ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Моделирование гомеостаза методами пространства состояний из "Теория управления и биосистемы Анализ сохранительных свойств" Одной из ранних моделей реальных экосистем является модель водного экологического сообщества Силвер Спрингс во Флориде, разработанная Ю. Одумом [148, 343]. Структура этой системы иллюстрируется рис. 6.9. [c.192] 6 9 Экологическая система Силвер Спрингс. В модели рассматриваются следующие популяции, составляющие экосистему растения (продуценты) — /, травоядные —2, хищники первого уровня —3, хищники второго уровня —4, редуценты —5. Все величины даны в ккал1м год Потоки органического вещества в систему поступают через блок 1 — в результате процессов фотосинтеза, и через импорт органического вещества —хлеб, бросаемый в воду туристами. [c.193] Приведем теперь схему компарт-ментальиой модели экосистемы к интересующему нас виду с явным заданием первичных и вторичных темпов, как это было проделано в разд. 6.5. [c.194] Для компартмента редуцентов первичный темп есть, очевидно, темп их энерготрат на дыхание. [c.195] Коэффициент к в первой строке определяет здесь продуктивность в компартменте / численное значение его можно определить, зная общую продукцию органического вещества и калорическое содержание компартмента в стационарном состоянии. В нашем случае к = 20810/3421,6 = 6,08. Вводя коэффициент А, мы делаем более реалистическое предположение о величине потока органического вещества, чем это было в исходном примере величина теперь зависит от количества фотосинтезирующих организмов. Остальные элементы матрицы т,/ — темпы потребления биомассы г-го компартмента организмами /-го компартмента, I = 1, 2, 3 / = 2, 3, 4. Компартмент, соответствующий организмам-редуцентам 5, удовлетворяет свои энергетические потребности за счет темпов отмирания организмов в компартментах 1—4. [c.195] В этом случае блок-схема экосистемы принимает вид, показанный на рис. 6.11, где матрицы А, Р м Q определяются (6.79) — (6.81). [c.196] Система стремится к стационарному состоянию, с одной стороны, изменяя биомассу в различных компартментах и тем самым меняя величину потребностей системы, т. е. ее первичные темпы, а с другой стороны, стремясь удовлетворить эти темпы за счет регулирования вторичных темпов. [c.196] Эта модель является, конечно, простейшей моделью процессов в экосистеме ее можно рассматривать как компартменталь-ную модель распределения энергии. В более сложных случаях следует учитывать не только суммарную характеристику процессов — калорическое содержание компартментов, но и специфические компоненты системы. В экологических моделях часто используется специфическая терминология компартментального анализа. Так, в [58] говорится о камерных моделях, где под камерами понимаются пространственные области. [c.196] В этой части исследуются системы организменного уровня, на котором сохраиительные свойства биосистем проявляются, по-видимому, наиболее полно. [c.197] Если условия среды совместимы с жизнью, то как бы ни менялись характеристики процессов жизнедеятельности в физиологических системах, адекватное снабжение организма, его систем и тканей в среднем за некоторые достаточно большие промежутки времени не нарушается, и стационарное неравновесное состояние сохраняется. [c.197] Нарушаться может лишь постоянство внутренней среды — гомеостаз систем. Поэтому целью анализа в этой части книги является исследование лишь одной стороны сохранительных свойств биосистем — гомеостаза. [c.197] Достижение и поддержание стационарного неравновесия системы формулируется в терминах теории управления как обычная задача обеспечения равенства задающих и управляемых сигналов в ее компартментальной модели, но в роли задающего сигнала теперь выступают темпы потоков вещества и энергии, необходимо расходуемых в процессах жизнедеятельности, а в роли управляемого сигнала — темпы потоков вещества и энергии, направленных на восстановление энергетических трат в системах и органах животного организма. [c.198] Картина динамических процессов, протекающих в компартментальных моделях физиологических систем в изменяющихся условиях среды, по сравнению со свойствами классических моделей теории автоматического регулирования оказывается значительно богаче и более полно воспроизводит многочисленные аспекты процессов жизнедеятельности физиологических систем. [c.198] Угроза животному организму связана со следующими тремя видами опасности химическими или физическими воздействиями среды, нападением микрохищников — патогенных бактерий и вирусов, грибов и простейших организмов, и, наконец, нападением различного рода макрохищников . Для защиты от них организм обладает соответствующими механизмами, начиная от вегетативных реакций физиологических систем, фагоцитоза, воспалительных реакций и процессов заживления, явлений иммунитета и кончая индивидуальными поведенческими реакциями и коллективными механизмами защиты [87]. Мы будем иметь дело только с первым видом опасностей — изменением условий среды — и с низшим уровнем ответных реакций организма и его систем — механизмами гомеостаза, осуществляемыми физиологическими регуляторными системами. [c.199] Целью физиологических механизмов управления является сохранение стационарного термодинамически неравновесного состояния организма. Если процессы управления на рассматриваемом уровне физиологических систем организованы достаточно хорошо, а условия среды не предъявляют чрезмерных требований к ресурсам системы управления, то кроме обеспечения стационарности возникает возможность поддерживать и гомеостаз — постоянство условий во внутренней среде. Соотношение между этими двумя целями в биосистеме было подробно рассмотрено в разд. 1.7. [c.199] Заданная интенсивность функционирова ния. При моделировании физиологических систем обычно исследуется случай неизменности системы во времени, когда процессы онтогенетического развития оказываются за пределами рассмотрения. Тогда первичные темпы энерготрат определяются только высшими регулирующими центрами организма и не зависят от характеристик самой системы (например, от ее размера). Физиологические механизмы регуляции не могут изменить величин первичных темпов, установленных центральной регуляцией в организме. [c.200] в условиях основного обмена темпы потребления кислорода, выделения СО2, темп теплопродукции и т. д. определяются только режимом функционирования организма. Уровень основного обмена не является физиологически регулируемой величиной. Он установлен природой и необходим для поддержания целостности и возбудимости тканей , — пишет К. П. Иванов [79]. [c.200] Изменение режима функционирования организма, его физическая активность при данных условиях среды однозначно определяет темп обмена веществ в организме и, следовательно, первичные темпы потоков веществ и энергии во всех компартментах модели. [c.200] Рассмотрим этот вопрос подробнее, вернувшись к принципиальной схеме регуляции в организме животного, изложенной б разд. 1.2. Уровень физиологического управления, на котором обеспечивается гомеостаз и энергетическое снабжение систем и органов организма, отвечает рис. 1.2, б, где энергетическая потребность определяет должные темпы протекания процессов в системе. [c.200] Вернуться к основной статье