生物学中系统论的多个方面

  1. 开放系统和稳定状态
  2. 反馈和内环境稳定
  3. 异速生长率和表皮规则
  4. 理论和动物增长

1.开放系统和稳定状态

开放系统超越物理化学局限的最重要的一点体现在两个方面,动态的和热力学特性的。换句话说,传统的动力学和热力学是无法适用于开放系统的一些过程。一个活的细胞和组织并不是处于静态模式或者机械结构,或多或少存在着一些持续过程,如分解物质获取能量、基于能量完成物质的生成、与外界交换物质和能量。开放系统除了这种持续性的特征之外,还存在着生长、发展、自控、再生产、自动化过程、适应性调整等。这些都成为了研究开放系统的一些基本常识了。

将活着的组织看作开放系统需要考虑两个问题:第一个,系统的静态,表示维护系统在一个时间无关性的状态;第二个,系统的动态,表示系统及时改变。开放系统的难题都可以基于动力学和热力学进行分析和解决。一个开放系统会不断通过从环境引入能量和物质来维持从热力学方面的消耗,动态化的特征是系统不断维持在一个稳定状态,在这个状态下,系统会对环境做出适应性的反应。通过这些启示,一般系统论在开放系统部分的理论对生物学的研究帮助非常大。

2.反馈和内环境稳定

反馈模型是控制论的基础模型,这里就不在重复了。由于反馈模型是线性的和单方向的,但是在开放系统当中,这些基于反馈模型的反馈循环来解读经典的刺激反应模型。反馈模型是基于封闭系统的,并且其中刺激信号是用信息论来解读,信息论的基础是封闭系统而且是无能量变化的。开放系统是动态化和热力学特征的。通过这些因素的比较,我们可以得到开放系统理论和控制论的内容在各自范围内都是正确的,但是在实际研究中,它们的概念模型和要研究的主要方向是不一样的。

3.异速生长率和表皮规则

接下来是异速生长率规则模型。这个模型主要描述一个活的组织内两个不同组成部分生长速率的变化关系。当然这个模型适用的范围是有一些限制,主要是为了研究某一个物种的进化问题。主要的公式不在此处说明。我们以一个简单的例子做一下说明:

扫描二维码关注公众号,回复: 6629903 查看本文章

我们研究一只山羊的肝脏相对山羊整体的异速生长率。通过开放系统的理论我们可以得到,山羊肝脏的生长速度刚开始的时候可能和山羊整体的生长速度是不一样的,出出现一些波动。等到山羊成长为正常成年个体的时候,两者之间的生长速度就非常稳定了。通过开放系统的理论,山羊作为一个整体的系统的时候,山羊这个整体系统处于一个生长的过程。在整个生长过程,每时每刻山羊的系统都是处于一个寻求动态平衡的过程,山羊系统在质量上发生增长。山羊系统在达到成年个体的时候,达到稳定状态,结束了系统的增长。这个时候整个山羊系统的物质替换速度是一个稳定的数值。同样,作为组成部分的山羊肝脏也停止了质量上的变化,山羊的肝脏也实现了稳定状态,物质替换速度也是一个稳定数值。在这个稳定状态下,异速生长率是一个稳定的数值。 在山羊生长过程中,山羊肝脏相对山羊整体的异速生长率存在着波动。

同样表皮规则也是采用异速生长率模型中生物表皮相对生物整体异速生长率来描述的。限定条件也是生物最终处于一个稳定状态,或者是稳定变化状态。单个生物个体的剧烈变化状态一般在做科学统计的时候会被当做异常数据被刨除掉。当多个生物个体并且在整体中占有相对比例比较高的时候,其状态的统计是不会刨除掉的。

4.理论和动物增长

最后还是回到动物增长模型。这种增长模型我们在这里不再描述。增长模型分为有限制条件的增长和无限制条件的增长。无限制条件的动物模型以动物出生率减去死亡率进行指数级增长;有限制条件的动物增长模型以动物出生率减去死亡率,刨除因食物供给、天敌、疾病、生存空间等因素带来的制约进行增长,最后动物种群的数量维持在一个比较稳定的常量数值范围内小幅波动。

模型可以指导人们更加客观的理解事实,不过模型不是事实是工具。事实是构建模型的基础,是检验模型的真实依据。

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/seacean2000/article/details/90675151