Закономерности функционирования систем

Функционирование сложных систем подчиняется ряду законов, среди которых ве­дущее место принадлежит закону больших чисел, законам сохранения, началам термодинамики, принципу Ле Шателье и принципам саморегуляции посредством обратных связей.

Закон больших чисел составляет одно из оснований теории ве­роятностей.

Закон больших чисел:совокупное действие множества случай­ных факторов приводит при некоторых общих условиях к резуль­тату, почти не зависящему от случая, т.е. имеющему системный характер¹.

В соответствии с законом больших чисел случайное, стохасти­ческое (вероятностное) поведение большого числа молекул в неко­тором объеме газа обусловливает вполне определенные значения температуры и давления. Большинство биологических систем имеет вероятностный характер. Мало скоррелированное и часто случайное поведение совместно живущих особей одного вида образует вполне определенную многофакторную функциональную структуру соответ­ствующей популяции. Взаимодействие множества организмов раз­ных видов между собой и с окружающей их средой осуществляется так, что сообщество и окружающая его среда, т.е. экологическая система, остаются пригодными для существования всех организмов, входящих в это сообщество. В экологических исследованиях с зако­ном больших чисел приходится иметь дело практически постоянно.

Принцип Ле Шателье:при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого термодинамического равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается².

Эмпирически выведенный для условий химического равнове­сия, этот принцип со временем приобрел вполне универсальное значение и стал применяться к поведению различных динамических систем. Было показано, что принцип Ле Шателье непосредственно выводится из постулата минимальности продукции энтропии в сис­теме, находящейся в стационарном состоянии, близком к равновесию (теорема Пригожина), и тем самым задает критерий эволюции сис­темы(Блюменфельд, 1977).

На биологическом уровне принцип Ле Шателье реализуется в виде способности биологических систем к авторегуляции и поддер­жанию гомеостаза, т.е. относительного постоянства важных параметров состояния организма или сообщества организмов при изме­нении условий среды. Решающую роль в авторегуляции любой функциональной системы (по П.К. Анохину, 1935, 1970), так же, как и любого регулятора в природе или технике, играет обратная связь — контроль промежуточного результата регулирования (обратная афферентация), или «feed-bаск»-сигналы (по Н. Винеру, 1968).

Закон обратной связив природе — это обратное воздействие, оказываемое системой на объекты и процессы, влияние которых она воспринимает.

Согласно В.Н. Беклемишеву (1964), чем больше зарегулировано признаков и чем больше их постоянство, тем выше степень органи­зованности системы. В масштабе биосферы осуществление этого принципа основано на глобальной биотической регуляции окружаю­щей среды (Горшков, 1995). Действие принципа Ле Шателье огра­ничено некоторыми пределами отклонения от равновесия, за кото­рыми наступает необратимое разрушение системы.

Безусловна приложимость фундаментальных законов сохране­ния, в частности закона сохранения энергии и закона сохранения массы вещества, к функционированию биологических систем. В интерпретации Б. Коммонера этот закон является одним из важных требований рационального природопользования: «все должно куда-то деваться».