Самоорганизация в экологических системах

Самоорганизация как взаимодействие подсистем, приводящее к образованию более эффективных структур. Саморегуляция как процесс поддержания стабильности биосферы. Взаимоотношения видов в биоценозах; топические и трофические связи в экологических системах.

Рубрика Биология и естествознание
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 27.03.2014
Размер файла 22,8 K

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

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

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА и ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ

при ПРЕЗИДЕНТЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СИБИРСКИЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ - ФИЛИАЛ РАНХиГС

Межсессионная контрольная работа по дисциплине

«Концепции современного естествознания»

Оглавление

Введение в понятие «самоорганизация»

Самоорганизация в экологических системах

Список использованных источников

Введение в понятие «самоорганизация»

Изучение природы показывает, что большинство сложных открытых систем, при определенных условиях способны к самоорганизации и эволюции. Примером могут служить живые существа, их появление и развитие на нашей планете.

Самоорганизация - это необратимый процесс, приводящий при взаимодействии подсистем к образованию более эффективных структур.

Всё что происходит вокруг нас, мы можем считать процессом самоорганизации, следующим определённым правилам, законам.

Эволюция самоорганизации систем сама по себе ведет ко все более совершенной структуре и динамике вещества, энергии и информации. Условиями любой самоорганизации и эволюции являются: а) проток энергии через динамическую систему; б) гетерогенность, разнообразие системы; в) отбор -- элиминирование или разрушение отбракованных подсистем или элементов.

Главной является проблема описания процесса самоорганизации, познание взаимоотношений между процессами целенаправленной организации и самоорганизации. Подступы к исследованию механизмов самоорганизации связаны с огромным многообразием и разнообразием этих механизмов.

Значение самоорганизации для природных и общественных процессов было предметом исследования: как устроен мир, в чем первопричина целостности и устойчивости Вселенной - обо всем этом написаны сотни трудов.

Можно сказать, что первое систематическое изложение учения о самоорганизации, дошедшее до нашего времени, принадлежит Аристотелю: именно он дает представления об обратимости и цикличности развития мира.

В конце Средневековья появляются значительные труды Людовика Молины, Рене Декарта, Френсиса Бэкона, связанные с изучением процессов самоорганизации в сложных системах. Особенное значение для исследования процессов самоорганизации до сих пор имеют труды философа XVI в. Л. Молины. самоорганизация экологическая система

Нобелевский лауреат в области химии (1977 г.) И. Пригожий признает, что если бы кому-нибудь удалось определить начальные условия системы с бесконечной точностью, то стал бы возможен точный прогноз поведения системы в будущем. А еще раньше (1912 г.) Богданов при описании закона расхождения систем писал, что эволюция комплекса очень чувствительна к начальным условиям. Если мы лишь немного изменим начальные условия, то с течением времени «линии жизни» систем будут удаляться друг от друга.

В начале нового времени идеи самоорганизации восходят к работам Канта, Гегеля, Дарвина, а в XX в. -- Богданова, Шредингера, Винера, Берталанфи, Моисеева, Пригожина, Стенгерса, Хакена, Эбелинга, Эйгена, Эшби и др.

Основные научные предпосылки феномена самоорганизации заложены А.А. Богдановым в «Тектологии».

Особенно актуальной проблема самоорганизации стала во второй половине прошлого столетия, это связано с развитием кибернетики. В первом номере журнала «Кибернетика» Н. Винер писал о самоорганизации как точке сосредоточения своих текущих интересов. В США проблемам кибернетики уделяется огромное внимание: организуются крупные международные конференции и симпозиумы по самоорганизующимся системам (1959--1962 гг.), идет активное обсуждение проблем в научных публикациях. В СССР первый интерес к проблемам самоорганизации отмечен в начале 70-х гг. XX в.

Концепция самоорганизации -- одно из наиболее ярких и многообещающих направлений в научной жизни последнего десятилетия. В основе исследования процессов самоорганизации лежит ее междисциплинарный характер и системный подход. О самоорганизации пишут физики, философы, экономисты, химики, экологи, социологи и ряд ученых других специальностей. Осознание связи всего со всем порождает потребность в их общем обсуждении. Взаимодействие наук по этой проблеме еще недостаточно интегрировано, однако связь становится более тесной: общий объект исследования, общность задач, обмен научными методами и идеями и т.д.

Недостаточная исследованность проблемы порождает различные толкования в определении понятия самоорганизации. В современных работах можно встретить совсем несхожие между собой определения: в одних явление самоорганизации объясняется внутренними причинами, в других -- главными причинами самоорганизации систем называются внешние факторы, а стабилизация системы объясняется реакцией системы на воздействия внешней среды. Таким образом, концепция самоорганизации находятся в стадии становления.

Самоорганизация в экологических системах

Экология - наука об отношениях растительных и животных организмов и образуемых ими биотических сообществ между собой и с окружающей средой. Термин «экология» введён в 1866 г. немецким учёным Э.Геккелем, который понимал экологию как физиологию взаимоотношений животных и внешней среды. С углублением и дифференциацией экологических исследований экология стала пониматься шире. В первой половине 20 в. как особые научные дисциплины формируются экология человека, социальная экология, изучающая взаимодействие общества с окружающей средой, а также многие частно-прикладные направления (радиационная экология и т.п.). Биосферу в экологии часто именуют экосферой, а составляющие её компоненты (организмы, популяции, сообщества) - экосистемами. Традиционно выделяются два направления - аутэкология, концентрирующая внимание на взаимоотношениях организма с популяцией и окружающей средой, и синэкология, которая занимается сообществами и средой. Как отмечают историки науки и сами учёные-экологи, в последние десятилетия акценты экологических исследований переместились от аутэкологии к синэкологии, причём как объект изучается и вся экосфера. При этом подчёркивается существенный вклад небиологических наук , особенно химии, физики, почвоведения, гидрологии и др. В последнее время в экологических исследованиях всё чаще применяются кибернетические подходы, теория систем и синергетика. Экологи и биологи используют синергетические схемы для описания динамики таких экологических систем, как популяции и колонии живых организмов и, например, системы «хищник-жертва». Это взаимосвязь между хищником и жертвой, в результате которой эволюционно выигрывают оба. Для подобных моделей обычно характерен высокий уровень неустойчивости. Иными словами, при широком спектре входных параметров в этих моделях рано или поздно все хищники либо вымирают, либо сначала съедают всех жертв, а потом всё равно погибают от голода. В процессе естественного отбора, обусловленного этими взаимоотношениями, в обеих популяциях выживают наиболее здоровые и приспособленные к условиям среды особи. Взаимоотношения "хищник-жертва" обычно приводят к регулярным циклическим колебаниям численности.

Так же существует система «хозяин-паразит» (один из вариантов вертикальных взаимоотношений организмов, при которых происходит передача вещества и энергии с одного трофического уровня на другой) и прочие системы.

Отличительной особенностью эволюции экологических систем является их способность (при сочетании определённых внешних и внутренних факторов) как бы перескакивать с одного устойчивого состояния на другое, минуя промежуточные точки, т.е. способность постоянно поддерживать устойчивое неравновесное состояние. Знаменитый физик Э. Шредингер, изучавший также и феномен жизни, сказал, что «жизнь - это упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное не только на одной тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но и частично на существовании упорядоченности, которая поддерживается всё время». Средствами, при помощи которых экологическая система поддерживает себя на достаточном уровне упорядоченности (т.е. на достаточно низком уровне энтропии), являются энергия, вещество и информация, получаемые из внешней среды.

Развитие экосистем называется сукцессией. Это последовательность сменяющих друг друга состояний экологической системы данного района. Сукцессия в энергетическом смысле связана со сдвигом потока энергии в сторону увеличения количества энергии, направленной на поддержание системы. Различия между развивающимися и зрелыми экосистемами выражаются, кроме всего прочего, в том, что существует обратная зависимость между возрастанием энтропии и информацией: у развивающейся системы возрастание энтропии быстрое, а усвоение информации низкое; в зрелой системе усваивается большое количество информации и энтропия возрастает очень медленно. Кроме того, развитие экосистемы в направлении повышения устойчивости идёт с возрастанием структурной сложности, из чего следует необходимость видового разнообразия в экосфере. В наши дни, когда структурная организация биосферы упрощается из-за исчезновения видов и других причин, реальной становится угроза деградации и гибели биосферы. Скорость современного разрушения биосферы катастрофична, и человечество непрерывно сталкивается с различными элементами этого разрушения на протяжении жизни одного поколения.

Можно выделить несколько основных типов деградации окружающей среды, которые в настоящее время являются наиболее опасными для биологического разнообразия. Например, затопление или заиление продуктивных земель, их бетонирование, асфальтирование или застройка лишают диких животных мест обитания. Возделывание земель нерациональными методами снижает урожаи из-за эрозии и истощения плодородия почв. Обильное орошение полей может привести к засолению, т. е. к повышению концентрации солей в почве до уровня, не переносимого растениями. Вследствие чего исчезают типичные растения этих мест. Вырубка леса на больших территориях при отсутствии восстановительных посадок приводит к уничтожению местообитаний диких животных, смене растительности, сокращению ее разнообразия. Многие виды исчезают по причине их истребления, а также вследствие загрязнения окружающей среды. Большинство видов исчезает по причине уничтожения естественных мест обитания, разрушения природных экосистем. Это и является одной из главных причин обеднения биологического разнообразия.

Основное поддержание стабильности биосферы обеспечивает процесс саморегуляции.

Саморегуляция - это свойство экосистемы автоматически устанавливать и поддерживать на определенном уровне численность популяций, соотношение полов, рождаемость, смертность и другие параметры. В основе поддержания относительно стабильной численности популяции лежат трофические связи пищевых сетей. Массовое размножение видов в экосистеме регулируется с помощью прямых и обратных связей, образующихся в пищевых цепях. При благоприятных погодных условиях увеличивается биомасса растений, ими питаются травоядные животные, численность которых нарастает. Травоядные животные служат пищей хищникам, следовательно, их численность также будет нарастать, причем в условиях избытка пищи хищники будут производить более многочисленное потомство. Массовое размножение хищников приведет к снижению численности их жертв (травоядных животных), а соответственно и к падению численности самих хищников. Так поддерживается равновесие в системе «хищник-жертва». Снова вернемся к этой теме и рассмотрим ее как пример поподробнее.

Часто термином «хищничество» определяют всякое выедание одних организмов другими. В природе этот тип биотических взаимоотношений широко распространен. От их исхода зависит не только судьба отдельного хищника или его жертвы, но и некоторые важные свойства таких крупных экологических объектов, как биотические сообщества и экосистемы.

Значение хищничества можно понять лишь рассматривая это явление на уровне популяций. Длительная связь между популяциями хищника и жертвы порождает их взаимозависимость, которая действует подобно регулятору, предотвращая слишком резкие колебания численности или препятствуя накоплению в популяциях ослабленных или больных особей. В ряде случаев хищничество может существенно ослаблять отрицательные последствия межвидовой конкуренции, повышать устойчивость и разнообразие видов в сообществах. Установлено, что при длительном совместном существовании взаимодействующих видов животных и растений их изменения протекают согласованно-то есть эволюция одного вида частично зависит от эволюции другого. Такая согласованность в процессах совместного развития организмов разных видов называется коэволюцией.

Адаптация хищников и их жертв в совместном эволюционном развитии приводит к тому, что отрицательные влияния одного из них на другой становятся слабее. Применительно к популяции хищника и жертвы это означает, что естественный отбор будет действовать в противоположных направлениях. У хищника он будет направлен на увеличение эффективности поиска, ловли и поедания жертвы. А у жертвы - благоприятствовать возникновению таких приспособлений, которые позволяют особям избежать их обнаружения, поимки и уничтожения хищником.

Каково же значение популяций хищников в природе? Убивая более слабых, хищник действует подобно селекционеру, ведущему отбор семян, дающих наилучшие всходы. Влияние популяции хищника приводит к тому, что обновление популяции жертвы происходит быстрее, так как быстрый рост ведет к более раннему участию особей в размножении. Одновременно увеличивается потребление жертвами их пищи (быстрый рост может происходить лишь при более интенсивном потреблении пищи). Количество энергии, заключенной в пище и проходящей через популяцию быстрорастущих организмов, также возрастает. Таким образом, воздействие хищников увеличивает поток энергии в экосистеме.

Популяции, заселяющие общие места обитания, вступают в определенные взаимоотношения в области питания, использования территории. Это длительное совместное проживание лежит в формировании биоценозов, в которых подбор видов не случаен, он способствует постоянному поддержанию круговорота веществ.

Основные типы взаимоотношений видов в биоценозах - это пищевые (питание одних видов другими, конкуренция за пищу), пространственные (распределение, конкуренция за место за место поселения или убежища) и средообразующие взаимоотношения (формирование структуры биотопа, микроклимата).

Различают насыщенные и ненасыщенные биоценозы. В насыщенном биоценозе все экологические ниши заняты и вселение нового вида невозможно без уничтожения или последующего вытеснения какого-либо компонента биоценоза. Ненасыщенные биоценозы характеризуются возможностью вселения в них новых видов без уничтожения других компонентов.

Если какой-либо вид растения или животного количественно преобладает в сообществе (имеет большую биомассу, продуктивность или численность), то такой вид называется доминантным, или доминирующим. Доминантные виды есть в любом биоценозе. Возьмем к примеру дуб. Используя основную долю солнечной энергии и наращивая наибольшую биомассу, он затеняет почву, ослабляет движение воздуха и создает особые условия для жизни других обитателей леса. Однако кроме дубов в этом биоценозе проживает большое количество других организмов. Например, дождевые черви, живущие здесь, улучшают физические и химические свойства почвы, пропуская через пищеварительную систему частицы отмерших растений и опавших листьев. Дуб и червь вносят свой особый вклад в жизнедеятельность биоценоза, однако роль дуба здесь определяющая, поскольку вся жизнь дубового леса обусловливается этой древесной породой и связанными с ней растениями. Поэтому именно дуб является доминирующим видом в таком лесу.

Особи разных видов существуют в биоценозах не изолированно; они вступают между собой в разнообразные прямые и косвенные отношения. Прямые отношения разделяют на четыре типа: трофические, топические, форические, фабрические.

Из всех типов биотических отношений между видами в биоценозе наибольшее значение имеют топические и трофические связи, поскольку они удерживают друг возле друга организмы разных видов, объединяя их в достаточно стабильные сообщества разного масштаба.

Список использованных источников

1. Василькова В. В. Порядок и хаос в развитии социальных систем: Синергетика и теория социальной самоорганизации. -- СПб.: Лань, 1999.

2. Руденко А. П. Самоорганизация и синергетика.

3. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. -- Законы эволюции и самоорганизации сложных систем

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Исследование теории самоорганизации. Основной критерий рaзвития сaмооргaнизующихся систем. Неравновесные процессы и открытые системы. Самоорганизация диссипативных структур. Химическая реакция Белоусова-Жаботинского. Самоорганизация в физических явлениях.

    реферат [636,7 K], добавлен 30.09.2010

  • Физический смысл возрастания энтропии. Характеристика самоорганизации в диссипативных структурах. Особенности эволюции в социальных и гуманитарных системах. Сущность процессов взаимопревращения различных видов энергии. Термодинамическое равновесие.

    контрольная работа [35,9 K], добавлен 19.04.2015

  • Дриопитеки как животные предки человека. Представители человеческой линии эволюции - австралопитеки. Эволюция рода человек. Самоорганизация как основа эволюции. Основные условия и положения самоорганизации систем. Две теории о происхождении материков.

    контрольная работа [29,6 K], добавлен 10.08.2009

  • Происхождение и структурирование Вселенной. Эволюционные процессы в нашей галактике. Формирование Солнечной системы, возникновение Земли. Зарождение и эволюция жизни на Земле. Самоорганизация человеческого общества. Эволюция человеческого общества.

    реферат [37,1 K], добавлен 27.12.2016

  • Кибернетика и ее принципы. Самоорганизующиеся системы. Связь кибернетики с процессом самоорганизации. Синергетика как новое направление междисциплинарных исследований. Отличие синергетики от кибернетики. Структурные компоненты процесса самоорганизации.

    реферат [58,1 K], добавлен 09.09.2008

  • Изучение эволюции биосферы как процесса самоорганизации в открытой неравновесной системе планетарного масштаба. Определение сути и главной задачи экологии. Основы целостного учения Вернадского о биосфере. Роль человека в современном состоянии биосферы.

    реферат [19,1 K], добавлен 30.09.2010

  • Принципы осмысления действительности. Принципы нелинейной термодинамики неравновесных процессов в синергетике. Синергетика как научная теория о самоорганизации в природе и обществе как открытых системах. Катастрофы и бифуркации синергетической системы.

    реферат [32,4 K], добавлен 24.06.2010

  • Физика глазами гуманитария: образы физики. Физика необходимого и возможного. Живые системы и человек в биосфере. Принципы синергетики, эволюционная триада и системный подход. Качественные методы в эволюционных задачах, а также самоорганизация в природе.

    курс лекций [284,0 K], добавлен 14.01.2009

  • Понятие и свойства обратной связи, ее распространенность и значение в живой природе, технике и обществе. Сущность теории двойственной связи как важной стороны управления в живых системах. Отличительные признаки положительных и отрицательных связей.

    реферат [23,9 K], добавлен 27.06.2010

  • Синергетика как новое направление междисциплинарных исследований и новое миропонимание. Основные этапы развития синергетики: термины, понятия и категориальный аппарат, уровни самоорганизации материи, концепция развития. Диалектика эволюции живой природы.

    курсовая работа [42,6 K], добавлен 09.06.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.