Саморегуляція як біологічний феномен

Самопрезентація і ускладнення можливі лише у відкритих дисепативних системах, які обмінюються з оточуючим середовищем речовиною, енергією та інформацією і віддалені від стану термодинамічності рівноваги.

Система – це цілісний розвивальний комплекс взаємопов’язаних елементів, які знаходяться в певній ієрархічній підлеглості і утворюють єдність з оточуючим середовищем. Всередині системи підтримується стаціонарна рівновага-гомеостаз, незважаючи на зміну параметрів оточуючого середовища.

Основи концепції самоорганізації

Величну будову природи ми уявляємо як цілісну суперсистему, в якій все – життя Природи, Сонячної системи, Всесвіту, існування і творчість кожної людини в суспільстві – взаємопов’язані, взаємообумовлені і підлягають єдиним Вселенським законам.

Всесвіт складається з ієрархії взаємопов’язаних підсистем різного рівня складності, де системи більш низького ієрархічного рівня є елементами систем більш високого рівня.

Подальший розвиток науки акцентував увагу на дослідженні всієї сукупності ієрархій систем Всесвіту як взаємопов’язаної цілісності, взаємопов’язаних елементів. Об’єктцього дослідження – процесрозвитку і загальні принципи самоорганізації та еволюції складних систем різного рівня і різної природи, особливості динаміки їх якісних станів на просторово-часовому тлі.

Біологічні системи є відкритими, тобто в результаті взаємодії з оточуючим світом відбувається обмін речовин, енергії та інформації. При цьому мають місце випадковість і випадкові флуктуації параметрів системи. В результаті їх дії в системі виникають нестійкості, які можуть дати початок виникненню з хаосу зародків нових структур, що при сприятливих умовах можуть переходити у більш стійкі, впорядковані. Їх спонтанне утворення відбувається за рахунок перебудови системи і синхронної кооперативної взаємодії її елементів. Це явище має назву самоорганізації, що супроводжується зниженням ентропії. Хаос і випадковість на мікрорівні стають силою, що упорядковує стан системи на макрорівні. Порядок і безлад, організація і дезорганізація виступають в діалектичній єдності, що стає основою і підтримкою саморозвитку системи.

Птахи збираються в ключ, безладна група риб миттєво перетворюється на косяк, популяції бджіл, комах утворюють біосоціальні структури. При цьому самочинно відбувається перехід із стану хаосу, найбільш ймовірного з енергетичної точки зору, в упорядкований стан, з більш високою енергією. Відбувається самоорганізаціясистеми, і цього не може пояснити класична термодинаміка.

Згідно з другим законом термодинаміки, в закритих системах самочинно відбуваються процеси, що призводять до збільшення ентропії системи, коли із порядку виникає хаос. Цим обумовлене старіння і смерть організмів, руйнування планет, розпад цивілізацій. Проте в оточуючому світі поряд з процесами деградації відбувається виникнення порядку із хаосу, здійснення процесів, пов’язаних з самочинним зменшенням ентропії. З’являються і ускладнюються організми, виникають нові види, більш пристосовані до середовища існування, утворюються нові космічні системи і нові цивілізації.

Зазначені явища привертають сьогодні пильну увагу вчених. Основи теорії самоорганізації були закладені в сімдесятих роках ХХ сторіччя працями І. Пригожина, Д.Нікаліса, Г. Хакена . Сформувалася синергетика - наука, яка вивчає загальні принципи самоорганізації і еволюції живих систем різного рівня і різної природи, механізми їх функціонування на шляху розвитку. Синергетика надає фундаментального значення випадковим флуктуаціям у розвитку світу. Хаос, пов’язаний з випадковим відхиленням окремих параметрів системи від деякого середнього значення, стає активним поштовхом для подальшого розвитку. У сприятливих умовах навіть окрема флуктуація одного з параметрів може призвести до нового структурування системи, до нової її якості.

Випадковість і невизначеність є фундаментальною властивістю матерії, яка обумовлює мінливість оточуючого світу.

Стан системи залежить від її параметрів і великої кількості внутрішніх і зовнішніх факторів. В результаті обміну ресурсами з іншими системами з часом параметри системи змінюються. Відбувається послідовна зміна станів, які можуть бути описані математично сукупністю диференціальних рівнянь, а також представлені графічно. Точки перетину кривих є точками біфуркації, або “вибору” подальшого шляху розвитку (мал. 2).

У кожній точці закладена можливість великої кількості віртуальних станів, які на мал. 2 представлені відгалуженими від точок А і В. Перед системою відкривається безліч варіантів – шляхів розвитку. Проте більшість з них є невигідними з точки зору фундаментальних законів природи. Відбувається конкуренція новоутворень, в результаті чого виживають найбільш пристосовані до зовнішніх умов. На мал. 2 траєкторією розвитку є лінія АВ.

З точки зору науки синергетики на певному етапі еволюції неживої матерії в певній точці Всесвіту створились умови, при яких молекули органічної речовини згрупувались у системи, здатні до саморегуляції і самовідтворення. Послідовне ускладнення цих систем протягом мільярдів років призвело до появи високоорганізованих організмів.

На вершині еволюційної піраміди живого знаходиться людина, здатна пізнавати і досліджувати оточуючий світ, саму себе, керувати процесами самоорганізації в природі.

Слово “регулювання” походить від латинського regula— норма, правило, стабілізація. У ВРЕ “саморегулювання” (самовирівнювання) — здатність машин відновлювати без участі регулятора стійкий режим роботи після раптового порушення його з боку зовнішніх або внутрішніх факторів. Така система складається з керуючого і керованого агрегатів, які зв’язані між собою каналами зв’язку. По цих каналах передаються сигнали, сукупність яких називається інформацією. Ці сигнали викликають певні дії керованого агрегату і є відповідними до поступаючих сигналів. В Українській енциклопедії слово “саморегуляція” означає здатність біологічної системи по відновленню стабільного рівня тих чи інших функцій після їхньої зміни. При саморегуляції керуючі фактори не діють на керовану систему зовні, а виникають в ній самочинно.

Саморегуляція є універсальною властивістю матерії. У неживій природі ми зустрічаємося з її проявами у поведінці систем у стані хімічної рівноваги (принцип Ле-Шательє). Вчені П. Анохін, М. Амосов, І. Павлов, М. Берштейн та ін. відмічають, що саморегуляція притаманна будь-якій біологічній системі. За Піаже будь-яка біологічна координація — прагне до рівноваги, яка досягається за допомогою регулювання і саморегулювання, завдяки компенсаційним механізмам.

Виникнення життя пов’язане з розвитком властивості клітини реагувати на дії зовнішнього світу, вступати з ним у взаємодію шляхом обміну речовини та енергії. За А. Маргулісом, організм, не є абсолютно самостійною, а лише саморегульованою системою, завжди залежною від середовища перш за все в тому відношенні, що воно — постачальник всього необхідного для того, щоб організм, як організація, зберігав власну системну відповідність сам з собою.

З ускладненням організму ускладнюються процеси саморегуляції. В процесі еволюції виникли механізми пристосування, направлені на підтримку сталого складу середовища клітини. Кожен живий організм характеризується стабільністю фізіологічних параметрів, таких, як температура, кров’яний тиск, рН крові, концентрації глюкози та ін., що є результатом саморегуляції. Саморегульована система реалізує витримування показників її роботи засобом внутрішніх змін, які породжені самою системою у відповідності з законами її організації.

Для визначення тенденції екологічного об’єкта до підтримки постійності внутрішнього середовища в змінюваних зовнішніх умовах УолтерКеннон ввів термін “гомеостаз”. За Кенноном, гомеостаз — це складність і специфічність узгодження фізіологічних процесів, що підтримують стійкість параметрів та системних функцій в організмі. Гомеостаз — це саморегульований стан біологічної системи разом з механізмами його регулювання, які підтримують цей стан. Гомеостаз, з точки зору внутрішньосистемної та системно-середовищної взаємодії представлений на схемі 1.

Зовнішній подразник – це порушення рівноваги організму, що призводить до появи залежності функціонування органів і фізіологічних систем від зовнішніх керуючих впливів (ліки, фізіотерапія та ін.)

Регуляторні механізми забезпечують реакцію специфічних систем організму на впливи зовнішнього і внутрішнього середовища. Регулюючі системи організму являють собою складну мережу органів та їх систем, з’єднаних прямими і зворотними зв’язками, які здатні впливати на “працюючі” органи, вищі регулюючі системи організму. М.М. Амосоввиділяє чотири регулюючі системи:

- хімічну, неспецифічну (систему крові та лімфу);

- ендокринну або хімічну специфічну;

- нейровегетативну;

- анімальну, яка керує скелетними м’язами, тобто руховими актами.

Результат регулювання — це здатність підтримувати відносно постійний рівень активності систем організму при будь-яких коливаннях зовнішніх умов.

Принцип гомеостазу — це підтримка динамічної рівноваги реакцій організму на внутрішні та зовнішні подразники (засвоєння навчального матеріалу) в умовах постійно змінного освітнього середовища.

Розкриємо зміст схеми 1 на прикладі гомеостазу вуглеводневого обміну (таблиця 1).

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Науково-освітнє консультативне середовище	\|	Гомеостаз вуглеводневого обміну

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.035 сек.