Sisteme vii, sisteme deschise

Sisteme vii, sisteme deschise

Lumea vie a fost domeniul in raport cu care s-a resimtit nevoia unei noi abordari, a "unei noi metode de gandire". Faptul ca organismul viu nu este un conglomerat de elemente individuale, independente, fiind un sistem de un anumit tip, care poseda organizare si integralitate si care realizeaza permanent schimburi cu mediul sunt elemente fundamentale care l-au motivat pe Ludwig von Bertalanffy sa formuleze si sa dezvolte initial teoria sistemelor deschise si, apoi, teoria generala a sistemelor.

Analiza utilizarii acestui demers ca metoda de studiu cu aplicabilitate generala a determinat numeroase diferentieri in pozitiile celor care s-au aplecat asupra dezvoltarii si aplicarii metodei in diverse domenii.

Insasi notiunea de sistem a fost subiectul a numeroase controverse in ceea ce priveste definitiile atribuite.

De exemplu, definitia initiala din teoria generala a sistemelor, conform careia sistemul este un complex de elemente aflate in interactiune nu poate explica caracterul sistemic al unitatilor utilizate in biologie - specie, gen, familie sau al sistemului elementelor chimice (Mendeleev), fiind deci prea ingusta.

Din punct de vedere al cercetarii ecologice insa, gandirea sistemica, cu restrictia impusa de existenta influentei reciproce si permanente dintre elemente, serveste demersului stiintific din acest domeniu, chiar daca nu poate explica caracterul sistemic al altor unitati utilizate in cercetarea "actorilor" implicati, entitatile biologice. Cu alte cuvinte, elementele, obiectele cu care opereaza ecologia si pe care le priveste ca fiind sisteme sunt diferite de cele folosite de biologie, fara a fi insa total independente de acestea.

Fenomenele vietii trebuie tratate dinamic, organismele fiind entitati intrinsec active. Prin urmare, pentru a fi posibila aplicarea acestei noi perspective asupra vietii si nu numai, aparatul statistic al termodinamicii s-a dovedit a fi cel mai potrivit, avand in vedere, pe de o parte, faptul ca recunostea sistemele complexe, cu foarte multe elemente, iar pe de alta parte fundamentarea statistica a fenomenelor si proceselor. Cu toate acestea, principiile termodinamicii, obiectul de studiu al acesteia erau sistemele inchise, care nu puteau sa reprezinta corespunzator sistemele vii.

In acest context, Bertalanffy identifica o noua categorie - sistemele deschise. Caracteristicile noilor categorii de sisteme sunt urmatoarele:

Sistemele inchise realizeaza cu mediul extern numai schimburi de energie, astfel ca, lasate de seama lor, tind spre o stare de echilibru caracterizata printr-o cantitate minima de energie libera si prin maximum de entropie si sunt sediul unor procese reversibile;

Sistemele deschise realizeaza cu mediul extern atat schimburi de energie, cat si de substanta, fapt pentru care raman la parametri relativ constanti, desi substanta si energia patrund si ies permanent si sunt

caracterizate de procese ireversibile.

Prin analogie cu criteriile acestei clasificari, studiile empirice iau in considerare si notiunea de sistem izolat, desi nu exista un corespondent in natura pentru un sistem care sa nu fie in permanent schimb de energie cu mediul sau.

Sistemele vii sunt considerate astfel sisteme deschise, care se afla intr-o stare de echilibru dinamic, fluent, respectiv o stare independenta de timp, in care toate marimile macroscopice raman neschimbate si se realizeaza continuu procese de eliminare de substante si de energie.

Deosebirea esentiala fata de echilibrul sistemelor inchise este continuitatea proceselor de transformare din sistemele deschise, fapt care influenteaza si economia lor energetica. Astfel, sistemele inchise (lipsite de viata) nu au nevoie de energie pentru a-si mentine starea de echilibru, respectiv pentru a se indrepta catre starea de echilibru, iar sistemul nu este capabil de travaliu, de lucru, in timp ce sistemele deschise (organisme, ecosisteme) pot efectua un travaliu, "dar pentru oscilatia de la starea de echilibru au nevoie de un permanent torent de energie si substanta."

In termodinamica proceselor ireversibile, Prigogine (1955) nuanteaza notiunea de echilibru, identificand trei categorii, si anume:

- Echilibru, caracteristica a sistemelor lipsite de viata, ca stare ideala, respectiv sistemelor izolate;

- Aproape de echilibru, reprezentand o stare in care sistemele inca nu au atins starea de echilibru, dar tind spre realizarea acesteia, conform principiului al doilea al termodinamicii (sisteme inchise) si

- Departe de echilibru, stare caracteristica sistemelor deschise, respectiv sistemelor vii care, prin fluxul permanent de substanta si energie care le traverseaza, evita alunecarea spre starea de echilibru.

Prin urmare, sistemele in care este organizata viata sunt sisteme deschise, aflate departe de echilibru, dar caracterizate printr-o stare independenta de timp (echilibru dinamic) sustinuta de raportul unitar dintre intrari si iesiri.Caracteristicile sistemelor deschise la particularizeaza net in raport cu cele inchise, dar nu schimba consecintele principiilor termodinamice, respectiv legea conservarii (principiul I) si legea entropiei (principiul al II-lea).

Legea conservarii materiei stabileste faptul ca toate procesele care au loc intr-un sistem sunt procese de transformare, nimic nefiind creat sau pierdut; legea entropiei reflecta faptul ca rezultatele utile pentru sistem, iesite din transformarile specifice sistemelor sunt intotdeauna mai mici decat intrarile atrase, iar sistemele tind spre starea de echilibru, caracterizata de minimum de energie libera si maximum de entropie (energie legata).

Sistemele deschise, sistemele vii au un comportament aparte in raport cu legea considerata de Georgescu-Roegen "tot atat de independenta, ca () legea atractiei universale si tot atat de inexorabila", in sensul ca pot evita degradarea entropica a propriei structuri, dar numai in conditiile mentinerii intrarilor energetice (lumina, hrana, substante minerale).