Навигация
Динамика популяций хищников и их жертв - самоорганизация в биологии
12858
знаков
0
таблиц
5
изображений
4. Динамика популяций хищников и их жертв - самоорганизация в биологии.
Неравновесные процессы с возникновением в системах упорядоченных структур - диссипативных структур. Самоорганизация не связана с особым классом веществ, но она существует лишь в специальных системах, удовлетворяющих условиям:
а) открытые системы, т.е. открытые для притока энергии (вещества) извне;
б) макроскопические системы, т.е. системы описываются нелинейными уравнениями.
Следует также отметить, что диссипативные структуры являются устойчивыми образованиями, и их устойчивость определяется устойчивостью внешнего источника энергии[3].
3. Самоорганизация диссипативных структур
Самоорганизующимися процессами называют процессы, при которых возникают более сложные и более совершенные структуры. Это определение позволяет выделить самоорганизацию как один из возможных путей эволюции и отнести этот процесс к условиям, далеким от термодинамического равновесия. Эволюция может приводить и к деградации. Так, в закрытых системах, когда движущая сила процесса - стремление системы к минимуму свободной энергии, достигаемое равновесное состояние является наиболее хаотическим состоянием среды. Если же эволюция системы контролируется минимумом производства энтропии (неравновесные условия), происходит самоорганизация динамических структур, названных диссипативными. К диссипативным структурам относятся пространственные, временные или пространственно-временные структуры, которые могут возникать вдали от равновесия в нелинейной области, если параметры системы превышают критические значения. Диссипативные структуры могут перейти в состояние термодинамического равновесия только путем скачка (в результате неравновесного фазового перехода). Основные их свойства следующие:
они образуются в открытых системах, далеких от термодинамического равновесия, в результате флуктуации до макроскопического уровня;
их самоорганизация происходит в результате экспорта энтропии;
возникновение пространственного или временного порядка аналогично фазовому переходу;
переход в упорядоченное состояние диссипативной системы происходит в результате неустойчивости предыдущего неупорядоченного состояния при критическом значении некоторого параметра, отвечающем точке бифуркации;
в точке бифуркации невозможно предсказать, в каком направлении будет развиваться система, станет ли состояние хаотическим или она перейдет на новый, более высокий уровень упорядоченности.
Таким образом, диссипативные структуры - это высокоупорядоченные самоорганизующиеся образования в системах, далеких от равновесия, обладающие определенной формой и характерными пространственно-временными размерами, они устойчивы относительно малых возмущений. Важнейшие характеристики диссипативных структур - время жизни, область локализации и фрактальная размерность. Диссипативные структуры отличаются от равновесных тем, что для своего существования они требуют постоянного притока энергии извне, так как по определению, их самоорганизация связана с обменом энергией и веществом с окружающей средой.
Под диссипативной системой понимают систему, полная механическая энергия которой при движении убывает, переходя в другие формы, например в тепло. Соответственно диссипация энергии есть переход части энергии упорядоченного процесса в энергию неупорядоченного процесса, а в конечном итоге - в теплоту.
Процесс перехода "устойчивость-неустойчивость-устойчивость" следующий. Первоначально устойчивая диссипативная структура, достигая в процессе эволюции системы порога неустойчивости, начинает осциллировать, а возникающие в ней флуктуации приводят к самоорганизации новой, более устойчивой на данном иерархическом уровне диссипативной структуры.
Одним из типичных примеров самоорганизации диссипативных структур является переход ламинарного течения жидкости в турбулентное. До недавнего времени он отождествлялся с переходом к хаосу.
Таким образом, гидродинамическая неустойчивость при переходе ламинарного течения в турбулентное связана с образованием динамических диссипативных структур в виде вихрей[4].
Заключение
Разработкой теории самоорганизации занимаются несколько научных дисциплин:
1. Термодинамика неравновесных (открытых) систем.
2. Синергетика.
3. Теория катастроф[5].
Образование упорядоченных структур, происходящие не за счет действия внешних сил (факторов), а в результате внутренней перестройки системы, называется самоорганизацией. Самоорганизация - фундаментальное понятие, указывающее на развитие в направлении от менее сложных объектов к более сложным и упорядоченным формам организации вещества.
В каждом конкретном случае самоорганизация проявляется по-разному, это зависит от сложности и природы изучаемой системы.
Процессы самоорганизации происходят в среде наряду с другими процессами, в частности противоположной направленности, и могут в отдельные фазы существования системы как преобладать над последними (прогресс), так и уступать им (регресс). При этом система в целом может иметь устойчивую тенденцию или претерпевать колебания к эволюции либо деградации и распаду.
Самоорганизация может иметь в своей основе процесс преобразования или распада структуры, возникшей ранее в результате процесса организации.
Список литературы
1. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2004.
2. Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю. Современное естествознание. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2006.
3. Моисеев Н. Экология М.: Молодая гвардия, 1988.
4. Рубин А.Б. Термодинамика биологических процессов. М.: Изд-во МГУ, 1984.
5. Яблоков А.В. Актуальные проблемы эволюционной теории. М.: Наука, 1966.
[1] Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю. Современное естествознание. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2006. С. 122.
[2] Моисеев Н. Экология М.: Молодая гвардия, 1988. С. 141.
[3] Яблоков А.В. Актуальные проблемы эволюционной теории. М.: Наука, 1966. С. 104-105.
[4] Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2004
[5] Рубин А.Б. Термодинамика биологических процессов. М.: Изд-во МГУ, 1984. С. 180.
Похожие работы
... элиминирование или разрушение отбракованных подсистем или элементов[11]. Одной из центральных проблем 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. Ученые бьются над вопросами: что за ...
... параметров, помощи пользователю и ряд других. Примеры применения многоагентной системы В настоящее время выполняется несколько проектов по разработке многоагентной системы моделирования процессов кооперации и самоорганизации. В этих проектах участвуют следующие компании: Компания по разработке мультимедиа компакт-дисков со смежным производством печатной и видео продукции. Крупная ...
... , то все - таки необходимым шагом на пути конкретизации содержания, которое относится к синергетике, и выработки критериев для создания моделирующей самоорганизующейся среды. О соотношении синергетики и самоорганизации следует вполне определенно сказать, что содержание, на которое они распространяются, и заложенные в них идеи неотрывны друг от друга. Они, однако, имеют и различия. Поэтому ...
... Исследование самоорганизации персонала МОУ "Шоршелская СОШ им.А.Г. Николаева" 2.1 Характеристика МОУ "Шоршелская СОШ им. А.Г. Николаева" Практическая часть курсового проекта "Самоорганизация как процесс саморазвития" была изучена на преподавателях и сотрудниках МОУ "Шоршелская СОШ им.А.Г. Николаева". Расположение данной школы во многом способствует тому, что персоналу постоянно приходится ...
0 комментариев