Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительных свойств - Новосельцев В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Разумеется, даже «слабо выраженные» гомеостатические свойства целостной биосистемы всегда выше, чем у аналогичного набора первичных элементов. В любой биосистеме существуют интегрирующие механизмы, поддерживающие ее целостность, обеспечивающие обмен веществ (т. е. необходимые для существования темпы химических реакций) и постоянство мал/е-чав структуры самой биосистемы и ее генетического материала.
Итак, в принципе постоянство внутренней среды не является необходимым условием существования системы; термодинамическое неравновесие может поддерживаться и в том случае, если постоянство внутри системы нарушается.
Мало того, в некоторых условиях отсутствие или временное отключение гомеостатических механизмов может дать определенную энергетическую выгоду. Так, на рис. 2.3 приведены графики изменения во
времени темпов метаболизма у двух различных животных, имеющих одинаковую массу, а в активном состоянии — и одинаковую температуру тела. Снижение темпов обмена веществ у колибри, впадающей ночью в торпидное состояние (спячку), позволяет ей за счет отказа от поддержания постоянства температуры тела сохранить большое количество энергии [363].
Теперь мы можем более четко сформулировать, что же понимается под сохранительными свойствами живой системы. Жизнедеятельность биосистем связана, с одной стороны, с
Рис. 2.3. Темпы метаболизма у землеройки и колибри. Темп метаболизма у землеройки в течение суток практически неизменен (1). Переход колибри в торпидное состояние (спячку) позволяет ей в ночное время за счет снижения темпов метаболизма (2) сохранить энергию, количество, которой можно опре* делить по площади, заключенной между кривыми 1 и 2.
необходимостью обеспечить энтропийный баланс в системе, т. е. поступление необходимых системе веществ и энергии в темпе, равном темпу их расходования, а с другой — с необходимостью обеспечить постоянство внутренних условий в системе. Выше мы старались показать, что эти две стороны жизнедеятельности тесно связаны между собой, но далеко не идентичны.
В организме животных, способных впадать в спячку, в течение всего периода активного поведения поддерживается как баланс вещества и энергии, так и постоянство внутренней среды, и прежде всего — температура тела. При впадении в спячку гомеостаз системы нарушается — температура не только устанавливается на более низком уровне, но и становится более вариабельной под влиянием условий среды. Равенство же темпов потребления и поступления между собой при этом сохраняется, хотя обе величины — и темп потребления веществ, например, кислорода, и темп их поступления, — падают вместе до существенно более низких значений. Аналогичные явления можно указать и для экологических систем, когда при изменении условий в системе происходит сохранение как видового состава системы, так и сохранение темпов потока энергии через систему, причем при прогрессирующем ухудшении окружающих условий сначала будет нарушен видовой состав сообщества (в определенном смысле такое нарушение соответствует нарушению гомеостаза в системах организменного уровня), и лишь затем— энергетические потоки через систему.
Способность биосистемы к самосохранению определяется тем, насколько хорошо при наличии внешних возмущений в ней, с одной стороны, поддерживаются темпы поступления вещества и энергии и, с другой, обеспечивается постоянство внутренней среды. Таким образом, мы приходим к следующему определению.
Понятие «сохраните льные способности биосистемы» является объединением двух понятий — способности системы обеспечивать гомеостаз и способности поддерживать стационарное неравновесное состояние при изменяющихся условиях внешней среды.
Поэтому ниже мы будем говорить о гомеостазе и гомеостатических свойствах системы как о части ее сохранительных свойств.
2.5. Гомеостаз на разных уровнях организации жизни
«Допущение о том, что жизненные явления основаны на физико-химической активности, хотя и справедливо, но не выявляет существа проблемы, поскольку невозможно обнаружить физико-химических явлений, которые конструируют каждое су-
щество по предсуществующему плану и производят удивительную субординацию и гармоническое единство органической активности. В живом существе имеется приспособленность, своего рода регулируемая деятельность, которая... является наиболее впечатляющим качеством живых существ», — писал К. Бернар [270].
Изучение процессов регуляции в организме и его системах позволило классикам физиологической науки — К- Бернару, И. М. Сеченову, У. Кэннону — сформулировать положение о том, что «все жизненные механизмы, как бы разнообразны они ни были, имеют тольку одну цель — сохранение постоянства уело* вий жизни во внутренней среде» [270]. Эта концепция предстала в окончательном виде после того, как И. М. Сеченов обратил внимание на связь постоянства внутренней среды с адекватным снабжением организма веществами и энергией, а У. Кэннон ввел термин «гомеостаз».
В настоящее время общепризнано, что принцип гомеостаза как таковой играет важную роль в жизненных процессах на всех уровнях организации жизни [38, 41, 269]. Концепция гомеостаза оказалась настолько содержательной, что породила целый ряд направлений в исследовании сохранительных свойств живых систем как на специфическом уровне, характерном для различных типов живых систем, так и на уровне формальных обобщений в биокибернетике. Так, на организменном уровне к гомеостатическим реакциям относят обычно только реакции физиологических систем вегетативной регуляции, обеспечивающих постоянство уровней вещества и энергии в организме, его органах и тканях.
