CC BY
77
ВОДНЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ИХ РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
УДК 574(075.8):6П2.15(03)
А. В. Мельников
ОРГАНИЗМ И НАДОРГАНИЗМЕННЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ КАК БИОКИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
В экологии и в экологической кибернетике живой организм и надорганизменные образования рассматривают как целостные систему, составляющие которой взаимодействуют с внешней абиотической и биотической средой и могут стать отдельно или в совокупности объектом управления [1-6]. Они характеризуется рядом свойств, которые отличают их от неживой природы и имеют значение в экологической кибернетике:
— сложная структура, включающая в себя более низкие уровни биологической организации (гены, клетки, клеточные ткани, целые органы и их системы);
— целостность при взаимодействии с внешней средой;
— способность к восприятию, обработке и хранению информации;
— обмен веществ;
— гомеостаз организма как свойство самовозобновления и поддержания постоянства его внутренней среды;
— способность к движению;
— раздражимость;
— рост и развитие;
— размножение и наследственность;
— адаптация к условиям существования.
Каждое из свойств живого организма связано с протеканием в организме сложных процессов, которые рассматриваются в биологии, экологии, биологической кибернетике и т. д. Изменение одних частей и функций организма приводит к изменению других его частей и функций.
На Земле существует более 2,2 млн видов организмов. С учетом задач экологической кибернетики их удобно делить на следующие группы [5]: бактерии, синезеленые и настоящие водоросли, высшие растения, низшие и высшие грибы, одноклеточные животные (простейшие), многоклеточные животные (членистоногие, насекомые, моллюски, млекопитающие и рыбы).
Для успешного управления экологическими системами необходимо иметь представление об организмах и надорганизменных образованиях как объектах управления. Живые системы относят к классу очень сложных вероятностных систем, различая следующие уровни их исследования: субклеточный, клеточный, тканевый, уровень органов и систем живого организма, уровень живого организма, уровень надорганизменных систем [1, 6-8].
В экологической кибернетике изучают организменные и надорганизменные уровни, хотя для понимания сущности процессов в экологических системах иногда рассматривают и более низкие уровни. Например, в промыслово-экологической кибернетике в основном рассматривают надорганизменные уровни, значительно реже - уровень органов и тканей, а также уровень отдельного организма.
Биологические образования всех уровней изучают во многих других научных дисциплинах.
Одной из основных особенностей биокибернетических систем считают их иерархическое строение, когда любую систему рассматривают как элемент системы более высокого уровня, а сам элемент - как систему из более простых элементов. Так, клетку можно считать элементом системы тканей, ткани - элементом системы органа, орган - элементом организма, а организм входит в надорганизменные системы. Каждая система более высокого уровня прямо или косвенно подчиняет своим закономерностям все системы более низкого уровня.
Основополагающей особенностью биокибернетических систем является их способность к самоорганизации.
Понятие самоорганизации в общем виде охватывает все основные свойства жизни, включая сохранение индивидуальности при непрерывном обмене веществ и энергии с внешней средой, раздражимость с восстановлением исходного состояния, воспроизводство себе подобных и т. д. [1]. Согласно [1], структурными и функциональными основами самоорганизации сложных вероятностных биокибернетических систем являются: очень большое число элементов системы, разветвленность связей между ними, развитие гибкого взаимодействия между элементами по принципу обратной связи, активный обмен веществом и энергией с окружающей средой.
Особенностью биокибернетических систем принято считать их термодинамическое своеобразие, которое иногда называют устойчивым термодинамическим неравновесием и считают основным принципом организации живого. Живая система способна удаляться от равновесного состояния в значительно большей степени, чем неживая в равных условиях. Возможное отклонение тем значительнее, чем большей свободной энергией обладает система.
Неравновесное состояние в живой природе отличается от динамического равновесия, более характерного для неживой природы, способностью использовать внешние воздействия для создания внутреннего источника свободной энергии, чтобы противостоять внешним воздействиям.
Наконец, биокибернетические системы требуют постоянного регулирования, без которого они часто не могут существовать.
Благодаря сложности и многообразию обратных связей основные процессы управления в биокибернетических системах протекают в виде внутреннего саморегулирования по внутренним законам системы. Общим для такого саморегулирования считают преимущественное преобразование системы в сторону большей упорядоченности и снижения энтропии в термодинамическом смысле для оптимизации такой системы. Саморегулирование принимает различные формы в зависимости от особенностей системы и условий, которые ее вызывают.
Различают несколько уровней саморегулирования [4, 8-12], специфику которых необходимо учитывать при исследовании экологических систем управления:
— стабилизация путем поддержания постоянных параметров системы при кратковременном действии слабых энтропийных факторов;
— адаптация путем перестройки внутренней структуры и функций системы при действии в течение длительного времени слабых энтропийных факторов;
— самовосстановление путем создания новых структур взамен разрушенных кратковременным воздействием мощных энтропийных факторов;
— развитие путем объединения и реализации в одной системе всех предыдущих уровней саморегулирования при действии разнообразных энтропийных факторов;
— размножение для сохранения системы при действии естественной и промысловой смертности;
— эволюция путем переключения на использование новых видов веществ и энергии при истощении окружающей среды;
— формирование структур и развитие функций для противодействия влиянию энтропийных факторов, связанных с деятельностью других систем.
Саморегулирование в биокибернетических системах, как правило, происходит под влиянием не одного управляющего воздействия, а нескольких, в общем случае параллельнопоследовательных, часто противоречивых. Поэтому процессы управления в биокибернетиче-ских системах обычно дискретны и периодичны. С учетом этого важным свойством биокибер-нетических систем считают время релаксации, которое зависит от скорости возвращения основных переменных системы к исходным значениям после внешних воздействий. С временем релаксации, в частности, связано соотношение длительности установившихся и переходных режимов биокибернетических систем. Наиболее короткое время релаксации и переходного периода в живых организмах равно рефрактерному периоду проведения нервного импульса (около одной миллисекунды). Однако подавляющее большинство переходных периодов в биологических системах превышает период проведения нервного импульса и продолжается для некоторых органов живого организма много минут, а период регуляции на уровне биоценозов - иногда несколько месяцев и даже лет.
Саморегулирование рассматривают не только с материально-энергетической, но и с информационной стороны как средство снижения неопределенности системы. В частности, некоторые органы чувств биологических объектов способны воспринимать и перерабатывать огромное количество информации, а в самой системе происходит много физических событий, которые также несложно увязать с информацией. Считают, например, что для записи большого числа событий в сложной биологической системе не хватит атомов Вселенной. Отсюда, в частности, следует, что нельзя описать каждое из возможных событий сложной биокибернетической системы и необходим обобщенный статистический подход к оценке таких состояний и эффективности управления системой.
Рассмотренные свойства биокибернетических систем относятся ко многим биологическим объектам как элементам экологических систем управления и являются определяющими при их оценке как объекта управления в таких системах.
Биологические объекты в экологических системах управления можно рассматривать как приемник внешних воздействий, от которого зависят входы этого объекта в системе управления, и оценивать его выходные характеристики - развитие в онтогенезе, рост, пополнение промыслового стада, поведение, распределение в пространстве и времени, биометрические характеристики, показатели состояния, естественной и промысловой смертности, состав и численность надорганизменных структур и т. д.
Заключение
Анализ литературы и результатов собственных исследований позволил установить основные свойства живого организма и надорганизменных образований как целостных систем, которые необходимо знать при решении задач экологической кибернетики.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Биологическая кибернетика / А. Б. Коган, Н. П. Наумов, В. Г. Рожабек, О. Г. Чораян. - М.: Высш. шк., 1976. - 384 с.
2. Мельников А. В. Оптимизация регулирования рыболовства как кибернетическая проблема / Астрахан. техн. ин-т рыбной пром-сти и хоз-ва. - Астрахань, 1988. - 42 с. - Деп. в ЦНИИТЭИРХ, 1988. - РХ 936.
3. Мельников В. Н. Рыбохозяйственная кибернетика // Сб. тр. ВНИРО. - 1990. - С. 3-13.
4. Черныш В. И. Введение в экологическую кибернетику. - М.: ЦАО, 1990. - 568 с.
5. Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология. - Ростов н/Д.: Феникс, 2008. - 602 с.
6. Мельников В. Н. Основы управления объектом лова. - М.: Пищ. пром-сть, 1975. - 358 с.
7. Мельников В. Н., Мельников А. В. О предмете «Промысловая экология» // Вестн. Астрахан. техн. ин-
та рыбной пром-сти и хоз-ва. - М., 1993. - № 1. - С. 43-45.
8. Мельников А. В. Введение в экологическую кибернетику // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Экология. - 1998. - С. 39-45.
9. Мельников В. Н., Мельников А. В. Рыбохозяйственная кибернетика. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 1998. - 310 с.
10. Мельников В. Н. Особенности моделирования в экологической кибернетике // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Экология. - 1998. - С. 32-38.
11. Мельников А. В., Мельников В. Н. Селективность рыболовства. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2005. - 376 с.
12. Мельников В. Н. Биотехнические основы промышленного рыболовства. - М.: Легкая и пищ. пром-сть, 1983. - 216 с.
Статья поступила в редакцию 19.03.2009
ORGANISM AND ABOVE TROPHIC LEVELS FORMATIONS AS BIOCYBERNETIC SYSTEMS
A. V. Melnikov
The classification of basic properties of a living organism and above trophic levels formations as complete systems is given. Peculiarities of such biocy-bernetic systems, necessary to know at the analysis and optimization of processes and systems of ecological cybernetics, are considered in the paper.
Key words: ecological cybernetics, biocybernetic systems, properties of organisms and above trophic levels formations.
