2015-05-06
1075
Обратная связь – обратное воздействие результатов процесса на его протекание или управляемого процесса на управляющий орган. Обратная связь характеризует системы регулирования и управления в живой природе, обществе и технике. Различают положительную и отрицательную о братную связь. Если результаты процесса усиливают его, то о братная связь является положительной. Когда результаты процесса ослабляют его действие, то имеет место отрицательная обратная связь. Отрицательная о братная связь стабилизирует протекание процессов. Положительная обратная связь, напротив, обычно приводит к ускоренному развитию процессов и к колебательным процессам.
Абсолютно изолированные системы вне связи с окружающей их средой длительное время существовать не могут в силу действия второго начала термодинамики (закона возрастания энтропии). Самые общие закономерности взаимосвязи система – среда обобщены в философски расширенной формулировке принципа дополнительности Нильса Бора. Изначальный смысл этого принципа: при приборном исследовании физического микрообъекта могут быть получены точные данные либо о его поведении в пространстве и во времени, либо о его энергиях и импульсах как о двух взаимно исключающих картинах, «дополняющих» друг друга. В более широком смысле: две взаимосвязанные, но различные материальные системы дополняют друг друга в своем единстве и противоположности.
Без относительного (динамического) равновесия в рамках «общего принципа дополнительности» взаимодействие будет кратковременным: система разрушится. Этого не происходит в силу действия принципа Ле Шателье – Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Из этого вытекает принцип торможения развития: в период наибольших потенциальных темпов развития системы возникают максимальные тормозящие эффекты. В зависимости от силы процесса они могут быть заметны или скрыты ходом этого процесса.
Вещество и энергия могут поступать лишь из окружающей систему среды, и только за счет этой среды может существовать и развиваться любая система. Этот факт отражает закон развития системы за счет окружающей ее среды: любая система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды; абсолютно изолированное саморазвитие невозможно.
Энергия, вещество и информация, поступающие в систему извне и выступающие как факторы ее жизни, действуют не в «чистом» виде, а отбираются и видоизменяются этой системой. Действует принцип преломления действующего фактора в иерархии систем. В силу разных причин этот фактор либо ослабляется, либо усиливается, а чаще всего оказывается неравномерным по силе воздействия с ходом времени. Система немедленно или с задержкой реагирует на возникающие флуктуации.
Более подробно действие обратных связей можно рассмотреть на примере роста численности популяции некоторых видов, к примеру, мелких рыб, в зависимости от наличия пищи (планктона) и наличия рыб-хищников. Чем больше пищи, тем большее число потомков мелких рыб может прокормиться и затем дать новое потомство. При неограниченном количестве пищи и отсутствии хищников и болезней у мелких рыб их численность могла бы неограниченно возрастать. Здесь имеет место положительная обратная связь, выражающаяся в том, что процесс роста популяции рыб ведет к еще большему (в геометрической прогрессии) её росту. В случае наличия рыб-хищников возникает еще одна обратная связь: численность хищников будет влиять на количество корма для них (на количество мелких рыб). Эта обратная связь будет отрицательной. В результате действия обратных связей численность в популяциях является волнообразной и колебания численности будут происходить вокруг некоторого среднего уровня.
Человек и все живые существа, являющиеся саморегулирующимися гомеостатичными системами, живут, главным образом, благодаря негативной обратной связи.
Положительная обратная связь – тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения.
Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её используют в определённых ситуациях, когда требуется быстрая реакция в ответ на изменение внешних параметров. В то же время положительная обратная связь приводит к неустойчивости и возникновению качественно новых систем.
Положительная обратная связь вносит дисбаланс в систему, и, в конечном счёте, существующая система трансформируется в другую, которая оказывается более устойчивой (то есть в ней начинают действовать отрицательные обратные связи).
Рисунок 5.2 – Схема гомеостаза
Задание: ознакомьтесь с главой 10.3 Координация и регуляция, раздел 10.3.3 Гомеостаз (электронный учебник «Открытая биология»).
1 Прокомментируйте схему гомеостаза, представленную на рисунке 5.2.
2 Какие связи существуют в системах любого уровня сложности?
3 Какие связи способствуют устойчивости развития системы (организма)? Приведите примеры.
4 Что называют буферностью среды?
5 Какие механизмы задействованы в процессах восстановления природной среды?
6 Составьте схемы восстановления равновесия окружающей среды после антропогенного (или любого другого) воздействия.
