40. Биологические и космические циклы .

Вопрос довольно легкий , так что просто сделаю копипасту с википедии , там все хорошо и ясно :

Биологические ритмы — (биоритмы) периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений. Они свойственны живой материи на всех уровнях ее организации — от молекулярных и субклеточных до биосферы. Являются фундаментальным процессом в живой природе. Одни биологические ритмы относительно самостоятельны (например, частота сокращений сердца, дыхания), другие связаны с приспособлением организмов к геофизическим циклам — суточным (например, колебания интенсивности деления клеток, обмена веществ, двигательной активности животных), приливным (например, открывание и закрывание раковин у морских моллюсков, связанные с уровнем морских приливов), годичным (изменение численности и активности животных, роста и развития растений и др.)

Наука, изучающая роль фактора времени в осуществлении биологических явлений и в поведении живых систем, временнýю организацию биологических систем, природу, условия возникновения и значение биоритмов для организмов называется — биоритмология. Биоритмология является одним из направлений, сформировавшегося в 1960-е гг. раздела биологии — хронобиологии. На стыке биоритмологии и клинической медицины находится так называемая хрономедицина, изучающая взаимосвязи биоритмов с течением различных заболеваний, разрабатывающая схемы лечения и профилактики болезней с учетом биоритмов и исследующая другие медицинские аспекты биоритмов и их нарушений.

Биоритмы подразделяются на физиологические и экологические. Физиологические ритмы, как правило, имеют периоды от долей секунды до нескольких минут. Это, например, ритмы давления, биения сердца и артериального давления. Экологические ритмы по длительности совпадают с каким-либо естественным ритмом окружающей среды.

Биологические ритмы описаны на всех уровнях, начиная от простейших биологических реакций в клетке и кончая сложными поведенческими реакциями. Таким образом, живой организм является совокупностью многочисленных ритмов с разными характеристиками. По последним научным данным в организме человека выявлено около 400[источник не указан 127 дней] суточных ритмов.

Адаптация организмов к окружающей среде в процессе эволюционного развития шла в направлении как совершенствования их структурной организации, так и согласования во времени и пространстве деятельности различных функциональных систем. Исключительная стабильность периодичности изменения освещенности, температуры, влажности, геомагнитного поля и других параметров окружающей среды, обусловленных движением Земли и Луны вокруг Солнца, позволила живым системам в процессе эволюции выработать стабильные и устойчивые к внешним воздействиям временные программы, проявлением которых служат биоритмы. Такие ритмы, обозначаемые иногда как экологические, или адаптивные (например: суточные, приливные, лунные и годовые), закреплены в генетической структуре. В искусственных условиях, когда организм лишен информации о внешних природных изменениях (например, при непрерывном освещении или темноте, в помещении с поддерживаемыми на одном уровне влажностью, давлением и т. п.) периоды таких ритмов отклоняются от периодов соответствующих ритмов окружающей среды, проявляя тем самым свой собственный период.

41-44 . Самоорганизующиеся системы (синергетика)

Следующие вопросы являются частями одного большого вопроса , так что разберу их все вместе .

Для начала , что такое самоорганизующаяся система ? Возьмем отстраненный пример – город . Происходит природный катаклизм и часть города превращается в руины , то есть его структура в этой местности приходит в хаос , то есть мера беспорядка – энтропия – достигает максимума . Со временем люди растаскивают обломки , а на их месте начинают отстраивать новый , более прогрессивный город . Это пример самоорганизации в социуме .

Теперь к физике , например . Разберем опыт , имеющий название ячеек Бенара .

Возьмем жидкость (обычно берут силиконовое масло) и начнем равномерно подогревать ее снизу сосуда . Вода приобретает четкую структуру , в основе которой лежит шестигранник , то есть со стороны это выглядит так , будто она делится на кучу шестиугольных пузырьков . Вот вам картинка :

И з этого всего понятно , что самоорганизация – процесс упорядочивания , приобретения системой более сложной структуры под воздействием каких-то факторов внешней среды .

В реальном мире на самом деле невозможно создать закрытую систему , так как даже если ограничить влияние сил каких-либо объектов , они все равно будут излучать фон . Полностью закрытая система фактически – физическая абстракция . Всегда что-то будет взаимодействовать с системой , поэтому каждая система является открытой . Но системы могут быть адиобатные , то есть термодинамически закрытые . Так вот , для самоорганизации это недопустимо . Сама теория самоорганизующихся систем вырастает из второго начала термодинамики и понятия энтропии , как меры хаоса . Самоорганизация системы – самопроизвольное сведение энтропии к минимуму самой системой . Более того , изменение агрегатного состояния при охлаждении – тоже самоорганизующаяся система . В стакане воды нулевой температуры молекулы болтаются без дела , ограниченные только границами стакана . Стоит измениться температуре на йоту , вода моментально начинает леденеть – молекулы выстраиваются в четкую сетку , образуя сложную систему .

Собственно, термодинамическая открытость - это первое свойство самоорганизующейся системы .

Собственно , что значит открытая система . Возьмем желудок человека . Он постоянно выделяет желудочный сок , разъедающий стенки желудка , если он ничего не перерабатывает . Желудок будет упрощать свое строение , то есть система будет распадаться , если извне нет притока ресурсов и источников энергии – еды . А когда есть еда , желудок стабилен . Так вот открытая система – система , которая стабильна благодаря постоянному притоку ресурсов извне .

Второе свойство – нелинейность .

Тут как раз находится ответ на следующий вопрос – пороговый характер самоорганизующихся систем . Тут тоже все просто . Разберем процесс застывания льда – график уменьшения энтропии был бы по началу плавно спускающимся вниз , а потом резко падающим до минимальных значений . Момент , когда начинается обрыв – порог . Это обуславливается как раз нелинейностью самоорганизующихся систем , то есть наличием определенно фактора , от критического значения которого зависит начало процесса самоорганизации . Для стакана воды и процесса замерзания такой фактор – температура и критическое значение – ноль по Цельсию . Для города фактор – катастрофа и значение «есть» .

Диссипативность –третье и последнее свойство . Заключается в том , что общая картина на уровне макромира имеет качественно отличный вид отражения того , что происходит с каждым элементом на микроуровне . Во время процесса самоорганизации возникают множество состояний и свойств , а сами соотношения , связывающие параметры системы , являются намного более простыми , нежели их представляют в математических моделях . Смысл диссипатиновсти заключается в том , что внутри сложной самоорганизующейся системы есть множество степеней свободы , но при этом есть менее важные и более важные , последние получили название параметров порядка . При процессе самоорганизации системы ее элементы распределяются как раз по более важным степеням свободы , что и дает определенный вид системы , если посмотреть на уровень выше , с позиции макромира .

Бифуркация – свойство самоорганизующейся системы резко менять характер своего поведения при малом изменении параметров окружающей среды , четверга и пятницы .

В каждом процессе самоорганизации есть точка бифуркации - момент , когда процесс резко меняет свои параметры при малом изменении параметров окружающей среды . Как всегда , классика - стакан с водой . Температура до и после - нулевая , изменяется на сотую долю градуса . И когда она изменяется на эту сотую долю градуса , наступает момент , в который вода резко начинает леденеть – это точка бифуркации .

В химических процессах есть очень интересный пример самоорганизующейся системы – реакция Белоусова-Жаботинского или «химические часы» .

В этой реакции химический раствор из некоторых элементов , находясь в колбе , начинает менять свой цвет с определенным интервалом времени . В первой версии этого эксперимента использовалась реакция окисления бромата калия малоновой кислотой в кислотной среде с присутствием катализатора – ионов церия . Во время реакции система начинала менять свой цвет от рубинового до небесно-голубого и обратно . Сейчас ученые нашли еще множество подобных реакций с другими элементами , но описанная является первой в своем роде . А происходит это потому что Внутри вещества изменяется расположение молекул и вещество по-разному преломляет свет , из-за чего и меняется цвет .

В человеческом обществе самоорганизация проявляется очень во многих процессах . Можно для примера взять биржевой рынок и цену на нефть . Все цены биржевого рынка зависят от цены на нефть и , предположим , что цена на нее находится на критически высоком уровне . Акции возросли в цене в линейной зависимости , но тут происходит небольшое изменение цены , она переваливает за критическое значение и все акции резко падают в цене – все жопой чуют кризис и начинают продавать акции .

В живой природе самоорганизация проявляется ярче всего в динамике развития популяций хищников и жертв .

Тут все просто . У нас куча хищников и мало жертв , хищники мрут с голода . Хищников становится меньше – возрастает количество жертв . Хищники всегда питаются , плодятся , по мере своего развития они уменьшают популяцию жертв и снова начинают умирать от голода .