Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Предмет изучения экологии

Экология – это наука, изучающая взаимосвязи между организмами и окружающей их средой, а также условия существования этих организмов. Как наука экология зародилась во второй половине XIX в., после научных трудов естествоиспытателей, биологов, зоологов: Дарвина, Геккеля, Гумбольдта, Рулье. Экология относится к естественным наукам, использует достижения и методы познания физики, химии, математики. Например, развитие живых систем подчиняется законам термодинамики открытых систем, круговорот веществ описывается законами химии, законы наследственности, миграция животных, динамика популяций описаны с помощью теории вероятностей. Кроме того, экология включает элементы геологии и геофизики (эволюция Земли), биологии (законы развития живых организмов), генетики (законы наследственности живых организмов), физиологии и социологии человека.

Со времени своего рождения эта наука претерпела существенные изменения и продолжает бурно развиваться в наши дни. В настоящее время предмет экологии как науки составляют следующие компоненты:

1. Живые системы и их взаимодействие со средой обитания.

2. Природа в целом и взаимодействие ее с обществом.

3. Особый общенаучный подход к исследованию проблем взаимодействия организмов, биосистем и среды (экологический подход).

4. Научные и практические проблемы взаимоотношений человека и природы (экологические проблемы).

Структура экологии. Системность жизни

Структуру современной экологии иллюстрирует рис.1.1. Современную экологию представляют четыре больших раздела: биоэкология, геоэкология, прикладная экология, социальная экология. В нашем курсе будет кратко изучаться каждый из этих разделов. Учеными установлено, что жизнь на Земле имеет системное строение. То есть жизнь существует в форме самоподдерживающихся и саморегулирующихся систем. Поскольку жизнь на Земле имеет системное строение, для экологии характерно исследование своих объектов как СИСТЕМ. Причем живые системы являются незамкнутыми (открытыми) и подчиняются законам термодинамики открытых систем. СИСТЕМА - это множество одинаковых элементов, взаимодействующих друг с другом и образующих целостное единство. Выделяют материальные и абстрактные системы. Материальные системы разделяются на неорганические (физика, химия, геология) и органические живые (биологические, социальные, экосистемы, популяции, организмы). Абстрактные системы: логические, языковые, математические. Системы характеризуются иерархией и упорядоченностью элементов. Количественные меры порядка - информация I , энтропия S . Причем I пропорционально 1/S . Сама система может быть частью более сложной системы (подсистема). Или в нее могут входить как составные части другие системы (надсистема). Пример систем в физике: система с распределенными параметрами, с сосредоточенными параметрами, система взаимодействующих тел.

Общесистемные законы

Как мы будем изучать экологию? Живые системы отличаются размером, способами взаимодействия с окружающей средой, способами внутренних связей. В общем случае системы различаются степенью организации. Биосфера Земли имеет более высокую организацию, чем популяция. Существует определенная иерархия систем - подчиненность сверху вниз. В наших лекциях мы будем продвигаться сверху вниз - от биосферы до организма, от высокого уровня организации систем к низкому. Все системы области распространения жизни на Земле – БИОСФЕРЫ - представлены на рис. 1.2. Они подчиняются законам физики, химии, генетики, экологии. Все живые незамкнутые системы подчиняются теории систем и законам термодинамики открытых систем.

Основные из них: закон подобия части и целого, закон необходимого разнообразия, закон минимума диссипации энергии.

ЗАКОН ПОДОБИЯ ЧАСТИ И ЦЕЛОГО: часть является миниатюрной копией целого, поэтому все части одного уровня иерархии систем похожи. Например, модель атома Резерфорда похожа на солнечную систему, или сложный многоклеточный организм похож на одноклеточный, поскольку генетически каждая клетка содержит информацию об организме.

ЗАКОН НЕОБХОДИМОГО РАЗНООБРАЗИЯ. Никакая система не может состоять из абсолютно идентичных элементов. Например, атомы в кристаллической решетке различаются положениями в решетке; электроны на одной орбите - направлениями спина (принцип Паули).

ПРАВИЛО КОНСТРУКТИВНОЙ ЭМЕРДЖЕНТНОСТИ: надежная система может быть сложена из ненадежных элементов или подсистем, неспособных к самостоятельному существованию. Например, муравейник или пчелиный рой.

ТЕОРЕМА СОХРАНЕНИЯ УПОРЯДОЧЕННОСТИ: в открытых системах (каковыми являются все живые системы) энтропия не возрастает, а падает до определенной постоянной величины S 0 > 0 либо остается постоянной. Следовательно, информация I возрастает до определенной величины I 0 > 0 или остается постоянной. То есть система стремится сохранить упорядоченность, используя приток энергии из окружающей среды.

ЗАКОН МИНИМУМА ДИССИПАЦИИ ЭНЕРГИИ или ЭКОНОМИИ ЭНЕРГИИ: если процесс может развиваться в нескольких направлениях, допускаемых законами термодинамики, то процесс пойдет в направлении минимального рассеяния энергии (или минимального роста энтропии).

Эти всеобъемлющие законы справедливы для любых систем, как живых, так и неживых.

При изучении экологии используются следующие основные термины и определения:

БИОСФЕРА - это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества, которая находится с ними во взаимодействии. Учение о биосфере разработал в 1926 г. академик Вернадский. Он понимал под биосферой область существования живого вещества.

ЭКОСИСТЕМА - совокупность совместно обитающих различных видов организмов и условий их существования, находящихся в тесной непрерывной взаимосвязи друг с другом. Экосистема существует достаточно изолированно от остальной части биосферы. Она включает в себя ландшафт, водоемы, растения и животных. По размерам экосистемы могут быть разными - от дерева до Земли. Биосфера Земли называется глобальной экосистемой.

ПОПУЛЯЦИЯ - совокупность особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой, имеющая совместно произведенное потомство и населяющая одну территорию. Популяция функционирует в одной экосистеме и является частью сообщества. Могут быть растительные и животные популяции.

СООБЩЕСТВО - совокупность взаимодействующих между собой популяций, живущих в одних климатических условиях внутри одной экосистемы. Например, насекомые и суслики в степи служат пищей птицам и волкам.

ВИД – совокупность особей (живых организмов), способных иметь совместное, способное к репродуктивным функциям, потомство.

ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ – состоит из органического вещества, отличается обменом веществ с окружающей средой и способностью к воспроизведению себе подобных.

Методы экологии как науки

При изучении экологии используются следующие методы:

1. Описательный, когда наука описывает внешние связи и поведение объекта. Реализовался начиная с античных времен в ботанике, географии, зоологии.

2. Функциональный или метод “черного ящика”. Позволяет предсказать поведение выделенного объекта на основе наблюдения и анализа входных и выходных данных черного ящика. При этом отсутствует анализ внутренней структуры черного ящика.

3. Аналитический подход. Изучается внутренняя структура объекта, состоящего из более простых элементов.

4. Системный (экологический) подход является основным методом познания современной экологии как науки.

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД - это метод научного познания, в основе которого лежит представление об изучаемых объектах как системах. Исследователь должен изучать типы связей внутри системы, взаимодействие систем с другими системами, строить общую теоретическую картину связей. Системный подход применяется не только в экологии, но и в кибернетике, технике, управлении, экономике. Пример системного подхода в экологии приведен на рис. 1.3. Экосистема мысленно расчленяется на объект и окружающую среду, при этом изучаются взаимодействия между ними - обмен веществом, энергией и информацией, их составные элементы, поведение и изменение системы со временем - динамика.

Эксперименты в экологии до сих пор имели отрицательные последствия для биосферы Земли. Например, вырубка лесов с целью приобретения пахотных земель привела к опустыниванию почв. Тысячи лет назад на месте Сахары была буйная растительность.

В наши дни особо важным компонентом предмета экологии как науки становится окружающая среда, а именно экологические проблемы взаимодействия человека и окружающей среды. Экологические проблемы включают загрязнение окружающей среды, истощение пищевых и энергетических ресурсов биосферы, нарушение устойчивости и снижение разнообразия видов (Красная книга). Решением экологических проблем должны заниматься как отдельные люди, так и крупные организации.

Таким образом, современная экология как наука включает в себя не только методы изучения других естественных наук, но и формирует в сознании нынешнего поколения ответственность перед будущими поколениями за состояние окружающей среды и здоровье людей. Последнее связывает экологию с этикой, культурой, психологией.

Цели и задачи курса.

Курс лекций рассчитан на семестр и состоит из трех модулей:

1. Биоэкология - 9 лекций.

2. Влияние деятельности человека на биосферу - 5 лекций.

3. Методы инженерной защиты окружающей среды - 3 лекции.

Цель курса: изучение основных законов экологии как науки, усвоение терминологии, изучение закономерностей поведения экосистем разного ранга, осознание современных экологических проблем, знание методов защиты окружающей среды.

Задачи курса:

1. Необходимость бережного отношения к природе.

2. Знать основные термины и законы экологии.

3. Знать методы инженерной защиты окружающей среды.

4. Владеть принципами здорового образа жизни.

Тест

1. Живые системы подчиняются одновременно:

1. Закону подобия части и целого, первому началу термодинамики.

2. Второму началу термодинамики, теореме сохранения упорядочен-ности.

3. Закону необходимого разнообразия, теореме сохранения

упорядоченности.

2. Выберите дисциплину, входящую в состав экологии:

2. Генетика.

3. Геоэкология.

3. Какие явления составляют предмет экологии как науки:

1. Жизнедеятельность человека.

2. Развитие растений.

3. Взаимоотношения живых организмов с окружающей средой.

4. Популяцией можно назвать:

1. Животный мир озера.

2. Стаю волков.

3. Растительность и животный мир тайги.

5. Экосистемой можно назвать:

1. Реку вместе с населяющими ее рыбами, водорослями и микро-организмами.

2. Стадо котиков на побережье Камчатки.

3. Сусликов в степи и питающихся ими ястребов.

6. Сообществом можно назвать:

1. Человеческую семью.

2. Биосферу Земли.

3. Львов и живущих поблизости антилоп.

7. Современная экология как наука использует в качестве метода познания:

1. Аналитический метод.

2. Метод „черного ящика".

3. Системный подход.

8. Выберите задачу нашего курса лекций:

1. Изучать флору и фауну российских заповедников.

2. Знать методы инженерной защиты окружающей среды.

3. Спасти мировой океан от нефтяных загрязнений.

4. Уменьшить газовое загрязнение атмосферы.

9. Выберите задачу нашего курса лекций:

1. Спасти голубого кита от вымирания.

2. Бережно относиться к природе.

3. Изобрести фильтр для очистки сточных вод.

Предыдущая

Калашников Юрий Яковлевич

Информация, точно так же, как и материя, и энергия, входит в круг трёх самых основополагающих, ключевых и таинственных сущностей нашего мира. Удивительно, – но на этом понятии держится не только весь багаж мировых знаний, но и любая область человеческой деятельности. С понятием “Информация” напрямую связаны не только феномены жизни, но и все сложные технические, биологические и общественные уровни её организации. И хотя вопрос о том, что же стоит за словом “Информация”, обсуждается уже давно, но и сегодня наука не может нам дать четких и удовлетворительных ответов: как она возникла, по каким законам существует и развивается, да и вообще, что же это такое – “Информация”? К сожалению, суть и значение этого слова трудно объяснить одной формулировкой. Между тем, этот термин уверенно вошел в нашу жизнь и широко применяется в науке, технике и на бытовом уровне. Поэтому “Информация” имеет огромнейшее значение для живой природы, человека и общества в целом. Сейчас мы всё ближе подходим к пониманию высказывания Норберта Винера о том, что: “Информация – есть информация, а не материя и не энергия”. В данной статье автор предлагает вашему вниманию свою концепцию зарождения, развития и понимания “Информации” как виртуальной сущности нашего мира.

1. Общие сведения. Предлагаемая Вашему вниманию статья, с которой Вы сейчас ознакомитесь, примечательна тем, что заставляет нас заново продумать и переосмыслить многочисленные тайны и загадки такого удивительного явления, как “Информация” и вынуждает под новым углом взглянуть на все её известные и малоизвестные стороны. Эта статья открыта для собственных ответов, вопросов и размышлений, благодаря чему она должна помочь не только задуматься над своим отношением к “информации”, но и увидеть, как бы со стороны, свои очевидные или неочевидные заблуждения. Здесь большей частью представлена авторская версия видения и понимания “информации”. По этой простой причине я не считаю, что в статье содержится “истина в последней инстанции”. Некоторые затронутые вопросы могут оказаться весьма неожиданными или даже спорными. Однако главное, к чему стремился автор, так это, по возможности, не только инициировать, но и активизировать интерес подготовленных специалистов или просто мыслящих энтузиастов-любителей науки к двум великим и таинственным явлениям нашей природы – Информации и Жизни. “Информация”, в том виде, в каком мы её сейчас понимаем и воспринимаем, появилась, очевидно, так же давно, как и сама жизнь. Однако вопрос о том, что же стоит за этим понятием, начал обсуждаться совсем недавно, с середины 20 века. И это очень странно, так как человек пользуется информацией уже десятки тысяч лет. А наследственная информация, вообще, существует и передается из поколения в поколение более 3,5 миллиардов лет. Примечательно и то, что время от времени загадка информации заставляет нас задумываться и размышлять не только о сущности её и природе, но даже заново переоценивать и менять к ней своё отношение. Информация и жизнь, настолько неординарные и настолько “кровно” связанные друг с другом явления, что современная наука всё время находится в поисках смысла и сущности этих двух удивительных феноменов нашей планеты.

Между тем, так уж случилось, что с течением времени подход к “информации” разделился на два различных направления её понимания, а именно: на бытовой уровень её восприятия и на научный подход к её проблемам. На этот факт следует обратить внимание, так как непонимание сущности информации часто является причиной познавательных иллюзий и неразрешимых коллизий. На бытовом уровне “информация” у нас воспринимается в широком смысле этого слова и обычно ассоциируется со смыслом или значимостью сообщения. С этой точки зрения, если информация не несёт ничего нового, то она уже не имеет для нас никакого значения. Кроме того, мы мыслим всегда на своём языке, поэтому информация, представленная другим языком, хотя и существует, но тоже, как правило, не несёт для нас никакого смысла. Как раньше говорили, – она является для нас “китайской грамотой”. В связи с этим, смысл и значимость получаемой нами бытовой информации являются понятиями субъективными, имеющими для каждого из нас своё индивидуальное значение. В этом случае “информация” не имеет четко обозначенных границ и не может служить критерием истинности или ценности тех или иных сообщений. Очевидно, что и понимание, и восприятие её будет оцениваться лишь уровнем нашей компетентности. С научной точки зрения, информация имеет всеобщий и универсальный характер, поэтому она классифицируется по различным категориям существования, видам и формам представления; по назначению и сферам применения; по своим техническим или биологическим характеристикам; по видам материально-энергетических субстратов, которые применяются для передачи сообщений; по языкам записи и программирования, каналам связи и способам передачи и т. д., и т. п. Научный подход к понятию “информация” предполагает не только изучение её характеристик, закономерностей её получения и преобразования, но и знания тех технических или биологических методов, которые применяются для её представления, накопления, обработки и передачи. Благодаря научному подходу, информационные технологии сейчас охватили почти все виды человеческой деятельности – общественные сферы, производство, науку, образование, медицину, банковские операции, быт и т. д. К примеру, Интернет, с помощью компьютерных технологий сейчас стал одним из наиболее ярких примеров коммуникационной общности людей разных национальностей и континентов. Следует отметить, что “информация”, понятие чрезвычайно ёмкое. Она разнообразна и многолика, может существовать в различных видах, формах и категориях, способна многократно переходить из одной её формы в другую, может теряться, восстанавливаться и разрушаться. Недаром она входит в круг самых удивительных и таинственных сущностей нашего мира. И главное – информация в живой природе, обществе и технике, как правило, не носит чисто статического характера, потому что она всегда служит для процессов оповещения, контроля или управления. С одной стороны, информация может иметь сигнальную форму, которая позволяет человеку получать сведения о процессах в технических или биологических системах, проводить наблюдения за различными природными явлениями, или контролировать и быть в курсе событий в различных областях человеческой деятельности. С другой же стороны, информация, в любых сложных системах, может служить и для управления протекающими процессами. Как мы видим, “Информация” как сущность настолько многолика, что до сих пор её не могут определить однозначно. Она так же, как материя и энергия, входит в круг трёх самых важных и ключевых сущностей нашего мира, поэтому и окутана всевозможными загадками и домыслами. Очевидно, что изучением информации следует заниматься весьма деликатно, начиная только с тех её форм и видов, которые нас больше всего интересуют. А к понятию “информация” бытового уровня необходимо относиться с достаточной долей осмотрительности, особенно тогда, когда она необоснованно начинает применяться, к примеру, для доказательства тех или иных “научных” идей и концепций. В этом случае у нас всегда появляется повод оказаться в затруднительном положении.

2. “Центральная догма” информации. Имеются многочисленные определения понятия “Информация”, которые порой далеко не отражают ни смысла, ни сущности этого явления. Даже, несмотря на наличие специальной науки “Информатики”, все предложенные расшифровки слова “информация” до сих пор остаются дискуссионными. Между тем, имеющиеся противоречия, по мнению автора статьи, можно преодолеть достаточно простым способом. Для этого следует всего лишь придерживаться определенных принципов и правил. Попытаюсь кратко изложить свою версию понимания информации. В первую очередь, по этому поводу необходимо вспомнить обобщение Норберта Винера, который в свое время недвусмысленно сказал, что: “Информация – есть информация, а не материя и не энергия. Тот материализм, который не признает этого, не может быть жизнеспособным в настоящее время”. Заметим, что несмотря на очевидную простоту этой фразы, здесь скрыта особая глубина мысли и понимания информации как природного явления. К сожалению, подтекст этой формулировки еще полностью не расшифрован и многое, что вытекает из него, практически осталось нераскрытым или незамеченным. В связи с этим, я считаю, что имеется немало веских причин и убедительных доводов, чтобы дать этой замечательной формулировке своё собственное имя. Предлагаю назвать её – “центральной догмой” информации. Как мы увидим далее, есть множество аргументов и фактов, подтверждающих необходимость такого шага. В первую очередь, обратим внимание на то, что в рассматриваемой фразе Норберта Винера отражен ключевой момент в понимании информации как обще-планетарного явления, который может привести к частным и достаточно ясным и четким обобщениям. Следует лишь соблюдать эту формулировку и постоянно следовать её указаниям и установкам. Кроме того, заметим, что аргументы “центральной догмы” дают массу поводов для теоретических выводов и размышлений и, в частности, для однозначного обозначения понятия “информация”. Попробуем кратко рассмотреть эти доводы. 1. Во-первых, из “центральной догмы” вытекает тот факт, который нас больше всего интригует и изумляет: “информация” не является физической величиной, несмотря на то, что лежит в основе самой жизни и играет роль одной из ключевых субстанций нашего мира. Она, хотя и пользуется для своего воплощения различными материально-энергетическими средствами, тем не менее, всегда выступает в качестве отдельного спутника и независимого природного явления. 2. Во-вторых, несмотря на то, что информация является нематериальной категорией, однако существовать и воспроизводиться она может только на базе системной организации и на основе тех или иных материально-энергетических носителей. Информация всегда предполагает наличие той или иной системы, где она может кодироваться, генерироваться и передаваться. Поэтому в соответствии с “центральной догмой”, информация в системе всегда выступает как отдельное и самостоятельное явление, имеющее виртуальный характер. 3. Отсюда следует, что кодируемая информация, по своей природе, сущность не материальная, а виртуальная. То есть она и не вещество, и не энергия, а что-то другое, данное живой (материи) природе и нам в представление. Причем, важно отметить, что, несмотря на её виртуальность, она обладает способностью к селективному отбору, эволюционному разнообразию и подчиняется не физическим законам, а только своим специфическим принципам и правилам (закономерностям информатики). Причем, информация, как правило, всегда выступает главной доминантой во всех функциональных процессах той или иной системы. 4. Информация – это “многоликий Янус”: она может кодироваться на разных языках; записываться различными буквами, цифрами, знаками или химическими био-логическими элементами. Информация способна иметь множество разнообразнейших форм, видов и категорий и передаваться различными способами. 5. Кодирование сообщений оказалось настолько эффективным способом записи и передачи информации, что первоначально эти принципы были “разработаны” и развиты в молекулярных системах живой природы и в дальнейшем применены для сложных биологических систем. Закодированная информация в цепочках химических букв и символов биологических молекул – это та умозрительная сущность, существование которой мы можем мысленно себе представить, то есть для нас это виртуальная реальность. Однако для самих биомолекул, это структурная и программная реальность, данная биомолекулам для построения и функционирования. Поэтому виртуальная реальность сейчас определяется как актуальная, событийная реальность, которая реально значима в настоящий момент времени. 6. Поразительно, что общие законы и принципы кодирования информации стали не только фундаментальными основами жизни, но и, впоследствии, заново были “открыты” человеком и нашли широкое распространение во многих областях человеческой деятельности: в технике, в науке, в управлении, в экономике, в социальной и общественной сфере и т. д. Кодированием стал называться процесс преобразования тех или иных сведений и данных в совокупность букв (символов, цифр или знаков), определяемую кодом. А любой код стал ключом для перевода информации из одной её формы в другую. 7. Загадочной остаётся способность одной и той же информации находиться и существовать в различных её видах и формах. Причем, это одно из ключевых и фундаментальных свойств информации. 8. К исключительным, на мой взгляд, свойствам информации (к примеру, генетической) относится её способность бесчисленное количество раз передаваться из поколения в поколение, путём простой смены своих материальных носителей! Поразительно, но информация действительно способна чрезвычайно долго существовать за счет бесконечной смены своих носителей. Мы живем, благодаря полученной наследственной информации от наших далеких и близких предков. В нашем организме нескончаемым потоком идут процессы обмена веществ и энергии, с возрастом мы постоянно меняемся, и у нас в теле не остается ни одной биомолекулы, с которыми мы появились на свет при рождении, – неизменным остаётся только наше “Я” и та генетическая информация, благодаря которой мы существуем и развиваемся! 9. В силу этих обстоятельств, на первый план в живой системе выступает уникальная способность генетической информации двигать потоками энергии и вещества, но при этом самой оставаться неизменной или почти неизменной. Наследственная информация является фундаментальной основой любой живой системы! 10. Очевидно, что информация всегда существует в сцеплении только с теми материально-энергетическими средствами, при помощи которых осуществляется её запись, передача, хранение или преобразование. Поэтому при разрушении переносчика сообщений сразу же исчезает и та информация, которая была записана на этом носителе. 11. Очень важное свойство информации заключается также в том, что она способна быть действующей силой только в той системе, которая воспринимает её как истинную смысловую реальность, то есть, где она становится реально значимой сущностью. Поэтому работа живых и сложных технических систем может быть обеспечена потоками и циркуляцией только той информации, которая реально значима и дееспособна в этих системах. 12. В связи с этим, любая сложная система способна пользоваться лишь той информацией, которая свойственна и присуща её природе! Поэтому в каждой системе, например, в живом организме циркулирует только “своя информация”. А информация биомолекул другого организма является чуждой для данного организма, в связи с чем, она всегда отторгается и отвергается. Вспомним защитную реакцию иммунной системы. Это, на мой взгляд, тоже очень важное качество, которое входит в круг основных свойств и принципов информации. 13. Как правило, для передачи информации и других информационных процессов требуется относительно небольшое количество энергии, однако слабые информационные воздействия в системе способны управлять работой любых, даже самых сложных силовых механических или энергетических установок. Здесь мы затронули, по всей вероятности, лишь основную часть удивительных свойств “Информации”. Однако, пользуясь этим понятием, прежде всего, необходимо видеть огромнейшую разницу между самими материально-энергетические объектами и физическими процессами нашего мира, которые порой бывают чрезвычайно грандиозными по своим масштабам, и той информацией, которая о них передаётся. Природные материальные и физические процессы подчиняются только своим фундаментальным законам, изучением которых занимаются соответствующие науки. Информация же, исходя из “центральной догмы”, не зависит ни от физических, ни от энергетических свойств своего носителя, она подчиняется только своим принципам и правилам. Все эти ключевые обобщения позволяют нам относиться к информации, как к отдельно существующей субстанции и идентифицировать её не только как природное явление, но и как виртуальную сущность нашего мира.

3. Так что же это такое – “Информация”? Передача сообщений всегда предполагает наличие двух объектов – источника данных и сведений и их потребителя. Поэтому, если в длинной цепочке передачи сведений и данных мы найдем ту часть сообщения, которая соответствует “центральной догме” Н. Винера, то это, совершенно на законных основаниях, будет той разыскиваемой таинственной сущностью, которая называется “Информация”. Как мы увидим далее, с этой точки зрения и понимания, такая постановка вопроса значительно облегчает сложную задачу поиска смысла и сущности данного природного явления. А сейчас, обобщая вышеуказанные аргументы и факты, предлагаю вашему вниманию новую формулировку, учитывающую, на мой взгляд, все требования “центральной догмы”: “Информацией” называется совокупность закодированных сведений или данных о любом факте, явлении или объекте, которые вырабатываются, передаются и воспринимаются той или иной системой. Здесь информация обозначена как содержательные данные и сведения тех или иных сообщений, которые представлены только в закодированной форме. Как мы видим, любая информация всегда предполагает наличие своей системы, где она способна циркулировать – восприниматься, перерабатываться, генерироваться и передаваться. Информационные процессы всегда непосредственно связаны с отбором нужных сведений и данных, поэтому информация всегда “черпается” из тех источников, которые жизненно необходимы для данной системы. В настоящее время, с научной точки зрения, информация трактуется как “содержательные сведения (данные), заключенные в том или другом сообщении, заранее неизвестные человеку или машине, принимающим сообщение. Сообщение может иметь форму, неприспособленную для передачи, хранения и других информационных процессов в автоматизированных системах. В связи с этим применяются различные способы преобразования сообщения, такие, как дискретизация, кодирование, модуляция с целью получения оптимального сигнала. Сигналом называется средство передачи (переносчик) сообщения. В общем виде сигнал – это однозначное отображение сообщения, всегда существующее в некотором физическом воплощении. Сигнал может нести информацию о событии, то есть однозначно находиться в соответствии с ним. При определенных условиях сигнал может быть преобразован без потери информации” . Как известно, сообщение физически можно представить как в аналоговой (непрерывной), так и в дискретной (буквенной, цифровой) форме. Однако если эти формы представления проанализировать с позиций “центральной догмы Винера”, то выявляются весьма любопытные факты. К примеру, аналоговому сообщению всегда соответствует некоторая непрерывная физическая величина (например, электрическое напряжение), причем, изменение этой величины во времени отображает протекание рассматриваемого процесса. Нетрудно заметить, что эта форма сообщения основана только на физических законах и полностью, в определённой пропорциональной зависимости, повторяет те или иные физические процессы. К примеру, для измерения больших значений электрического тока или напряжения в электротехнических установках применяются специальные измерительные трансформаторы, принцип действия которых основан на законах электротехники. Здесь главными участниками как измеряемых, так и отображаемых процессов являются материально-энергетические, но никак не информационные процессы, что явно, по своему характеру, не соответствует условиям “центральной догмы”. Этот способ является чисто техническим изобретением человека и, с позиций “центральной догмы”, не является информационным, так как здесь отсутствуют элементы кодирования (то есть виртуальные компоненты, характеризующие информационные процессы). Очевидно, что аналоговая форма передачи сведений не является информационной. Однако другое дело, если применяется дискретная форма передачи, когда сообщения представляются некоторым фиксированным набором определенных элементов, из которых в некоторые моменты времени формируются определенные последовательности. Здесь важным является не физическая природа элементов, а то обстоятельство, что комбинационный набор элементов конечен и потому любое дискретное сообщение передает определенное число значений некоторой величины. Элементы, из которых состоит дискретное сообщение, называют буквами или символами. Набор этих букв образует алфавит. Здесь под буквами, в отличие от обычного представления, понимаются любые элементы (обычные буквы, символы, цифры, математические или синтаксические знаки и т. д.), используемые для представления дискретных сообщений. Если любому из элементов присваивается соответствующее числовое (цифровое) значение, тогда представляемая информация приобретает чисто цифровой характер. Если в живых клетках в качестве элементов используются аминокислоты (химические буквы), которые кодируются генетическим кодом, то представляемая информация приобретает молекулярно-биологический характер и т. д. При дискретной форме представления сообщений, как правило, соблюдается условие их виртуальности и независимости от физических или химических свойств своего носителя. Здесь четко соблюдается условие “центральной догмы”, поэтому кодируемая часть сообщения всегда имеет статус информации. Между тем, на бытовом уровне понимания информации, когда у нас происходят смысловые “смещения” (смешивания) различных информационных закономерностей и понятий, с законами и понятиями материального мира, то это порой приводит к различным мировоззренческим иллюзиям. К примеру, некоторые исследователи декларируют “изначальное программное развитие материального мира”. При этом они, очевидно, забывают, что программная очередность действий устанавливается только в информационных системах, и она всегда подчинена виртуальным компонентам – командам и данным, то есть программам. Все процессы развития косной природы, на мой взгляд, не могут служить примером таких программных действий, так как они подчиняются законам материального мира и не подчинены никаким информационным командам свыше. Исключением может служить только биотический круговорот вещества, который на Земле осуществляется живыми системами. Действительно, с понятием “Информация” у нас в Интернете и в литературе сложилась такая путаница, что некоторые исследователи начали даже вычислять, сколько информации заключено в том или ином косном материальном объекте. Очевидно, что любой материальный объект, или процесс косной природы, имеет свои индивидуальные физические или химические характеристики, которые подчиняются всем известным физическим или химическим закономерностям. Однако, ясно, что никакими тестами и приборами наличие кодируемых сведений и данных у этих объектов обнаружить нельзя. Одно дело наличие и реальность материального мира и совсем другое – получение о его характеристиках информации, весь процесс которого связан не только с отбором нужных сведений и данных, но и с их переработкой, – с процессами кодирования, преобразования и передачей сообщений. Поэтому, по моему мнению, неправомерно, на бытовом уровне понимания информации, говорить о том, что в любом косном объекте или процессе заключена некая информация. Любой косный объект обладает лишь своими физическими характеристиками, а информация о нем – это уже сущность другой природы. Информация – это закодированные данные и сведения об объекте, которых, сам по себе, любой объект косной природы не вырабатывает и поэтому иметь не может. Некоторые исследователи считают, что в неживой природе имеются простейшие виды информационных взаимодействий, находящиеся в зачаточном состоянии, к примеру, при каталитических взаимодействиях, когда простые химические реакции ускоряются химическими катализаторами. Нетрудно разобраться, что этот чисто химический эффект никакого отношения к информационным кодируемым процессам не имеет. Или ещё удивительнее, когда без всяких видимых причин и научных оснований постулируют существование информации повсюду, изначально и повсеместно, в виде бесконечного мирового абсолюта, а всё развитие косной и живой природы, якобы, подчинено этой информации. Так, где же тогда эта информация и почему она не поддаётся никакому тестированию и идентификации даже современными научно-техническими методами и средствами? Разумеется, следует считать, что никаких информационных кодов о своих физико-химических характеристиках объекты неживой природы не посылают. Получить информацию об объекте можно только с помощью соответствующих датчиков, технических (или биологических) информационных преобразователей и систем передачи и приёма. Очевидно, что для передачи и получения любой, как сигнальной, так и управляющей информации должны существовать свои технические или биологические системы. Эти системы, во-первых, всегда состоят из материальной аппаратной части, предназначенной для кодирования, передачи, преобразования и реализации сигналов управления в управляющие воздействия на объект управления или служащей для получения сигналов оповещения. Во-вторых, эти системы также всегда состоят и из виртуальной (кодируемой) части – управляющих команд, сигналов оповещения и т. д. Причем, чтобы логический механизм аппаратного обеспечения такой системы заработал и был способен действовать строго в соответствии с программой, в его структуру должна быть загружены виртуальные компоненты, то есть команды и данные. Вспомним, даже компьютер без программного обеспечения обозначается пользователями как “железо”. Следовательно, “информация” в сложных системах контроля (сигнализации) и управления объектами и процессами – это такое виртуальное связующее звено, с помощью которого, с одной стороны, осуществляется контроль протекания процессов, а с другой, имеется возможность их дистанционного управления. В связи с этим, в отличие от множества имеющихся формулировок, виртуальную информацию, которая соответствует “центральной догме” Н. Винера можно назвать – классической.

PAGE_BREAK--

4. Информация – это закодированные данные и сведения того или иного сообщения. Следует обратить внимание на тот факт, что все физические, световые, звуковые и другие процессы подчинены физическим законам, вследствие чего они сами по себе не имеют статуса информации. Информация о них передаётся только в виде кодовых сигналов, которые будут получены в результате специальных технических или биологических средств их обработки, приёма и передачи. Поэтому нельзя получить и передать информацию не только без средств рецепции (датчиков) исследуемых процессов, но и без материально-энергетических средств её кодирования, записи, хранения, преобразования и передачи. Информационные сообщения становятся видимыми, слышимыми или осязаемыми только посредством материального переносчика, который несёт кодируемые сообщения. Изображения объектов окружающего нас мира попадают на сетчатку наших глаз, где они преобразуются в импульсно-кодовые сигналы слабого электрического тока и передаются через зрительный нерв в соответствующий участок головного мозга. Там информация перерабатывается и преобразуется в зрительные ощущения. Зрительные пути правого и левого глаза могут служить наглядным примером параллельной двухканальной передачи информации, и это позволяет нам видеть предметы объемно, в трех измерениях. Слуховые каналы передачи информации от обоих ушей также является примером двухканальной передачи звуковой информации. Зрение, слух, вкус, обоняние (тактильные ощущения) и осязание – это пять основных чувств, с помощью которых мы воспринимаем внешний мир. Для каждого из этих чувств имеются свои сенсорные системы, служащие для передачи в наш мозг различного рода информационных сообщений, где они фиксируются, преобразуются и вновь передаются для соответствующей переработки и использования в поведенческих реакциях. Как мы видим, любой живой организм имеет все необходимые системы для принятия различного рода световых, звуковых и других физических воздействий, которые по своему определению еще не могут быть информацией, так как являются чисто физическими категориями. Они становятся информационными только после преобразования их в кодовые сигнальные последовательности, которые воспринимаются нашим мозгом. Этот факт предоставляет нам возможность воспринимать окружающий мир, вырабатывать соответствующие решения и адекватно реагировать на текущую информацию. В сенсорных системах живых организмов и в технических информационных системах, как правило, используются методы канального разделения различного рода информации и различные принципы её кодирования, преобразования и передачи. Поэтому всю информацию мы всегда получаем в закодированном виде. Другого вида природной информации для нас просто не существует. Мы порой думаем, а иногда даже уверены, что информация в закодированном виде существует только в сложных технических системах, а на самом деле всю жизнь тем и занимаемся, что информацию, записанную одним кодом, переводим в информацию другого кода. К примеру, словесную (тоже кодируемую) информацию переводим (перекодируем) на язык буквенных обозначений и записываем при помощи букв русского (или другого) алфавита; сообщения, полученные на иностранном языке, переводим на свой родной язык; даже по телефону постоянно кодируем и передаем деловую или бытовую информацию. Мы постоянно только и занимаемся кодированием и перекодированием одного вида информации в другой вид, одной формы в другую, однако всё это делаем с такой скоростью и автоматизмом, что практически никто из нас этих процессов просто не замечает! Важно осознать, что информационные сообщения никогда не могут идти “сами по себе”, их передача от источника к потребителю всегда осуществляется при помощи различных приемо-передающих устройств, с применением различного рода материально-энергетических средств кодирования, преобразования и передачи. Причем, в соответствии с “центральной догмой” Норберта Винера, при передаче, приёме и других информационных процессах, “информация” не зависит ни от физических, ни от химических свойств и характеристик своего переносчика, а становится как бы самостоятельным виртуальным спутником своего носителя. Очевидно, что “информация”, в своем классическом природном виде, всегда существует, циркулирует и передаётся только в закодированном виде! Кодирование, передача, хранение, переработка и другие информационные процессы лежат в основе работы всех сложных систем, в том числе устройств контроля и управления, используемых не только в технических, молекулярно-биологических, но и в других информационных системах. Поэтому, чтобы не смешивать используемые понятия, всегда следует видеть понятийную разницу между объектами (процессами), которые могут служить (или являются) источником сведений, самой информацией и её носителями.

5. Выводы, похожие на сенсацию. Глубоко ошибаются те люди, которые считают, что первая информация на Земле была выбита первобытным человеком на скалах, выполнена зарубками на костях животных или записана на древних папирусах. “До наших дней сохранились лишь немногие древние записи, хотя они были вытравлены на медных пластинах или высечены на камне. Например, рукописи Мертвого моря и Розеттский камень, давший ключ к расшифровке древнеегипетских иероглифов, насчитывают всего несколько тысячелетий” . Однако, всё дело в том, что есть убедительные научные данные и основания полагать, что первая информация “появилась на свет” за три-четыре миллиарда лет до указанных выше событий! Причем, больше всего изумляет то, что она стала кодироваться не на долговечном, с нашей точки зрения, переносчике информации, а на удивительно ненадежном и чрезвычайно микроскопическом – молекулярном носителе! А это нам, на первый взгляд, могло показаться бы, совершенно безнадежной и неразумной технологией. Сейчас уже точно известно, что генетическая и молекулярная информация записывается, хранится и используется в форме ДНК и в виде других биологических макромолекул, – настолько хрупких биоорганических соединений, что они легко разрушаются на множество различных фрагментов лишь при простом перемешивании раствора с этими компонентами. Поэтому наше воображение сегодня поражает тот факт что, несмотря на свою кажущуюся ненадежность, биомолекулы ДНК сменили немыслимое множество своих поколений, однако, при этом, всё-таки, донесли до настоящего времени и ту далёкую информацию, которую содержали самые древние биологические макромолекулы! Ясно, что этот феномен основан на свойствах информации. Нисколько не преувеличиваю, если скажу, что сама биологическая жизнь своим появлением, зарождением и эволюционным развитием, в первую очередь, обязана замечательным способностям информации – кодироваться с помощью химических букв и символов и передаваться при помощи различных молекулярных средств и носителей. Именно с кодированием связаны многие замечательные свойства живых клеток: 1) возможность хранения, передачи и переработки управляющей генетической информации; 2) возможность структурно-функционального программирования биологических молекул и клеточных структур; 3) совмещение программно-аппаратных средств в структурах белков, нуклеиновых кислот и других функциональных биомолекул; 4) возможность обработки сигнальной информации субстратных молекул и т. д. Поэтому биологические макромолекулы повсеместно несут ту информацию, которая определяет их класс и конфигурацию, и программирует их функциональное поведение в живых системах . А разве, к примеру, не интригует нас известный биологический факт, что генетическая информация как самостоятельная виртуальная сущность, способна передаваться из поколения в поколение путем простой смены своих материальных носителей?! При этом информация не только сохраняется, но даже преумножается, несмотря на телесную хрупкость и недолговечность своего носителя. Естественно, для своего сохранения и преумножения она пользуется различными биологическими системами и механизмами, например, живой клеткой. Как мы видим, всегда можно удостовериться в том, что все рассмотренные выше свойства и способности информации, хотя, и кажутся загадочными, но все они легко могут быть объяснены с позиций “предлагаемой в данной статье новой формулировки” и из условий и установок “центральной догмы”. При этом следует отметить, что хотя “информация” повсеместно и служит человеку, однако, в первую очередь, она выступает как виртуальная, умозрительная реальность. В этом, видимо, и кроется её главная загадка. Заметим, что и живая природа, и человек издревле занимаются кодированием информации, что указывает на правильность предложенной формулировки, о том, что информацией являются лишь закодированные данные и сведения. К сожалению, мы еще полностью не осознали, что “информация” является отдельной самостоятельной субстанцией и подчиняется не законам материального мира, а только своим специфическим принципам и правилам! Игнорирование этого факта неизбежно ведёт к познавательным коллизиям и часто приводит к серьезным теоретическим упущениям и ошибкам. Например, мы забываем (или не знаем), что функциональное поведение биологических макромолекул в живой системе подчинено не только всем известным законам физики и химии. В первую очередь, оно подчинено закономерностям молекулярной биохимической логики и информатики, иными словами, – информации, закодированной (загруженной) в структурах биологических макромолекул. Следовательно, изучением живой материи должны заниматься не только биофизика, биохимия, молекулярная биология, но и молекулярная информатика . К сожалению, этот факт биологами пока еще не осознается и не воспринимается, что, на мой взгляд, является причиной мировоззренческого застоя и отставания в изучении биологической формы движения материи. Автор этой статьи уже давно придерживается мнения, что первичная биологическая информация, находящаяся в структурах ДНК живой клетки, представляет собой закодированные генетические сообщения и послания. Поэтому путём транскрипции (переписывания) и трансляции (перекодирования) этих сообщений на аминокислотный код, в полипептидные цепи записываются (загружаются) те текстовые предписания, в которых содержится не только описание алгоритмов структурного преобразования, но и сама программа функционального поведения белковых молекул. А посредством ферментов и других белковых молекул кодируются и программируются все остальные макромолекулы и структуры живой клетки. Здесь, как мы видим, само появление и развитие живой материи обязано такому фундаментальному свойству, как способности одной и той же информации существовать в различных её видах и формах. Причем, переводом информации из одной её системы кодирования в другую, обычно занимаются различные устройства – дешифраторы, трансляторы, преобразователи и т. д. Можно без преувеличения сказать, что только совокупность всех универсальных свойств информации обеспечила возможность строительства (кодирования и программирования) из молекулярных мономеров (химических букв и символов) неограниченного множества различных, по своей конструкции, назначению и функциональным свойствам биологических макромолекул. А главное, она обеспечила не только потенциальную вероятность зарождения живой материи, но и процессы информационного управления обменом энергии и веществ, и принципиальную возможности претворения в жизнь процессов саморегуляции и самовоспроизведения живой материи. Похоже, биологи немного поспешили, когда приписали эти фундаментальные свойства – живой материи . Нетрудно заметить, что все универсальные свойства, приписываемые сегодня живой материи, на самом деле относятся к информации, заключенной в её структурах, но никак не к физико-химическим свойствам её биоорганических носителей! Этот факт, хотя и похож на сенсацию, однако он закономерно открывается при внимательном прочтении “новой формулировки” и “центральной догмы” информации. Он четко просматривается при рассмотрении и изучении свойств, как самой биологической информации, так и свойств её молекулярного носителя. Очевидно, что все взаимоотношения этих двух категорий следует рассматривать виртуально, то есть в таком их виде, который всегда существовал между информацией и её носителем. Ясно, что главнейшей функциональной доминантой в структуре живой материи является – информация! Главная заслуга живой материи, видимо, и заключается в том, что с её “лёгкой руки”, информация, зародившаяся в её недрах, вырвалась как джин из сказочной бутылки! Она стала той неуёмной и необузданной субстанцией, которая обладает чрезвычайно высокой способностью (на основе энергии и вещества и системной организации) создавать копии самих себя (реплицироваться), развиваться, совершенствоваться и поэтому вечно существовать во времени и пространстве. По крайней мере, до тех пор, пока имеются источники энергии и вещества, подходящие условия для существования и позволяет их программа развития. Удивительно, что все мы: люди, животные, растения и даже бактерии являемся лишь внешними оболочками, – биологическими объектами, приспособленными для выживания и дальнейшего воспроизводства этих информационных субстанций! Вот и получается, что все мы сейчас живём под диктатом информации, которая не только окружает нас, но и внедрена и сосредоточена в каждом из нас на генетическом и молекулярно-биологическом уровне! Все мы – люди, по своей сути, и представляем собой высшую форму информационной субстанции, потому что в буквальном смысле состоим из одной информации и подчинены ей на всех уровнях своей сущности: на уровне генов, биологических молекул, на уровне каждой клетки. Однако чрезвычайная информационная насыщенность живого, к сожалению, биологами до сих пор еще не осмыслена и не исследована. Все мы: люди, животные, растения и даже бактерии представляем собой, ничто иное, как информационные субстанции в молекулярно-биологическом исполнении. И ничего тут не поделаешь, – просто на Земле информационные субстанции существует в таких видах и формах, которую они формируют на базе своей первичной (генетической и клеточной) информации и имеющейся на Земле материи. Информация… Она до сих пор нам кажется нереальной и неопределимой. Необъятный мир её разнообразен и до сих пор еще не изучен. Но информация не только существует, но даже живёт полнокровной жизнью, причем, в каждом из нас, поскольку мы её и душа, и тело, и средство её материального наполнения, и орудие её взаимодействия с окружающим миром. В силу этих обстоятельств, можно утверждать, что Жизнь, – это особая системная форма движения, воспроизведения и генерации информации, которая осуществляется на базе использования энергии и вещества. Поэтому первый, фундаментальный уровень развития информационных субстанций и их технологий на нашей планете был реализован на молекулярно-биологической основе. С тех пор важнейшей сущностью на Земле стала информационная субстанция, а информация как одна из главных составляющих нашего мира действительно стала основой нашего мироздания . С этой точки зрения получается, что Жизнь – это такая материальная форма движения, циркуляции и генерации информации, которая целенаправленно связана с преобразованием и обменом химической энергии и органического вещества с целью их функционального и эволюционного перехода в новые виды и формы молекулярной и функционально-биологической информации! С информационной точки зрения можно сказать, что все свои уникальные свойства биологическая форма материи получила благодаря объединению материальных (аппаратных), информационных (программных) и энергетических составляющих в одно структурно-функциональное целое. Однако с другой точки зрения, если принять во внимание, что основным свойством материи являются различные формы движения – физическая, химическая, механическая и иные другие (которые играют фундаментальную роль в её развитии), то вполне можно предположить, что живая материя, также как и сама Жизнь – есть системная, информационная форма движения и циркуляции материи (органического вещества). Информационный уровень развития и существования материи это, несомненно, новый, более высокий уровень её движения и организации. Здесь информация и материя выступают в качестве равных партнеров: информация использует материю в качестве носителя, а материя использует информацию для более высокого уровня своей организации. Так как же теперь быть, какая из формулировок больше соответствует действительности? На мой взгляд, обе эти формулировки имеют право на существование, потому что они не только дополняют друг друга по смыслу, но и каждая по своему, с разных сторон, объясняют уникальную сущность живой материи . Очевидно, что все загадки биологической формы материи кроются не только в системной организации, но и в таком уникальном явлении, как слияние в одно структурно-функциональное целое трёх важнейших её составляющих – органического вещества, химической энергии и молекулярной информации. А информация, внедрившаяся в структуру биоорганического вещества, стала той организующей и системной силой, которая гарантировала их функциональное единство и движение по различным ступеням развития . К сожалению, феномен триединства создаёт для исследователя иллюзию того, что в живой материи, кроме вещества, нет ничего. Поэтому в изучении биологической формы материи до сих пор господствует лишь только одно физико-химическое направление. Между тем, затянувшееся игнорирование биологами информационной составляющей биомолекул до крайности тормозит изучение и исследование живой материи. Отсюда, как результат, наблюдается мировоззренческое отставание и топтание на месте. По всей вероятности, это следствие господствующего влияния культа физико-химического направления, традиционно доминирующего в молекулярной биологии. Удивительно, но до сих пор еще есть биологи, которые упрямо отрицают существование молекулярной информации и особенно факт её участия в различных химических и биологических процессах. А на самом деле, как оказалось, информационные субстанции и их технологии так заполонили нашу планету, что, можно сказать, – информация во всеоружии осуществляет планетарный диктат и правит нашим миром уже многие сотни миллионов лет. Не заметить этого просто невозможно! Тем не менее, приходится констатировать, что самый главный и основной массив информации – необъятный “айсберг” генетических и информационных молекулярно-биологических технологий, лежащий в основе жизни и развития биосферы, наукой пока еще не выявлен, поэтому ни практически, ни теоретически еще не исследован и не освоен?! . Между тем, нет сомнений, что информация, это тот виртуальный посредник, который с самого начала зарождения жизни, связывает материальную часть нашего мира с нематериальной его частью! В связи с этим, у нас появляется обоснованная возможность говорить о параллельном сосуществовании двух миров. Потому что, хотим мы этого или не хотим, – окружающий нас мир уже достаточно давно делится как бы на два параллельно существующих и взаимодействующих друг с другом мира. Один из них – это безграничный и разнообразнейший по форме материальный мир нашей Вселенной. Другой – это загадочный и ошеломляюще разнообразнейший мир виртуальной информации. Сосуществование и взаимодействие материального и виртуального миров, с самого начала зарождения живой материи, стало не только главной реальностью и смысловым содержанием жизни, но и причиной её бурного развития и широкого распространения. Мы являемся детьми этих двух миров, потому что состоим из материальных и виртуальных компонентов. А информация стала определяющей мерой многих вещей и явлений, она выступила в роли универсального критерия направленности многих природных процессов и, в первую очередь, – процессов биологической эволюции. Приходится только констатировать, что в настоящее время, все биологические, технические, научные, общественные и другие процессы составляют главную содержательную часть этих двух миров. Виртуальный мир существует внутри нас, причем не только благодаря виртуальности молекулярно-биологической информации, но и благодаря её высшим творческим проявлениям, которые особенно ярко проявляются у людей. Таким, как способности человека к сознательному и разумному поведению, к эмоциональным проявлениям, способности к познавательным и созидательным процессам, запоминанию, к интеллектуальному мышлению, к труду, творчеству, духовности и т. д. Безмерно изумляет и вдохновляет, что на виртуальных крыльях информации, берет старт с нашей планеты Жизнь – великое чудо Вселенной. Буйным цветом различных красок расцвела Биосфера Земли, а за ней на тех же удивительных крыльях информации поднимается Техносфера, Ноосфера, Инфоноосфера. И трудно теперь представить, что же еще будет дальше?

6. Зарождение информации. Ни для кого не секрет, что мы живем в бесконечном по времени и пространстве, и разнообразном по форме материально существующем мире. Мы знаем, что наша планета Земля, которая вместе с Солнцем и нашей Галактикой мчится во Вселенной, существовала не только до появления человека, но и задолго до появления самой жизни. Что же мы увидим, если мысленно вернемся в те далекие времена, которые являются для нас необъятной временной бездной, – тайну небытия, мрачные безжизненные просторы нашей планеты или зачаточные формы жизни? Ясно, что ни о какой информации тогда не могло быть и речи. Все физические процессы развития в те далекие времена шли только по законам материального мира. И только сейчас мы начинаем понимать, что с помощью косной природы Земли и космоса, и энергии Солнца, в течение миллиардов лет, длительно и постепенно готовились условия для возникновения двух удивительных феноменов нашего мира – Информации и Жизни. “Согласно теории Опарина, под воздействием электрической энергии грозовых разрядов или тепла, выделявшегося в результате вулканической деятельности, происходила активация метана, водяных паров и других компонентов первичной атмосферы, так что они вступали в реакции друг с другом, приводившие к образованию простых органических соединений. Считают, что эти соединения могли конденсироваться и растворяться в первичном океане, который постепенно, в течение столетий, обогащался простыми органическими соединениями самых разных типов. В этом теплом растворе некоторые органические молекулы более активно взаимодействовали друг с другом, образуя при этом более крупные комплексы и структуры” . Кстати, такую химическую эволюцию можно воспроизвести и в лабораторных условиях. Известно также, что некоторые простые органические соединения находят и в космических метеоритах, упавших на Землю. Поэтому, не исключен и, вспомогательный вариант – “осеменения” Земли простыми органическими соединениями. Важной вехой и результатом всех этих длительных химических процессов стало появление на Земле определенного набора простых органических молекул (мономеров), которые, как известно, впоследствии стали строительной элементной базой живой материи и, одновременно, тем буквенно-символьным алфавитом, с помощью которого повсеместно стала кодироваться молекулярная биологическая информация. Сейчас эта база представляет собой молекулярный био-логический алфавит, состоящий более чем из 30 молекулярных мономеров (химических букв и символов). В состав этого алфавита входят: 1) восемь нуклеотидов, – “четыре из них играют роль кодирующих букв ДНК, а другие четыре используются для записи информации в структуре РНК” ; 2) двадцать различных стандартных аминокислот (химических букв полипептидов), которые кодируются в ДНК и служат для матричного построения белковых макромолекул; 3) несколько жирных кислот (химических символов), – сравнительно небольшое число простых стандартных органических молекул служащих для построения липидов; 4) родоначальниками большинства полисахаридов является несколько простых сахаров (химических символов) и т. д. Однако в те необозримо далекие времена эти мономеры (био-логические элементы) сначала использовались лишь в чисто химических реакциях, обусловленных внешними суровыми стихийными условиями. Ясно, что тогда информация еще не кодировалась при помощи химических букв и символов. Информационные процессы, естественно, могли начаться только лишь при условии более высокого уровня организации этих мономеров. Очевидно, что природе, для образования определенных кодовых последовательностей из таких элементов (химических букв и символов), не потребовалось никаких особых скрытых сил или влияния “высшего разума”. Этому способствовали существующие природные силы и условия и те элементарные силы саморазвития, которые заключены в самом молекулярном алфавите. Многие секреты живой материи оказались напрямую связанными с многофункциональными свойствами типовых био-логических элементов, которые особо ярко проявляются в составе биологических молекул. Только вся совокупность указанных сил и условий могла обеспечить возможность возникновения различных вариантов молекулярных соединений и способствовать селективному отбору макромолекул. Очевидно, для того чтобы запустить механизмы кодирования в биотической среде – каждая химическая буква или символ одной системы элементов (к примеру, аминокислот) должны были получить своё кодовое обозначение через систему элементов другого алфавита. С высоты сегодняшнего дня можно сказать, что каждая буква или символ (био-логический элемент) и каждый химический знак био-логического элемента (по аналогии с кодированием букв, символов и знаков в компьютере) имеет в живой клетке своё кодовое обозначение! К примеру, генетическим кодом (тройкой нуклеотидов в иРНК, а значит, и в ДНК) кодируется каждая из 20 типовых аминокислот белковых молекул. Именно по такой схеме должны были начаться процессы линейного, а затем и стереохимического кодирования (программирования) биологических молекул. А молекулярный код стал ключом для перевода одного вида информации в другой вид, или одной формы в другую. Можно сказать, что возможность последовательного ковалентного соединения является свойством самих элементов. Бесчисленные химические вариации последовательностей молекулярных мономеров (химических букв) с их селективным отбором, постепенно привели к формированию трёхмерных макромолекул, способных к слабым матричным (информационным) взаимодействиям друг с другом, то есть к определенному “зачаточному” упорядочиванию действий. Фактически этим актом произошло как бы “информационное оплодотворение” органического вещества. Различные биомолекулы стали отличаться друг от друга составом и способом организации элементов в их структуре. Информационные взаимодействия, хотя и в зачаточном состоянии, но сдвинулись с мертвой точки и, как говорят, “процесс пошел, и механизм кодирования заработал”. Поэтому сегодня, несмотря на громаднейшую временную пропасть, можно с уверенностью сказать, что информация, в своем зародышевом состоянии, явилась причиной появления и развития первых биологических молекул. Если первая информация на Земле стала кодироваться химическими буквами и символами (мономерами), то первые, появившиеся информационные макромолекулы, предвестники жизни, стали на длительный путь формирования биологических структур. Можно без преувеличения сказать, что химический способ представления информации стал именно тем гениальным изобретением природы, с помощью которого была подведена черта под химической эволюцией материи, и были открыты необъятные дали и непредсказуемые пути великой эволюции – биологической. При этом живая природа оказалась настолько искусным шифровальщиком и применила на молекулярном уровне такие системы кодирования и программирования, которые гарантировали сохранность тайн живой формы материи буквально до наших дней. Великим достижением науки до сих пор считается открытие в середине 20 века генетического кода и расшифровка фрагментов репликации, транскрипции и трансляции генетической информации. Отдельно следует отметить, что в молекулярной системе была достигнута невероятная плотность записи информации, так как её кодирование в структурах макромолекул осуществлялось на субмолекулярном уровне с помощью боковых атомных групп молекулярных био-логических элементов – нуклеотидов, аминокислот, простых сахаров, жирных кислот и других мономеров. Вспомним: сообщение в цепи ДНК или РНК кодируется в виде последовательности нуклеотидов, а носителями генетической информации являются азотистые основания – “боковые” атомные группы нуклеотидов . Соответственно, и в полипептидной цепи белка это сообщение записывается в виде последовательности аминокислот, где носителями информации являются их боковые R-группы. Очевидно, что молекулярная биологическая информация, точно так же, как и любая другая кодируемая информация, обладает свойствами виртуальности. Однако здесь информация кодируется при помощи элементарной формы органического вещества – нуклеотидов, аминокислот и других мономеров. Она записывается в линейные и трёхмерные структуры биологических молекул и поэтому реально существует только в молекулярно-биологическом воплощении. Виртуальная реальность информации здесь, – это реальность и значимость отдельного дискретного молекулярного объекта, которая обусловлена эффектом сложения (слияния) трёх активных составляющих живого: вещества, энергии и информации. А живая материя (биомолекулы) – это уже объективная реальность, данная нам в ощущениях. Отсюда следует, что реальность молекулярной информации вполне может быть аргументирована. История о том, как возникла живая клетка, это уже, безусловно, другая, очень сложная и чрезвычайно длительная неизвестная история. Ясно только одно, что живая клетка, в свою очередь, стала тем “зародышем”, с которого началось триумфальное шествие по нашей планете, как самой жизни, так и информации. Поэтому живую клетку следует считать не только основой жизни, но и прародительницей той удивительной и таинственной сущности нашего мира, которая сейчас называется – “Информация”. Трёхмерные структуры хромосом, макромолекул и других клеточных компонентов оказались настолько идеальным вместилищем информации, что её плотность сейчас оценивается астрономическими цифрами. Поэтому информационная насыщенность клеточных компонентов такова, что её нам трудно не только определить, но даже представить.

К сожалению, молекулярная биология до сих пор еще не стала на путь исследования информационных технологий живой материи. Однако, несмотря на это, уже имеются убедительные основания полагать, что общие законы и принципы кодирования информации стали не только фундаментальными основами Жизни, но и, впоследствии, были заново “открыты” человеком и, как мы видим, нашли широкое распространение не только в технике, но и во всех областях человеческой деятельности. Поэтому неудивительно, что процессы кодирования, передачи, хранения и преобразования сообщений в живых биологических системах имеют много общего с аналогичными процессами в технических информационных системах. Ясно, что информация в живых системах имеет молекулярный базис представления и передается так же, как и в любой языковой системе с помощью алфавитного набора букв и символов, упорядоченных использованием кода! Здесь запись и перекодирование информации осуществляется при помощи химических букв или символов (мономеров) общего молекулярного алфавита. Молекулярным кодированием в живой клетке можно назвать процесс представления данных последовательностью химических букв или символов. Причем, информация в клетке передается не только одним генетическим кодом. В передаче биологической информации участвуют и другие молекулярные коды, и кодовые последовательности, основу которых составляет определенный комбинационный набор химических букв или символов. А содержащаяся в молекулярных цепях информация обеспечивает функционирование биологических молекул . При этом закодированная последовательность букв или символов любого сообщения передаётся не однократно, а с многократным повторением, что ведёт к повышению помехоустойчивости информационной системы. Поэтому основной функцией живой материи стала системная организация и интеграция в её структуре органического вещества, химической энергии и молекулярной информации. Их совокупность, видимо, и обеспечила движение и развитие биологической формы материи , которая стала на длительный путь эволюционного развития различных видов и форм жизни и, соответственно, различных форм, видов и категорий виртуальной информации.

Список литературы

В. А. Ильин. Телеуправление и телеизмерение. – М: Энергоиздат, 1982.

А. Ленинджер. Основы биохимии. Пер. с англ. В 3-х томах – М: Мир, 1985.

Ю. Я. Калашников. В основе жизни лежит необъятный и неисследованный мир молекулярно-биологической информатики. Дата публикации: 14 февраля 2007г.,

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Получение и преобразование информации является необходимым условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Живые существа способны не только воспринимать информацию из окружающей среды с помощью органов чувств, но и обмениваться ею между собой. Человек также воспринимает информацию с помощью органов чувств, а для обмена информацией между людьми используются языки. За время развития человеческого общества таких языков возникло очень много. Прежде всего, это родные языки (русский, татарский, английский и др.), на которых говорят многочисленные народы мира. Роль языка для человечества исключительно велика. Без него, без обмена информацией между людьми было бы невозможным возникновение и развитие общества. Информационные процессы характерны не только для живой природы, человека, общества. Человечеством созданы технические устройства - автоматы, работа которых также связана с процессами получения, передачи и хранения информации. Например, автоматическое устройство, называемое термостатом, воспринимает информацию о температуре помещения и в зависимости от заданного человеком температурного режима включает или отключает отопительные приборы.

Действия, выполняемые с информацией, называются информационными процессами.

Существует три типа информационных процессов:

* хранение,

* передача

* и обработка информации.

С помощью органов чувств люди воспринимают информацию, осмысливают ее и на основании своего опыта, имеющихся знаний, интуиции принимают определенные решения. Эти решения воплощают в реальные действия, которые преобразовывают окружающий мир.

Информация в обществе. Человек -- существо социальное, для общения с другими людьми он должен обмениваться с ними информацией. В обыденной жизни понятие «информация» применяется как синоним слов: сведения, сообщение, осведомленность о положении дел

Информационные процессы протекают не только в человеческом обществе. Почему осенью опадают листья, и вся растительность засыпает на время холодов, а с приходом весны вновь появляются листья, трава? Это все результат информационных процессов. Клетка любого растения воспринимает изменения внешней среды и реагирует на них.

Генетическая информация во многом определяет строение и развитие живых организмов и передается по наследству. Хранится генетическая информация в структуре молекул ДНК. Молекулы ДНК состоят из четырех различных составляющих (нуклеотидов), которые образуют генетический алфавит. информационный процесс кибернетика

В кибернетике (науке об управлении) понятие «информация» используется для описания процессов управления в сложных динамических системах (живых организмах или технических устройствах).

Жизнедеятельность любого организма или нормальное функционирование технического устройства связано с процессами управления, благодаря которым поддерживаются в необходимых пределах значения его параметров. Процессы управления включают в себя получение, хранение, преобразование и передачу информации. В любом процессе управления всегда происходит взаимодействие двух объектов -- управляющего и управляемого, которые соединены каналами прямой и обратной связи.

По каналу прямой связи передаются управляющие сигналы, а по каналу обратной связи -- информация о состоянии управляемого объекта. Рассмотрим в качестве примера регулирование температуры в помещении с использованием кондиционера. Управляющим объектом является человек, а управляемым -- кондиционер. В помещении может быть размещен термометр, который сообщает человеку о температуре в помещении (канал обратной связи). При повышении или понижении температуры в помещении за определенные пределы человек включает кондиционер (работает канал прямой связи). Таким образом, температура в помещении поддерживается в определенном температурном интервале. Аналогично можно проанализировать работу человека (управляющий объект) за компьютером (управляемым объектом). Человек с помощью органов чувств (зрения и слуха) получает информацию о состоянии компьютера по каналу обратной связи с помощью устройств вывода информации (монитор, акустические колонки). Эта информация анализируется человеком, который принимает решения о тех или иных управляющих действиях, которые по каналу прямой связи с помощью устройств ввода информации (клавиатуры или мыши) передаются компьютеру.

Определений информационных процессов (ИП) не многим меньше, чем определений информации. Уже само обилие таких определений служит убедительным свидетельством их недостатков, показывая их частный характер, ориентацию каждого из них на узкий круг задач.

Процессом, в самом общем случае, называют ход, протекание какого-либо явления, последовательную смену его состояний. Искусственно воссоздаваемые процессы имеют утилитарное предназначение, потому понимаются как совокупность последовательных целенаправленных действий (в соответствии, например, с ДCТУ 2938-94. Системы обработки информации. Основные понятия. Термины и определения). Искусственная реализация процесса предполагает построение технологии, где последовательности операций процесса ставится в соответствие последовательность взаимоувязанных средств реализации этих операций (операция здесь понимается как отдельное элементарное (нерасчленимое) действие, отдельная законченная часть процесса).

В силу ряда причин в данной статье рассматриваются не информационные технологии, а именно ИП. Во-первых, при разработке новой информационной технологии сначала нужно точно определить, какой именно ИП эта технология будет реализовывать. Во-вторых, поскольку технологиями считаются только искусственные реализации процессов, то далеко не все процессы реализованы в виде технологий. И, главное, в-третьих, различные технологии могут реализовывать один и тот же процесс при помощи различных средств. А поскольку множество средств реализации каждой операции процесса всегда открыто (без ограничений в принципе), то построить полную классификацию технологий, реализующих даже один процесс, невозможно. Более того, подобные классификации всегда непродуктивны, не способны дать ничего существенно нового, так как содержат комбинации только известных средств реализации операций.

В то же время множество процессов, состоящих из счетного множества операций тоже счетно, т.е. при условии определения множества всех возможных операций построение полной классификации процессов является вполне разрешимой задачей.

Для получения полной и продуктивной классификации, содержащей не только хорошо известные, но и все возможные (мыслимые) ИП, необходимо опираться на инвариантные свойства (атрибуты) любых ИП. Исходными предпосылками для нахождения таких атрибутов. ИП служат, во-первых, неотрывность информации от субъектно-объектных отношений, и, во-вторых, то, что наиболее полный набор ИП реализован в самом субъекте (все искусственно созданные ИП только воспроизводят, дублируют некоторые ИП, выполняемые субъектом, именно субъект задает программы функционирования и управления искусственных систем). Поэтому для нахождения атрибутов, определяющих ИП, необходимо исследовать субъект и, в частности, его информационную деятельность.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Общность информационных процессов в живой природе, технике, обществе. Определение понятия "субъект", структура семантического пространства субъекта. Классификация информационных процессов, когнитивные информационные процессы, информация в кибернетике.

реферат , добавлен 27.03.2010


Процессы в сфере интеллектуальной деятельности (перенос информации). Информационные процессы - хранилище, снабженное процедурами ввода, поиска и размещения и выдачи информации. Общность информационных процессов в живой природе, технике, обществе.

реферат , добавлен 27.02.2009


Методология структурного анализа и проектирования информационных систем. Базовый стандарт процессов жизненного цикла программного обеспечения. Цели и принципы формирования профилей информационных систем. Разработка идеальной модели бизнес-процессов.

презентация , добавлен 07.12.2013


Изучение общих понятий теории систем и системного анализа. Методика построения объектных репозиториев открытых информационных систем. Принципы восприятия визуальной информации. Средства визуального моделирования рабочих процессов по интеграции данных.

курсовая работа , добавлен 04.06.2015


Подходы к классификации ИС, виды архитектур. Этапы развития и базовые стандарты ИС, обеспечивающие взаимоувязывание производственных процессов и их финансовых результатов. Перспективные направления использования информационных технологий в экономике.

курс лекций , добавлен 26.03.2017


Особенности информационных продуктов и услуг. Базы данных (БД) составляют в настоящее время основу компьютерного обеспечения информационных процессов, входящих практически во все сферы человеческой деятельности. Система управления базами данных.

курсовая работа , добавлен 04.05.2008


Информатика как единство науки и технологии, этапы ее развития и инструментарий. Классификация видов информационных технологий и их применение. Модели информационных процессов и структура программных продуктов. Объектно-ориентированное проектирование.

курс лекций , добавлен 12.12.2011


Разработка проекта программного комплекса для автоматизации информационных процессов службы сбыта пищевой продукции. Разработка информационной базы данных и характеристика процесса создания клиентской и сервисной части приложения по технологии ASP.NET.

дипломная работа , добавлен 24.06.2011


Разработка информационной системы, решающей задачи оперативного управления предприятием, построенной на основе базы данных, в которой фиксируется вся информация фирмы. Поэтапная технология программных решений по автоматизации заданных бизнес-процессов.

курсовая работа , добавлен 21.08.2011


Определение информации, ее источники, социально значимые свойства, особенности восприятия человеком Сбор, обработка, передача, хранение и защита. Форма ее представления. Основные информационные процессы. Информация в системах живой и неживой природы.

Системы в экологии

MTWE50-092001-CAL
^

Принципы теории систем в экологии

Рассматривая предмет современной экологии, мы сразу же сталкиваемся с понятием системы. Оно лежит в основе экологии. Экологическая система - главный объект экологии. Согласно общей теории систем под системой понимается некая мыслимая или реальная совокупность частей (элементов) со связями (взаимодействиями) между ними. Здесь рассматриваются только реальные материальные системы.

Некоторые общие свойства систем:

1. 
   Свойства системы невозможно понять лишь на основании свойств ее частей. Решающее значение имеет именно связь или взаимодействие между частями системы. По отдельным деталям машины перед сборкой нельзя судить о ее действии. Изучая по отдельности некоторые формы грибов и водорослей, нельзя предсказать существование их симбиоза в виде лишайника. Независимое рассмотрение законов человеческого общества и законов биоэкологии не позволяет судить о характере взаимоотношений человека и живой природы. Степень несводимости свойств системы к свойствам отдельных элементов, из которых она состоит, определяет эмерджентность системы.
2. 
   Каждая система имеет определенную структуру. Она не может состоять из абсолютно идентичных элементов; для любой системы справедлив принцип необходимого разнообразия элементов. Нижний предел разнообразия - не менее двух элементов (болт и гайка, белок и нуклеиновая кислота, «он» и «она»), верхний - бесконечность. Разнообразие зависит от числа разных элементов, составляющих систему, и может быть измерено. В экологии оно обычно оценивается по показателю К.Шеннона:

(2.1)
где V - индекс разнообразия,

p i - нормированная относительная численность i-го вида организмов в совокупности п видов (p i = 1).

1. 
   Выделение системы делит ее мир на две части - саму систему и ее среду. При этом сила связей элементов внутри системы больше, чем с элементами среды. По характеру связей, в частности, по типу обмена веществом и/или энергией со средой в принципе мыслимы:

• 
  изолированные системы (никакой обмен не возможен);
• 
  замкнутые системы (невозможен обмен веществом, но обмен энергией возможен);
• 
  открытые системы (возможен обмен и веществом, и энергией). В природе реально существуют только открытые системы. Системы, между внутренними элементами которых и элементами среды осуществляются переносы вещества, энергии и информации, носят название динамических систем. Любая живая система - от вируса до биосферы - представляет собой открытую динамическую систему.

1. 
   Преобладание внутренних взаимодействий в динамической системе над внешними определяет ее устойчивость, способность к самоподдержанию. Если внешние силы, действующие на машину, оказываются больше сил механической связи между частями машины, она разрушается. Подобно этому внешнее воздействие на биологическую систему, превосходящее силу ее внутренних связей и способность к адаптации, приводит к необратимым изменениям и гибели системы. Устойчивость динамической системы поддерживается непрерывно выполняемой ею внешней циклической работой («принцип велосипеда»).
2. 
   Действие системы во времени называют поведением системы. Изменение поведения под влиянием внешних условий обозначают как реакцию системы, а более или менее стойкие изменения реакций системы - как ее приспособление, или адаптацию. Адаптивные изменения структуры и связей системы во времени рассматривают как ее развитие, или эволюцию. Возникновение и существование всех материальных систем обусловлено эволюцией. Самоподдерживающиеся динамические системы эволюционируют в сторону усложнения организации и возникновения системной иерархии - образования подсистем в структуре системы. При этом наблюдается определенная последовательность становления эмерджентных свойств (качеств) системы - устойчивости, управляемости и самоорганизации. Эволюция состоит из последовательного закрепления таких адаптации, при которых проток энергии через систему и ее потенциальная эффективность увеличиваются.
3. 
   С возрастанием иерархического уровня системы возрастает и сложность ее структуры и поведения. Сложность системы Яд определяется числом п связей между ее элементами:

H n = lg n (2.2)
Обычно системы, имеющие до тысячи связей (0 простым; до миллиона связей (3 к сложным; свыше миллиона (H n > 6) - к очень сложным. Все реальные природные биосистемы очень сложны.

Другой критерий сложности связан с характером поведения системы. Если система способна к акту решения, т.е. к выбору альтернатив поведения (в том числе и в результате случайного изменения), то такая решающая система считается сложной. Следствием увеличения сложности систем в ходе их эволюции является ускорение эволюции, все более быстрое прохождение ее стадий, равноценных по качественным сдвигам.

1. 
   Важной особенностью эволюции сложных систем является неравномерность, отсутствие монотонности. Периоды постепенного накопления незначительных изменений иногда прерываются резкими качественными скачками, существенно меняющими свойства системы. Обычно они связаны с так называемыми точками бифуркации - раздвоением, расщеплением прежнего пути эволюции. От выбора того или иного направления развития в точке бифуркации очень многое зависит, вплоть до появления и процветания нового мира веществ, организмов, социумов или, наоборот, гибели системы. Даже для решающих систем результат выбора часто непредсказуем, а сам выбор в точке бифуркации может быть обусловлен случайным импульсом.
2. 
   Любая реальная система может быть представлена в виде некоторого материального подобия или знакового образа, называемого соответственно аналоговой или знаковой моделью системы. Моделирование неизбежно сопровождается некоторым упрощением и формализацией взаимосвязей в системе. Эта формализация может быть осуществлена в виде логических (причинно-следственных) и/или математических (функциональных) отношений.

^

Главные законы экологии

Современная экология располагает обширной аксиоматикой, относящейся ко всем уровням организации природных систем. Некоторые, достаточно общие постулаты, теоремы, правила заимствованы из смежных дисциплин и опираются на фундаментальные законы естествознания. Таковы начала термодинамики, законы сохранения вещества и энергии, закон минимума диссипации (рассеивания) энергии Л. Онсагера - И. Пригожина и др. Среди них есть несколько принципов, важных для понимания поведения экологических систем, их способности к самоподцержанию и авторегуляции.

Закон больших чисел: совокупное действие большого числа случайных факторов приводит, при некоторых общих условиях, к результату, почти не зависящему от случая, т.е. имеющему системный характер. Случайное, стохастическое поведение большого числа молекул в некотором объеме газа обусловливает вполне определенные значения температуры и давления. Мириады бактерий в почве, воде, в телах растений и животных создают особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого. Сочетание большого числа случайных актов спроса и предложения формирует относительно постоянный товарооборот и ценообразование свободного рынка.

Принцип Ле Шателье - Брауна - при, внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. Разработанный первоначально для условий химического равновесия, этот принцип стал применяться для описания поведения самых различных самоподдерживающихся систем. На биологическом уровне он реализуется в виде способности экологических систем к авторегуляции. В биосфере механизм осуществления этого принципа основывается на функционировании всей совокупности живых организмов и служит главным регулятором общеземных процессов.

В мире действует закон всеобщей связи вещей и явлений в природе ив обществе. Он связан с законом физико-химического единства живого вещества, законом развития системы за счет окружающей ее среды и законом постоянства количества живого вещества, сформулированных В.И.Вернадским: любая система может

развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды; изолированное саморазвитие невозможно. Значительное увеличение числа каких-либо организмов за относительно короткий промежуток времени может происходить только за счет уменьшения числа других организмов. Это правило распространяется и на число видов организмов. В мире живых существ тотальность связей проявляется особенно ярко, потому что при материальном единстве жизни живые системы характеризуются наиболее разнообразными, разветвленными и интенсивными взаимопереходами вещества, энергии и информации. Они образуют экологические сети взаимосвязей. Богатство связей относится не только к локальным экосистемам. Глобальные круговороты веществ, ветры, океанские течения, реки, трансконтинентальные и трансокеанические миграции птиц и рыб, переносы семян и спор, деятельность человека и влияние антропогенных факторов - все это в той или иной степени связывает пространственно удаленные природные комплексы и придает биосфере признаки единой коммуникативной системы.

Густая, динамичная сеть связей и зависимостей характерна и для человеческого общества. По сравнению с природой она многократно обогащена за счет потоков информации. Существует много примеров многоступенчатого опосредования и усиления частных изменений в технологических процессах, в производстве. В экономике все переплетено, любая оценка зависит от других экономических оценок и в свою очередь оказывает влияние на них. Не следует представлять себе эти закономерности так, будто все связано со всем отдельно в природе и отдельно в обществе, в экономике. На самом деле и природа, и общество находятся в одной сети системных взаимодействий.

Существуют важные для экологии следствия всеобщей связи, закона динамического равновесия и принципа Ле Шателье - Брауна.

Закон цепных реакций. Любое частное изменение в системе неизбежно приводит к развитию цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых взаимосвязей и новой системной иерархии. Поскольку взаимодействие между компонентами системы при их изменении, как правило, существенно нелинейно, то слабое изменение одного из параметров системы может вызвать сильные отклонения других параметров или привести к изменению всей системы в целом.

Закон оптимальности. Любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах.

Правило максимального «давления жизни». Вместе с этим в живой природе действует правило максимального «давления жизни»: организмы размножаются с интенсивностью, обеспечивающей максимально возможное их число. Однако давление жизни ограничено емкостью среды, межвидовыми взаимоотношениями, взаимоприспособленностью различных групп организмов. Эту закономерность иногда обозначают как закон сопротивления среды жизни, или закон ограниченного роста Ч.Дарвина. Дарвину принадлежит также экологическая аксиома адаптированности: каждый биологический вид адаптирован к строго определенной, специфичной для него совокупности условий существования, которая позднее получила название экологической ниши. Очевидна связь этого положения с законом оптимальности.

Законы экодинамики. Помимо константности количества живого вещества в живой природе наблюдается постоянное сохранение вещественной, энергетической и информационной структуры, хотя она и несколько изменяется в ходе эволюции. Эти свойства Ю. Голдсмит (1981) обозначил как законы экодинамики. Первый из них - закон сохранения структуры биосферы, второй - закон стремления к климаксу, т.е. к достижению экологической зрелости и равновесности экосистем.

Существуют и другие, более частные системные обобщения в экологии. Во многих руководствах часто цитируют аксиомы-поговорки известного американского ученого Б. Коммонера (1974), названные автором «законами экологии»:

«все связано со всем»,

«все должно куда-то деваться»,

«природа знает лучше»,

«ничто не дается даром».

Хотя они больше относятся к основам природопользования, в них находят отражение некоторые важные постулаты экологии.

^

. Основные объекты экологии

Обычно выделяют шесть уровней организации живой материи, образующих иерархию: молекулярный, клеточный, организменный, популяционный (популяционно-видовой), экосистемный, биосферный.

Основные свойства живых систем - структурная организация, способность к самовоспроизведению и самосборке, обмен веществ и энергии, раздражимость, поддержание постоянства внутренней среды, способность к адаптации и др. (см. § 3.1) - реализуются уже на клеточном уровне. Однако полнота всех естественных проявлений жизни представлена только на двух последних - экосистемных уровнях (или даже только на биосферном), так как ни одна клетка, ни один организм, ни один вид, ни одна экосистема не могут существовать без множества других клеток, организмов, видов, экосистем и создаваемых ими условий существования.

Организменный уровень. На низшей ступени иерархии объектов экологии находится организм (особь, индивидуум) в качестве представителя биологического вида - генетически, морфологически и экологически однородной группы живых существ, обособленной от других видов по этим же критериям. Отдельные организмы - представители разных видов используются в экспериментальных сравнительно-экологических исследованиях. При этом выявляют видовые особенности поведения и физиологических реакций организма при воздействии различных факторов среды, а на основе этих данных - видовые экологические потребности организма. Например, оптимальные значения и допустимые минимумы и максимумы температуры, влажности, освещенности, концентрации веществ в среде, взаимодействий с другими организмами и т.п.

Популяционный уровень. Каждый биологический вид в природе представлен почти всегда несколькими, часто многими популяциями.

Популяция (от лат. populus - население) - это совокупность особей одного вида, длительно населяющих определенное пространство, имеющих общий генофонд * возможность свободно скрещиваться и в той или иной степени изолированных от других популяций этого вида. Популяция - элементарная форма существования вида в природе. Популяции эволюционируют и являются единицами эволюции видов и видообразования. Обладая всеми признаками биологической системы, популяция, тем не менее, представляет собой совокупность организмов, как бы выделенную из природной системы, так как в природе особи одного вида всегда сожительствуют с особями других видов. Только в искусственных условиях или в специальном эксперименте можно иметь дело с «чистой» популяцией, например, культурой микроорганизмов, посевом растений, приплодом животных и т.п.

Экосисгемный уровень. Основной объект экологии - экологическая система, или экосистема - пространственно определенная совокупность организмов разных видов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями.

Термин «экосистема» введен в экологию английским ботаником А.Тенсли (1935). Понятие экосистемы не огранчивается какими-то признаками ранга, размера, сложности или происхождения. Поэтому оно приложимо как к относительно простым искусственным (аквариум, теплица, пшеничное поле, обитаемый космический корабль), так и к сложным естественным комплексам организмов и среды их обитания (озеро, лес, степь, море, океан, биосфера). Различают водные и наземные экосистемы. Все они образуют на поверхности планеты пеструю мозаику. При этом в одной природной зоне встречается множество сходных экосистем - или слитых в однородные комплексы или разделенных другими экосистемами. Например, участки лиственных лесов, перемежающиеся хвойными лесами, или болота среди лесов и т.п.

В каждой локальной наземной экосистеме есть абиотический компонент - биотоп, или экотоп - пространство, участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями, и биотический компонент - сообщество, или биоценоз - совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп. Биотоп является общим местообитанием для всех членов сообщества. Биоценозы состоят из представителей многих видов растений, животных и микроорганизмов. Практически каждый вид в биоценозе представлен многими особями разного пола и возраста. Они образуют популяцию или часть популяции данного вида в экосистеме.

Члены сообщества так тесно взаимодействуют со средой обитания, что биоценоз часто трудно рассматривать отдельно от биотопа. Например, участок земли - это не просто «место», но и множество почвенных организмов и продуктов жизнедеятельности растений и животных. Поэтому их объединяют под названием биогеоценоза: «биотоп + биоценоз = биогеоценоз» (рис. 2.1). Понятие биогеоценоза ввел В.Н.Сукачев (1942).
Биогеоценоз - это элементарная наземная экосистема, главная форма существования природных экосистем. Во всех наземных экосистемах масса растений всегда во много раз больше массы других организмов. Поэтому для большинства биогеоценозов определяющей характеристикой является определенный тип растительного покрова, по которому судят о принадлежности однородных биогеоценозов к данному экологическому сообществу (сообщества березового леса, мангровой заросли, ковыльной степи, сфагнового болота и т.п.). Совокупность сообществ определенной крупной географической области называют региональной биотой, а объединение экосистем какой-либо из природно-климатических зон (тундры, тайги, степей, пустынь, тропических лесов и т.п.) - биомом.

^ Биосферный уровень. На высшей ступени иерархии биосистем находится глобальная экосистема - биосфера - совокупность всех живых организмов и их экологической среды в пределах планеты.

Вернадский подошел к такому пониманию со стороны геохимии. По его представлениям биосферу слагают три категории субстанций:

1. 
   живое вещество - совокупность всех живых организмов - микроорганизмов, растений и животных, их активная биомасса; живое вещество противопоставлено неживому, косному веществу - горным породам, минералам, никак не связанным с деятельностью живых организмов (изверженные и метаморфические породы земной коры, магматические руды, продукты их абиогенного преобразования и т.п.);
2. 
   биогенное вещество - мертвая органика, все формы детрита, торф, уголь, нефть и газ биогенного происхождения, а также осадочные карбонаты, известняки и т.п.;
3. 
   биокосное вещество - смеси живого вещества и биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения (почва, илы, природные воды, газо- и нефтеносные сланцы, битуминозные пески, часть осадочных пород).

Вернадский рассматривал земную кору как продукт деятельности прошлых биосфер.

Современные теоретические подходы вносят поправку в представление о структуре и функциях биосферы. Таким образом, к современной биосфере относится вся совокупность живых организмов (живое вещество) и все вещества литосферы, гидросферы и атмосферы, которые находятся под контролем потребления, трансформации и продуцирования живыми организмами (т.е. современное «биогенное вещество»).

Такое понимание совпадает с введенным ранее и ныне иногда применяемым понятием экосферы - планетарной совокупности современных экосистем.

Возникает вопрос, следует ли включать в экосферу человека со всем его хозяйством? Автор термина Л.Кол (Cole, 1958) обозначил им совокупность всего живого на Земле вместе с его окружением и ресурсами. Но ведь именно человечество и продукты его производства и потребления оказывают серьезное влияние на процессы биосферы, вмешиваются в природный круговорот, изменяя и нарушая его сбалансированность и гармоничность. При этом в пределах биосферы сегодня оказываются и искусственно навязываются ей химически чуждые вещества, которые никогда не участвовали в естественном биосферном круговороте или были «отходами» прошлых биосфер, захороненными навсегда или на сроки геологических масштабов. Например, свинец, ртуть, уран, каменный уголь, нефть, многие синтетические материалы и т.п.

В. И. Вернадский считал, что человечество входит в систему биосферы как ее составная часть: «Человечество как живое вещество непрерывно связано с материально-энергетическими процессами определенной геологической оболочки Земли - с ее биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту». Но «живое вещество» человечества неотделимо и от человеческого материального производства, и от созданной человеком технической цивилизации.

Сегодня Земля содержит многослойную насыщенную сферу искусственно созданных объектов. Для обозначения всего этого наиболее подходит термин техносфера - глобальная совокупность орудий, объектов и продуктов человеческого производства. Более подробно техносфера будет охарактеризована позднее. В планетарном масштабе техносфера имеет общую среду с биосферой и множеством процессов взаимодействует с ней.

Итак, экосфера = современная биосфера + техносфера. В таком понимании экосфера предстает как арена взаимодействий человека и природы, на которой сосредоточены все современные экологические проблемы и коллизии. Экосфера становится главным объектом современной «большой* экологии.

Они связаны и положительной, и отрицательной причинными зависимостями. Знаки (+, -) в данном случае обозначают не качественный результат связи, не «хорошо» или «плохо», а однонаправленность (+) или противонаправленность (-) изменений. Чем больше численность популяции жертвы, тем больше пищи для хищников и численность их возрастает (положительная прямая связь, +). Но чем больше хищников, тем больше они уничтожают жертв и численность жертв уменьшается (отрицательная обратная связь, -). Если речь идет об одном виде хищника и одном виде жертвы, хищник не в состоянии уничтожить всех жертв, поскольку при снижении плотности жертв затраты энергии на их поиск и охоту начинают превышать энергетическую ценность пойманной жертвы. Большая часть жертв обычно избегает встречи с хищником.

В целом такой контур имеет отрицательный знак (-): «плюс и минус дают минус». Это означает, что система способна сама себя поддерживать, хотя и колеблется около какого-то более или менее стабильного уровня. Можно сказать, что в какой-то период количество жертв уменьшилось потому, что в предыдущем периоде оно увеличилось. Каждый из связанных таким образом членов системы становится причиной своего собственного поведения во времени.

Рассмотрим поведение более сложного контура (рис. 2.2).

В экологической системе замкнутого водоема можно выделить такие компоненты: растворенные в воде минеральные питательные вещества (обозначим их как М ); потребляющие их водоросли (В ); животные, поедающие водоросли и других животных (Ж ); отмершие остатки организмов и продукты их жизнедеятельности - детрит (Д ) и разлагающие детрит до минеральных веществ бактерии (Б ).

Рис. 2.2. Схема взаимодействий (причинных связей) между основными компонентами экосистемы водоема

М - минеральные питательные вещества, В - водоросли, Ж - животные,

Д - детрит, Б – бактерии
Допустим, что под влиянием внешнего фактора, например, благоприятной температуры или попадания в водоем органики началось усиленное развитие водорослей - фитопланктона. Это приводит к уменьшению запаса минеральных веществ и росту количества животных - от зоопланктона до рыб. Вызванное этим повышенное выедание фитопланктона приводит через какое-то время к ограничению размножения животных. Временное повышение биомассы гидробионтов ведет к нарастанию массы детрита. Будучи пищей для бактерий, детрит обусловливает их усиленное размножение и преобразуется ими в минеральные продукты. Цикл замыкается. Контур в целом имеет отрицательный знак. Система способна к самоподдержанию. На подобных механизмах основаны процессы самоочищения водоемов.

Но если в водоем попадает слишком большое количество биогенных элементов (например, систематически сбрасываются стоки завода минеральных удобрений), происходит нарушение цикла. Начинается бурный рост водорослей, толщина их слоя резко увеличивается, снижается поступление света в нижние слои водоема, замедляются процессы фотосинтеза. Одновременно усиливается гниение большой массы отмерших клеток. На их разложение уходит весь растворенный в воде кислород и тогда погибают не только животные, но и разлагающие детрит бактерии. Цепь разрывается. Если вредные для водоема стоки не прекратить, то природный механизм самоочищения придет в упадок.

Необходимо подчеркнуть исключительное значение отрицательных обратных связей для любых систем, в которых осуществляется регуляция. Отрицательная обратная связь является главным элементом любого регулятора в технике. На принципе отрицательной обратной связи построены все механизмы регуляции физиологических функций в любом организме и поддержание постоянства внутренней среды и внутренних взаимосвязей, т.е. гомеостаза любой авторегуляторной системы. Все экологические системы включают контуры отрицательных обратных связей.

В отличие от них контуры положительных обратных связей не только не способствуют регуляции, а наоборот, генерируют дестабилизацию систем, приводя их либо к угнетению и гибели, либо к ускоряющемуся росту, к «разгону» системы, за которым, как правило, следует срыв и разрушение системы.

Так, в любом растительном сообществе плодородие почвы, урожай растений, количество отмерших остатков растений - детрита и количество образующегося из него гумуса образуют контур положительных связей. Система находится в неустойчивом равновесии, так как достаточно изъятия части урожая растений без последующего возврата в почву необходимого количества питательных веществ, чтобы начался процесс деградации почвы и снижения продуктивности растений.

На контурах положительной обратной связи основаны те механизмы современной экономики, когда рост производства поддерживается усилиями маркетинга, диктатом предложения, навязчивой рекламой, которая искусственно провоцирует новые потребности и спрос. Ярким примером фатальности положительной обратной связи может быть гонка вооружений, при которой увеличение количества оружия увеличивает риск поражения оружием и потребность в усилении вооруженной защиты, что ведет к новому витку производства еще более мощных вооружений. Положительные обратные связи действуют и тогда, когда человек или общество ориентируется не на подлинные объективные критерии благополучия, а на кажущиеся, на сиюминутные прихоти. В результате действительное состояние, здоровье человека или общества ухудшается. Механизм такого поведения Д.Медоуз (1992) назвал «мания»-структурой.

В сложных системах всегда сочетаются контуры обоих знаков. Необходимо подчеркнуть, что поведение сложных авторегуляторных систем в большей степени определяется наличием контуров обратной связи, чем силой каждой отдельной связи. Чтобы изменить поведение системы, недостаточно изменить силу связи, гораздо важнее добавить или изъять какие-то кольца связей, которые могли бы изменить знак контура системы.

^

Модель экосферы

Перейдем теперь к причинным связям, описывающим взаимоотношения человека и природы. Задача чрезвычайно сложна и, вместе с тем, при некоторых условиях и оговорках может быть сведена к очень простой системной модели, в которой использованы описанные приемы установления причинных связей. Подойдем к ней в два приема.

Сначала возьмем «простой» контур взаимодействий «природа - человек»:

П Ч (–)

При условии равновесности он был бы не отличим от пары «жертва - хищник». Будучи системой с отрицательной обратной связью (-), она должна быть и самоподдерживающейся, авторегуляторной. В том смысле, что человек (эксплуататор), пользуясь природой как ресурсом, неизбежно ограничивает и тем самым угнетает сам себя через посредство угнетения природы. Это важное заключение, но вряд ли можно ограничиться таким уровнем анализа. В действительности в настоящее время эта система не равновесна и не устойчива: сильная отрицательная связь Ч ------- --- П не уравновешивается слабой положительной связью Ч + -------- П .

Рис. 2.3. Схема взаимосвязей между главными компонентами экосферы

Пояснения в тексте
Теперь развернем компоненты системы следующим образом (рис. 2.3). «Природа» представлена современной биосферой и подразделена на биоту биосферы - совокупность всех живых организмов биосферы и на их среду, включая среду человека. Выделение среды в отдельный блок, как бы равноправный с другими элементами, в данном случае сделано лишь для удобства формального рассмотрения. В действительности все элементы системы находятся в одной общей среде. Подсистема «человек» выделена как техносфера и подразделена на собственно человека, людей, человечество и на человеческое хозяйство - экономику, производство, технику.

Техника, в ее широком понимании, - это совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества. Она опосредует взаимодействия человека и природы. В ходе технического освоения природы человек использует все более изощренные технологии - совокупность методов, применяемых при изготовлении продукции. Подобно тому, как биота биосферы представляет собой совокупность биоценозов, так и современное человеческое хозяйство можно представить как совокупность техноценозов - созданных человеком технизированных комплексов. Современное общество преобразует природу посредством техники в масштабах, которые обусловили формирование техносферы.

Может показаться, что категория экономики в этом блоке избыточна, поскольку в нем представлены производство и техника. В том смысле, что природе как бы «нет дела» до нематериальной части экономики - денег, цен, кредитов, ренты, прибыли и т.п. Непосредственное воздействие на природу оказывают именно материальные техногенные потоки. Но чтобы понять причины, источники, механизмы техногенного давления на природу, необходимо рассматривать все человеческое хозяйство в контексте взаимодействия экономики человека и экономики природы.

Контур техносферы имеет положительный знак, поскольку взаимозависимость между людьми и их хозяйством, техникой положительна: человечество растет и наращивает производство ресурсов для своего дальнейшего роста, т.е. прямая и обратная связи положительны. На протяжении всей новой истории и особенно в XX в. эта система находилась и продолжает находиться в состоянии экспоненциального роста, который лишь частично сдерживается дефицитом ресурсов и лимитирующими факторами среды. Контур биосферы имеет отрицательный знак, так как взаимодействия между организмами и средой в природе в целом превосходно уравновешены: биота биосферы обладает средообразующей функцией и точно контролирует свойства собственной среды (связь +), а условия среды (в основном ограниченность количества вещества, которое может быть использовано биотой) лимитируют увеличение массы биоты (связь -).

Взаимоотношения между человеческим хозяйством, техникой и биотой биосферы образуют контур отрицательной обратной связи: биота, включая продуцентов сельского хозяйства, является важным ресурсом производства и потребления (связь +), а изъятие части этого ресурса обедняет и угнетает биоту (связь -). Влияние производства и техники на биосферу опосредовано также их общей средой, причем здесь не уравновешены сильная отрицательная и слабая положительная обратная связь. Воздействие людей на биоту и среду практически полностью опосредовано производством и техникой. Прямое взаимодействие людей и среды характеризуется практически односторонней положительной обратной связью. Наконец, в связи «биота - люди» сочетаются относительно слабые как положительные влияния биоты (не опосредованная производством и техникой часть ресурсов потребления, а также информационное значение биоты для науки и искусства), так и негативные влияния (природные яды, возбудители и переносчики заболеваний).

Как уже отмечено, в целом система экосферы обладает свойствами контура с отрицательной обратной связью и должна быть способной к авторегуляции. Благополучие человечества обусловлено двумя сильными положительными связями: одной - со стороны экономики, другой - со стороны экологической среды. Сами люди отдают явное предпочтение первой из них - получению произведенных ценностей. Поскольку число людей и их потребности растут, увеличиваются и масштабы экономики. Это увеличение до сих пор происходит намного быстрее, чем растет коэффициент полезного действия (кпд) экономики, т.е. отношение количества произведенной пользы (ценностей) к количеству использованных для этого веществ и энергии. Следовательно, рост экономики сопровождается и ростом его вредного действия - увеличением негативного техногенного давления на природу и окружающую среду, а через них и на человека.

Способность всей системы к авторегуляции и стабилизации основана на объективных законах природы. Она отвечает свойствам природных систем, обеспечивает их устойчивость. Но эта способность не устраивает человека, так как он не любит ограничивать себя. Он обрел небывалую для живых существ потребительскую мощь и привык «покорять природу», брать от нее все больше и больше, не считаясь с ее сопротивлением и ответными ударами. Поэтому сейчас вся система крайне неравновесна. Но это временное состояние. Оно не может продолжаться сколь угодно долго.

Сотни миллионов лет существовала устойчивая биосфера, и наши предки сравнительно недавно естественным путем вошли в ее сообщество. Два миллиона лет они жили в согласии с природой, потребляя только то, что им было выделено по естественному закону. Но постепенно они создали неустойчивую, быстро растущую техносферу. И всего 2 столетия - миг по масштабам эволюции - она наращивает конкуренцию с породившей ее природной системой, угнетая другие виды, захватывая чужие ресурсы, осуществляя глобальный экоцид, т.е. уничтожение экологических систем. Видимо, в пределах такого же масштаба времени по закону обратной связи вся система экосферы должна стабилизироваться, стать равновесной. Это неизбежно. Вопрос лишь в том, сохранится ли при этом вся структура, подобная нынешней, или останутся только мертвые «памятники» техносферы и измененная биосфера - ограбленная и изуродованная человеком природа планеты, которой понадобятся миллионы лет, чтобы залечить раны, но которая уже никогда не станет прежней.

Социальная психология отвергает такой вариант - путь апокалипсиса, гибели человечества. Но тогда возникает второй вопрос: каким должно стать стабилизированное и уравновешенное сочетание биосферы и техносферы и какое участие в этой стабилизации должен принять человек - самый активный элемент системы? Понимают ли люди и согласятся ли они с тем, что стабилизация должна происходить за их счет? Ведь именно человек запустил бумеранг техногенеза и сейчас находится под его ударом, опосредованным окружающей средой. Вся система - и природа, и человечество находятся сейчас в точке бифуркации, может быть, самой драматичной в истории Земли. Необходим выбор новой, действительно разумной стратегии. Этот выбор становится важнейшей задачей человечества.

* Генофонд - совокупность генотипов всех особей популяции.

Генотип - совокупность всех генов организма.

Ген - элементарная единица наследственности.

Понятие о процессе

Информационные процессы в обществе

Изучив эту тему учащиеся узнают

как следует понимать информационный процесс

что представляют собой информационные процессы в обществе,живой природе, технике.

что такое информационная технология

какова роль персонального компьютера в информационной технологи

Понятие о процессе

В повседневной жизни человек все время сталкивается с различными процессами:смена времен года, приготовление еды, пошив костюма, выпечка хлеба, написание сочинения и т.д. Одни процессы протекают в живой природе, другие - в человеческом обществе. Некоторые процессы протекают независимо от влияния человека в других процессах человек принимает активную роль.

В производстве используются технологические процессы, которые могут существенно отличаться. Для выпечки хлеба и производства высокоточной техники требуется разный набор составляющих и оборудование.

Особую роль в ходе протекания процесса играет информация. демонстрация

С помощью органов чувств люди воспринимают информацию, осмысливают ее и на основе своего опыта, имеющихся знаний, ppsнтуиции принимают решения.

Процессы, связанные со сбором, хранением, поиском,обработкой, кодированием и передачей информации, называют информационными процессами. Информационные процессы протекают не только в человеческом обществе, но и в животном и растительном мире.

Информационные процессы в обществе

С информационными процессами мы сталкиваемся с детства. Собирая из кубиков дом или играя в дочки-матери дети поневоле втянуты в информационный процесс. Главный объект игры - информация. Для того чтобы палучать и передавать знания, узнать об опасности, выражать свое отношение к происходящему людям необходимо вступать в контакт друг с другом. Это явление называется коммуникацией и является основой информационных процессов в человеческом обществе. Коммуникацией часто называют не только процесс, но и путь и средства передачи некого объекта с одного места на другое. Люди общаются при помощи речи, жестов, книг, телепередач, кинофильмов, газет, компьютераи пр. Люди являются самыми важными объектами в системе коммуникаций.Общение - процесс двухсторонний. Человек не только получает информацию,но и передает ее, вступая в контакт с другими людьми,имеющими доступ к глобальному информационному пространству. Без обмена информацией невозможно развитие человеческого общества. Внешняя среда накладывает отпечаток на информационные процессы, а следовательно и на коммуникационные. Коммуникационная среда - это совокупность условий обмена информацией. На протяжение многих лет способ передачи информации претерпел огромные изменения. Вопрос к учащимся.Как вы думаете какие это изменения?

С появлением компьютеров развитие информационных процессов приобретает небывалый размах. Сейчас появились информационные системы, дающие человеку возможность практически мгновенно получать и передавать информацию. Однако использование этих систем требует от человека определенных знаний.

Передача информации необходима для ее распространения. Передача информации может происходить при непосредственном разговоре между людьми, посредством переписки, а также с помощью технических средств связи. Основными устройствами, для быстрой передачи информации на большие расстоянии в настоящее время являются телеграф, радио - телефон, телевизионный передатчик, телекоммуникационные сети на базе вычислительных систем. Такие средства связи принято называть каналами передачи информации. Следует отметить, что в процессе передачи информации, она может искажаться или теряться. Это происходит в тех случаях, когда информационные каналы плохого качества или на линии связи присутствуют шумы (помехи).

Передача информации - это всегда двусторонний процесс. В котором есть источник, и есть приемник информации. Источник передает информацию, а приемник ее получает. демонстрация Получение информации основано на отражении различных свойств процессов, объектов, и явлений окружающей среды. Этот процесс выражается в восприятии с помощью органов чувств. Для улучшения восприятия информации человек придумал различные индивидуальные приспособления и приборы - очки, бинокль, микроскоп, стетоскоп, различные датчики и т. п

Информационные процессы в живой природе

В живой природе, как и в мире людей информация играет огромную роль. Светит солнце, идет дождь, мороз - растительный мир получив эту информацию реагирует на нее: распускаются листья, расцветают цветы, опадают листья и т.д. Такая информация служит сигналом для протекания различных физико-химических процессов в клетках, а значит, управляет этими процессами Животные используют иные способы общения,которые играют важную роль в их жизни. Это звуки, запахи, прикосновение. Выживание популяции животных во многом базируется на обмене информационными сигналами между членами одной популяции.Целесообразное поведение живых организмов строится на основе получения информационных сигналов. демонстрация

Информационные процессы в технике

С информационными процессами в технике мы сталкиваемся постоянно,ребенок, когда играем с управляемым автомобилем или кораблем получает первое знакомство с информационными процессами в технике. Наука создала в конце века роботы - автоматические механизмы, управляемые компьютером. Они применяются там, где присутствие человека бывает сложным или невозможным действием. Роботы оснащены видиокамерами, приборами для изучения климата. Переключение программ телевизора, изменение уровня громкости,установка режима работы СВЧ и т.д. все это информационные процессы происходящие в технике. В физике, которая изучает неживую природу, информация является мерой упорядоченности системы по шкале «хаос - порядок . Один из основных законов классической физики утверждает, что замкнутые системы, в которых отсутствует обмен веществом и энергией с окружающей средой, стремятся с течением времени перейти из менее вероятного упорядоченного состояния в наиболее вероятное хаотическое состояние.

Итоговые вопросы к уроку

1. Что обозначает слово "информация"? 2. Что такое информационные технологии? 3. В каких видах существует информация? 4. Как вы думаете, для чего нужна информация людям? 5. Что такое коммуникационная среда? 6. Какие устройства использует человек для коммуникации.

Домашнее задание. Привести примеры передачи информации в живой природе, технике. Привести примеры технологических процессов.

используемая литература

учебник: Макаровой Н.В. 8-9 класс, Угренович Н. 8 класс, Интернет ресурсы.