Биологическая самоорганизация

Министерство образования  и науки РФ

Муниципальное общеобразовательное  учреждение

Средняя общеобразовательная школа  № 50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по теме: Биологическая самоорганизация

 

 

 

 

 

                                                                                

 

                                                                                 Выполнили:

                                                                                             ученицы  10  класса

                                                                                      Кушнаревич А.

                                                                                  Богданова В.

                                                                                      Руководитель:

                                                                                             Крыжановская А.В.

                                                                                          учитель биологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2009г.

 

 

 

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………..3

1.Основные положения теории самоорганизации……………………………..4

2.Самоорганизация – способность  любой биологической системы…….........5

3. Механизмы  самоорганизации………………………………………………..5

    3.1. Протоплазматическая среда……………………………………………...6

  3.2. Синтез  жизненно важных веществ……………………………………..6

   3.3. Митоз……………………………………………………………………...7

   3.4. Полиплоидизация………………………………………………………...7

    3.5.Иммунная  система………………………………………………………..7

     3.6. Биологические часы……………………………………………………..11

Заключение……………………………………………………………………….15

Список литературы………………………………………………………………16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Целью данного реферата является анализ самоорганизации как  познания различных биологических систем.

Задачи:

1. Провести анализ литературы по данной тематике.

2. Рассмотреть феномен  самоорганизации.

3. Проанализировать самоорганизацию в различных биологических системах.

4.Оформить реферат  и презентацию.

Актуальность данной тематики обусловлена тем, что вопрос самоорганизации материальных систем в XX веке становится одной из центральных проблем наук. Полученные знания в этих областях исследования, приобрели общенаучный характер в описании и объяснении процессов самоорганизации. Закономерности явлений самоорганизации, открываются синергетикой. Термин «синергетика» образован от греческого «синергиа», которое означает содействие, сотрудничество Материальной основой самоорганизации являются   системы.

Ее основоположниками  считаются Г. Хакен и И. Пригожин. Принципы самоорганизации   распространяются на все материальные системы. Как отмечает Г. Хакен, принципы самоорганизации, изучаемые этой наукой, распространяются «от морфогенеза в биологии, некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики до космических масштабов эволюции звезд, от мышечного сокращения до вспучивания конструкций» («Синергетика». М., 1980. С. 16).

Все процессы, протекающие  в различных материальных системах, могут быть подразделены на два типа: во-первых, это процессы, протекающие в замкнутых системах, ведущие к установлению равновесного состояния, которое при определенных условиях стремится к максимальной степени неупорядоченности или хаоса. Во-вторых, это процессы, протекающие в открытых системах, в которых при определенных условиях из хаоса могут самопроизвольно возникать упорядоченные структуры, что и характеризует стремление к самоорганизации

Свое понимание феномена самоорганизации И. Пригожин связывает  с понятием структуры спонтанно возникающей в открытых неравновесных системах. Процесс возникновения таких структур объясняется следующим образом. Пока система находится в состоянии равновесия, ее элементы  ведут себя независимо друг от друга. В силу такой независимости к образованию упорядоченных структур такие элементы неспособны. Но если эта система под воздействием энергетических взаимодействий с окружающей средой переходит в неравновесное «возбужденное» состояние. Элементы такой системы начинают действовать согласованно. Между ними возникают взаимодействия. Из самых удивительных свойств такой структуры является ее повышенная «чувствительность» к внешним воздействиям. Изменения во внешней среде оказываются фактором отбора различных структурных конфигураций. Материальная система такого типа включается в процесс самоорганизации. Если предполагается, что именно неравновесность является естественным состоянием всех процессов действительности, то естественным оказывается и стремление к самоорганизации.

 

1.Основные положения теории самоорганизации.

 

Всё что происходит вокруг нас, мы можем считать процессом самоорганизации. Процессы самоорганизации следуют определённым правилам, законам. К числу таких законов относятся прежде всего законы сохранения и 2-е начало термодинамики. Таким образом, в неживой природе существуют доступные  наблюдению  определённые классы движений, подчиняющиеся определённым правилам. Подобные же правила существуют в природе и обществе. Вот эти правила и называют принципами отбора. Иными словами, принципы отбора - это те же самые законы физики, химии, биологии, законы общественного развития, которые из мыслимо допустимых движений “отбирают” те, которые мы и наблюдаем.

Это можно доказать с помощью примеров.

Для описания  процесса эволюции как самоорганизации в природе, используется дарвиновская  триада: наследственность, изменчивость, отбор. Данным понятиям придаётся более широкий смысл. Изменчивость в этом более широком смысле – это вечно присутствующие факторы случайности и неопределённости. Что касается термина “наследственность”, то он означает лишь то, что настоящее и будущее любой системы в мире зависит от его прошлого. Степень зависимости той или иной системы от прошлого может быть любой. Эту степень зависимости условимся называть памятью системы.

Рассмотрим пример Леонардо Эйлера (конец XVIIIв.) – колонна, находящаяся под нагрузкой. Если эта нагрузка не очень велика, то у колонны существует единственное положения равновесия – вертикальное. При этом малое изменение внешних воздействий не изменит данного положения равновесия. Пусть колонна находится под действием случайных порывов ветра, тогда она в силу свойств упругости будет колебаться около своего вертикального положения. Если увеличивать нагрузку, то амплитуда и частота колебаний будут меняться, но их характер будет тем же – колебания около того же положения равновесия. Однако это продлится лишь до тех пор. пока нагрузка не достигнет некоего критического значения. После этого вертикальное положение равновесия потеряет устойчивость. Вместо него появится множество новых положений

равновесия. Если порывы ветра сохраняются, то колонна будет продолжать колебаться около нового положения равновесия, но около какого – предсказать невозможно, причём невозможно в принципе, т.к. это будет зависеть от случайного порыва ветра в момент потери устойчивости. Описанное явление, открытое Л. Эйлером, носит название бифурикации. Таким образом, при малых вертикальных нагрузках колонна обладает бесконечной памятью – фиксируя её положения в данный момент времени, мы можем восстановить все её предыдущие состояния (зная, конечно, поведение ветра). В момент бифурикации система полностью “теряет память”. Будущее зависит только от изменчивости ветровой нагрузки.

Другой пример – мы бьём молотком по камню. От каждого  удара тот деформируется, и мы можем предсказать характер каждой деформации, но мы не можем сказать, на сколько и каких осколков разлетится камень, когда мы его разобьём. Явление бифурикации типично для большинства процессов, развивающихся во времени. Момент бифурикации –некая абстракция, как и полная потеря памяти. Бифурикация – тоже процесс, протяжённый во времени, но длящийся весьма малый его интервал, в течение которого происходит качественная перестройка свойств системы, и определяющее значение в характере дальнейшего развития имеют случайные факторы. В этих условиях память системы резко уменьшается. Процессы бифурикации мы наблюдаем и в развитии живого вещества и в общественной жизни. Революционные процессы – типичные процессы бифурикации – ни в одной революции никому не удавалось предсказать характера постреволюционного развития.

Итак, мы нарисовали некоторую, достаточно общую схему процессов  самоорганизации, в общих чертах справедливую как для неживой  материи, так для живого вещества и общества. В процессе самоорганизации  происходит непрерывное разрушение старых и возникновение новых структур, новых форм организации материи, обладающих новыми свойствами. Причём это качественно не те же самые образования. Они обладают новыми неповторимыми свойствами. В некоторых случаях эти свойства можно предугадать. Однако так бывает далеко не всегда. Простейший пример этому – вода. Она обладает аномальной зависимостью плотности от температуры, и это свойство мы не можем вывести из свойств атомов (или молекулярных свойств) водорода и кислорода, которые более или менее известны. Таким примерам нет числа, особенно когда мы переходим в сферу живого вещества и общественных отношений. Феномен жизни, видимо, невозможно свести к физико-химическому взаимодействию составляющих элементов живого организма. Свойства Разума, вероятнее всего, несводимы к свойствам нейронов, из которых состоит мозг. Объяснить поведение толпы свойствами входящих в неё людей – тоже практически невозможно.

 

2.Самоорганизация – способность любой биологической системы.

 

Все живые системы сопротивляются

уничтожению и приспосабливаются  к  внешним

условиям, насколько это  возможно.

Л.Н.Гумилев

 

Материальной основой  самоорганизации живого являются   системы. Биологические системы, как известно, никогда не бывают завершенными, они открыты. Мутационные изменения генов - чаще всего в направлении от доминантности к рецессивности - либо ведут к деградации биологической системы, либо вызывают в ней процесс самоорганизации. В ходе этого процесса образуются новые  структуры, более пластичные и сложные, далекие от состояния равновесия со средой, не уступающие тем, что создавались на базе генетической информации.

В свое время И.А.Рапопорт (1987) высказал суждение: "Самостоятельность  фенотипа относительно генотипа заложена в том, что генетика создала в  недрах биологической системы ряд новых уровней, из которых непосредственно к генетике относятся иРНК и ферменты, а остальные составляют продукт собственной плодотворной эволюции биологического строения. При малых мощностях генного аппарата могут быть новые источники и движущие силы, уравновешивающие дезорганизацию живых систем. Пластичность живого - реальность, поэтому надо искать ее сущность в рациональном обосновании". Этот взгляд развивает идею о способности  любой  биологической системы, утратившей "информаторов" в генетическом центре управления, становиться на путь самоорганизации, за счет созидательного синтеза новых внутри- и межклеточных связей и перестройки старых, использования накопленной в глубинах клетки потенциальной энергии, представленной в форме разнообразных белков, ферментов, информационных молекул, рибосомных  матриц. В клеточных системах всегда есть определенный запас адаптации на разных уровнях. Однако фенотипический резерв не исчерпывается названными компонентами.

 

3. Механизмы самоорганизации.

 

3.1. Протоплазматическая среда.

У эукариотических  организмов протоплазматическая среда по своему совершенству и созидательной деятельности превосходит большинство представленных в неживой природе форм. Это не просто связывающий коридор между ядром и окружающим внешним миром, где сплелись в один клубок все жизненные процессы, сконцентрировались материальные и энергетические потенциалы, которые будут эффективно использованы при катастрофическом развитии событий в клетке,  но и место весьма комфортного существования внеядерных носителей наследственности, многие из которых создают в протоплазматической толще независимые локусы реализации генетической информации. Это - вирусы, плазмиды, белковые гены,  а также тринуклеотиды, представляющие собой самостоятельные генетические модули. Эти простые носители генетического состояния образуют  связи с ядром и клеткой, оказывают влияние на разные их стороны.

Итак, ранее запасенные фенотипические ресурсы и так  называемые "теневые" структуры  в состоянии выступить как своеобразные силы  самоорганизации, компенсирующие потери генетических источников информации.

 

 

3.2. Синтез  жизненно важных веществ.

 Так, например, в условиях генетического хаоса и отсутствия определенных ферментных систем,  клетка может удовлетворять свои потребности за счет притока энергии и материалов из соседних полноценных клеток или тканей, даже быть может далеких от нее по структуре и функции (Рапопорт, 1993). Автор замечает, что обеспеченность и прочность генетически дезорганизованной биологической системы могут быть увеличены посредством принятия адекватных мер в масштабе клетки: это добавление веществ, синтезируемых жизненно важными ферментами или введение собственно нормальной единицы самого недостающего фермента. От преждевременного старения и смерти  биологическую систему могут уберечь биологически активные соединения. Известно, что многие биологически активные соединения способствуют выживанию клеток с нарушенным генетическим балансом, которые по законам природной нормы должны быть уничтожены. Все это примеры того, что оптимальные внешние условия могут, если не обращать разрушительные процессы, то, по крайней мере, снижать давление  окружающей среды.