Шпаргалка по концепциям современного естествознания

Обобщая сказанное, можно утверждать, что развивающиеся объект-системы характеризуются таким универсальным признаком, как целостность, а процесс образования целостности связан с формированием уровней организации. Целостность предполагает упорядоченность, наличие классов частей в противоположность хаотическому смешению элементов. В результате возникает иерархическая система, где все разнообразие элементов подразделяется на соподчиненные уровни организации. Это правило, действительно, оказывается универсальным для строения систем. Иерархичность организаций особенно заметна у биологических объект-систем: клетка – организм – популяция – биоценоз.

59. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМАТИКИ МОДЕЛЕЙ В БИОЛОГИИ

Существуют всевозможные классификации математических моделей.

В наибольшей степени обобщения модели любых систем могут быть двух типов – эмпирические и теоретические. Эмпирические модели – это математические выражения, аппроксимирующие экспериментальные данные о зависимости параметров состояния системы от значений параметров влияющих на них факторов. Для эмпирических математических моделей не требуется получения никаких представлений о строении и внутреннем механизме связей в системе. Вместе с тем задача о нахождении математического выражения эмпирической модели по заданному массиву наблюдений в пределах выбранной точности описания явления неоднозначна. Существует бесконечное множество математических выражений, аппроксимирующих в пределах данной точности одни и те же опытные данные о зависимости параметров.

Теоретические модели систем строятся на основании синтеза обобщенных представлений об отдельных слагающих их процессах и явлениях, основываясь на фундаментальных законах, описывающих поведение вещества, энергии, информации. Теоретическая модель описывает абстрактную систему, и для первоначального вывода ее соотношений не требуется данных о наблюдениях за параметрами конкретной системы. Модель строится на основе обобщения априорных представлений о структуре системы и механизма связей между слагающими ее элементами.

Наряду с эмпирическими и теоретическими используются и полуэмпирические модели. Для них математические выражения получаются теоретическим путем с точностью до эмпирически получаемых констант либо в общей системе соотношений моделей наряду с теоретическими выражениями используются и эмпирические.

Теоретическая модель описывает не конкретную систему, а класс систем. Поэтому проверка теоретической модели возможна при исследовании конкретных частично или полностью наблюдаемых систем. Затем проверенную таким образом теоретическую модель можно применять для описания и изучения конкретных ненаблюдаемых систем, относящихся к тому же либо к более узкому классу. Методы моделирования во многом сходны. Так, чрезвычайная сложность биологических систем заставляет с осторожностью относиться к данным, полученным при использовании их моделей, требует верификации данных. Специфичность биологических систем требует применения адекватного математического аппарата. Моделирование как метод исследования все шире используется в биологии. Выделяют следующие уровни структурной организации живого: клеточный – тканевой – органный – организменный – попу-ляционный – биоценотический – экосистемный. На каждом уровне в качестве объекта исследования выступают клетка, ткань, организм, популяция, сообщество, экосистема. Модели нашли свое применение на каждом уровне организации. Так, на клеточном уровне наиболее известны модели различных биохимических процессов, например фотосинтеза или биосинтеза белка. На органно-тканевом уровне часто применяются модели динамики физиологических процессов, как, например, модели образования и накопления молочной кислоты в мышцах.

С повышением уровня организации с помощью моделей удается получать преимущественно качественную информацию, в противном случае – количественную.

60. КЛЕТКА КАК ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ЖИВОЙ МАТЕРИИ НА МИКРОУРОВНЕ

Клетки – это структурные и функциональные единицы живых организмов. Подобное представление, известное как клеточная теория, сложилось постепенно в XIX в. в результате микроскопических исследований. Можно вполне убедительно обосновать клеточную основу жизни. Клетка представляет собой самовоспроизводящуюся химическую систему. Для того чтобы поддерживать в себе необходимую концентрацию химических веществ, эта система должна быть отделена от своего окружения и должна обладать способностью к обмену с этим окружением.

Все клетки живых организмов содержат цитоплазму и генетический материал в форме ДнК. ДНК регулирует жизнедеятельность клетки и воспроизводит самое себя, благодаря чему образуются новые клетки.

Не существует строгого определения, что такое жизнь. Четкое определение жизни дать затруднительно, поэтому это понятие определяется указанием существенных признаков.

1. Питание. Оно служит для живых организмов источником энергии и веществ. Растения усваивают энергию непосредственно через процесс фотосинтеза, животные и грибы – через расщепление чужой органики. Первые именуются автотрофами, а вторые – гетеротрофами.

2. Дыхание. Одной из основных его функций является освобождение энергии при расщеплении высокоэнергетических соединений. Высвобождаемая при этом энергия запасается в молекулахАтФ.

3. Раздражимость является способностью реагировать на изменение внешней и внутренней среды.

4. Подвижность. Это свойство следует понимать не только как действие, ведущее к изменению положения в пространстве, например для растений это менее всего характерно, но в большей степени как общий приспособительный элемент адаптационного поведения, чаще всего выраженный в изменении пространственных координат.

5. Выделение – выведение из организма конечных продуктов обмена веществ.

6. Размножение. Его эволюционная роль заключается в сохранении главных признаков родителей у потомства.

7. Рост – это один из наименее специализированных признаков живого вещества. Он характерен и для неживой материи, примером тому можно считать кристаллы, но и здесь можно провести принципиальное различие: рост кристаллов – это пассивное присоединение вещества снаружи, а рост живых организмов – выраженный процесс и результат жизнедеятельности.

Эти элементарные свойства жизни присущи биологическим системам уже на клеточном уровне организации, поэтому клетку правомочно считать элементарной структурной единицей жизни. Различные иерархические уровни сложных объектов имеют функциональное и структурное сходство. Данная аналогия давно подмечена и с успехом используется при подаче теоретического материала цитологии в разного рода учебных пособиях и в цитологической терминологии. К примеру, даже название структурных элементов клетки – «органеллы» является производным от «органов» многоклеточного организма. Подобие различных иерархических уровней в сложных системах получило название фрактальности. Клетка является открытой системой, которая обменивается с окружающей средой веществом и информацией, пропускает через себя поток энергии, непрерывно понижая энтропию. Этими свойствами обладает любая биологическая система.