Изучая универсальные закономерности эволюции и самоорганизации сложных систем, синергетика открывает глубинный изоморфизм живого и косного, общность образцов эволюции и структурных образований в царствах живой и «мёртвой» природы Она выносит на обсуждение целый ряд неожиданных вопросов: Какие структуры «выживают» на «теле» природы? Почему и структуры косной природы следуют некоторым «ритмам жизни»? Эволюционируют ли атомы? Существует ли память в «неживой» природе? Как происходит сборка сложной структуры? Обо всём этом - в статье Елены Николаевны КНЯЗЕВОЙ и Сергея Павловича КУРДЮМОВА.
Синергетика об аналогах живого в «неживой» природе
Что «предпочитает» природа? Спектры эволюционных форм
Похоже, что природе доставляет удовольствие варьировать один и тот же механизм бесконечно различными способами. Д.Дидро
Принято думать, что природа бесконечно разнообразна, что она ничем не ограничена в варьировании своих эволюционных механизмов и форм организации. Но синергетика демонстрирует обманчивость подобного взгляда.
Прежде всего, появляется парадоксальное представление о том, что в открытой среде (с источниками и стоками энергии), с диссипацией энергии, могут возникать и устойчиво самоподдерживаться локализованные процессы — диссипативные структуры . В сплошной среде может возникать локализация — очаги более интенсивных процессов, например, структуры горения . Кроме того, не какие угодно структуры могут реализоваться в данной среде.
Для некоторых классов открытых нелинейных сред (систем) установлено, что в них потенциально заключены целые спектры структур (спектры эволюционных форм организации), которые могут возникнуть лишь на развитых, асимптотических, стадиях процессов. Это — одна из фундаментальных задач, которая называется в синергетике задачей о поиске собственных функций нелинейной среды , то есть устойчивых способов организации процессов в среде, которые ей адекватны и к которым эволюционируют со временем все другие её состояния. Сколько и какие относительно устойчивые структуры могут самоподдерживаться в качестве метастабильно устойчивых в данной природной системе — определяется сугубо внутренними её свойствами.
Поиск спектров эволюционных форм природы — это, по существу, сверхзадача, близкая к так называемой задаче Гейзенберга в ядерной физике, когда требуется написать нелинейные уравнения некой среды, которая как самоорганизующаяся давала бы устойчивые состояния в виде спектра элементарных частиц.
До сих пор, например, непонятно, почему количество химических элементов (типов атомов) ограничено. Почему атомов порядка сотни, а не, скажем, существенно больше или меньше? Почему существует дискретный набор зарядов ядер атомов, или спектр типов атомов? Почему заряды целочисленны? Эти вопросы затрагивают глубинную физическую, квантово-механическую основу описания химических свойств и реакций.
Есть основания поставить задачу получения спектра атомов как структур самоорганизации некой открытой нелинейной среды, наподобие спектра форм, масс, зарядов. Уже показано, в частности, что существует глубокая аналогия между собственными функциями горения нелинейной среды на квазистационарной стадии и собственными функциями стационарной задачи Шрёдингера в центральном поле сил с кулоновским потенциалом . (В названной работе осуществлён вывод линейного стационарного уравнения Шрёдингера с кулоновским потенциалом из более общего квазилинейного уравнения теплопроводности с нелинейным источником; кроме того, найдены условия нормировки и непрерывности функции.) За этим результатом стоит целая серия естественных следствий, и, прежде всего, попытка построить модель атома как структуру горения некой среды и предложить другое понимание причин квантования, связанное с особой устойчивостью инвариантно-групповых решений, выступающих в качестве аттракторов-целей развития.
Ограниченное количество собственных функций квазилинейного уравнения теплопроводности с источником является математическим аналогом конечного числа собственных структур нелинейной среды, а исходя из данной аналогии, — счётного количества типов атомов, химических элементов. При таком подходе квантование должно стать следствием решения классической, но нелинейной задачи. Весь спектр атомов, как он представлен в периодической системе Д.И.Менделеева, должен быть получен в виде спектра собственных функций среды, определяемой соответствующими нелинейными дифференциальными уравнениями.
Вообще дискретность возможных структур организации — это то общее, что связывает мир живого и «неживого», хотя это, возможно, и не очевидно. Системы живого открыты и в высокой степени нелинейны, поэтому их ответ на внешнее воздействие может быть многократно сильнее (или слабее) его величины и качественно различным в разных ситуациях. Нелинейность накладывает определённые рамки на типы структур живого. Не всё, что угодно, возможно в качестве метастабильно устойчивого в нелинейном мире. Нелинейность квантует, делает дискретными возможные наборы движений, поз, жестов живых существ .
«Архитектура» живого связана, прежде всего, с движением и развитием живого. Она есть гармоничное сочетание, расположение частей в метастабильное эволюционное целое. Хотя имеется множество типов структур и конфигураций, «архитектура» живого отнюдь не произвольна. Известны, например, базисные виды поступательных движений лошади — аллюры: шаг, галоп, рысь, иноходь. Лошадь идёт не как угодно, а «использует» всякий раз один из своих базисных типов передвижений. В каждом таком типе движения лошади согласованы определённым образом, и переход от одного типа перемещения к другому осуществляется скачком .
Итак, природа имеет внутренние предпочтения к некоторым формам живого и косного. Лишь определённые наборы форм осуществимы в природных средах. А на другие формы наложен эволюционный запрет: они неустойчивы и очень быстро эволюционируют к устойчивым формам организации, «сваливаются» на них.
Структуры-аттракторы как непроявленное
Природа любит скрываться.
Гераклит
Относительно устойчивые структуры, на которые неизбежно выходят процессы эволюции в открытых и нелинейных системах, напомним, называются аттракторами. Поскольку под аттракторами здесь понимаются реальные структуры, а не их изображения в фазовом пространстве (пространстве физических параметров), постольку употребляется словосочетание: структуры-аттракторы .
Простейшие математические модели нелинейных открытых сред свидетельствуют, что таковая система таит в себе определённые формы организации . Структуры-аттракторы потенциально заложены в среде, задаются сугубо её собственными нелинейными свойствами. Они есть НЕПРОЯВЛЕННОЕ — «дух становления» системы. Они закладывают тенденции процессов в ней.
Потаённость, потенциальность, оборотная сторона бытия присуща и миру человеческому, и миру «неживой» природы. И в среде плазмы, и в живом веществе, и на поле человеческого сознания, и в теле культуры, и в среде научного сообщества есть свои внутренние тенденции, стремления — «предпочтения». И нет смысла им противиться. Всё равно они, подобно сильному речному течению, заставят двигаться в нужном направлении: в поле притяжения одного образца- аттрактора — именно к нему, а в поле притяжения другого образца-аттрактора — к иному. В этом смысле идеи Платона, Аристотеля и мудрецов древнего Китая звучат чрезвычайно конструктивно.
Сплошная открытая и нелинейная среда, наряду с несовершенными проявленными формами. содержит потенциальное бытие, идеальные структуры. Она «наполнена» ещё не состоявшимися формами. Каждая из этих структур-аттракторов соответствует собственной тенденции среды, имеет шанс реализоваться. На упрощённых математических моделях можно видеть всё поле возможных путей эволюции, все «Дао» среды.
С выбором траектории развития, с выходом на одну из структур-аттракторов, все другие эволюционные пути как бы закрываются. А поскольку в ходе развития может изменяться и сама среда, её внутренние свойства, то способно трансформироваться, несколько перестраиваться всё поле допустимых изменений, а некоторые структуры-аттракторы, некоторые цели могут и не осуществиться.
Достаточно серьёзным является утверждение, что открытые сложные системы имеют множество путей эволюции. Отсюда всё разнообразие форм, особенно в нелинейном мире. Поставленные в определённые условия, мы всякий раз реализуем одну из возможных форм организации, единственную из всех потенциальных структур. Выход на структуру-аттрактор определяется некими принципами наиболее устойчивого развития процесса, причём именно устойчивого развития, а не стационарного состояния.
«Ритмы жизни» природы
Мудрость нам единая дана:
Всему живому идти путём зерна.
В.Ф.Ходасевич
Никто не будет спорить с тем, что всё живое подвержено ритмам жизни. Диалектика жизни, циклической смены состояний — подъёма и спада активности, бодрствования и сна, жизни и смерти — символически представлена в восточном образе инь-ян. Пик расцвета содержит в себе «червоточину» падения, ночь начинается в полдень, когда ян слабеет и в нём начинает разрастаться «зерно» инь. Как говорится в одной из даосских притч, «в жизни существует зарождение, в смерти существует возвращение, начала и концы друг другу противоположны, но не имеют начала, и [когда] им придёт конец, — неведомо» .
Зерно, инь , — это сплошная потенциальность, таящая в себе устремлённость. А растение, ян, — это уже ставшее, актуализированное. Инь символизирует неопределённость и неоднозначность, блуждание в эволюционном лабиринте, а ян — реализацию цели и построение целого, некую завершённость. Синергетика убедительно демонстрирует нам, что в самом фундаменте природы, как живой, так и косной, заложен принцип инь-ян , наблюдаются процессы развёртывания и свёртывания, эволюции и инволюции, роста и вымирания.
Широко распространённые в природе нелинейные положительные обратные связи (когда следствие «подстёгивает» действие причины. — Ред .) обусловливают развитие структур в режиме с обострением , а это свидетельствует о том, что «время жизни» структур ограничено. Под режимами с обострением понимаются сверхбыстрые процессы, когда характерные величины (температура, энергия, концентрация, денежный капитал и т.д.) неограниченно возрастают за конечное время, называемое временем обострения . Если фактор, создающий неоднородности в среде (действие нелинейных объёмных источников), работает сильнее, чем рассеивающий (диссипативный) фактор, то возникают локализованные процессы и волны горения, сходящиеся внутри области локализации. Процесс развивается всё более интенсивно в сужающейся области вблизи максимума. Это — так называемый LS-режим с обострением, сопровождающийся концентрацией (ям), но чреватый десинхронизацией внутри системы.
Поэтому возникшая в LS-режиме сложная локализованная структура лишь относительно устойчива. Вблизи момента обострения она становится неустойчивой, чувствительной к малым возмущениям и распадается (это уже действие инь. — Ред. ). Наличие момента обострения, то есть конечность времени существования сложной структуры, само по себе поразительно. Чтобы возникла структура, необходим LS-режим, а последний приводит к неустойчивости. Получается, что сложная структура существует только потому, что она существует конечное время! Жить конечное время, чтобы вообще жить! Или иначе: лишь смертное способно к самоорганизации («Препятствиями растём!» — Ред. ). Хотите получить локализацию, сложную структуру — значит её время реализации ограничено моментом обострения. Сам факт преодоления хаоса , удержания его в определённой форме предполагает конечность жизни сложной структуры .
И ещё один не менее важный результат: для широкого класса уравнений с сильно нелинейными источниками показано существование двух противоположных, взаимодополнительных режимов . Предполагается, что можно избежать процесса распада сложной структуры, развивающейся в LS-режиме роста (температуры) с обострением, если вовремя (за счёт флуктуаций — хаоса) происходит переключение на иной режим — HS-peжим; тогда снижается интенсивность (падает температура), и «неограниченно разбегаются волны», возобновляются процессы «по старым следам». Распад, хотя бы частичный, заменяется объединением, максимальное развитие неоднородностей — их замыванием, сглаживанием, растеканием, синхронизацией .
В результате вычислительных экспериментов получено и исследовано пока лишь переключение с HS- на LS-режим . Обратное переключение, с LS- на HS-режим, для сред с сильной нелинейностью можно рассматривать как гипотезу, как итог теоретического моделирования (на основе анализа фазовой плоскости, полученной методом осреднения).
Синергетика склоняет нас к выводу, что законы ритма , циклической смены состояний, универсальны . Для человека это — день и ночь, смена его бодрствования и сна. В природе это — лето и зима. В тепле биологические процессы ускоряются, а в холоде — замедляются. Такого рода пульсации характерны и для косной природы. Известны колебательные режимы в химических реакциях (в реакции Белоусова-Жаботинского — «химические часы»). Согласно одной из космологических гипотез, если средняя плотность вещества во Вселенной больше некоторой критической, то сегодняшняя стадия расширения наблюдаемой Вселенной, «разбегания всего от всего», должна смениться стадией сжатия, «схлопывания к центру» . Развиваются представления о пульсационном развитии Земли и синхронной с ним эволюции биологической жизни на планете: планета то расширяется, то сжимается — будто дышит.
Переключение HS и LS-режимов является математическим эквивалентом процессов типа инь-ян. LS-режим — это обострение, ускорение процессов, стягивание к некоему центру и проявление потенциального; HS-режим — это, наоборот, замедление процессов и разлёт, «возобновление старых следов», погружение в прошлое, обращение к царству непроявленного.
Стареют ли атомы?
Снова будут небеса,
Не такие же, как наши...
Ф.Сологуб
В квантовой механике утверждается неразличимость, тождественность всех элементарных частиц одного сорта, а равным образом — и атомов. Предполагается, что все микрообъекты конкретного типа одинаковы, поэтому нельзя отличить, скажем, один фотон от другого или один атом водорода от другого атома водорода.
Синергетический взгляд на мир - взгляд эволюционный . Эволюция имеет сквозной характер. Она пронизывает все уровни организации косного и живого. Считается, что нынешняя эра эволюции Вселенной связана с разлётом галактик. С эволюционной точки зрения можно попытаться рассмотреть и такой объект, как атом. Тогда и на атомном уровне организации мира просматриваются аналоги жизни и даже истории.
Как уже упоминалось, можно подойти к пониманию квантово-механической реальности, решая классическую задачу, квазилинейное уравнение теплопроводности с нелинейным источником. И в этом случае возможна модель атома как структуры горения нелинейной среды. Разумеется, такова лишь постановка для дальнейшего исследования.
Стабильный, с неизменными уровнями атом, каким он считается в стационарной задаче Шрёдингера в квантовой механике, соответствует подобного рода модели — развитию процессов в режимах с обострением, но, вероятно, только на квазистационарной стадии. (Режимы с обострением, наряду со стадией сверхбыстрого нарастания процессов, имеют и длительную начальную квазистационарную стадию.)
Итак, модель водородоподобного атома описывается уравнением теплопроводности с распределённой плотностью и источником, причём некие неоднородности температуры соответствуют устойчивым состояниям (уровням) атома. В данной задаче имеются — горение, теплопроводность (рассасывающий неоднородности фактор) и заданное распределение плотности. На квазистационарной стадии распределение температуры практически не меняется. Поэтому можно полагать, что мы имеем дело с уровнями, «замершими» на определённых расстояниях от центра.
Но если мы начинаем рассматривать большие промежутки времени, выходить за пределы квазистационарной стадии, то обнаруживаем, что «волны горения» сходятся, сбегаются к центру, к аналогу ядра атома. «Жизни» атома соответствует LS-режим с обострением, режим «сбегающейся волны», когда интенсивность процесса увеличивается во всё более узкой области вокруг центра. Взгляд на атом как на локализованный квазистационарный процесс в среде, имеющий сложную структуру, по-видимому, плодотворен, ибо он позволяет объяснить некоторые факты, к примеру, эффект «красного смещения» спектральных линий у далёких галактик.
До сих пор предполагается, что ряд различных факторов может порождать феномен красного смещения. Во-первых, согласно привычному, наиболее распространённому толкованию, этот феномен может быть обусловлен разлётом галактик па нынешней стадии эволюции Вселенной, сопровождающимся эффектом Доплера. Во-вторых, некоторые учёные придерживаются той версии, что за эффект «покраснения квантов» ответственно временное изменение квантов излучения — «старение» квантов. В-третьих, в рассматриваемой нами модели этот эффект может быть вызван «старением» самих атомов. Здесь всё построено на эволюции во времени, в том числе, и атом может представлять собой меняющуюся во времени организацию.
Свет от галактик, которые находятся на значительных расстояниях от Земли, доходит до нас за огромные промежутки времени. Мы видим эти галактики такими, какими они были многие миллионы лет назад. Это далёкое прошлое, свидетельства о котором к нам попадают со всё более значительных расстояний, соответствует, с нашей точки зрения, ранним стадиям эволюции атомов. Уровни же тех атомов должны были находиться дальше от центра, а затем они медленно приближаются к ядру. Так что по мере ухода в прошлое мы наблюдаем атомы, энергетические уровни которых расположены всё дальше от ядра. А это как раз эквивалентно эффекту красного смещения. И в принципе можно оценить его константу, исходя из тех констант нелинейной среды, которые мы получили, моделируя атом как сходящиеся волны горения в LS-режиме.
Рост и расширение масштабов Вселенной может означать, что на макроуровне, в отличие от микроуровня, имеет место HS-режим растяжения всех масштабов, даже если галактики не имеют никакой механической скорости — просто из-за «разбухания самого пространства», из-за HS- режима охлаждения. Для наблюдателя же картина выглядит так, будто галактики разлетаются с большой скоростью.
Попытки построить модель атома как некой эволюционирующей структуры, имеющей свою историю, представляют огромный интерес. Если удастся последовательно развить такую модель, то станет возможным допускать, что и в микромире разворачиваются эволюционные процессы, но изменения ощутимы лишь за гигантские промежутки времени.
Имеет ли «неживое» память?
Но твой, природа, мир о днях былых молчит
С улыбкою двусмысленной и тайной.
Ф.И.Тютчев
Некоторые любопытные явления нелинейного мира указывают на элементы «памяти» в том числе и в процессах косной природы.
Во-первых , это — возобновление старых следов в HS-режиме . Выше говорилось о том, что в средах с достаточно сильной нелинейностью, вероятно, может происходить самопроизвольное переключение LS- и HS-режимов. Режим нарастания интенсивности процесса и сбегания к центру (LS- режим) сменяется режимом охлаждения и растекания (HS-режимом), процессы типа ян сменяются процессами типа инь. В HS-режиме происходит расплывание процесса преимущественно «по старым следам» , так как теплопроводность таких участков, из-за нелинейности коэффициента теплопроводности, существенно выше, чем «холодных» областей остальной среды.
Но всё-таки расплывание, хотя и слабо, осуществляется и в холодную среду, то есть структура всё более симметризуется, её форма вырождается из сложной в простую. Поэтому, хотя замыкание циклов взаимного переключения противоположно направленных режимов намного продлевает «жизнь» структуры с сильной нелинейностью, однако, оно не может сделать её бессмертной. Накопление элементов «памяти» приводит к «старению» и, в конце концов, к «смерти» сложных структур, несмотря на их ритмический образ жизни типа инь-ян .
В процессах эволюции сложных структур прошлое не исчезает. Оно остаётся существовать в ином, более медленном, или менее интенсивном темпомире, «тонком». Интенсивные процессы у центра в LS-режиме — это быстрый темпомир. А следы растекания и угасания в HS-режиме, остающиеся на периферии сложной структуры, — это медленный темпомир. Возврат к прежним медленным процессам в рассматриваемой модели мира представляет собой, в некотором смысле, аналог подсознания и ещё более глубокой видовой памяти. Вообще говоря, ничто не исчезает, но всё продолжает гореть в ином, медленном и мало ощутимом для нас темпомире («субъективном». — Ред.). Аналогично, подсознание человека является хранилищем всего того, что человек когда-либо видел, слышал, делал и знал.
Может быть, и не стоит этому слишком удивляться. Ведь в физике давно известны такие процессы, когда поведение системы зависит не только от величины внешнего воздействия на неё и собственных флуктуации сейчас, но и от характера процессов, протекавших в ней в предшествующие моменты времени. Это, например, гистерезис — остаточная намагниченность, остаточные деформации и т.п. Тем самым, история системы влияет на её поведение в настоящем.
Во-вторых , память — это информация о прошлом, содержащаяся в сложной эволюционной структуре. Определённые фрагменты (пространственные области) синхронического среза структуры являются индикатором в целом её прошлого развития, а другие фрагменты — будущего. Например, если структура развивается с обострением в схлопывающемся к центру режиме (LS-режиме), то наличный ход процессов в центре свидетельствует о характере прошлого развития всей структуры , а ход процессов на периферии сейчас — о характере её будущего развития .
В-третьих , память — это строительство по образцу , размножение по матрице, имеющее место в эволюционных процессах. Элементы памяти играют роль катализатора, позволяют существенно ускорить эволюцию, не повторять длительный исторический путь блужданий и случайного отбора. Кроме того, через память сложные структуры объединяются, связываются в единое целое. Это — эволюционный клей, если можно так выразиться. Наконец, существует тонкое взаимодействие, когда структуры могут быть соединены через слабые следы («хвосты») медленных, казалось бы, совершенно исчезнувших процессов, через «просачивание» процессов за пределы области их эффективной локализации. При топологически правильном объединении происходит выход в другой темпомир, ускорение развития возникшей структуры.
«Природа знать не знает о былом», — говорил нам Ф.И.Тютчев. Синергетика заставляет нас усомниться в правильности этих слов. Наверное, природа всё-таки знает о былом. Проблема же состоит в том, чтобы научиться находить в эволюционных структурах информацию о её прежних состояниях и процессах.
Память... Может быть, это не только осознание прежнего опыта, но и сама информация о прошлом, разлитая по Вселенной. Представление о памяти объективизируется. Память — это не то, что помним мы, но то, что помнит нас. Память «неживого»... Разве это просто метафора?
«Когда Великое Дыхание совершает выдох, всё, пребывающее в узах форм, должно расширяться. В результате этого расширения, когда достигается последняя степень его сдерживания, эта форма — будь то солнце, планета или семя растения — должна взорваться, разбросав свои фрагменты. Каждый фрагмент, или меньший центр, уносится в пространство, и таким образом образуются новые планеты, новые звёзды, новая растительность и новые жизни».
(Учение Храма. Т. 1. М.. МЦР, 2001. С. 320)
Два пути природы: путь отбора через хаос и путь резонансного возбуждения
И тайна жизни — два пути —
Ведут к единой цели оба.
И всё равно, куда идти.
Д.С.Мережковский
Длительный и многотрудный путь эволюции природы — это путь преодоления хаоса и возникновения структур, случайных вариаций, жестокой конкуренции и выживания сильнейших. Диссипативные процессы осуществляют «выедание». Затухание «ненужного», благодаря хаосу на микроуровне (вообще, на более низком уровне организации. — Ред.), лежит в основе выхода на структуры-аттракторы эволюции. Так протекала в течение нескольких миллиардов лет космическая и биологическая эволюция. Но является ли такой путь единственно возможным?
Живая природа научилась многократно сокращать время выхода на нужные структуры посредством составления генетических программ. Носитель наследственности ДНК становится некой матрицей, по которой строятся сложные белковые тела, биологические среды. Можно создавать сложное достаточно быстро, не повторяя весь чудовищно трудоёмкий и длительный путь эволюции природы. Она умеет в миллионы раз сокращать его — от простой клетки к сложнейшему организму. Ведь ни одна живая система в ходе своего онтогенеза не проходит снова весь филогенетический путь эволюции. В этом великая тайна морфогенеза!
Строительство по образцу, матричное дублирование, является некой формой резонансного возбуждения . Это механизм «штамповки» типа редупликации ДНК, действующий в открытых нелинейных системах.
Да, оба пути ведут к единым целям — к структурам-аттракторам эволюции. И в этом Д.С.Мережковский прав. Но не всё равно, куда идти, какой путь выбрать.
Отбор через хаос — это медленный путь случайных вариаций и эволюционного отбора, постепенного перехода от простых структур ко всё более сложным. Путь же резонансного возбуждения — это быстрый переход к сложному, многократное сокращение временных затрат и материальных усилий, инициирование желаемых и — что не менее важно — реализуемых на данной среде структур. Вместе с тем, это как бы и путь йоги, когда медитация способствует кратчайшему выходу на «структуру-аттрактор», и происходит кристаллизация духа, высшего знания, таланта.
Вся природа устроена так, что в ней действуют принципы экономии и рост скорости эволюции. Ускорение темпа процессов имеет место в режимах с обострением, которые характерны как для мира живой, так и «мёртвой» природы при наличии в последней «петель» нелинейной положительной обратной связи. Посредством резонансного возбуждения происходит сжатие процессов во времени.
Природа выработала в результате эволюции определённые механизмы, которые в простых нелинейных моделях преднамеренно воссоздаются через резонансные воздействия на открытую нелинейную среду. Надо правильно «укалывать» среду — производить малые воздействия на неё в нужное время и в нужном месте. Надо правильно пространственно распределять эти воздействия, ибо важна не сила (величина, длительность, всеохватность и т.п.), а его пространственная конфигурация, топология, в частности, пространственная симметрия. Если воздействовать на среду конфигурационно согласованно с её собственными структурами, то она будет развёртывать перед нами скрытые в ней разнообразные формы. Произойдёт самоорганизация, раскрытие сокровенного, реализация потенциального.
И пусть не пугают нас филистёры призраком китайского или нашего российского Великого скачка. Природа делает эти скачки, осуществляет это колоссальное сжатие времени постоянно, во всех актах развития живого.
Ускорение процессов. Катализ
Мгновение бежит неудержимо...
Н.Гумилёв
И в «мёртвом» есть механизмы ускорения синтеза сложного.
Катализ является одним из наиболее интересных явлений, изучаемых в современной химии. Разрабатываются, в частности, модели процессов, протекающих на поверхности катализатора. На поверхность кристалла, то есть на какую-то определённую структуру решётки, случайным образом из среды, в которой происходит каталитическая реакция, попадают атомы и закрепляются на решётке в результате адсорбции или/и поверхностных реакций. Решётка играет роль матрицы, которая позволяет удерживать атомы на заданных расстояниях. Можно сказать, что на ней со временем, с некоторым запаздыванием осуществляются аналоги многочастичных столкновений, которые изучаются в синергетике .
Причиной сверхбыстрого развития процесса, протекающего на решётке, является резкий рост вероятности сложной реакции — аналога столкновения многих частиц. При каталитическом процессе происходит «размножение» продукта. Решётка, на которой идёт каталитическая реакция, является не просто ускорителем процесса, но и средством производства вещества необходимого типа.
Катализатор-матрица позволяет неслучайным образом суммировать случайно попавшие на неё частицы (например, атомы), то есть осуществлять сложные коллективные взаимодействия. Ускорение процессов имеет место благодаря определённой пространственной организации каталитической поверхности, конкретному расположению, диспозиции атомов решётки. Здесь просматривается глубокая связь с представлениями о резонансном возбуждении в синергетике. Правильная топология воздействия на среду равносильна возбуждению в ней собственной структуры, правильному объединению атомов в сложную молекулу. Так, формой резонансного возбуждения в биологии является редупликация ДНК, строительство по образцу, что позволяет существенно ускорять биологические процессы.
Почему природа столь экономна?
Природа подобна рачительному хозяину, который бережлив там, где нужно, для того чтобы иметь возможность быть щедрым в своё время и в своём месте. Она щедра в своих действиях и бережлива в применяемых ею причинах.
Г.Лейбниц
Во многих случаях в химии просто необъяснимо, почему молекула имеет именно такую стереометрию объединения, а не какую-то другую. Часто это рассматривается просто как экспериментальный факт. Возможный, едва ли не единственный, способ объяснения химических связей и химических структур — это объяснение на основании вариационных принципов. Показывается, что определённые конфигурации объединения атомов означают наиболее устойчивые состояния, ибо соответствуют (способствуют) минимизации энергии или свободной энергии.
Нелинейный анализ и синергетика позволяют принципиально по-другому подойти к поиску наиболее устойчивых состояний и структур природы. Такой поиск можно вести, исходя вовсе не из вариационных принципов минимизации функционалов (энергии, действия и т.п.). Более того, неплохо было бы понять, откуда берутся сами вариационные, или экстремальные, принципы.
В синергетике исследуются механизмы самоорганизации природы, иначе говоря то, как происходит выход на наиболее устойчивые состояния.
Во-первых, показывается, что таких состояний для всякой более или менее сложной системы может быть много. Решение нелинейной задачи приводит к своего рода квантовому эффекту, к выделенности некоторых состояний, к дискретности путей эволюции. Известны, например, два типа «застройки» среды при конвективной неустойчивости. Это — классические, хорошо известные шестигранные «ячейки Бенара», образующие структуру типа «пчелиных сот», или же менее устойчивые четырехгранные ячейки.
Во-вторых, раскрывается сам механизм «выпадения» па устойчивые состояния, на структуры-аттракторы эволюции. Это механизм «преодоления» хаоса, конкуренции двух начал — хаотического, рассеивающего, действующего через диссипативные процессы, и начала, наращивающего неоднородности в среде (благодаря нелинейным объёмным источникам). Их взаимное действие приводит к «выеданию», обусловливает как бы силу притяжения к аттрактору, отбор из будущего, в соответствии с идеальным образцом, с одной из структур-аттракторов.
Синергетика обнаруживает и иной выработанный природой способ экономии, сжатия процессов эволюции по времени. Это — резонансное возбуждение. Малое, но топологически правильно организованное воздействие, которое, как говорил Лейбниц, «в своё время и в своём месте», оказывается чрезвычайно эффективным. Ибо оно эквивалентно устойчивым состояниям самой природной среды, собственным формам её организации.
Можно сразу возбудить в среде одну из структур-аттракторов и притом ту, которая желательна. Можно выйти на аттрактор, минуя длительный путь эволюции к нему с неизбежным уничтожением всего того, что не соответствует его правильной организации. Писатель-фантаст Иван Ефремов сказал бы, что можно минимизировать зло — инферны. Да, устраняется лишнее выжигание среды и радикально сокращается время выхода на аттрактор, сжимается время эволюции. Но существует и опасность больших скачков. Значит надо знать законы правильного устройства аттракторов, адекватных данной среде, а не навязывать системе несвойственные ей формы организации.
Принципы экономии играют свою роль и при объединении структур. При правильном ходе такого процесса приближается момент обострения — во всей объединённой области устанавливается более высокий темп. Целое развивается быстрее составляющих его частей.
Инварианты вокруг нас
Послесловие от редакции
Идеи синергетики заимствованы из жизни многоликой Природы — как бы на первый взгляд они ни были отвлечённы. Ведь законы организации (строения и развития) неисчислимых природных систем универсальны, причём независимо от того — живые они либо косные. Мы имеем в виду, прежде всего, общий принцип гармонизации систем — друг с другом и их частей. Это принцип золотого отношения , прослеживаемый и по пространству, и во времени, то есть и для структур, и для процессов, — на любых масштабах от микро- до мегамира. Особенно ярко этот принцип явлен в биосфере, в человеке, закреплён в его психике, формируя, формализуя принцип КРАСОТЫ, отражающий закон ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ. Именно благодаря общим правилам гармонии, обеспечивающим, пусть временную, устойчивость, равновесие в той или другой системе, внутри даже совсем непохожих друг на друга образований, устанавливается в целом, к примеру, утроение их характерных масштабов.
В Природе на всех её уровнях неукоснительно действует принип АНАЛОГИИ, столь почитаемый в древних доктринах, — закон подобия, изоморфизма. Он обеспечен её фрактальным , «голографическим» устройством, когда, как правило, в центре системы (в начале, в прошлом!) прослеживается спиральная структура («пружина потенции»), а на периферии (в конце, в будущем!) — ветвящаяся , турбулентная квазихаотичная организация, замыкающая систему, обеспечивая ей обмен с окружающим внешним миром («протянутая рука»).
И не удивительно, что имеется определённая глубинная связь между относительным расположением планетных уровней в Солнечной системе (значит и атомных!) и характерными этапами жизни человека. Так мы сами и всё вокруг своеобразно воплощает действие синергетического принципа резонансного возбуждения . А следовательно, пространство должна наполнять некая невидимая иноматериальная «тонкая» среда, в которой и происходит мгновенный Прим. ред .
Напрашиваются параллели с прекращением процесса перевоплощений, когда искуплены все «кармические долги» периодических пребываний на земном плане и для индивидуализированного самосознания наступает пора пребывания в мире «божественного сознания». - Прим. ред .
Значит то, что происходит в чёрной дыре (см. «Дельфис» № 4(28)/2001), если можно так выразиться, то есть в сингулярности, или за пределами наших нынешних физических представлений о пространстве, времени, гравитации и т.д., содержится как бы в ПРОШЛОМ? Например, «нутро», или ядро, галактик — это тоже их прошлое? Чёрные дыры — это как бы «окна назад», а гравитационный коллапс, приводящий к явлению чёрной дыры, способ возврата в это прошлое? - Прим. ред . ] Еленин Г.Г., Слинько М.Г . Математическое моделирование элементарных процессов на поверхности катализатора//Наука, технология, вычислительный эксперимент. М., Наука, 1993. С. 99.
Страница 1
Живая природа - совокупность организмов. Делится на пять царств: бактерии, грибы, растения и животные. Живая природа организуется в экосистемы, которые составляют биосферу. Основной атрибут живой материи - генетическая информация, проявляющаяся в репликации и мутации. Развитие живой природы привело к появлению человечества.
Интерес к познанию живой природы возник у человека очень давно, еще в первобытную эпоху, и был тесно связан с его важнейшими потребностями: в пище, лекарствах, одежде, жилье и т.п. Однако только в первых древних цивилизациях люди стали целенаправленно и систематически изучать живые организмы, составлять перечни животных и растений, населяющих разные регионы земли. Наука, занимающаяся изучением живой природы, получила название биология. В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе. Причем существуют различные классификации последних. Например, по объектам исследования биологические науки подразделяются на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию и антропологию.
По уровню организации живых объектов выделяются следующие науки:
· анатомия, посвященная изучению макроскопического строения животных;
· гистология, исследующая строение тканей;
· цитология, изучающая клетки, из которых состоят все живые организмы.
По свойствам, или проявлениям живого, биология включает в свой состав:
· морфологию - науку о структуре, или строении живых организмов;
· физиологию, которая изучает их функционирование;
· молекулярную биологию, исследующую микроструктуру живых тканей и клеток;
· экологию, рассматривающую образ жизни растений и животных и их взаимосвязи с окружающей средой;
· генетику, которая изучает законы наследственности и изменчивости живых организмов.
Все эти классификации в известной степени условны и относительны и пересекаются друг с другом в различных пунктах. Такая многоплановость комплекса биологических наук во многом обусловлена необычайным многообразием живого мира.
К настоящему времени учеными обнаружено и описано более одного миллиона видов животных, около полумиллиона видов растений, несколько сотен тысяч видов грибов, более трёх тысяч видов бактерий. Причем мир живой природы исследован далеко не полностью. Число пока еще не описанных видов живого оценивается, по меньшей мере, в один миллион. Кроме того, огромное количество видов живых организмов давно вымерло. По современным научным данным за все время развития жизни на Земле существовало колоссальное количество различных видов живых существ - приблизительно пятьсот миллионов.
Понятно, что живая природа представляет собой качественно новый, более высокий уровень организации материи, или виток мировой эволюции, поднявшийся на необыкновенную высоту по сравнению со ступенью неживой природы. В чем же заключается столь радикальное отличие живой природы от неживой? Интуитивно все понимают, что такое живое и что - неживое. Однако при попытке определить сущность живого возникают трудности. Оказывается, ответить на вопрос о том, что такое жизнь, довольно непросто.
Например, широко известно определение, предложенное немецким философом XIX в. Фридрихом Энгельсом, согласно которому жизнь - это способ существования белковых тел, важной особенностью которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. Тем не менее, живая мышь, например, и горящая свеча с физико-химической точки зрения находятся в одинаковом состоянии обмена веществ с внешней средой, равно потребляя кислород и выделяя углекислый газ, но в одном случае - в результате дыхания, а в другом - в процессе горения. Данный пример показывает, что обмениваться веществами с окружающей средой могут и неживые объекты; т.е. обмен веществ является хотя и необходимым, но недостаточным критерием определения жизни. То же самое можно сказать и о белковой природе живых объектов. Так американский ученый Ф. Типлер в своей книге «Физика бессмертия» говорит следующее: «Мы не хотим привязывать определение жизни к молекуле нуклеиновой кислоты, потому что можно вообразить себе существование жизни, которая к этому определению не подходит. Если к нам в космический корабль явится внеземное существо, химическую основу которого составляет не нуклеиновая кислота, то нам все равно захочется признать его живым» Цит. по: Концепции современного естествознания. М.: ЮНИТИ, 1997. С. 159
Таким образом, невозможно указать только на один какой-нибудь главный, или основополагающий признак, по которому различаются объекты живой природы и неживой. Поэтому современная биология при определении и описании живого исходит из необходимости перечисления нескольких принципиальных свойств живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность этих свойств может дать представление о специфике жизни. К таким свойствам, или признакам, относятся следующие:
Ковалентные модификации
Структурные белки и ферменты могут акгивироваться или инактивироваться в результате присоединения различных химических групп фосфатных, ацильных. метальных, олигосахаридных и некоторых других.
Фосфорилирование
белков осуществляется по г...
Самоорганизация в открытых системах.
Одним из результатов внедрения принципа универсального эволюционизма было возникновение синергетики. В классической науке господствовало убеждение, что материи свойственна тенденции к понижению степени ее упорядоченности, стремление к равн...
Влияние шума на здоровье горожан
Влияние шума на организм человека замечено врачами давно. Установлено, что шум отрицательно воздействует не только на отдельные физиологические функции организма, но и на общее состояние здоровья населения. Австрийские ученые подсчитали, ...
Долгое время в науке господствовали два основных подхода к решению вопроса о сущности жизни: механицизм и витализм. Механистический материализм, характерный для классической науки Нового времени, не признавал качественной специфики живых организмов и представлял жизненные процессы как результат действия химических и физических процессов. Поэтому механицизм отождествлял живые организмы со сложными машинами.
Противоположной точкой зрения придерживался витализм, который объяснял качественное отличие живого от неживого наличием в живых организмах особой "жизненной силы", отсутствующей в неживых предметах и не подчиняющейся физическим законам. Такое решение проблемы сущности жизни тесно связано с признанием факта творения ее Богом, иным разумным началом и т.д.
Ученым удалось точно установить, что качественное отличие живого от неживого заключено в структуре их соединений, строении и связях, особенностях функций, характеристике и организации протекающих внутри организма процессов. Кроме того, жизнь отличается динамичностью и лабильностью. Но при этом можно говорить о полном тождестве химических элементов, входящих в состав живого и неживого.
Современная биология в вопросе о сущности жизни все чаще идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. Б.М. Медников называет жизнью активное, идущее с затратой энергии поддержание и воспроизведение специфических структур, обладающих следующими свойствами: наличием генотипа и фенотипа; репликацией генетических программ матричным способом; неизбежностью ошибок на микроуровне при репликации, приводящих к мутациям; многократное усилие этих изменений в ходе формирования фенотипа и их селекция со стороны факторов внешней среды.
При этом организм воспроизводит себя и поддерживает свою целостность за счет использования элементов окружающей среды с более низкой упорядоченностью. Отличия живых организмов от неживых систем придают жизни качественно новые свойства. Живым организмам присущи определенные специфические свойства, которые часто в той или иной степени характерны и для неживой природы, что подчеркивает единство эволюционных процессов. Совокупность и характер проявления этих свойств определяют сущность жизни. Поэтому для понимания сущности жизни необходимо установить путем сравнительного анализа, что такое живое и чем оно отличается от неживого.
Единство химического состава . В состав живых организмов и неживых предметов входят одни и те же химические элементы, но соотношение элементов в живом и неживом существенно различается. Элементный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, магнием, алюминием и т.д. В живых организмах, как уже отмечалось ранее, 98% химического состава приходится на четыре элемента: углерод, кислород, азот и водород. Кроме того, живые организмы построены в основном из четырех сложных органических молекул - биологических полимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, жиров, которые очень редко встречаются в неживой природе.
Обмен веществ . Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой: они поглощают из нее необходимые вещества и выделяют продукты своей жизнедеятельности. Обмен веществ - двусторонний процесс: во-первых, в результате ряда сложных химических превращений вещества из окружающей среды употребляются органическими веществами живого организма, и из них строится его тело; во-вторых, сложные органические соединения распадаются на простые, при этом утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения всех частей организма и, как следствие, постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, т.е. обеспечивает гомеостаз. В неживой природе также существует обмен веществ, но там круговорот веществ сводится только к простому переносу их с одного места на другое или изменение их агрегатного состояния.
Самовоспроизведение и наследственность . При размножении живых организмов потомство похоже на родителей, что дает основание утверждать, что размножение - это свойство организмов воспроизводить себе подобных. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур на основе информации, заложенной в ДНК. Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки, органоиды клеток после деления сходны со своими прототипами. Следовательно, самовоспроизведение часто связано с наследственностью - способностью организмов к передаче свойств, признаков, особенностей развития из поколения в поколение, что обуславливает преемственность поколений.
Изменчивость развитие . Под изменчивостью в естествознании понимают способность организмов приобретать новые признаки и свойства на основе изменения молекул ДНК. Изменчивость дает разнообразный материал для естественного отбора и соответственно предпосылки для развития и роста живых организмов. Развитие - это необратимое направленное закономерное изменение объектов живой природы. В результате развития возникает качественное новое состояние живой системы развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием организмов, а увеличение его массы обусловлено репродукцией макромолекул, элементарных структур клеток и самих клеток.
Раздражимость . Любой живой организм неразрывно связан с окружающей средой: он поглощает необходимые вещества, подвергается воздействию неблагоприятных факторов среды, вступает в взаимодействие с другими организмами. В процессе эволюции у живых организмов выработало и закрепилось свойство раздражимости - избирательной реакции на внешние воздействия. Всякое изменение окружающих условий среды по отношению к организму представляет собой раздражение, а реакция организма на внешние раздражители служит показателям его чувствительности и проявлением раздражимости.
Ритмичность . Неотъемлемым свойством природы является последовательная закономерная смена циклов. Периодические изменения в окружающей среде оказывают существенное влияние на живую природу и на собственные жизненные ритмы живых организмов. В живых системах ритмичность проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций с различными периодами их активации (от нескольких секунд до столетия): суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих и др. Ритмичность обеспечивает согласование функций организма и окружающей среды, т.е. приспособление к периодически изменяющимся условиям существования.
Саморегуляция . Все живые организмы способны поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов в постоянно меняющихся условиях окружающей среды. При недостаток каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а при избытке какого-либо вещества его синтез вызывает усиленное размножение оставшихся клеток до нормально возникает сигнал о снижении интенсивности клеточного деления.
Дискретность . Как уже было отмечено, жизнь на Земле существует в виде дискретных форм, т.е. биосфера в целом и каждый отдельный организм состоят из обособленных и ограниченных в пространстве, но связанных и взаимодействующих частей, образующих структурно-функциональное единство. Дискретность строения организма - основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления организма путем замены отживших структурных элементов без прекращения его функционирования. Дискретность вида предопределяет возможность его эволюции через гибель или невозможность размножения неприспособленных особей и сохранения особей с полезными для выживания признаками.
Все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе. Эти признаки должны быть отражены в определении жизни. В современном естествознании понятием "жизнь" или "живое" обозначается высшая из природных форм движения материи, которая характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением равноуровневых открытых систем, основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения.
Видео: Биология (Подготовка к ЕГЭ), 11-й класс: 1 занятие.
Окружающий нас мир, богат и разнообразен. Леса, озера, горы, степи, солнце, вода, воздух — все то, что человек не создавал своими руками, это и называется природой.. Ее познанию посвящали свою жизнь ученые разных стран мира. В результате изучения, исследований и опытов, сформировались науки, каждая из которых изучает определенные направления в природе. Более подробно рассмотрим в статье.
Греческое слово — «биология», переводится как учение о жизни, т.е. обо всем живом, что нас окружает.А окружает нас природа. Все живое имеет способность рождаться и умирать. Для поддержания жизни, всему живому, необходимо питаться, пить, дышать. Таким образом, биология изучает ту часть природы, которая живет.
Зародилась эта наука во времена античности, только, в то время, она не имела такого названия. В 19 веке был введен термин «биология», рядом ученых. С тех пор биологию стали выделять из наук естественных. Биология имеет много направлений — генетика, биофизика, анатомия, экология, ботаника и др.
Какая наука изучает неживую природу
Чтобы лучше понять законы неживой природы, науки были распределены следующим образом:
- физика — изучает общие вопросы природы, ее законы;
- химия — изучает вещества, их строения и свойства;
- астрономия — изучает планеты, их происхождение, свойства, строение;
- география изучает поверхность земли, климат, экономическое и политическое положение стран и их населенность.
Признаки живой природы
Каждый представитель живой природы обладает организмом, в котором происходят сложные химические процессы. Понять что перед вами — представитель живой или неживой природы, можно, если подумать:
- Откуда взялся этот объект;
- Нуждается ли он в еде и воде;
- Есть ли у него способность двигаться — ходить, ползать, летать, плавать, поворачиваться к солнцу;
- Нужен ли ему воздух;
- Каковы сроки его жизни.
Свойства тел живой природы
Любые растения, животные, птицы, насекомые и даже человек имеют организм, который нуждается в питании, воде, воздухе.
- Рождение и рост — с появлением на свет, у каждого живого существа начинают делиться клетки, за счет чего происходит рост организма.
- Размножение — производство себе подобных, передача им генетической информации.
- Питание — для роста и развития необходима пища и вода, за счет чего растут клетки.
- Дыхание — если не будет воздуха, все живое умрет. Внутри клеток, которые есть у всех живых организмов, образуются химические процессы — высвобождение энергии.
- Способность двигаться. Все живые организмы передвигаются. Человек, при помощи ног, животные при помощи лап, рыбам помогают плавники, растения реагируют на солнечный свет и поворачиваются к нему. Движение некоторых организмов заметить достаточно трудно.
- Чувствительность — реагирование на звуки, свет, изменение температуры.
- Умирание — завершение жизни. Ничто живое не живет вечно, умирание может происходить по разным причинам. Естественная смерть настает, когда организм постареет и теряет способность к дальнейшей жизни.
Объекты живой природы примеры
Окружающий нас мир очень разнообразен. Все его объекты можно разделить на царства, их четыре: бактерии, грибы, растения, животные.
Царство животных, в свою очередь, делится на виды и подвиды.
Самые простейшие организмы в животном мире — простейшие. Они имеют одну клетку, которая имеет способность к обмену веществ, передвигается, имеет, в основном не четкие границы. Их размеры до того маленькие, что разглядеть их без микроскопа, практически невозможно. В природе их насчитывается 40000. К ним относятся: амеба, инфузория-туфелька, зеленая эвглена.
Следующий подвид — это многоклеточные животные. К ним относится большинство объектов животного мира — рыбы, птицы, животные домашние и дикие, пауки, тараканы, черви.
Все растения имеют возможность размножаться и расти. Они синтезируют солнечный свет, за счет чего происходит обмен веществ. Вода так же нужна растениям, без нее они погибнут.
К растениям относятся:
- деревья и кустарники;
- трава;
- цветы;
- водоросли.
Бактерии — самые древние жители нашей планеты, имеющие простейшее строение. Но, не смотря на это, они обладают функцией размножения. Среда обитания бактерий очень разнообразна — вода, земля, воздух и даже ледники и вулканы.
Признаки неживой природы
Оглянитесь вокруг и вы увидите много признаков неживой природы: солнце, луна, вода, камни, планеты. Им не требуется для жизни воздух и пища, они не могут размножаться, относительно устойчивы к изменениям. Горы стоят тысячи лет, солнце постоянно светит, планеты вращаются неизменно вокруг солнца, не меняя свой курс. Только глобальные катаклизмы могут разрушить объекты неживой природы. Несмотря на то, что эти объекты относятся к природе неживой, мы бесконечно восхищаемся их красотой.
Объекты неживой природы примеры
Объектов, которые представляют природу неживую, великое множество, некоторые из них способны видоизменяться.
- вода при пониженных температурах, преобразуется в лед;
- сосулька начинает таять, если на улице плюсовая температура.
- вода способна превращаться в пар при кипении.
К неживой природе относятся:
камни могут лежать на одном месте тысячи лет.
планеты неизменно крутятся вокруг солнца.
песок в пустыне — перемещается только под действием ветра.
Природные явления — молния, радуга, дождь, снег, солнечный свет — так же относится к неживой природе.
Отличительные признаки живой и неживой природы
- Живые организмы более сложно устроены, чем неживые. И те и другие состоят из химических веществ. Но в состав живых организмов входят нуклеиновые кислоты, белки, жиры, углеводы.
Нуклеиновые кислоты — признак живого организма. Они хранят и передают генетическую информацию (наследственность).
- Основой всего живого является клетка, из которой образуется ткань, а из нее система органов.
- Обмен веществ и энергии поддерживает жизнь и осуществляет связь с окружающей средой.
- Размножение — воспроизведение себе подобных, к примеру, у камней такой возможности нет, только если расколоть его.
- Раздражительность — если пнуть ногой камень, он вам не ответит, а если пнуть собаку, она начнет лаять и может укусить.
- Живые организмы способны приспосабливаться к окружающему миру, так, например, жираф имеет длинную шею, чтобы добывать пищу там, где другие животные ее не достанут. Если жирафа отправить в Арктику, он там погибнет, а вот белый медведь чувствует там себя прекрасно. Приспособляемость, в живом мире, называется эволюцией, которая, по большому счету, бесконечный процесс.
- Живым организмам свойственно развиваться — увеличиваться в размерах, расти.
Все, перечисленные выше, факторы, отсутствуют у объектов неживой природы.
Связь между объектами живой и неживой природы, рассказ на примерах
Невозможность существования друг без друга, живой и неживой природы, обуславливает их взаимосвязь. Все живое нуждается в воде, солнце и воздухе.
Человек, как особь живой природы, нуждается в воде — чтобы пить, в воздухе — чтобы дышать, земле — растить продукты питания, солнце — чтобы согреваться и получать витамин D. Если исчезнет хотя бы один из компонентов, человек погибнет.
Утка — птица, представитель живой природы. Свой дом она создает в зарослях камыша — связь с растительным миром. Пищу она добывает в воде, так как питается рыбой. Солнце ее согревает, ветер помогает летать. Вода и солнце вместе позволяют вырастить потомство.
Цветок растет из земли, для его роста нужна вода в виде дождя, для энергии нужен солнечный свет.
Корова — пасется на лугу (земле), питается травой, сеном, пьет воду. Трава и сено перерабатываются в ее организме и удобряют землю.
Схема связи живой и неживой природы
Природой называется все то, что окружает нас и не создано при участии человека. Так, окружающие нас леса, горы, моря, звезды — это природа. А дома, книги, машины, космические корабли к природе не относятся.
В природе выделяют живые и неживые объекты. К живым принято относить все, что способно самостоятельно жить, развиваться, расти, питаться, размножаться. Это растения, животные, и, конечно, сам человек.
Признаки объектов живой природы
К главным признакам объектов живой природы относят способности организма совершать следующий жизненный цикл:
- Рождение, рост и развитие. Так, из семечка вырастает целое дерево, младенец становится взрослым человеком.
- Размножение. Объекты живой природы способны производить себе подобных.
- Питание. Все живые существа нуждаются в пище: растения просят воды, животные питаются травой, растениями или другими животными.
- Дыхание. Все живые организмы имеют органы дыхания: у человека и многих животных — это легкие, у рыб — жабры, у растений — клетки, поглощающие углекислый газ.
- Движение. В отличие от большинства объектов неживой природы, живые организмы движутся: животные и человек передвигаются на ногах, лапах, растения поворачиваются вслед за солнцем, распускают цветы.
- Умирание — это конечный цикл жизни организма. После того, как объект живой природы перестает поглощать пищу, дышать и двигаться, он умирает и переходит в разряд объектов неживой природы. Так, дерево — это объект живой природы, а вот срубленный ствол уже относится к неживой природе.
Все эти способности присущи только живым организмам. То есть, те объекты, которые растут, размножаются, питаются, дышат и относят к объектам живой природы.
В отличие от объектов живой природы, неживые неспособны к таким действиям. Например, луч Солнца, Луна, комета, песок, камень, скала, вода, снег — это объекты неживой природы. Несмотря на то, что многие из них способны двигаться (например, вода в реке), другие — растут (например, горы), эти объекты не размножаются, не питаются, у них нет органов дыхания.
Зато растения, которые, не движутся, способны к питанию и дыханию, а потому относятся к живой природе.
Объекты живой природы: примеры
В биологии выделяют следующие виды объектов живой природы:
Микроорганизмы — это древнейшие формы жизни на нашей планете. Первые микроорганизмы появились миллиарды лет тому назад. Микроорганизмы живут там. Где есть вода. Главная особенность их — невероятная жизнестойкость, так как микроорганизмы выживают практически при любых условиях. К объектам живой природы их относят потому, что они потребляют пищу (воду и питательные вещества) могут размножаться и расти. А с течением времени умирают.
К микроорганизмам относятся различные виды бактерий, вирусы, грибы.
Растения. Мир флоры на земле необычайно велик и многогранен. Начиная от одноклеточных водорослей вроде инфузории-туфельки или амебы и заканчивая гигантскими кедрами или баобабами, все растения относятся к объектам живой природы. Во-первых, они способны расти и размножаться. Во-вторых, все растения нуждаются в питании, часть которых получают из воды, часть — из почвы. В-третьих, растения двигаются: разворачивают и сворачивают листочки, сбрасывают листья и цветы, распускают бутоны, поворачиваются вслед за солнцем. В-четвертых, растения дышат, поглощая углекислый газ и выделяя кислород.
Однако стоит помнить, что после умирания растения переходят в класс объектов неживой природы.
Животные — еще одна разновидность объектов живой природы, наиболее многочисленная, так как сюда относятся самые разнообразные виды: млекопитающие, птицы, рыбы, земноводные, насекомые. Представители фауны также способны к размножению, они дышат и питаются, двигаются и растут, приспосабливаясь у условиям окружающей среды.
Человек — высшая ступень развития живого организма. Именно человеку присущи все способности объекта живой природы: человек рождается, растет, производит себе подобных, питается, дышит и, в конце концов, умирает.
Взаимодействие живой и неживой природы
Все объекты живой и неживой природы находятся в тесной взаимосвязи и оказывают влияние друг на друга. Так, Солнце — это объект неживой природы. Но без его тепла и энергии невозможно существование жизни. То же можно сказать и о воде, которая послужила источником зарождения жизни на нашей планете.
Все живые организмы дышат. А потому для выживания им необходим воздух, который является объектом неживой природы.
С помощью звезд и Солнца птицы ориентируются в полете, человек с их помощью определяет циклы для выращивания растений
В свою очередь, и живая природа оказывает влияние на объекты неживой природы. Так, человек, строя города, осушает болота и разрушает горы, растения, выделяя кислород, меняют структуру воздуха, некоторые виды животных роют норы, выбирая для своего жилища объект неживой природы — почву.
При этом нужно помнить, что неживая природа является первичной, основной. Все необходимое мы черпаем именно из неживой природы, оттуда мы получаем воду, воздух, тепло и энергию, без которых невозможна жизнь.
Loading...