благодаря постоянному поступлению энергии из внешней среды. Между системами разных уровней биологической организации существуют информационные связи, создающие возможность формирования биоса – целостной системы живого. Но при этом данные связи носят не жесткий, а, скорее, вероятностный характер и тем самым способствуют процессу самоорганизации.

При развитии эмбриона самопроизвольно появляется пространственная неоднородность, т.е. морфогенетическое поле и в этой среде, с нарушенной пространственной симметрией, происходит дифференцировка клетки. Типичное морфогенетическое поле содержит не более 100 клеток. Генетические тексты содержат палиндромы (симметричные участки), имеющие структурное или функциональное значение, также прямые и инвертированные повторы различного состава и размера. Основные свойства генетического кода: универсальность, почти полная вырожденность, связность, симметричность, регулярность.

Универсальность кода указывает на монофилетичность происхождения всех ныне живущих форм, а симметричность и регулярность кода контролируют единообразие происходивших процессов возникновения и закрепления кодовых серий. Белковые мембраны структурно асимметричны: две поверхности бислоя не идентичны по свойствам, также и функционально различны.

Основу биологического времени составляет ритмика процессов организма, наличие которой позволяет ориентироваться во временных отношениях внешнего мира путем ее взаимодействия и синхронизации с периодическими процессами внешней среды [А.М. Жаров, 1987, с.74].

Ориентация животных не только в пространстве, но и во времени является одним из необходимых условий их существования. Биологическое время помогает животным совершать целесообразные действия: птицы легко находят места гнездований, совершают сезонные перелеты, рыбы преодолевают значительные расстояния до нерестилищ, пчелы прилетают к цветам ко времени образования в них нектара и т.д. В живой природе время обладает собственной, естественной единицей измерения, темпом самих жизненных процессов, их ритмами. Для организма каждого вида характерен свой набор физиологических ритмов. «Однако… у организмов всех видов существуют устойчивые биоритмы, согласованные с геофизическими и космическими ритмами, и глобальная синхронизация этих биоритмов осуществляется посредством ЭМП земного и космического происхождения, изменяющихся с суточной, многодневной, сезонной и многолетней периодичностью» [А.С. Пресман, 1997, с.102-103].

Ритмический характер течения биологических процессов был известен до нашей эры. Первые описания периодичности касались суточного движения листьев вегетирующих растений. Ритмические процессы у человека описаны еще Гиппократом и Галеном, а их зависимость от экзогенных ритмов пытался осмыслить Парацельс (1493полагая, что цикличность эпидемий каким-то образом обусловлена воздействием на человека планет. В 30-е гг. XX в. А.Л. Чижевский установил корреляцию между циклами деятельности Солнца, магнетизмом Земли и заболеваемостью человека, рождаемостью и смертностью, колебаниями содержания некоторых элементов в крови людей;

размножением и миграционными процессами животных, рыб и насекомых;

ростом, зацветанием и урожайностью растений и прочими явлениями в органическом мире. Приспособлением организма к суточному вращению Земли являются циркадные ритмы (лат. circa – около, dies – день, термин Халберга). Они слабо зависят от температуры и передаются по наследству.

Процессы жизнедеятельности у всех организмов – от одноклеточных до человека, носят ритмический, симметричный характер. В зависимости от суточной, месячной и сезонной периодичности изменяются физиологические процессы и поведение организмов.

Этапы постепенного развития от одноклеточных организмов до появления примитивных многоклеточных длились 3 млрд. лет. Развитие всего многообразия многоклеточных организмов, завершившееся появлением человека, произошло за последующие 600 млн. лет.

Примерно 24-часовую периодичность имеют самые различные функции организмов: ритмы вылета пчел к цветкам, фотосинтез и дыхание цветковых растений, электрическое сопротивление кожи млекопитающих, содержание гликогена в печени, эозинофилов в крови, колебание рождений и смертей в различные часы суток. Большинство ученых считают, что различные ритмические процессы организмов являются косвенным результатом работы точных до одной минуты биологических часов – некоторых колебательных систем: осцилляторов физической или физико-химической природы [Ю.А. Урманцев, 1971, с.241]. В нормальных условиях эндогенные «биологические часы» коррелируют с периодическими процессами, протекающими во внешней среде (со сменой дня и ночи, изменениями температуры). Способность ориентироваться в пространстве, в частности, ориентация по солнцу или звездам, определяется работой внутренних биологических часов. У бактерий и других «однооболочечных» организмов суточные ритмы не найдены, поэтому обусловленность суточной периодичности ученые объясняют наличием ядерной мембраны, точнее, сочетанием диффузии и биохимических процессов, протекающих в ней. В многоклеточных организмах, вероятно, существует иерархия ритмов, и часы отдельных клеток синхронизируются с суточными ритмами «ведущих клеток»

[С. Шноль, 1964, с.6]. Несмотря на дискретность ритмов внешней среды и биосистемы, процесс синхронизации отмечается практически во всех диапазонах частот. Как предполагают ученые, в спектре ритмов имеются частоты, общие для космоса, Земли и биосферы. Например, внутрисуточные ритмы определяются, в первую очередь, периодами лунно-солнечных приливных движений ~6 и ~12 часов, многодневные и околомесячные ритмы, продолжительностью в 27 суток, согласуются также с движениями Солнца и Луны. А внутригодовые и многолетние ритмы зависят от расположения планет в Солнечной системе, в первую очередь, Юпитера, Венеры, Марса. Каждый организм живет своим собственным временным ходом: чем больше энергетическая плотность, тем короче жизнь. Деревья, с низким энергетическим уровнем, в отличие от бабочек с высокой энергетической плотностью, живут долго. С увеличением биоэнергетического потенциала организма увеличивается «масштаб» времени, т.е. более долго проживается каждая секунда. Это одна из причин того, что А.С. Пушкин, М.Ю. Лермонтов, В.А. Моцарт, за свой короткий срок жизни успели так много.

Список литературы:

1. Жаров А.М. Проблема времени и неопределенность / А.М. Жаров

– Изд-во Ростовского университета, 1987. – 160с.

2. Камшилов М.М. Эволюция биосферы / М.М. Камшилов – М.:

Наука, 1974. – 254с.

3. Капра Ф. Паутина жизни. Новое научное понимание живых систем. Пер. с англ. под ред. В.Г.Трилиса / Ф. Капра – К.: София; М.: ИД «София», 2003. – 336с.

4. Лаппо А.В. Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как построена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого / А.В. Лаппо – М.: Знание, 1979. – 176с.

5. Пресман А.С. Организация биосферы и ее космические связи / А.С. Пресман – М.: ГЕО-СИНТЕГ, 1997. – 240с.

6. Урманцев Ю.А. Симметрия природы и природа симметрии (Философские и естественнонаучные аспекты) / Ю.А. Урманцев – М.:

Мысль, 1974. – 229с.

7. Урманцев Ю.А. Специфика пространственных и временных отношений в живой природе / Ю.А. Урманцев // Пространство. Время.

Движение. – М.: Наука, 1971. – С. 215-241.

8. Федосин С.Г. Физика и философия подобия от преонов до метагалактик / С.Г. Федосин– Пермь, 1999. – 544с.

9. Чайковский Ю.В. Элементы эволюционной диатропики / Ю.В. Чайковский – М.: Наука, 1990. – 270с.

10. Шноль С. Предисловие к русскому изданию / С. Шноль // Биологические часы. – М.: Мир, 1964. – С. 5-10.



Похожие работы:

«Большакова Наталия Павловна ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭТОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОПУЛЯЦИЙ ЛЕСНЫХ ПОЛЕВОК (Р. CLETHRIONOMYS) ПРИ СОВМЕСТНОМ ОБИТАНИИ 03.02.04 – зоология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Томск – 2010 Работа в...»

«Храброва Наталья Валерьевна МОЛЕКУЛЯРНО – ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМАРОВ КОМПЛЕКСА CULEX PIPIENS (DIPTERA: CULICIDAE) 03.00.15 – генетика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических нау...»

«Нина Михайловна Чернова Александра Михайловна Былова Общая экология Издательский текст http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=183471 Общая экология: Дрофа; М.; 2007 ISBN 978-5-358-03410-5 Аннотация Учебник по курсу общей экологии предназначен для студентов биологических факультетов педвузов. В книге...»

«ЛИТВИНОВА НАДЕЖДА АЛЕКСЕЕВНА РОЛЬ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ СТУДЕНТОВ В АДАПТАЦИИ К УМСТВЕННОЙ И ФИЗИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 03.00.13 – физиология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Томск 2008 Работа выполнена н...»

«ИСАКИНА МАРИНА ВЛАДИМИРОВНА РОЛЬ ЛИПИДОВ В ПРОЦЕССАХ ПРОВЕДЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ И РЕГЕНЕРАЦИИ ПОВРЕЖДЕННЫХ СОМАТИЧЕСКИХ НЕРВОВ Специальность 03.01.02 – Биофизика Диссертация на соискание ученой степени кандидата б...»

«Кураченко Наталья Леонидовна ОЦЕНКА И ДИНАМИКА АГРОФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ И СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ КРАСНОЯРСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ 03.02.13 – почвоведение Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора биологических наук Томск – 2010 Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии...»

«Седельникова Тамара Станиславовна ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ БОЛОТНЫХ И СУХОДОЛЬНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ВИДОВ СЕМЕЙСТВА PINACEAE LINDL. (репродуктивные и кариотипические особенности) 03.00.05 – ботаника АВТОРЕФЕРАТ диссертации...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕССКОЙ РЕСПУБЛИКИ XIII КАРАЧАЕВО ЧЕРКЕССКАЯ РЕСПУБЛИКАНСКАЯ ОТКРЫТАЯ НАУЧНОДАР» КРАЕВЕДЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ НАУЧНОГО ОБЪЕДИНЕНИЯ УЧАЩИХСЯ (ДЕТСКАЯ АКАДЕМИЯ РАЗВИТИЯ) СЕКЦИЯ «ПРИРОДНОЕ...»








 
2017 www.pdf.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - разные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.