Лекция 13,14. Человек, биосфера и космические циклы

Биосфера и ее структура. Термин «биосфера» использовал австрийский геолог Э. Зюсс для обозначения оболочки Земли, населяемой живыми организмами.

В.И. Вернадским было разработано представление о биосфере как глобальной единой системе Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жизнью. Он впервые создал учение о геохимической роли живых организмов, показав, что их деятельность является главным фактором преобразования земной коры. По его представлениям: биосфера – та область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается воздействию живых организмов. Участие каждого отдельного организма в геологической истории Земли ничтожно мало. Однако живых существ на Земле много, они обладают высоким потенциалом размножения, активно взаимодействуют со средой обитания и, в конечном счете, представляют в своей совокупности особый, глобальных масштабов фактор, преобразующий верхние оболочки Земли. Биосферу рассматривают как наиболее крупную экосистему планеты, поддерживающую глобальный круговорот веществ.

Современная жизнь распространена в верхней части земной коры (литосфере), в нижних слоях воздушной оболочки Земли (атмосфере) и в водной оболочке Земли (гидросфере). На поверхности Земли в настоящее время полностью лишены живых существ лишь области обширных оледенений и кратеры действующих вулканов. В. И. Вернадский указывал на «всюдность» жизни в биосфере.

В глубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. В литосфере жизнь ограничивает, прежде всего, температура горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне 1,5–15 км уже превышает 100˚С. В нефтяных месторождениях на глубине 2–2,5 км бактерии регистрируются в значительном количестве (живые организмы обнаружены до глубины 7,5 км). В океане жизнь распространена на всех глубинах и встречается на дне океанических впадин в 10–11 км и температурой около 0˚С. Верхняя граница жизни в атмосфере определяется нарастанием ультрафиолетовой радиации. На высоте 25–27 км большую часть ультрафиолетового излучения Солнца поглощает находящийся здесь озон. Все живое, поднимающееся выше защитного слоя озона, погибает. Основная часть жизни в атмосфере сосредоточена в слое до 1–1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни около 6 км над уровнем моря.

Функции живого вещества биосферы. Живое вещество обеспечивает биогеохимический круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Выделяют следующие основные геохимические функции живого вещества:

1. Энергетическая (биохимическая) – связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности организмов.

2. Газовая – способность живых организмов изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. С газовой функцией связывают два переломных периода (точки) в развитии биосферы. Первая из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1% от современного уровня (первая точка Пастера). Это обусловило появление первых аэробных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород). С этого времени восстановительные процессы в биосфере стали дополняться окислительными. Это произошло примерно 1,2 млрд. лет назад. Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10% от современной (вторая точка Пастера). Это создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши (до этого функцию защиты организмов от губительных космических излучений выполняла вода).

3. Концентрационная – «захват» из окружающей среды живыми организмами и накопление в них атомов биогенных химических элементов. Концентрационная способность живого вещества повышает содержание атомов химических элементов в организмах по сравнению с окружающей средой на несколь­ко порядков. Содержание углерода в растениях в 200 раз, а азота в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Содержание марганца в некоторых бактериях может быть в миллионы раз больше, чем в окружающей среде. Результат концентрационной деятельности живого вещества – образование залежей горючих ископаемых, известняков, рудных месторождений и т.п.

4. Окислительно-восстановительная – окисление и восстановление различных веществ с участием живых организмов. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, S, Р, N и др.), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.п.

5. Деструктивная – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) – сапротрофные грибы и бактерии.

6. Транспортная – перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Такой перенос может осуществляться на огромные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например, в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения).

7. Средообразующая – преобразование физико-химических параметров среды. Эта функция является в значительной мере интегральной – представляет собой результат совместного действия других функций. Она имеет разные масштабы проявления. Результатом средообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна из сред обитания, и более локальные структуры.

8. Рассеивающая – функция, противоположная концентрационной – рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п. Железо гемоглобина крови рассеивается кровососущими насекомыми.

9. Информационная – накопление живыми организмами определенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

10. Биогеохимическая деятельность человека – превращение и перемещение веществ биосферы в результате человече­ской деятельности для хозяйственных и бытовых нужд человека. Например, использование концентраторов углерода – нефти, угля, газа и др.

Таким образом, биосфера представляет собой сложную динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

Круговорот веществ в биосфере. Основой самоподдержания жизни на Земле являются биогеохимические круговороты. Все химические элементы, используемые в процессах жизнедеятельности организмов, совершают постоянные перемещения, переходя из живых тел в соединения неживой природы и обратно. Возможность многократного использования одних и тех же атомов делает жизнь на Земле практически вечной при условии постоянного притока нужного количества энергии.

В зависимости от движущей силы, с определенной долей условности, внутри круговорота веществ можно выделить геологический, биологический и антропогенный круговороты.

Геологический круговорот (большой круговорот веществ в природе) – круговорот веществ, движущей силой которого являются геологические процессы. Протекает без участия живых организмов и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими слоями Земли. Крупнейшие формы рельефа (материки и океанические впадины) и крупные формы (горы и равнины) образовались за счет эндогенных процессов, а средние и мелкие формы рельефа (речные долины, холмы, овраги, барханы и др.), наложенные на более крупные формы, – за счет экзогенных процессов.

Биологический (биогеохимический) круговорот (малый круговорот веществ в биосфере) – круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов и совершается в пределах биосферы. Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез. В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ, затем они потребляются гетеротрофами. В результате выделения в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов (как автотрофов, так и гетеротрофов) органические вещества подвергаются минерализации, то есть превращению в неорганические вещества. Эти неорганические вещества могут быть вновь использованы для синтеза автотрофами органических веществ. В зависимости от расположения резервного фонда (т.е. веществ не связанных с живыми организмами) биогеохимические круговороты можно разделить на два типа:

1) Круговороты газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере и гидросфере (круговороты углерода, кислорода, азота).

2) Круговороты осадочного типа с резервным фондом в земной коре (круговороты фосфора, кальция, железа и др.).

Интенсивность биологического круговорота в первую очередь определяется температурой окружающей среды и количеством воды.

С появлением человека возник антропогенный круговорот, или обмен, веществ. Антропогенный круговорот (обмен) – круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека. В нем можно выделить две со­ставляющие: биологическую, связанную с функционированием человека как живого организма, и техническую, связанную с хозяйственной деятельностью людей (техногенный круговорот).

Геологический и биологический круговороты в значительной степени замкнуты, чего нельзя сказать об антропогенном круговороте. Поэтому часто говорят не об антропогенном круговороте, а об антропогенном обмене веществ.

Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем. Биологическая эволюцией – это историческое развитие организмов, в основе которого лежат уникальные процессы функционирования генетической информации в конкретных условиях окружающей среды.

Основу принципов эволюции, воспроизводства и развития живых систем составляют, предложенные Ч. Дарвином, движущие силы эволюции: наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор.

Основные эволюционные учения. На протяжении многих веков господствовали представления о Божественном происхождении природы креационизма, о том, что виды организмов были созданы в их нынешних формах, после чего они же не изменялись.

К концу XVIII в. было описано много животных и растений, проводились попытки их систематизации. Значительный вклад в создание системы природы внес шведский ученый К. Линней.

Эволюционное учение Ламарка. В системе природы Ламарк разместил организмы в восходящем порядке – от простейших до высокоорганизованных существ. По его мнению, эволюция идет на основании внутреннего стремления организмов к прогрессу. Причиной многообразия живого Ламарк считал воздействие различных факторов среды, причем реакции организма на воздействия среды носят целесообразный характер и передаются по наследству, эти представления оказались ошибочными.

Теория эволюции Дарвина. В 1858 г. Ч.Дарвин и независимо от него А.Р. Уоллес обосновали принцип естественного отбора и представление о борьбе за существование как механизме этого отбора. Теория эволюции путем естественного отбора основана на следующих положениях:

1. Для живого характерно наличие изменчивости, причем для эволюции громадное значение имеет наследственная изменчивость. При благоприятных условиях эти различия могут не играть существенной роли, при неблагоприятных – каждое мельчайшее различие может стать решающим в том, останется ли этот организм в живых и даст потомство или же он будет уничтожен.

2. Для организмов характерно размножение в гео­метрической прогрессии. Потенциально вид в каждом поколении производит гораздо больше особей, чем их может выжить до взрослого состояния на занимаемой территории. Следовательно, значительная часть родившихся гибнет в «борьбе за жизнь». В результате борьбы за существование происходит элиминация (физическая гибель или устранение при размножении) особей, которые по признакам наименее соответствуют условиям среды обитания. Таким образом, следствием борьбы за существование является естественный отбор.

Естественный отбор, по Дарвину, – это выживание наиболее приспособленных, и преимущественное оставление ими потомства. Естественный отбор не отбирает более приспособленных, они просто сохраняются в результате элиминации менее приспособленных.

Ч.Дарвин считал, что возникновение новых видов происходит постепенно путем накопления полезных индивидуальных изменений, увеличивающихся из поколения в поколение. Процесс видообразования происходит по принципу дивергенции, т.е. за счет расхождения признаков.

Таким, образом, результатом отбора является возникновение приспособлений и на этой основе – видового разнообразия.

Дарвин впервые предложил естественно-научное объяснение эволюционного процесса. Он указал на движущие силы эволюции: наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор; дал объяснение механизма видообразования.

Синтетическая теория эволюции (СТЭ) возникла в конце XIX в. и представляет собой единение нескольких наук, первостепенными из них являются теория эволюции и генетика. Основные положения СТЭ по Н.Н. Воронцову следующие:

1. Материалом для эволюции служат, как правило, очень мелкие, но дискретные изменения наследственности – мутации.

2. Основным или даже единственным движущим фактором эволюции является естественный отбор, основанный на отборе (селекции) случайных и мелких мутаций.

3. Наименьшая эволюционирующая единица эволюции – популяция.

4. Эволюция носит дивергентный характер, т.е. один таксон может стать предком нескольких дочерних таксонов, но каждый вид имеет единственный предковый тип.

5. Эволюция носит постепенный и длительный характер.

6. Вид состоит из множества соподчиненных, морфологически, физиологически и генетически отличных, но репродуктивно не изолированных единиц – подвидов, популяций.

7. Обмен аллелями возможен лишь внутри вида. Вид – генетически целостная и замкнутая система.

8. Любой реальный, а не сборный таксон имеет однокорневое, монофилитическое происхождение.

Начальные этапы развития жизни на Земле. Как полагают, первые примитивные клетки появились в водной среде Земли 3,8 млрд. лет назад – анаэробные, гетеротрофные прокариоты, они питались синтезированными абиогенно органическими веществами или менее удачливыми своими собратьями; энергетические потребности удовлетворяли за счет брожения.

При увеличении численности гетеротрофных прокариотических клеток запас органических соединений в первичном океане истощался. В этих условиях значительное преимущество при отборе должны были приобрести организмы, способные к автотрофности, т.е. к синтезу органических орг. веществ из неорганических. Видимо, первыми автотрофными организмами были хемосинтезирующие бактерии. Следующим этапом было развитие реакций с использованием солнечного света – фотосинтез.

Для первых фотосинтезирующих бактерий источником электронов был сероводород. Значительно позже у цианобактерий (синезеленых водорослей) развился более сложный процесс получения электронов из воды. В качестве побочного продукта фотосинтеза в земной атмосфере начал накапливаться кислород. Это явилось предпосылкой для возникновения в ходе эволюции аэробного дыхания. Способность синтезировать при дыхании большее количество АТФ позволяла организмам расти и размножаться быстрее, а также усложнять свои структуры и обмен веществ.

Многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости биосферы. Современное биологическое разнообразие: на Земле от 5 до 30 млн. видов. Биологическое разнообразие – как результат взаимодействия двух процессов – видообразования и вымира­ния. Биологическое разнообразие – наиболее ценный «ресурс» планеты. Биологическое разнообразие включает два понятия: генетическое разнообразие или многообразие генетических свойств у особей одного вида и видовое разнообразие или чис­ло различных видов внутри сообщества или всей биосферы. Биоразнообразие обеспечивает новыми источниками питания, энергии, сырья, химических и лекарственных продуктов. Генетическое разнообразие позволяет видам совершенствоваться, приспосабливаться, использовать необходимые ресурсы, найти место в биогеохимическом круговороте Земли. Биоразнообразие – страховая политика природы против катастроф. Структура биологического разнообразия. Единицы систе­мы – демы и популяции. Генофонд популяции.

Структура и функционирование экологических систем. Экологические факторы – это отдельные элементы среды обитания, которые воздействуют на организмы. Каждая из сред обитания отличается особенностями воздействия экологичес­ких факторов. По природе экологические факторы делят на абиотические и биотические, природные и антропогенные.

Абиотические факторы – компоненты неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на организм (свет, температура, влажность, ветер, атмосферное давление, землетрясения, извержения вулканов, движение ледников, радиоактивное излучение, крутизна местности и др.).

Биотические факторы – воздействие на организм других живых организмов (внутривидовые, межвидовые; по типу взаимодействия – протокооперацию, мутуализм, комменсализм, внутривидовую и межвидовую конкуренции, паразитизм, хищничество, аменсализм, нейтрализм.

Антропогенные факторы – деятельность человека, приводящая либо к прямому воздействию на живые организмы, либо к изменению среды их обитания (охота, промысел, сведение лесов, загрязнение, эрозия почв и др.).

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.

1. Закон толерантности (закон оптимума или закон В. Шелфорда) – каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятель­ности особей (много «хорошо» – тоже «не хорошо»). Способность живых организмов переносить количественные колебания действия экологического фактора в той или иной степени называется экологической валентностью или толерантностью.

2. Закон минимума (закон Ю. Либиха или правило ограничивающих факторов) – возможности существования организмов в первую очередь ограничивают те факторы среды, которые наиболее удаляются от оптимума.

3. Гипотеза незаменимости фундаментальных факторов (В.Р. Вильямсон) – полное отсутствие в среде полное отсутствие в среде фундаментальных экологических факторов (физиологически необходимых; например, света, воды, углекислого газа, питательных веществ) не может быть компенсировано (заменено) другими факторами. Так, по данным «Книги рекордов Гиннеса» без воздуха человек может прожить до 10 мин., без воды – 10–15 суток, без пищи – до 100 дней.

Живые организмы находятся между собой и абиотическими условиями среды обитания в определенных отношениях, обра­зуя тем самым, так называемые, экологические системы.

Биоценоз – совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.

Биотоп – определенная территория со свойственными ей абиотическими факторами среды обитания (климат, почва).

Биогеоценоз – совокупность биоценоза и биотопа.

Экосистема (экологическая система) – система совместно обитающих живых организмов и условий их существования, связанных потоком энергии и круговоротом веществ. Экосистема = биоценоз + биотоп.

При всем многообразии органический мир представляет собой единое целое. Как бы ни отличались друг от друга отдельные виды животных, растений и микроорганизмов, всем им присуще определенное биохимическое единство, выражающееся в общности химического состава (белков, углеводов, жиров, ферментных и гормональных систем и др.) и близости типов реакций, лежащих в основе процессов ассимиляции и диссимиляции. Огромное видовое разнообразие живых организмов обеспечивает постоянный биогеохимические круговороты веществ. Каждый из организмов, вступает в специфические взаимоотношения со средой и играет свою роль в трансформации веществ и энергии. Живые организмы входят в тот или иной биоценоз – совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.

Важное экологическое правило состоит в том, что чем разнороднее и сложнее биоценоз, тем выше его устойчивость, способность противостоять различным внешним неблагоприятным воздействиям. Одни и них сохраняются в течение длительного времени, другие закономерно изменяются. Процесс смены одного сообщества другим называется сукцессией. В ходе сукцессии увеличивается разнообразие входящих в состав биоценоза видов организмов, вследствие чего повышается его устойчивость.

Повышение видового разнообразия обусловлено тем, что каждый новый компонент биоценоза открывает новые возможности для других. Например, появление деревьев позволяет проникнуть в экосистему видам, живущим в подсистеме дерева: на коре, под корой, строящим гнезда на ветвях, в дуплах.

Объединение разнородных индивидуумов в популяции создает преимущества в борьбе за существование и обеспечивает более активные отношения вида со средой обитания, поскольку возникают более активные сложные формы групповой жизнедеятельности. Морфологическое разнообразие внутри вида, существование географических рас (подвидов) и биологических форм расширяют использование видом среды и имеют важное значение в борьбе за существование с другими видами. В состав биоценоза входят 4 функциональных компонента, обеспечивающих круговорот веществ:

Продуценты – автотрофные организмы, способные производить органические вещества из неорганических, используя фотосинтез или хемосинтез (растения и авто­трофные бактерии).

Консументы (макроконсументы, фаготрофы) – гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов (животные, гетеротрофные растения, некоторые микроорганизмы).

Редуценты (микроконсументы, деструкторы, сапротрофы, осмотрофы) – гетеротрофные организмы, питающиеся органическими остатками и разлагающие их до минераль­ных веществ (сапротрофные бактерии и грибы).

В экосистеме пищевые и энергетические связи идут в направлении: продуценты → консументы → редуценты. Питаясь друг другом, живые организмы образуют цепи питания. Каждое звено цепи называется трофическим уровнем. При передаче энергии в пищевой цепи с одного трофичес­кого уровня на другой большая часть энергии рассеивается в виде тепла (в соответствии со вторым законом термодинамики), и только около 10 % от первоначального количества передается по пищевой цепи.

Правило десяти процентов – на каждый следующий трофический уровень переходит примерно 10 % вещества и энергии предыдущего уровня.

Таким образом, биоценозы – целостные системы, где существование одних видов без других невозможно, так как их обмены веществ сопряжены и приспособлены друг к другу: одни виды используют продукты метаболизма других видов или их самих в качестве пищи. В биоценозе на основе взаимодействия составляющих их видов возникают новые формы отношений живых существ с неживой природой.

Порция солнечной энергии, поступающая в виде света, связывается фототрофами – организмами, способными преобразовывать световую энергию в энергию химических связей сложных органических веществ (растения используют 1 % солнечной энергии). Этот процесс называется фотосинтезом и является основой всей жизни на Земле. В результате фотосинтеза не только создается пища для всех животных, грибов и множества бактерий, использующих готовые органические вещества, но и выделяется в атмосферу кислород, необходимый для жизни большинства организмов.

Помимо энергии всем организмам необходимы элементы, входящие в состав неорганических веществ, в частности углерод, водород, кислород, азот. Они необходимы всем живым существам в больших количествах, в связи, с чем они получили название органогенных элементов. Всем организмам нужны также фосфор, сера, калий, кальций, железо, магний и другие элементы. Все перечисленные элементы совершают в биосфере круговорота переходя от одних организмов к другим.

В то же время биосфера Земли является ресурсом для жизни живых организмов. Например, разнообразные виды микробов (хемогетеротрофы, фотоавтотрофы и др.) в результате жизнедеятельности вырабатывают кислород, необходимый для жизни всех существ.

Бактерии, цианобактерии (сине-зеленые водоросли), микроскопические грибы, простейшие играют ведущую роль в жизни биосферы. Не будь микроорганизмов, круговорот веществ на планете не мог бы осуществляться. Условия, в которых ныне существуют высшие формы жизни (растения, животные), созданы микроорганизмами, прежде всего бактериями.

Мир бактерий разнообразен. Существуют сообщества микроорганизмов, образующие горные породы и называемые строматолитами. Древнейшие сообщества микроорганизмов, к которым относятся и строматолиты, создали ту биохимическую «машину» планеты, в которую затем встраивались растения и животные. Именно они создали первую на Земле пленку органического вещества и обогатили атмосферу кислородом.

Возникшие значительно позже растения и животные в свою очередь создали для бактерий новые экологические ниши. Так, особые сообщества микроорганизмов складываются в почве, прилегающей к корням растений. Или, например, некогда проглоченные с частицами органического вещества бактерии в ходе эволюции образовали сообщества в пищеварительном тракте млекопитающих.

Всюду на Земле можно встретить разнообразные формы жизни – от невидимых вирусов и бактерий до громадных китов и гигантских деревьев. Рост разнообразия живых организмов способствовал возрастанию устойчивости биосферы, ее развитию и совершенствованию, а также эволюционному развитию видов и сохранению энергии и ресурсов.

В ходе естественного отбора в составе биоценоза неизбежно сохраняются лишь те виды организмов, которые могут наиболее успешно размножаться именно в данном сообществе. Устойчивость биосферы в целом, ее способность эволюционировать определяется тем, что она представляет собой систему относительно независимых биоценозов. Взаимосвязь между ними ограничивается связями посредством неживых компонентов биосферы.

Биологическое разнообразие животных увеличивается от полюсов к экватору и достигает своего пика в тропиках, в морях и океанах.

В истории Земли были катастрофы, когда биологическое разнообразие, как на суше, так и в океане резко сокращалось за короткие в геологическом масштабе сроки. Многие виды исчезали, земная кора опускалась или поднималась, менялись уровень моря, климат. Виды погибали, не приспособившись к новым условиям, но они сменялись новыми. Биосфера Земли проявила свою устойчивость и способность развививаться благодаря многообразию живых организмов, их способности выживать, приспосабливаться к изменяющимся условиям, размножаться.

Глобальные экологические проблемы. Концепции устойчивого развития. Появление на Земле около 40 тыс. лет назад человека разумного Вернадский рассматривал как естественную часть биосферы, а деятельность его – как важнейший геологический фактор. С появлением человека на биосферу Земли стало оказываться все возрастающее воздействие, как позитивное, но в большей мере – негативное.

Загрязнение – привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых (обычно не характерных для нее) вредных химических, физи­ческих, биологических агентов. Загрязнение окружающей среды может быть физическое (тепловое, радиоактивное, шумовое, электромагнитное, световое и др.), химическое (тяжелые металлы, пестициды, синтетические поверхностно активные вещества – СПАВ, пластмассы, аэрозоли, детергенты и др.) и биологическое (патогенные микроорганизмы и др.).

Ингредиентное загрязнение – совокупность веществ, количественно или качественно чуждых естественным биогеоценозам (бытовые стоки, ядохимикаты и удобрения, продукты сгорания и т.д.).

Параметрическое загрязнение – изменение качественных параметров окружающей природной среды (шумовое, тепловое, световое, радиационное, электромагнитное).

Биоценотическое загрязнение – воздействия, вызывающие нарушение в составе и структуре популяций живых организмов (перепромысел, направленная интродукция и акклиматизация видов и т.д.).

Стациально-деструкционное загрязнение (от слов стация – место обитания популяции, деструкция – разрушение) – воздействие, приводящее к нарушению и преобразованию ландшафтов и экосистем в процессе природопользования (вырубка лесов, эрозия почв, урбанизация и пр.).

Парниковый эффект – разогрев нижних слоев атмосферы, вследствие способности атмосферы пропускать коротковолновую солнечную радиацию, но задерживать длинноволновое тепловое излучение земной поверхности. Парниковому эффекту способствует поступление в атмосферу антропогенных примесей (диоксида углерода, пыли, метана, фреонов и т.д.). Отрицательные для человечества последствия парникового эффекта заключаются в повышении уровня Мирового океана в результате таяния материковых и морских льдов, теплового расширения океана и т.п.

Разрушение «озонового слоя». Слой атмосферы с наибольшей концентрацией озона на высоте 20–25 км называется озоносферой. «Озоновая дыра» – значительное пространство в озоносфере планеты с заметно пониженным (до 50% и более) содержанием озона. Основной причиной возникновения «озоновых дыр» является значительное содержание в атмосфере фреонов, широко применяемые в производстве и быту в качестве хладагентов (холодильники, кондиционеры, рефрижераторы), пенообразователей и распылителей (аэрозольные упаковки). Истощение озонового слоя в атмосфере Земли приводит к увеличению потока ультрафиолетовых лучей на земную поверхность. Ультрафиолетовые лучи в небольших дозах необходимы живым организмам (стимуляция роста и развития клеток, бактерицидное действие, синтез витамина D и т.д.), в больших дозах губительны, из-за способности вызывать раковые заболевания и мутации.

Кислотные дожди – дождь, подкисленный до рН < 5,6 из-за растворения в атмосферной влаге антропогенных выбросов (диоксид серы, оксиды азота, хлороводород и пр.). Отрицательное воздействие кислотных дождей на растительность проявляется как в прямом биоцидном воздействии на растительность, так и в косвенном через снижение рН почв. Выпадение кислотных дождей приводит к ухудшению состояния и гибели целых лесных массивов, а также снижению урожайности многих сельскохозяйственных культур. Снижение рН воды вызывает сокращение запасов промысловой рыбы, деградацию многих видов организмов и всей водной экосистемы, а иногда и полную биологическую гибель водоема.

Деградация почвенного покрова. Деградация почв – ухудшение качества почвы в результате снижения плодородия. К явлениям деградации почв относятся: дегумификация почв (потеря почвами гумуса); промышленная эрозия почв (отчуждение почв городами, поселками, дорогами, линиями электропере­дач и связи, трубопроводами, карьерами, водохранилищами, свалками и т.д.); водная и воздушная эрозия (дефляция) почв (разрушение верхних слоев почвы под действием воды и ветра); вторичное засоление почв (результат неправильного орошения минерализованными или пресными водами); затопле­ние, разрушение и засоление почв водами водохранилищ и др.

Деградация растительного покрова. К деградации растительного покрова ведут следующие антропогенные факторы: прямое уничтожение в ходе использования (рубка лесов, выкашивание, сбор с различными целями, стравливание домашними животными), при создании водохранилищ, в ходе открытых разработок ископаемых, при пожарах, в процессе распашки новых угодий; ухудшение условий жизни растений при орошении, осушении, засолении почв, изменении гидрологии водоемов, загрязнении среды токсичными химическими веществами и элементами, заносе вредных организмов (возбудителей болезней, конкурентов) и др.

Деградация животного мира. К сокращению или уничтожению видов животных ведут следующие антропогенные факторы: прямое уничтожение в результате промысла животных, добываемых ради меха, мяса, жира и пр., при применении химических веществ для борьбы с вредителями сельского хозяйства (при этом часто гибнут не только вредители, но и полезные для человека животные), ухудшение условий жизни животных в результате вырубки лесов, распашки степей, осушения болот, сооружения плотин, строительства городов, загрязнения атмосферы, воды, почвы и т.д.

Демографическая проблема. Стремительный рост численности населения развивающихся стран часто называют «демографическим взрывом». Его начало приходится на вторую половину XXв.

Развивая цивилизацию, человек вырубает леса, распахивает степи, осушает болота, переселяет в новые места животных и пересаживает растения. Такое вмешательство в природу нарушает биологическое равновесие и в конечном итоге сокращает биологическое разнообразие.

Исчезновение видов живых организмов нарушает тонкий баланс природы, который складывался миллионы лет. Обедневшие экологические системы (леса, луга, озера и т.д.) становятся неустойчивыми и подвергаются разрушению при любом изменении внешних условий. Это создает угрозу устойчивости биосферы, способствует ее разрушению, так как от одного исчезнувшего вида тянется скрытая цепочка последствий, подчас опасных не только для природы, но и для человечества.

Поэтому биологическое разнообразие планеты нуждается в охране. Для этого во всех странах мира создаются особо охраняемые природные территории (ООПТ): заповедники, заказники, национальные парки.

В 1992 г. в Рио-де-Жанейро (Бразилия) была подписана Международная конвенция о биологическом разнообразии. В ней выражена решимость общими усилиями сохранять и поддерживать богатство и разнообразие всего живого. Многообразие живых организмов – основа устойчивости биосферы. Индикаторами приближения биосферы к границе неустойчивости являются загрязнения окружающей среды, потепление климата, утоньшение озонового слоя, уменьшение биологического разнообразия, необратимое изменение связей в биогеоценозах и т.д.

В связи с проблемой устойчивости экосистем возникла необходимость разработки концепции устойчивого развития. По своему замыслу принятие этой концепции должно было стимулировать разработку общей стратегии развития человеческого общества на базе экологически целесообразного природопользования, сохранения благоприятного для людей состояния окружающей среды, обеспечивающее приемлемое качество жизни для нынешнего и последующих поколений людей. Эту концепцию можно рассматривать в конечном итоге, как переход общества к ноосфере. Принципиально новое, что внес наш век в понимание проблемы органического многообразия, сводится к следующему: сохранение биологического разнообразия – непременное условие существования человека на Земле.

Микро- и макроэволюция. Факторы эволюции. Эволюционный процесс разделяют на два этапа: микроэволюцию – возникновение новых видов; макроэволюцию – эволюционные преобразования на надвидовом уровне.

Теория микроэволюции изучает необратимые преобразования генетико-экологической структуры популяции (вида), приводящие к формированию нового вида. При этом популяция есть элементарная единица эволюции.

Теория макроэволюции рассматривает вопросы происхождения и развития надвидовых таксонов (классов, семейств, отрядов и т.д.), обосновывает закономерности развития жизни на Земле.

Процесс макроэволюции длится десятки и сотни миллионов лет, а микроэволюции тысячи тел.

Результатом эволюции является образование из популяций новых видов. Выделяют два основных пути видообразования: 1) аллопатрическое или географическое видообразование, связанное с пространственной изоляцией дивергировавших групп и может осуществляться в основном путем миграции или расчленения ареала различными преградами (реки, горы, почвы, климат и др.); 2)симпатрическое видообразование осуществляется в пределах ареала исходного вида несколькими способами – путем попиплоидии, гибридизации, сезонной изоляции.

Вид – совокупность особей, характеризующихся общим происхождением, наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, способных скрещиваться и давать плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям среды и занимающих определенный ареал. Критерии вида: морфологический, физиологический, биохимический, генетический, экологический, географический.

Популяция – совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, населяющих определенный ареал и частично изолированных от других популяций.

Изменения генотипического состава популяций происходят под действием множества событий, которые тем или иным путем в состоянии преобразовывать популяции. Тем не менее возможно выделить четыре основных элементарных фактора эволюции: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция и естественный отбор.

Мутационный процесс постоянно увеличивает генетическую гетерогенность популяций, создает резерв изменчивости и дает более широкие возможности для совершенствования приспособлений при изменении среды. Элементарными наследственными изменениями являются различные формы мутаций, которые определяют изменения признаков, свойств и норм реакции у организмов. В сумме они составляют ту «неопределенную», «индивидуальную» изменчивость, которую Ч. Дарвин положил в основу процесса эволюции. Сам мутационный процесс без участия других факторов эволюции не может направлять изменения эволюционного материала, резерва наследственной изменчивости.

Популяционные волны или «волны жизни» – периодические и непериодические колебания численности особей в популяциях. Причинами этих колебаний могут быть различные абиотические и биотические факторы. При резком сокращении численности (например, вследствие сезонных колебаний, сокращения кормовых ресурсов и т.д.) среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут быть редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановится за счет этих особей, то это приведет к случайному изменению частот генов в генофонде данной популяции. Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала. Примерами популяционных волн могут служить колебания численности грызунов, цианобактерий, насекомых, бактерий и т.п. Случайное изменение частот генов в генофонде популяции называют дрейфом генов.

Изоляция – важнейший фактор эволюции, приводящий к разобщению, делающим невозможным свободное скрещивание. Размножение идет преимущественно в пределах изолята, прекращается обмен генетической информацией с другими группами. Это способствует закреплению начальной стадии изменения генофонда обособившейся группы, становлению ее как самостоятельной генетической системы. Различают пространственную и биологическую изоляцию.

Пространственная изоляция связана с территориально-географическими (водные преграды, горные хребты, места, непригодные для жизни, и др.) и экологическими (расселение по разным экологическим нишам) факторами разобщения популяций. К биологической изоляции могут относиться особенности поведения, изменения строения и физиологической активности сроков размножения и ряда других факторов, препятствующих скрещиванию. Эволюционное значение разных форм изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями.

Изменения частот генов, вызываемые приведенными выше факторами эволюции, носят случайный, ненаправленный характер, и даже их совместное действие не приводит к устойчивому осуществлению направленного процесса эволюции. Направляющим фактором эволюции является естественный отбор.

Естественный отбор – ведущий, направляющий фактор эволюционного развития органического мира. Естественный отбор следует понимать как избирательное выживание и возможность оставления потомства отдельными особями. Биологическое значение особи, давшей потомство, определяется вкладом ее генотипа в генофонд популяции. Отбор действует в популяциях и его объектами являются фенотипы отдельных особей. Фенотип организма формируется на основе реализации информации генотипа в определенных условиях среды. Таким образом, отбор из поколения в поколение по фенотипам ведет к отбору генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а генные комплексы. Для эволюции имеют значение не только генотипы, но и фенотипы и фенотипическая изменчивость. Различают три основные формы естественного отбора: стабилизирующий (сохранение признаков вида со средними значениями в относительно постоянных условиях), движущий (действует в изменяющихся условиях среды и обеспечивает преимущество особям с некоторыми отклонениями от средней нормы), разрывающий или дизруптивный (способствует сохранению сразу множеству фенотипов и действует в разнообразных условиях).

Направления эволюционного процесса. С момента возникновения жизни развитие живой природы шло от простого к сложному, от низкоорганизованных форм к более высоко организованным и имело прогрессивный характер. А.Н. Северцов выделял три основных пути эволюционных преобразований: ароморфоз, идиоадаптация, общая дегенерация.

Ароморфозы (арогенез) – усложнения строения и функций организмов, которые ведут к общему повышению организации и жизнеспособности группы в новых условиях обитания. Приводят к возникновению новых крупных систематических групп – типов, классов. Например, предки млекопитающих и птиц приобрели ароморфозы важнейших систем: нервной, кровеносной, дыхатель­ной и др., что обеспечило освоение ими более сложных сред обитания.

Идиоадаптации (аллогенез) – мелкие приспособления к специфическим условиям среды, полезные в борьбе за существование, но существенно не меняющие уровня организации. Классы насекомых, птиц и млекопитающих на основе многочисленных идиоадаптации (разнообразные преобразования различных органов) дали громадное многообразие видов.

Общая дегенерация (катагенез) – упрощение организации, образа жизни в результате приспособления к более простым условиям существования. Например, переход к паразитическому или сидячему образу жизни нередко сопровождается морфофизиологическими перестройками, редукциями некоторых органов и систем

В природе также наблюдается и биологический регресс, который характеризуется уменьшением численности особей группы, сокращением ареала, уменьшением числа и разнообразия дочерних групп.

Основные правила эволюции. Правило необратимости эволюции (правило Л. Долло): эволюционный процесс необратим, возврат к прежнему эволюционному состоянии, ранее осуществленному в ряду поколений предков, невозможен.

Правило происхождения от неспециализированных предков (правило Э.Копа): возникновение новых крупных групп, сопровождающихся повышением уровня организации, связано с примитивными неспециализированными формами.

Правило прогрессирующей специализации (правило Ш.Депере): организмы единожды ставшие на путь узкой специализации, в дальнейшем буду развиваться по пути все более глубокой специализации.

Правило адаптивной радиации (правило Г.Осборна): историческое развитие (филогенез) каждой группы организмов происходит путем разделения исходного ствола на несколько боковых ветвей, расходящихся в нескольких адаптивных направлениях.

Правило чередования главных направлений эволюции (правило И.И.Шмальгаузена): в процессе эволюции происходит чередование ее основных направлений (ароморфозы сменяются идиоадаптациями).

Биогенетический закон Геккеля–Мюллера: онтогенез представляет собой краткое повторение филогенеза.

Биоэтика. Сравнительно недавно возникла одна из многих междисциплинарных наук – биоэтика. Причем в данном случае речь идет о науке, пограничной между естественными и гуманитарными знаниями.

Биологически существование живого организма сводится к исполнению трех функций:

1. поддержанию жизни, т.е. удовлетворению потребности в пище, физиологических отправлениях, восстановлению сил (сон, отдых);

2. приспособлению к внешней среде, пассивному (гнездо, нора, средства мимикрии и т.д. у животных; кров, одежда – у человека) и активному (защите от посягательств других особей);

3. воспроизводству себе подобных.

Природа снабдила все живое средствами для исполнения этих функций, сделав, однако, так, что эти средства не являются абсолютными. Относительность и ограниченность их в отношении каждого отдельного организма делают ограниченным время жизни индивидуума, что является условием обновления, совершенствования и развития живого как целого.

Для того чтобы предупредить развитие пессимистического сценария эволюции биосферы, в последние годы набирает силу новая наука –биоэтика, находящаяся на стыке биологии и этики.

Цель биоэтики – выработка этических, нравственных норм взаимодействия человека с миром природы, в том числе с миром живой природы.

В настоящее время формируется целый ряд основных принципов биоэтики. При этом исходными являются те, которые утверждают жизнь в качестве высшей ценности. Эти принципы включают следующее:

1. Гармонизация системы «человек – биосфера», выдвижение в качестве главной задачи создание оптимальных взаимоотношений между человеком и окружающей живой и неживой природой, создание совокупности правил и норм биоэтики для всемирного содружества всех стран планеты Земля.

2. Признание принципа единства жизни и этики, их взаимообусловленности. При этом жизнь – высшее проявление упорядоченности и развития в природе, а этика – сила, организующая социальную сферу.

3. Особое место в биоэтике занимает выработка оптимальных программ в системе отношений «человек–медицина».

Таким образом, под биологической этикой понимается применение правил и норм общечеловеческой морали, в которых осмысливаются проблемы долга, совести, чести, добра и зла.

Медицинская биоэтика.Одной из очень важных проблем биоэтики является также проблема «человек–медицина». Она включает, например, такие вопросы, как целесообразность поддержания жизни смертельно больного человека, допустимость использования человеком его «права на смерть», проведение научных экспериментов над животными и людьми, наконец, целесообразность применения генетики для клонирования (копирования) животных и людей.

Принципы поведения животных. Биоэтику следует рассматривать как естественное обоснование человеческой морали. Когда мы, люди, говорим «мы все люди и ничего человеческое нам не чуждо» на самом деле наше поведение похоже на поведение животных, изучением которого занимается этология. Многие признаки человеческого поведения генетически и социально обусловлены. Часть человеческих черт обусловлено воспитанием, образованием и другими факторами внешней среды. Все человеческие действия – это его поведение. Истоки человеческой морали можно и нужно искать поведенческих программах, присущих животным. Этологи открыли у животных большой набор инстинктивных запретов, необходимых и полезных в отношении с сородичами. Все эти запреты возникают под жестким давлением отбора рода – выполнения задачи сохранения вида. Основные запреты у животных:

1. «Не убей своего», чтобы его выполнить, необходимо отличать своего от чужого, должна работать система «свой–чужой» биологического узнавания, поэтому;

2. Нельзя не нападать неожиданно и сзади. Ритуал – специальная форма взаимодействия изобретенная людьми для удовлетворения потребности в признании среди своих. Потребность в признании – это первая потребность, с которой начинается взаимодействие людей. Если эта потребность не реализуется, то начинает развиваться агрессивное поведение по отношению к «непризнанному человеку», который ощущает себя как чужой.

3. У хорошо вооруженных природой животных есть запрет применения смертоностного оружия или убийственного приема в драке со своими. Этот механизм торможения является врожденным;

4. Не бить того, кто принял позу покорности «не бей лежачего»;

5. Победа с тем, кто прав. Животное, защищавшее свою территорию, нору, самку (детенышей) почти всегда выигрывает в конфликте даже у более сильного противника, потому что противник психически ослаблен.

Исследование феномена власти показывает, что государственная власть своими корнями уходит в биосоциальную эволюцию предков человека. Среди социальных животных структурируются:

– лидер (вожак) α – взрослые сильные особи с быстрой реакцией;

– β – разумные особи, уступающие первым в физической силе, быстроте реакции, храбрости, отличаются развитыми способностями, временные лидеры (замы), предлагающие новые нестандартные решения, выступающие буфером между лидером и остальной массой популяции;

– δ, γ – молодые и неопытные особи, которым «разрешено спариваться и иметь потомство»;

– ω – изгои, которым неразрешено иметь потомство, их используют в качестве живца для пробы возможно несъедобной пищи, если она погибает, то стадо не употребляет эту пищу и уходит прочь, сохранив стадо.

Биосфера и космические циклы. Биосфера – живая открытая система. Она обменивается энергией и веществом с внешним миром. В данном случае внешний мир – это безбрежное космическое пространство.

Извне на Землю приходят солнечное и электромагнитное излучение; так называемый солнечный ветер, представляющий собой сгустки плазменных облаков, непрерывно испускаемые Солнцем с переменной интенсивностью; галактические и солнечные космические лучи, а также потоки метеоритов.

От Земли в космос уходит собственное тепловое излучение, часть обратного рассеянного излучения Солнца (альбедо), а также потоки вещества верхней атмосферы Земли.

Таким образом, взаимодействие «биосфера–космос» представлявляет собой сложную динамическую систему, находящуюся в состояню подвижного равновесия.

Пограничная область между системой «Земля–космос» проходит на расстоянии 50–60 тыс. км над поверхностью Земли. Именно на такое расстояние простирается граница геомагнитного поля магнитосферы Земли. Процессы взаимодействия магнитосферы с веществом солнечной плазмы – солнечным ветром и космическими лучами – изучаются, и исследуется в рамках магнитной гидродинамики – современной космической науки, совместно учитывающей сложные явления пограничной среды в соответствии с уравнениями электромагнитного поля Максвелла, с одной стороны, и уравнениями гидродинамики, с другой.

В свое время академик В.В. Вернадский подчеркивал, что существует тесная взаимосвязь между явлениями, происходящими на Земле, и процессами космического порядка. Сейчас уже нет никаких сомнений в том, что среда нашего обитания – не только Земля и даже не только Солнечная система, но и вся окружающая нас Вселенная, неотъемлемой частью которой мы являемся.

В связи с этим при изучении земных явлений необходимо исходить из системного подхода в науках о Земле, что диктуется не только обнаружением тех или иных конкретных связей между земными и космическими явлениями, но и общими принципами современного естествознания. Целостное восприятие мира – необходимая черта современного стиля научного мышления.

Эпоху, в которой мы живем, по праву называют космической эрой, эпохой освоения космоса. И дело не только в осуществлении космических полетов и успешном развитии космической техники. Освоение космоса, все более глубокое познание закономерностей космических явлений, широкое вовлечение космоса в сферу человеческой практики – настоятельная потребность современного этапа в развитии земной цивилизации.

Становится ясно, что само возникновение и существование биосферы и человека тесно связано с физическими условиями во Вселенной, а также с особенностями течения физических процессов на Земле, в непосредственно окружающей нас области космоса и во Вселенной в целом.

Земные явления бесчисленными нитями связаны с физическими процессами, протекающими в космическом пространстве. Во-первых, во многих земных явлениях находят свое отражение общие закономерности космического порядка. Во-вторых, существует целый ряд непосредственных связей и зависимостей, определяющих влияние тех или иных космических факторов на нашу планету, в том числе и на биосферу. Таких факторов очень много.

Например, в результате вращения Земли дважды в сутки наблюдаются морские приливы и отливы под действием гравитационного притяжения Луны. Ясно, что это явление важно для обитателей приморских районов Земли.

Положение Земли в пространстве относительно Солнца приводит к суточной смене дня и ночи и естественной смене времен года в разных районах Земли, что влияет на все стороны жизни биосферы.

Важную роль сыграли факторы космического порядка в процессе становления жизни на Земле. В частности, многие характерные особенности живых организмов, в том числе и организма человека, непосредственно связаны с величиной силы тяжести на Земле, характером солнечного излучения, положением нашей планеты в Солнечной системе, а также положением Солнечной системы в нашей Галактике.

Так, например, строение органов зрения человека и животных обусловлено тем, что Солнце интенсивно излучает в оптическом диапазоне и это излучение проходит сквозь атмосферу Земли. Не случайно и то, что человеческий глаз наиболее чувствителен к желто-зеленым лучам, ибо именно эти лучи в составе солнечного света имеют наибольшую интенсивность.

Есть основания предполагать, что солнечная деятельность оказывает влияние на биосферу нашей планеты и в настоящее время.

Так, подмечен целый ряд статистических зависимостей, которые обнаруживают связь колебаний солнечной активности с эпидемическими, сердечно-сосудистыми и нервно-психическими заболеваниями, обострением хронических болезней, урожайностью и ростом годовых колец у деревьев. В связи с этим возникла новая область науки – гелиобиология, главная задача которой – выяснить физические механизмы воздействия Солнечной системы на процессы, протекающие в биосфере. Это одна из актуальных проблем современного естествознания, имеющая огромное практическое значение для человечества.

Изучение космического пространства с помощью спутников и космических аппаратов в последние десятилетия позволило существенно продвинуться в исследовании механизмов солнечно-земных связей, в первую очередь в выяснении целого ряда циклических процессов на Солнце и их проявлений в земных условиях. Прежде всего, речь идет о 27-дневных (в среднем) ритмах, связанных с вращением Земли относительно своей оси, с 11-летним (в среднем) и 22-летним (в среднем) циклами солнечной активности, проявляющимися более или менее синхронно в длительных временных рядах по большому числу визуальных характеристик Солнца в виде солнечных пятен, факелов, флокулл, хромосферных вспышек и др.

Современная гелиобиология подтверждает факт влияния ритмов Солнца на земные процессы, однако выясняется, что механизмы такого влияния являются гораздо более сложными, чем это представлялось в первой половине XX в. основателям космической биологии В.В. Вернадскому и А.Л. Чижевскому.

В то же время целый ряд конкретных вопросов солнечно-земных связей уже нашел решение как с точки зрения изучения материальных носителей таких связей (главным образом солнечных корпускулярных потоков), так и самих их механизмов. В частности, к ним относятся: вопросы изучения причин вариации магнитного поля Земли, в том числе и появления магнитных бурь на Земле; резкие изменения состояния ионосферы, нарушающие процесс распространения радиоволн на Земле; появление полярных сияний, земных электрических токов, процессов изменения атмосферного электричества и др.

Ясно, что необходимо дальнейшее изучение влияния всех установленных геофизических явлений на биосферу, в том числе и организм человека.

Человеческий организм – сложная и высокосовершенная саморегулирующаяся система, которая стремится к равновесию с окружающей средой, включающей в себе факторы космического порядка. Всякое нарушение данного равновесия, связанное с изменением внешних условий, вызывает соответствующую перестройку в деятельности организма.

Эту закономерность использует, например, современная медицина в лечебных целях. Воздействуя на организм климатическими, бальнеологическими и другими природными факторами, врачи сознательно добиваются таких целенаправленных изменений, которые повлекли бы за собой ликвидацию определенных заболеваний. Возможности подобного метода еще далеко не исчерпаны. Дальнейшее изучение влияния различных природных, в том числе и космических, факторов на живые организмы открывает новые пути избавления человека от различных недугов.

В последние годы идей о наличии многосторонних космо-земных связей подтверждены в работах по влиянию геомагнитного поля и солнечной активности на ритмы артериального давления, частоту сердечно-сосудистых заболеваний, поведение эритроцитов, свертываемость крови, содержание гемоглобина, гомеостаз живых организмов, почвообразование, барическое давление и циркуляцию атмосферы, осадки, генезис рельефа Земли и т.д. Таким образом, периодичность солнечной активности является одним из важнейших факторов, влияющих на жизнь на Земле.

Современное естествознание и экология. Экология в концептуальном плане понимается многими учеными как космическая этика, ибо экологические проблемы в открытом, нелинейном мире не могут быть локальными. Подобное направление хорошо согласуется с концепцией относительных равновесий в природе. Можно даже сказать, что относительные идеи экологии основаны на относительных равновесиях. Экология – одна из наук биосферного класса, которые получили широкое распространение в современном естествознании, поскольку в ней равновесные взаимодействия природной системы и окружающей среды принимаются в качестве исходного понятия.

Важной разновидностью экосистем можно считать экосистему человека, под которой понимаются отдельные люди вместе со своими культурными растениями и домашними животными. Каждый организм может жить, только взаимодействуя со своим окружением в рамках экосистемы. Устойчивые экосистемы – основное условие устойчивости жизни на Земле. В каждой экосистеме выделяют два основных компонента: организмы и факторы окружающей их неживой среды. Первые (совокупность организмов – растений, животных, микробов) называют биотой экосистемы.

Понятия «экосистема» и «адаптация» тесно связаны между собой. Они ориентированы на совместное рассмотрение понятий «система» и «среда», их влияния друг на друга. В основе экологического равновесия лежит относительное постоянство круговорота веществ в каждой конкретной экосистеме. В связи с этим уместно подчеркнуть, что простые системы экологически нестабильны и, наоборот, разнообразие – залог стабильности.

Прибавление особей обусловливается биотическим потенциалом, их гибель – сопротивлением среды. Подобное равновесие называют динамическим, так как параметры сопротивления среды редко подолгу остаются неизменными. Размер популяций является результатом динамического равновесия между их биотическим потенциалом и сопротивлением среды.

Экологическая философия. Задача современной экологической науки – искать такие способы воздействия на окружающую среду, которые помогли бы предотвратить катастрофические последствия и практическое использование которых существенно улучшило бы биологические и социальные условия развития человека и всего живого на Земле.

Взаимодействие системы и окружающей среды становится настолько общим понятием, что сегодня уже говорят об экологии культуры, языка, самого человека. Все эти направления экологии ориентированы на изучение равновесии между системами культуры, языка, человека и соответствующей средой (культурной и т.п.). Что касается человека, то он уже научился оказывать негативное влияние на окружающую его среду и дошел в этом воздействии до пределов, способных разрушить биосферу. В связи с этим особое значение приобретает формирование экологического сознания человека и человечества. Формирование такого сознания представляет собой формирование важных граней планетарного мышления (синергетического мышления) и включает в себя следующие направления: экологическое научное сознание (прежде всего, экологическую философию), экологическую этику, психологию, правосознание.

Планетарное мышление. Планетарное мышление – это мышление, в котором равновесные целостности философских систем, религий, научных концепций, произведений искусства взаимно дополняют друг друга, рассматриваются исходя из планетарных масштабов и образуют единое мировоззрение.

Планетарный масштаб важен потому, что земные оболочки находятся в устойчивом равновесии с космосом. Эти оболочки являются естественным ориентиром устойчивости для макроскопических природных процессов, к которым может быть отнесено мышление. Если системы, соответствующие мышлению, не будут коррелировать с системами земных оболочек, то они потеряют устойчивость под воздействием окружающей среды.

Наиболее важными чертами планетарного мышления могут считаться следующие: взаимодействие равновесных целостностей философии, религий, искусства, науки; участие все устоявшиеся направления из всех областей человеческой деятельности; необходимость планетарно-космического масштаба мысли; планетарное мышление не может рассматриваться в отрыве от ноосферы.

В становлении планетарного мышления можно выделить два основных этапа. На первом из них планетарное мышление не было осознано как некое целое, а развивались идеи и концепции, направленные на поиск истины. Человек воспринимал не всю окружающую среду, а только ее часть, устанавливая равновесную взаимосвязь лишь с этой частью. То есть упрощение представлений о природе позволяло человеку связаться с фундаментальным равновесием, но часто эта связь была неустойчивой и случайной. Второй этап связан с сознательным конструированием планетарного мышления. Можно сказать, что этот подход развивался посредством исследования промежуточных равновесии в естествознании и философии. Данное направление возникло в XX в. и бурно развивается в настоящее время.

Сознательное формирование планетарного мышления можно обнаружить в мировоззрении русского космизма. Роль А.А.Чижевского в развитии планетарного мышления можно считать особенно значительной. Чижевский исследовал влияние Солнца на все уровни структурной организации живого: молекулярно-генетический, онтогенетический, популяционно-видовой, а также на биосферу. Чижевский подробно исследовал различные типы влияния Солнца на неорганический и органический земные миры, на ритмы и другие особенности этих взаимодействий. Чижевский стоит у истоков гелиотраксии и многих других направлений науки (биоклиматологии, гелиобиологии и т.п.)

Тейяр де Шарден связывал планетарные аспекты взаимосвязи человека (природной системы) и окружающей его среды с понятием «рефлексия». Под рефлексией он понимал появление более фундаментального свойства биосферы в целом, а также отдельных ее элементов – свертывания организующейся материи в самой себе (образование замкнутого объема планеты, автоматическое самозамыкание молекулярной ленты ДНК). В концепции Тейяра де Шардена рефлексия становится универсальной моделью субъект-объектных отношений, ибо субъект через объект возвращается к самому себе, в объекте «узнает» себя, и только таким образом он способен что-либо понять: «человек опять приходит к самому себе и во всем, что он видит, рассматривает самого себя».

Различные грани планетарного мышления анализируются современным естествознанием, универсальным эволюционизмом, эмерджентным эволюционизмом, экологической философией, синергетикой.

Л. Н. Гумилев, вычленяя в качестве эволюционирующей единицы генезис этноса, осуществил попытку соединения природных факторов, этногенеза и социально-культурного развития, рассматривает человечество как часть биосферы Земли – антропосферы, а разнообразие этнического развития объясняет спецификой адаптации групп людей к раз­личным ландшафтам. Каждый этнос, обитая на определенной территории и входя в биоценоз данного ландшафта, составляет вместе с ним целостную («замкнутую») систему, развитие которой представляет полную аналогию с космическими процессами термодинамики.

Суммируя идеи неравновесной термодинамики, кибернетики, теории систем и синергетики и сопрягая их с данными географии и этнологии, Гумилев приходит к выводу, что наблюдаемая в природных процессах вспышка энергии (отрицательной энтропии) с последующей ее растратой представляет собой универсальный механизм взаимодействия системы со средой. Гумилев связывает ее с самопроизвольными всплесками избыточной энергии, в том числе и космическо­го происхождения. Факторами развития этноса являются пассионарии – это люди, которые обладают врожденной способностью организма абсорбировать энергию внешней среды и выдавать ее в виде работы, т. е. осуществлять негэнтропийный прорыв. Это проявляется как способность пассионариев к целенаправленным сверхнапряжениям, которые часто ломают инстинкт самосохранения (как индивидуального, так и видового) и сопровождаются поступками, ведущими к резкому изменению, как окружающей их природной среды, так и отношений внутри этноса. Результатом этой негэнтропийной работы этноса является возросшая ди­намика и «событийность» истории народа.

По мнению Гумилева, живая история выглядит более оптимистично «новый пассионарный взрыв – мутация, или негэнтропийный импульс, зачинает очередной процесс этногенеза прежде, чем успеет иссякнуть инерция прежнего. Вот благодаря чему человечество еще населяет планету Земля, которая для людей не рай, но и не ад, а поприще для свершений, как великих, так и малых. Так было в прошлом, предстоит в будущем, во всех регионах земной поверхности». Модель Л.Н. Гумилева динамики этносов хорошо вписывается в представления современного естествознания и позволяет объяснить весь ход исторического процесса.

Ноосфера. Под ноосферой понимается сфера разума, но разработано это понятие еще совершенно недостаточно. Однако точка зрения, согласно которой ноосфера представляет собой одно из природных равновесии, являющихся естественным продолжением равновесии, возникших в биосфере, позволяет рассматривать это понятие в тесном взаимодействии, как с естественными науками, так и с духовностью.

В последнее время много пишут об ученых, в трудах которых впервые появилось понятие «ноосфера», – о В.И. Вернадском, П. Тейяре де Шардене (иногда вспоминают Э. Леруа). Но многое в определениях ноосферы остается расплывчатым. Дело в том, что ни Вернадский, ни Тейяр де Шарден не стремились к созданию теории или концепции ноосферы, а увязывали ее с процессом развития биосферы и планетарной эволюцией Земли. В первую очередь следует подчеркнуть, что ноосфера представляет собой новый структурный уровень развития природы, который хотя и связан энергетически со всеми другими земными оболочками, и, прежде всего с биосферой, но соответствует новому фундаментальному относительному природному равновесию. Такая характеристика ноосферы, как разум, не является принципиальной. Фундаментальной характеристикой ноосферы может быть только духовность. Это, в частности, имел в виду П. А. Флоренский, предложивший выделять пневматосферу (от греч. пневма – дух) – духовную планетарную оболочку. Мы исходим из того, что именно пневматосфера должна стать духовным каркасом ноосферы. Подтверждение подобной идее можно найти во многих великих религиях и философских системах. Утверждение о том, что в основе ноосферы лежит равновесный духовный каркас, может считаться первым и основным свойством ноосферы.

Вторым важнейшим свойством ноосферы является то, что все структурные природные уровни возникают посредством взрыва. В естественных науках накоплено много фактов, подтверждающих, что уровни обособленных частиц и зарядов, уровни жизни, духовный уровень образовались подобным образом. В отношении двух последних уровней глубокие мысли, обосновывающие мгновенность их образования, содержатся в мировых религиях. Третьим важнейшим свойством ноосферы является то, что формирование планетарного мышления, в котором так нуждается современное человечество, возможно только на основе ноосферы. Планетарное мышление объединяет в себе фундаментальные относительные равновесия, соответствующие основным религиям, философии, естествознанию, искусству благодаря достигнутому ими планетарному масштабу. Четвертым, важнейшим свойством ноосферы является объединение в ее пределах всего человечества, на что обратил внимание еще В.И. Вернадский.

Перечисленные свойства ноосферы могут быть выявлены в ряде ее определений, предложенных отечественными учеными. Так, по Н.Ф. Реймерсу, ноосфера – это буквально «мыслящая оболочка», сфера разума, высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного человечества, с периодом, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития на Земле.

Главным предназначением человека в процессе глобальной самоорганизации природы является, по-видимому, строительство ноосферы. Устойчивое возведение ноосферы возможно только тогда, когда сначала возводится ее духовный каркас, а затем все остальное, однако у человека всегда была неосознанная тоска по ноосфере, принимавшая форму стремления к смерти.

Нынешний этап развития человечества трудно понять, если не предположить наличия в нем некоторой телеологической направленности к фундаментальным равновесиям природы. Такая направленность подтверждается многочисленными примерами в естественных науках и нашла свое отражение в искусстве и религии. Большинство этих равновесий (механическое, термодинамическое, равновесие живого вещества) устроены целесообразно и гармонично. Духовный же уровень – самый несовершенный. Способность человека совмещать высокие чувства со злом отмечается во многих выдающихся литературных и философских произведениях. Все это становится более понятным, если признать человечество единственным механизмом формирования ноосферы вокруг Земли. «Человеческая широта» необходима природе для того, чтобы в любых условиях найти возможный путь к относительному равновесию. К настоящему времени были созданы отдельные элементы ноосферы и сложились общие представления о ее конструкции. Сейчас, на рубеже двух тысячелетий, начинается формирование планетарного духовного каркаса и возведение всей последующей конструкции ноосферы при активном участии человека. Духовная оболочка нашей планеты только частично будет соответствовать понятию «ноосфера».

Весь путь развития ноосферы – это путь непрерывной борьбы духовности со злом, причем духовность часто выглядит в этой борьбе слабее зла, потому что пытается перейти в состояние фундаментального равновесия, минуя естественный порядок относительных равновесий. Каждый человек обладает запасом энергии, достаточным для того, чтобы создать ячейку для ноосферы (ячейку духовности). Ориентированная на духовное, фундаментальное равновесие, часть человечества находится в состоянии становления, поэтому есть опасность, что ноосфера может погибнуть. Каждый раз для подсистем и для новых условий человечество строит пирамиду из промежуточных равновесий, стремясь таким образом связаться с параметром фундаментального равновесия. Дальнейший процесс, в случае обретения этой связи, представлял бы собой самоорганизацию, протекающую по объективным законам природы. К сожалению, человечество часто теряет эту связь, но дальше так продолжаться не может. С нашей эпохи человечество должно начать жить в естественной системе координат – иного не дано. Другими словами, планетарное мышление может строиться только на духовной основе.

Динамика развития современного естествознания позволяет утверждать, что современное знание, полученное из него, должно быть ориентировано на целостность и взаиморазвитие. Важнейшими принципами построения и организации современного знания являются системность, глобальный эволюционизм, самоорганизация, взаимосвязь с фундаментальными равновесиями природы и общества. Наука, знание (образование) и культура – это единственный вид коллективной собственности, от использования которой ее объем и ценность только возрастают. В этом состоит значимость и непреходящая ценность самой науки, являющейся связующим мостом между прошлым и будущим современной культуры.

Лекции 15, 16. ПРОБЛЕМЫ САМООРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ

И УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЭВОЛЮЦИОНИЗМ

Самоорганизация в живой и неживой природе. В последние годы работами ряда авторов, и, прежде всего, И. Пригожина и П. Гленсдорфа, была развита термодинамика сильно неравновесных систем, в которых связь между термодинамическими потоками и силами перестает быть линейной, а также не выполняются соотношения взаимности Онсагера. Это новое, далеко еще не завершенное физическое учение, получившее название нелинейной, неравновесной термодинамики, приводит к возможности спонтанного возникновения упорядоченных структур в различных сильно неравновесных открытых системах, т.е. к процессу их самоорганизации. Отдельные примеры подобных процессов были известны сравнительно давно – образование ячеистых структур Бенара в неоднородно нагретом горизонтальном слое жидкости, возникновение турбулентности, вихрей и т.д.

Общим во всех явлениях образования упорядоченных структур при необратимых процессах в сильно неравновесных открытых системах является совместное (кооперативное) движение больших групп молекул. Немецкий ученый Г. Хакен предложил для таких процессов самоорганизации общий термин «синергетика» (от греч. – совместное, или кооперативное, действие). Физическая природа синергетики состоит в том, что в нелинейной области, вдали от равновесного состояния система теряет устойчивость и малые флуктуации, возрастающие до больших масштабов, приводят к новому режиму – совокупному движению многих частиц.

Установление факта самоорганизации в сильно неравновесных системах имеет важнейшее значение для физики, химии и особенно для биологии. Дело в том, что живые организмы и их различные органы представляют собой весьма неравновесные макросистемы, в которых существуют большие градиенты концентраций химических веществ, температур, давлений, электрических потенциалов.

Это также имеет большое мировоззренческое значение, поскольку позволяет объяснить стройную организацию окружающего нас мира природы. Синергетика показывает, как законы природы приводят к появлению определенного порядка в неупорядоченных системах, «порядка из хаоса», а затем к усложнению и развитию образовавшихся упорядоченных структур.

М. Эйгеном было показано, как в сложных, сильно неравновесных системах может реализоваться механизм управления самовоспроизведением образовавшихся структур. Развитие нелинейной термодинамики позволяет высказать весьма правдоподобную гипотезу, как с точки зрения физики могла возникнуть жизнь.

Нелинейная термодинамика коренным образом изменяет статус второго начала термодинамики. Действительно, этот закон определяет не только разрушение структур при необратимых процессах вблизи равновесного состояния, но и возникновение структур при необратимых процессах вдали от равновесия открытой системы. Отражая необратимость всех реальных процессов, второе начало выражает, таким образом, закон развития материи. Подобное понимание второго начала термодинамики снимает кажущееся противоречие между законом возрастания энтропии и беспорядка в замкнутой системе и теорией эволюции Дарвина о возникновении все более сложных самовоспроизводящихся структур в живой природе.

Живая система является открытой, поскольку вместе с внешней средой она образует замкнутую систему, энтропия которой также возрастает при усложнении живой природы. В данном случае речь идет об установленном П. Гленсдорфом и И. Пригожиным универсальном критерии эволюции, который является обобщением принципа минимального производства энтропии. Рассматривая зависимость скорости производства энтропии от двух факторов: изменения термодинамических сил и изменения потоков, Гленсдорф и Пригожин обобщили принцип минимального производства энтропии, который называется универсальным критерием эволюции Гленсдорфа-Пригожина.

Согласно данному критерию в любой неравновесной системе с фиксированными граничными условиями процессы идут так, что скорость изменения производства энтропии, обусловленная изменением термодинамических сил, уменьшается и стремится к нулю. Это приводит к возникновению упорядоченных структур.

Упорядоченные структуры, возникающие, согласно критерию Гленсдорфа-Пригожина, при необратимых процессах в открытых системах вдали от равновесия в нелинейной области, когда параметры систем превышают определенные критические значения, Пригожин назвал диссипативными структурами.

Существуют пространственные, временные и пространственно-временные диссипативные структуры.

Пространственные диссипативные структуры. Простейшим примером пространственныx структур являются ячейки Бенара, обнаруженные им в 1900 г. Если горизонтальный слой жидкости сильно подогреть снизу, то между нижней и верхней поверхностями возникнет разность температур ΔТ = Т1 – Т2>0. При малой разности температур ниже некоторого критического значения (ΔТ<ΔТкр) подводимое снизу количество теплоты распространяется вверх путем теплопроводности, и жидкость остается неподвижной. Однако при разности температур выше критического значения (ΔТ>ΔТкр) в жидкости начинается конвекция: холодная жидкость опускается вниз, а нагретая поднимается вверх. Распределение двух противоположно направленных потоков оказывается самоорганизованным,в результате чего возникает система правильных шестиугольных ячеек.

По краям каждой ячейки жидкость опускается вниз, а в центре – поднимается вверх. Зависимость полного теплового потока в единицу времени от нижней поверхности к верхней от разности температур ΔТ имеет вид ячеек Бенара.

При ΔТ>ΔТкр состояние неподвижной теплопроводящей жидкости становится неустойчивым и вместо него наступает устойчивый режим в виде конвекционных ячеек Бенара. Обусловливается это тем, что при большой разности температур покоящаяся жидкость уже не обеспечивает перенос возросшего количества теплоты, и поэтому устанавливается новый; конвекционный режим. При переходе от докритического к сверхкритическому режиму спонтанно меняется симметрия системы, что аналогично термодинамическим фазовым переходам. Поэтому переходы в неравновесных системах часто называют кинетическими фазовыми переходами.

Как уже отмечалось, диссипативные структуры возникают лишь в сильно неравновесных многочастичных системах, состояние которых описывается нелинейными уравнениями для макроскопических величин. Для описания возникновения ячеек Бенара в жидкости используются нелинейные уравнения гидродинамики. При этом привлекаются критерии неустойчивости решений дифференциальных уравнений, установленные известным математиком А.М. Ляпуновым. Исследования показывают, что при ΔТ>=ΔТкр решение уравнений гидродинамики, соответствующее покоящейся жидкости и обычной теплопередаче, становится неустойчивым, и жидкость переходит в новый устойчивый конвекционный режим.

К числу пространственных диссипативных структур принадлежат также кольца Сатурна. Образование данной структуры (более 90 колец, различаемых современной аппаратурой) обусловлено неравновесностью вращающегося вокруг планеты вещества, притяжением его к Сатурну и взаимодействием отдельных частиц вещества между собой.

Временные диссипативные структуры. Примером временной диссипативной структуры является химическая система, в которой протекает так называемая реакция Белоусова–Жаботинского. Если система отклонилась от равновесия, но остается к нему близкой, то возвращение к равновесию происходит плавно, без колебаний по экспоненциальному закону. Если речь идет о стационарном состоянии, близком к равновесному, то отклонившаяся от стационарного состояния система возвращается в равновесное состояние по тому же закону.

Но вдали от равновесия, как мы видели, возникают диссипативные пространственные и временные структуры, т.е. неравновесный порядок. В ряде случаев неравновесный порядок может состоять в появлении колебаний и волн. Это особенно эффектно выглядит в химических диссипативных системах.

В 1910 г. Лотка выполнил важную теоретическую работу, в которой показал, что в открытой химической системе, далекой от равновесия, возможны колебания концентраций реагентов. В 1921 г. Брей впервые наблюдал периодическую химическую реакцию в растворе перекиси водорода Н2О2, йодноватой кислоты НIO3 и серной кислоты H2SO4. В реакции происходило периодическое выделение и поглощение йода (соответственно в восстановительной и окислительной реакциях):

5Н2О2 + 2НIO3 → 5О2 +I2 + 6Н2О,

5Н2О2 +I2 → 2НIO3 + 4Н2О.

Но наиболее удивительное явление – возникновение периодического изменения окраски химического раствора – наблюдал Б.Н. Белоусов в 1951 г.

В смеси лимонной кислоты, бромата калия КВrO3 и сульфата церия Ce(SO4)2, растворенной в разбавленной серной кислоте, наблюдалось строго периодическое изменение цвета жидкости с красного на синий. Колебания окраски происходили с периодом около 4 мин и продолжались до тех пор, пока не израсходуются все реагенты, т.е. пока система далека от термодинамического равновесия. В указанном явлении, по сути, проявлялось существование химических часов.

Исследования Б.Н. Белоусова вследствие принципиальной новизны своевременно не были поняты. Его статьи не принимались к опубликованию «ввиду теоретической невозможности» описываемых в них реакций. Исследования Б.Н. Белоусова были продолжены и детально развиты А.М. Жаботинским. В 1980 г. группе авторов – Б.Н. Белоусову (посмертно) и А.М. Жаботинскому с сотрудниками – была присуждена Ленинская премия «за открытие нового класса автоволновых и автоколебательных явлений».

Суть описываемого явления заключается в том, что изменение окраски определяется периодическими изменениями концентраций трехвалентного и четырехвалентного ионов церия. В упрощенной схеме реакция Белоусова—Жаботинского состоит из двух стадий. На первой стадии трехвалентный ион церия окисляется бромноватой; кислотой и превращается в четырехвалентный ион: Се3+ → (НВrO3) → Се4+, а на второй – Се4+ восстанавливается органическим соединением малоновой кислотой (МК) и снова превращается в трехвалентный ион: Се4+ → (МК) → Се3+.

В результате изменения концентраций ионов церия Се3+, Се4+ наблюдается либо синий (избыток Се4+), либо красный (избыток Се3+) цвет.

Колебания концентрации Се4+ в реакции Белоусова–Жаботинского имеют вид пилообразной зависимости.

Существуют также другие нелинейные химические реакции, идущие в тонких слоях, которые приводят к образованию пространственно-временных структур, имеющих вид кольцевых или спиральных волн. Возникновение подобных структур в нелинейных химических реакциях связано с локальными флуктуациями концентраций и диффузией реагентов.

Очевидно, что в живой природе процессы самоорганизации протекают значительно сложнее, чем в неживой. Сегодня ясно, что в основе многих биологических явлений находится физика открытых систем, далеких от равновесия.

Химическая основа морфогенеза. В 1952 г. вышла работа А. Тьюринга «О химической основе морфогенеза».

Морфогенезом называется возникновение и развитие сложной структуры живого организма в ходе его эмбрионального развития – возникновение тканей и органов.

Сейчас доказано, что морфогенез в природе определяется взаимодействиями молекул, и что некоторые вещества-морфогены, функционирующие в определенных местах организма в определенные моменты, ответственны за структурообразование. Тьюринг показал, что сопряжение автокаталитической химической реакции с диффузией ведет к оттоку энтропии из системы и возникновению пространственной и временной упорядоченности.

Живой организм – чрезвычайно сложная химическая машина, функционирующая при постоянной температуре и давлении. Источники энергии необходимые для выполнения многообразных видов работ, в данном случае являются не тепловыми, а химическими. Энергия запасается, прежде всего, в аденозинтрифосфорной кислоте (АТФ)

В живом организме кодирование и передача информационных сигналов, в конечном счете, всегда осуществляется химическими способами. Сигналами, сообщениями в организме служат молекулы и ионы, источниками, преобразователями и рецепторами сигналов − молекулярные системы.

Так, например, белок − фермент, являющийся катализатором определенной биохимической реакции, есть преобразователь сигнала. Он катализирует превращение одних сигнальных молекул в другие.

Как уже отмечалось, любые виды работы могут производиться термодинамической системой только при условии, что имеются различия в параметрах, ответственных за действующие силы. В живом организме все определяется разностями концентраций химических веществ или разностями химических потенциалов. Организм живет на основе тонких и точных химических балансов. Особо важную роль в жизнедеятельности играет сопряжение химических реакций с процессами диффузии. Для создания разности концентраций ионов внутри и вне клеток также используется энергия молекул АТФ.

В настоящее время синергетика и физика диссипативных систем объединились с химией и биологией, раскрыв смысл биологического упорядочения и биологического развития. Современная наука уже достаточно хорошо понимает физические основы жизни, физические основы функционирования клеток и организмов, хотя исследования ряда принципиальных вопросов теоретической биологии и биофизики находятся еще в начальной стадии.

В более общей постановке можно сказать то, что жизнь существует постольку, поскольку существует энтропия, экспорт которой во внешнюю среду поддерживает биологические процессы на всех уровнях − от клеток до биосферы в целом. Сегодня можно с уверенностью утверждать, что нет известных биологических явлении, противоречащих установленным принципам физики. И напротив, современная физика и, в частности, все, относящееся к законам энтропии, хорошо работает в биологии, поэтому нет никакой необходимости оперировать такими далекими от науки понятиями, как «биополе» или «биоплазма».

Самоорганизация в живой природе. Рассмотрим процесс саморегуляции в живых сообществах на достаточно простом примере. Предположим, что в некой экологической нише совместно обитают кролики и лисы.

Если в некое пространство с травой, произрастающей в достатке поместить кроликов, то, поедая траву, они начнут усиленно размножаться, т.е. произойдет реакция: Кролик + Трава = Больше кроликов, или К + Т => 2К (как эту реакцию записали бы химики). Данный процесс вполне аналогичен непрерывному подводу тепла (трава) в задаче с ячейками Бенара.

Но вот в данную экологическую нишу поместили хищных лисиц, которые питаются кроликами и размножаются: Лисица + Кролик => Больше лисиц, или химически: Л + К => 2Л. Однако в свою очередь лисицы, как и кролики, являются жертвами. Лисицы — жертвы человека, который отстреливает их на мех: Лисицы => Мех, или химически: Л => М.

Конечный продукт этой сложной реакции — мех — выводится вовне из реакционной зоны. Его можно рассматривать как носитель энергии, выводимый из системы, к которой энергия была вначале подведена, например, в виде травы. Таким образом, в экологической системе также существует поток энергии, аналогичный потоку, имеющему место в химическом реакторе.

Анализируя этот сложный процесс, можно заметить, что в нем существуют две автокаталические стадии (положительная обратная связь), играющие определенную роль в его самоорганизации. Одна из них — «производство» (рождение) кроликов от кроликов, поедающих траву, вторая — рождение лисиц от лисиц, поедающих кроликов. Чем больше кроликов имеется, тем больше их рождается при наличии запасов травы. И если бы не было хищных лисиц, неконтролируемое размножение кроликов привело бы к неконтролируемому увеличению их численности. Так произошло в Австралии в середине XIX в. Однако возможно такое же автокаталитическое размножение лисиц при большом количестве кроликов. Но если оно произойдет, то приведет к резкому снижению численности популяции кроликов. А это, в свою очередь, приведет к уменьшению численности популяции лисиц, так как им для размножения надо поедать кроликов. Когда численность лисиц упадет, популяция кроликов получит время для восстановления своей численности. После восстановления численности кроликов начнет восстанавливаться численность популяции лисиц и т.д. Данный анализ показывает, что система самоорганизуется во времени. В действительности будут происходить периодические колебания численности кроликов и лисиц, сдвинутые во времени, т.е. возникнет экологически устойчивая структура.

То же самое можно изобразить и на так называемой фазовой диаграмме, если исключить время в явном виде. Каждая кривая, называемая фазовой траекторией, показывает соотношение между численностью популяции кроликов и лисиц в зависимости от начальных и граничных условий (например, степени плодовитости, скорости размножения, скорости поедания и т.д.) Каждая точка на траектории соответствует стационарному состоянию, когда скорость истребления кроликов и лисиц в точности равна их воспроизводству, т.е. когда их количество остается постоянным, или, иными словами, система находится в динамическом равновесии. Численность популяции кроликов и лисиц имеет вид гармонических колебаний во времени.

Фазовая диаграмма колебаний численности лисиц и кроликов представляет собой систему концентрических замкнутых кривых с некоторым центром, который можно интерпретировать как странный аттрактор численности популяций.

Анализ показывает, что в биосфере существует огромное количество сильно неравновесных систем, поэтому можно утверждать, что возникновение условий для их самоорганизации — явление довольно частое. А так как условия для самоорганизации выполнены, то жизнь становится столь же предсказуемой, как неустойчивость Бенара или любое другое вероятное событие. Тот факт, что жизнь возникла на молодой Земле через ~4- 109 лет после ее образования (т.е. 4,0∙109 лет тому назад) является аргументом спонтанной самоорганизации, произошедшей при благоприятных обстоятельствах.

Исследованием поведения неравновесных систем в точках потери устойчивости или переходов из одной формы самоорганизации в другую занимается теория бифуркаций или, как ее еще называют, теория катастроф.

Слово «бифуркация» означает раздвоение и употребляется в широком смысле для обозначения всевозможных качественных перестроек или метаморфоз различных объектов при плавном изменении параметров, от которых они зависят. Катастрофами называют скачкообразные изменения, возникающие в виде внезапного ответа системы на плавное изменение внешних условий. В результате ка­тастрофы-взрыва система может не только скачкообразно изменить свое состояние, но и разрушиться.

Теория бифуркаций описывает поведение не только простых, но и очень сложных систем, в частности, таких, как социальные, экономические и др.

Самоорганизация в неравновесных системах. Рассмотрим простую симметричную бифуркацию, приведенную на рис. 5. Выясним, как возникает самоорганизация и какие процессы происходят, когда ее порог оказывается превзойденным.

В равновесном или слабо равновесном состоянии существует лишь одно однородное стационарное состояние А без какой-либо упорядоченности. Пусть X — некоторая главная переменная, например концентрация одного из исходных веществ. Рассмотрим, как изменяется состояние системы с возрастанием значения управляющего параметра λ (этим управляющим параметром может быть концентрация другого вещества, от которого зависит ход реакции). При некотором значении λ = λс система достигает порога устойчивости. Обычно данное критическое значение называют точкой биффуркации. В точке В однородное стационарное хаотическое термодинамическое состояние становится неустойчивым относительно флуктуации. При переходе через критическое состояние λс существуют три coстояния, в которых может находиться система: два устойчивых (С и D) и одно неустойчивое (Е). Эта ситуация напоминает бегуна, который, выбежав из дома, достиг пересечения трех дорог. Прямая дорога продолжается через шаткий мостик. Если бегун продолжит путь через мостик, он может потерять устойчивость и упасть на одну из двух твердых дорог.

ﾵﾧ

Рис. 5. Простая симметричная бифуркация

Возникает естественный вопрос, по какому пути пойдет дальнейшее развитие системы после того, как она достигла точки бифуркации? У системы есть выбор: она может отдать предпочтение одной из двух возможностей самоорганизации, соответствующих двум неравномерным распределениям концентрации X в пространстве, определяемых ветвями С и D бифуркационной диаграммы.

Одно из этих пространственных распределений зеркально симметрично другому. Каким образом система выбирает между правой и левой ветвями? В этом выборе неизбежно присутствует элемент случайности. Уравнения не в состоянии предсказать, по какой траектории пойдет эволюция системы. Мы сталкиваемся со случайными явлениями, подобными исходу бросания игральной кости или монеты. Можно ожидать, что в половине случаев система окажется в одном положении, а в половине – в другом. Теперь можно предположительно ответить на вопрос: почему в живом нарушена симметрия? Все молекулы белка, ДНК, сахаров и т.д. закручены в левую сторону. Ответ таков: диссимметрия обусловлена единичным случайным событием. После того, как выбор сделан, вступают в действие автокаталитические процессы, и левосторонняя структура порождает новые, только левосторонние структуры.

На рис. 6 показана система, которая может находиться в большом числе устойчивых и неустойчивых состояний.

Таким образом, в сильно неравновесных системах процессы самоорганизации сводятся к тонкому взаимодействию между случайностью и необходимостью, между флуктуациями и детерминистскими иконами. Вблизи точек бифуркации основную роль играют флуктуации или случайные элементы, тогда как в интервалах между точками бифуркаций доминируют детерминистские закономерности.

ﾵﾧ

Рис. 6. Устойчивые и неустойчивые состояния системы

Следует особо подчеркнуть различие между равновесным (статистическим) хаосом, который может вызвать лишь небольшие отклонения-флуктуации от состояния равновесия, и динамическим хаосом и неравновесных системах, обладающих значительным избытком свободной энергии. Этот динамический созидающий хаос и служит источником всего того порядка, который мы наблюдаем в окружающем нас мире неживой и живой природы. Так, жизнь на Земле зародилась в сильно неравновесной среде, а возникшие организмы стали жить и эволюционировать, потребляя свободную энергию, поступающую к нам извне (в конечном счете, энергию Солнца).

В заключение подведем некоторые итоги.

Самоорганизация — это процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Процессы самоорганизации могут иметь место только в системах, обладающих высоким уровнем сложности и большим количеством элементов, связи между которыми имеют не жесткий, а вероятностный характер. Основные свойства самоорганизующих систем — открытость, нелинейность, диссипативность. Теория самоорганизации имеет дело с открытыми нелинейными диссипативными системами, далекими от равновесия.

Свойства самоорганизации обнаруживают объекты самой различной природы: живая клетка, организм, биологическая популяция, биогеоценоз, человеческий коллектив и т.д. Процессы самоорганизации осуществляются за счет перестройки существующих и образования новых связей между элементами системы. Отличительная особенность процессов самоорганизации – их целенаправленный, но вместе с тем и естественный, спонтанный характер: эти процессы протекают при взаимодействии системы с окружающей средой, в той или иной мере автономны и относительно независимы от нее.

Типы процессов самоорганизации. Различают три типа процессов самоорганизации:

процессы самозарождения организации, т.е. возникновение из некоторой совокупности целостных объектов определенного уровня новой целостной системы со своими специфическими закономерностями (например, генезис многоклеточных организмов из одноклеточных);

процессы, благодаря которым система поддерживает определенный уровень организации при изменении внешних и внутренних условий ее функционирования (здесь исследуются главным образом гомеостатические механизмы, в частности, механизмы, действующие по принципу отрицательной обратной связи);

процессы, связанные с совершенствованием и саморазвитием таких систем, которые способны накапливать и использовать прошлый опыт.

Специальное исследование проблем самоорганизации впервые было начато в кибернетике. Термин «самоорганизующая система» ввел английский кибернетик У.Р. Эшби в 1947 г. Широкое изучение самоорганизации началось в конце 50-х гг. XX в. в целях отыскания новых принципов построения технических устройств, способных моделировать различные стороны интеллектуальной деятельности человека. Исследование проблем самоорганизации стало одним из основных путей проникновения идей и методов кибернетики, теории информации, теории систем, биологического и системного познания.

В 70-е гг. XX в. начала активно развиваться теория сложных самоорганизующихся систем. Результаты исследований в области нелинейного (порядка выше второго) математического моделирования сложных открытых систем привели к рождению нового мощного научного направления в современном естествознании – синергетики – это мультидисциплинарный подход. В отличие от кибернетики, где акцент делается на процессах управления и обмена информацией, синергетика ориентирована на исследование принципов построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения.

Мир нелинейных самоорганизующихся систем гораздо богаче, чем мир закрытых, линейных систем. Вместе с тем «нелинейный мир» сложнее моделировать. Как правило, для приближенного решения большинства возникающих нелинейных уравнений требуется сочетание современных аналитических методов с вычислительными экспериментами. Синергетика открывает для точного, количественного, математического исследования такие стороны мира, как его нестабильность, многообразие путей изменения и развития, раскрывает условия существования и устойчивого развития сложных структур, позволяет моделировать катастрофические ситуации и т.д.

Методами синергетики было осуществлено моделирование многих сложных самоорганизующихся систем: от морфогенеза в биологии и некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики и автоколебательных приборов до формирования общественного мнения и демографических процессов. Основной вопрос синергетики – существуют ли общие закономерности, управляющие возникновением самоорганизующихся систем, их структур и функций. Такие закономерности существуют. Это открытость, нелинейность, диссипативность.

Принципы универсального эволюционизма. Принцип универсального эволюционизма одна из доминирующих современных концепций в науке. Сформировавшийся вначале как результат обобщения естественно-научных знаний, он стал постепенно носить общенаучный характер и включает изучение не только окружающего нас мира природы, но и человеческого общества.

Первая эволюционная теория, созданная в середине XIX в, Ч. Дарвином, касалась только эволюции в биологии. Затем, в XX в., по мере изучения природы на всех уровнях организации материи, выяснилось, что каждому уровню присущи эволюционные процессы, приводящие к развитию и совершенствованию всех форм материального мира.

В микромире это эволюционное формирование первичного элементного состава вещества в результате термоядерного синтеза, последовательное образование в природе всех элементов таблицы Менделеева. В микромире установлены также процессы самоорганизации и эволюции химических молекулярных систем.

На макроуровне обнаружен и исследован целый ряд эволюционно развивающихся неживых систем в направлении повышения уровня организации. В живой природе развитие органического мира происходит в соответствии с эволюционной теорией Ч. Дарвина.

Процессы в мегамире определяются эволюционной теорией расширяющейся Вселенной. История развития Земли, последовательность образования геосферных оболочек в настоящее время также рассматриваются на основе эволюционной теории.

Все перечисленные частные эволюционные теории приводят к утверждению и обоснованию всеобщей концепции универсального эволюционизма.

Ниже более подробно остановимся на упомянутых частных эволюционных теориях с тем, чтобы уяснить важность данной концепции в общенаучном плане.

Наиболее полная формулировка идей глобального эволюционизма принадлежит, Н. Н. Моисееву и может быть представлена следующим образом.

1. Вселенная – единая саморазвивающаяся система. Это утверждение позволяет интерпретировать все процессы развития в качестве составляющих единого мирового эволюционного процесса, процесса развития «Суперсистемы Вселенная».

2. Во всех процессах, имеющих место во Вселенной, неизбежно присутствуют случайные факторы, влияющие на их развитие, и все эти процессы протекают в условиях некоторого уровня неопределенности.

Случайность и неопределенность – факторы не эквивалентные, но их действие имеет последствия, в равной степени непредсказуемые исследователем, поэтому они находятся вне нашего контроля. Приходится постулировать отсутствие тождественно протекающих процессов, – есть лишь похожесть, близость, но не тождественность.

3. Во Вселенной властвует наследственность: настоящее и будущее зависят от прошлого.

4. В мире властвуют законы, являющиеся принципами отбора. Они выделяют из возможных виртуальных, мысленных состояний некоторое множество допустимых. Заметим, что последние три эмпирических обобщения по существу совпадают с дарвиновской триадой: изменчивость, наследственность, отбор.

5. Принципы отбора допускают существование бифуркационных (в смысле Пуанкаре) состояний, т.е. состояний, из которых даже в отсутствие стохастических факторов возможен переход материального объекта в целое множество новых состояний. В бифуркационном состоянии дальнейшая эволюция оказывается принципиально непредсказуемой, поскольку новое русло эволюционного развития будет определяться, прежде всего, теми неконтролируемыми случайными факторами, которые будут действовать в момент (точнее, в период) перехода.

Универсальный эволюционизм есть попытка построения общепланетарной теории исследования природных процессов. Процесс самоорганизации природных систем заключается в обретении ими все более и более совершенного динамического равновесия с окружающей средой. Стержнем глобального эволюционизма является онтологическая схема, отражающая сквозную линию развития от низших форм движения к высшим и явления природы могут рассматриваться с единых позиций. На первый план выходит аспект глобального эволюционизма, взаимосвязанный с проблемами самоорганизации. Человек вписывается в эту схему развития как бы изнутри и снаружи. С одной стороны, он совершенно естественный элемент ее, а с другой – сторонний наблюдатель, способный оценивать происходящие события.

Структурность и целостность в природе. Фундаментальность понятия целостности. Важнейшим атрибутами природы является структурность и целостность. Они выражают упорядоченность ее существования и те конкретные формы, в которых она проявляется. Структура природы проявляется в существовании бесконечного многообразия целостных систем, связанных между собой. Из всего многообразия форм объективной реальности доступной для наблюдения является конечная область природы от 10-15 см до 10 28 см (около 20 млрд. световых лет), а во времени – до 1010 лет. В этих доступных нам масштабах структурность природы проявляется в ее системной организации, существования в виде множества иерархически взаимосвязанных систем: Метагалактика, отдельная галактика, звездная система, планета, отдельные тела, молекулы, атомы, элементарные частицы и др.

Разные уровни природы характеризуются разными типами взаимодействий. В масштабах 10-13 см – сильное взаимодействие, целостность ядра обеспечивается ядерными силами, целостность атомов и молекул – электромагнитными силами, в космических масштабах – гравитационными силами.

С увеличением размеров объектов уменьшается энергия взаимодействия. Если принять энергию гравитационного взаимодействия за единицу, то электромагнитные взаимодействия в атоме будут в 1039 больше, а взаимодействия между нуклонами в 1041 раз больше. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны между собой их элементы.

Живая природа также структурирована. В ней выделены биологический и социальный уровни. Биологический уровень включает подуровни: молекул (нуклеиновые кислоты, ДНК, РНК, белки и др.); клеточный, микроорганический; органов и тканей, организма в целом; популяционный; биоценозный; биосферный.

Система – это внутренне (или внешне) упорядоченное множество взаимосвязанных элементов, определенная целостность, проявляющая себя как нечто единое по отношению к другим объектам или внешним условиям.

Слово «целостность» появляется в определении «системы» как её существенное свойство. Интуитивно оно воспринимается также и в качестве интегрирующего. Следовательно, у этого понятия есть двойная роль, двойная функция: аспектная и интегральная. Как их совместить? В рациональном мире работают научные методы, в эмоциональном действуют чувства. Начинались они обычно в рациональной области, затем устремлялись за предметом в область интуиции и там угасали, не в силах адекватно описать это понятие языком науки. Формализовать удавалось лишь какие-то следствия, эффекты, проявления целостности, и это были уже безжизненные схемы. Ф.И.Тютчев: «Мысль изреченная есть ложь». Настроение безнадёжности сильнее всего передал, пожалуй, А.Бергсон: «Действительность есть вечное становление, порыв, изменение, творчество, насилуемое формами мышления...» Формы эти старательно классифицируются, создавая нам разнообразие «научных картин». Мы, таким образом, обречены на «оформленность».

Будучи субстанциальным аспектом системы, целостность должна постигаться интуитивно. Постараемся напрячь нашу интуицию, развивая представление о целостности. При взгляде на объект извне это понятие ассоциируется с обособленностью, самостоятельностью, замкнутостью. Если же смотреть изнутри, то это слово обретает смысл лишь тогда, когда появляется представление о внешнем, т.е. при наличии открытости (через двери, окна, форточки). Таким образом, целостность соединяет в себе противоположные свойства (замкнутость и открытость), которые должны находиться в соотношении дополнительности, не отдавая друг другу полной победы. Прекрасно сказал Гёте: «Когда целое вполне обнаруживает себя, оно указывает на всё остальное, и в этом понимании лежит величайшее дерзновение, и величайшее смирение».

В процессе перестройки мышления на новую парадигму понятие целостности сражается с понятием полноты. На первый взгляд, это понятия близкие, родственные. Но уточнение их разводит. Стремление к полноте – вектор стратегии научного поиска в рамках прежней парадигмы. А целостная картина – всего лишь предварительный, приблизительный, эвристический этап, подлежащий преодолению на пути к полному знанию. Но что происходит при достижении полноты описания какого-либо объекта? Очевидно, остановка в его развитии, конец жизни, умирание. Идеал оборачивается гибелью. Этот парадокс повсеместно встречается как в сказках, так и в судьбах, и многократно описывался. Слова некогда известной песни «мы рождены, чтоб сказку сделать былью» сегодня воспринимаются иначе: «не надо сказку опошлять», ведь в жизни все не так как в сказке, все подчиняется закону возрастания энтропии, «не до жиру, быть бы живым».

Постепенно осознавалось, что жизнеспособным, самостоятельным, органическим системам свойственна скорее не полнота, а нечто другое, что лучше называть целостностью. Освоение этого понятия происходило в ходе становления системного подхода. Философское определение системы, включающее целостность, рождалось в муках и спорах, ибо понятие целостности не удавалось объяснить привычными, известными, ясными словами. М.К.Мамардашвили пишет об этом так: «Эффектами целостности или системности мы называем то, что не можем представить. Это вынужденное понятийное орудие... Мы имеем дело с чем-то, что мы в принципе не должны стремиться представить наглядно или модельно, с чем мы должны обращаться, как с символами. Никакой целостный эффект не разворачиваем в реальную совместность или последовательность объектов с их свойствами... Необходимо пересмотреть классические абстракции, ввести онтологический принцип неполноты бытия». Речь идёт о смене идеала, о переходе к целостности как к более фундаментальному понятию, чем полнота. Полные описания ограниченных моделей становятся, таким образом, лишь вехами на пути к постижению целостных объектов. В новой парадигме вектор стратегии поворачивает от полноты к целостности.

Принципиальная невозможность полного описания целостности связана также с непрерывным изменением мира. П.Г.Светлов в письме к А.А.Любищеву писал: «История есть продолжение сотворения мира и тем самым истина нам ещё далеко не открыта полностью... Мнение, что вся истина нам открыта и мы обладаем всем, что нужно для нашего спасения, а следовательно и беспокоиться больше не о чём, – одно из основных положений православного богословия, но это составляет предмет моего большого сожаления».

Полнота достигается фактически только на моделях. Итак, стремясь к целостности, надо отказываться от полноты. Чтобы лучше это понять, обратимся ещё к жанру исповеди, классические образцы которой дали Бл.Августин, Руссо, Л.Толстой. Идеал совершенства, чистоты, полноты предписывает стремление к предельной искренности, без оглядки на цензора, зрителя, внешний суд. Но попробуйте устранить этот второй план – и исповедь погибнет. Стремясь к завершённости, мы где-то начинаем удаляться от жизни, и оказываемся на похоронах. Идеал хорош до тех пор, пока мы не слишком к нему близки.

Ранее отмечалось, что целостность пропадает, когда нарушается соразмерность компонент системной триады, когда некоторые из них, так сказать, увядают. Но в сильной триаде возможна регенерация ослабевших свойств, восстановление их через другие компоненты, так что, как в Святой Троице, каждая ипостась способна являть целое.

Тяга к целостности есть тяга к жизни. Любопытно в этом плане наблюдение, которое сделал художник К.С.Петров-Водкин, исследуя триаду основных цветов «жёлтый-красный-синий». Он заинтересовался тем, что «у цвета имеется свойство не выбиваться из трёхцветия, дающего в сумме белый цвет, т.е. свет. Благодаря этому свойству сложный, двойной цвет вызывает по соседству нехватающий ему для образования трёхцветия дополнительный». В качестве примера он называет зелёный луч заката, синюю ночь у костра, красную дорожку на лугу. Это стихийное стремление к гармонии целого через мираж дополнения является свойством и человеческой психики. Действительно, не по той ли закономерности мы в истине хотим видеть добро и красоту, в любви обретаем надежду и веру, в правде чувствуем отблеск радости и пользы?

Природная тяга к целостности заставляет человека совершать поступки, трудно объяснимые с рутинных позиций. Тоскующая душа ищет выхода к гармонии, к счастью, к слиянию с мировой душой. Осознавая эту закономерность, можно говорить о путях восхождения, различая исходные позиции по аспектам системной триады.

Вырастая из прежней парадигмы, приходится преодолевать хронический рациональный уклон. Но как? Возможный путь: отказ от метода отрицания. Отучиться отвергать с порога непонятное, отвыкнуть от подозрительности к новому, перестать видеть в инакомыслящем врага. Пора осваивать принцип приятия: признание-сочувствие-доверие.

Принципы целостности современного естествознания

Следует отметить, что в настоящее время бурно развивается философия науки, которая существенно отличается от естествознания и по своим целям, и по методам исследования. Философия науки стремится к некоторому синтетическому взгляду на окружающий нас мир. Она включает в себя эпистемологию, методологию науки (в широком и узком смысле) и социологию научного познания, синергетическую онтологию.

Естественно-научное мировоззрение опирается, прежде всего, на основные принципы естествознания. По степени общности можно в первую очередь выделить принципы инвариантности, относительности, дополнительности, вариационные принципы. Затем следует выделить принципы сохранения энергии, необратимости, симметрии, инерции, дальнодействия, близкодействия и некоторые другие.

Отметим наиболее важные идеи, связанные с формулировкой самых общих принципов природы, а именно – идеи инвариантности, относительности и дополнительности.

Инвариантность. Категория инвариантности тесно связана с глубокой философской проблемой соотношения между относительной и абсолютной истиной. Если справедливость утверждения не зависит от системы отсчета, то такое утверждение называется инвариантным.

В связи с таким расширением понятия инвариантности можно сделать один парадоксальный вывод: всякое абсолютное относительно, а всякое относительное абсолютно. Е. Вигнер сформулировал концепцию трех уровней познания в физике, которая может быть распространена и на другие науки. Первый уровень познания – установление отдельных фактов (событий), второй – выведение общих законов посредством обобщения фактов или событий, третий – получение принципов инвариантности («сверхпринципов») посредством дальнейшего обобщения законов.

Инвариантность связана с симметрией и законами сохранения. Если речь идет о зеркальном отражении, то слово «инвариантность» заменяют словом «симметрия». Законы сохранения являются формой выражения принципов инвариантности. Инвариантность к смещению системы отсчета выражает собой: закон сохранения энергии – для смещения во времени, закон сохранения импульса – для смещения в пространстве, закон сохранения количества движения – для поворота.

У Аристотеля инвариантом является естественное (абсолютно неподвижное) место тела; у Декарта и Галилея неизменным состоянием стало уже не положение тела, а его скорость. В современной физике основным инвариантом служит масса.

Относительность. Принципы относительности связаны с принципами инвариантности. В своей наиболее простой и отточенной форме принцип относительности обычно формулируется так: «Законы классической механики инвариантны относительно перехода от одних инерциальных систем отсчета к другим». «Все механические процессы протекают совершенно одинаково во всех инерциальных системах отсчета». То есть все инерциальные системы отсчета равноправны с позиций механики; нет ни одной избранной, которую можно было бы предпочесть другой на том основании, что какой-то механический опыт в ней протекает иначе, чем в других инерциальных системах отсчета.

А. Эйнштейн обобщил этот принцип, сформулировав два постулата специальной теории относительности.

1. Все законы физики должны быть одинаковы во всех инерциальных системах отсчета, движущихся относительно друг друга поступательно и равномерно (с постоянной скоростью).

2. Скорость всех взаимодействий в природе ограничена скоростью света. Или скорость света одинакова во всех инерциальных системах.

Многие ученые предлагали называть специальную теорию относительности теорией инвариантности, поскольку в ней обосновывается существование двух важнейших инвариантов природы. Первым является постоянная скорость света, вторым – соотношение Е = mc2. Таким образом, в специальной теории относительности А. Эйнштейна произведено весьма полное обобщение как принципа относительности, так и принципа инвариантности.

Дополнительность. Принцип дополнительности, несмотря на его исключительную важность в науке, разработан совершенно недостаточно. Иногда этот принцип трактуется либо как синоним соотношений неопределенности, либо как логически и исторически вытекающий из него.

Н. Бор ввел «дополнительность» как принцип, согласно которому некоторые понятия в физике являются несовместимыми и должны восприниматься только как дополняющие друг друга. Соотношение неопределенностей представляет собой количественное выражение этого принципа. Н. Бор сформулировал свою наиболее отточенную формулировку принципа дополнительности: «Как бы далеко не выходили квантовые эффекты за пределы возможностей классической физики, описание экспериментальной установки и регистрации результатов наблюдения всегда должны производиться на обычном языке, дополненном терминологией классической физики. Это есть простое логическое требование, поскольку термин «эксперимент» в сущности, может применяться лишь для обозначения такой ситуации, когда мы можем рассказать другим, что сделали и что узнали в итоге». «Есть два вида истины – тривиальная, отрицать которую нелепо, и глубокая, для которой обратное утверждение – тоже глубокая истина». Можно сформулировать эту мысль иначе: содержательность утверждения проверяется тем, что его можно опровергнуть. Приведем еще одно высказывание Бора: «Никогда не выражайся яснее, чем ты думаешь». Понятие «истина» Бор считал дополнительным понятию «ясность». Он также полагал, что проблема «свободы воли» решается дополнительностью мыслей и чувств. Пытаясь анализировать переживания, мы изменяем их и, наоборот, отдаваясь чувствам, теряем возможность их анализа.

Принцип дополнительности применяется также в биологии, лингвистике и ряде других наук, но главную мысль, обобщающую этот принцип, можно выразить так: природная (сущностная) картина явления и его строгое математическое описание взаимодополнительны. Например, создание физической картины явления требует качественного подхода, пренебрежения деталями и уводит от математической точности. А точное математическое описание настолько усложняет картину, что затрудняет физическое понимание.

Очень емкой формулировкой принципа дополнительности является формулировка И. Пригожина, правда в вольной интерпретации: «Мир богаче, чем можно выразить на любом одном языке...».

Ярким методологическим принципом является принцип соответствия, предложенный Н. Бором: «Никакая новая теория не может быть справедливой, если она не содержит в качестве предельного случая старую теорию, относящуюся к тем же явлениям, поскольку старая теория уже оправдала себя в этой области». Обобщенная формулировка принципа соответствия имеет вид: «Теории, справедливость которых установлена для той или иной предметной области, с появлением новых более общих теорий не устраняются как нечто ложное, но сохраняют свое значение для прежней области как предельная форма и частный случай новых теорий.

Основные подсистемы науки – естественные, общественные и технические. Характерно отсутствие резких граней между науками в настоящее время и междисциплинарные комплексные научные исследования. Наблюдается иерархичность: фундаментальные науки, изучающие основные закономерности развития материи и сознания, и практические науки, применяющие достижения фундаментальных наук на практике. Преобладание эмпирического знания было до начала XX века. Определяющая роль теоретического уровня научного познания – в современную эпоху. Качественное изменение эмпирического уровня на основании новых теоретических конструкций и информационных технологий.

Закономерностью развития естествознания является непрерывно-дискретный характер его развития. Скачкообразный ход развития науки при решении актуальных проблем характеризуется сменой типов научной рациональности.

В истории современного естествознания можно классифицировать глобальные естественнонаучные революции: аристотелевская, ньютоновская, эйнштейновская, пригожинская(?).

Принципиальное раздвоение каждой из фундаментальных научных проблем, как отражение принципа неполноты соответствующих теорий (теорема Гёделя). Усовершенствование первоначальной единой теории как решение альтернативных равноправных начал на примере развития синергетической парадигмы фундаментальности.

Самоорганизация в природе в терминах параметров порядка

Система может быть определена как комплекс взаимодействующих элементов (определение Берталанфи).

Систему можно определить как любую совокупность переменных, которую исследователь выбирает из числа переменных, свойственных реальному объекту (определение У.Р. Эшби).

Системой является произвольная вещь, на которой реализуется какое-то отношение, обладающее произвольно взятым определенным свойством. И двойственная формулировка: системой является произвольная вещь, на которой реализуются какие-то свойства, находящиеся в произвольно взятом определенном отношении (определение Уёмова А.И).

Системные исследования продвигаются вперед, имеют успех, несмотря на отсутствие общепринятого общего (абстрактного, для всех случаев справедливого) определения системы.

Выделим для наглядности те характеристики, с которыми, прежде всего, ассоциируется наша интуиция системы: наличие системообразующего фактора (свойства или отношения), который выражает смысл системы; смысл системы часто называют эмерджентным свойством системы, т.е. свойством, которым обладает система, но не обладают какие-либо ее части сами по себе.

Система обладает структурой, посредством которой на определенном субстрате реализуется концепт и благодаря которой система есть то, что она есть, т.е. получает эмерджентное свойство. Структура есть не что иное, как отношения между элементами системы. Система содержит также элементы, которые упорядочены структурными отношениями.

Элементы и структура вторичны по отношению к концепту: концепт определяет, что является элементами системы и каково их структурное взаимоотношение, а не наоборот. Система является определенным единством, целостностью, индивидуальностью. Система как индивидуальность выделена из окружающей среды, отличается от нее. Системы нет без окружающей ее среды. Система имеет непространственную границу, которая отделяет ее от внешней среды. Система имеет каналы связи между системой и внешней средой, называемые входами и выходами системы.

В системных исследованиях очень часто бывает полезно изобразить систему графически. Для этого используются обычно две модели системы: модель черного ящика и модель белого ящика.

Модель «черного ящика» используется в тех случаях, когда особый интерес для исследователя представляет взаимоотношение системы со средой. Если у системы есть внешняя окружающая среда, то должна быть и связь системы с ней, какое-то взаимное влияние их друг на друга. Между ними должны быть и граница, и каналы связи – это схема модели «черного ящика», показанная на рис. 7.

ﾵﾧ

Рис. 7. Модель «черного ящика» открытой системы

Характер связи системы с внешней средой, как правило, далеко не очевиден и часто требует специального изучения. Внешняя среда влияет на систему через каналы связи, называемые входами системы (см. рис. 9

модель «черного ящика»). Это название подчеркивает отсутствие сведений о содержании черного ящика, т.е. о внутренних характеристиках системы. В этой модели задаются, фиксируются только входные и выходные связи системы с внешней средой. Такая модель часто оказывается полезной, несмотря на кажущуюся простоту и бедность.

Если сигналы с выхода системы попадают на вход системы по каналу обратной связи в фазе (сдвиг фаз равен 00, либо 3600) то такую обратную связь называют положительной, если сдвиг фаз равен 1800, то отрицательной.

Н. Винер связывал суть науки об управлении с организацией и самоорганизацией, которая рассматривалась им как антипод энтропии, фактор, противостоящий тенденции роста мирового хаоса.

Под самоорганизацией понимается способность к стабилизации некоторых параметров посредством направленной упорядоченности ее структуры с целью противостоять энтропийным факторам среды. Самоорганизация – это структура в действии.

Для процесса самоорганизации характерны следующие структурные компоненты и свойства:

Механизм управления, представленный в том или ином виде и отвечающий за получение, оценку, переработку сигналов, несущих информацию и формулирование программы ответного действия.

Канал обратной связи.

К свойствам процесса самоорганизации относятся следующие:

Самоорганизующаяся система сохраняет состояние термодинамического равновесия.

Негаэнтропийный характер самоорганизующейся системы обеспечивается использованием управляющей информации.

Самоорганизующаяся система обладает функциональной активностью, (консерватизмом) выражающейся в противодействии внешним силам.

Самоорганизующаяся система обладает выбором линии поведения.

Целенаправленность действий.

6. Гомеостаз и связанная с ним адаптивность системы.

Рассмотрим механизм, обеспечивающий организационный процесс. Пусть имеется некоторая система с направленным, на нее внешним воздействием – вход системы. Вместе с вещественно-энергетическим потоком в нее попадает информация, представляющая собой собственную упорядоченность этого потока.

Эта информация оценивается в особом блоке системы – механизме управления, которым может быть система сравнения, или «свой–чужой». Если последняя ломается, то это проявляется в виде «терроризма». Здесь же вырабатывается программа ответного действия, система реагирует на воздействие извне. В выходном вещественно-энергетическом потоке также имеется информационная составляющая. Часть ее по каналу обратной связи (см. рис.2.) поступает на вход системы и снова попадает в механизм оценки и переработки информации. В результате система получает сведения об эффективности ее ответной реакции и изменяет направление и интенсивность действия, если это нужно для самостабилизации.

Таким путем многократного самоконтроля системы получившие название «самоорганизующиеся», настраиваются на внешние факторы, достигают равновесия с условиями среды существования и тем самым сохраняют себя рис.2. Если сигнал с выхода через цепь обратной связи попадает на вход в фазе, то такая обратная связь называется положительной обратной связью, если в противофазе, то – отрицательной обратной связью. Первая способствует раскачке системы (например, качелей), второй вид обратной связи – стабилизации, торможению, детерминизму… Можно выделить три основные характеристики процесса самоорганизации систем: гомеостаз, обратная связь, информация.

Гомеостаз. Слово «гомеостаз» произошло от двух греческих слов: homois – подобный, одинаковый, сходный и stasis – неподвижность, состояние. Это относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма. Понятие «гомеостаз» применяют к биоценозам (сохранение постоянства видового состава и числа особей), в генетике, кибернетике. Таким образом, гомеостаз – то стремление живой системы сохранить стабильность своей организации, рода, популяции.

Гомеостаз присущ любому существу, любой живой системе. Стремление к гомеостазу – мощнейший фактор эволюции, открывает прямое влияние на интенсивность естественного отбора.

Разрушение организации живой системы означает ее гибель; живое всегда стремится сохранить свою стабильность – это факт эмпирический. Для неживой материи стремление сохранить свой гомеостаз выражен в принципе Ле Шателье–Брауна (принцип подвижного равновесия), который является следствием закона сохранения. Если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нубудь из условий, определяющих равновесие, то равновесие смещается в том направлении, в каком эффект возмущающего воздействия уменьшается.

Устойчивость, доведенная до предела, прекращает свое развитие. Чересчур стабильные системы – тупиковые формы, развитие которых прекращается. Чрезмерная адаптация или специализация столь же опасна для совершенствования, как и его неспособность к адаптации. То есть стремление к гомеостазу должно компенсироваться другими тенденциями, определяющими рост раз­нообразия.

Механизм обратной связи – это механизм, определяющий изменение состояния, являющийся реакцией на внешнее воздействие и определяющийся этой реакцией.

Существуют отрицательные обратные связи, которые поддерживают гомеостаз, т.е. компенсируют внешнее воздействие (сохраняют динамическое равновесие) и положительные обратные связи, которые ухудшают стабильность системы и приводят, в конце концов, к возникновению новой структуры. Стремление к гомеостазу формирует механизмы не только отрицательных, но и положительных обратных связей, так как оно компенсируется тенденцией разнообразия.

Живые системы – это всегда открытые системы. Живым системам свойствен метаболизм, т.е. обмен энергией и веществом с внешним миром (обмен веществ), без которого они существовать не могут. Одной из ведущих тенденций развития живых систем является стремление к наибольшей степени использовать энергию внешней среды, уменьшая тем самым свою локальную энтропию.

Это является эмпирическим фактом: так же, как и стремление сохранить гомеостаз, живому свойственней стремление так изменить систему, направить эволюционный процесс в такую сторону, чтобы увеличить способность системы усваивать внешнюю энергию и вещество.

Таким образом, одной из особенностей любого из важнейших эволюционных процессов, протекающих в живом мире, является противоречие между тенденциями к стабильности, т.е. сохранению гомеостаза, и укреплению отрицательных обратных связей, и тенденциями к поиску новых, более рациональных способов использования энергии и вещества, т.е. укреплению положительных обратных связей. Способы решения этих противоречий могут быть различными, и это обстоятельство ответственно за самые разнообразные организационные формы материального мира.

Распространена теория двойственной комбинированной обратной связи, согласно которой обратная связь в природных системах представлена в двух формах: информационной и неинформационной. Считается, что неинформационный тип распространен в неживой природе, а информационный появляется, начиная с органического уровня материи. Организация систем в живом мире порождает совершенно иной, новый тип механизмов развития, неизвестный в неживой природе, содержащий механизмы комбинированной (положительной и отрицательной обратной связи, переключающиеся в зависимости от результата воздействия среды) обратной связи. Это и есть та главная особенность, которая отличает живое от неживого.

Содержание понятия информации тесно связано с понятием отражения. Отражение – всеобщее свойство движущейся материи, которое выражается в способности любого объекта на воздействие извне отвечать определенным действием. Способность каждого предмета или явления реагировать тем или иным способом на воздействие извне сопровождается определенными изменениями своей структуры, в результате чего отражаемым и отражающим объектами устанавливается соответствующее структурное отношение.

Таким образом, информация – это отраженная структура, воспроизводящая структуру оригинала, отраженное разнообразие. Растительный мир, животный мир, мыслящий человек и человеческое общество – это гигантская иерархия систем с информационной самоорганизацией.

Теория информации – это раздел кибернетики, занимающийся методами описания, оценки, хранения, передачи и использования информации. Основные понятия теории информации – количество информации, емкость, пропускная способность канала связи и скорость передачи информации по нему.

Изменения, происходящие в системе в результате отражения или спонтанно, реализуются в форме вещественных или энергетических сигналов. Информация – это содержание сигнала, а значит, содержание отражения и изменения вообще.

Т.о можно говорить, о двух видах информации: информация как мера неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и времени, мера разнообразий (сложности, организации, порядка), мера изменений, которыми сопровождаются все протекающие в мире процессы; информация как форма мышления, которое является высшим продуктом мозга.

Лекции 17,18. ПУТЬ К ЕДИНОЙ КУЛЬТУРЕ. СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПАРАДИГМА ФУНДАМЕНТАЛЬНОСТИ

Методология постижения открытого нелинейного мира

XXI век характеризуется бурным экспоненциальным ростом научных знаний. Человечество знает и умеет значительно больше, чем может осмысленно использовать. Это породило серьезную проблему, ранее не стоящую перед человеком: противоречие между его глобальным планетарным могуществом и недальновидным эгоистичным мышлением.

Чарльз П. Сноу сформулировал проблему, которая не потеряла и сегодня своей актуальности об увеличивающемся разрыве между культурой естественнонаучной и культурой гуманитарной. Разделение наук на гуманитарные, изучающие человека во всех проявлениях, и естественные, исследующие закономерности окружающего нас мира, в настоящее время выглядит условным. В науке выделяются два процесса: дифференциация различных областей научного знания, приводящая к появлению узких специалистов и все более усиливающиеся интегративные тенденции в науке, сопровождаются проникновением представлений и исследовательских методов из точных наук в гуманитарные и наоборот.

Одной из важнейших задач современности является гармоничное развитие человека и устранение противоречия между гуманитарной и научно-технической формами культуры.

В задачу данного курса входит с одной стороны демонстрация единства современного естествознания как науки со своим множественным предметом исследования, а с другой стороны обоснование положений, из которых ясно, что современное естествознание, является основой любого знания – и естественнонаучного и гуманитарного.

Гуманитарное содержание современного естествознания связано с развитием мышления (нелинейного, синергетического), формированием мировоззрения, воспитанием чувств.

Современное состояние научного знания характеризуется тенденцией к междисциплинарному взаимопроникновению. Мультидисциплинарным синтезирующим статусом сегодня обладают системный подход, и его наиболее конструктивная часть: синергетический подход (системный подход в узком смысле) и все большие эвристические возможности раскрывает синергетическая образовательная среда и теория фракталов. Имеются веские основания полагать, что рефлексивное обращение фрактальных представлений на саму социальную деятельность субъекта и, в особенности, на его познавательную деятельность обернется новым концептуальным сдвигом в решении классических философских проблем качественного образования.

Необходимость такого рода рефлексивного обращения, прежде всего, связана с тем, что сложность системы социальной деятельности (по критериям числа взаимодействующих элементов и уровней организации) возросла настолько, что традиционные подходы уже не справляются ни с полной оценкой ситуации, ни, тем более, с прогнозом последующих состояний. В особенности это касается ключевых для современности видов деятельности, какими являются учебно-познавательная и управленческая. Фрактальные представления о структурном подобии части и целого выводят на новые возможности решения проблем совместной человеческой деятельности. Предметом рассмотрения выступают отношения инвариантности и подобия, которые связывают целостные системы и процессы социальной человеческой деятельности с каждым ее элементом и этапом, а именно особые виды деятельности, которые феноменологически проявляют структуру деятельности во всей ее сложности и полноте: это управленческая и учебно-познавательная деятельность в синергетической среде.

Гипотеза заключается в том, что между элементами и подсистемами различного уровня познавательной деятельности существуют отношения фрактального подобия, которые обуславливают органический характер совместной, познавательной деятельности. Эти отношения носят объективный характер, но в своей полноте способны реализоваться только через цикличное рефлексивное управление этой деятельностью в специально спроектированной синергетической образовательной среде.

Согласно гегелевской диалектике, движение «цель – средство – резульат» отражает многомерную иерархию узловых противоречий. При этом каждый узел фрактально раскладывается в свое собственное подобие. Смысл – это то, что сужает коридор возможностей, ограничивает их число, одним словом смысл есть то, что создает переход от настоящего к будущему (или от прошлого к настоящему). Нет движения вне направления, и движения выше цели. Цель, противоречащая законам движения и не отвечающая его направлению – бессмысленна. Не цель придает смысл развитию, а развитие – цели. Осмысленные цели достижимы и лежат в русле от прошлого к будущему.

Гегель впервые представил деятельность как самоизменение и саморазвитие объективного духа, под которым он понимает разум в человеческой родовой жизни, т.е. сверхиндивидуальную целостность, возвышающуюся над отдельными людьми и проявляющуюся через их различные связи и отношения. В современном представлении это духовная часть (компонента) синергетической среды. Логику Гегеля (тезис–антитезис–синтез) можно представить как «квазифрактал» развития, «фрактальная структура самопорождения смысла» любых изменений в системах различной природы. Труд праксеологически ориентирован лишь на практически полезный – общественно-необходимый результат.

«Методология деятельности в синергетической среде» как основание новой парадигмы берет начало в самой структуре научного познания, когда центр внимания переместился с равновесных процессов и структур на неравновесные, устойчивость к новому пониманию роли стохастического фактора в понимании природы реальных процессов, к созданию теории самоорганизации открытых систем и к разработке фрактально-синергетической теории Природы и ноосферы. Концепция синергетической среды открытого образования предполагает обеспечение на базе высоких наукоёмких технологий полной академической свободы личности в выборе форм, способов и места доступа к потребному знанию с минимальными энергетическими и номинальными интеллектуальными затратами.

На наш взгляд модель деятельности в синергетической технологии открытого образования есть не что иное, как фрактальная система самопорождения смысла.

Нами на протяжении многих лет исследовалась и проектировалась синергетическая среда в образовании, как новое направление в современной дидактике. В качестве методологического системообразующего основания служила синергетическая образовательная среда в образовании. В основе модели лежат гносеологические, онтологические, методологические и праксеологические процедуры системной деятельности и мыследеятельности, включающие следующие умственные действия, приемы и операции: по логической схеме процесса: сравнение, анализ, абстрагирование, обобщение, синтез, классификация, индукция, дедукция, инверсия, рефлексия антиципация, гипотеза, эксперимент и др.; по функциям классификации: прогностическая (индукционная), познавательная (гностическая) и измерительная (праксеологическая) процедуры; по типу логики мышления: рассудочно-эмпирические (классически-логические по Аристотелю) и разумно-теоретические (диалектико-логические, по В.В. Давыдову), синергетический стиль мышления (по А.И. Бочкарёву); по форме результата: создание нового образа, определение понятия, суждение, умозаключение, теорема, закономерность, закон, модель, теория.

Модель познавательной, управленческой и образовательной деятельности содержит разделенное пространство (рис.8.) на реальный (внизу) и рефлексивный мир (вверху). Левый верхний квадрант для рефлексивного мира отражает зону Веры и, в пределе, веру в первопричину всего сущего. Правый верхний квадрант отражает зону Науки (Разума) и, в пределе, веру в Абсолютную истину или в «Абсолютный дух» по Гегелю. Нижний левый квадрант соответствует материальному миру, а справа миру искусственного, всего, что создано человеком и современными технологиями. В центре находится субъект-субъектная подсистема познания, управления и учения, владеющая процедурами системной (синергетической) мыследеятельности: индукцией, обобщением, дедукцией, анализом и синтезом; методами классификации, моделирования и абстрагирования, инверсией, рефлексией, способами сравнения, измерения, выдвижения гипотез, проведения экспериментов, проектирования и конструирования, прогнозирования и планирования, синергетическим стилем мышления и др., в конечном итоге замыкающимися на практическую деятельность − праксеологическую составляющую спирального цикла познавательной, управленческой и образовательной деятельности.

Важным в этой модели можно считать факт: любой истинный квант знания − «когнитон» − получается как результат полного витка спирального цикла познавательной, управленческой и образовательной деятельности, охватывающей все пространство через синергетический метаязык (штриховая кривая по ходу часовой стрелки, охватывающая все квадранты и сходящаяся в центре), «понятный естественнику и гуманитарию». Проходя всю логическую цепочку, будущее знание, начинаясь как факт, частность, свойство, затем накапливается и посредством метода индукции превращается в общее свойство − метазнание. Дальнейшее применение к «общему метазнанию» методов анализа и синтеза, классификации, моделирования и абстрагирования превращает метазнание, в форму «абстрактного метазнания», «чистой идеи», обладающей качествами красоты и гармонии. Но абстрактное метазнание для своего превращения в истинное знание еще должно быть проверено практикой.

Принципы синергетики и синергетическая среда. Синергетический подход к познанию, точнее к постижению Природы, расставляет точки над и в том смысле, что становится более понятным, что знания не приобретают как вещь, ими овладевают с тем, чтобы в дальнейшем обладать, не терять самообладания и действовать, и жить правильно. Поэтому, знания, полученные в синергетической образовательной среде способствуют постижению действительности на фундаментальном уровне без отторжения.

Проектирование – это деятельность в областях, где недостаточно только линейного мышления как указывал Б.Ф. Ломов. Поэтому интересен подход Дж. Джонса к видению структуры постижения природы, состоящего из трех ступеней: дивергенции, трансформации и конвергенции.

ﾵﾧ

Рис.8. Модель познавательной, управленческой и образовательной деятельности в синергетической среде

Дивергенция характеризуется крайней неустойчивостью и условностью целей, сознательной установкой на критическое восприятие действительности, разрушение стереотипов, использование предельно широких метафор и крайне далеких ассоциаций.

Трансформация направлена на упорядочение поля поиска, его концептуальную структуризацию, на поиск языка данной задачи, пригодного для ее целостного и точного выражения. Это ступень выделения альтернатив и параллелей в решении исходной задачи.

Наконец, конвергенция – это настойчивая и жесткая направленность на усечение проектного поля, сокращение числа альтернатив, детализацию отобранных моделей и так далее. Исследователи говорят о двух диаметрально противоположных стратегиях проектирования: от внешнего – к внутреннему (из соображений целостного облика к его конструктивным деталям) и от внутреннего к внешнему (стратегия увязки, сведения отдельных элементов в целостный облик). Эти подходы к проектированию созвучны принципам синергетики.

На создание технологий нацелено проектирование. В самом проектировании как деятельности можно обнаружить свою совокупность инструментальных средств, свой подход к информационным ресурсам и, особенно подчеркнем, свой нелинейный (синергетический) стиль мышления, свой ценностный мир. Выделение этих взаимосвязанных компонентов позволяет представить проектирование синергетической среды образовательного процесса современного естествознания как нелинейную динамическую систему, генерирующую в заданных пределах деятельную структуру общества и способ жизни, определяющую современное состояние образования и перспективы развития человечества.

Под синергетической средой в системе мы понимаем совокупность материальных, духовных факторов и средств в открытой системе, в которой при взаимодействии ее частей на основе динамической иерархичности и наблюдаемости возникает усиление управляющих воздействий, согласование темпов и уровней развития управляемых, становление творческой личности, сочетающей рациональные и иррациональные компоненты мышления, имеющей целостное мировоззрение и познающей природу без отторжения на фундаментальном уровне.

Успехи в области современных высоких технологий, внедрение курсов «Концепции современного естествознания» с использованием его гуманитарного потенциала, делают проблему проектирования синергетической среды в системе образования и формирования синергетического стиля мышления актуальной. Эффективность социальных технологий 21 века, видимо, будет зависеть от решения задач, связанных с этой проблемой. Проектирование синергетической среды в социальной сфере обеспечит сочетание рационального и иррационального в процессе социального взаимодействия, формирование метаязыка аналогий, понятного естественнику и гуманитарию. Гуманитарный потенциал современного естествознания связан, прежде всего, с развитием мышления, формированием целостного мировоззрения, воспитанием чувств.

Известны семь принципов синергетики, из них: два принципа Бытия:

иерархичность;

гомеостатичность;

и пять принципов Становления:

незамкнутость;

неравновесность;

нелинейность;

динамическая иерархичность, циклическая коммуникативность, принцип дополнительности (обобщение принципа подчинения – рождение параметров порядка);

наблюдаемость.

Именно последние два включают принципы дополнительности и соответствия, кольцевой (циклической) коммуникативности и относительности к средствам наблюдения, позволяя начать диалог между внутренним наблюдателем (природа индивида) и внешним наблюдателем (жизнедеятельность в процессе познания природы) в синергетической среде.

Под проектированием синергетической среды в системе будем понимать процесс создания в системе такой совокупности информационно-методических, эргономических, экономических, правовых условий и средств управления на базе принципов синергетики, которая обеспечит становление в социуме творческой личности, имеющей опыт безопасной жизнедеятельности на стадии обучения, воспитания и развития.

Под формированием синергетического стиля мышления будем понимать деятельность в синергетической среде, направленную на практическое использование алгоритма реальности обучающими и обучаемыми, сочетающими рациональные и иррациональные компоненты мышления, основываясь на целостном мировоззрении и познании мира на фундаментальном уровне без отторжения.

Синергетический стиль мышления – это многостороннее, нелинейное, открытое мышление, совокупность и гармоничное сочетание понятийного и образного мышления, связующим (синхронизирующим) фактором которого является алгоритм реальности.

Под алгоритмом реальности будем понимать конечную последовательность предписаний, достаточную для оценивания состояния системы в развитии через связь прошлого и будущего в настоящем.

Именно проектирование синергетической среды, прежде всего в социальной сфере способствует формированию синергетического стиля мышления и отображению реальности в её процессуальном единстве.

Культура личности в сочетании с её нелинейным синергетическим стилем мышления, «…владеющей методологией циклично-волнового освоения будущего, становится главными целями современного неклассического опережающего образования. Это образование формирует нового человека, опираясь на новую синергетическую парадигму фундаментальности образования, в которой каждый образовательный цикл завершается синтетически-целостной картиной мира, причем роль синтезаторов выполняют проблемно-организованные, концептуальные дисциплины, выполняющие функцию содержательного метапроектирования образовательного процесса» (А.И. Суббето). К таким синтезаторам как раз и относится изучаемая дисциплина «Концепции современного естествознания» в виде мультидисциплинарного дидактического комплекса.

Познание (постижение) природы на фундаментальном уровне без отторжения следуя синергетической парадигме фундаментальности, может быть пояснен в следующих рассуждениях.

Два принципа бытия: иерархичность и гомеостатичность описывают изолированную систему, где вся активность заключена во власти, в «праве первой ночи для господина» в «праве силы» и др. в целом иллюстрирует «наследственность» дарвинской триады, (так было так есть и так будет всегда?!.) Если система изолирована, в ней, как известно все сохраняется: энергия, вещество, импульс, информация и.т.д. Это стадия бытия, которое определяет со-знание (совместное знание).

Ситуация меняется, если система приоткрывается, проходя три запрета: незамкнутость («нет замка и нет кнута», «бери больше – кидай дальше», «куй железо, пока горячо»); неравновесность; нелинейность (многовариантность, несколько путей развития, необратимость вследствие диссипации эмерджентности случайных событий) в сочетании с принципом; дополнительности составляет «изменчивость» дарвинской триады.

И, наконец, циклическая коммуникативность и наблюдаемость составляют «отбор» дарвинской триады. Такие рассуждения сближают современные принципы синергетики в соответствии с принципом соответствия с дарвинской эволюционной триадой: «наследственность», «изменчивость», «отбор».

Если посмотреть на график рис. 9, то принципы бытия находятся в стадии пороговой нечувствительности системы, третий, четвертый принципы синергетики находятся в первом предельном цикле (мягкого возбуждения) или «детской системы»; пятый принцип вершит «золотую середину» (равенства активности и пассивности) и переход системы во второй предельный цикл (жесткого возбуждения) «взрослости системы», когда ее притягивает ко второму аттрактору, в котором активность ослабевает, система достигает «насыщения» (второе равенство активности и пассивности: резонанс). Если взять производную от кривой активности, то получиться колоколообразный график с вершиной в точке равенства активности и пассивности (принцип нелинейности). Это граница перехода из прошлого в будущее, своего рода «потенциальный барьер необратимости, или как в народе говорят «куда ни кинь – везде клин», т.е. равенства активности и пассивности, после чего следуют качественные изменения, бифуркации. В физике это называется резонансом, в биологии – генетический механизм самоорганизации, в экономике равенство дебета и кредита (баланс) и др. В конечном состоянии рассмотренного цикла пассивность в системе превышает активность, и система на более высоком уровне становится похожей на «детскую» систему, и все повторяется вновь.

Принципы нелинейного образа мира. Первая научная картина мира была построена И. Ньютоном, несмотря на внутреннюю парадоксальность, она оказалась плодотворной, предопределив самодвижение научного познания мира. В этой Вселенной нет места случайностям, все события строго предопределены жестким законом причинности. А у времени было еще одно странное свойство: из уравнений классической механики следовало, что во Вселенной не изменится ничего, если оно вдруг начнет течь в противоположном направлении.

Все было бы хорошо, если бы не одна особенность реального мира – его склонность к хаотическим состояниям. С точки зрения классики – это нонсенс, то, чего быть не может. Открытия термодинамики заставили посмотреть на проблему по-иному: был сделан вывод, что хаос, состояние «тепловой смерти» – это неизбежное конечное состояние мира. Стало ясно, что, не найдя научного подхода к изучению явлений хаоса, мы заведем научное познание мира в тупик. Существовал простой способ преодоления этих трудностей: следовало превратить проблему в принцип. Хаос – это свободная игра факторов, каждый из которых, взятый сам по себе, может показаться второстепенным, незначительным. Теорией хаоса должна была стать нелинейная наука.

Классическая картина мира основана на принципе детерминизма, на отрицании роли случайностей. Законы природы, сформулированные в рамках классики, выражают определенность. Реальная Вселенная мало похожа на этот образ. Для нее характерны: стохастичность, нелинейность, неопределенность, необратимость. Понятие «стрелы времени» утрачивает для нее прежний, ясный смысл.

В нелинейной Вселенной законы природы выражают не определенность, а возможность и вероятность. Случайности в этой Вселенной играют фундаментальную роль, а ее наиболее характерным свойством являются процессы самоорганизации, в которых и сам хаос играет конструктивную роль. Формирование научного аппарата нелинейной картины мира происходило по нескольким направлениям. Ключевые термины, это бифуркация – процесс качественной перестройки и ветвления эволюционных путей системы, катастрофы – скачкообразные изменения свойств системы, возникающие на фоне плавного изменения параметров, аттрактор – «притягивающее» состояние, в котором за счет обратных связей подавляются малые возмущения.

Базовые принципы нелинейного образа мира. Принцип открытости. Система является открытой, если она обладает источниками и стоками по веществу, энергии и/или информации, принципы нелинейности, когерентность, т.е. самосогласованность сложных процессов.

Опираясь на эти принципы, перечислим основные отличительные свойства мира, подчиняющегося нелинейным закономерностям.

Необратимость эволюционных процессов. Барьер, который препятствует стреле времени обратить свой вектор в противоположную сторону, образует нелинейные процессы.

Бифуркационный характер эволюции. Принципиальная отличительная особенность развития нелинейных систем – чередование периодов относительно монотонного самодвижения в режиме аттракции и зон бифуркации, где система утрачивает устойчивость по отношению к малым возмущениям. В результате за бифуркацией открывается диапазон альтернативных эволюционных сценариев. Это означает переход от жесткого лапласовского принципа детерминизма к бифуркационному вероятностному принципу причинно-следственных связей.

3. Динамизм структуры саморазвивающихся систем. Существуют два типа кризисов эволюционирующей системы – структурный и системный. В случае первого после зоны бифуркации та­кая система может сохранить устойчивость за счет перестройки своей структуры, во втором – переходит на качественно новый уровень.

4. Новое понимание будущего. К зоне бифуркации примыкает спектр альтернативных виртуальных сценариев эволюции. И, следовательно, пути грядущего существуют уже сегодня, будущее оказывает влияние на текущий процесс – этот вывод полностью противоречит классике.

Нелинейная наука ведет к синергетической парадигме, которая означает, во-первых, отказ от базовых постулатов традиционной науки: принципов существования абсолютно достоверной истины и абсолютно достоверного знания; принципа классической причинности; редукционизма; концепции линейности; гипотезы апостериорности, т.е. приобретения знаний исключительно на основе прошлого опыта; во-вторых, это принятие синергетических принципов конструирования картины мира.

Принцип становления: главная форма бытия – не покой, а движение, становление. Эволюционный процесс имеет два полюса: хаос и порядок, деконструкция.

Принцип сложности: возможность обобщения, усложнения структуры системы в процессе эволюции.

Принцип виртуальности будущего: наличие диапазона альтернативных паттернов в постбифуркационном пространстве-времени.

Принцип подчинения: минимальное количество ключевых параметров, регулирующих процесс происхождения бифуркации.

Фундаментальная роль случайностей в зоне бифуркации.

Принцип фрактальности: главное в становлении не элементы, а целостная структура.

Принцип темпоральности: суперпозиция различных темпоритмов элементов системы.

Принцип дополнительности: возможность моделирования эволюции системы с помощью нескольких параллельных теоретических подходов.

Методы нелинейной науки, зародившиеся в сфере естественнонаучного знания, оказались перспективными при исследовании проблем социально-культурной динамики.

От автоколебаний к самоорганизации. Для пояснения поведения открытых систем и их постижения удобным является использование аппарата нелинейных колебательных систем, разработанного в радиоэлектронике и связи, на фазовых портретах, изображенных на рис.9.

Автогенераторная система с мягким возбуждением – любой электрический толчок (например, подключение источника питания) наводит в резонансной структуре некоторое иm и система из первоначального состояния неустойчивого равновесия (иm= 0) попадает в область Р+ > Р– (причем с плюсом – активность, с минусом – пассивность). При этом избыток энергии (Р > 0 тратится на увеличение напряженности поля в резонаторе. Этот процесс продолжается до точки устойчивого динамического равновесия при иm = иs (движение показано стрелкой). Если какая-то внешняя сила выведет систему из этого состояния, например в область Р->Р+, то (Р <0 и система должна уменьшить иm, так как энергии источника недостаточно для поддержания колебаний с такой амплитудой.

ﾵﾧ

Рис.9. Виды режимов возбуждения колебательных и самоорганизующихся систем

Следовательно, система самостоятельно вернется в точку равновесия иm = иs (стрелка направлена справа налево). Во втором случае режим самовозбуждения называется жестким. В начальной области (малые иm) Р– > Р+ и поведение системы аналогично только что рассмотренному случаю автогенератора с мягким возбуждением – система вернется в точку устойчивого равновесия при иm = 0 (стрелка к началу координат). Таким образом, для выведения системы из состояния равновесия к ней необходимо приложить некоторый первоначальный толчок, обеспечивающий попадание ее в область иm > иs1. Поведение системы с жестким возбуждением при иm > иs1 в точности такое же, как и у автогенератора с мягким режимом самовозбуждения. Точка иm = иs1 является точкой неустойчивого равно­весия.

В нижней части рис.9 показано поведение мягкого и жесткого возбуждения автогенераторов на фазовой плоскости. Точкам равновесия на фазовой плоскости соответствуют предельные циклы колебаний (выделены жирными замкнутыми линиями). Наличие на фазовой плоскости у некой исследуемой колебательной системы устойчивого предельного цикла свидетельствует о существовании в ней незатухающих колебаний. Принцип генерирования колебаний: генерирование есть процесс преобразования энергии некоторого источника в энергию колебаний (или волн).

Формирование инновационной культуры. Инновационная культура – это способность личности к созданию и использованию новшеств в материальной и духовной сферах культуры при сохранении в них динамического единства старого, современного и нового; основанная на восприимчивости к новому, креативности, знаниях, умениях, опыте, инновационном мышлении и творческом потенциале. Человек как субъект культуры преобразует (обновляет) окружающие его природный, вещный, духовный миры и самого себя таким образом, что эти миры и сам человек все более полно пронизываются собственно человеческим смыслом, т. е. гуманизируются.

Культура как способ жизни, коммуникации имеет достаточно интригующую аналогию с передачей, хранением и обработкой сигналов, несущих информацию по каналам связи. Также как и передача сигналов в каналах связи культура имеет свойство передачи, обработки, преобразования, хранения, подвержена помехам различного основания, подразделяется на аналоговую и цифровую составляющую. Формированию инновационной культуры способствует проектирование и реализация мультидисциплинарных дидактических комплексов (МДК).

Под мультидисциплинарным дидактическим комплексом (МДК) нами понимается совокупность дисциплин, спроектированная на едином системообразующем основании, при использовании которого возникает нелинейный эффект усиления дидактического результата.

Инновационная культура создается не сама по себе и не ради себя самой, она выступает инструментом в руках человека для его всестороннего развития, призвана содействовать этому процессу, предваряя его, активно участвуя в нем, совершенствуя его применительно к формированию нового образа жизни человека.

Основа ИННОвационной культуры (деятельности, поведения, мышления и.т.д.) заключается на наш взгляд в простой триаде: «изменчивой» «наследственности» путем «отбора» (чего?, да всего нового, что обеспечивает необратимое, закономерное изменение, т.е. развитие). Что означают буквы ИННО в слове ИННОвационная? И- изменчивость, Н- наследственность (исходная, родительская), Н – наследственность (измененная путем, например, генетического разнообразия и естественного О-отбора или в результате инновационной деятельности). Генезис и логика СТА…НОВ…ЛЕНИЯ (чего-либо) это и есть ИННОвационные изменения наследственности путем отбора, т.е.: инновационной деятельности, инновационного поведения, инновационного мышления, инновационной культуры.

Какая аналогия и связь напрашивается между корпускулярно-волновым дуализмом и алгоритмом формирования инновационной культуры? Аналогию и связь можно пояснить на явлении аннигиляции частиц с использованием принципа Дирака и гипотезы Луи–де Бройля. Например, свободные частицы электрон и ее античастица позитрон ранее занимая ограниченную область пространства сталкиваясь друг с другом, аннигилируют, превращаясь в два фотона 2γ, занимая все пространство: от минус до плюс бесконечности. После аннигиляции вещество превращается в поле с «двойной наследственностью» как бы учитывающее различный временной континуум для частицы и античастицы. В формуле де-Бройля (p = h/λ) слева импульс частицы, справа длина волны, а коэффициентом «усиления квантового эффекта» служит фундаментальная постоянная Планка, имеющая размерность и характер действия, нами может трактоваться и как фундаментальный предел коэффициента «усиления инновационного действия». Если в физике постоянная Планка понимается как минимальное действие в природе, то почему бы ее не считать как фундаментальную «постоянную инновационного действия», характеризующую минимальное инновационное действие в природе, некий шаг квантования инновационной культуры… Инновационное действие сродни «спонтанному нарушению симметрии». Реакции аннигиляции обратимы, также как и обратимы действия людей при исследовании истории науки, техники, культуры. В инновационной культуре связь прошлого, современного и нового осуществляется по принципу преемственноститрадиций с непременным сохранением и усилением новизны. Недаром говорят «новое – это хорошо забытое старое». Таков путь к новой, единой инновационной культуре…

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Баранцев Р.Г. Синергетика в современном естествознании. – М.: Едиториал УРСС, 2003. 144 .

Бочкарёв А.И. Концепции современного естествознания. Учебник. – Тольятти. Изд-во «Фонд развитие через образование, П/П «Современник». 1998. – 304с.

Бочкарёв А.И. Природа в разных аспектах. Эволюция современного естествознания // Учебное пособие в 7 частях. Ч.1,2 – Тольятти. П/П «Современник». 1997. –210с.

Бочкарёв А.И. Природа в разных аспектах. Современное естествознание и познание жизни // Учебное пособие в 7 частях. Ч. 3,4 – Тольятти. П/П «Современник». 1997. –227 с.

Бочкарёв А.И. Природа в разных аспектах. Современное естествознание и гармония в хаосе // Учебное пособие в 7 частях. Ч. 5 – Тольятти. П/П «Современник». 1997. –108 с.

Бочкарёв А.И. Природа в разных аспектах. Гуманитарные приложения синергетики // Учебное пособие в 7 частях. Ч. 6,7 – Тольятти. П/П «Современник». 1997. –179 с.

Бочкарёв А.И. Природа в разных аспектах. Монография в 2-х книгах – М.: ГАСБУ, П/П «Современник». 1999. –584 с.

Бочкарёв А.И. Фундаментальные основы этногенеза. – М. «Флинта», 2008. –464 с.

Бочкарёв А.И. Синергетика современного социального управления. – Тольятти. П/П «Современник». 2002. –204 с.

Бочкарёв А.И., Естественно-научные основы и современные концепции этногенеза. Учебное пособие. – Тольятти. П/П «Современник». 2004. –240 с.

Бочкарёв А.И., Бочкарёва Т.С., Саксонов С.В., и др. Концепции современного естествознания. Лабораторный практикум./ Под редакцией проф. Бочкарёва А.И.– Тольятти: ТГАС, 2005. – 104 с.

Бочкарёв А.И., Бочкарёва Т.С., Саксонов С.В. Концепции современного естествознания. Учебно-методическое пособие для самостоятельной работы. / Под редакцией проф. Бочкарёва А.И.– ТГАС. 2008. –137 с.

Бочкарёв А.И. Теоретические основы социально-экономических приложений концепций самоорганизации. – Тольятти: ТГАС. 2005. –77 с.

Бочкарёва Т.С. Физические основы передачи и обработки информации: Учебно-практическое пособие. – Тольятти: ПТИС. 2001. –132 с.

Бочкарёв А.И., Бочкарева Т.С. Естественно-научные основы высоких технологий. Лабораторный практикум. –Тольятти, Изд-во ТГУС. 2007. – 105 с.

Бочкарёва Т.С. История науки и техники. Учебное пособие. – Тольятти, Изд-во ТГУС. 2007., – 225 с.

Бочкарёва Т.С. Свет и цвет в природе и обществе. –Тольятти, Изд-во ТГУС. 2006. – 160 с.

Бочкарёв А.И., Бочкарева Т.С. Естественно-научные основы высоких технологий. Конспект лекций. –Тольятти, Изд-во ТГУС. 2007. – 105 с.

Данилова В.С., Кожевников Н.Н. Основные концепции современного естествознания: Учебное пособие для вузов. – М.: Аспект Пресс, 2000. – 256 с.

Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Основной курс в вопросах и ответах: Учебное пособие. – Новосибирск: Сиб. Унив. Изд-во, 2003. – 407 с.

Канке В.А. Концепции современного естествознания. Учебник. – М.: Логос, 2003. – 368 с.

Каменский А.А., Ким А.И. и др. Биология. – М., 2003.

Коровин Н.В. Общая химия: Учебник. – М., 2006.

Короновский Н.В., Ясаманов Н.А. Геология. – М., 2003.

ТулиновВ.Ф. Концепции современного естествознания. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004. – 416 с.

Суханов А.Д. Концепции современного естествознания: учебник для вузов /А.Д. Суханов, О.Н. Голубева: под ред. А.Ф. Хохлова, 3 издание – М.: Дрофа, 2006. – 256 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ3Лекция 1. Естественно-НАУЧНАЯ И ГУМАНИТАРНЫЕ ФОРМЫ

КУЛЬТУРЫ. НАУЧНЫЙ МЕТОД 4Лекции 2,3. ФИЗИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ОПИСАНИЯ ПРИРОДЫ13Лекции 4. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ29Лекции 5,6. ПРИНЦИПЫ СИММЕТРИИ И ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ38Лекция 7. ХИМИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ОПИСАНИЯ ПРИРОДЫ

49Лекция 8. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ОПИСАНИЯ ПРИРОДЫ

58Лекции 9,10. БИОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ОПИСАНИЯ ПРИРОДЫ

68Лекции 11,12. ЧЕЛОВЕК: ПРОИСХОЖДЕНИЕ, ФИЗИОЛОГИЯ, ЗДОРОВЬЕ

90Лекции 13,14. ЧЕЛОВЕК, БИОСФЕРА И КОСМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ

108Лекции 15,16. ПРОБЛЕМЫ САМООРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ

И УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЭВОЛЮЦИОНИЗМ

131Лекция 17,18. ПУТЬ К ЕДИНОЙ КУЛЬТУРЕ. СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ

ПАРАДИГМА ФУНДАМЕНТАЛЬНОСТИ

150СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

161

Учебное издание

Бочкарёв Александр Иванович

Бочкарёва Татьяна Сергеевна

Саксонов Сергей Владимирович

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Конспект лекции

Издается в авторской редакции.

Подписано в печать с электронного оригинал-макета 15.05.2008.

Бумага офсетная. Печать трафаретная.

Усл. печ. л. 10,12. Уч.-изд. л. 9,5.

Тираж 500 экз. Заказ 101/01.

Редакционно-издательский отдел

Тольяттинского государственного университета сервиса.

445677, г. Тольятти, ул. Гагарина, 4.

ﾵ[e-mail]ﾧ, тел. [phone].

Электронную версию этого издания

вы можете найти на сайте университета ﾵwww.tolgas.ruﾧ

в разделе специальности → учебно-методическое обеспечение дисциплин.

3