Владимир Петров - Биология и законы развития техники

В пределах вида или достаточно однородной группы близких видов животные (теплокровные) с более крупными размерами тела встречаются в более холодных областях (подтверждается у позвоночных животных в 50% случаев, из которых 75—90% — птицы). Правило отражает адаптацию животных к поддержанию постоянной температуры тела в различных климатических условиях: у более крупных животных отношение площади поверхности тела к его объему меньше, чем у мелких, поэтому меньше расход энергии для поддержания той же температуры, что особенно важно при низких температурах. Чем крупнее животное и чем компактнее форма тела, тем легче ему поддерживать постоянную температуру; чем мельче животное, тем выше уровень его основного обмена. По мнению некоторых авторов, человек также подчиняется правилу Бергмана. Правило сформулировано К. Бергманом в 1847 г. Является следствием правила поверхностей .

Отношение продуцируемого тепла к единице поверхности тела (в м 2) большинства гомойотермных животных выражается приблизительно одинаковыми величинами (порядка 1000 ккал/24 ч). Эмпирически доказано, что средняя величина теплопродукции, которую можно оценивать по количеству потребляемого кислорода, связана с величиной теплоотдачи; последняя тем больше, чем меньше животное. В связи с тем, что масса (объем) растет пропорционально кубу, а поверхность — лишь квадрату поперечника (диаметра), у мелких животных на единицу массы приходится относительно большая поверхность, нежели у крупных. В связи с этим относительная отдача тепла в окружающую среду мелкими животными выше, что и компенсируется увеличенной теплопродукцией. В экологии и биогеографии . Правило сформулировано Ш. Рише в 1899 г. и уточнено М. Рубнером в 1902 г.

По мере продвижения на север, восток и вверх в горы время наступления периодических явлений в жизнедеятельности организмов запаздывает на четыре дня на каждые 1 градус широты, 5 градусов долготы и примерно 100 м высоты.

Для каждого вида животных существует оптимальный размер группы и оптимальная плотность популяции. К. Олли сформулировал принцип в 1937 г.

Закон химической кинетики, согласно которому эффект химического вещества прямо пропорционален его концентрации и реакция А + В = С достигает равновесия сразу, если реализуется условие.

Экстраполируя это отношение на экосистемы, можно заменить концентрацию веществ на степень доминирования видов в системе, и тогда можно выявить соотношения видов в биоценозе.

Виды животных, обитающих в холодных и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела (чаще всего черную или темно-коричневую), чем обитатели теплых и сухих областей, что позволяет им аккумулировать достаточное количество тепла. Например, большая часть оперения пигментов, покровов тела морского льва (Otaria jubata) темной окраски. Закон выявлен К. Глогером в 1833 г.

В процессе накопления или использования энергии часть ее рассеивается (обесценивается, т. е. становится энтропичной), теряя способность производить работу.

Между живыми организмами и окружающей их средой существуют тесные взаимоотношения, взаимозависимости и взаимовлияния, обусловливающие их диалектическое единство. Постоянный обмен веществом, энергией и информацией между организмом и средой материализует и делает пластичным такое единство. Биологические системы на любом иерархическом уровне являются открытыми системами, они получают для своего существования из окружающей среды вещества (химические элементы), энергию (солнечную и химическую) и информацию и отдают в окружающую среду трансформированные вещества, энергию и информацию, таким образом, активно воздействуя (количественно) на нее, изменяя ее. В системе организм — среда наиболее активным является организм (живое вещество) — закономерность, впервые показанная и сформулированная (в форме биогеохимических принципов) В. И. Вернадским.

С ходом времени при получении полезной информации из природных систем на ее единицу затрачивается все большее количество энергии. Так, с начала нашего века до современности количество энергии, затрачиваемое на единицу сельскохозяйственной продукции в развитых странах мира, возросло в 8—10 раз, промышленной продукции — в 10—12 раз.

Масса вещества, поступающего в замкнутую систему, либо накапливается в ней, либо покидает ее, т. е. масса поступающего в систему вещества минус масса выходящего из системы вещества равна массе накапливаемого в системе вещества. Если в результате химических преобразований одно вещество не переходит в другое, то материальный баланс системы по такому веществу может быть представлен следующим образом: количество поступающего в систему вещества х минус количество выходящего из системы вещества х равно количеству накапливаемого в системе вещества х.

Закон сохранения энергии. Первый закон термодинамики

При всех изменениях, происходящих в изолированной системе, общая энергия системы остается постоянной. Другая формулировка: при всех макроскопических химических и физических процессах энергия не создается и не исчезает (не разрушается), а только переходит из одной формы в другую. Закон открыли Н. Майер и Г. Гельмгольц.

Второй закон термодинамики

Процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную (например, тепло горячего предмета самопроизвольно стремится рассеяться в более холодной среде).

Другая его формулировка: поскольку некоторая часть энергии всегда рассеивается в виде недоступной для использования тепловой энергии, эффективность самопроизвольного превращения кинетической энергии (например, света) в потенциальную (например, энергию химических соединений протоплазмы) всегда меньше 100%. Важнейшая термодинамическая характеристика организмов, экосистем и биосферы в целом — способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, т. е. состояние с низкой энтропией . Система обладает низкой энтропией, если в ней происходит непрерывное рассеяние легко используемой энергии (например, энергия света или пищи) и превращение ее в энергию, используемую с трудом (например, в тепловую). Упорядоченность экосистемы, т. е. сложная структура биомассы, поддерживается за счет дыхания всего сообщества, которое, по Ю. Одуму (1975), как бы «откачивает из сообщества неупорядоченность».