Основы экологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Экология

Термин «Экология» предложен в XIX в. Э Геккелем. Он составлен из двух корней древнегреческого языка: «ойкос» (эко) - дом, место обитания; «логос» - учение, наука. В настоящее время существует более 100 определений экологии. Одно из них: «Экология - наука об обитании живых существ», то есть о нормальной жизни живых систем. Центральный момент повседневного бытия - взаимодействие живой системы со всем, что ее окружает, в грубом приближении это окружающая среда.

Следует отличать научное определение термина экология и бытовое, когда под ним понимается качество окружающей среды. Существует специальная наука о загрязнении окружающей среды - созология.

Внутри живой системы есть что-то, что отличает ее от неживых систем. экология природный биотический антропогенный

С древнейших времен считалось, что это душа (с греч. «псюхэ»). Постижение души переводится как психология.

Середина XX века добавляют новые термины: информация, энергия, но они не проясняют вопрос.

Еще до древних греков существовало мнение, что душа есть у каждой живой системы. Древние греки эту картину усложнили. Платон в IY в. до н.э. говорил о трех видах принципиально различных душ: растительной, животной и человеческой (разумной). Усложнение этого представления можно найти в работах С.Л.Рубинштейна в XX в.

Душа растительная - наиболее простая; животная - более сложная. Душа человеческая - сложна бесконечно, а самое главное она постоянно изменяется. Когда человек спит, проявляется его растительная душа, когда ест - животная. В минуты прозрения, просветления - человеческая душа. Таким образом, у растений есть 1 душа, у животных - 2, у человека - 3. У больных людей третья душа очень сильно зависит от первых двух, а иногда поглощается ими. У неживой природы души нет.

Достаточно долго считалось, что наука не достойна изучать душу. В XX в. стало обязательным изучение души. Курс экологии касается растительной души, курс зоопсихологии трактует психологию животных.

Душа - это то, что проявляется. В чем заключается проявление души?

Существуют законы природы - они являются Вселенскими, то есть проявляются в любой точке Вселенной. А душа проявляется тем, что устанавливает собственные законы, отличные от законов Вселенной. Законы души проявляются в ограниченной области пространства - это живая система. Таким образом, жизнь - это проявление особых законов, отличных от законов Вселенной.

Душа - это то, что устанавливает свои законы, а живое - это место, где душа проявляется. Свойство устанавливать законы внутри некоторой области пространства называется внутренней активностью.

Душа устанавливает свои законы не вместо Вселенских законов, а дополнительно к ним. Ни одна душа не может отменить ни один физический закон. Любая душа может только дополнить своими законами уже существующие. Душа проявляется через внутреннюю активность.

Могут ли в той же области пространства, где установлены законы одной душой, устанавливаться законы другой души?

У каждого организма внутри человека есть своя внутреннюю активность, она может противоречить внутренней активности человека. Таким образом, в одной и той же области пространства может проявляться внутренняя активность бесконечного числа разных душ, в том числе и внутри тела человека. Когда говорят «бес вселился», это значит, в теле находится другая внутренняя активность.

Как следствие из этого тезиса - живые системы можно разделить на 2 основных типа: простые и составные. Простые живые системы - такие, части которых не имеют собственной внутренней активности. Составные живые системы состоят из частей, обладающих собственной душой. Внутри каждого типа живых систем можно выделить разные классы. Самая простая составная живая система - популяция. Популяция - это живая система, части которой, организмы, тоже являются живыми системами. Популяция является единицей приспособления вида к среде.

Строго в качестве организма может выступать только одна клетка. Отдельное растение не является организмом: дуб - часть популяции, а не отдельный организм. Это принципиальное отличие растений и животных. У растений отдельный организм клетка, остальные субпопуляции или части популяции. У животных многоклеточный организм обладает собственной внутренней активностью, отдельной от внутренней активности популяции.

Более сложная живая система - биогеоценоз. В состав биогеоценоза входят совокупность популяций и вся та область пространства, в которой эти популяции живут. Внутри камня, который находится в биогеоценозе могут проявляться законы этого биогеоценоза, но если его изъять из данного биогеоценоза, то камень теряет признаки «душевности» (например, камни с моря).

Наиболее сложная живая система - биосфера, у нее есть своя душа, которая проявляется в том, как планета Земля взаимодействует со своим космическим окружением. Сама планета Земля в «душевном» проявлении не замечена.

В соответствии с выше означенным объектом изучения экологии являются живые системы разного уровня сложности, предметом - взаимоотношения между ними и живых систем с окружающей средой.

Наука экология включает несколько разделов.

Аутэкология изучает экологические процессы и их параметры, оказывающие благоприятное и неблагоприятное воздействие на организм.

Синэкология - (от лат. «син» вместе) - изучает внутреннюю и внешнюю активность составных живых систем разной сложности.

Биосферология - изучает взаимоотношения внутри самой крупной живой системы на Земле биосферы.

В задачи курса входит демонстрация закономерностей структурированности живых систем, формирование представлений об иерархичности законов природы, которым подчиняются живые системы разной сложности и понимания того, как изменяется поведение человека в зависимости от взаимодействия с другими живыми системами.

Человек с точки зрения экологии принципиально отличен от других живых существ, хотя и находится в эволюционном родстве с ними. Выяснить в чем состоят эти отличия - одна из задач, которые будут решаться в курсе экологии для студентов-психологов. В то же время каждый человек представляет собой, как и любое животное, отдельное живое существо.

Отличия живой системы от неживой

В природе есть нечто неизменное, в соответствии с которым что-либо происходит это закон. Если в какой-нибудь точке пространства происходит то, что подчиняется закону, то он проявляется. Если нет такого действия, то закон не проявляется, но при этом он не перестает действовать в этой точке. Не может быть такой точки, в которой ничего не происходит. То, что происходит, происходит в соответствии с каким-либо законом.

Законы Вселенной начали действовать с момента ее образования 25 миллиардов лет назад. Закон действует всегда, в любой точке мира. Примером закона Вселенной может быть закон, в соответствии с которым любые два тела притягиваются друг к другу и не может быть тел, которые бы не притягивались друг к другу. Но могут существовать особые точки и области пространства, в которых будет что-то происходить по-своему, не так, как в остальных точках пространства, то есть будут проявляться не общевселенские законы, а особые законы, которые не проявляются больше нигде, кроме этой области пространства и времени.

Поскольку это происходит внутри ограниченной области пространства, постольку этот феномен обозначается термином активность. Свойство устанавливать свои законы - активность. Термин был введен отечественным ученым Н.А. Бернштейном (1923 г.). Ввиду особенностей «советской» психологии в нашей стране этот термин не использовался на протяжении 70 лет. Сейчас он получил широкое распространение в кругу исследователей.

Внутренняя активность свойство души, возможность устанавливать собственные законы, те самые внутренние законы, которые отличаются от законов Вселенной. Любая душа проявляет свое существование тем, что устанавливает свои особые законы, которые не проявляются больше нигде, кроме ограниченной области пространства. Эти законы проявляются только в то время, когда не проявляются некоторые вселенские законы; как только что-то происходит по вселенским законам, действие внутренних законов прекращается.

Душа - феномен не наблюдаемый, а следовательно, его невозможно изучать научными методами. Поэтому изучается поведение. Поведение есть у живых систем, и отсутствует у неживых. Главный признак поведения изменение движения системы по ее собственным законам. Это такое изменение, которого система «хочет». (Предполагается, что «хочу» это когда что-то изнутри толкает.) Таким образом, в отличие от других форм движения поведение имеет свою внутреннюю причину. Живая система может хотеть, а неживая - не может. Однако живые системы большую часть времени делают не то, что «хотят», а то, что «надо». То есть живая система ведет себя строго определенным способом, любые отклонения создают опасность и приближают ее к гибели. Для каждой живой системы существует определенная модель поведения, которой задано как эта живая система будет взаимодействовать с другими живыми системами и с окружающей средой.

Возле земли скорость движения тела не больше 50м/с за счет сопротивления воздуха (по закону Вселенной). Некоторые птицы могут падать около земли с более высокой скоростью. Точно также если птица не машет крыльями, она будет падать - это закон Вселенной. Но если существует восходящий поток воздуха, то живая система может изменить свое взаимодействие так, что она не будет падать.

«Захотеть» это значит изменить взаимодействие определенным способом. Поэтому мы говорим, что живая система устанавливает собственные законы в изменение своего взаимодействия с внешним миром. Хотение приводит к результату, если установлен дополнительный закон, не противоречащий законам Вселенной в этой области пространства. Установление закона живой системой не отменяет законы Вселенной.

Любая живая система может чего-то не хотеть и этого не делать. Основное свойство живой системы - ничего не хотеть, но если это будет продолжаться достаточно долго, живая система перестанет быть живой.

К результату может привести только «хотение» определенным образом. Для каждой живой системы существует строго одна модель поведения, в которой реализуются ее эффективные хотения.

Наличие души у живой системы проявляется в виде совокупности законов, в соответствии с которыми протекают процессы внутри живой системы.

Процессы

Процесс (в переводе с лат. «processus» означает то, что идет, движется вперед) - все, что может происходить.

В любой неживой системе все происходит, как и во всех точках Вселенной, поэтому неживые системы очень похожи.

Живая система - это такая система, в которой происходит что-то не так, как во всей Вселенной. Все неживые системы похожи друг на друга, каждая живая система индивидуальна и отличается от других живых систем.

Что же необходимо для существования живой системы?

В соответствии с внутренними законами для живой системы могут протекать не все процессы (например, термоядерные процессы протекают по законам Вселенной, поэтому в живых системах невозможны). Лишь некоторые, особые процессы могут происходить так, как их устанавливает живая система.

Процесс, который может протекать по законам живой системы, мы обозначим термином условие. Каждый такой процесс - условие существования живой системы. Отсутствие условия делает невозможным существование живой системы. Для разных живых систем необходимы разные условия. Вместе с тем, существует целый ряд условий, которые необходимы для существования любой живой системы. Универсальным условием для всех живых систем является водный обмен. Система будет существовать там, где есть большое количество воды в жидком виде. Если вся вода, заключенная в некоторой области пространства, находится в парообразном или твердом состоянии, то внутренняя активность перестает проявляться, но не перестает существовать. Время, в течение которого активность не проявляется, но существует, ограниченно.

Важно отметить, что некоторые из условий определяют существование живой системы, то есть отсутствие одного из таких условий на протяжении любого сколь угодно короткого промежутка времени делает существование живой системы невозможным. Эти условия должны существовать непрерывно.

Живая система существует во внешней среде, которая предъявляет к ней определенные требования. Если эти требования противоречивы, то противоречия рано или поздно проявляются, что приводит к гибели живую систему.

Существование живой системы требует предотвращения появления противоречий, поэтому для системы необходимо постоянное изменение.

Термин, которым обозначается изменение взаимодействия живой системы и внешней среды по собственным законам живой системы, называется поведением.

Любое условие - процесс. Главный признак процесса - его длительность.

Как сделать, чтобы процесс протекал, но при этом оставался на месте? Если процесс протекает циклически, то он все время приходит в одну и туже точку. Все процессы во Вселенной не являются циклическими, они развиваются по спирали. Живые системы создают для себя циклические процессы. Это значит, что есть начало процесса - замыкание цикла, его протекание или осуществление и конец - размыкание цикла. Живая система, в отличие от неживой может замкнуть какой-нибудь процесс в цикл. Например, в нашем организме жидкость движется по кругу (цикл), в тоже время на Земле вода течет по направлению сил гравитации. Проявление собственных внутренних законов живой системы будет заключаться в том, что в ее пространстве замыкаются и размыкаются те циклы, которые не замыкаются и не размыкаются в соседних областях пространства. Таким образом, живая система сама создает себе условия для существования.

В соответствие с законами Вселенной, любой цикл рано или поздно будет разомкнут, то есть любое условие необходимое живой системой, рано или поздно исчезнет. И живая система снова должна создать условие, то есть замкнуть цикл.

Любая необходимость замкнуть цикл и вообще что-либо изменить, обозначается термином задача.

В частности, для живой системы необходимость создать условия внутри себя называется внутренней задачей на условие или внутренней условной задачей.

Как живая система может замкнуть цикл?

Любое замыкание цикла возможно только при размыкании какого-либо другого цикла. Для живой системы необходимы циклы, которые она может разомкнуть так, чтобы при этом решились ее задачи и, в первую очередь, были созданы внутренние условия существования. Эти процессы должны быть циклическими. Такие циклические процессы внутри живой системы, которые могут размыкаться для того, чтобы живая система решала свои задачи, называются ресурсами. Процесс их размыкания, при котором задачи решаются, называется использованием ресурсов.

Ресурс циклический процесс. Система обладает ресурсами, использование которых позволяет воспроизводить внутренние условия. Воспроизведение условий, замыкание условных циклов обеспечивается размыканием ресурсных циклов (использованием ресурсов). При размыкании ресурсных циклов помимо замыкания циклов условий могут замыкаться и другие циклы, протекание которых будет мешать существованию условных циклов. То есть помимо «полезных» результатов использование ресурсов создает еще и «вредные» результаты: такие циклические процессы, протекание которых разрушает условия существования живых систем, будем обозначать термином факторы.

«Фактор» в переводе с латыни означает изменяющий. Так для живой системы возникают факторные задачи или задачи на устранение факторов. Для решения факторных задач живой системе необходимо использование ресурсов. Получается, что существование живой системы требует воспроизведения условий, а оно в свою очередь требует решения условных и факторных задач. Решение задач предполагает использование ресурсов, то есть постоянное размыкание циклов внутри живой системы. Исчерпание внутренних ресурсов требует решения ресурсных задач и возобновления внутренних ресурсов.

Для того, чтобы пополнить внутренние ресурсы и замкнуть внутренние циклы необходимо разомкнуть циклы вне живой системы. Такой процесс есть использование внешних ресурсов. Любая живая система может восполнить свои внутренние ресурсы, используя только внешние.

Схема использования внешних ресурсов: живая система внутри себя размыкает некоторые циклы (затрачивает внутренние ресурсы) на размыкание некоторых ресурсных циклов во вне. В свою очередь в соответствие с этим замыкаются ресурсные циклы внутри живой системы.



2. Условия для живой системы

Все многообразие процессов для живой системы делится на: внутренние (протекающие внутри нее) и внешние (вне живой системы).

Все многообразие процессов во Вселенной делится на:

1. Абиотические процессы (протекающие в неживой природе);

2. Биотические процессы (протекающие в живых системах);

3. Антропогенные процессы (формируемые и создаваемые человеком).

Абиотические процессы прямо или косвенно воздействуют на организм через те или иные стороны обмена веществ. Некоторые из них играют сигнальную роль: не влияя непосредственно на обмен, они закономерно сочетаются с другими процессами во внешней среде и поэтому их восприятие организмом может заранее подготовить его к изменению состояния среды. Примером может быть процесс распространения света в среде. Сезонное изменение фотопериода (длины светового дня) определяет адаптивные сезонные перестройки в организме. Спецификой абиотических процессов является их одностороннее действие на живой организм: организм может к ним приспособиться, но не в состоянии оказать на них обратное влияние.

Специфика биотических процессов - обоюдное действие живых систем (а соответственно и процессов в них проходящих) друг на друга. При этом длительные, устойчивые взаимосвязи происходят не между отдельными организмами, а между популяциями видов.

Спецификой антропогенных процессов является то, что в основе их лежат законы Вселенной, но происходят они с высокой скоростью; чрезвычайно разнообразны сочетания этих процессов.

Абиотические процессы делятся на:

· условные;

· факторные;

· ресурсные.

Следует отметить, что обычно в учебниках по экологии все эти процессы обозначаются как факторные. Но для студента-психолога чрезвычайно важна такая дифференциация, поскольку факторные и условные процессы оказывают принципиально разное воздействие на организм, в том числе на организм человека.

Любой процесс в живой системе - это цикл. Замыкание и размыкание циклов называется преобразованием процессов, его протекание осуществлением.

Условия - процессы, осуществление которых необходимо для существования живой системы.

Внешние условия - процессы, замкнутые по законам Вселенной, осуществление которых соответствует осуществлению процессов внутри живой системы по ее законам.

Внутренние условия процессы, осуществление которых внутри живой системы соответствует преобразованию других процессов в ней по ее собственным законам. Базовый феномен живой системы - ей необходимы внутренние условия, без них она себя не проявляет, и тем самым она неживая.

Внутренние условия соответствуют физиологическим процессам, а внешние - экологическим.

Качественные и количественные характеристики процессов, которые определяют способ их сравнения - это параметры процессов.

Выделяют количественные параметры - если значение параметра включает в себя другие значения, например, температура или количество осадков. Параметр является качественным, если он не может включать в себя спектр значений. Например, цвет, но не длина волн, обеспечивающая его.

Каждое условие имеет несколько параметров. Воздействие внешних условий (а не факторов) на организм описывается кривой Гаусса. (В биологической литературе эта кривая характеризует факторное воздействие на организм.)

Благоприятные условия соответствуют зонам оптимума и нормы своих параметров.

В зоне оптимума значения параметра внешнего процесса определяют интенсивность развития организма от 80% до 100% - условные циклы почти не размыкаются. В зоне оптимума адаптивные механизмы отключены, и энергия расходуется только на фундаментальные жизненные процессы (на основной метаболизм). В результате достаточное количество ресурсов, которые потребляет организм, может быть использовано на его рост и развитие.

Выход значений параметра за пределы оптимума указывает на проявление противоречий между процессами снаружи и внутри организма, при этом включаются адаптивные механизмы. Зоны нормы соответствуют значениям параметра, при которых интенсивность развития организма изменяется от 80% до 10% - чем дальше от зоны оптимума, тем больше размыкание условных циклов и тем большая часть ресурсов идет на адаптацию к условиям среды, то есть на преодоление противоречий или замыкание размыкающихся внутренних условных циклов.

Неблагоприятные условия развития организма характерны для зон пессимума (от лат. pessimum причинять вред, терпеть ущерб). Они располагаются вблизи точек минимума и максимума (зоны 2), за которыми условий для существования организма нет, в этих зонах (зона 3) значения тех же параметров оказывают факторное воздействие на организм. В этих зонах отсутствуют условия для поведения. Организм определенным образом приспосабливается к существованию в неблагоприятных условиях. В нем биохимические процессы изменяются так, что до минимума снижается уровень метаболизма и скорость процессов. В зависимости от количества внутренних ресурсов организм может существовать в неблагоприятных условиях разное время.

Кривая Гаусса характеризует взаимодействие организма с любым из абиотических условий.

Размах адаптируемых изменений параметра условия определяется как экологическая валентность вида к данному процессу. Организмы разных видов могут иметь широкий или узкий диапазон приспособлений к абиотическим условиям. Виды, характеризующиеся узким диапазоном значений параметров условий, называются стенобионтными (стенобионты). Виды, которые имеют широкий диапазон приспособлений к изменениям параметров условий, называются эврибионтными (эврибионты). Эти термины характеризуют устойчивость вида к изменениям комплекса параметров условий.

В случае конкретного условия мы говорим, например, об эврии стеногалинных формах - это виды соответственно устойчивые или неустойчивые к колебаниям солености среды. Так, стеногалинны земноводные и многие пресноводные беспозвоночные, эвригалинны рачки Chydorus sphaericus, проходные рыбы и некоторые другие животные, обитающие не только в пресных, но также в солоноватых и морских водах.

Экологическая валентность как видовое свойство эволюционно формируется в качестве приспособления к той степени колебаний значений параметра данного процесса, которая свойственна естественным местам обитания вида. Если различные популяции одного вида занимают пространства, отличающиеся по диапазону колебаний параметров условий, то они тоже будут отличаться экологической валентностью.

По каждому экологическому условию организмы конкретного вида имеют свою широту значений параметра, к которой они приспособлены. Виды с широкими диапазонами значений параметров условий характеризуются большой экологической валентностью. Эврибионтность способствует широкому распространению видов. Соответственно есть виды с узкой экологической валентностью. Стенобионтность ограничивает ареалы. Но благодаря высокой специализации, стенобионты по одному из параметров могут находить для себя условия в разных биотипах, и в этих случаях им принадлежат обширные территории. Например, скопа - стеофаг, но эврибионт по отношению к другим условным процессам, поэтому имеет большой ареал.

Помимо величины экологической валентности виды (и популяции одного вида) могут отличаться местоположением оптимума на шкале изменений значений параметра внешнего процесса. Организмы, обитающие в среде с высокими значениями параметра процесса, обознаются окончанием «-фил» (от греч. «люблю»). Виды, обитающие в условиях с низкими значениями параметра процесса, обозначаются окончанием «-фоб» (от греч. «страх»).

В среде на любой организм действует совокупность процессов. При этом для каждого организма существуют ведущие или главные условия, и фоновые (неглавные). В онтогенезе ведущие условия изменяются. Ведущее условие может быть неодинаковым у одних и тех же видов, живущих в разных физико-географических условиях. Например, активность комаров, мошек в теплых районах определяется световым режимом, а на севере - условиями теплообмена.

Сочетание оптимальных значений параметров всех условных для организма процессов в природе практически не встречается, поэтому организм затрачивает какую-то часть ресурсов на работу адаптивных механизмов. Для нормальной жизнедеятельности любого организма в зоне оптимума должны находиться значения параметров ведущих процессов, а в зоне нормы фоновых. В природе обычно не реализуется физиологический оптимум, который характеризуется сочетанием оптимальных значений всех параметров ведущих экологических условий для данного вида; а реализуется экологический оптимум - это наиболее благоприятное для вида сочетание всех значений параметров внешних условий среды.

Набор экологических валентностей вида характеризует его экологический спектр. Чем шире экологический спектр вида, тем больше его экологическая валентность, тем шире ареал его распространения.

Процессы во внешней среде оказывают взаимосвязанное влияние на живой организм. Это реализуется через согласованное изменение их параметров.

Для практических представлений об условиях существования данного вида важно:

1. что на организм действует комплекс процессов;

2. они имеют не одинаковую значимость для организма. Причем важно, чтобы не только значения параметров ведущих процессов находились в зоне оптимума …

В 1840г. немецкий химик Ю. Либих, разрабатывая систему применения минеральных удобрений, сформулировал правило минимума, в соответствии с которым «возможность существования данного вида в определенном районе и степень его «процветания» зависят от веществ, представленных в наименьшем количестве». В 1909 г. Ф.Блекман сформулировал закон лимитирующих (ограничивающих) факторов, указав на ограничивающее действие минимальных значений параметров процессов на организм. (В представляемой здесь концепции речь идет о лимитирующих условиях.)

Следует иметь в виду избирательное действие любого процесса на разные функции организма: оптимальные значения параметра для одних процессов (например, дыхания) не являются оптимальными для других (например, питания).

В 1913 г. В.Шелфорд уточнил, что ограничения для организма могут быть не только со стороны минимальных, но и максимальных значений параметра. Зона между точками минимума и максимума называется зоной толерантности или устойчивости. Она характеризует любой параметр условного процесса для каждого вида.

Толерантность по отношению к данному диапазону параметра процесса и положение зоны оптимума могут быть различными для различных физиологических и экологических функций организма. Например, воздействие температуры от 40 до 45^оС у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов, но тормозит двигательную активность.

Как приспособление к лимитирующим условиям в эволюции сформировались специальные формы поведения - такие, как солонцевание, водопойные миграции и прочие. Общий характер активности нередко также «программируется» действием лимитирующих условий: зимняя и летняя спячка, перерыв суточной активности в жаркие часы суток.

Толерантность организма по отношению к одному и тому же процессу зависит от пола и возраста. Например, у мельничной огневки (вредитель зерновых продуктов) критической минимальной температурой для взрослых особей является -22, для гусениц -7, для яиц -27 ^оС. Границы экологической толерантности характеризуют не биологические виды, а отдельные их географические популяции.

Разные процессы, взаимодействуя друг с другом, могут оказывать замещающее действие на организм. Например, японские макаки - наиболее северные представители обезьян зимой греются в гейзерах, тем самым экономят ресурсы, которые требуются на терморегуляцию и могут меньше есть и меньше тратить энергии на пищедобывание в отсутствии достаточного количества корма. Это действие не абсолютно, а относительно и связано с тем, что часть процессов для организма может быть одновременно и ресурсными и условными, при этом происходит взаимодействие параметров разных процессов, а не замещение одного процесса другим.

По отношению к экологическим условиям организмы делятся на:

1. пойкилофакторные - организмы, которые не могут поддерживать постоянство значений параметров внутренней среды. Значения параметров внутренних процессов у них незначительно отличаются от значений параметров процессов внешней среды (пойкилотермные - холоднокровные животные, пойкилогидричные - лишайники);

2. гомойофакторные - организмы, которые способны поддерживать внутренние условия, соответствующие процессам их существования. Параметры относительно зависят от параметров внешней среды (гомойотермные - теплокровные).

Это деление обусловливается двумя стратегиями приспособления живых систем, которые связаны с возможностями затраты ресурсов на поведение. 1. У пойкилофакторных организмов затраты внутренних ресурсов на поведение не могут быть большими в связи с низкой эффективностью их добывания, что обусловлено внутренним строением организмов на конкретном уровне организации живого. 2. Для гомойофакторных характерна гиперинтенсификация обмена в связи с эффективностью добывания ресурсов (на 1-2 порядка больше, чем в предыдущей группе).

3. Ресурсы для живой системы

Одни и те же процессы могут выступать в качестве условий для поведения одних живых систем, в качестве факторов для других живых систем, и в качестве ресурсов для третьих живых систем.

Следует иметь в виду, что 1) все циклы во Вселенной когда-то размыкаются. 2) Для того, чтобы замкнуть какой-либо цикл, надо разомкнуть другой цикл.

Ресурсы - это те процессы, циклы которых можно разомкнуть для того, чтобы решить задачу живой системы.

Ресурсы - это не материальные объекты и не вещества, а цикл взаимодействия какого-либо вещества с другим. Итак, ресурс для живой системы - это цикл.

Ресурсы бывают внешними и внутренними.

Внешние ресурсы это циклы вне живой системы, замкнутые по законам Вселенной, которые могут размыкаться по законам живой системы, чтобы замыкать циклы ее внутренних ресурсов.

Внутренние ресурсы - это циклы внутри живой системы, которые могут размыкаться по ее законам, чтобы замыкать циклы внутренних условий, но они могут размыкаться и в порядке проявления законов Вселенной. Таким образом, внутренние условия воспроизводятся за счет внутренних ресурсов (внутренние ресурсы таким способом воспроизводиться не могут).

Универсальным внутренним ресурсом для живого организма является циклическое взаимодействие молекулы глюкозы с водой: гидратация и дегидратация. При полной гидратации молекулы глюкозы, она распадается на две части, а при дальнейшем их взаимодействии с водой замыкаются связи в молекулах АТФ (вспомните процессы энергетического обмена в клетке). Гидролиз АТФ может соответствовать любому замыканию цикла в живой системе, то есть может синтезироваться любая молекула, нужная организму.

При размыкании внутренних ресурсных циклов возникают внутренние ресурсные задачи необходимость пополнить внутренние ресурсы, то есть замкнуть ресурсные циклы внутри организма. Для решения внутренних ресурсных задач необходимо поведение, но на осуществление поведения необходимо затрачивать уже имеющиеся внутренние ресурсы. (Поведение - это изменение взаимодействия по внутренним законам живой системы.) Использование ресурсов обеспечивает поведение. Для этого во внешней среде необходимо наличие циклов, осуществление которых будет соответствовать осуществлению поведения - это циклы внешних условий. Внешних условий может быть разное количество.

Маловероятна такая ситуация, когда в наличии имеются все условия. Доля существующих в наличии условий от общей совокупности условий, которые могут существовать для данного поведения, характеризует доступность ресурсов. Доступность ресурсов определяется для конкретного поведения. Поэтому одни и те же ресурсы могут иметь высокую доступность для одних живых систем и нулевую для других. Доступность некоторых внутренних ресурсов может равняться 1, доступность внешних ресурсов значительно ниже. Если бесконечно большое расходование внутренних ресурсов не позволяет использовать внешние, то их доступность равна 0.

Процессы, обеспечивающие поглощение, делятся на условные и ресурсные.

Для пополнения внутренних ресурсов необходимо не только поведение, внешние условия, но и наличие внешних ресурсов. Если они отсутствуют, необходимо их создание. Создание внешних ресурсов обеспечивается ресурсным поведением. Поэтому для живой системы возникают внешние ресурсные задачи. Для осуществления любого поведения нужно несколько разных ресурсов. Для возобновления разных внутренних ресурсов необходимо использование различных внешних. Но во внешней среде существует возможность создания их только в определенном соотношении, поэтому количество разных ресурсных циклов в среде неравномерно.

Всегда существуют ресурсы, которые живая система использует полностью. При этом остальные ресурсы используются в соответствующих пропорциях. Ресурс, который может быть использован живой системой полностью, называется лимитирующим или ограничивающим.

Внешние ресурсы при их использовании исчезают, то есть объем доступных внешних ресурсов для любой живой системы всегда ограничен. Возобновляются ресурсы во внешней среде по законам Вселенной с определенной скоростью. Для разных ресурсов скорость их возобновления разная. Для каждого ресурса определяется время, за которое будет возобновляться то количество ресурсов, которое живая система использует за единицу времени. Такое время называется время ожидания возобновления. Если оно меньше единицы, то ресурс для данной живой системы является возобновимым, если больше единицы, то частично возобновимым, если больше продолжительности жизни особи, то невозобновимым.

К возобновимым ресурсам относятся сельскохозяйственные культуры, обеспечивающие циклы питания, лес (80 лет).

Если время ожидания возобновления очень мало и скорость использования ресурсов живой системой меньше времени возобновления, такой ресурс называется неисчерпаемым. Неисчерпаемые ресурсы - процессы, количество циклов которых размыкающихся по законам Вселенной неизмеримо больше, чем по законам живой системы. Размыкание этих циклов живыми системами по своей величине сопоставимо с размахом колебаний, вызванных размыканием по другим причинам.

Если скорость использования больше скорости возобновления - ресурсы исчерпаемые. Исчерпаемые ресурсы - процессы, размыкание которых по законам живой системы превышает размыкание их по законам Вселенной. Ресурсы, для которых использование их живыми системами значительно больше размаха колебаний вследствие других причин.

Для животных любое возобновление внутренних ресурсов возможно лишь как активное, то есть, связано с расходованием уже существующих ресурсов. Такое активное возобновление - есть использование ресурсов. Живая система может в себе разомкнуть такие циклы, которые нужны, чтобы разомкнулись строго определенные циклы во внешней среде. В этом случае встает вопрос каково соотношение между расходованием и возобновлением ресурсов в процессе размыкания и замыкания циклов. Термин «возобновление» предполагает, что те ресурсы, которые расходуются, и возобновляются. Соотношение количества возобновленных и количества израсходованных внутренних ресурсов определяет коэффициент эффективности использования ресурсов. Сама эффективность может быть положительной, отрицательной и нулевой.

Для любого поведения так же можно определить эффективность использования ресурсов - как соотношение между количеством решенных задач и количеством использованных ресурсов.

Собственно эффективность - это соотношение между количеством решенных факторных задач и количеством затраченных на это ресурсов.

Результативность - это соотношение между количеством решенных условных задач и количеством затраченных на это ресурсов.

Продуктивность - это соотношение между количеством полученных(т.е. использованных) внешних ресурсов и количеством израсходованных внутренних ресурсов.

Эти характеристики описывают как физиологические процессы (внутренние), так и поведение живой системы.

Использование внутренних и внешних ресурсов

Простейшая форма поведения есть непосредственное использование ресурсов среды, она обозначается термином всасывание. Этот термин подчеркивает, что простейшая форма использования ресурсов связана с перемещением некоторых частиц через границу живой системы, что характерно для животных. Всасывание для растений не предполагает перемещение частиц, перемещаются фотоны или кванты света - энергетические носители. С учетом растений более точен термин поглощение. Поглощение простейшая форма поведения для всех живых систем. (Поглощение у прокариот осуществляется путем активного транспорта.) Поглощение требует определенных условий. Тем самым для живой системы возникают внешние задачи на условия. В качестве условий поведения выступает не просто наличие каких-то процессов во внешней среде, а их протекание с определенными значениями параметров. Те значения параметров условий, при которых использование ресурсов происходит с наибольшей вероятностью, называются благоприятными. Значения за пределами наибольшей вероятности использования ресурсов называются неблагоприятными.

Следует различать ресурсы для жизни (то есть для существования) - это перечень ресурсов для живой системы, ограниченный ее моделью поведения, и ресурсы для жизнедеятельности - это ресурсные процессы, которые для всех живых организмов, кроме человека ресурсными не являются. Человек изменяет биосферу, для этого он использует особые ресурсы. Человек изменяет биосферу по законам, которые во Вселенной невозможны, делая ее окружающей средой. Изменение среды происходит не как решение задач, а вследствие человеческой деятельности. При этом биосфера не может промоделировать замыкание процессов, которые размыкает человек, поскольку когда человек что-то делает - это невозможно, а как только сделал, становится возможным.

4. Стратегии использования ресурсов

Всякая жизнь использует множество ресурсов, и чем она сложнее, тем больше ресурсов ей требуется. Используя каждый из ресурсов, система осуществляет определённую субмодель взаимодействия. Субмодель - часть модели, в которой процесс протекает циклически до бесконечности. При её осуществлении используется определённый ресурс, при этом осуществляется определённое поведение. Живая система осуществляет несколько субмоделей, а значит возможно проявление противоречий между этими субмоделями. Разные субмодели, уже у одноклеточных, могут противоречить друг другу. При необходимости одновременного использования нескольких ресурсов возникает усложнение поведения. Для того чтобы противоречия не проявлялись, живая система должна изменить субмодели так, чтобы сделать возможным одновременное осуществление процессов в них. Такие согласованные субмодели называются стратегиями использования ресурсов.

Каждая из клеток может предотвращать проявления какого-то одного противоречия. Две отдельные клетки будут предотвращать появление двух отдельно взятых противоречий. Но если в конкретный момент времени два противоречия проявятся в одной клетке, она погибнет. В этом случае, две клетки, образующие единую систему, не погибнут, а останутся в живых. Две клетки, обладающие общим поведением, образуют новый организм со своей собственной внутренней активностью. Этот единый организм постоянно использует те ресурсы, которые каждая из клеток в принципе использовать не может. Можно говорить, что каждая из этих клеток реализует стратегию использования ресурсов, называемую кооперацией. В многоклеточном организме его клетки осуществляют кооперацию непрерывно, если хотя бы одна из клеток перестаёт кооперироваться, организму угрожает гибель. Поэтому от таких клеток организм пытается как можно быстрее избавиться. Но не для любой живой системы и не во всех точках пространства и времени кооперация оказывается выгодной стратегией. Дело в том, что на осуществление кооперации необходимо затрачивать внутренние ресурсы. При некоторых условиях внешней среды объём дополнительно потребляемых ресурсов может быть меньше, чем объём затраченных на кооперацию. В этих условиях будут использоваться другие стратегии, при которых каждая живая система будет осуществлять своё поведение практически независимо от поведения других. Если каждая особь может самостоятельно потреблять какие-то внешние ресурсы, а на взаимодействие с особями её ресурсы только затрачиваются (никакого дополнительного возобновления нет), то реализуется стратегия - конкуренция. Если конкуренция не эффективна, тогда используется третья стратегия. Она называется разделение ресурсов. Таким образом, стратегия использования ресурса это способ использования ресурсов, при котором проявление противоречий было бы минимальным.

Пример стратегии использования ресурсов (С И Р).

Млекопитающие появились вдали от водоёмов, это было относительно безопасно и соответственно могло обеспечить лучшее выживание детёнышей. Однако перед ними встала проблема детёнышам надо много пить. Как сделать так, чтобы они и были в безопасности, и пили? Воду должны приносить родители. Млекопитающие решили ее оригинальным способом: они носят воду внутри себя, выделяя её на поверхность кожи (через молочные железы). До сих пор ехидна и утконос - самые примитивные млекопитающие плавают в воде, а детёныши (на берегу) слизывают с поверхности их кожи воду… Но пока детёныши маленькие, их нужно ещё и кормить. Их кормили полупереваренной пищей, однако раздельное поение и кормление требует большой затраты ресурсов. Но одновременно накормить и напоить не получалось, так как проявились бы противоречия, поскольку эти процессы взаимно исключают друг друга.

И вот тогда появилось молоко, которое стало питьём и едой одновременно. Сначала правда это были просто водянистые выделения желез, потом жирность их постепенно повышалась, пока не появилось собственно молоко. Именно эта стратегия использования ресурсов дала млекопитающим возможность преобладания в современном мире.

При использовании ресурсов для организма возникают факторные задачи. Примером этого является такое явление, как почвоутомление. Почвоутомление - это резкое снижение урожайности сельскохозяйственных культур при их бессменном возделывании. Наиболее часто наблюдается при повторных посевах льна (льноутомление), клевера (клевероутомление), многолетних плодовых культур в связи с накоплением в почве ядовитых веществ, выделяемых корнями этих растений в качестве продуктов обмена. В результате в почве исчезают условия для развития данных культур.

Факторы для живой системы

Отсутствие условий создает возможность действия факторов в любой момент. Если ресурсов не хватает для предотвращения противоречий, то также начинают действовать факторы.

Процесс, который создает возможность проявления противоречий между собственными законами живой системы и законами Вселенной, - это фактор. Мы говорим о действии фактора, то есть фактор - это процесс, осуществление которого соответствует размыканию какого-либо внутреннего цикла в организме по законам Вселенной.

Как любой процесс, факторы классифицируются по разным основаниям. Во-первых, в зависимости от того, где размыкается цикл, факторы делятся на внешние и внутренние. Внутренние факторы размыкают внутренние условные и ресурсные циклы. Они представляют угрозу для существования организма. Внешние факторы ограничивают поведение организма, они называются экологическими. Как и любые процессы, экологические факторы могут действовать локально или глобально.

Локальное действие факторов может вызывать экологические кризисы, глобальное - экологические катастрофы.

По временному признаку процессы делятся на:

1. постоянные;

2. периодические;

3. апериодические.

При этом факторное воздействие на живые системы оказывают преимущественно апериодические процессы (природные явления) или аномальные изменения значений параметров постоянных и периодических процессов.

Экологические факторы, также как и условия, по происхождению делятся на:

1. абиотические;

2. биотические;

3. антропогенные.

При разных значениях параметра фактора противоречие между внутренними законами живой системы и законами Вселенной может проявляться в разной степени. Степень проявления противоречий - доля циклов некоторого типа внутри живой системы от общего их количества в живой системе, которая размыкается под действием какого-либо фактора.

При разных значениях параметра степень размыкания циклов различна. Когда мы говорим о факторе, можно говорить об элементарных неожиданностях, о выходе значений параметра за рамки, соответствующие благоприятным условиям процесса, и аномальной длительности процесса, который приводит к проявлению противоречий.

Зона пессимума на кривой Гаусса характеризует значения параметров неблагоприятных условий. Факторы отличаются от неблагоприятных условий. Неблагоприятные условия организм может пережить, снизив уровень метаболизма и внешнюю активность, уменьшив потребление и затраты ресурсов. Факторы пережить и переждать нельзя! Организм может лишь переместиться в другую область, где для него отсутствует фактор воздействия. При факторном воздействии требуется увеличить интенсивность процесса обмена веществ и активизировать поведение. Следует учитывать, что когда действует внешний фактор, он разрушает внешние условия и, тем самым, ограничивает поведение.

Внешний фактор может создать внутренний фактор. При этом уже разрушаются условия не только для поведения, но и для существования живой системы. Организм гибнет от внутренних факторов.

Использование ресурсов на преодоление противоречий эффективно в зоне нормы. При неблагоприятных условиях организм прекращает потребление ресурсов и снижает количество решаемых задач.

При факторном воздействии затрата ресурсов на преодоление противоречий может быть эффективна только в течение короткого промежутка времени. При длительном воздействии фактора затрата ресурсов неэффективна - их просто не хватит, поэтому ресурсы следует затрачивать на то, чтобы выйти из зоны действия фактора.

Неблагоприятные значения параметров условий требуют комфортного поведения, а факторы - оборонительного.

Фактор - это термин. Не процесс становится фактором, а соответствующие значения параметров, которые являются неприятными для живой системы. Мы описываем процесс как фактор, чтобы представить, будет ли гибнуть живая система.

Таким образом, факторы - это то, от чего живой системе бывает плохо, условия - то, без чего живой системе плохо, а ресурсы - это то, от чего живой системе хорошо. При этом факторы, условия и ресурсы - это процессы.

Ресурсы - то, чего я хочу, условия - то, без чего я не могу, факторы - то, чего я не хочу.

Теплообмен

Теплообмен - это процесс излучения и поглощения тепловой энергии физическими телами или живыми системами. Для всех живых организмов он является постоянно действующим процессом.

Основные параметры - температура, колебание температуры, сумма эффективных температур, термонейтраль.

Для живых систем это в первую очередь условный процесс, поскольку любые химические реакции в них идут в определенном диапазоне температур.

По законам Вселенной (физико-химическая закономерность) увеличение температуры в среде ведет к пропорциональному возрастанию скорости химических реакций. Для абиотических процессов увеличение температуры на каждые 10 градусов увеличивает скорость химических реакций в 2-3 раза это правило Вант-Гоффа.

Специфика химических реакций внутри организма - их ферментативный катализ. Но внутри живой системы он осуществляется по законам, дополнительным к законам Вселенной, поэтому не является линейной функцией температуры, и скорость химических реакций в организме меняется не всегда прямо пропорционально. Для живых систем существует коэффициент температурного ускорения Q₁₀, разный для различных химических реакций и разных организмов. У тропических растений при температуре выше 10^оС Q₁₀= 3, но существенно снижается при температуре выше 25-30^оС.

Жизненные функции могут протекать (то есть внутренняя активность проявляться) лишь в определенном интервале температур - существуют верхний и нижний порог жизни. За этими порогами противоречия организма со средой становятся неразрешимыми: условные циклы размыкаются, ресурсов для их замыкания не хватает. Температурные пороги неодинаковы для разных видов в связи с видовой спецификой ферментных систем. Верхний порог определяется температурой свертывания белков. Необратимые нарушения их происходят при температуре 60 ^оС - это порог «тепловой смерти» у ряда простейших. У более сложно организованных растений и животных тепловая гибель наступает при более низких температурах. Ее причина - рассогласование обменных процессов, вызванное разными значениями Q₁₀ для различных реакций. Млекопитающие гибнут при температуре 42-43 ^оС из-за нарушения нервных процессов.

Ряд видов бактерий обитает в горячих источниках при температуре 70 ^оС, некоторые анаэробные архебактерии при температуре 85-105 ^оС - это зона благоприятных значений температуры для этих организмов, их высокая термоустойчивость определяется биохимическими особенностями протоплазмы.

Нарушение метаболических и регуляторных процессов наступает и при очень низких температурах и определяется также разной величиной Q₁₀ для отдельных реакций. Переваривание пищи в кишечнике пчел тормозится охлаждением в большей степени, чем потребление глюкозы тканями. То есть факторное воздействие проявляется в первую очередь не внутри живой системы, а на ее границе с внешней средой.

В соответствии с возможностью потребления и использования ресурсов по отношению к процессам теплообмена организмы делятся на пойкилои гомойотермные.

1. Пойкилотермные (греч. poikilos изменчивыq) характеризуются не устойчивой температурой тела, зависящнй от температуры среды, низким уровнем метаболизма. Основной источник поступления энергии - внешнее тепло.

По законам Вселенной скорость изменения температуры любого тела в среде прямо зависит от площади поверхности соприкосновения со средой. Скорость изменения температуры тела пойкилотермных организмов связана обратной зависимостью с их размерами: у более крупных форм относительная поверхность тела уменьшается, что ведет к уменьшению скорости потери тепла.

Температура тела, тем не менее, редко соответствует температуре среды. Отельные части организма продуцируют тепла столько, сколько необходимо для осуществления специфических метаболических процессов. В общих чертах в жарких местообитаниях температура надземных частей растений ниже, а в холодных - выше, чем температура воздуха - это проявление внутренней активности организма. Опять же по законам живой системы у крупных кожистых черепах, пойманных в холодных водах, температура в глубине тела на 18^оС выше температуры воды.

...