Системный подход к объяснению жизни

2. Все живые организмы  размножаются в геометрической  прогрессии.

3. Жизненные ресурсы для  любого вида живых организмов  ограничены, и поэтому должна  возникать борьба за существование  либо между особями одного  вида, либо между особями разных  видов, либо с природными условиями. В понятие «борьба за существование» Дарвин включил не только собственно борьбу особи за жизнь, но и борьбу за успех в размножении.

4. В условиях борьбы  за существование выживают и  дают потомство наиболее приспособленные  особи, имеющие те отклонения, которые случайно оказались адаптивными  к данным условиям среды. Это  принципиально важный момент  в аргументации Дарвина. Отклонения  возникают не направленно —  в ответ на действие среды,  а случайно. Немногие из них  оказываются полезными в конкретных  условиях. Потомки выжившей особи,  которые наследуют полезное отклонение, позволившее выжить их предку, оказываются более приспособленными  к данной среде, чем другие  представители популяции.

5. Выживание и преимущественное размножение приспособленных особей Дарвин назвал естественным отбором.

6. Естественный отбор отдельных изолированных разновидностей в разных условиях существования постепенно ведёт к дивергенции (расхождению) признаков этих разновидностей и, в конечном счёте, к видообразованию.

На этих постулатах, безупречных  с точки зрения логики и подкреплённых огромным количеством фактов, была создана современная теория эволюции.

2.2. Физическая эволюция  Л. Больцмана

В то время как биологические  источники этих идей восходят к дарвиновской теории эволюции, физические примеры  необратимых процессов впервые  стали обсуждаться в термодинамике. Исходные принципы термодинамики были разработаны Карно (1824). Они были открыты при анализе механических сил, порождаемых паровыми машинами. Грубо говоря, первое начало термодинамики  утверждает, что энергия не может  ни создаваться, ни уничтожаться. Если не учитывать механическую работу, электрическую энергию и химические превращения, на которые постоянно  расходуется энергия в природе, полная энергия внутри замкнутой  системы остается неизменной. Фундаментальное значение второго начала для физической эволюции было отмечено Клаузиусом (1865), который ввёл сам термин «энтропия» от греческого слова, обозначающего эволюцию или преобразование. Математически изменение энтропии системы определяется как обратимое добавление теплоты к системе, делённое на ею абсолютную температуру. Энтропия в естественных науках - мера беспорядка системы, состоящей из многих элементов.

Физическая  эволюция  Больцмана  для  изолированных  систем  в  рамках  равновесной  термодинамики,  вела  именно  к  установлению  равновесия,  к равновесному  распределению  хаотических  состояний.  Может  быть,  поэтому классическая  физика  не  интересовалась  развитием  систем.  Классические  физические представления,  в  том  числе  и  квантовая  механика,  могли  объяснить,  как  устроена природа  на атомно-молекулярном уровне, но не отвечали на вопросы, каким образом она  получилась  именно  такой  и  как  правильно  определить,  в  каком  направлении  должно развиваться  живое.  Таким  образом,  согласно  Ч.  Дарвину,  имеется  высокая  упорядоченность  живой  материи  и  имеется  полная  разупорядоченность,  в конечном итоге, в неживой природе по физической модели Больцмана.

В природе, в том числе  и живой, присутствуют одновременно процессы, приводящие и  к  хаосу,  и  к  порядку,  более  того,  их  взаимодействие  происходит  гармонично, что позволяет использовать принципы и идеи синергетики к эволюции и снимает кажущееся противоречие между моделями  развития Больцмана  и Дарвина в синтетической  теории эволюции.  Второй  закон  термодинамики  в современном  представлении  отражает необратимость всех реальных процессов в живой и неживой природе и тем самым может являться всеобщим законом развития материи.

Физический  же  смысл  эволюции  состоит  во  все  большем  удалении  живого  от равновесия,  от  состояния  той  первичной  среды,  в которой оно возникло.  При  этом необходимым элементом эволюции является хаотичность системы, которая подтверждает вероятность  поведения  природных  систем.  Условия  возникновения  хаотичности  в эволюции  существуют  для  абсолютного  большинства  физических,  химических, биологических  структур.  Заметим  также,  что  биоэнергетическая  направленность эволюции  определяет  повышение  в  целом  энергии  жизнедеятельности  живого, перераспределение  которой  в  организме  происходит  в  соответствии  с  законами неравновесной  термодинамики  и  увеличивает  преимущество  организма  в  борьбе  за существование и приспособление к окружающей среде.

Людвиг Больцман (1844-1906) был  первым учёным, попытавшимся свести теорию биологической эволюции к термодинамике и химии XIX в. Для учёных конца этого века большую проблему составляло утверждение, что второе начало термодинамики, казалось, предсказывало конечный беспорядок, смерть и распад природы, в то время как дарвиновская эволюция позволяла развиваться живым упорядоченным системам с возрастающей сложностью. Конечно, второе начало справедливо для замкнутых систем, а живые системы должны быть открытыми и непрерывно обмениваться энергией, веществом и информацией с окружающей средой. Тем не менее, каким образом становится возможным локальное возрастание сложности в море беспорядка и теплового равновесия?

Больцман предложил несколько  объяснений, напоминающих современные  биохимические концепции молекулярного  автокатализа и метаболизма. Происхождение  первых примитивных живых существ, вроде клеток, было сведено к отбору неживых молекулярных строительных блоков, который представлялся Больцману как процесс, напоминающий броуновское движение. Растения, как клеточные агрегаты, — это сложные упорядоченные системы. Таким образом, в духе второго начала термодинамики, это невероятные структуры, которые с помощью солнечного света должны вести борьбу против спонтанной тенденции к возрастанию энтропии в своих стеблях. Так как температура Солнца очень высока, Земля получает от него энергию с относительно низкой энтропией, что может использоваться для компенсации спонтанного возрастания энтропии в растениях. Такой процесс реализуется в фотосинтезе, что было физически объяснено Больцманом в 1886 г. Следовательно, основная борьба за жизнь — это не борьба за исходный материал, или за энергию, а борьба за энтропию, становящуюся доступной в результате перехода от горячего Солнца к холодной Земле.

Больцман распространил  свою основанную на физике теорию эволюции на историю эволюции нервной системы и возникновение памяти и сознания. Он утверждал, что чувствительность примитивных организмов к внешним воздействиям привела к развитию специальных нервов и органов зрения, слуха, осязания, движения и пр. Мозг рассматривается как аппарат или орган для создания моделей мира. Из-за большой полезности этих моделей для выживания человеческой расы, мозг человека, согласно теории Дарвина, развился с той же безупречностью, что и шея жирафа или клюв аиста.

Даже способность создания понятий и теорий объяснялась  эволюцией. Больцман пытался объяснить  человеческие категории пространства, времени и причинности как  развившиеся в мозге инструменты для родового выживания самых приспособленных. Он без колебаний распространил биологическую эволюцию даже на социокультурное развитие и историю человечества. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, целью работы было рассмотрение системного подхода к объяснению жизни.

В первой главе данного  реферата были рассмотрены уровни организации  живых системс позиций нескольких учёных, таких как: Берталанфи, Тимофеев-Ресовский и другие. В связи с этим было выявлена их иерархия, состоящая из восьми уровней: молекулярный, клеточный, тканевый, организменный, онтогенетический, популяционный, видовой, биогеоценотический и биосферный.

Также были рассмотрены методы изучения живых систем - метод Фибоначчи, физический и биологический методы, а также антропный принцип.

Метод Фибоначчи рассматривается как фактор гармонической самоорганизации. Числа ряда  Фибоначчи становятся  системообразующим  фактором  гармонической самоорганизации  живого  организма, т.е. эволюция —  не  просто  адаптация организма  к  внешним  условиям,  а  его  стремление  к  гармонии,  соразмерности  развития всего  организма  как  целого  и  функционирования  его  внутренних  органов  как  частей.

Рассматривая физический и биологический методы, было выявлено, что они не могут рассматриваться  по отдельности, так как многие открытия в биологии сделаны благодаря  учёным-физикам и наоборот. Различие данных методов заключается в том, что биология отвечает на вопрос «для  чего?», а физика спрашивает «почему?», «вследствие  чего?». Еще одним различием является то, что биология, как наука о строении и функциях живых организмов,  устанавливает общие и частные закономерности,  присущие живой природе. Она объясняет  эволюцию  мира  живой природы и место в ней человека. Физика же объясняет, как устроен мир, его законы, но не может объяснить, почему он устроен именно так, а не иначе.

Далее в работе рассматривается  антропный принцип. С помощью  него учёные пытаются ответить на вопрос: почему Вселенная такова, какой мы ее наблюдаем? Т.е. в соответствии с данным принципом роль человека как наблюдателя, соучастника эксперимента становится  неустранимой. Антропный принцип оказывается принципом существования сложного в нашем мире: чтобы на макроуровне было  возможно  образование сложных систем,  элементарные процессы на микроуровне должны проходить очень избирательно. А значит должны учитываться фундаментальные константы, в том числе и константы — параметры, определяющие жизнедеятельность организма.

Итак, как считал Бор, - познание живого организма в виде атомно-молекулярной  системы принципиально дополнительно к изучению  этого организма как целостной системы и ни один результат биологического исследования не может быть однозначно трактован, если не использовать представления физики и химии. Т.е. физический и биологический методы изучения живого должны учитываться комплексно.

Во второй главе данной работы был рассмотрен системный  подход к эволюции живого. Под системным подходом в широком смысле понимают метод исследования окружающего мира, при котором интересующие нас предметы и явления рассматриваются как части или элементы определённого целостного образования. Эти части и элементы, взаимодействуя друг с другом, формируют новые свойства целостного образования (системы), отсутствующие у каждого из них в отдельности. Таким образом, мир с точки зрения системного подхода предстаёт перед нами как совокупность систем разного уровня, находящихся в отношениях иерархии.

Для начала рассматривается  биологическая эволюция Ч. Дарвина, которая в отличие от эволюции Больцмана используется для высокоупорядоченных структур живого организма. Эволюция - это процесс длительных, постепенных, в основном медленных изменений, приводящих к образованию уже других структур, форм, организмов и их видов. Главная идея Дарвинской эволюции - естественный отбор, согласно которому живые организмы могут самосовершенствоваться, эволюционировать в сторону все большей приспособленности к среде обитания и таким образом виды живых организмов могут изменяться. Материалом для отбора является наследственная изменчивость. В своей работе Ч. Дарвин выделяет шесть основных принципов эволюционной теории, который также указаны в данной работе.

Далее, как пример системного подхода, рассматривается физическая эволюция Больцмана, которая, как было сказано выше, используется для неупорядоченных, но стремящихся к равновесию изолированных систем. Физические примеры необратимых процессов впервые стали обсуждаться в термодинамике. Физическая  эволюция  Больцмана в  рамках  равновесной термодинамики,  вела  именно  к  установлению  равновесия,  к равновесному  распределению  хаотических  состояний. В отличие от эволюции  Ч.  Дарвина,  в которой имеется  высокая упорядоченность  живой  материи, у Больцмана, наоборот имеется  полная  разупорядоченность в неживой природе. Физический   смысл эволюции  состоит во  все большем удалении  живого  от равновесия,  от  состояния той первичной среды,  в которой оно возникло. А необходимым элементом эволюции, по Больцману, является хаотичность системы, которая подтверждает вероятность поведения природных систем.  Происхождение первых примитивных живых существ было сведено Больцманом к отбору неживых молекулярных строительных блоков, который представлялся как процесс, напоминающий броуновское движение. Также учёный рассматривает растения, а точнее фотосинтез. Так как температура Солнца очень высока, Земля получает от него энергию с относительно низкой энтропией, что может использоваться для компенсации спонтанного возрастания энтропии в растениях. Такой процесс и реализуется в фотосинтезе. Больцман распространил свою теорию эволюции на историю эволюции нервной системы и возникновение памяти и сознания, а также на социокультурное развитие и историю человечества.

Использованные и проработанные  в данном реферате источники литературы указаны ниже.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Берталанфи  Л. Общая теория  систем.  Системные исследования. М., Наука,

1969.