Сущность системного подхода 3 страница

Биология развития и эволюция. Вопрос об эволюции онтогенеза берет свое начало от эмбриологических исследований еще доэволюционного периода развития биологии. Еще в XVIII в. ученые обратили внимание на соответствие стадий зародышевого развития и последователь­ности в усложнении животных в зоологической системе.

В 1821 г. И. Меккель сформулировал закон параллелизма - онто­генез высших животных проходит ряд стадий состоя­ний взрослых организмов в порядке усложнения их ор­ганизации. Существенный вклад в развитие представлений о соотношении онтогенеза и филогенеза внесли работы академика Карла фон Бэра. В 1866 в работе «Генеральная морфология» Геккель впервые сформулировал «основной биогенетиче­ский закон», согласно которому «онтогенез есть быстрое и краткое по­вторение филогенеза». На основе биогенетического закона, точнее противопоставления фило­генеза и онтогенеза, как записи этой эволюции, возникла проблема соотношения индивидуального и историче­ского развития. В этой трактовке эволюция онтогенеза иногда формулиро­валась почти до конца ХХ в. Существенный вклад в решение этого вопроса был сделан А.Н.Северцовым (1866-1936), создавшим теорию филэмбриогенеза.

По А.Н.Северцову, филогенез представляет собой генетический ряд онтогенезов: эволюционируют не только фенотипы взрослых организмов, но и их онтогенезы. На основе изменчивости организмов на всех стадиях индивидуального развития и в результате действия естественного отбора в эволюции постоянно происходит сохранение определен­ных онтогенезов, которые являются основой изменения филогенеза. А.Н.Северцов разработал классификацию филогенетических изменений онтогенеза, которые разделил на ценогенезы и филэмбриогенезы. Ценогенезы (эмбриоадаптация, эмбриональное приспособление) - приспособления организма, возникающие на стадии зародыша (плода) или личинки и не сохраняющиеся у взрослой особи. Филэмбриогенезы - эволюционные преобразования организмов в результате изменений развития и структур эмбриональных стадий онтогенеза предков, приводящих к появлению новых устойчивых признаков у взрослых организмов. Путём филэмбриогенеза происходят филогенетические изменения как взрослого организма, так и промежуточных стадий его развития.

Филэмбриогенезы наблюдаются на различных этапах онтогене­за - анаболия (надставка конечных стадий развития), девиация (уклонение на промежуточных стадиях онтогенеза) и архаллаксис (изменение первичных зачатков). Таким образом, способы филэмбриогенеза различаются по времени возникновения и по характеру эволюционных преобразований. На основе модусов филэмбриогенеза может происходить как прогрессивное развитие - усложнение строения и функций организмов, так и регрессивное - упрощение строения и функций организмов, например, при паразитизме.

При сравнительном анализе особенностей онтогенезов разных групп очевидно, что весь онтогенез в процессе эволюции групп организмов имеет общую тенденцию к повышению устойчивости онтогенетического развития в целом – автономизации. Параллельно с автономизацией происходит и рационализация морфо­генеза. На уровне корреляций индивидуального развития она выражает­ся в утрате частных формообразовательных зависимостей и, тем самым, в упрощении и ускорении морфогенеза. Эволюцию по пути защиты ранних стадий онтогeнеза называют эмбрионализацией или эмбрионизацией. В про­цессе эмбрионизации все большее число ранних стадий развития протека­ет под оболочками яйца или в организме матери. Высшим этапом эмбрионизации является живорождение, связанное с плацентацией и вскармливанием детенышей молоком. В результате рождается организм более сформированный, более устойчивый к внешним воздей­ствиям.

Тема 12. Происхождение и развитие жизни на Земле

Возникновение жизни. Процесс формирования первых органических соединений на Земле называют химической эволюцией. Она предшествовала биологической эволюции. Этапы химической эволюции были выделены А.И.Опариным в рамках белково-коацерватной теории зарождения жизни:

I этап - в результате химических реакций формирование из неорганических веществ простых органических веществ в условиях интенсивного солнечного излучения - аминокислот, простых углеводов, жирных кислот и т.д.

II этап - синтез белков - полипептидов, которые могли образоваться из аминокислот в водах первичного океана.

III этап - появление коацерватов (от лат. coacervus - сгусток, куча). Молекулы белков, обладающие амфотерностью, при определенных условиях могут самопроизвольно концентрироваться и образовывать коллоидные комплексы, которые получили название коацерватов.

IV этап - возникновение молекул нуклеиновых кислот, способных к самовоспроизведению.

Возможность синтеза органических веществ из неорганических в водах первичного океана подтвердилась в опытах американского ученого С.Миллера. Газы и водяной пар, циркулировавшие в аппарате под высоким давлением, в течение недели подвергались воздействию электрических разрядов. В результате в смеси образовалось около 150 аминокислот, часть из которых входит в состав белков. Впоследствии экспериментально подтвердилась возможность синтеза и других органических веществ, в том числе и азотистых оснований.

Коацерватные капли образуются при смешивании двух разных белков. При смешивании разных белков раствор мутнеет, под микроскопом в нем заметны плавающие в воде капли. Такие капли - коацерваты могли возникнуть в водах первичного океана, где находились разнообразные белки. Некоторые свойства коацерватов внешне сходны со свойствами живых организмов. Например, они "поглощают" из окружающей среды и избирательно накапливают определенные вещества, увеличиваются в размерах. Можно предположить, что внутри коацерватов вещества вступали в химические реакции.

Между коацерватами могли формироваться отношения конкуренции за вещества, растворенные в "бульоне". Коацерваты нельзя считать живыми организмами, так как у них отсутствовала способность к воспроизведению себе подобных. Белково-коацерватная теория Опарина не объясняет, как возникли живые организмы.

В последнее время разрабатывается идея возникновения жизни на основе РНК (Мир РНК), т.е. первыми организмами могли быть РНК, которые, как показывают опыты, могут эволюционировать даже в пробирке. Наследием этого древнего этапа "РНК-жизни" остался тот удивительный факт, что у всех живых организмов в системе синтеза белка РНК участвует не только как носитель информации, но выполняет также структурную и транспортную функции (рибосомальная и транспортная РНК). Только РНК способна выполнять и информационные, и структурные, и каталитические функции (в качестве рибозимов ).

Эволюция биосферы. Первые организмы были анаэробами и получали энергию в ходе реакций бескислородного окисления, например брожения. Однако появление фотосинтеза привело к накоплению в атмосфере кислорода. В результате возникло дыхание - кислородный, аэробный путь окисления, который примерно в 20 раз эффективнее гликолиза.

Первоначально жизнь развивалась в водах океана, так как сильное ультрафиолетовое излучение губительно влияло на организмы на суше. В древних ископаемых остатках, найденных в Австралии, возраст которых исчисляется 3,46 млрд лет, были обнаружены структуры, которые считают останками цианобактерий – первых фотосинтезирующих микроорганизмов.

В течение последующих 1,5-2 млрд лет - на протяжении большей части криптозоя - происходила эволюция прокариот. Возникновение эукариот - следующий важнейший рубеж в докембрийской эволюции организмов после возникновения фотосинтеза (около 2 -2,5 млрд. лет назад).

Успехи развития цитологии и молекулярной биологии доказали структурное и биохимическое родство одно- и многоклеточных организмов. Это подтвердило гипотезу о происхождении многоклеточных животных от одноклеточных форм. Возникновение многоклеточности - важный ароморфоз в эволюции жизни. К концу кембрия появляются почти все известные типы многоклеточных животных.

Появление озонового слоя в результате накопления кислорода в атмосфере создало предпосылки для выхода живых организмов на сушу. Первые наземные растения появились около 420 млн. лет назад. Древнейшими растениями, имевшими в основном "наземный" облик, но населявшими, вероятно, пограничную зону между водой и сушей и влажные местообитания в низменных прибрежных районах, были псилофиты (Psilophyta, или Rhyniophyta) из группы риниевых (Rhyniales) - невысокие травянистые или кустарниковообразные растения, еще не имевшие настоящих корней и листьев. Вероятно, в самом раннем девоне или даже в позднем силуре от самых примитивных риниевых могли возникнуть мохообразные (Bryophyta), а от высших псилофитов произошли различные группы сосудистых растений. Представители этих групп растений, лучше приспособленных к жизни на суше, в позднем девоне повсеместно вытеснили псилофитов и сформировали первую настоящую наземную флору, включавшую и древовидные формы. По мере заселения суши растениями возникли предпосылки для освоения наземной среды обитания животными. Вероятно, первыми на суше появились какие-то мелкие беспозвоночные, питавшиеся органическими остатками в почве. Первые вполне достоверные остатки наземных организмов известны начиная с силура.

Основные особенности эволюции растительного мира:с образованием почвы произошел выход растений на поверхность суши с одновременным формированием новых приспособлений - корня, стебля, листьев, сосудистой проводящей системы, защитных и опорных тканей; возникновение не зависимого от капельно-водной среды полового процесса размножения; переход от наружного оплодотворения к внутреннему, появление двойного оплодотворения, обеспечение зародыша запасом питательных веществ; совершенствование органов размножения и перекрестного опыления у цветковых растений в сопряжении с эволюцией насекомых, развитие зародышевого мешка для защиты растительного эмбриона

Основные особенности эволюции животного мир: прогрессивное развитие многоклеточности и, как следствие, специализация тканей и всех систем органов; свободный образ жизни, который определил выработку различных механизмов поведения, а также относительную независимость онтогенеза от колебаний факторов окружающей среды; возникновение твердого скелета: наружного у некоторых беспозвоночных (членистоногие) и внутреннего у хордовых; прогрессивное развитие нервной системы, которое стало основой для возникновения условно-рефлекторной деятельности.

Финальная стадия эволюции – развитие группового адаптивного поведения, формирование разума как высшей формы деятельности, возникновение биосоциального существа – человека.

Тема 13. Происхождение и эволюция человека (антропогенез)

В 1871 г. была опубликована работа Ч.Дарвина "Происхождение человека и половой отбор". В ней приведены доказательства родства человека с человекообразными обезьянами на основе данных сравнительной анатомии, эмбриологии, палеонтологии. В то же время Дарвин справедливо считал, что ни одна ныне живущая обезьяна не может считаться прямым предком человека.

О родстве человека с животными свидетельствуют рудименты и атавизмы. У человека свыше 90 рудиментарных органов: копчик, аппендикс, зубы мудрости и др. Среди атавизмов можно назвать сильно развитый волосяной покров на теле, дополнительные соски, хвост. Эти признаки были развиты у предков человека, но изредка встречаются и у современных людей.

Сходство прослеживается и в развитии зародышей человека и животных. Развитие человека начинается с одной оплодотворенной яйцеклетки. За счет ее деления образуются новые клетки, формируются ткани и органы зародыша. На стадии 1,5-3 месяцев внутриутробного развития у человеческого плода развит хвостовой отдел позвоночника, закладываются жаберные щели. Мозг месячного зародыша напоминает мозг рыбы, а семимесячного - мозг обезьяны. Таким образом, по многим признакам зародыш человека имеет сходство с зародышами других позвоночных.

Сходно и поведение человека и высших животных, особенно велико сходство человека и человекообразных обезьян. Им свойственны одинаковые условные и безусловные рефлексы. У обезьян, как и у человека, можно наблюдать гнев, радость, развитую мимику, заботу о потомстве. У человекообразных обезъян, как и у человека, различают 4 группы крови. Люди и обезьяны болеют болезнями, не поражающими других млекопитающих. Генетический материал человека и шимпанзе идентичен на 99%.

Наряду со сходством человек имеет определенные отличия: в строении скелета, которые связаны с прямохождением (у человека позвоночник имеет четыре изгиба, придающие ему S-образную форму, более широкий таз, сводчатая стопа, смягчающая сотрясение внутренних органов при ходьбе, широкая грудная клетка); у человека большой палец на руке противопоставлен другим пальцам, благодаря чему рука может выполнять разнообразные действия, мозговая часть черепа у человека преобладает над лицевой в связи с большим объемом головного мозга, достигающего примерно 1200- 1500 см3 (у обезьян - 600 см3).

Все перечисленные факты свидетельствуют о том, что человек и человекообразные обезьяны произошли от общего предка и позволяют определить место человека в системе органического мира. Человек относится к типу хордовых, подтипу позвоночных, классу млекопитающих, подклассу плацентарных, отряду приматов, подотряду узконосых, семейству гоминид, группе высших узконосых, роду гомо, виду человек разумный.

Наиболее вероятно, что приматы возникли от примитивных насекомоядных млекопитающих (Insectivora) и к основанию эволюционного ствола приматов, возможно, близки древесные землеройки - тупайи (Tupaiidae), обитающие ныне в тропических лесах Малайского полуострова и Филиппинских островов. Эволюционная ветвь насекомоядных, ведущая к приматам, обособилась, вероятно, еще до конца мезозоя.

Некоторые антропологи полагают, что общим предком человекообразных приматов (антропоморфов) является проконсул (Proconsul), ископаемые остатки которого были обнаружены в Восточной Африки в Кении. Проконсул был типичной мозаичной формой, в организации которой соединились некоторые признаки низших обезьян, гиббонов и шимпанзе.

Расхождение филогенетических стволов, ведущих к двум семействам антропоморфов - человекообразным обезьянам (понгидам) и людям (гоминидам), произошло по разным оценкам от 15 до 25 млн лет назад.

Прародина человечества – Южная и Северо-Восточная Африка. У этих животных не было ни острых когтей, ни клыков, как у других животных, зато они имели перед ними ряд преимуществ: увеличенный объем головного мозга, хорошую способность к ориентации, объемное зрение.

Находки, сделанные главным образом в Южной Африке, позволяют представить облик существ, находившихся в основании развития линии приматов, приведшей к возникновению рода Homo. Их стали называть австралопитеками (<лат. australis - южный, pithecus – обезьяна). Австралопитеки – сравнительно крупные, около 20-65 кг массой, 100-150 см ростом ходили на коротких ногах при выпрямленном положении тела, масса мозга – 450-550 г. Род Homo, появившийся на Земле, продолжал претерпевать эволюционные изменения. В настоящее время известно несколько переходных форм:

Ø Человек умелый (Homo habilis) – 2 млн. лет назад.

Ø Архантропы (Homo erectus) – 2 млн. лет назад – 140 тыс. лет назад.

Ø Палеоантропы (Homo Neanderthalensis, неандертальцы) – от 250 до 40-25 тыс. лет назад.

Поздние неандертальцы, более крупные и более развитой мускулатурой, были вытеснены Человеком разумным – Homo sapiens – видом, к которому принадлежим и мы. Неоантропы (др.-греч. νέος — новый и ἄνθρωπος — человек) — обобщённое название людей современного вида, ископаемых и ныне живущих.

В настоящее время картина развития вида Homo sapiens выясняется на основе палеонтологических данных с применением современных молекулярно-генетических методов. Тщательный анализ показывает, что несколько десятков тысяч лет назад численность исходной популяции Homo sapiens была не более 5000 размножающихся пар. Затем, по-видимому, эта популяция разделилась на несколько групп, причем каждая из вновь образованных популяций в свое время проходила через так называемой «бутылочное горлышко» – период исключительно малой численности, когда число размножающихся пар могло насчитывать всего несколько десятков Все современное человечество принадлежит к единому полиморфному виду – Homo sapiens. Единство человечества основано на общности происхождения, социально-психического развития, способности к скрещиванию людей различных рас, практически одинаковом уровне общего физического и умственного развития.

Вид Homo sapiens распадается, как известно, на три большие расы: австрало-негроидную, европеоидную и монголоидную. Известно, что существуют два основных механизма изменения генного состава (генофонда популяции) – естественный отбор и так называемый дрейф генов. При возникновении рас человека действовали оба этих механизма, но роль каждого из них в образовании того или иного признака остается до конца не выясненной. Многие признаки имеют несомненно адаптивный (приспособительный характер), например, темная кожа и курчавые волосы негроидов.

С возникновением человека как социального существа биологические факторы эволюции постепенно ослабляют свое действие и ведущее значение в развитии человечества приобретают социальные факторы. К социальным факторам антропогенеза относят труд, общественный образ жизни, развитое сознание и речь. Труд и речь влияли на развитие мозга, мышление. Так в течение длительного времени в результате взаимодействия биологических и социальных факторов осуществлялась эволюция человека.

Если морфологические и физиологические особенности человека передаются по наследству, то способность к трудовой деятельности, речь и мышление развиваются только в процессе воспитания и образования. Поэтому при длительной изоляции ребенка у него не развиваются совсем или развиваются очень плохо речь, мышление, приспособленность к жизни в обществе.

Вопрос о происхождении человека имеет не только научное значение: с позиций эволюционной биологии или чисто зоологической точки зрения – это частный филогенетический вопрос. Здесь речь идет, с одной стороны, об огромном философском, мировоззренческом значении, а с другой – о возможности проследить, как закономерности биологической эволюции уступают место другим закономерностям, связанным с возникновением социальной формы движения материи.

Системный подход отличается от традиционного предположением, что целое обладает такими качествами (свойствами), каких нет у его частей.

При этом части системы могут, в свою очередь, представлять системы, тогда их называют подсистемами. Подсистема обладает свойством функциональной полноты, т.е. ей присущи все свойства системы.

Системный подход к проектированию АСУ ТП заключается в разбиении всей системы на подсистемы (декомпозиция системы) и учете при ее разработке не только свойств конкретных подсистем, но и связей между ними.

Сложная система - собирательное название систем, состоящих из большого числа взаимоувязанных элементов. Часто сложными системами называют системы, которые нельзя корректно описать математически либо потому, что в системе имеется очень большое число различных элементов, неизвестным образом связанных друг с другом (например, мозг), либо потому, что мы не знаем природы явлений, протекающих в системе и поэтому количественно не можем их описать.

Иногда сложными называют системы, для изучения которых необходимо решать задачи с непомерно большим объемом вычислений или перерабатывать такой большой объем информации, что для этого даже при использовании самых быстрых ЭВМ потребовалось бы много миллионов лет.

Большая система - это совокупность множества взаимосвязанных элементов (подсистем), отличающаяся сложностью решаемых задач. Примеры: транспортные, энергетические, информационные системы, которые можно называть - инфраструктурами.

Открытая система - система, допускающая свое развитие, расширение на аппаратном и информационном уровнях.

Открытая система - система, к которой подводится или от которой отводится вещество или энергия.

Замкнутая система - система, к которой не подводится или от которой не отводится вещество или энергия.

Иерархическая система - система, имеющая многоуровневую структуру в функциональном, организационном и в каком-либо ином отношении.

Дата добавления: 2015-05-10