superbotanik.net

Реферат - Системные поражения. - Биология

 

Начальная

Windows Commander

Far
WinNavigator
Frigate
Norton Commander
WinNC
Dos Navigator
Servant Salamander
Turbo Browser

Winamp, Skins, Plugins
Необходимые Утилиты
Текстовые редакторы
Юмор

File managers and best utilites

Реферат: Системный анализ в биологии:. Реферат системная биология


Реферат Системная биология

скачать

Реферат на тему:

План:

    Введение
  • 1 Значения
  • 2 История
  • 3 Экспериментальные методы системной биологии
  • 4 Инструменты системной биологии
  • Примечания

Введение

Систе́мная биоло́гия — научная дисциплина, образовавшаяся на стыке биологии и теории сложных систем. Впервые термин используется в статье 1993 года авторов W. Zieglgänsberger и TR. Tölle [1].

Является междисциплинарной наукой о жизни. Направлена на изучение сложных взаимодействий в живых системах. Использует новый подход в биологии: холизм вместо редукционизма. Основное внимание в системной биологии уделяется так называемым эмерджентным свойствам, то есть свойствам биологических систем, которые невозможно объяснить только с точки зрения свойств ее компонентов. Таким образом задачами системной биологии являются исследование и моделирование свойств сложных биологических систем, которые нельзя объяснить суммой свойств ее составляющих.

Широкое распространение термин «системная биология» получил после 2000-го года.

Системная биология имеет связь с математической биологией.

1. Значения

Системная биология может пониматься как:

  • Область исследований, посвященная изучению взаимодействий между составляющими биологических систем, и как эти взаимодействия приводят к появлению функций и характеристик систем (например, взаимодействие метаболитов и ферментов в метаболических системах).
  • Научная парадигма, противопоставляемая так называемой редукционистской парадигме в изучении сложных биологических систем, однако полностью соответствующая научному методу познания[2][3].
  • Набор исследовательских протоколов, а именно, цикл исследований, состоящий из теории, аналитического или компьютерного моделирования для формулировки гипотез о системе, экспериментальной проверки, и затем использование полученных данных для описания клетки или клеточных процессов для улучшения компьютерной модели или теории[4]. Поскольку целью является модель взаимодействий в сложной системе, экспериментальные методики, которые используются в системной биологии должны быть наиболее детальными. По этой причине для верификации моделей используются такие методики как транскриптомика, метаболомика, протеомика и другие высокопроизводительные технологии для сбора численных данных.
  • Применение теории динамических систем к биологическим системам.
  • Соционаучный феномен, определяемый как стремление к интеграции сложных данных о взаимодействиях в биологических системах, полученных из различных экспериментальных источников, используя междисциплинарные методы.

Различие в понимании системной биологии объясняется тем фактом, что данное понятие относится скорее к совокупности пересекающихся концепций, чем к одному строго определенному направлению. Несмотря на различие в понимании целей и методов системной биологии, термин широко используется исследователями, в том числе как часть названий научных подразделений и целых институтов по всему миру.

2. История

Предпосылками появления системной биологии являются:

  • Количественное моделирование ферментативной кинетики — направление, формировавшееся между 1900 и 1970 годами,
  • Математическое моделирование роста популяций,
  • Моделирование в нейрофизиологии,
  • Теория динамических систем и кибернетика.

Пионером системной биологии можно считать Людвига Фон Бeрталанфи, создателя общей теорией систем, автора книги «Общая теория систем в физике и биологии», опубликованной в 1950 году. Одной из первых численных моделей в биологии является модель британских нейрофизиологов и лауреатов нобелевской премии Ходжкина и Хаксли, опубликованной в 1952 году. Авторы создали математическую модель, объясняющую распространение потенциала действия вдоль аксона нейрона[5]. Их модель описывала механизм распространения потенциала как взаимодействие между двумя различными молекулярными компонентами: каналами для калия и натрия, что можно расценить как начало вычислительной системной биологии[6]. В 1960 году на основе модели Ходжкина и Хаксли Денис Нобл создал первую компьютерную модель сердечного водителя ритма[7].

Формально первая работа по системной биологии, как самостоятельной дисциплине, была представлена системным теоретиком Михайло Месарович в 1966 году на международном симпозиуме в Институте технологии в Кливленде (США, штат Огайо) под названием «Системная теория и биология».[8][9]

В 60-х, 70-х годах двадцатого века был разработан ряд подходов для изучения сложных молекулярных систем, таких как теория контроля метаболизма и теория биохимических систем. Успехи молекулярной биологии в 80-х годах при некотором спаде интереса к теоретической биологии вообще, которая обещала больше, чем смогла достичь, привели к падению интереса к моделированию биологических систем.

Тем не менее, рождение функциональной геномики в 1990-х годах привело к доступности большого количества данных высокого качества, что совместно с бумом в развитии вычислительной техники, позволило создавать более реалистичные модели. В 1997 году группа Масару Томита опубликовала первую численную модель метаболизма целой (гипотетической) клетки. Термин «системная биология» может быть также найден в статье В. Зиглгансберга и Т. Толле, опубликованной в 1993 году. В течение 1990-х годов Б. Зенг создал ряд концепций, моделей и терминов: системная медицина (апрель 1992), системная биоинженерия (июнь 1994) и системная генетика (ноябрь 1994).

В течение 2000-х годов, когда создавались институты системной биологии в Сиэтле и Токио, системная биология вступила в полные права, будучи вовлеченной в различные геномные проекты, обрабатывая и интерпретируя данные из «-омик» (протеомика, метаболомика), помогая в интерпретации прочих высокопроизводительных экспериментов, включая биоинформатику. По состоянию на лето 2006 года в связи с нехваткой системных биологов[10] было создано несколько учебных центров по всему миру.

3. Экспериментальные методы системной биологии

Для верификации создаваемых моделей системная биология работает с самыми различными типами экспериментальных данных, описывающих как отдельные составляющие, так и систему в целом. Зачастую в качестве исходной информации для формулировки гипотез и выводов используются данные, полученные в других областях биологии: биохимии, биофизики, молекулярной биологии. Тем не менее, существует ряд специфичных методов, прочно ассоциируемых с системной биологией. Эти методы характеризует большое количество экспериментальных измерений, а также одновременное детектирование многих характеристик, что стало возможным с появлением автоматизированных потоковых методик экспериментов.

Примерами таких методов могут являться:

  • Геномика: высокопроизводительные методы сиквенирования ДНК, включая изучение вариабельности в различных клетках одного организма.
  • Эпигеномика/Эпигенетика: изучение факторов транскрипции, не кодируемых в ДНК (метилирование ДНК, и т. д.).
  • Транскриптомика: измерение экспрессии генов, используя ДНК-микрочипы и другие методы.
  • Интерферомика: измерение взаимодействия транскрибируемых РНК.
  • Протеомика/Транслатомика: измерение уровня белков или пептидов с использованием двумерного гель-электрофореза, масс-спектрометрии или многомерных методик измерения белков.
  • Метаболомика: измерение концентраций так называемых малых молекул, метаболитов.
  • Гликомика: измерение уровня углеводов.
  • Липидомика: измерение уровня липидов.

Кроме представленных методов измерения уровня молекул, существуют также более сложные методы, позволяющие измерять динамику характеристик во времени и взаимодействие между компонентами:

  • Интерактомика: измерение взаимодействий между молекулами (например, измерение белок-белковых взаимодействий: PPI).
  • Флаксомика: измерение динамики потоков и концентраций во времени (как правило метаболитов).
  • Биомика: системный анализ биома

Многие перечисленные методики в настоящее время все ещё активно развиваются как в направлении увеличения точности и информативности измерений, так и в способах численной обработки получаемых данных.

4. Инструменты системной биологии

Исследования в области системной биологии чаще всего заключаются в разработке механистической модели сложной биологической системы, то есть модели, сконструированной на основе количественных данных об элементарных процессах, составляющих систему[11][12].

Метаболический или сигнальный путь может быть описан математически на основе теорий ферментативной или химической кинетики. Для анализа полученных систем могут применяться математические методы нелинейной динамики, теории случайных процессов, либо использоваться теория управления.

Из за сложности объекта изучения, большого количества параметров, переменных и уравнений, описывающих биологическую систему, современная системная биология немыслима без использования компьютерных технологий. Компьютеры используются для решения систем нелинейных уравнений, изучения устойчивости и чувствительности системы, определения неизвестных параметров уравнений по экспериментальным данным. Новые компьютерные технологии оказывают существенное влияние на развитие системной биологии. В частности, использование исчисления процессов, автоматических средств поиска информации в публикациях, вычислительная лингвистика, разработка и наполнение общедоступных баз данных.

В рамках системной биологии ведется работа над созданием собственных программных средств для моделирования и универсальных языков для хранения и аннотации моделей. В качестве примера можно привести SBML, CellML (расширения XML для записи моделей), а также SBGN (язык графического представления структуры взаимодействий элементов биологических систем).

Примечания

  1. The pharmacology of pain signalling. [Curr Opin Neurobiol. 1993] — PubMed result - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8219729
  2. Sauer, U. et al. (27 April 2007). «Getting Closer to the Whole Picture». Science 316. DOI:10.1126/science.1142502 - dx.doi.org/10.1126/science.1142502. PMID 17463274 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17463274?dopt=Abstract.
  3. The Music of Life: Biology beyond the genome. — Oxford University Press, 2006. — ISBN 978-0199295739 p21
  4. Kholodenko B.N., Bruggeman F.J., Sauro H.M.; Alberghina L. and Westerhoff H.V.(Eds.) (2005.). "Mechanistic and modular approaches to modeling and inference of cellular regulatory networks". Systems Biology: Definitions and Perspectives, Springer-Verlag. 
  5. Hodgkin AL, Huxley AF (1952). «A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve». J Physiol 117 (4): 500–544. PMID 12991237 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12991237?dopt=Abstract.
  6. Le Novere (2007). «The long journey to a Systems Biology of neuronal function». BMC Systems Biology 1. DOI:10.1186/1752-0509-1-28 - dx.doi.org/10.1186/1752-0509-1-28. PMID 17567903 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17567903?dopt=Abstract.
  7. Noble D (1960). «Cardiac action and pacemaker potentials based on the Hodgkin-Huxley equations». Nature 188: 495–497. DOI:10.1038/188495b0 - dx.doi.org/10.1038/188495b0. PMID 13729365 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/13729365?dopt=Abstract.
  8. Mesarovic M. D. Systems Theory and Biology. — Springer-Verlag, 1968.
  9. «A Means Toward a New Holism - www.jstor.org/view/00368075/ap004022/00a00220/0». Science 161 (3836): 34–35. DOI:10.1126/science.161.3836.34 - dx.doi.org/10.1126/science.161.3836.34.
  10. Working the Systems - sciencecareers.sciencemag.org/career_development/previous_issues/articles/2006_03_03/working_the_systems/(parent)/158.
  11. Gardner, TS; di Bernardo D, Lorenz D and Collins JJ (4 July 2003). «Inferring genetic networks and identifying compound of action via expression profiling». Science 301: 102–1005. DOI:10.1126/science.1081900 - dx.doi.org/10.1126/science.1081900. PMID 12843395 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12843395?dopt=Abstract.
  12. di Bernardo, D; Thompson MJ, Gardner TS, Chobot SE, Eastwood EL, Wojtovich AP, Elliot SJ, Schaus SE and Collins JJ (March 2005). «Chemogenomic profiling on a genome-wide scale using reverse-engineered gene networks». Nature Biotechnology 23: 377–383. DOI:10.1038/nbt1075 - dx.doi.org/10.1038/nbt1075. PMID 15765094 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15765094?dopt=Abstract.

www.wreferat.baza-referat.ru

Реферат: Системный анализ в биологии

Системный анализ в биологии

Системный анализ – это научная дисциплина, в которой изучаются проблемы принятия обоснованных решений относительно сложных систем. Под решением здесь понимается некоторый формализованный или неформализованный выбор одного из возможных вариантов достижения цели. Системный анализ, в частности, дает методики принятия решений, позволяющие целенаправленно отыскивать приемлемые решения, отбрасывая те из них, которые заведомо уступают другим.

Системный анализ возник в ответ на требования практики, поставившей нас перед необходимостью изучать и проектировать сложные системы, управлять ими в условиях неполноты информации, ограниченности ресурсов, дефицита времени.[1]

Хотя хронология науки относит момент зарождения теории систем и системного анализа (ТССА) к средине текущего столетия, тем не менее, можно понять, что ее возраст оставляет ровно столько, сколько существует Homo Sapiens.

Другое дело, что по мере развитие науки, прежде всего — кибернетики, эта отрасль прикладной науки сформировалась в самостоятельный раздел. Ветви ТССА прослеживаются во всех “ведомственных кибернетиках”: биологической, медицинской, технической и экономической. В каждом случае объекты, составляющие систему, могут быть самого широкого диапазона — от живых существ в биологии до механизмов, компьютеров или каналов связи в технике. [2]

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

Неудовлетворенность общим состоянием биологической теории не раз побуждала исследователей (и не только биологов по специальности) к попыткам построить различные варианты теоретической биологии или хотя бы наметить пути построения этой дисциплины. У авторов этих попыток нет единства в том, какой же должна быть теоретическая биология — должна ли она строиться по аналогии с теоретической физикой, или иметь явно выраженный математический характер («математическая биология»), или же она должна появиться в результате органического синтеза теории эволюции и теории наследственности. Сходятся они, пожалуй, лишь в одном — вследствие чрезвычайной сложности и многоуровневости явлений жизни раскрыть ее глубинные основы, ее специфику невозможно усилиями одних биологов; здесь необходим комплексный, междисциплинарный подход, использование принципов и методов различных наук.

Несмотря на всю важность и плодотворность предпринятых усилий, явным успехом они до сих пор не увенчались. В арсенале научных дисциплин теоретическая биология в настоящее время отсутствует, и вряд ли сегодня можно с достаточной уверенностью очертить ее будущие контуры. Однако создание такой дисциплины — едва ли не самая важная из задач, стоящих ныне перед мировой наукой. Одни лишь экспериментальные исследования не раскроют загадку жизни, если в их основе не будет достаточно прочного теоретического фундамента. Интересная попытка обсудить пути построения теоретической биологии была предпринята недавно на совместном заседании — так называемом «Круглом столе» журналов «Вопросы философии» и «Журчала общей биологии». Эта встреча, как и можно было ожидать, выявила наличие значительных разногласий но обсуждаемому вопросу. Обнаружились не только сторонники, но и противники самого понятия «теоретическая биология». Один выступавшие были склонны отождествить предмет теоретической биологии с общей биологией, другие, противопоставляли последней «общую теорию жизни». Не было единства и в трактовке роли системных методов в развитии теоретической биологии: наряду с темп, для кого системные методы являются синонимом формального направления в разработке этой дисциплины, в дискуссии выступили и те, кто считает задачей системного подхода исследование содержательных проблем биологической теории.

Мы далеки от стремления прогнозировать пути развития теоретической биологии. Как бы ни были важны дискуссии но философско-методологическим вопросам той или иной науки, далеко не каждое теоретическое обобщение, высказанное в ходе этих дискуссий, органически включается в содержание данной научной дисциплины. Наука нередко ищет свои пути ощупью, и лишь на определенной стадии развития она обнаруживает неодолимую потребность в методологической рефлексии. Трудно сказать, наступила ли такая стадия в развитии современной биологии, взятой как целое. В то же время, как справедливо отмечалось в обзоре упомянутого «Круглого стола», опубликованном в журнале «Вопросы философии», «... каждый раз, когда исследователи сталкиваются с различными способами представления действительности, они вынуждены пересматривать основные предпосылки и перспективы познания, что, в частности, является пролегоменами и к построению теоретической биологии». Именно в связи с оценкой таких предпосылок являются важными попытки выработки новых подходов и понятийных средств описания явлений жизни, предпринимаемые в рамках системных исследований.

Отметим, что для исследователя, работающего в области методологии системного подхода, современные теоретические поиски в биологии представляют особый интерес. Движения в этих двух сферах научного знания испытывают взаимное влияние, иногда идут параллельно, иногда расходятся. Не ставя сейчас перед собой задачу подробно проанализировать эту связь, рассмотрим некоторые примеры использования системных принципов при разработке теоретических проблем биологии.

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ СИСТЕМ К БИОЛОГИИ

Один из вариантов применения системных идей к анализу формирования современной картины органического мира разработан К. М. Хайловым. С его точки зрения, это формирование прошло ряд этапов, в ходе которых выкристаллизовалось само понятие «биологическая система» и была построена системная картина жизни. При этом существенно отметить, что вплоть до начала XX в. основным и по сути дела единственным объектом биологического исследования был организм. В соответствии с этим на первое место в биологии выдвинулась проблема разнообразия и целесообразности организмов. Выявление сходства в пределах разнообразия и положило начало первому периоду систематизации живой природы, т. е. построения концептуальных моделей живых систем. Однако ранние натуралисты-систематики не знали никаких реальных связей между организмами — ни генетических связей близкородственных организмов (перенос генетического материала в пределах вида), ни филогенетических связей отдаленных видов, ни тем более биоценотических связей. Поэтому единственное, на чем могла базироваться систематизация, — это морфологическое сходство организмов. Таким образом, первые представления о «системе» вида (и соответственно вся система живой природы) строились по принципу, чуждому связям.

Но уже идея системы видов повлекла за собой значительные следствия. Если вид строился по принципу морфологического однообразия его элементов-индивидов, то система видов включала разнообразные элементы-виды. Наличие разнообразия видов привело к необходимости придать системе живой природы некоторый внутренний порядок. Виды были расположены по степени сложности, и это явилось интуитивным предвосхищением эволюционной идеи (поскольку такое расположение неизбежно должно было в общих чертах совпасть с эволюционным рядом). Развитие эволюционных представлений, базирующихся на принципе филогенетических связей растительных и животных организмов, привело к построению филогенетической системы живой природы.

Органический мир впервые предстал перед исследователями как множество элементов (видов) с вполне определенными межэлементными связями. Правда, пока был обнаружен лишь один из типов связей, но уже казалось, что основные черты картины живой природы установлены достаточно полно.

В действительности же, как отмечает К. М. Хайлов, эта картина была крайне неполна: во-первых, единственными ее элементами признавались индивид и вид — всего две из многих живых систем; во-вторых, ни индивид, ни вид сами не были изучены как живущие и функционирующие системы, т. е. как множество с разнообразием и актуальными связями элементов. Наконец, сама филогенетическая система видов построена не на актуальных (действующих) связях, а представляет собой как бы статический отпечаток уже совершившихся процессов развития. Поэтому из знания этой системы нельзя было вывести никаких представлений о таких существенных динамических свойствах живых систем, как внутреннее взаимодействие составляющих их элементов, регуляция, регенерация, устойчивость и т. п.

Возможность изучения вида как подлинно живущей и функционирующей системы открылась лишь с переходом от представлений о морфологическом однообразии организмов вида к представлениям о генетическом разнообразии особей вида; от идеи «вид — простое множество» к идее «вид — множество с межорганизменными генетическими связями». Исходным моментом явился здесь анализ актуальных генетических связей, т. е. скрещивания особей друг с другом. Единицей деления стала менделевская популяция, и вид выступил как максимальная менделевская популяция (что весьма существенно контрастировало с прежним пониманием вида, выработанным в рамках морфологического подхода). Это позволило впервые в истории биологии увидеть образовании неорганизменного уровня, обладающие рядом свойств живого организма (способность к адаптивным реакциям, сохранение устойчивости в определенных пределах, т. е. «целесообразное» поведение). Выделение связи определенного типа и вычленение на ее основе актуально генетической системы вида дало возможность построить, новую системную картину живой природы, в которой место элементарной единицы занимал уже не индивид, а вид. Идею организмоцентризма сменила идея видоцентризма.

Снова казалось, что биологическая реальность охвачена полностью. Однако в этой картине отсутствовали такие важные живые системы, как биоценозы — моновидовые и поливидовые сообщества организмов - и биогеоценозы (экосистемы). В отличие от организменной биологии классического периода в экологии, связь между экологическими элементами с самого начала стала предметом исследования. Как обнаружилось в начале XX в., эта связь выступает в двух различных формах — в форме связи разных организмов друг с другом и в форме связи организмов с факторами абиотической среды. Эти типы связи стали предметом двух взаимодополняющих направлений экологии — биоценологии и биогеоценологии.

Взаимосвязанное развитие всех современных направлений биологического исследования приводит к ряду важных методологических уточнений, касающихся существа системного подхода в биологии. Согласно К. М. Хайлову, системный подход отражает растущее понимание того, что современная биология имеет дело не с одним, а с целым рядом объектов и уровней организации, каждый из которых занимает не менее важное положение в органической природе, чем организм. Это, естественно, влечет за собой крушение идеи «центризма», какой бы то ни было одной системы при построении целостной системной картины живой природы. Наконец, обнаруживается, что системная организация жизни является столь же важным ее аспектом, как и эволюция.

ОБЩАЯ ТЕОРИЯ БИОСИСТЕМ

Перейдем теперь к характеристике концепции Л. Л. Малиновского. Ее автор подчеркивает, что в настоящее время в теоретической биологии пробивает себе дорогу новое научное направление, ставящее вопросы о типах взаимодействий, об основных движущих силах явлений без их детализации, о системах элементов иногда и без подробной характеристики самих элементов. Это направление пока еще окончательно не конституировалось и выступает под разными названиями: общая теория биосистем, учение о биологических структурах, биокибернетика и т. п. Оно изучает взаимодействие в организмах и рассматривает не отдельные клетки, ткани, виды пли биохимические процессы, а их связи.

Действительно, сравним таких животных, как мышь и кит. Разница в весе у них в 10 млн. раз, среда обитания и внешняя форма совершенно различны. Почти все процессы в организме мыши и кита различаются в количественном отношении, и все же план строения у них настолько общий, что их справедливо относят к одному классу млекопитающих. План строения настолько способствует приспособлению, что обеспечивает их жизнеспособность в чрезвычайно различных условиях и с очень разными количественными и отчасти качественными показателями. Этот пример хорошо иллюстрирует мысль Л. Л. Малиновского о том, что план строения и структура (архитектура) системы начинают становиться одной из центральных проблем теоретической биологии.

Это новое направление еще слишком молодо, чтобы можно было вынести окончательные суждения об его эффективности. Однако следует подчеркнуть, что лежащие в его основании идеи уже сейчас помогают по-новому взглянуть на некоторые важные теоретические и практические проблемы. Попробуем показать это на ряде примеров, приводимых самим Л. Л. Малиновским.

Подходя с изложенной точки зрения к наиболее общей классификации структуры биологических систем, автор выделяет два простейших крайних типа: дискретный, или корпускулярный, и жесткофиксированный. Системы первого типа в чистом виде состоят из единиц, практически не связанных друг с другом. Таковы особи одного вида и одного пола, клетки одной ткани, аллеломорфные парные гены; таковы же (с известными оговорками) и множественные органы в одном организме - пальцы на руках, зубы, однотипные дольки в печени и т. д.. Как правило, само по себе объединение множества однотипных единиц в подобную систему лишь незначительно повышает уровень их общей организации, по такие системы нередко обладают большой приспособительной ценностью, поскольку они отличаются большой пластичностью. Составляющие их единицы сравнительно взаимно независимы и подвижны и в силу этого способны к разнообразным перемещениям и комбинаторике.

Противоположный тип систем характеризуется жесткофиксированными связями составляющих их звеньев, наличие или функция каждого из которых является необходимым условием функционирования всей системы.

Жесткость связей понимается здесь не в механическом, а в организационном смысле, предполагающем строгую согласованность функций системы. Так, например, согласованы между собой последовательно этапы в эмбриональном развитии глаза, где из первичной нервной пластинки развивается глазной бокал, который в свою очередь индуцирует развитие хрусталика, и т. д. В нашем организме жестко связаны и взаимно дополняют друг друга центральная нервная система, система кровообращения, система пищеварения, система выделения и др.. Каждая из них необходима и не может быть заменена другой. Структуры такого типа могут весьма сильно повышать уровень организации систем по сравнению с тем, что имеется в отдельных составляющих их звеньях. Но в то же время такие системы оказываются гораздо менее гибкими и способными к перестройке, чем «корпускулярные» системы.

Нужно оговориться, что системы этих двух крайних типов в чистом виде встречаются очень редко. Но формы, близкие к ним настолько, что в них выявляются свойственные данным типам закономерности, достаточно часты. При этом при переходе от низших уровней, лежащих на грани молекулярной биологии, но все более высоким уровням—клеточному, тканевому, организменному, видовому и т. д.— обнаруживается довольно правильное чередование этих двух типов организации: парные хромосомы (корпускулярность), взаимное дополнение ядра и клетки (жесткое отношение), клетки одной ткани (корпускулярность), взаимное дополнение тканей (жесткое отношение), множественные органы или их части (корпускулярность), соотношение систем органов (жесткие отношения), особи одного пола (корпускулярность), взаимное дополнение полов (жесткое отношение) и т. д.

Это чередование нетрудно объяснить, если подойти к нему с точки зрения общих принципов структурной организации живых систем. Взаимодополняющие отношения звеньев внутри системы жесткого типа необходимы для повышения уровня организации и эффективности системы; однако они не обеспечивают необходимой гибкости и «живучести» системы. Поэтому такие жесткие системы дважды или многократно повторяются на следующем уровне, выступая уже как единицы корпускулярной системы. Этим обеспечивается и большая надежность, и количественная гибкость следующего уровня организации. Высокоразвитые системы в организме должны в какой-то степени отвечать требованиям разного рода: и гибкости, и экономичности, и координированности. Поскольку каждый тип простейших систем, обеспечивая один из этих свойств, автоматически исключает другие, постольку известные оптимальные сочетания. Достигаются чередованием обоих типов па разных уровнях организации.

Однако возможен и другой путь, обеспечивающий оптимальное совмещение «корпускулярности» и «жесткости». Это такое строение системы, когда на одном уровне совмещаются некоторые черты обоих типов. Так, для филогенеза очень важно, чтобы эволюционное изменение одного органа не отражалось бы па других. Например, даже благоприятное изменение глазного бокала с большой вероятностью может нарушить совершенство хрусталика. Такое положение очень затрудняет свободную эволюцию более ранних в индивидуальном развитии органов (в данном случае бокала). С другой стороны, та же зависимость хрусталика от бокала имеет и приспособительное значение: ею обеспечивается то, что хрусталик всегда возникает именно перед бокалом, как это требуется для полноценного развития глаза. Требования к координированному развитию приходят здесь в противоречие с требованиями к эволюционной независимости органов, которая обеспечила бы возможность совершенствования каждого органа, не нарушая совершенства другого. Если координация достигается последовательной связью А — В — С — D — Е, то эволюционно независимым здесь является лишь последнее звено, поскольку от его изменений не зависит ни один предыдущий орган. Для полной эволюционной независимости было бы идеальным, если бы каждый орган развивался совершенно самостоятельно. Система была бы корпускулярной, и новый вариант каждого органа мог бы в новых поколениях замещать старый, не влияя на другие органы.

Систему, оптимально совмещающую в себе оба достоинства крайних типов (независимость и координацию), А. А. Малиновский назвал «звездным» типом системы. Это такой тип, когда один орган А берет на себя прямую стимуляцию развития органов пли функции В и С и D и Е. Орган А оказывается тогда как бы в центре (разумеется, не в пространственно-геометрическом смысле, а остальные органы связаны с ним как луч со звездой. При таком типе взаимоотношении лишь один объединяющий другие признаки орган — наиболее ярко это выражено в системе желез внутренней секреции — оказывается эволюционно связанным, так как его изменение сразу отразилось бы на всех зависимых органах. И действительно, железы внутренней секреции чрезвычайно консервативны. Зато признаки, определяемые железой, все являются конечными в цепи зависимостей; поэтому они могут свободно эволюционировать и в результате резко различаются у разных видов. С гормоном половой железы у оленя связаны рога, у льва — грива, у птиц - характерное оперение и т. д. В то же время все признаки, определяемые одной железой, оказываются через нее тесно связанными между собой. Вокруг каждой железы группируются признаки одной и той же приспособительной направленности: вокруг половой — признаки, способствующие функции размножения, вокруг адреналовой системы — функции, мобилизующие возможности организма в острых ситуациях (бегство, борьба) и т. д.

Таким образом, в случае «звездной» связи онтогенетическая координация достигается почти максимально, как и в жесткой системе, а эволюционная гибкость теряется только для одного звена — для центрального органа, объединяющего все другие. Этот тип достаточно широко распространен в живых системах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы видим что уже выделение простейших типов организации живых существ помогает объяснить некоторые существенные особенности структуры и эволюции биологических организмов. Более того, из него вытекают и некоторые важные практические следствия. Одно из них базируется на представлении о корпускулярности механизма наследственности, т. е. той дискретности передачи наследственных признаков, которую противники генетики ставили в упрек этой науке. Известно, что в борьбе с вредителями и инфекциями обычно применяются антибиотики или инсектициды. Часто, применяя определенный инсектицид, получают среди уничтожаемых насекомых устойчивую к нему расу. Тогда приходится переходить к другому инсектициду и т. д. Таким образом, идет бесконечная борьба с перевесом, пожалуй, на стороне не человека, а его врага. Подобный подход к борьбе с вредными насекомыми неправилен, так как всегда существует достаточно большая вероятность приспособиться к одному инсектициду путем соответствующей единичной мутации. Когда же вид, таким образом, приспособится, то последующее размножение даст миллионы особей, и на их фойе применение нового инсектицида также может быть нейтрализовано повой мутацией, может дать новую расу, устойчивую уже к обоим ядам. Напротив, одновременное применение хотя бы только двух инсектицидов требует для выживания насекомого и создания устойчивой расы возникновения у одной особи одновременно двух полезных специфических мутаций, и к тому же прочно сцепленных, ибо если они разойдутся в потомстве, то все потомки, с одной только защищающей их мутацией, погибнут от второго яда, защиты от которого они лишились, потеряв вторую мутацию. Однако возникновение двух мутаций, одновременно защищающих каждая от одного из специфических ядов, да еще мутации сцепленных, явление практически невозможное. Поэтому, хотя это на первое время менее экономично, одновременное применение двух-трех разнотипных инсектицидов было бы чрезвычайно рентабельным, так как оно почти полностью гарантирует от возникновения устойчивых к ним рас насекомых. То же касается и применения антибиотиков. Два антибиотика или антибиотик плюс какой-то другой бактерицидный препарат, применяемые одновременно, а не последовательно, дали бы возможность избежать возникновения устойчивых рас микроорганизмов или сделать такое возникновение гораздо более редким. [3]

Список литературы

1. Перегудов Ф. И, Тарасенко Ф. П. Введение в системный анализ. М. «Высшая школа», 1986г.

2. Губанов В. А. Введение в системный анализ. Издательство ЛГУ, 1988г.

3. Блауберг Н. В. Становление и сущность системного подхода. М. «Наука», 1983г

 

www.referatmix.ru

Реферат: Системный анализ в биологии

Системный анализ – это научная дисциплина, в которой изучаются проблемы принятия обоснованных решений относительно сложных систем. Под решением здесь понимается некоторый формализованный или неформализованный выбор одного из возможных вариантов достижения цели. Системный анализ, в частности, дает методики принятия решений, позволяющие целенаправленно отыскивать приемлемые решения, отбрасывая те из них, которые заведомо уступают другим.

Системный анализ возник в ответ на требования практики, поставившей нас перед необходимостью изучать и проектировать сложные системы, управлять ими в условиях неполноты информации, ограниченности ресурсов, дефицита времени.[1]

Хотя хронология науки относит момент зарождения теории систем и системного анализа (ТССА) к средине текущего столетия, тем не менее, можно понять, что ее возраст оставляет ровно столько, сколько существует Homo Sapiens.

Другое дело, что по мере развитие науки, прежде всего — кибернетики, эта отрасль прикладной науки сформировалась в самостоятельный раздел. Ветви ТССА прослеживаются во всех “ведомственных кибернетиках”: биологической, медицинской, технической и экономической. В каждом случае объекты, составляющие систему, могут быть самого широкого диапазона — от живых существ в биологии до механизмов, компьютеров или каналов связи в технике. [2]

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

Неудовлетворенность общим состоянием биологической теории не раз побуждала исследователей (и не только биологов по специальности) к попыткам построить различные варианты теоретической биологии или хотя бы наметить пути построения этой дисциплины. У авторов этих попыток нет единства в том, какой же должна быть теоретическая биология — должна ли она строиться по аналогии с теоретической физикой, или иметь явно выраженный математический характер («математическая биология»), или же она должна появиться в результате органического синтеза теории эволюции и теории наследственности. Сходятся они, пожалуй, лишь в одном — вследствие чрезвычайной сложности и многоуровневости явлений жизни раскрыть ее глубинные основы, ее специфику невозможно усилиями одних биологов; здесь необходим комплексный, междисциплинарный подход, использование принципов и методов различных наук.

Несмотря на всю важность и плодотворность предпринятых усилий, явным успехом они до сих пор не увенчались. В арсенале научных дисциплин теоретическая биология в настоящее время отсутствует, и вряд ли сегодня можно с достаточной уверенностью очертить ее будущие контуры. Однако создание такой дисциплины — едва ли не самая важная из задач, стоящих ныне перед мировой наукой. Одни лишь экспериментальные исследования не раскроют загадку жизни, если в их основе не будет достаточно прочного теоретического фундамента. Интересная попытка обсудить пути построения теоретической биологии была предпринята недавно на совместном заседании — так называемом «Круглом столе» журналов «Вопросы философии» и «Журчала общей биологии». Эта встреча, как и можно было ожидать, выявила наличие значительных разногласий но обсуждаемому вопросу. Обнаружились не только сторонники, но и противники самого понятия «теоретическая биология». Один выступавшие были склонны отождествить предмет теоретической биологии с общей биологией, другие, противопоставляли последней «общую теорию жизни». Не было единства и в трактовке роли системных методов в развитии теоретической биологии: наряду с темп, для кого системные методы являются синонимом формального направления в разработке этой дисциплины, в дискуссии выступили и те, кто считает задачей системного подхода исследование содержательных проблем биологической теории.

Мы далеки от стремления прогнозировать пути развития теоретической биологии. Как бы ни были важны дискуссии но философско-методологическим вопросам той или иной науки, далеко не каждое теоретическое обобщение, высказанное в ходе этих дискуссий, органически включается в содержание данной научной дисциплины. Наука нередко ищет свои пути ощупью, и лишь на определенной стадии развития она обнаруживает неодолимую потребность в методологической рефлексии. Трудно сказать, наступила ли такая стадия в развитии современной биологии, взятой как целое. В то же время, как справедливо отмечалось в обзоре упомянутого «Круглого стола», опубликованном в журнале «Вопросы философии», «... каждый раз, когда исследователи сталкиваются с различными способами представления действительности, они вынуждены пересматривать основные предпосылки и перспективы познания, что, в частности, является пролегоменами и к построению теоретической биологии». Именно в связи с оценкой таких предпосылок являются важными попытки выработки новых подходов и понятийных средств описания явлений жизни, предпринимаемые в рамках системных исследований.

Отметим, что для исследователя, работающего в области методологии системного подхода, современные теоретические поиски в биологии представляют особый интерес. Движения в этих двух сферах научного знания испытывают взаимное влияние, иногда идут параллельно, иногда расходятся. Не ставя сейчас перед собой задачу подробно проанализировать эту связь, рассмотрим некоторые примеры использования системных принципов при разработке теоретических проблем биологии.

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ СИСТЕМ К БИОЛОГИИ

Один из вариантов применения системных идей к анализу формирования современной картины органического мира разработан К. М. Хайловым. С его точки зрения, это формирование прошло ряд этапов, в ходе которых выкристаллизовалось само понятие «биологическая система» и была построена системная картина жизни. При этом существенно отметить, что вплоть до начала XX в. основным и по сути дела единственным объектом биологического исследования был организм. В соответствии с этим на первое место в биологии выдвинулась проблема разнообразия и целесообразности организмов. Выявление сходства в пределах разнообразия и положило начало первому периоду систематизации живой природы, т. е. построения концептуальных моделей живых систем. Однако ранние натуралисты-систематики не знали никаких реальных связей между организмами — ни генетических связей близкородственных организмов (перенос генетического материала в пределах вида), ни филогенетических связей отдаленных видов, ни тем более биоценотических связей. Поэтому единственное, на чем могла базироваться систематизация, — это морфологическое сходство организмов. Таким образом, первые представления о «системе» вида (и соответственно вся система живой природы) строились по принципу, чуждому связям.

Но уже идея системы видов повлекла за собой значительные следствия. Если вид строился по принципу морфологического однообразия его элементов-индивидов, то система видов включала разнообразные элементы-виды. Наличие разнообразия видов привело к необходимости придать системе живой природы некоторый внутренний порядок. Виды были расположены по степени сложности, и это явилось интуитивным предвосхищением эволюционной идеи (поскольку такое расположение неизбежно должно было в общих чертах совпасть с эволюционным рядом). Развитие эволюционных представлений, базирующихся на принципе филогенетических связей растительных и животных организмов, привело к построению филогенетической системы живой природы.

Органический мир впервые предстал перед исследователями как множество элементов (видов) с вполне определенными межэлементными связями. Правда, пока был обнаружен лишь один из типов связей, но уже казалось, что основные черты картины живой природы установлены достаточно полно.

В действительности же, как отмечает К. М. Хайлов, эта картина была крайне неполна: во-первых, единственными ее элементами признавались индивид и вид — всего две из многих живых систем; во-вторых, ни индивид, ни вид сами не были изучены как живущие и функционирующие системы, т. е. как множество с разнообразием и актуальными связями элементов. Наконец, сама филогенетическая система видов построена не на актуальных (действующих) связях, а представляет собой как бы статический отпечаток уже совершившихся процессов развития. Поэтому из знания этой системы нельзя было вывести никаких представлений о таких существенных динамических свойствах живых систем, как внутреннее взаимодействие составляющих их элементов, регуляция, регенерация, устойчивость и т. п.

Возможность изучения вида как подлинно живущей и функционирующей системы открылась лишь с переходом от представлений о морфологическом однообразии организмов вида к представлениям о генетическом разнообразии особей вида; от идеи «вид — простое множество» к идее «вид — множество с межорганизменными генетическими связями». Исходным моментом явился здесь анализ актуальных генетических связей, т. е. скрещивания особей друг с другом. Единицей деления стала менделевская популяция, и вид выступил как максимальная менделевская популяция (что весьма существенно контрастировало с прежним пониманием вида, выработанным в рамках морфологического подхода). Это позволило впервые в истории биологии увидеть образовании неорганизменного уровня, обладающие рядом свойств живого организма (способность к адаптивным реакциям, сохранение устойчивости в определенных пределах, т. е. «целесообразное» поведение). Выделение связи определенного типа и вычленение на ее основе актуально генетической системы вида дало возможность построить, новую системную картину живой природы, в которой место элементарной единицы занимал уже не индивид, а вид. Идею организмоцентризма сменила идея видоцентризма.

Снова казалось, что биологическая реальность охвачена полностью. Однако в этой картине отсутствовали такие важные живые системы, как биоценозы — моновидовые и поливидовые сообщества организмов - и биогеоценозы (экосистемы). В отличие от организменной биологии классического периода в экологии, связь между экологическими элементами с самого начала стала предметом исследования. Как обнаружилось в начале XX в., эта связь выступает в двух различных формах — в форме связи разных организмов друг с другом и в форме связи организмов с факторами абиотической среды. Эти типы связи стали предметом двух взаимодополняющих направлений экологии — биоценологии и биогеоценологии.

Взаимосвязанное развитие всех современных направлений биологического исследования приводит к ряду важных методологических уточнений, касающихся существа системного подхода в биологии. Согласно К. М. Хайлову, системный подход отражает растущее понимание того, что современная биология имеет дело не с одним, а с целым рядом объектов и уровней организации, каждый из которых занимает не менее важное положение в органической природе, чем организм. Это, естественно, влечет за собой крушение идеи «центризма», какой бы то ни было одной системы при построении целостной системной картины живой природы. Наконец, обнаруживается, что системная организация жизни является столь же важным ее аспектом, как и эволюция.

ОБЩАЯ ТЕОРИЯ БИОСИСТЕМ

Перейдем теперь к характеристике концепции Л. Л. Малиновского. Ее автор подчеркивает, что в настоящее время в теоретической биологии пробивает себе дорогу новое научное направление, ставящее вопросы о типах взаимодействий, об основных движущих силах явлений без их детализации, о системах элементов иногда и без подробной характеристики самих элементов. Это направление пока еще окончательно не конституировалось и выступает под разными названиями: общая теория биосистем, учение о биологических структурах, биокибернетика и т. п. Оно изучает взаимодействие в организмах и рассматривает не отдельные клетки, ткани, виды пли биохимические процессы, а их связи.

Действительно, сравним таких животных, как мышь и кит. Разница в весе у них в 10 млн. раз, среда обитания и внешняя форма совершенно различны. Почти все процессы в организме мыши и кита различаются в количественном отношении, и все же план строения у них настолько общий, что их справедливо относят к одному классу млекопитающих. План строения настолько способствует приспособлению, что обеспечивает их жизнеспособность в чрезвычайно различных условиях и с очень разными количественными и отчасти качественными показателями. Этот пример хорошо иллюстрирует мысль Л. Л. Малиновского о том, что план строения и структура (архитектура) системы начинают становиться одной из центральных проблем теоретической биологии.

Это новое направление еще слишком молодо, чтобы можно было вынести окончательные суждения об его эффективности. Однако следует подчеркнуть, что лежащие в его основании идеи уже сейчас помогают по-новому взглянуть на некоторые важные теоретические и практические проблемы. Попробуем показать это на ряде примеров, приводимых самим Л. Л. Малиновским.

Подходя с изложенной точки зрения к наиболее общей классификации структуры биологических систем, автор выделяет два простейших крайних типа: дискретный, или корпускулярный, и жесткофиксированный. Системы первого типа в чистом виде состоят из единиц, практически не связанных друг с другом. Таковы особи одного вида и одного пола, клетки одной ткани, аллеломорфные парные гены; таковы же (с известными оговорками) и множественные органы в одном организме - пальцы на руках, зубы, однотипные дольки в печени и т. д.. Как правило, само по себе объединение множества однотипных единиц в подобную систему лишь незначительно повышает уровень их общей организации, по такие системы нередко обладают большой приспособительной ценностью, поскольку они отличаются большой пластичностью. Составляющие их единицы сравнительно взаимно независимы и подвижны и в силу этого способны к разнообразным перемещениям и комбинаторике.

Противоположный тип систем характеризуется жесткофиксированными связями составляющих их звеньев, наличие или функция каждого из которых является необходимым условием функционирования всей системы.

Жесткость связей понимается здесь не в механическом, а в организационном смысле, предполагающем строгую согласованность функций системы. Так, например, согласованы между собой последовательно этапы в эмбриональном развитии глаза, где из первичной нервной пластинки развивается глазной бокал, который в свою очередь индуцирует развитие хрусталика, и т. д. В нашем организме жестко связаны и взаимно дополняют друг друга центральная нервная система, система кровообращения, система пищеварения, система выделения и др.. Каждая из них необходима и не может быть заменена другой. Структуры такого типа могут весьма сильно повышать уровень организации систем по сравнению с тем, что имеется в отдельных составляющих их звеньях. Но в то же время такие системы оказываются гораздо менее гибкими и способными к перестройке, чем «корпускулярные» системы.

Нужно оговориться, что системы этих двух крайних типов в чистом виде встречаются очень редко. Но формы, близкие к ним настолько, что в них выявляются свойственные данным типам закономерности, достаточно часты. При этом при переходе от низших уровней, лежащих на грани молекулярной биологии, но все более высоким уровням—клеточному, тканевому, организменному, видовому и т. д.— обнаруживается довольно правильное чередование этих двух типов организации: парные хромосомы (корпускулярность), взаимное дополнение ядра и клетки (жесткое отношение), клетки одной ткани (корпускулярность), взаимное дополнение тканей (жесткое отношение), множественные органы или их части (корпускулярность), соотношение систем органов (жесткие отношения), особи одного пола (корпускулярность), взаимное дополнение полов (жесткое отношение) и т. д.

Это чередование нетрудно объяснить, если подойти к нему с точки зрения общих принципов структурной организации живых систем. Взаимодополняющие отношения звеньев внутри системы жесткого типа необходимы для повышения уровня организации и эффективности системы; однако они не обеспечивают необходимой гибкости и «живучести» системы. Поэтому такие жесткие системы дважды или многократно повторяются на следующем уровне, выступая уже как единицы корпускулярной системы. Этим обеспечивается и большая надежность, и количественная гибкость следующего уровня организации. Высокоразвитые системы в организме должны в какой-то степени отвечать требованиям разного рода: и гибкости, и экономичности, и координированности. Поскольку каждый тип простейших систем, обеспечивая один из этих свойств, автоматически исключает другие, постольку известные оптимальные сочетания. Достигаются чередованием обоих типов па разных уровнях организации.

Однако возможен и другой путь, обеспечивающий оптимальное совмещение «корпускулярности» и «жесткости». Это такое строение системы, когда на одном уровне совмещаются некоторые черты обоих типов. Так, для филогенеза очень важно, чтобы эволюционное изменение одного органа не отражалось бы па других. Например, даже благоприятное изменение глазного бокала с большой вероятностью может нарушить совершенство хрусталика. Такое положение очень затрудняет свободную эволюцию более ранних в индивидуальном развитии органов (в данном случае бокала). С другой стороны, та же зависимость хрусталика от бокала имеет и приспособительное значение: ею обеспечивается то, что хрусталик всегда возникает именно перед бокалом, как это требуется для полноценного развития глаза. Требования к координированному развитию приходят здесь в противоречие с требованиями к эволюционной независимости органов, которая обеспечила бы возможность совершенствования каждого органа, не нарушая совершенства другого. Если координация достигается последовательной связью А — В — С — D — Е, то эволюционно независимым здесь является лишь последнее звено, поскольку от его изменений не зависит ни один предыдущий орган. Для полной эволюционной независимости было бы идеальным, если бы каждый орган развивался совершенно самостоятельно. Система была бы корпускулярной, и новый вариант каждого органа мог бы в новых поколениях замещать старый, не влияя на другие органы.

Систему, оптимально совмещающую в себе оба достоинства крайних типов (независимость и координацию), А. А. Малиновский назвал «звездным» типом системы. Это такой тип, когда один орган А берет на себя прямую стимуляцию развития органов пли функции В и С и D и Е. Орган А оказывается тогда как бы в центре (разумеется, не в пространственно-геометрическом смысле, а остальные органы связаны с ним как луч со звездой. При таком типе взаимоотношении лишь один объединяющий другие признаки орган — наиболее ярко это выражено в системе желез внутренней секреции — оказывается эволюционно связанным, так как его изменение сразу отразилось бы на всех зависимых органах. И действительно, железы внутренней секреции чрезвычайно консервативны. Зато признаки, определяемые железой, все являются конечными в цепи зависимостей; поэтому они могут свободно эволюционировать и в результате резко различаются у разных видов. С гормоном половой железы у оленя связаны рога, у льва — грива, у птиц - характерное оперение и т. д. В то же время все признаки, определяемые одной железой, оказываются через нее тесно связанными между собой. Вокруг каждой железы группируются признаки одной и той же приспособительной направленности: вокруг половой — признаки, способствующие функции размножения, вокруг адреналовой системы — функции, мобилизующие возможности организма в острых ситуациях (бегство, борьба) и т. д.

Таким образом, в случае «звездной» связи онтогенетическая координация достигается почти максимально, как и в жесткой системе, а эволюционная гибкость теряется только для одного звена — для центрального органа, объединяющего все другие. Этот тип достаточно широко распространен в живых системах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы видим что уже выделение простейших типов организации живых существ помогает объяснить некоторые существенные особенности структуры и эволюции биологических организмов. Более того, из него вытекают и некоторые важные практические следствия. Одно из них базируется на представлении о корпускулярности механизма наследственности, т. е. той дискретности передачи наследственных признаков, которую противники генетики ставили в упрек этой науке. Известно, что в борьбе с вредителями и инфекциями обычно применяются антибиотики или инсектициды. Часто, применяя определенный инсектицид, получают среди уничтожаемых насекомых устойчивую к нему расу. Тогда приходится переходить к другому инсектициду и т. д. Таким образом, идет бесконечная борьба с перевесом, пожалуй, на стороне не человека, а его врага. Подобный подход к борьбе с вредными насекомыми неправилен, так как всегда существует достаточно большая вероятность приспособиться к одному инсектициду путем соответствующей единичной мутации. Когда же вид, таким образом, приспособится, то последующее размножение даст миллионы особей, и на их фойе применение нового инсектицида также может быть нейтрализовано повой мутацией, может дать новую расу, устойчивую уже к обоим ядам. Напротив, одновременное применение хотя бы только двух инсектицидов требует для выживания насекомого и создания устойчивой расы возникновения у одной особи одновременно двух полезных специфических мутаций, и к тому же прочно сцепленных, ибо если они разойдутся в потомстве, то все потомки, с одной только защищающей их мутацией, погибнут от второго яда, защиты от которого они лишились, потеряв вторую мутацию. Однако возникновение двух мутаций, одновременно защищающих каждая от одного из специфических ядов, да еще мутации сцепленных, явление практически невозможное. Поэтому, хотя это на первое время менее экономично, одновременное применение двух-трех разнотипных инсектицидов было бы чрезвычайно рентабельным, так как оно почти полностью гарантирует от возникновения устойчивых к ним рас насекомых. То же касается и применения антибиотиков. Два антибиотика или антибиотик плюс какой-то другой бактерицидный препарат, применяемые одновременно, а не последовательно, дали бы возможность избежать возникновения устойчивых рас микроорганизмов или сделать такое возникновение гораздо более редким. [3]

Список литературы

1. Перегудов Ф. И, Тарасенко Ф. П. Введение в системный анализ. М. «Высшая школа», 1986г.

2. Губанов В. А. Введение в системный анализ. Издательство ЛГУ, 1988г.

3. Блауберг Н. В. Становление и сущность системного подхода. М. «Наука», 1983г

  Цианиды, оксиды углерода, азота, нитриты, галогенпроизводные и др. Вдыхаемые ядовитые вещества могут быть причи­ной системных нарушений без каких–либо симптомов нарушений в респираторном тракте. Соответственно, симптомы системных нарушений изменяются в соответствии с токсическими свойствами вещества, наиболее уязвимой системой конкретного пострадавшего и орга­ном–мишенью.

Анало­гично рассмотренным выше поражениям респираторного тракта симптомы могут быть немедленными или отсрочен­ными. Немедленные симптомы связаны с действием ядовитого вещества на централь­ную нервную и сердечно–сосудистую системы. Особое место зани­мают систем­ные ядовитые вещества эндогенного происхождения, которые при авариях поступают извне, напри­мер, синильная кислота и ее соли.

  Цианиды Цианиды эндогенного происхождения обнаружены в биологических жидкостях, в выдыхаемом воздухе, в моче. Считается, что нормальный их уро­вень в плазме крови может достигать 120 мкг/л.

Цианокобаламин (витамин В12) является фактором роста и необхо­дим для нормального кроветворения, функционирования нервной системы, печени и других органов. Этот витамин синтезируют микроорганизмы, оби­тающие в желудочно–кишечном тракте человека. Поэтому некоторые коли­чества цианидов, образующихся при распаде витамина организм инактиви­рует. Если концентрация синильной кислоты в воздухе не превы­шает 0,01–0,02 мг/л, то она оказывается практиче­ски безопасной к течение нескольких часов. Увеличение концентрации яда до 0, 08–0,1 мг/л уже опасно для жизни из–за истощения защитных механизмов.

Цианиды блокируют усвоение клетками кислорода и вызывает ткане­вую гипоксию – кислород в тканях есть, а усвоить его они не могут. При попадании в организм несмертельных доз быстро развиваются головная боль, одышка, рвота, покраснение кожи. В тяжелых случаях нарушается работа сердца, наблюдаются судороги и паралич. Биохимический механизм токсического дей­ствия цианидов заключается в присоединении к трехва­лентному железу катали­тического центра дыхательного фермента цито­хромоксидазы. В митохондриях клеток блокируется перенос электрона, осуществляемый благодаря способно­сти железа обратимо изменять степень окисления. В результате блокируются основные процессы дыхания и син­теза АТФ.

 

  Оксид углерода Оксид углерода – еще один из распространенных ядов. Его называют угарным газом из–за частых случаев отравления в результате неполного сгора­ния топлива в печах, каминах или в двигателях внутрен­него сгорания при ремонтных работах в закрытых гаражах.

Оксид углерода применяется в хими­ческой промышленности при получении метилового спирта и ацетона. Прони­кая в легкие, оксид углерода быстро преодолевает мембрану, растворяется в плазме крови, диффундирует в эритроциты и вступает в обратимое химическое взаи­модействие с гемоглобином (Hb) по схеме:

HbO2 +CO « HbCO +O2 или Hb+CO « HbCO

Образующийся патологический комплекс – карбоксигемоглобин – не спосо­бен присоединять к себе кислород. При этом в молекуле гемоглобина СО соединя­ется с атомами железа, вытесняя кислород. Понятно, что одна молекула гемо­глобина (точнее 2 её гема) может присоединять до 2 молекул СО.

В организме постоянно присутствует некоторое количество оксида угле­рода. Подобно цианидам она образуется в процессах метаболизма. Когда эрит­роциты крови стареют и распадаются, в кровь выделяется гемо­глобин. Его пре­вращение в билирубин сопровождается образованием 1 моля оксида углерода на моль ге­моглобина. Это небольшое количество ока­зывается заметным при длительной работе в герметичных помещениях – на подводных лодках или кабинах космических кораблей. При содержании СО во вдыхаемом воздухе равном 0,07% количество образующегося в крови HbCO стано­вится равным количеству HbO2.

Из системных ядовитых веществ, поступающих в организм ингаляци­онным путем, отметим летучие фосфорорганические соединения и углево­дороды. Их токсическое действие связано нарушением проводимости нерв­ных импульсов. Причем действие первых проявляется быстро в форме судорог и паралича, а действие вторых – депрессивное и наркотическое.

Вдыхание окислов азота, нитритов и нитробензола вызывает накопле­ние в эритроцитах окисленной формы гемоглобина, называемой метгемог­лобин MtHb, которая не способна переносить кислород. Такой же эффект вызывают следующие группы веществ:

– анилин, гидроксиламин, фенилгидразин, аминофенолы и их производные;

– органические и неорганические окислители – хиноны, нафталин, хлораты и перманганаты;

– окислительно–восстановительные красители: метиленовый синий, кре­зило­вый голубой;

– лекарственные препараты (нитроглицерин, амилнитрил, новокаин, суль­фа­ниламиды, аспирин, барбитураты и др.).

Следует выделить еще один класс летучих ядовитых веществ – галогенпроиз­водные углеводородов. Они повышают чувствительность миокарда к эндогенным и экзогенным катехоламинам – адреналину и норадреналину. Легкие отравления сопровождаются аритмией, а в тяжелых случаях может наступить смерть.

www.ronl.ru

Наука системная биология — реферат

Не исключено, что это  вымысел. Герофил первым из ученых того времени обратил внимание на головной мозг как на орган мышления. Правда, до него на это же указывали Алкмеон и Гиппократ, в то время как Аристотель отводил головному мозгу лишь роль органа, предназначенного для охлаждения крови. Герофил установил различия между нервами чувствительными воспринимающими ощущения и двигательными вызывающими мышечные сокращения, а также между артериями и венами, заметив, что первые пульсируют, а последние нет. Ему принадлежит описание печени и селезенки, сетчатки глаз и первого отдела тонкой кишки который теперь получил название двенадцатиперстной кишки, а также половых органов женщин и предстательной железы мужчин. В свою очередь Эразистрат обнаружил, что головной мозг разделен на более крупные полушария и меньший по размеру мозжечок. Он дал описание мозговых извилин и обратил внимание на то, что они ярче выражены у человека, чем у животных.

   Это наблюдение позволило ему связать количество извилин мозга с умственными способностями. Остается только пожалеть, что после столь многообещающего начала александрийская школа в биологии сошла на нет. Фактически греческая наука начала хиреть примерно после 200 г. до н.э. Она процветала на протяжении четырех столетий, но в продолжительных междоусобных войнах греки безрассудно растратили свою энергию и благосостояние. Они попали под власть сначала  Македонской империи, а затем Рима. Постепенно греческие ученые сосредоточили свое внимание на изучении риторики, этики, философии, отказались от изучения философии естествознания, то есть рационального изучения природы, которое зародилось еще в недрах ионийской школы. Кроме того, на развитии биологии сказывался еще и тот немаловажный факт, что жизнь - живая природа - в отличие от неживого мира считалась священной, а потому неподходящей для рационалистического изучения.

   Анатомирование человеческого тела многим представлялось абсолютно недопустимым. Поэтому вскоре им и вовсе прекратили заниматься - вначале из-за морального осуждения, а затем под страхом нарушения законов. В ряде случаев возражения носили религиозный характер. Так, египтяне считали, что от целостности тела зависит благополучие загробной жизни покойника. У иудеев, а позднее у христиан вскрытие считалось кощунством, ибо, как они утверждали, человеческое тело создано по образу и подобию бога и потому священно. Эпоха римского владычества Господство римлян на Средиземноморье надолго приостановило развитие биологии. Образованным людям того времени казалось достаточным собрать воедино открытия прошлого, сохранить их и популяризировать среди сограждан. Так, Авл Корнелий Цельс 1 в. до н.э. 1 в. н.э. свел наследие греков в своеобразный курс обзорных лекций.

  Раздел этого курса по медицине пережил современников. Тем самым Цельс как врач прославился гораздо больше, чем он того заслуживал. Расширение территории Римской империи в результате успешных завоеваний позволило ученым собирать коллекции растений и наблюдать за животным миром в тех местах, которые были недоступны древним грекам. Так, греческий медик Диоскорид Т в. н. э служивший в римской армии, превзошел Теофраста ему принадлежит описание шестисот видов растений. Особое внимание Диоскорид обращал на целебные свойства растений, поэтому мы можем считать его основоположником фармакологии учения о лекарствах. Одним из известнейших римских естествоиспытателей считается Гай Плиний старший 23 79 гг. н.э В своей знаменитой энциклопедии насчитывающей 37 томов он свел воедино все труды античных ученых по естественной истории, которые ему удалось отыскать.

Следует отметить, однако, что  Плиний не всегда критически относился  к используемым источникам. Хотя он собрал значительный фактический материал заимствовав его в основном у Аристотеля, в его сочинениях немало басен и суеверий. Более того, Плиний отступил от философии рационализма. Сталкиваясь с различными видами растений и животных, он интересовался, какую роль каждый из них играет в жизни человека. По его мнению, все в природе существует ради человека либо дает ему пищу, либо является источником лекарств, либо стимулирует физическое развитие или волю человека, либо, наконец, служит нравственным целям. Эти воззрения Плиния, совпадавшие с учением древних христиан, а кроме того, несомненный интерес, который люди проявляли к его домыслам, частично объясняют, почему труды Плиния сохранились до наших дней. Последним биологом древности в подлинном смысле этого слова был

  Гален 131 200 гг. н.э римский врач, уроженец Малой Азии. Первые годы врачебной практики Гален провел на арене гладиаторов. Лечение перенесших травму людей позволило ему собрать богатый анатомический материал.          Однако, хотя его современники и не возражали против жестоких и кровавых игр гладиаторов в угоду извращенным вкусам развлекающейся публики, они продолжали неодобрительно смотреть на вскрытие человеческих трупов с научными целями. Поэтому анатомические исследования Гален проводил в основном на собаках, овцах и других животных. Как только представлялся случай, он вскрывал обезьян, находя в них большое сходство с человеком. Гален оставил большое научное наследство. Его тщательно разработанные теории о функции различных органов человеческого тела сыграли существенную роль в развитии медицины.

  Однако невозможность изучать человеческий организм по-настоящему, отсутствие в то время нужного инструментария, несомненно, послужили причиной ошибочности большинства его теорий. Не будучи христианином, Гален все же твердо верил в существование единого Бога. Подобно Плинию, он полагал, что все живое сотворено с заранее намеченной целью. Повсюду в организме человека он усматривал проявление божественного труда.

Такая точка зрения, вполне приемлемая в период подъема христианства, объясняет популярность Галена и  в более позднее время. Заключение Проследив за историей познания человеком живой природы, можно сделать следующие выводы В древних цивилизациях происходил стихийный сбор биологической информации и существовали механизмы для ее обработки. Знания, которые были накоплены в древними египтянами, вавилонянами, индийцами и китайцами, представляли собой бесспорные достижения человеческой мысли и опыта, но лишь греческая наука в ее высших проявлениях представляла собой качественно новый этап, к которому стало допустимым применение термина наука в том смысле, в каком он понимается в наше время. Первыми научными трудами стали работы Аристотеля, так как именно он своей классификацией животного мира, установлением так называемой лестницы природы придал этому материалу научную систематичность. Античная биология во времена Аристотеля имела все четыре признака науки, перечисленные в начале этой работы это была осознанная деятельность целью этой деятельности являлось познание в чистом виде изучение природы было рационалистично, явления объяснялись без участия сверхъестественных сил. И, самое главное, было положено начало естественной систематизации накопленного материала, построенной на существенных признаках, отражающих важные внутренние особенности объекта. Все это создало предпосылки для создания в XVIII веке классификации

Карла Линнея, основоположника биологической систематики, придумавшего бинарную систему называния каждого живого организма вид и род была разработана целая иерархия, согласно которой царство животных приобрело пять ступеней. Потом эту иерархию пополнили еще тип таксон, находящийся между царством и классом, и семейство между отрядом и родом. Линнеевский вариетас самый низкий ранг стал называться подвидом. Еще позднее квалификационная таблица разрослась за счет того, что появились надтипы, подклассы и так далее, появились такие категории, как триба и когорта. Но все эти наслоения остались второстепенными, главными же таксонами, которые используются везде, по-прежнему считаются пять линнеевских подразделений плюс тип и семейство. Уже в античный период возникла проблема исключительности живых систем, заключающаяся в том, что какие-то грани биологического мира всегда будут ускользать от чисто физико-химического анализа, и математические методы в теоретической биологии, по мнению многих исследователей, пригодны далеко не не всегда, а самым ценным вкладом точных наук в данном случае можно считать вероятностный подход. И до сих пор попытки объективно оценить основные факты, с которыми работают биологи, в том числе систематики признаки сходства и родства у живых существ - постоянно заводят исследователя в тупик, и тем не менее, делая эту оценку по несовершенным, часто ничтожным данным, он зачастую оказывается прав настолько,что проверка новейшими методами лишь подтверждает прогноз ученого.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы

  1.    Область исследований, посвященная изучению взаимодействий между составляющими биологических систем, и как эти взаимодействия приводят к появлению функций и характеристик систем (например, взаимодействие метаболитов и ферментов в метаболических системах).
  2.    Научная парадигма, противопоставляемая так называемой редукционистской парадигме в изучении сложных биологических систем, однако полностью соответствующая научному методу познания.
  3.    Набор исследовательских протоколов, а именно, цикл исследований, состоящий из теории, аналитического или компьютерного моделирования для формулировки гипотез о системе, экспериментальной проверки, и затем использование полученных данных для описания клетки или клеточных процессов для улучшения компьютерной модели или теории[4]. Поскольку целью является модель взаимодействий в сложной системе, экспериментальные методики, которые используются в системной биологии должны быть наиболее детальными. По этой причине для верификации моделей используются такие методики как транскриптомика, метаболомика, протеомика и другие высокопроизводительные технологии для сбора численных данных.
  4.    Применение теории динамических систем к биологическим системам. Соционаучный феномен, определяемый как стремление к интеграции сложных данных о взаимодействиях в биологических системах, полученных из различных экспериментальных источников, используя междисциплинарные методы.
  5.    Различие в понимании системной биологии объясняется тем фактом, что данное понятие относится скорее к совокупности пересекающихся концепций, чем к одному строго определенному направлению. Несмотря на различие в понимании целей и методов системной биологии, термин широко используется исследователями, в том числе как часть названий научных подразделений и целых институтов по всему миру.

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Биологический энциклопедический  словарь М Советская энциклопедия, 1989 г.

2. Аристотель. История животных. М - РГГУ Российская Академия  Наук. 1996г.

3. А.Азимов. Краткая история биологии. М - Мир. 1967г.

4. Лосев А.Ф Тахо-Годи А.А. Аристотель. М - ДЛ. 1982 г.

5. Рожанский И.Д. Античная наука. М - Наука. 1980 г.

6. Чеховская Т Щербаков Р. Ошеломляющее разнообразие жизни. М Знание. 1990 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yaneuch.ru

Реферат: Системный анализ в биологии

Системный анализ – это научная дисциплина, в которой изучаются проблемы принятия обоснованных решений относительно сложных систем. Под решением здесь понимается некоторый формализованный или неформализованный выбор одного из возможных вариантов достижения цели. Системный анализ, в частности, дает методики принятия решений, позволяющие целенаправленно отыскивать приемлемые решения, отбрасывая те из них, которые заведомо уступают другим.

Системный анализ возник в ответ на требования практики, поставившей нас перед необходимостью изучать и проектировать сложные системы, управлять ими в условиях неполноты информации, ограниченности ресурсов, дефицита времени.[1]

Хотя хронология науки относит момент зарождения теории систем и системного анализа (ТССА) к средине текущего столетия, тем не менее, можно понять, что ее возраст оставляет ровно столько, сколько существует Homo Sapiens.

Другое дело, что по мере развитие науки, прежде всего — кибернетики, эта отрасль прикладной науки сформировалась в самостоятельный раздел. Ветви ТССА прослеживаются во всех “ведомственных кибернетиках”: биологической, медицинской, технической и экономической. В каждом случае объекты, составляющие систему, могут быть самого широкого диапазона — от живых существ в биологии до механизмов, компьютеров или каналов связи в технике. [2]

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

Неудовлетворенность общим состоянием биологической теории не раз побуждала исследователей (и не только биологов по специальности) к попыткам построить различные варианты теоретической биологии или хотя бы наметить пути построения этой дисциплины. У авторов этих попыток нет единства в том, какой же должна быть теоретическая биология — должна ли она строиться по аналогии с теоретической физикой, или иметь явно выраженный математический характер («математическая биология»), или же она должна появиться в результате органического синтеза теории эволюции и теории наследственности. Сходятся они, пожалуй, лишь в одном — вследствие чрезвычайной сложности и многоуровневости явлений жизни раскрыть ее глубинные основы, ее специфику невозможно усилиями одних биологов; здесь необходим комплексный, междисциплинарный подход, использование принципов и методов различных наук.

Несмотря на всю важность и плодотворность предпринятых усилий, явным успехом они до сих пор не увенчались. В арсенале научных дисциплин теоретическая биология в настоящее время отсутствует, и вряд ли сегодня можно с достаточной уверенностью очертить ее будущие контуры. Однако создание такой дисциплины — едва ли не самая важная из задач, стоящих ныне перед мировой наукой. Одни лишь экспериментальные исследования не раскроют загадку жизни, если в их основе не будет достаточно прочного теоретического фундамента. Интересная попытка обсудить пути построения теоретической биологии была предпринята недавно на совместном заседании — так называемом «Круглом столе» журналов «Вопросы философии» и «Журчала общей биологии». Эта встреча, как и можно было ожидать, выявила наличие значительных разногласий но обсуждаемому вопросу. Обнаружились не только сторонники, но и противники самого понятия «теоретическая биология». Один выступавшие были склонны отождествить предмет теоретической биологии с общей биологией, другие, противопоставляли последней «общую теорию жизни». Не было единства и в трактовке роли системных методов в развитии теоретической биологии: наряду с темп, для кого системные методы являются синонимом формального направления в разработке этой дисциплины, в дискуссии выступили и те, кто считает задачей системного подхода исследование содержательных проблем биологической теории.

Мы далеки от стремления прогнозировать пути развития теоретической биологии. Как бы ни были важны дискуссии но философско-методологическим вопросам той или иной науки, далеко не каждое теоретическое обобщение, высказанное в ходе этих дискуссий, органически включается в содержание данной научной дисциплины. Наука нередко ищет свои пути ощупью, и лишь на определенной стадии развития она обнаруживает неодолимую потребность в методологической рефлексии. Трудно сказать, наступила ли такая стадия в развитии современной биологии, взятой как целое. В то же время, как справедливо отмечалось в обзоре упомянутого «Круглого стола», опубликованном в журнале «Вопросы философии», «... каждый раз, когда исследователи сталкиваются с различными способами представления действительности, они вынуждены пересматривать основные предпосылки и перспективы познания, что, в частности, является пролегоменами и к построению теоретической биологии». Именно в связи с оценкой таких предпосылок являются важными попытки выработки новых подходов и понятийных средств описания явлений жизни, предпринимаемые в рамках системных исследований.

Отметим, что для исследователя, работающего в области методологии системного подхода, современные теоретические поиски в биологии представляют особый интерес. Движения в этих двух сферах научного знания испытывают взаимное влияние, иногда идут параллельно, иногда расходятся. Не ставя сейчас перед собой задачу подробно проанализировать эту связь, рассмотрим некоторые примеры использования системных принципов при разработке теоретических проблем биологии.

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ СИСТЕМ К БИОЛОГИИ

Один из вариантов применения системных идей к анализу формирования современной картины органического мира разработан К. М. Хайловым. С его точки зрения, это формирование прошло ряд этапов, в ходе которых выкристаллизовалось само понятие «биологическая система» и была построена системная картина жизни. При этом существенно отметить, что вплоть до начала XX в. основным и по сути дела единственным объектом биологического исследования был организм. В соответствии с этим на первое место в биологии выдвинулась проблема разнообразия и целесообразности организмов. Выявление сходства в пределах разнообразия и положило начало первому периоду систематизации живой природы, т. е. построения концептуальных моделей живых систем. Однако ранние натуралисты-систематики не знали никаких реальных связей между организмами — ни генетических связей близкородственных организмов (перенос генетического материала в пределах вида), ни филогенетических связей отдаленных видов, ни тем более биоценотических связей. Поэтому единственное, на чем могла базироваться систематизация, — это морфологическое сходство организмов. Таким образом, первые представления о «системе» вида (и соответственно вся система живой природы) строились по принципу, чуждому связям.

Но уже идея системы видов повлекла за собой значительные следствия. Если вид строился по принципу морфологического однообразия его элементов-индивидов, то система видов включала разнообразные элементы-виды. Наличие разнообразия видов привело к необходимости придать системе живой природы некоторый внутренний порядок. Виды были расположены по степени сложности, и это явилось интуитивным предвосхищением эволюционной идеи (поскольку такое расположение неизбежно должно было в общих чертах совпасть с эволюционным рядом). Развитие эволюционных представлений, базирующихся на принципе филогенетических связей растительных и животных организмов, привело к построению филогенетической системы живой природы.

Органический мир впервые предстал перед исследователями как множество элементов (видов) с вполне определенными межэлементными связями. Правда, пока был обнаружен лишь один из типов связей, но уже казалось, что основные черты картины живой природы установлены достаточно полно.

В действительности же, как отмечает К. М. Хайлов, эта картина была крайне неполна: во-первых, единственными ее элементами признавались индивид и вид — всего две из многих живых систем; во-вторых, ни индивид, ни вид сами не были изучены как живущие и функционирующие системы, т. е. как множество с разнообразием и актуальными связями элементов. Наконец, сама филогенетическая система видов построена не на актуальных (действующих) связях, а представляет собой как бы статический отпечаток уже совершившихся процессов развития. Поэтому из знания этой системы нельзя было вывести никаких представлений о таких существенных динамических свойствах живых систем, как внутреннее взаимодействие составляющих их элементов, регуляция, регенерация, устойчивость и т. п.

Возможность изучения вида как подлинно живущей и функционирующей системы открылась лишь с переходом от представлений о морфологическом однообразии организмов вида к представлениям о генетическом разнообразии особей вида; от идеи «вид — простое множество» к идее «вид — множество с межорганизменными генетическими связями». Исходным моментом явился здесь анализ актуальных генетических связей, т. е. скрещивания особей друг с другом. Единицей деления стала менделевская популяция, и вид выступил как максимальная менделевская популяция (что весьма существенно контрастировало с прежним пониманием вида, выработанным в рамках морфологического подхода). Это позволило впервые в истории биологии увидеть образовании неорганизменного уровня, обладающие рядом свойств живого организма (способность к адаптивным реакциям, сохранение устойчивости в определенных пределах, т. е. «целесообразное» поведение). Выделение связи определенного типа и вычленение на ее основе актуально генетической системы вида дало возможность построить, новую системную картину живой природы, в которой место элементарной единицы занимал уже не индивид, а вид. Идею организмоцентризма сменила идея видоцентризма.

Снова казалось, что биологическая реальность охвачена полностью. Однако в этой картине отсутствовали такие важные живые системы, как биоценозы — моновидовые и поливидовые сообщества организмов - и биогеоценозы (экосистемы). В отличие от организменной биологии классического периода в экологии, связь между экологическими элементами с самого начала стала предметом исследования. Как обнаружилось в начале XX в., эта связь выступает в двух различных формах — в форме связи разных организмов друг с другом и в форме связи организмов с факторами абиотической среды. Эти типы связи стали предметом двух взаимодополняющих направлений экологии — биоценологии и биогеоценологии.

Взаимосвязанное развитие всех современных направлений биологического исследования приводит к ряду важных методологических уточнений, касающихся существа системного подхода в биологии. Согласно К. М. Хайлову, системный подход отражает растущее понимание того, что современная биология имеет дело не с одним, а с целым рядом объектов и уровней организации, каждый из которых занимает не менее важное положение в органической природе, чем организм. Это, естественно, влечет за собой крушение идеи «центризма», какой бы то ни было одной системы при построении целостной системной картины живой природы. Наконец, обнаруживается, что системная организация жизни является столь же важным ее аспектом, как и эволюция.

ОБЩАЯ ТЕОРИЯ БИОСИСТЕМ

Перейдем теперь к характеристике концепции Л. Л. Малиновского. Ее автор подчеркивает, что в настоящее время в теоретической биологии пробивает себе дорогу новое научное направление, ставящее вопросы о типах взаимодействий, об основных движущих силах явлений без их детализации, о системах элементов иногда и без подробной характеристики самих элементов. Это направление пока еще окончательно не конституировалось и выступает под разными названиями: общая теория биосистем, учение о биологических структурах, биокибернетика и т. п. Оно изучает взаимодействие в организмах и рассматривает не отдельные клетки, ткани, виды пли биохимические процессы, а их связи.

Действительно, сравним таких животных, как мышь и кит. Разница в весе у них в 10 млн. раз, среда обитания и внешняя форма совершенно различны. Почти все процессы в организме мыши и кита различаются в количественном отношении, и все же план строения у них настолько общий, что их справедливо относят к одному классу млекопитающих. План строения настолько способствует приспособлению, что обеспечивает их жизнеспособность в чрезвычайно различных условиях и с очень разными количественными и отчасти качественными показателями. Этот пример хорошо иллюстрирует мысль Л. Л. Малиновского о том, что план строения и структура (архитектура) системы начинают становиться одной из центральных проблем теоретической биологии.

Это новое направление еще слишком молодо, чтобы можно было вынести окончательные суждения об его эффективности. Однако следует подчеркнуть, что лежащие в его основании идеи уже сейчас помогают по-новому взглянуть на некоторые важные теоретические и практические проблемы. Попробуем показать это на ряде примеров, приводимых самим Л. Л. Малиновским.

Подходя с изложенной точки зрения к наиболее общей классификации структуры биологических систем, автор выделяет два простейших крайних типа: дискретный, или корпускулярный, и жесткофиксированный. Системы первого типа в чистом виде состоят из единиц, практически не связанных друг с другом. Таковы особи одного вида и одного пола, клетки одной ткани, аллеломорфные парные гены; таковы же (с известными оговорками) и множественные органы в одном организме - пальцы на руках, зубы, однотипные дольки в печени и т. д.. Как правило, само по себе объединение множества однотипных единиц в подобную систему лишь незначительно повышает уровень их общей организации, по такие системы нередко обладают большой приспособительной ценностью, поскольку они отличаются большой пластичностью. Составляющие их единицы сравнительно взаимно независимы и подвижны и в силу этого способны к разнообразным перемещениям и комбинаторике.

Противоположный тип систем характеризуется жесткофиксированными связями составляющих их звеньев, наличие или функция каждого из которых является необходимым условием функционирования всей системы.

Жесткость связей понимается здесь не в механическом, а в организационном смысле, предполагающем строгую согласованность функций системы. Так, например, согласованы между собой последовательно этапы в эмбриональном развитии глаза, где из первичной нервной пластинки развивается глазной бокал, который в свою очередь индуцирует развитие хрусталика, и т. д. В нашем организме жестко связаны и взаимно дополняют друг друга центральная нервная система, система кровообращения, система пищеварения, система выделения и др.. Каждая из них необходима и не может быть заменена другой. Структуры такого типа могут весьма сильно повышать уровень организации систем по сравнению с тем, что имеется в отдельных составляющих их звеньях. Но в то же время такие системы оказываются гораздо менее гибкими и способными к перестройке, чем «корпускулярные» системы.

Нужно оговориться, что системы этих двух крайних типов в чистом виде встречаются очень редко. Но формы, близкие к ним настолько, что в них выявляются свойственные данным типам закономерности, достаточно часты. При этом при переходе от низших уровней, лежащих на грани молекулярной биологии, но все более высоким уровням—клеточному, тканевому, организменному, видовому и т. д.— обнаруживается довольно правильное чередование этих двух типов организации: парные хромосомы (корпускулярность), взаимное дополнение ядра и клетки (жесткое отношение), клетки одной ткани (корпускулярность), взаимное дополнение тканей (жесткое отношение), множественные органы или их части (корпускулярность), соотношение систем органов (жесткие отношения), особи одного пола (корпускулярность), взаимное дополнение полов (жесткое отношение) и т. д.

Это чередование нетрудно объяснить, если подойти к нему с точки зрения общих принципов структурной организации живых систем. Взаимодополняющие отношения звеньев внутри системы жесткого типа необходимы для повышения уровня организации и эффективности системы; однако они не обеспечивают необходимой гибкости и «живучести» системы. Поэтому такие жесткие системы дважды или многократно повторяются на следующем уровне, выступая уже как единицы корпускулярной системы. Этим обеспечивается и большая надежность, и количественная гибкость следующего уровня организации. Высокоразвитые системы в организме должны в какой-то степени отвечать требованиям разного рода: и гибкости, и экономичности, и координированности. Поскольку каждый тип простейших систем, обеспечивая один из этих свойств, автоматически исключает другие, постольку известные оптимальные сочетания. Достигаются чередованием обоих типов па разных уровнях организации.

Однако возможен и другой путь, обеспечивающий оптимальное совмещение «корпускулярности» и «жесткости». Это такое строение системы, когда на одном уровне совмещаются некоторые черты обоих типов. Так, для филогенеза очень важно, чтобы эволюционное изменение одного органа не отражалось бы па других. Например, даже благоприятное изменение глазного бокала с большой вероятностью может нарушить совершенство хрусталика. Такое положение очень затрудняет свободную эволюцию более ранних в индивидуальном развитии органов (в данном случае бокала). С другой стороны, та же зависимость хрусталика от бокала имеет и приспособительное значение: ею обеспечивается то, что хрусталик всегда возникает именно перед бокалом, как это требуется для полноценного развития глаза. Требования к координированному развитию приходят здесь в противоречие с требованиями к эволюционной независимости органов, которая обеспечила бы возможность совершенствования каждого органа, не нарушая совершенства другого. Если координация достигается последовательной связью А — В — С — в — Е, то эволюционно независимым здесь является лишь последнее звено, поскольку от его изменений не зависит ни один предыдущий орган. Для полной эволюционной независимости было бы идеальным, если бы каждый орган развивался совершенно самостоятельно. Система была бы корпускулярной, и новый вариант каждого органа мог бы в новых поколениях замещать старый, не влияя на другие органы.

Систему, оптимально совмещающую в себе оба достоинства крайних типов (независимость и координацию), А. А. Малиновский назвал «звездным» типом системы. Это такой тип, когда один орган А берет на себя прямую стимуляцию развития органов пли функции В и С и в и Е. Орган А оказывается тогда как бы в центре (разумеется, не в пространственно-геометрическом смысле, а остальные органы связаны с ним как луч со звездой. При таком типе взаимоотношении лишь один объединяющий другие признаки орган — наиболее ярко это выражено в системе желез внутренней секреции — оказывается эволюционно связанным, так как его изменение сразу отразилось бы на всех зависимых органах. И действительно, железы внутренней секреции чрезвычайно консервативны. Зато признаки, определяемые железой, все являются конечными в цепи зависимостей; поэтому они могут свободно эволюционировать и в результате резко различаются у разных видов. С гормоном половой железы у оленя связаны рога, у льва — грива, у птиц - характерное оперение и т. д. В то же время все признаки, определяемые одной железой, оказываются через нее тесно связанными между собой. Вокруг каждой железы группируются признаки одной и той же приспособительной направленности: вокруг половой — признаки, способствующие функции размножения, вокруг адреналовой системы — функции, мобилизующие возможности организма в острых ситуациях (бегство, борьба) и т. д.

Таким образом, в случае «звездной» связи онтогенетическая координация достигается почти максимально, как и в жесткой системе, а эволюционная гибкость теряется только для одного звена — для центрального органа, объединяющего все другие. Этот тип достаточно широко распространен в живых системах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы видим что уже выделение простейших типов организации живых существ помогает объяснить некоторые существенные особенности структуры и эволюции биологических организмов. Более того, из него вытекают и некоторые важные практические следствия. Одно из них базируется на представлении о корпускулярности механизма наследственности, т. е. той дискретности передачи наследственных признаков, которую противники генетики ставили в упрек этой науке. Известно, что в борьбе с вредителями и инфекциями обычно применяются антибиотики или инсектициды. Часто, применяя определенный инсектицид, получают среди уничтожаемых насекомых устойчивую к нему расу. Тогда приходится переходить к другому инсектициду и т. д. Таким образом, идет бесконечная борьба с перевесом, пожалуй, на стороне не человека, а его врага. Подобный подход к борьбе с вредными насекомыми неправилен, так как всегда существует достаточно большая вероятность приспособиться к одному инсектициду путем соответствующей единичной мутации. Когда же вид, таким образом, приспособится, то последующее размножение даст миллионы особей, и на их фойе применение нового инсектицида также может быть нейтрализовано повой мутацией, может дать новую расу, устойчивую уже к обоим ядам. Напротив, одновременное применение хотя бы только двух инсектицидов требует для выживания насекомого и создания устойчивой расы возникновения у одной особи одновременно двух полезных специфических мутаций, и к тому же прочно сцепленных, ибо если они разойдутся в потомстве, то все потомки, с одной только защищающей их мутацией, погибнут от второго яда, защиты от которого они лишились, потеряв вторую мутацию. Однако возникновение двух мутаций, одновременно защищающих каждая от одного из специфических ядов, да еще мутации сцепленных, явление практически невозможное. Поэтому, хотя это на первое время менее экономично, одновременное применение двух-трех разнотипных инсектицидов было бы чрезвычайно рентабельным, так как оно почти полностью гарантирует от возникновения устойчивых к ним рас насекомых. То же касается и применения антибиотиков. Два антибиотика или антибиотик плюс какой-то другой бактерицидный препарат, применяемые одновременно, а не последовательно, дали бы возможность избежать возникновения устойчивых рас микроорганизмов или сделать такое возникновение гораздо более редким. [3]

Список литературы

1. Перегудов Ф. И, Тарасенко Ф. П. Введение в системный анализ. М. «Высшая школа», 1986г.

2. Губанов В. А. Введение в системный анализ. Издательство ЛГУ, 1988г.

3. Блауберг Н. В. Становление и сущность системного подхода. М. «Наука», 1983г

www.yurii.ru

Реферат - Специфика системного метода исследования

Введение

В наше время происходит невиданный прогресс знания, который, с одной стороны, привел к открытию и накоплению множества новых фактов, сведений из различных областей жизни, и тем самым поставил человечество перед необходимостью их систематизации, отыскания общего в частном, постоянного в изменяющемся. С другой стороны, рост знания порождает трудности его освоения, обнаруживает неэффективность ряда методов используемых в науке и практике. Кроме того, проникновение в глубины Вселенной и субатомный мир, качественно отличный от мира соизмеримого с уже устоявшимися понятиями и представлениями, вызвало в сознании отдельных ученых сомнение во всеобщей фундаментальности законов существования и развития материи. Наконец, сам процесс познания, все более приобретающий форму преобразующей деятельности, обостряет вопрос о роли человека как субъекта в развитии природы, о сущности взаимодействия человека и природы, и в связи с этим, о выработке нового понимания законов развития природы и их действия.

Дело в том, что преобразующая деятельность человека изменяет условия развития естественных систем, и тем самым способствует возникновению новых законов, тенденций движения.

В ряду исследований в области методологии особое место занимает системный подход и в целом «системное движение». Само системное движение дифференцировалось, разделялось на различные направления: общая теория систем, системный подход, системный анализ, философское осмысление системности мира [1].

1. Специфика системного метода исследования

1.1 Понятия системный подход и система

В самом общем и широком смысле слова под системным исследованием предметов и явлений окружающего нас мира понимают такой метод, при котором они рассматриваются как части или элементы определенного целостного образования. Эти части или элементы, взаимодействуя друг с другом, определяют новые, целостные свойства системы, которые отсутствуют у отдельных ее элементов. С таким пониманием системы мы постоянно встречаемся в научной литературе. Однако оно применимо лишь для характеристики систем, состоящих из однородных частей и имеющих вполне определенную структуру. Тем не менее, на практике нередко к системам относят совокупности разнородных объектов, объединенных в одно целое для достижения определенной цели.

Главное, что определяет систему, – это взаимосвязь и взаимодействие частей в рамках целого. Если такое взаимодействие существует, то допустимо говорить о системе, хотя степень взаимодействия ее частей может быть различной. Следует также обратить внимание на то, что каждый отдельный объект, предмет или явление можно рассматривать как определенную целостность, состоящую из частей, и исследовать как систему.

Понятие системы, как и системный метод в целом, формировалось постепенно, по мере того как наука и практика овладевали разными типами, видами и формами целостных объединений предметов и явлений. Теперь предстоит подробнее ознакомиться с различными попытками уточнения как самого понятия системы, так и становления системного метода.

Приведенное выше интуитивное определение системы достаточно для того, чтобы отличать системы от таких совокупностей предметов и явлений, которые системами не являются. В нашей литературе для названия последних не существует специального термина. Поэтому мы будем обозначать их заимствованным из англоязычной литературы термином агрегаты. Кучу камней вряд ли кто-либо назовет системой, в то время как физическое тело, состоящее из большого числа взаимодействующих молекул, или химическое соединение, образованное из нескольких элементов, а тем более живой организм, популяцию, вид и другие сообщества живых существ всякий будет интуитивно считать системой. Чем мы руководствуемся при отнесении одних совокупностей к системам, а других – к агрегатам?

Очевидно, что в первом случае мы замечаем определенную целостность, единство составляющих систему элементов, во втором случае такое единство и взаимосвязь отсутствуют и установить их трудно, поэтому речь должна идти о простой совокупности, или агрегате, элементов.

Системный подход – метод научного познания, в основе которого лежит рассмотрение объектов, выявление многообразных связей и сведения в единую картину представлений о явлениях, объектах, предметах. Принцип системного анализа находит применение в современном естествознании, физике, информатике, биологии, технике, экологии, управлении и т.д. [3].

На протяжении всего изложения мы встречались смногочисленными физическими, химическими, биологическими и экологическими системами, свойства которых нельзя объяснить свойствами их элементов. В отличие от этого свойства простых совокупностей определяются свойствами ее частей. Так, например, длина тела, состоящего из нескольких частей, так же как и его вес, могут быть найдены суммированием соответственно длины и весов его частей. В отличие от этого температуру воды, полученную путем смешения разных ее объемов, нагретых в разной степени, нельзя вычислить таким способом. Нередко поэтому говорят, что если свойства простых совокупностей аддитивны, т.е. суммируются или складываются из свойств или величин их частей, то свойства систем как целостных образований неаддитивны.

Следует, однако, отметить, что различие между системами и агрегатами, или простыми совокупностями, имеет неабсолютный, а относительный характер и зависит от того, как подходят к исследованию совокупности. Ведь даже кучу камней можно рассматривать как некоторую систему, элементы которой взаимодействуют по закону всемирного тяготения. Тем не менее, здесь мы не обнаруживаем возникновения новых целостных свойств, которые присущи настоящим системам. Этот отличительный признак систем, заключающийся в наличии у них новых системных свойств, возникающих вследствие взаимодействия составляющих их частей или элементов, всегда следует иметь в виду при их определении.

В последние годы предпринималось немало попыток дать логическое определение понятия системы. Поскольку в логике типичным способом является определение через ближайший род и видовое отличие, постольку в качестве родового понятия обычно выбирались наиболее общие понятия математики и даже философии. В современной математике таким понятием считается понятие множества, введенное в конце прошлого века немецким математиком Георгом Кантором (1845–1918), обозначающее любую совокупность объектов, обладающих некоторым общим свойством. Поэтому Р. Фейджин и А. Холл воспользовались понятием множества для логического определения системы.

Система – это множество объектов вместе с отношениями между объектами и между их атрибутами (свойствами) [10].

Такое определение нельзя назвать корректным хотя бы потому, что самые различные совокупности объектов можно назвать множествами и для многих из них можно установить определенные отношения между объектами, так что видовое отличие для систем, не указано. Дело, однако, не столько в формальной некорректности определения, сколько в его содержательном несоответствии действительности. В самом деле, в нем не отмечается, что объекты, составляющие систему, взаимодействуют между собой таким образом, что обусловливают возникновение новых, целостных, системных свойств. По-видимому, такое предельно широкое понятие, как систему, нельзя определить чисто логически через другие понятия. Его следует признать исходным и неопределяемым понятием, содержание которого можно объяснить с помощью примеров. Именно так обычно поступают в науке, когда приходится иметь дело с исходными, первоначальными понятиями, например, с множеством в математике или массой и зарядом в физике.

1.2 Строение и структура систем

Для лучшего понимания природы систем необходимо рассмотреть сначала их строение и структуру, а затем их классификацию.

Строение системы характеризуется теми компонентами, из которых она образована. Такими компонентами – являются: подсистемы, части или элементы системы в зависимости от того, какие единицы принимаются за основу деления.

• Подсистемы составляют наибольшие части системы, которые обладают определенной автономностью, но в то же время они подчинены и управляются системой.

Обычно подсистемы выделяются в особым образом организованные системы, которые называются иерархическими.

• Элементами часто называют наименьшие единицы системы, хотя в принципе любую часть можно рассматривать в качестве элемента, если отвлечься от их размера.

В качестве типичного примера можно привести человеческий организм, который состоит из нервной, дыхательной, пищеварительной и других подсистем, часто называемых просто системами. В свою очередь подсистемы содержат в своем составе определенные органы, которые состоят из тканей, а ткани – из клеток, а клетки – из молекул. Многие живые и социальные системы построены по такому же иерархическому принципу, где каждый уровень организации, обладая известной автономностью, в то же время подчинен предшествующему, более высокому уровню. Такая тесная взаимосвязь, взаимодействие между различными компонентами обеспечивают системе как целостному, единому образованию наилучшие условия для существования и развития.

Структурой системы – называют совокупность тех специфических взаимосвязей и взаимодействий, благодаря которым возникают новые целостные свойства, присущие только системе и отсутствующие у отдельных ее компонентов. Существует два типа связей между элементами системы: горизонтальные и вертикальные.

Горизонтальные связи – это связи координации между однопорядковыми элементами системы. Они носят коррелирующий характер: ни одна часть системы не может измениться без того, чтобы не изменились другие ее части.

Вертикальные связи – это связи субординации, т.е. соподчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы, где одни части по своей значимости могут уступать другим и подчиняться им.

В западной литературе такие свойства называют эмерджентными, возникающими в результате взаимодействия и присущими только системам. В зависимости от конкретного характера взаимодействия между компонентами мы различаем различные типы систем: электромагнитные, атомные, ядерные, химические, биологические и социальные. В рамках этих типов можно в свою очередь рассматривать отдельные виды систем. В принципе к каждому отдельному объекту можно подойти с системной точки зрения, поскольку он представляет собой определенное целостное образование, способное к самостоятельному существованию. Так, например, молекула воды, образованная из двух атомов водорода и одного атома кислорода, представляет собой систему, компоненты которой взаимосвязаны силами электромагнитного взаимодействия. Весь окружающий нас мир, его предметы, явления и процессы оказываются совокупностью самых разнообразных по конкретной природе и уровню организации систем. Каждая система в этом мире взаимодействует с другими системами.

Для более тщательного исследования обычно выделяют те системы, с которыми данная система взаимодействует непосредственно и которые называют окружением или внешней средой системы. Все реальные системы в природе и обществе являются, как мы уже знаем, открытыми и, следовательно, взаимодействующими с окружением путем обмена веществом, энергией и информацией. Представление о закрытой, или изолированной, системе является далеко идущей абстракцией и потому не отражающей адекватно реальность, поскольку никакая реальная система не может быть изолирована от воздействия других систем, составляющих ее окружение. В неорганической природе открытые системы могут обмениваться с окружением либо веществом, как это происходит в химических реакциях, либо энергией, когда система поглощает свежую энергию из окружения и рассеивает в ней «отработанную» энергию в виде тепла. В живой природе системы обмениваются с окружением, кроме вещества и энергии, также и информацией, посредством которой происходит управление, а также передача наследственных признаков от организмов к их потомкам. Особое значение обмен информацией приобретает в социально-экономических и культурно-гуманитарных системах, где он служит основой для всей коммуникативной деятельности людей.

1.3 Классификация систем

Классификация систем может производиться по самым разным основаниям деления. Прежде всего, все системы можно разделить на материальные и идеальные, или концептуальные. К материальным системам относится подавляющее большинство систем неорганического, органического и социального характера. Все материальные системы в свою очередь могут быть разделены на основные классы соответственно той форме движения материи, которую они представляют. В связи с этим обычно различают гравитационные, физические, химические, биологические, геологические, экологические и социальные системы. Среди материальных систем выделяют также искусственные, специально созданные обществом, технические и технологические системы, служащие для производства материальных благ.

Все эти системы называются материальными потому, что их содержание и свойства не зависят от познающего субъекта, который может все глубже, полнее и точнее познавать их свойства и закономерности в создаваемых им концептуальных системах. Последние называются идеальными потому, что представляют собой отражение материальных, объективно существующих в природе и обществе систем.

Наиболее типичным примером концептуальной системы является научная теория, которая выражает с помощью своих понятий, обобщений и законов объективные, реальные связи и отношения, существующие в конкретных природных и социальных системах. Системный характер научной теории выражается в самом ее построении, когда отдельные ее понятия и суждения не просто перечисляются как попало, а объединяются в рамках определенной целостной структуры. В этих целях обычно выделяются несколько основных, или первоначальных, понятий, на основе которых по правилам логики определяются другие – производные, или вторичные, понятия. Аналогично этому среди всех суждений теории выбираются некоторые исходные, или основные, суждения, которые в математических теориях называются аксиомами, а в естественно – научных – законами или принципами. Так, например, в классической механике такими основными суждениями являются три основных закона механики, в специальной теории относительности – принципы постоянства скорости света и относительности. В математизированных теориях физики соответствующие законы часто выражаются с помощью систем уравнений, как это осуществлено английским физиком Д.К. Максвеллом (1831–1879) в его теории электромагнетизма. В биологических и социальных теориях обычно ограничиваются словесными формулировками законов. На примере эволюционной теории Ч. Дарвина мы видели, что ее основное содержание можно выразить с помощью трех основных принципов или даже единственного принципа естественного отбора.

Все наше знание не только в области науки, но и в других сферах деятельности мы стремимся определенным образом систематизировать, чтобы стала ясной логическая взаимосвязь отдельных суждений, а также всей структуры знания в целом. Отдельное, изолированное суждение не представляет особого интереса для науки. Только тогда, когда его удается логически связать с другими элементами знания, в частности с суждениями теории, оно приобретает определенный смысл и значение. Поэтому важнейшая функция научного познания состоит как раз в систематизации всего накопленного знания, при которой отдельные суждения, выражающие знание о конкретных фактах, объединяются в рамках определенной концептуальной системы.

Другие классификации в качестве основания деления рассматривают признаки, характеризующие состояние системы, ее поведение, взаимодействие с окружением, целенаправленность и предсказуемость поведения и другие свойства.

Наиболее простой классификацией систем является деление их на статические и динамические, которое в известной мере условно, так как все в мире находится в постоянном изменении и движении. Поскольку, однако, во многих явлениях мы различаем статику и динамику, то кажется целесообразным рассматривать специально также статические системы.

Среди динамических систем обычно выделяют детерминистские и стохастические (вероятностные) системы. Такая классификация основывается на характере предсказания динамики поведения систем. Как отмечалось в предыдущих главах, предсказания, основанные на изучении поведения детерминистских систем, имеют вполне однозначный и достоверный характер. Именно такими системами являются динамические системы, исследуемые в механике и астрономии. В отличие от них стохастические системы, которые чаще всего называют вероятностно-статистическими, имеют дело с массовыми или повторяющимися случайными событиями и явлениями. Поэтому предсказания в них имеют не достоверный, а лишь вероятностный характер.

По характеру взаимодействия с окружающей средой различают, как отмечалось выше, системы открытые и закрытые (изолированные), а иногда выделяют также частично открытые системы. Такая классификация носит в основном условный характер, ибо представление о закрытых системах возникло в классической термодинамике как определенная абстракция, которая оказалась не соответствующей объективной действительности, в которой подавляющее большинство, если не все системы, являются открытыми.

Многие сложноорганизованные системы, встречающиеся в социальном мире, являются целенаправленными, т.е. ориентированными на достижение одной или нескольких целей, причем в разных подсистемах и на разных уровнях организации эти цели могут быть различными и даже придти в конфликт друг с другом.

Классификация систем дает возможность рассмотреть множество существующих в науке систем ретроспективно и поэтому не представляет для исследователя такого интереса, как изучение метода и перспектив системного подхода в конкретных условиях его применения.

Многие сложноорганизованные системы, встречающиеся в социальном мире, являются целенаправленными, т.е. ориентированными на достижение одной или нескольких целей, причем в разных подсистемах и на разных уровнях организации эти цели могут быть различными и даже придти в конфликт друг с другом.

Классификация систем дает возможность рассмотреть множество существующих в науке систем ретроспективно и поэтому не представляет для исследователя такого интереса, как изучение метода и перспектив системного подхода в конкретных условиях его применения.

2. Метод и перспективы системного исследования

2.1 Математическое моделирование

В неявной форме системный подход в простейшем виде применялся в науке с самого начала ее возникновения. Даже тогда, когда она занималась накоплением и обобщением первоначального фактического материала, идея систематизации и единства лежала в основе ее поисков и построения научного знания. Однако возникновение системного метода как особого способа исследования многие относят ко времени Второй мировой войны, когда ученые столкнулись с проблемами комплексного характера, которые требуют учета взаимосвязи и взаимодействия многих факторов в рамках целого. К таким проблемам относились, в частности, планирование и проведение военных операций, вопросы снабжения и организации армии, принятие решений в сложных условиях и т.п. На этой основе возникла одна из первых системных дисциплин, названная исследованием операций. Применение системных идей к анализу экономических и социальных процессов способствовало возникновению теории игр и теории принятия решений. Пожалуй, самым значительным шагом в формировании идей системного метода было появление кибернетики как общей теории управления в технических системах, живых организмах и обществе. В ней наиболее отчетливо виден новый подход к исследованию различных по конкретному содержанию систем управления. Хотя отдельные теории управления существовали и в технике, и в биологии, и в социальных науках, тем не менее единый, междисциплинарный подход дал возможность раскрыть более глубокие и общие закономерности управления, которые заслонялись массой второстепенных деталей при конкретном исследовании частных систем управления. В рамках кибернетики впервые было ясно показано, что процесс управления с самой общей точки зрения можно рассматривать как процесс накопления, передачи и преобразования информации. Само же управление можно отобразить с помощью определенной последовательности точных предписаний – алгоритмов, посредством которых осуществляется достижение поставленной цели. После этого алгоритмы были использованы для решения различных других задач массового характера, например, управления транспортными потоками, технологическими процессами в металлургии и машиностроении, организации снабжения и сбыта продукции, регулирования движения и многочисленных подобных процессов.

Появление быстродействующих компьютеров явилось той необходимой технической базой, с помощью которой можно обрабатывать разнообразные алгоритмически описанные процессы. Алгоритмизация и компьютеризация целого ряда производственно-технических, управленческих и других процессов явились, как известно, одним из составных элементов современной научно-технической революции, связавшей воедино новые достижения науки с результатами развития техники.

Чтобы лучше понять сущность системного метода, необходимо с самого начала отметить, что понятия, теории и модели, на которые он опирается, применимы для исследования предметов и явлений самого различного конкретного содержания. В этих целях приходится абстрагироваться от этого конкретного содержания отдельных, частных систем и выявлять то общее, существенное, что присуще всем системам определенного рода. Наиболее общим приемом для реализации этой цели служит математическое моделирование. С помощью математической модели отображаются наиболее существенные количественные и структурные связи между элементами некоторых родственных систем. Затем эта модель рассчитывается на компьютере и результаты вычислений сравниваются с данными наблюдений и экспериментов. Возникающие расхождения устраняется внесением дополнений и изменений в первоначальную модель.

Обращение к математическим моделям диктуется самим характером системных исследований, в процессе которых приходится иметь дело:

• с наиболее общими свойствами и отношениями разнообразных конкретных, частных систем;

• в отличие от традиционного подхода, оперирующего двумя или несколькими переменными, системный метод предполагает анализ целого множества переменных. Связь между этими многочисленными переменными, выраженная на языке различных уравнений и их систем, и представляет собой математическую модель. Эта модель вначале выдвигается в качестве некоторой гипотезы, которая в дальнейшем должна быть проверена с помощью опыта.

Очевидно, что прежде чем построить математическую модель какой-либо системы, необходимо выявить то общее, качественно однородное, что присуще разным видам однотипных систем. До тех пор пока системы не будут изучены на качественном уровне, ни о какой количественной математической модели не может быть речи. Ведь для того чтобы выразить любые зависимости в математической форме, необходимо найти у разных конкретных систем, предметов и явлений однородные свойства, например, размеры, объем, вес и т.п. С помощью выбранной единицы измерения эти свойства можно представить в виде чисел и затем выразить отношения между свойствами как зависимости между отображающими их математическими уравнениями и функциями. Построение математической модели имеет существенное преимущество перед простым описанием систем в качественных терминах потому, что дает возможность делать точные прогнозы о поведении систем, которые гораздо легче проверить, чем весьма неопределенные и общие качественные предсказания. Таким образом, при математическом моделировании систем наиболее ярко проявляется эффективность единства качественных и количественных методов исследования, характеризующая магистральный путь развития современного научного познания.

2.2 Преимущества и перспективы системного метода

Обратимся теперь к вопросу о преимуществах и перспективах системного метода исследования.

Прежде всего, заметим, что возникновение самого системного метода и его применение в естествознании и других науках знаменуют значительно возросшую зрелость современного этапа их развития. Прежде чем наука смогла перейти к этому этапу, она должна была исследовать отдельные стороны, особенности, свойства и отношения тех или иных предметов и явлений, изучать части в отвлечении от целого, простое отдельно от сложного. Такому периоду, соответствовал дисциплинарный подход, когда каждая наука сосредоточивала все внимание на исследовании специфических закономерностей изучаемого ею круга явлений. Со временем стало очевидным, что такой подход не дает возможности раскрыть более глубокие закономерности, присущие широкому классу взаимосвязанных явлений, не говоря уже о том, что он оставляет в тени взаимосвязь, существующую между разными классами явлений, каждый из которых был предметом обособленного изучения отдельной науки.

Междисциплинарный подход, сменивший дисциплинарный, стал все шире применяться для установления закономерностей, присущих разным областям явлений, и получил дальнейшее развитие в различных формах системных исследований как в процессе своего становления, так и в конкретных приложениях. Системный метод прошел разные этапы, что отразилось на самой терминологии, которая, к сожалению, не отличается единством. С точки зрения практической значимости можно выделить:

• системотехнику, занимающуюся исследованием, проектированием и конструированием новейших технических систем, в которых учитываются не только работа механизмов, но и действия человека-оператора, управляющего ими. Это направление разрабатывает некоторые принципы организации и самоорганизации, выявленные кибернетикой, и в настоящее время приобретает все большее значение в связи с внедрением человеко-машинных систем, в том числе и компьютеров, работающих в режиме диалога с исследователем;

• важной областью применения системных идей является системный анализ, который занимается изучением комплексных и многоуровневых систем. Хотя такие системы обычно состоят из элементов разнородной природы, но они определенным образом связаны и взаимодействуют друг с другом и поэтому требуют целостного, системного анализа. К ним относится, например, система организации современной фабрики или завода, в которых в единое целое объединены производство, снабжение сырьем, сбыт товаров и инфраструктура;

Системы в точном смысле слова, изучающие специфические свойства объектов единой природы, например, физические, химические, биологические и социальные, представляют особый интерес для науки.

Если системотехника и системный анализ фактически являются приложениями некоторых системных идей в области организации производства, транспорта, технологии и других отраслей народного хозяйства, то теория систем исследует общие свойства систем, изучаемых в естественных, технических, социально-экономических и гуманитарных науках.

Может возникнуть вопрос: если конкретные свойства упомянутых выше систем изучаются в отдельных науках, то зачем нужен особый системный метод? Чтобы правильно ответить на него, необходимо ясно указать, что именно изучают конкретные науки и теория систем, когда применяются к одной и той же области явлений. Если для физика, биолога или социолога важно раскрыть конкретные, специфические связи и закономерности изучаемых систем, то задача теоретика систем состоит в том, чтобы выявить наиболее общие свойства и отношения таких систем, показать, как проявляются в них общие принципы системного метода. Иначе говоря, при системном подходе каждая конкретная система выступает как частный случай общей теории систем.

Говоря об общей теории систем, следует отдавать себе ясный отчет о характере ее общности. Дело в том, что в последние годы выдвигается немало проектов построения такой общей теории, принципы и утверждения которой претендуют на универсальность. Один из инициаторов создания подобной теории австрийский биолог-теоретик Л. фон Берталанфи, внесший значительный вклад в распространение системных идей, формулирует ее задачи следующим образом: предмет этой теории составляет установление и вывод тех принципов, которые справедливы для «систем» в целом… Мы можем задаться вопросом о принципах, применимых к системам вообще, независимо от их физической, биологической или социальной природы. Если мы поставим такую задачу и подходящим образом определим понятие системы, то обнаружим, что существуют модели, принципы и законы, которые применимы к обобщенным системам независимо от их частного вида, элементов или «сил», их составляющих.

Спрашивается, какой характер должна иметь такая, не просто общая, а по сути дела универсальная теория систем? Очевидно, чтобы стать применимой везде и всюду, такая теория должна абстрагироваться от любых конкретных, частных и особенных свойств отдельных систем. Но в таком случае из ее понятий и принципов невозможно логически вывести конкретные свойства отдельных систем, как на этом настаивают сторонники общей, или лучше сказать, универсальной теории. Другое дело, что некоторые общие системные понятия и принципы могут быть использованы для лучшего понимания и объяснения конкретных систем.

Фундаментальная роль системного метода заключается в том, что с его помощью достигается наиболее полное выражение единства научного знания. Это единство проявляется, с одной стороны, во взаимосвязи различных научных дисциплин, которое выражается в возникновении новых дисциплин на «стыке» старых механических систем, в которых учитываются не только работа механизмов, но и действия человека-оператора, управляющего ими. Это направление разрабатывает некоторые принципы организации и самоорганизации, выявленные кибернетикой, и в настоящее время приобретает все большее значение в связи с внедрением человеко-машинных систем, в том числе и компьютеров, работающих в режиме диалога с исследователем;

• важной областью применения системных идей является системный анализ, который занимается изучением комплексных и многоуровневых систем. Хотя такие системы обычно состоят из элементов разнородной природы, но они определенным образом связаны и взаимодействуют друг с другом и поэтому требуют целостного, системного анализа. К ним относится, например, система организации современной фабрики или завода, в которых в единое целое объединены производство, снабжение сырьем, сбыт товаров и инфраструктура.

Заключение

Мы видим, что мир представляет собой единство систем, находящихся на разном уровне развития, причем каждый уровень служит средством и основой существования другого, более высокого уровня развития систем. Данное относится не только к природе, но и обществу, где мы наблюдаем ряд организационных форм, наиболее грандиозные из которых получили название «общественно-экономические формации».

Сыгравшие свою роль системы уходят, другие же продолжают существовать.

Одним из основных законов существования Вселенной является существование одних систем за счет других. Скажем кристаллы возникают на материале базовой породы, раствора или расплава; растения преобразуют минералы, животные развиваются за счет растений и других животных; человек для своего существования преобразует и животных, и растения и системы неживой природы.

Итак, мир, будучи системой систем, сложнейшим материальным образованием, находится в процессе непрерывного движения, возникновения и уничтожения, взаимоперехода одних систем в другие, причем одни системы изменяются медленно и длительное время кажутся неизменными, другие же изменяются настолько стремительно, что в рамках обыденных человеческих представлений фактически не существуют. Чем обширнее система, тем медленнее она изменяется, а чем меньше, тем быстрее она проходит этапы своего существования. В этом простом соответствии скрыт глубокий смысл еще не до конца понятой связи пространства и времени. И здесь можно увидеть одну из закономерностей развития материи: от меньшего к большему и от большего к меньшему, осознание которой привело к пониманию развития и качественного изменения систем слагающих мир, и мира как системы.

Список литературы

1. Блауберг И.В., Юдин Э.Г. Становление и сущность системного подхода. М., 1973.

2. Геодакян В.А. Организация систем – живых и неживых. Системные исследования. Ежегодник, М., 1970.

3. Горбачев В.В., Безденежных В.М. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. М., Экономисть, 2004, 446с, с. 68–71

4. Моргулис Л.И., Шорохов А.В. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. С., Изд. МГУ, 2005, 68с, с. 50–52.

5. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. М., Юнити, 2001, 287с, с. 254–271.

6. Рузавин Г.И. Системный подход и единство научного знания. Единство научного знания. М, 1988, с. 237–252.

7. Садохин А.П. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. М., Юнити, 2006, 447 с. с. 33–38.

8. Советский Энциклопедический Словарь. М., Советская Энциклопедия, 1983.

9. Философский Энциклопедический Словарь. М., 1989, с. 584–588.

10. Холл А.Д., Фейджин Р.Е. Определение понятия системы // Исследования по общей теории систем. М., 1966, с. 252.

www.ronl.ru


Смотрите также

 

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..

 

     

 

 

.