Живые системы
Живые системы — это формы жизни (или, в более просторечии, живые существа ), рассматриваемые как система . Говорят, что они открыты, самоорганизуются и взаимодействуют с окружающей средой. Эти системы поддерживаются потоками информации , энергии и материи . Было предложено множество теорий живых систем. Такие теории пытаются отобразить общие принципы работы всех живых систем.
Контекст [ править ]
В последние несколько десятилетий некоторые ученые предположили, что для объяснения природы жизни необходима общая теория живых систем. [1] Такая общая теория возникла бы на базе экологических и биологических наук и попыталась бы обозначить общие принципы работы всех живых систем. Вместо изучения явлений, пытаясь разложить их на компоненты, общая теория живых систем исследует явления с точки зрения динамических закономерностей взаимоотношений организмов с окружающей средой. [2]
Теории [ править ]
Открытые системы Миллера [ править ]
Теория живых систем Джеймса Гриера Миллера — это общая теория о существовании всех живых систем, их структуре , взаимодействии , поведении и развитии , призванная формализовать концепцию жизни. Согласно книге Миллера « Живые системы » 1978 года , такая система должна содержать каждую из двадцати «критических подсистем», определяемых их функциями. Миллер рассматривает живые системы как тип системы . Ниже уровня живых систем он определяет пространство и время , материю и энергию , информацию и энтропию , уровни организации , а также физические и концептуальные факторы, а выше живых систем — экологические, планетарные и солнечные системы, галактики и т. д. [3] [4] [5] Центральный тезис Миллера заключается в том, что многочисленные уровни живых систем (клетки, органы, организмы, группы, организации, общества, наднациональные системы) представляют собой открытые системы, состоящие из критически важных и взаимозависимых подсистем, которые обрабатывают входные, выходные и выходные энергии и информации. . [6] [7] [8] Сеппянен (1998) говорит, что Миллер применял общую теорию систем для описания всех аспектов живых систем. широко [9] Бейли утверждает, что теория Миллера, возможно, является «наиболее комплексной» теорией социальных систем. [10] четко различая обработку материи-энергии и обработку информации, показывая, как социальные системы связаны с биологическими системами. LST анализирует нарушения или «организационные патологии» функционирования систем (например, системный стресс и напряжение, нарушения обратной связи, информационную перегрузку). Он объясняет роль энтропии в социальных исследованиях, приравнивая негэнтропию к информации и порядку. Он подчеркивает как структуру, так и процесс, а также их взаимосвязи. [11]
Гайи Гипотеза Лавлока
Идея о том, что Земля живая, встречается в философии и религии, но первое научное обсуждение ее было проведено шотландским геологом Джеймсом Хаттоном . В 1785 году он заявил, что Земля является сверхорганизмом и что ее надлежащим изучением должна стать физиология . [12] : 10 Гипотеза Геи, предложенная в 1960-х годах Джеймсом Лавлоком , предполагает, что жизнь на Земле функционирует как единый организм, определяющий и поддерживающий условия окружающей среды, необходимые для ее выживания. [13] [14]
Самостоятельная информация Пяста [ править ]
Все живые существа обладают генетической информацией , которая сохраняется посредством процессов, называемых цис-действиями. [15] Цис-действие — это любое действие, оказывающее воздействие на инициатор, и в химических системах известно как автокаталитический набор . В живых системах все цис-действия обычно оказывают положительное влияние на систему, поскольку те, которые оказывают отрицательное воздействие, устраняются естественным отбором . Генетическая информация действует как инициатор и может поддерживать себя посредством серии цис-действий, таких как самовосстановление или самопроизводство (производство частей тела, которое следует отличать от самовоспроизведения, которое представляет собой дублирование всего тела). сущность). Различные цис-действия придают сущности дополнительные черты, позволяющие считать ее живой. Самоподдерживаемая информация является основным требованием — нулевым уровнем для обретения жизни, и ее можно получить любым цис-действием, например, самовосстановлением (например, геном, кодирующим белок, который фиксирует изменение нуклеиновой кислоты, вызванное УФ- излучением). Впоследствии, если сущность способна выполнять подверженное ошибкам самовоспроизведение, она приобретает свойство эволюции и принадлежит к континууму самоподдерживаемых информация – она становится частью живого мира в смысле явления , но еще не живой личностью . Для этого обновления сущность должна обработать особенность отличимости, понимаемую как способность определять себя как отдельную сущность со своей судьбой. Есть два возможных пути достижения отличимости: 1) поддержание открытой системы ( клетки ) и/или 2) поддержание процесса передачи (для облигатных паразитов ). Выполнение любого из этих цис-действий поднимает сущность на уровень живого индивидуума – отдельного элемента самоподдерживающегося информационного континуума. Последний уровень рассматривает состояние сущности как мертвое или живое и требует наличия черты функциональности. [15] Этот подход обеспечивает лестничную иерархию сущностей в зависимости от их способности сохранять себя, их способности к развитию и их различимости. Он различает жизнь как явление, живого человека и живую личность. [15]
Свойство экосистем Моровица [ править ]
Системный взгляд на жизнь рассматривает потоки окружающей среды и биологические потоки вместе как «взаимное влияние». [16] и взаимные отношения с окружающей средой, возможно, так же важны для понимания жизни, как и для понимания экосистем. Как объясняет Гарольд Дж. Моровиц (1992), жизнь — это свойство экологической системы, а не отдельного организма или вида. [17] Он утверждает, что экосистемное определение жизни предпочтительнее строго биохимического или физического. Роберт Уланович (2009) выделяет мутуализм как ключ к пониманию системного, генерирующего порядок поведения жизни и экосистем. [18]
Розена Сложная системная биология
Роберт Розен посвятил большую часть своей карьеры, начиная с 1958 года. [19] и далее, к разработке всеобъемлющей теории жизни как самоорганизующейся сложной системы, «закрытой для эффективной причинности». Он определил компонент системы как «единицу организации; часть с функцией, т. е. определенным отношением между частью и целым». Он определил «нефракционность компонентов в организме» как фундаментальное отличие живых систем от «биологических машин». Свои взгляды он обобщил в книге «Сама жизнь» . [20]
Биология сложных систем — это область науки, которая изучает возникновение сложности в функциональных организмах с точки зрения теории динамических систем . [21] Последнюю также часто называют системной биологией , и она направлена на понимание наиболее фундаментальных аспектов жизни. Близкий подход — реляционная биология — занимается главным образом пониманием жизненных процессов с точки зрения наиболее важных отношений и категорий таких отношений между основными функциональными компонентами организмов; для многоклеточных организмов это было определено как «категорическая биология» или модельное представление организмов как теория категорий биологических отношений, а также алгебраическая топология функциональной организации живых организмов с точки зрения их динамических, сетей сложных метаболические, генетические и эпигенетические процессы и сигнальные пути . [22] [23] Связанные подходы сосредоточены на взаимозависимости ограничений, причем ограничения могут быть либо молекулярными, например, ферменты, либо макроскопическими, например, геометрия кости или сосудистой системы. [24]
Хопфа Дарвиновская Бернштейна, Байерли и динамика
Харрис Бернштейн и его коллеги в 1983 году утверждали, что эволюция порядка в живых системах и некоторых физических системах подчиняется общему фундаментальному принципу, названному дарвиновской динамикой. Это было сформулировано путем сначала рассмотрения того, как макроскопический порядок создается в простой небиологической системе, далекой от термодинамического равновесия, а затем распространения рассмотрения на короткие реплицирующиеся молекулы РНК . Был сделан вывод, что основополагающий процесс генерации заказов в основном аналогичен для обоих типов систем. [25] [26]
операторов Теория Джерарда Ягерса
Операторная теория Джерарда Джагерса предполагает, что жизнь — это общий термин, обозначающий наличие типичных замыканий, обнаруженных в организмах; типичные затворы представляют собой мембрану и автокаталитический набор в клетке. [27] и что организм — это любая система, организация которой соответствует типу оператора, который по крайней мере столь же сложен, как и клетка. [28] [29] [30] [31] Жизнь можно смоделировать как сеть низших отрицательных обратных связей регуляторных механизмов, подчиненных высшей положительной обратной связи, образованной потенциалом расширения и воспроизводства. [32]
Мультиагентная система Кауфмана [ править ]
Стюарт Кауфман определяет живую систему как автономный агент или мультиагентную систему, способную воспроизводить себя или себя и выполнять по крайней мере один термодинамический рабочий цикл . [33] Это определение расширяется за счет эволюции новых функций с течением времени. [34]
Четыре столпа Будиса, Кубышкина и Шмидта [ править ]
Будиса , Кубышкин и Шмидт определили клеточную жизнь как организационную единицу, опирающуюся на четыре столпа/краеугольных камня: (i) энергию , (ii) метаболизм , (iii) информацию и (iv) форму . Эта система способна регулировать и контролировать обмен веществ и энергообеспечение и содержит по крайней мере одну подсистему, выполняющую функцию носителя информации ( генетической информации ). Клетки как самоподдерживающиеся единицы являются частью различных популяций , которые участвуют в однонаправленном и необратимом открытом процессе, известном как эволюция . [35]
См. также [ править ]
- Искусственная жизнь - Область исследования
- Теория автономных агентств - теория жизнеспособных систем.
- Аутопоэзис - концепция системы, предполагающая автоматическое воспроизводство и поддержание.
- Биологическая организация – Иерархия сложных структур и систем в биологических науках.
- Биологические системы – сложная сеть, соединяющая несколько биологически значимых объектов.
- Сложные системы — система, состоящая из множества взаимодействующих компонентов.
- Наука о системе Земли - Научное исследование сфер Земли и их естественных интегрированных систем.
- Внеземная жизнь – Жизнь не на Земле
- Информационный метаболизм - Психологическая теория взаимодействия биологических организмов с окружающей средой.
- Организм – индивидуальная живая форма жизни.
- Спом - Гипотетическая материя-замкнутая и энергетически открытая система жизнеобеспечения.
- Системная биология - Вычислительное и математическое моделирование сложных биологических систем.
- Теория систем - междисциплинарное исследование систем
- Теория жизнеспособных систем - касается кибернетических процессов в связи с развитием / эволюцией динамических систем.
Ссылки [ править ]
- ^ Клиленд, Кэрол Э.; Чиба, Кристофер Ф. (8 октября 2007 г.). «Есть ли у «жизни» определение?». В Вудраффе, Т. Салливан; Баросс, Джон (ред.). Планеты и жизнь: новая наука астробиология . Издательство Кембриджского университета.
В отсутствие такой теории мы находимся в положении, аналогичном положению исследователя XVI века, пытающегося дать определение «воде» в отсутствие молекулярной теории. [...] Без доступа к живым существам, имеющим иное историческое происхождение, трудно и, возможно, в конечном итоге невозможно сформулировать адекватно общую теорию природы живых систем.
- ^ Браун, Молли Янг (2002). «Шаблоны, потоки и взаимосвязи» . Архивировано из оригинала 8 января 2009 года . Проверено 27 июня 2009 г.
- ^ Миллер, Джеймс Гриер (1978). Живые системы . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 978-0070420151 .
- ^ Сеппянен, Йоуко (1998). «Системная идеология в гуманитарных и социальных науках». В Альтманне, Г.; Кох, Вашингтон (ред.). Системы: новые парадигмы для гуманитарных наук . Берлин: Вальтер де Грюйтер. стр. 180–302.
- ^ Ярош, Дьёрдь (2000). «Теория живых систем Джеймса Грира Миллера и телеоника». Системные исследования и поведенческая наука . 17 (3). Уайли: 289–300. doi : 10.1002/(sici)1099-1743(200005/06)17:3<289::aid-sres333>3.0.co;2-z . ISSN 1092-7026 .
- ^ (Миллер, 1978, стр. 1025)
- ^ Родитель, Элейн (1996). «Теория живых систем Джеймса Грира Миллера» . Проект Праймер . Проверено 20 сентября 2023 г.
- ^ «Земля как система» . Праймер проекта ISSS . Проверено 20 сентября 2023 г.
- ^ Сеппянен 1998, стр. 197–198.
- ^ Кеннет Д. Бэйли, 2006, стр. 292–296.
- ^ Кеннет Д. Бэйли, 1994, стр. 209–210.
- ^ Лавлок, Джеймс (1979). Гайя: новый взгляд на жизнь на Земле . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-286030-9 .
- ^ Лавлок, Дж. Э. (1965). «Физическая основа экспериментов по обнаружению жизни». Природа . 207 (7): 568–570. Бибкод : 1965Natur.207..568L . дои : 10.1038/207568a0 . ПМИД 5883628 . S2CID 33821197 .
- ^ Лавлок, Джеймс . «Геофизиология» . Статьи Джеймса Лавлока . Архивировано из оригинала 6 мая 2007 года . Проверено 1 октября 2009 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Пяст, Радослав В. (июнь 2019 г.). «Информация Шеннона, биопоэз Бернала и распределение Бернулли как опоры для построения определения жизни» . Журнал теоретической биологии . 470 : 101–107. Бибкод : 2019JThBi.470..101P . дои : 10.1016/j.jtbi.2019.03.009 . ПМИД 30876803 . S2CID 80625250 . Архивировано из оригинала 15 декабря 2019 года . Проверено 1 января 2023 г.
- ^ Фискус, Дэниел А. (апрель 2002 г.). «Гипотеза экосистемной жизни» . Бюллетень Экологического общества Америки. Архивировано из оригинала 6 августа 2009 года . Проверено 28 августа 2009 г.
- ^ Моровиц, Гарольд Дж. (1992). Начало клеточной жизни: метаболизм повторяет биогенез . Издательство Йельского университета. ISBN 978-0-300-05483-5 .
- ^ Уланович, Роберт В.; Уланович, Роберт Э. (2009). Третье окно: естественная жизнь за пределами Ньютона и Дарвина . Издательство Фонда Темплтона. ISBN 978-1-59947-154-9 .
- ^ Розен, Роберт (1958). «Реляционная теория биологических систем». Вестник математической биофизики . 20 (3): 245–260. дои : 10.1007/bf02478302 .
- ^ Роберт, Розен (1991). Сама жизнь: всестороннее исследование природы, происхождения и создания жизни . Нью-Йорк: Издательство Колумбийского университета. ISBN 978-0-231-07565-7 .
- ^ Баяну, IC (2006). «Работа Роберта Розена и биология сложных систем». Аксиоматика . 16 (1–2): 25–34. дои : 10.1007/s10516-005-4204-z . S2CID 4673166 .
- ^ * Розен, Роберт (1958a). «Реляционная теория биологических систем». Вестник математической биофизики . 20 (3): 245–260. дои : 10.1007/bf02478302 .
- ^ * Розен, Р. (1958b). «Представление биологических систем с точки зрения теории категорий». Вестник математической биофизики . 20 (4): 317–341. дои : 10.1007/bf02477890 .
- ^ Монтевиль, Маэль; Моссио, Маттео (7 мая 2015 г.). «Биологическая организация как замыкание ограничений» . Журнал теоретической биологии . 372 : 179–191. Бибкод : 2015JThBi.372..179M . CiteSeerX 10.1.1.701.3373 . дои : 10.1016/j.jtbi.2015.02.029 . ПМИД 25752259 . S2CID 4654439 . Архивировано из оригинала 17 ноября 2017 года.
- ^ Бернштейн, Харрис; Байерли, Генри К.; Хопф, Фредерик А.; Мишод, Ричард А.; Вемулапалли, Г. Кришна (июнь 1983 г.). «Дарвиновская динамика». Ежеквартальный обзор биологии . 58 (2): 185. дои : 10.1086/413216 . JSTOR 2828805 . S2CID 83956410 .
- ^ Мишод, Ричард Э. (2000). Дарвиновская динамика: эволюционные переходы в приспособленности и индивидуальности . Принстон: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-05011-9 .
- ^ Джагерс, Джерард (2012). В погоне за сложностью: полезность биоразнообразия с эволюционной точки зрения . Издательство КННВ. стр. 27–29, 87–88, 94–96. ISBN 978-90-5011-443-1 .
- ^ Jagers Op Akkerhuis, Жерар AJM (2010). «К иерархическому определению жизни, организма и смерти». Основы науки . 15 (3): 245–262. дои : 10.1007/s10699-010-9177-8 . S2CID 195282529 .
- ^ Jagers Op Akkerhuis, Жерар (2011). «Объяснения происхождения жизни недостаточно для определения жизни». Основы науки . 16 (4): 327–329. дои : 10.1007/s10699-010-9209-4 . S2CID 195284978 .
- ^ Jagers Op Akkerhuis, Жерар AJM (2012). «Роль логики и проницательности в поисках определения жизни» . Журнал биомолекулярной структуры и динамики . 29 (4): 619–620. дои : 10.1080/073911012010525006 . ПМИД 22208258 . S2CID 35426048 . Архивировано из оригинала 16 апреля 2021 года . Проверено 16 апреля 2021 г.
- ^ Джагерс, Джеральд (2012). «Вклад операторной иерархии в область биологической математики и вычислений». В Эресманне, Андре К.; Симеонов, Пламен Л.; Смит, Лесли С. (ред.). Интегральная биоматика . Спрингер. ISBN 978-3-642-28110-5 .
- ^ Корженевский, Бернар (7 апреля 2001 г.). «Кибернетическая формулировка определения жизни». Журнал теоретической биологии . 209 (3): 275–286. Бибкод : 2001JThBi.209..275K . дои : 10.1006/jtbi.2001.2262 . ПМИД 11312589 .
- ^ Кауфманн, Стюарт (2004). «Автономные агенты» . В Барроу, Джон Д.; Дэвис, PCW; Харпер-младший, CL (ред.). Наука и высшая реальность . стр. 654–666. дои : 10.1017/CBO9780511814990.032 . ISBN 978-0-521-83113-0 .
- ^ Лонго, Джузеппе; Монтевиль, Маэль; Кауфман, Стюарт (1 января 2012 г.). «Нет законов, влекущих за собой, но есть возможность эволюции биосферы». Материалы 14-й ежегодной конференции по генетическим и эволюционным вычислениям . ГЕККО '12. стр. 1379–1392. arXiv : 1201.2069 . Бибкод : 2012arXiv1201.2069L . CiteSeerX 10.1.1.701.3838 . дои : 10.1145/2330784.2330946 . ISBN 978-1-4503-1178-6 . S2CID 15609415 . Архивировано из оригинала 11 мая 2017 года.
- ^ Будиса, Недилько; Кубышкин Владимир; Шмидт, Маркус (22 апреля 2020 г.). «Ксенобиология: путешествие к параллельным формам жизни» . ХимБиоХим . 21 (16): 2228–2231. дои : 10.1002/cbic.202000141 . ПМИД 32323410 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Кеннет Д. Бэйли (1994). Социология и новая теория систем: на пути к теоретическому синтезу . Олбани, Нью-Йорк: SUNY Press .
- Кеннет Д. Бейли (2006). Теория живых систем и теория социальной энтропии. Системные исследования и поведенческая наука, 22 , 291–300.
- Джеймс Гриер Миллер (1978). Живые системы. Нью-Йорк: МакГроу-Хилл . ISBN 0-87081-363-3
- Миллер, Дж.Л., и Миллер, Дж.Г. (1992). Больше, чем сумма частей: подсистемы, обрабатывающие как материю-энергию, так и информацию. Поведенческая наука, 37 , 1–38.
- Умберто Матурана (1978), « Биология языка: эпистемология реальности », в книге Миллера, Джорджа А. и Элизабет Леннеберг (ред.), «Психология и биология языка и мысли: Очерки в честь Эрика Леннеберга» . Академическая пресса: 27-63.
- Йоуко Сеппянен (1998). Системная идеология в гуманитарных и социальных науках. В книге Г. Альтманна и В.А. Коха (ред.), Системы: новые парадигмы для гуманитарных наук (стр. 180–302). Берлин: Вальтер де Грюйтер.
- Джеймс Р. Симмс (1999). Принципы количественной науки о живых системах . Дордрехт: Kluwer Academic . ISBN 0-306-45979-5
Внешние ссылки [ править ]
- Теория живых систем Джеймса Грира Миллера
- Джеймс Гриер Миллер, Живые системы: основные понятия (1978)
