Kriticheskie_urovni_1 (А.В. Жирмунский, В.И. Кузьмин - Критические уровни в развитии природных систем)

УЛК 001.51: 5: 52 + 54 -1- 55 -)- 523 22 Ответственный редактор чл -корр. ЛН СССР А. В. Яблоков вава вм. в. и. ямвгвв ЧВВ(У Рецензенты: наук Ю. П Т(огарев д-р бнол. наук И А. Саульский, канд биол. наук А. И, П ; , - т уооакин, д-р техн. Редактор издательства Ю. А Песенно 1903040000-523 Ж 055(02)-90 468.89 1 5ВХ 5-02-025720-5 А В Жирмунский, В. Н.

Кувыкин. 1990 Д(нРмУнский А. В., К зьмин В. В. систем .: вука, 1990. 223 с. у .. Критические уровни в развитии природных Монография посвящена установлению общих количественных залоноче постои чередования эволюционных и скачкообразных (к нтнческнх) пс ио широкий класс об введены уравнение и модель развития, которые б 6 о о 1щают происходящие на азличны р '. щепринятых моделей. Они позволяют аиа.шли "оаа . 1 ироаать процессы. На основе этой мо ел р ° чных структурных уровнях организации природн д . и выведена иерархия критических констант, прсдстанлспная степенно-показательными функциями числа Н определяют ха акте истик п о р .

т соотношения между последовательными к"и 'р тическими значениями р р к процессов. Приводятся результаты реалйзации >ьазанных ношений в фо ми овании ие ф р. р рархии галактических ритмов и Солнечной системы. хьазанных сооткст н, 'станавливается соответствие между этими ритмам бе н и ру жанн гголоп|чсской ватных, стрултурах псрноории, цикличностью в индивидуальном разввтии жи снстглы енделесва. популяционных и экологических систем, восп нятвеч человеком анустических сигналов.

Таким абра л о разом, выявлено единство ста новленных количественных закономерностей в й в иерархии весьма различных пниродных процессов от галактического до атомарного ст к Табл. 55, ил. 91, библ. 398 низа. ар ого структурных уравнен. ОТ АВТОРОВ Эта книга является новым, значительно продвинутым и переработанным вариантом издания «Критические уровни в процессах развития биологических систем» (Жирмунский, Кузьмин, 1982).

В первой книге мы показали некоторые количественные закономерности формирования последовательности критических точек в развитии биологических систем. Было установлено, что для процессов аллометрического типа (динамика которых описывается степенной функцией) соотношение между критическими значениями аргументов в двух последовательных критических точках не превосходит константы, равной е'. На основе этого был сформирован закон критических уровней аллометрического развития систем: р а з в и в а ющиеся системы имеют среди критических уровней такие, соотношения последовательных значений которы х р а вн о ее (Кузьмин, Жирмунский, 19806).

Анализ обширного экспериментального материала о развитии биологических систем от клетки до биоценоза показал, что это критическое соотношение характеризует диапазон сохранения качественных свойств системы. Кроме этого. было установлено, что в процессах развития существенно представлены и более мелкие критические соотношения, например для процессов экспоненциального типа в е раз. Исследование условий, при которых происходит синхронизация равномерных критических рубежей и критических рубежей процессов экспоненциального типа (границы которых имеют соотношение в е раз) привело к представлениям об элементарном цикле нли звене (ячейке) развития, в котором выделяется аллометрическая фаза (характеризуемая соотношением ее) и фаза перестройки, после которой начинается качественно новый цикл развития.

Анализ критических рубежей в развитии земной коры, выполненный нами вместе с геологами академиком Б. С. Соколовым и членом-корреспондентом АН СССР В. Д. Наливкиным, показал, что рубежи геологической истории соответствуют расчетным рубежам цикла развития. Для построения полной системы рубежей геологической шкалы с оценкой уровней их значимости оказа,чось достаточно знать две исходных величины — длительность галактического года и возраст одного из наиболее сильно проявленных рубежей. Использование выявленных критических нонстант дало возможность описать качественно однородные диапазоны изменения характеристик различных развивающихся систем. Исследования, проведенные после выхода книги 1982 г., позволилп ввести уравнение, модель и иерархию процессов развития и поставить им в соответствие иерархию критических констант.

Рассмотрение обширного экспериментального материала показало единство ритмической структуры Солнечной системы, Земли и биологических систем, как во временнбм, так и в про и в пространственном ескнх ритмов, ритаспектах. Реперные точки синхронизации космических тся установленмов тел Солнечной системы и биоснстем определяются ным нами набором критических констант (Жирмунский, Кузьмин, 1986; Кузьмин, Жирмунский, 1986; Уй!гпшпзку, Кцхгп!и, 1988).

Эти результаты потребовали нового рассмотрения проблемы и новой книги с названием, более отвечающим расширенному к кругу исследуемых явлений, которую мы представляем на суд читателей. ПРЕДИСЛОВИЕ В книге рассматривается одна из важнейших проблем естествознания — законы развития как живой, так и неживой природы. Авторы книги — известный биолог А. В. Жирмунский и специалист по моделированию самых различных систем В.

И. Кузьмин — изучают этот вопрос более 1О лет и собрали огромный материал, обосновывающий их выводы. До недавнего времени исследования процессов развития носили описательный характер. При этом исходили как из эволюционных моделей развития, что чаше было свойственно биологам, так н эволюционно-революционных — более типичных для специалистов, занимавшихся развитием неживых объектов. В первом случае обычно не рассматривался вопрос о смене этапов развития, а во втором — часто не анализировалась регулярность смены эволюционных этапов революционными перестройками. Оставались открытыми и вопросы о том, насколько специфичны моменты наступления нового этапа развития и существуют ли некоторые общие закономерности смены этапов в развитии. Именно этой проблеме посвящена предлагаемая читателю книга. Особенностью подхода авторов к проблеме является учет релаксационных (запаздывающих) реакций на текущий процесс развития.

Доказывается, что развитие подчиняется экспоненциальной или степенной зависимости и что имеется четкая регулярность в смене эволюционных этапов революционными перестройками. Обосновывается соотношение размеров (или длительностей) эволюционных этапов и этапов перестройки. На обширном фактическом материале, собранном из различных областей знаний, а также аналитически, показано, что в основе этих соотношений лежит число Непера — е (основание натуральных логарифмов). Чем значительнее революционные перестройки, тем реже они происходят и тем в более высокой степени фигурирует это число. Выведено универсальное уравнение развития, представленное дифференциальным уравнением с запаздывающнм аргументом.

В природе одновременно протекают самые различные процессы развития; они влияют друг на друга, искажая строгие закономерности. Поэтому естественно, что выявленные закономерности проявляются в большинстве случаев лишь как тенденции, а не как строгие математические соотношения. Авторы настоящего предисловия ч у аствовали в исследованиях А. В.

Жи м могут подтвердить, что эти тенденции сох а лемам развития Земли тенденции вохр няются как в развитии рам, по массам и даже, , так и в распределении различных р х объектов по разме- многочисленные примеры. е, по-видимому, по эне гиям; р; этому имеются Таким об а р зом, можно считать, что пол ченн общее значение для есте ученные выводы имеют ретическпх и практических работах Кол~ ~~мыы мней г 'б проведения ряда мероп вней (ру ежей) могут стать тео ет риятии, связанных с ох аной п и р ической базой для циональной эксплуатацией био р ой природы и ра- геологии, в частности пр~ ей иологических ес сов. р ур . Они важны в шкалы и в практической сфе е п и п при построении единой ст Они важны также для прогнозирования азличн й сфере при поисках полезных ископаемы .

ых. построения естественны. различных событий, для ых классификаций. Самое же чение имеет их универсально т . ьность для различных природных систем. 29 апреля 1988 г. Академик Б. С. Соколов, член-корреспондент АН СССР В. Д. Н аливкин ОТ РЕДАКТОРА Авторы этой книги академик Алексей Викторович Жирмунский и доктор технических наук Виктор Иванович Кузьмин — увлеченные, талантливые и отчаянные исследователи. Многие, наверное, помнят дискуссии, которые возникали в конце 70-х и начале 80-х годов после появления их первых работ по критическим уровням развития природных систем. Эти дискуссии постоянно возникали даже при обсуждении отдельных разделов их исследований— в близкой мне области популяционной биологии, в области биологии развития, в области цитологии.