Междисциплинарные тенденции в развитии современного естествознания

    Системный подход как метод  анализа организаций.

    Системный подход используется при исследовании организаций, т. е. систем, которые обладают определенной целью и созданы человеком для удовлетворения его потребностей. Системный подход дает возможность соединить анализ системы с позиций бихевиоризма и механики и рассматривать организацию как единое целое с целью достижения наибольшей эффективности всей системы, несмотря на наличие у ее компонентов противоречивых стремлений.

    Кибернетика. Большинство людей, не связанных с наукой имеют отдаленное и понятийное представление об этой науке. Что же это за наука? Чем она занимается, что изучает? На эти вопросы мы постараемся дать ответы. Ведь кибернетика дает много интересных и необходимых знаний.

    Название "кибернетика" происходит от греческого "кюбернетес", что первоначально означало "рулевой", "кормчий", но впоследствии стало обозначать и "правитель над людьми".

    До  недавнего времени основной наукой в нашей стране являлась физика. Но начиная с 50-х годов прошлого века, наряду с физикой, химией и  другими естественно-научными дисциплинами, огромное влияние на развитие науки и жизни стала вносить молодая и стремительно развивающаяся наука кибернетика. Эта наука возникла на стыке множества дисциплин, таких, как математика, логика, биология и социология. 

    Стремительное развитие радиоэлектроники дало толчок к развитие этой науки. Появилась необходимость создание сложных машин, которые бы освободили человека от необходимости следить за производственным процессом и управлять им. В результате появился новый класс машин - управляющие машины, способные выполнять достаточно сложные задачи по автоматизации и управления производственными процессами, будь то движение транспорта или производство шампуня на заводе. Создание таких машин приводит к тому, что теперь не нужно усовершенствовать отдельные станки, а позволяет улучшить всё производство в целом.  
Если сказать проще, то кибернетика это наука об управлении в биологических и социальных системах.

    Существует  большое количество различных определений  понятия "кибернетика", однако все они в конечном счете сводятся к тому, что кибернетика - это наука, изучающая общие закономерности строения сложных систем управления и протекания в них процессов управления. А так как любые процессы управления связаны с принятием решений на основе получаемой информации, то кибернетику часто определяют еще и как науку об общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах.

    Синергетика (греч. "синергетикос" - совместный, согласованно действующий) - наука, целью которой является выявление, исследование общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравноценных системах различной природы (физических, химических, биологических, экологических и др.). Термин "синергетика" буквально означает "теория совместного действия". Синергетика являет собой новый этап изучения сложных систем, продолжающий и дополняющий кибернетику и общую теорию систем. Если кибернетика занимается проблемой поддержания устойчивости путем использования отрицательной обратной связи, а общая теория систем - принципами их организации (дискретностью, иерархичностью и т. п.), то синергетика фиксирует свое внимание на неравновесности, нестабильности как естественном состоянии открытых нелинейных систем, на множественности и неоднозначности путей их эволюции. Синергетика исследует типы поведения таких систем, то есть нестационарные структуры, которые возникают в них под действием внешних воздействий или из-за внутренних факторов (флуктуации).

    Синергетика исследует организационный момент, эффект взаимодействия больших систем. Возникновение организационного поведения может быт обусловлено внешними воздействиями (вынужденная организация) или может быть результатом развития собственной (внутренней) неустойчивости системы в системе (самоорганизация). 

4. Достижения  этологии, бионики, генной инженерии.

    Бионика – синтез биологии и техники. Датой рождения бионики принято считать 13 сентября 1960 г. – день открытия в США Международного симпозиума «Живые прототипы искусственных систем – ключ к новой технике». Однако в действительности основные концепции бионики сложились задолго до этого, а симпозиум лишь ознаменовал начало широкого международного сотрудничества в этой области. Доисторический человек, наблюдая за окружающей природой, извлекал из нее некоторые уроки, помогавшие ему создавать полезные устройства. В известном смысле такой подход можно назвать бионикой. В какой-то степени элементы бионики вложены в изобретение колеса, ножа и других инструментов. Арабские врачи задумались об использовании хрусталя или стекла для увеличения изображения подобно тому, как это происходит в хрусталике глаза. Русский ученый Н.Е. Жуковский разработал методику расчета подъемной силы крыла самолета на основе изучения полета птиц. После того как бионика получила официальное признание как самостоятельная область знаний, ее позиции существенно укрепились, а область исследований расширилась. Потребителями и партнерами бионики становятся самолето- и кораблестроение, космонавтика, машиностроение, радиоэлектроника, навигационное приборостроение, инструментальная метеорология, архитектура и т.д. Рассмотрим некоторые конкретные достижения бионики, уже реализованные в практических целях.

    1. Снегоходная машина, имитирующая  принцип передвижения пингвинов  по рыхлому снегу, была разработана в Горьковском политехническом институте под руководством А.Ф. Николаева. Пингвины передвигаются по снегу, отталкиваясь ластами, подобно лыжникам, использующим для этой цели палки. Основанная на этом принципе снегоходная машина «Пингвин», лежа на снегу широким днищем, способна двигаться со скоростью до 50 км/ч. В подобных машинах нуждаются исследователи Арктики и Антарктиды, а также жители наших северных регионов – охотники, оленеводы и т.д. Здесь тягачи, тракторы и снегоходы при своем движении по снегу образуют глубокую колею, буксуют и увязают. Подобные машины могут использоваться и на мелководных озерах, где обычные плавсредства чаще всего не могут применяться.

    2. Судостроители во всем мире  давно уже обратили внимание  на грушеобразную форму головы кита, более приспособленную к перемещению в воде, нежели ножеобразные носы современных судов. Японский ученый Тако Инуи учел это при создании модели пассажирского парохода «Куренаи Маару». По сравнению с обычными судами китообразный пароход оказался более экономичным. При уменьшении мощности двигателей на 25% он сохранил прежнюю скорость и грузоподъемность. Американская подводная лодка «Скипджек», корпус которой по форме напоминает тунца, имеет более высокую скорость, повышенную маневренность по сравнению с другими подводными судами.

    3. В 1960 г. немецкий инженер М.Крамер изобрел мягкие оболочки «ламинфло» из двух и трех слоев резины толщиной 2,3 мм. При этом гладкий наружный слой имитировал эпидермис кожи дельфинов, эластичный средний с гибкими стержнями и демпфирующей жидкостью был аналогичен дерме с коллагенами и жиром, а нижний выполнял функции опорной пластины. Демпфирующая жидкость, перемещаясь между стерженьками, гасила вихри в слое воды ближайшем к корпусу модели. При этом торможение снижалось наполовину, скорость увеличивалась вдвое. А затем подтвердилась возможность снижать сопротивление воды на 40–60%. Р.Пелт (США), выстлав внутреннюю поверхность трубы имитатором дельфиньей кожи (уретановая смола на полиэфирной основе), получил снижение потерь давления при перемещении жидкости на 35%. Тем самым возникла реальная возможность экономично перекачивать на сотни тысяч километров по трубам воду, сжиженные горючие газы, спирт, патоку, жидкие удобрения, гранулы (в виде смеси с водой в соотношении 1:1), кормовую пасту, помидоры и другие овощи, даже живую рыбу.

    4. В движителе, основанном на принципе движения кальмара, вода засасывается в камеру, а затем выбрасывается через сопло. Судно при этом движется в противоположном направлении. Движитель кальмара очень экономичен. Кальмары развивают скорость до 70 км/ч. По предположениям ученых они могут двигаться со скоростью вдвое большей. Стартуя из глубины в воздух они пролетают над волнами более 50 м на высоте 7–10 м. В воде они совершают стремительные повороты в горизонтальных и вертикальных плоскостях. Все это открывает перед кораблестроителями новые многообещающие перспективы.

    Этология — это наука о поведении живых организмов в их естественной среде обитания, в понятие которой включается не только физическая среда, но и социальные взаимодействия. Этологическое учение рассматривает также роль естественного отбора в формировании поведения животных. Оно основано на имплицитном допущении, что поведение в значительной степени определяется генотипами, которые, в свою очередь, являются продуктом эволюционной истории вида. С ним связано еще одно допущение, а именно: отбор по генотипу происходил под влиянием последствий естественно появляющихся форм поведения. Поскольку именно такое поведение составляет основной предмет изучения в этологии, этологи почти не проявляют интереса к традиционным концепциям учения или менталистским понятиям. 

    Современные достижения этологии. Важным изменением в этологической теории стало растущее признание роли научения в поведении животных, включая его влияние на фиксированные последовательности действий. В качестве одного из примеров можно назв. импринтинг, который первоначально рассматривался как врожденная реакция следования в ответ на специфический разрешающий стимул. Последующие исследования предоставили обильные доказательства того, что в основе приобретения импринтинга лежат простые и быстро образующиеся условные связи. И хотя специфическая фиксированная последовательность действий изначально может вызываться специфическим разрешающим стимулом, перцептивное научение начинает происходить немедленно. Следовательно, эта последовательность становятся обусловленной конфигурацией стимула, действующего как релизор. Еще одно важное преобразование этологии связано с сужением границ теоретических объяснений и категорий изучаемого поведения. Раньше теоретизирование носило широкий характер, охватывая крупные категории естественно возникающих форм поведения, хотя исследование часто ограничивалось наблюдением за животными в естественных условиях, практически без экспериментального вмешательства. В более поздних этологических исследованиях акцент переместился на доскональный экспериментальный анализ конкретного поведения. Выделилась в самостоятельную область молекулярная этология, изучающая механизмы влияния единичного гена на поведение. Социобиология — еще один подход к поведению животных, возникший в недрах классической этологии. Одно из основных допущений социобиологии заключается в том, что единицами естественного отбора являются отдельные гены, а не виды. Второе допущение состоит в том, что генотип коррелирует с разными типами поведения, включая некоторые формы высокоорганизованного социального поведения. Родственный отбор, основанный на поведении, — важное понятие в социобиологии. Это такая разновидность естественного отбора, которая имеет место, когда:

    а) поведение коррелирует с генотипом;

    б) поведение увеличивает вероятность  воспроизведения особей с тем  же генотипом, хотя само это поведение может снижать вероятность произведения потомства у демонстрирующего его животного.

    Примером  такого поведения может служить  крик тревоги у сусликов. Издавая  этот крик, конкретное животное становится более уязвимым для хищников, одновременно делая менее уязвимыми своих находящихся поблизости сородичей. Социобиологам удалось предсказать ряд феноменов поведения животных, особенно в области поведения общественных насекомых.

    За  последние 10—15 лет были созданы  принципиально новые методы манипулирования с нуклеиновыми кислотами, на основе которых зародился и бурно развивается новый раздел молекулярной биологии и генетики — генная инженерия. Принципиальное отличие генной инженерии от использовавшихся ранее традиционных приемов изменения состоит в том, что она дает возможность конструировать функционально активные генетические структуры in vitro в форме рекомбинантных ДНК. Понятия «генная» и «генетическая» инженерия часто употребляют как синонимы, хотя последнее является более широким и включает манипулирование не только с отдельными генами, но и с более крупными частями генома. Работа по переделке генотипа животных или растений с помощью скрещиваний, ограничена пределами вида, либо близких в видовом отношении форм. Напротив, генная инженерия стирает межвидовые барьеры, обеспечивая возможность создания организмов с новыми, в том числе и не встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств. Генная инженерия представляет собой совокупность методов, позволяющих не только получать рекомбинантные ДНК из фрагментов геномов разных организмов, но и вводить такие рекомбинантные молекулы в клетку, создавая условия для экспрессии в ней введенных, часто совершенно чужеродных генов.  

    Генная  инженерия открыла путь для производства продуктов белковой природы путем введения в клетки микроорганизмов искусственно синтезированных кодирующих их генов, где они могут экспрессироваться в составе гибридных молекул. Первой удачной попыткой такого рода стала работа К. Итакуры и Г. Бойера с соавторами (1977) по экспрессии E. coli химически синтезированного гена, кодирующего гормон млекопитающих — соматостатин. Ген соматостатина был получен на основе сведений о первичном строении этого пептидного гормона, состоящего всего из 14 аминокислот. Использованный в этой работе подход оказался весьма перспективным для получения и многих других пептидных гормонов. В различных лабораториях в СССР и за рубежом были созданы штаммы Е. coli, синтезирующие в составе гибридных белков гормон роста человека (соматотропин), пептидные гормоны — брадикинин и ангиотензин, нейропептид лей-энкефалин и др.