Публикуем главу из монографии профессора Юрия Николаевича Соколова (Одесса) «Динамические процессы в экологических системах». Ученый проводит колоссальную работу по внедрению инноваций в современное образование, чтобы оно стало НУЖНЫМ студентам, имея дело с теми реалиями, с которыми человек сталкивается на опыте. Читайте в скором времени интервью профессора Соколова «Граниту науки».
Живые компоненты (вещества, организмы) растения, животные и человек это сложная, автономная, самоорганизующая открытая структура. Они воспринимают вещество и энергию (солнечный свет, воду, воздух, питание) и формируют отходы, выделяемые во внешнюю среду.
Живые организмы высокоорганизованны как структурно (морфологически), так и функционально (в форме процессов). Это многофункциональные когерентные (находящиеся в связи) структуры. Они действуют как единое целое, функционируют вдали от равновесия, периодически переходя к состоянию сильной неравновесности. Они обладают как историей собственной жизни, так и биологической историей вида и характеризуются «памятью» о предшествующих формах и функциях.
Активность – усиленная деятельность, энергичное протекание процессов. Она проявляется в воздействии одних компонентов на другие. Реактивность – отклик последних на это воздействие. Свойство веществ отвечать на внешнее воздействие, обнаруживать признаки влияния, возникающие в ответ на действие, называется «реактивность», «отражение», «реакция».
Например, действие ветра – это активность, а перемещение волн или семян растений – реактивность. Принятие пищи и химические реакции – ответ, активность живого организма на внутреннее раздражение: чувство голода. Социальные или юридические нововведения правительства – это активность, а восприятие или неприятие их обществом – это реактивность.
Акция и реакция – способности реализации потенциальных свойств компонентов. Физическая активность происходит без превращений одних веществ в другие. Изменяются только физические свойства: прочность, температура, сжимаемость, теплоемкость, электропроводность. Химические качества веществ при этом остаются постоянными.
Химическая реакция совершается с превращением веществ. Модифицируется, например, окисляемость. Химическое сродство – способность веществ вступать в химические реакции. Процессы превращения могут ускоряться в присутствии катализатора. Многократное ускорение клеточных биохимических процессов в живых организмах происходит в присутствии специфических катализаторов – ферментов.
Активность и реактивность неживых и живых природных компонентов выглядит по-разному. Неживые составляющие проявляют свойства непосредственно, без предощущения. Свойства неживого косного вещества – это способности, качества, признаки, с помощью которых может происходить адаптация к внешним условиям. Активность неживого проявляется в непосредственной передаче энергии или вещества. Основное отличие косного вещества заключается в том, что оно подчинено закону возрастающей энтропии. После воздействия полученная энергия постепенно теряется и выравнивается с энергией окружающей среды. Высота волн соответствует силе воздействия ветра. Температура воды в озере изменяется в соответствии с температурой воздуха до их выравнивания.
Свойства, качества, признаки подразделяются на внешние, морфологические, в том числе геоморфологические, и внутренние (скрытые, замаскированные): устройство, организация, структура.
Деятельность живого организма осуществляется с преодолением энтропии за счет активного выбора, приспособления, адаптации, а не только за счет уравновешивания с окружающей средой. Антиэнтропийные свойства живого вещества, накапливаемая биохимическая энергия формируется за счет связей со средой обитания. Биогенный ток атомов реализуется за счет питания, дыхания, размножения и выделения продуктов жизнедеятельности. Основное время в течение жизни животное занято поиском и поглощением пищи: найти, добыть, догнать, убить, отобрать, сорвать, выщипать – все это элементы потребления. Индивид рано или поздно умирает. Но продление жизни рода или вида происходит за счет потомства – удивительный феномен бесконечного продления жизни, формирования устойчивости.
Одним из главных антиэнтропийных свойств живого является предощущение: представление, опережающее предвидение. Отличительная особенность живого организма заключается в том, что наряду со способностями у него проявляются и потребности – это мощнейшее средство адаптации, проявляющееся в предвосхищении новых необходимых способностей; представления о способностях.
При взаимодействии неживых составляющих акция, воздействие (А) и реакция, отражение, следствие, ответ (R) связаны непосредственно: A -> R. Соответствующие отношения живых компонентов выражаются схемой A’+A -> R’+R, где A’ и R’ – информационное или отражающее предвидение, например, представление хищников о доступности добычи или травоядных о близости опасности.
Для неживого акция и реакция может быть – физическая, химическая, а для живого еще и биологическая, а также социальная.
Живые составляющие могут обмениваться не только веществом и энергией, но и информацией. Генетическая информация связана с продолжением рода (вида) и передается при размножении. У большинства теплокровных при передаче потомству опыта происходит обмен еще и «смысловой» информацией. Но только человек транслирует потомству опыт и знания наиболее эффективным образом с помощью устной и письменной речи. Человек производит и передает из поколения в поколение орудия труда и средства производства.
Информационное предвидение акции – раздражителя, возбудителя (внешнего или внутреннего, осознаваемого или неосознаваемого) – условия последующих изменений организмов, органов, тканей и клеток. Оно выступает также в роли стрессора, сигнальной функции, спускового эффекта. Психика человека обеспечивает достоверное предвидение и, при надлежащем развитии, может быть гарантом целесообразного, целенаправленного действия.
Виды опережающего представления подразделяются на допсихические и психические. Психические способности разделяются на индивидуальные и групповые (социальные).
Допсихическая способность восприятия (ощущения) и реагирования на воздействие – перемещение к источнику влияния или от него – происходит в форме тропизма или таксиса.
Тропизм (греч. tropos «поворот», «направление») – направленные ростовые движения (изгибы) органов, прикрепленных растений. В зависимости от факторов воздействия различают геотропизм, связанный с земным притяжением, и фототропизм, определяемый источником света. Кроме того выделяют гидротропизм, ассоциируемый с влажностью почвы, термотропизм, обусловливаемый температурой и, наконец, хемотропизм, формируемый химическими свойствами среды.
У растений тропизм проявляется в форме, например, анизотропии (греч. anisos «неравный») – способности органов растений занимать определенное положение по отношению к факторам среды (солнечному свету, ветру).
Другой формой допсихического восприятия и реагирования является таксис (греч. «расположение по порядку») – двигательные реакции низших растений и животных, а также отдельных клеток (зооспоры, лейкоциты). Последние реагируют на градиенты концентрации или температуры.
Наиболее широко распространенными видами опережающего представления являются психические способности. Они проявляются у отдельных организмов и в группах организмов.
Управляющая система индивидуального организма согласует деятельность его составных частей (клеток, органов), которые не могут существовать самостоятельно – «структурное управление» (по А.А. Ляпунову). Организм при таком управлении быстрее отзывается на внешнее воздействие, но при этом отдельные части организма менее устойчивы.
Управление совокупностями организмов (виды, популяции) – «статистическое управление» — менее быстродействующее, но зато надорганизменные образования устойчивее отдельных организмов.
Индивидуальные психические способности (воздействия и отражения, возбуждения и раздражения) могут включать восприятие (ощущение) и представление (формирование абстрактных образов). В свою очередь, восприятие может быть избирательным и целостным. Избирательное восприятие (ощущение, чувствительность, сенсорно-двигательные рефлексы, примитивная сенсорность) – это реакция организма на отдельные условия окружающей среды. Такой способ восприятия характерен для примитивных многоклеточных, таких как медузы, гидры, моллюски, черви, насекомые.
Целостное восприятие, характерное для птиц, змей, земноводных, рыб – это реакция на совокупность условий окружающей среды. Перечисленные виды животных имеют органы чувств, мозг и позвоночник, у них есть способность реагировать целостно. Для этих животных характерна инстинктивная реакция на возбуждение внешних и внутренних рецепторов. Врожденная форма поведения складывается в сложную цепь безусловных и условных (с обучением) рефлексов.
Индивидуальные психические способности у более развитых животных могут проявляться в виде представлений, при помощи которых формируются абстрактные образы. Отображение организуется в виде целостных эмоций и чувств.
Во-первых, при запоминании создание образов происходит в данный момент сосредоточенности на объекте. Образ в памяти трансформируется в форме прошлого опыта. В будущем этот образ возникает на основе припоминания. Такие животные, как кошки, собаки, львы, тигры преимущественно руководствуются инстинктом самосохранения как личного, так и видового. Инстинкт продолжения личной жизни заставляет животных проявлять активность для утоления голода и жажды. Краб, укрепившись на камне с помощью конечностей, может длительное время непрерывно и монотонно отрывать водную растительность клешнями. Агрессивность или ее отсутствие у хищников – тоже инстинкт самосохранения. Брачные игры, размножение, забота о потомстве – это проявление инстинкта сохранения вида. В ходе генетической мутации и естественного отбора инстинкты меняются медленно.
Способность различения и последующей оценки сопоставляемых единовременных фактов – второй прогрессивный, по сравнению с запоминанием, шаг формирования образов. Примером ситуационного соотнесения является поведение стада слонов, которое возглавляется самой старой и опытной самкой. Сравнивая погодные условия, самка выбирает соответствующие маршруты поиска пищи и воды. Миролюбивый и безобидный бегемот в случае кажущейся опасности для самки или детеныша — достаточно агрессивен.
И, наконец, третий, самый высокий, уровень абстрактного формирования образов – мышление, соединение с предшествующими знаниями, которое присуще позвоночным, особенно приматам. Психическое отражение окружающего мира осуществляется двумя типами мышления. Во-первых, непосредственно восприятие(понять и запомнить) связей между предметами и явлениями. Во-вторых – установление связей между составляющими по воспоминаниям о них. Разум (сознание) – способность к обучению. Мозг – специфическая структура, при помощи которой разум осуществляет свою деятельность. Ворона держит в лапах орех и клювом пытается его расколоть; если не получается, то бросает его с большое высоты на асфальт. Мелкое морское млекопитающее калан для извлечения содержимого из раковины моллюска разбивает ее камнем. Для многих животных характерна орудийная деятельность, то есть не только выбор готовых предметов, пригодных для употребления, но и совершенствование орудий с помощью когтей, зубов (но не других орудий).
Психическая индивидуальная деятельность животных – комплекс проявлений поведения, направленный на установление жизненно необходимых связей организма со средой, но в отличие от человека, эта деятельность 1) определяется биологическими мотивами; 2) ограничена ситуацией, т.е. животные не способны задаваться целью; 3) научение происходит преимущественно на индивидуальном опыте – активное накопление опыта поколений в простом виде с помощью биологических механизмов. Например, эпигенетически передается «позитивное материнство» — важное для выживания вида качество. Только человеческим свойством является авторефлексивное сознание, которое позволяет придать жизненному опыту смысл. Эволюция человеческого индивидуального и коллективного сознания – это путь развития людей.
И наконец, наряду с индивидуальным опережающим представлением у животных наблюдается групповое психическое поведение. Социобиологическая психология строится преимущественно не на интуиции самосохранения, а на инстинктах сохранения рода. Коллективная организация общественных животных (стая, стадо) – это совокупность связей по добыче пищи, защите от хищников, репродуктивных связей, заботе о молодняке и, наконец, коллективной миграции. Объединение, группа млекопитающих (волков, обезьян), птиц, насекомых, рыб могут состоять из многих десятков, сотен и даже тысяч особей. Например, стая саранчи перемещается группой более тысячи особей.
Выделяют личностные и безличностные формы общественной организации объединения. Последние группы подразделяются на анонимные стаи, сообщество без любви и сообщество коллективной агрессии. Анонимная стая – однородная масса животных без вожаков и ведомых. В таких группах нет агрессии, но нет и глубокой общности. Социальная и семейная жизнь сообщества без любви основаны на структуре защищаемых территорий. Например, формирование колоний кваквы и других птиц, косяков рыб и стад млекопитающих – это способ самосохранения. Индивиды групп коллективной агрессии добродетельны и лояльны к членам своего сообщества (членство в которых определяется, например, по запаху). Но они форменные изверги по отношению к чужакам. К группам коллективной агрессии отностятся пчелы, термиты, муравьи, крысы.
Личностные сообщества основаны на персональном узнавании. Члены такого союза – который может строиться на доминировании лидера или группы – избирательно реагируют на индивидуальности, формируют семейные или возрастные объединения, совместно заботятся о потомстве, безопасности, добыче пищи. Часто они организуются по генетическому принципу. При семейной детерминации может выделяться материнская семья; если выделение происходит по возрастному принципу, то стадо возможно с одним самцом.
Выделение лидера обычно основано на силе, агрессивности, навыках, способах общения, интеллекте. Постоянный вожак осуществляет руководство с помощью специальных сигналов, угроз или нападений. Временный лидер следит за ситуацией: например, в стаде страусов, пока все кормятся, один наблюдает, оценивает появившуюся опасность, подает сигнал.
Автор: Соколов Юрий Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры землеустройства и кадастра Одесской государственной академии строительства и архитектуры. Научные интересы: системный подход и синергетика в землеустройстве, гидравлика и русловые процессы. В приведенной монографии изложены концепции системного подхода к динамическим процессам в экологии – междисциплинарной области знаний. Динамика сложных экологических систем определяется процессами существования, описывающими постепенную адаптацию в условиях слабо неравновесных систем. В то же время эволюционные процессы в экологии в значительной степени определяются превращениями, которые происходят в сильно неравновесных системах с функционированием странных аттракторов и фуркациями.
Читайте также: «Традиционное понимание вещи и современная физика» (глава из бестселлера 1960-х Авенира Уемова «Вещи, свойства и отношения»)