§ 2. Устройство живых систем

Вопрос 1. Что общего и в чём различия между этими фактами? Сформулируйте главный вопрос урока.

Как осуществляется регуляция?

Вопрос 2. Что такое регуляция? (§ 1)

Регуляция — это процесс нормализации, упорядочивания каких-либо функций организма.

Чем отличается устойчивость камня от устойчивости организма?

Камень обладает статической устойчивостью (закрытая система), устойчивость живого организма – динамическая (открытая система).

Как физиологические функции организма связаны с его устойчивостью? (§ 1)

Устойчивость поддерживается регуляцией, а регуляция организма происходит за счет физиологических функций.

Вопрос 3. Чем вызваны изменения температуры утюга?

Сначала утюг включили в электросеть, он нагрелся до определенной температуру, датчик отключился, после остывания ниже определенной температуры датчик снова сработал на нагрев.

Вопрос 4. Как устроен и действует регулятор температуры утюга?

Суть регулирования заключается в подключении нагревательного элемента, когда температура ниже заданной и отключении, когда она начинает превышать заданный уровень или значение.

Основным компонентом терморегулятора является пластина из термозависимого материала (обычно используется биметалл). Эта пластина является регулирующей, обычно ее можно либо настраивать на заданную температуру вручную (в утюгах, нагревателях воздуха и воды). Эта пластина находится в тепловом контакте с нагревательным элементом или нагревательной средой (воздухом, водой). Кроме этого она управляет электрическими контактами, замыкающими и размыкающими электрическую цепь нагревательного элемента. Если заданная температура ниже установленной, регулирующая пластина изогнута так, что электрические контакты находятся в замкнутом положении и через нагревательный элемент течет электрический ток. Как только температура начинает превышать установленный уровень, пластина изгибается в противоположную сторону, размыкая при этом контакты и отключая нагревательный элемент от электропитания. В регулируемых терморегуляторах изменение значения температуры осуществляется механическим путем. В регуляторе находится специальный шток, который давит на часть регулирующей пластины. Степень давления регулируется при помощи ручки. Чем больше пластина зажата штоком, тем при меньшей температуре она сработает.

Вопрос 5. В чём принципиальное отличие регуляции от управления? В каком случае человек управляет нагреванием утюга, а в каком – утюг автоматически регулирует свою температуру?

Регуляция осуществляется «изнутри» системы, а управление – «из вне» системы.

Человек управляет утюгом, когда подключает его к электросети или регулирует температуру с помощью ручки регулировки нагрева. А регуляция температуры производится самим утюгом: поддержание определенной температуры.

Вопрос 6. Укажите, на каком рисунке изображён пример произвольного управления движением руки и непроизвольной регуляции поведения.

На рисунке 2.5 изображён пример произвольного управления движением руки, а на рисунке 2.6 - непроизвольной регуляции поведения.

Вопрос 7. Почему численность овец на острове не растёт, но и не сокращается, а лишь колеблется в узких пределах?

Прирост овечьего стада зависит от скорости выедания травы, которая может иногда превышать скорость восстановления травяного покрова на острове. Тогда повышается смертность овец, снижается рождаемость ягнят. Через некоторое время травы становится больше, выживаемость и рождаемость растут, стадо снова увеличивается и… опять выедает траву. Чем больше численность овец на острове отклоняется от равновесного уровня, тем сильнее недостаток или избыток травы стремится вернуть численность стада к прежнему уровню. В итоге регуляция с помощью отрицательной обратной связи поддерживает оптимальные условия работы островной экосистемы.

Вопрос 8. Почему существует несколько способов поддержания температуры тела птицы, дублирующих друг друга? Какая система органов позволяет произвольно управлять процессами, происходящими в организме?

Потому что один механизм может иногда не справиться с задачей. В экстренных случаях они могут быть задействованы все вместе. А иногда один из механизмов не сработает в жизненно важной ситуации. Нервная система органов позволяет произвольно управлять процессами, происходящими в организме.

Вопрос 9. Обратите внимание на масштаб численности: во сколько раз она различается в годы вспышек (помечены красным) и в обычные годы? Почему численность листоблошек бывает либо низкой, либо высокой, но редко - промежуточной? Какая связь удерживает численность на одном уровне и какая переводит на другой?

В годы вспышек численность эвкалиптовой листоблошки колеблется от 80 до 380 особей, а в обычные годы не превышает 30?

Потому что новое поколение даёт такой рост численности, который останавливается только в результате объедания листвы, т. е. заканчиваются пищевые ресурсы.

В первом случае (поедание листоблошек птицами) – положительная обратная связь, во втором случае (закончились пищевые ресурсы) – отрицательная обратная связь.

Вопрос 10. Что организм потребляет и какую работу (в физическом смысле) выполняет? Какие химические процессы приводят организм в действие? Чем отличается работа растительного и животного организмов?

Организм потребляет питательные вещества и осуществляет работу по преобразованию этих веществ и энергии, некоторые вещества запасаются и вторично используются.

Химические реакции начинают происходить при смешении или физическом контакте реагентов самопроизвольно, при нагревании, участии катализаторов (катализ), действии света (фотохимические реакции), механического воздействия (механохимические реакции).

Работа растительного и животного организмов практически не отличается. За исключением источника поступления органических веществ.

Вопрос 11. Возможна ли регуляция без обратной связи? Докажите это на примере регуляции любого устойчивого процесса.

Механизм обратной связи – это реакция системы на внешнее воздействие. Более точно можно сказать, что механизм обратной связи – это механизм, определяющий изменение состояния, являющийся реакцией на внешнее воздействие и определяющийся этой реакцией. Стремление к гомеостазу формирует механизмы не только отрицательных, но и положительных обратных связей, так как она компенсируется тенденцией разнообразия.

Вопрос 12. Какой тип обратной связи необходим для роста и развития?

Положительная обратная связь.

Вопрос 13. Какой вид энергии используют живые системы в качестве топлива?

Энергию химических связей, а растения еще и энергию солнечного света для фотосинтеза.

Вопрос 14. Поработайте в паре: один перечисляет черты сходства, а второй – черты различия живого организма и машины.

Вопрос 15. Какой вид энергии используют растения для роста и всасывания воды?

Для роста – энергию света и химических связей, для всасывания воды –

Вопрос 16. Поработайте в паре: один приводит известные вам примеры положительных, а второй – отрицательных обратных связей.

Примеры положительных обратных связей – процессы роста, в цепных химических реакциях. Чем больше людей заболели гриппом, тем больше они заразят других. Чем больше детей родилось, тем больше людей вырастет и родит других детей. Чем больше денег у вас в банке, тем больше дивидендов вы получите и тем больше денег вы будете иметь в банке. Чем больше эрозия почвы, тем меньше растений может на ней расти, тем меньше корней и листьев, смягчяющих удары дождевых капель и ветров, тем больше почва подвергается эрозии. Чем больше высокоэнергетических нейтронов, тем больше они разбивают атомных ядер и тем больше их появляется.

Положительные обратные связи — это источники роста, взрыва, разрушения и коллапса в системах.

Примеры отрицательных обратных связей — аварийная система охлаждения на атомных электростанциях, аккомодация глаза.способность человека потеть или дрожать, чтобы поддержать температуру тела и др.

Вопрос 17. Какая из формул справедлива: Живой организм = ∑ (органов) или Живой организм = f (органов)?

Живой организм = f (органов)

Вопрос 18. Поищите в Интернете примеры проявления положительных и отрицательных обратных связей. (смотрите 16 вопрос выше).