Системный подход к объяснению жизни
СОДЕРЖАНИЕ:
Введение…………………………………………………………
1. Уровни организации живых систем…………………………………………….5
1.1 Иерархия уровней организации живого…………………………………….5
1.2 Метод Фибоначчи как фактор гармонической самоорганизации…………8
1.3 Физический и биологический методы изучения природы живого……….10
1.4. Антропный принцип в физике живого…………………………………….12
2. Системный подход к эволюции живого………………………………………..14
2.1. Биологическая эволюция Ч. Дарвина……………………………………..14
2.2. Физическая эволюция Л. Больцмана……………………………………...16
Заключение……………………………………………………
Список использованной литературы……………………………………………...
ВВЕДЕНИЕ
В современном научном познании особое значение приобретают общенаучные подходы. Они задают определенную направленность научного исследования, фиксируют определенный его аспект, жестко не указывая на специфику конкретных исследовательских средств. Такими подходами являются системный, структурный, функциональный, вероятностный, информационный и другие. Фиксируемый данными подходами аспект исследования ясен из самого названия. Он тесно связан с соответствующей общенаучной категорией (система, структура, функция, вероятность, информация), дающей представление о том, какая именно форма действительности прежде всего интересует исследователя В понятии подхода логически всегда акцентируется основное направление исследования, своеобразный "угол зрения" на объект изучения. Важнейшая черта названных подходов - принципиальная применимость к исследованию любых явлений и любой сферы действительности. Они могут работать во всех без исключения научных дисциплинах. Это обусловлено общенаучным характером категорий, лежащих в основании данных подходов.
В настоящее время широкое распространение получил системный подход, который и будет рассмотрен в данном реферате. Под системным подходом в широком смысле понимают метод исследования окружающего мира, при котором интересующие нас предметы и явления рассматриваются как части или элементы определенного целостного образования. Эти части и элементы, взаимодействуя друг с другом, формируют новые свойства целостного образования (системы), отсутствующие у каждого из них в отдельности. Таким образом, мир с точки зрения системного подхода предстаёт перед нами как совокупность систем разного уровня, находящихся в отношениях иерархии.
С другой стороны, всякий целостный объект, взаимодействующий с внешним миром, зависим от других систем. Это делает необходимым исследование влияния окружающей среды на целостность системы, ее сохранность или разрушение.
Таким образом, системные
исследования представляют собой особый
вид познавательной деятельности, изучающей
объект как целостность, располагающую
собственным арсеналом
Задачей данного реферата является рассмотрение системного подхода для объяснения жизни. В работе будут рассмотрены две главы. В первой - уровни организации живых систем, их иерархия, а также методы изучения живых систем. А во второй - собственно, сам системный подход, на примере биологической эволюции Ч. Дарвина и физической Больцмана.
В данной работе использовался
учебник В. В, Горбачёва «Концепции
современного естествознания» и другая
литература, ссылки на которую даны в тексте.
Весь список использованной литературы
указан в конце реферата.
1. УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ
1.1 Иерархия уровней организации живого
Жизнь на Земле представлена существами определенного строения, принадлежащими к определенной систематической группе, а также сообществами разной сложности. Каждое живое существо (индивидуум) обладает структурностью. По подходу к их изучению выделяется несколько уровней живых систем, находящихся во взаимосвязи и соподчинении.
Биолог фон Берталанфи на основе обобщения физических, в частности термодинамических, представлений разработал свою теорию биологических организмов, рассматривая организм как целостную сложную иерархическую систему (Берталанфи,1969). По существу, в применении к биологии он предложил и использовал метод системного анализа, активно применяемый сейчас в науке и технике. В частности, им высказана идея, что системная организация - основа точной биологии. Организм - пространственное целое, проявляющееся во взаимодействии частей и частных процессов. Процессы в живом организме обусловливаются целостной пространственной системой, подчиненной жесткой иерархии.
Концепция структурных уровней
дает возможность описать живые
организмы не только по уровням их
сложности и закономерностям
функционирования, но и расположить
в иерархическом порядке, при
котором каждый предыдущий уровень
входит в последующий, образуя единое
целое живой системы. Тем самым
представление уровней
Различают следующие уровни
организации биологических
1. Молекулярный уровень. Молекулярный уровень несет отдельные, хотя и существенные признаки жизни. На этом уровне обнаруживается удивительное однообразие дискретных единиц. Основу всех животных, растений и вирусов составляют 20 аминокислот и 4 одинаковых оснований, входящих в состав молекул нуклеиновых кислот. У всех организмов биологическая энергия запасается в виде богатой энергией аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Наследственная информация у всех заложена в молекулах дизоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), способной к саморепродукции. Реализация наследственной информации осуществляется при участии молекул рибонуклеиновой кислоты (РНК).
2. Клеточный уровень. Клетка является основной самостоятельно функционирующей элементарной биологической единицей, характерной для всех живых организмов. У всех организмов только на клеточном уровне возможны биосинтез и реализация наследственной информации. Клеточный уровень у одноклеточных организмов совпадает с организменным. В истории жизни на нашей планете был такой период (первая половина протерозойской эры ~ 2000 млн. лет назад), когда все организмы находились на этом уровне организации. Из таких организмов состояли все виды, биоценозы и биосфера в целом.
3. Тканевый уровень. Совокупность клеток с одинаковым типом организации составляет ткань. Тканевый уровень возник вместе с появлением многоклеточных животных и растений, имеющих различающиеся между собой ткани. Большое сходство между всеми организмами сохраняется на тканевом уровне.
4. Органный уровень. Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям, составляют органы. (Всего лишь шесть основных тканей входят в состав органов всех животных и шесть основных тканей образуют органы у растений).
5. Организменный уровень. На организменном уровне обнаруживается чрезвычайно большое многообразие форм. Разнообразие организмов, относящихся к разным видам, а также в пределах одного вида, объясняется не разнообразием дискретных единиц низшего порядка (клеток, тканей, органов), а усложнением их комбинаций, обеспечивающих качественные особенности организмов. В настоящее время на Земле обитает более миллиона видов животных и около полумиллиона видов растений. Каждый вид состоит из отдельных индивидуумов (организмы, особи), имеющих свои отличительные черты.
6. Популяционнно-видовой уровень. Совокупность организмов одного вида, населяющих определенную территорию, составляет популяцию. Популяция – это недоорганизменная живая система, которая является элементарной единицей эволюционного процесса; в ней начинаются процессы видообразования. Популяция входит в состав биоценозов.
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
Системно-структурные уровни организации живого определяются по выделенным специфическим взаимодействиям. На каждом уровне выделяют элементарную единицу и элементарные явления. Элементарная единица - это структура, закономерное изменение которой приводит к элементарному явлению. Элементарной единицей на молекулярно-генетическом уровне является ген, на клеточном уровне – клетка, на организменном уровне - особь, на популяционном уровне - совокупность особей одного вида - популяция. Совокупность элементарных единиц и явлений на соответствующем уровне отражает содержание эволюционного процесса.
Переход от одного уровня к другому происходит скачкообразно, дискретно, в соответствии с основными принципами квантовой механики, и такие переходы в физике представляют собой неравновесные фазовые переходы, которым в синергетике соответствуют бифуркации. Механизм перехода в понятиях синергетики реализуется через хаотические состояния, и через него реализуется связь разных уровней организации. В точках бифуркации малое случайное изменение может привести к сильному возмущению системы, и возникает фазовый переход. В таком представлении гибель живого организма можно рассматривать как фазовый переход «жизнь — не жизнь».
Понятия о целом и части, используемые не только в системном анализе, но и в философии, можно применять к физике живого, поскольку живым организмам присущи гармоническая иерархичность и целевая функция. Действительно, рассматривая любые явления и свойства живой и неживой природы, мы обязательно касаемся проблемы целого и части — все наблюдаемые объекты являются частями более общего понятия целого и, в свою очередь, состоят из каких-то частей. Эти представления применимы к эволюции любой сложной неравновесной системы с нелинейной динамикой ее развития в процессах самоорганизации. Гармонизация этих процессов в живых организмах и шире — во всей природе находит свое отражение в понятиях «ян» и «инь» восточной философии и в идее «золотого сечения».
1.2 Метод Фибоначчи как фактор гармонической самоорганизации
Математическим обоснованием
гармонического соотношения частей
организма, его соразмерности,
порядку и необходимому организму
хаосу, обусловленности
Числа Фибоначчи — элементы числовой последовательности 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987, 1597, 2584, 4181, 6765, 10946, … в которой каждое последующее число равно сумме двух предыдущих чисел.
Различие в процессах самоорганизации в неживых и живых системах, как отмечали И. Пригожин и И. Стенгерс (Порядок из хаоса,1986), заключается в том, что молекулы неорганического мира, участвующие в сложных химических реакциях, просты, а в биологической самоорганизации, наоборот, реакции просты, а молекулы укрупняются, усложняются и становятся макромолекулами. Это обусловлено тем, что структура реакций переходит в структуру элементов — молекул, т.е. процесс закрепляется в структуре. Взаимоотношение между структурой и процессами отражает известный закон единства и борьбы противоположностей, закон единства сохранения и изменения сущности, который составляет суть развития самоорганизующихся систем. И здесь третий член золотой пропорции Фибоначчи снимает противоречие между сохранением (устойчивостью) и изменением через развитие, которое включает и то и другое — состояние и процесс. Многие физиологические процессы в организме человека, гармонизируются по «золотому сечению» (методу Фибоначчи), Так, биолог В. Д. Цветков из Пущинского биологического центра установил, что оптимизация артериального давления и ритмов сердечно—сосудистой системы происходит по соотношению, «золотого сечения».
Ряд Фибоначчи становится системообразующим фактором гармонической самоорганизации живого организма. В этом смысле эволюция — не просто адаптация организма к внешним условиям, а его стремление к гармонии, соразмерности развития всего организма как целого и функционирования его внутренних органов как частей. Структурно-функциональная организация человеческого тела и его организма в процессе эволюции отражает эту гармонию по методу Фибоначчи и в опыте человечества. Рекурсивный (т.е. возвратный: каждое последующее число ряда Фибоначчи является суммой двух предыдущих) характер этого гармоничного ряда в применении к живым организмам позволяет учитывать память о предыдущих поколениях.
С гармонией развития
организма, как целого, так
и его частей, хорошо согласуется
универсальный для всего
Согласно этому же принципу, можно высказать и парадоксальную мысль: познание жизни и сама жизнь несовместимы! Например, при хромосомном анализе определения дозы радиации, полученной человеком давно (так называемой реконструированной дозы), лазерный луч убивает усики хромосом, тем самым убивает саму хромосому. Относительно живого организма как целостной системы В.А. Энгельгардт (Познание явлений…,1985) выделял три признака, характеризующих взаимоотношения между целым и частями:
— возникновение в системе взаимодействующих связей между целым и частями;
— утрата некоторых свойств частей при вхождении их в состав целого;
— появление у возникающего целого новых свойств, определяемых свойствами основных частей и возникновением новых связей между частями.
1.3 Физический и биологический методы изучения природы живого
Природу живого изучают многие науки, в том числе биология и физика (на «стыке» этих наук и возникла биофизика). Именно при исследовании живых систем или при использовании живых объектов и систем в экспериментах выяснились многие закономерности, которые стали достоянием и предметом изучения точных наук. Так, работы итальянского физика Гальвани (1737— 1798) по исследованию свойств мышцы послужили основанием более детального изучения электричества, и его именем был назван ряд явлений. Английский химик Д. Пристли (1733—1804) из экспериментов на живых организмах расширил сведения об открытом им кислороде. Французский химик А. Лавуазье (1743—1794) исследовал процессы дыхания и горения, внеся тем самым вклад и в химию, и в биологию. Один из основных законов природы — первое начало термодинамики — был сформулирован немецким врачом Ю. Майером (1814—1878). Врач-офтальмолог Г. Гельмгольц (1821—1894) много сделал для развития физической оптики. Известно достаточно много примеров того, что можно развивать смежную науку, будучи специалистом в другой области. Так, Коперник, Лавуазье, Ферма и итальянец А. Авогадро (1776—1856) были юристами, англичанин Д. Джоуль (1818— 1889) по основной для жизни профессии был пивоваром, а француз А. Ампер (1775—1836) и Фарадей не получили систематического образования, т.е. по современным понятиям были дилетантами. Природа сама по себе не знает деления на физические и биологические науки, она ведь целостна, едина, а это разделение делает изучающий ее человек. Тем не менее именно физика вносит в биологию приемы мышления, анализа и обобщения, свойственные представителям точных наук. Доказательством этого, по мнению В.А. Энгельгардта, является тот факт, что среди большинства ученых, получивших Нобелевские премии за исследования в области биологии и медицины, нет или почти нет собственно биологов, а есть физики, химики, кристаллографы и представители других точных наук. Это несомненно показывает, насколько сейчас биология действительно является областью науки, разрабатываемой специалистами именно точных дисциплин.
Различие логических подходов в физике и биологии затрудняет взаимодействие между этими науками и создание достаточно обоснованной физической теории биологических явлений. Для биологии очевиден вопрос «для чего?», т. е. формулировки рассматриваемых закономерностей носят финалистический характер. Физика спрашивает «почему?», «вследствие чего?», т.е. формулирует физические законы как казуальные.
Понятно, что истинный научный смысл представляет именно последний подход. Физика и естествознание в целом казуальны — наука ищет причины (causa) явлений. Однако эти разные методологические подходы могут быть объединены, поскольку в действительности нет принципиального противоречия между финализмом и казуальностью, и, следовательно, такое различие в подходах в биологии и физике является чисто внешним, а не глубинным. Любая физическая закономерность может быть выражена, через принцип оптимальности, или вариационный принцип. Сама идея вариационного принципа, состоит в отыскании экстремума или оптимума, т.е. носит четко выраженный финалистический характер. Поэтому физические законы и обобщения на их основе в естествознании можно формулировать как казуально, так и финалистически. Вариационный финализм сводится к казуальности.
Остановимся еще на одном различии биологического и физического методов познания природы. Биология как наука о строении и функциях живых организмов устанавливает общие и частные закономерности, присущие живой природе во всех ее проявлениях и особенностях. Несмотря на сохранившийся до появления молекулярной биологии и генетики описательный характер изучения живого, биология в целом с материалистических, естественно-научных позиций объясняет эволюцию мира живой природы и место в ней человека. В то же время классической физике была чужда идея эволюции. Она действительно пыталась согласно своим представлениям ответить на вопросы, «почему» и «как» устроен реальный физический мир, но не могла объяснить, почему именно так, а не иначе. Это идет от классической ньютоновской посылки: «...причину же этих свойств силы тяжести я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю ... Довольно того, что тяготение на самом деле существует и действует согласно изложенным нами законом и вполне достаточно для объяснения всех небесных тел и моря». Хотя количественные законы движения, изменения положений реальных объектов в определенных условиях классическая механика прекрасно описывает. Но сейчас мы понимаем, что этого мало, и привлекаем в постнеклассической физике антропный принцип (АП).
1.4. Антропный принцип в физике живого
Антропный принцип - один из фундаментальных принципов современной космологии, который фиксирует связь между крупномасштабными свойствами нашей Вселенной (Метагалактики) и существованием в ней человека, наблюдателя. Термин “антропный принцип” предложил английский математик Б. Картер (1973): “то, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей”.
Антропный принцип, по
мнению многих космологов, является
единственной систематической попыткой
научно объяснить кажущуюся
таинственной структуру физического
мира. Этот принцип вводит
в физику некие новые ощущения,
не свойственные ей как классической
науке, например, роль человека как
наблюдателя, соучастника эксперимента
становится неустранимой, становится
уже фундаментальным
Более того, этот принцип
затрагивает понятие
В то же время классическая физика начиная с Ньютона не ставила перед собой проблемы объяснения действующих во Вселенной физических законов. Наоборот, фундаментальный принцип любого физического исследования - объективная воспроизводимость эксперимента - основан, по существу, на неизменности физических законов: в различные моменты времени законы природы действуют одинаково. Получается, что во времени нет выделенных точек, в которых бы менялся характер изучаемых физикой законов. Хотя даже простая логика подсказывает, что может быть как раз несоответствие существующих законов, применяемых к объяснению неизвестных, непознанных физикой явлений, и свидетельствует, что в этом изменяющемся мире должны изменяться и законы физики.
На самом деле мы в этом
неоднократно убеждались: в квантовом
мире и Космосе требуются свои
механики. Но в целом здесь очередной
парадокс между биологическими и
физическими подходами к
Сейчас можно считать общепринятым положение, что живые организмы являются открытыми неравновесными системами, и, естественно, поэтому хочется применить к ним те же физические законы, которые используются для объяснения физико-химических процессов в объектах неживой природы и даже управления ими. В этом направлении на базе синергетики были получены некоторые конкретные результаты, однако построить окончательную физическую модель живого не удалось, хотя такое желание, конечно, есть. Синергетический подход пока очень хорошо вписывается в холистическое восприятие и объяснение мира и позволяет в какой-то мере с общих позиций описывать и живую, и неживую природу и говорить об их единстве.
Антропный принцип может
быть использован как универсальный
инструмент в исследовании сложных
систем любой природы. Он оказывается
принципом существования
Пределы изменения этих параметров очень узки (вспомним, например, диапазон температур, давлений и других условий, в которых может существовать человек): достаточно небольшого изменения, их и жизнь становится невозможной.
Используя принцип дополнительности Бора, можно считать, что нельзя судить о содержании общих биологических закономерностей, оставаясь только в рамках чисто биологических воззрений, тем более что биология сообщает множество интересных и важных подробностей о человеке, упуская, тем не менее, нечто принципиальное. Нужно, по Бору, дополнение в лице физики! Бор считал, что познание живого организма в виде атомно-молекулярной системы принципиально дополнительно к изучению этого организма как целостной системы и ни один результат биологического исследования не может быть однозначно трактован, если не использовать представления физики и химии. Именно в этом смысле следует понимать, что лишь одними законами биологии или физики невозможно объяснить феномен живого.
2. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ЭВОЛЮЦИИ ЖИВОГО
2.1. Биологическая эволюция Ч. Дарвина
Имеется противоречие между моделью эволюции Больцмана для неупорядоченных, но стремящихся к равновесию изолированных систем неживой природы и эволюцией Дарвина для высокоупорядоченных структур живого организма. В общем смысле под эволюцией понимается процесс длительных, постепенных, в основном медленных изменений, приводящих к образованию уже других структур, форм, организмов и их видов.
В 1859 г. Ч. Дарвин и А. Уоллес представили в лондонское Линнеевское общество совместный доклад о механизме, обеспечивающем направленность эволюции. В этом же докладе была высказана главная идея этого механизма - естественный отбор, согласно которому живые организмы могут самосовершенствоваться, эволюционировать в сторону все большей приспособленности к среде обитания и таким образом виды живых организмов могут изменяться. На большом фактическом материале ими было показано, что в целом развитие организмов в историческом плане идет от простых одноклеточных до многоклеточных млекопитающих, т.е. по восходящей линии - от простого к сложному, упорядоченному.
Более того, Дарвина и
Уоллеса можно считать в
Кстати, по поводу того, что Ч.Дарвин был первым. Как это часто бывает в науке, к идее естественного отбора пришел практически одновременно с Ч. Дарвином и малоизвестный натуралист (ставший, правда, впоследствии основателем зоогеографии) А. Уоллес, который использовал в своих предположениях работу английского экономиста Мальтуса «Опыт о законе населения». Свои результаты в виде небольшой брошюры в 20 страниц он и отослал Дарвину в 1858 г., результатом чего явился их совместный доклад. Однако, когда в 1859 г. появилась книга «Происхождение видов путем естественного отбора», то автором ее был только Ч. Дарвин. И мы теперь связываем эту теорию именно с Ч. Дарвином. Книга вышла 24 ноября 1859 г. и все 1250 экземпляров были распроданы в первый же день. Как говорили современники Дарвина, по своему воздействию на человеческое мышление она уступала только Библии.
Основные принципы эволюционной теории Ч. Дарвина (Дарвин Ч.,1987.). Сущность дарвиновской концепции эволюции сводится к ряду логичных, проверяемых в эксперименте и подтверждённых огромным количеством фактических данных положений:
1. В пределах каждого
вида живых организмов

- Системный подход к организации
- Системный подход к организации
- Системный подход к построению организаций
- Системный подход к прогнозированию в задачах управления
- Системный подход к разработке управленческих решений
- Системный подход к улучшению качества выпускаемой продукции
- Системный подход к управлению качеством
- Системный подход к защите информации
- Системный подход к изучению культуры
- Системный подход к изучению политической жизни
- Системный подход к изучению психических функций с позиций психофизиологии. Представление о психи
- Системный подход к исследованию знания
- Системный подход к менеджменту
- Системный подход к обеспечению надёжности