САМООРГАНИЗУЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ (systemity) wrote,
САМООРГАНИЗУЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ
systemity

Category:

ИССЛЕДОВАНИЕ САМООРГАНИЗУЮЩИХСЯ СИСТЕМ (IIIa)

Часть IIIa.  Планетарная демография

Продолжение, см. часть  I:  http://systemity.livejournal.com/38531.html
                             часть II:
http://systemity.livejournal.com/39358.html
                             а также:
http://systemity.livejournal.com/27211.html
   
    Здесь речь пойдёт о доказательстве того, что всё население нашей планеты в целом представляет собой самоорганизующуся систему, несмотря на то, что состоит более, чем из двухсот государств, каждое из которых управляется своим собственным правительством и живёт по своим собственным законам, а также, несмотря на то, что люди населяют не только материки, но и отдалённые от густонаселённых районов острова.
   

Данные, подобные приведённым в этом разделе, не могли быть получены ранее, поскольку демография, как наука, всегда оперировала и оперирует правилами арифметики (даже, если порой при этом привлекаются мудрённые методы высшей математики), в то время, как самоорганизующиеся системы этим правилам совершенно не подчиняются. При "арифметическом" подходе, основанном на планарной логике, из которой и вытекает принцип аддитивности, получают набор препарированных органов исходного организма, вынужденно веря в то, что при этом ничего не потерялось и не ушло в сучок. Собственно говоря, ничего иного и не остаётся делать, поскольку, как я говорил в предыдущих постах, методов прямого анализа самоорганизующихся систем не существует. Практически все согласны с тем, что целое больше суммы его частей, но на практике эта парадигма не сильно отличается от утверждения, что "лучше быть здоровым и богатым, чем бедным и больным", поскольку универсальных методов реконструкции целого из его частей не существует также, как не существует универсальных подходов к достижению здоровья и богатства. При этом абсолютно ни у кого не возникает сомнений в том, что дальше "так жить нельзя", поскольку чтобы сомневаться, положено видеть или слышать то, в чём необходимо сомневаться.
   

Я здесь не буду рассказывать об основах демографии, поскольку, во-первых, демографией России поголовно интересуются, как истинные патриоты, так и истинные недоброжелатели, а, по-вторых, потому, что каждый заинтересованный читатель без труда может в интернете получить исчерпывающую информацию об этой науке, имеющей давнюю историю. Демография во второй половине прошлого века из чисто научной дисциплины стала превращаться в науку с большим потенциалом практического применения. В неё ныне вовлечено огромное число учёных и практиков, многие престижные университеты выпускают специалистов по различным демографическим дисциплинам. Существует множество международных проектов с солидным бюджетом (например, Глобальный Демографический Проект, поддерживаемый The Consortium for International Earth Science Information Network (CIESIN) при Колумбийском Университете).
    Используя супер- и просто компьютеры, можно, например, вычислить, что к 2050 году при коэффициенте фертильности (среднее число рождений, приходящихся на одну женщину) 1.7 население планеты Земля составит ~7.7 миллиарда жителей, при коэффициенте 2.2 - ~9.0, при коэффициенте 3.9 - > 13. Как говорится, поживём - увидим. Ну, а если с прогнозами будет что-то не так, то это можно будет всегда списать на миграцию магнитного полюса, необычную солнечную активность или на новые штаммы гриппа, повлиявшие на живучесть сперматозоидов. Как говорится у нас, у учёных, было бы что объяснить, а как объяснить - это дело техники. Как вы сами понимаете, такая "планетарная демография" очень сильно зависит от демографов, в то время как население нашей планеты женится, рожает и умирает, не имея ни малейшего представления о том, кто и как его демографирует, поэтому ненароком может сильно подставить этих людей с их прогнозами на будущее.           
     Учитывая характер аудитории, которая будет читать этот мой опус, я решил поставить телегу с результатами впереди лошади техники эксперимента. По этой причине часть III состоит из трёх подразделов: а), b) и с). В первом из них приведены результаты, которые, как мне кажется, вызовут желание подумать, как о жизни земной, так и о божественном проведении, сочинившем весьма хитрую схему градации национальных сообществ людей. Здесь же я приведу краткое описание использованных идей и методов, а также минимальную информацию, необходимую для самостоятельного осмысления результатов. О втором разделе (b) я скажу ниже. Скептикам и просто интересующимся использованной техникой эксперимента посвящён третий раздел (с) третьей части, где приводятся детали и объяснения. Должен особо подчеркнуть, что техника эксперимента, включающая разработанную нами компьютерную программу MeaningFinder,  подробно описана мною в статьях и представлена тремя патентами США, ссылки на которые будут приведены во третьем разделе. Для того, чтобы читатели не отвлекались на упрёки, подозрения, сомнения, должен особо подчеркнуть, что в технике эксперимента нет ничего личного. Она основана хоть и на весьма необычных, но вместе с тем очень простых и ясных идеях, причём эта техника абсолютна невосприимчива к каким-либо коррекциям в процессе своего функционирования. Каждый объект исследования неотделим от всей совокупности объектов и проходит одинаковый путь от популяционной пирамиды (что это такое, я уже объяснял) до конечного результата. Разрыв по времени публикации трёх разделов третьей части запланирован мною ещё и потому, что могут последовать какие-то вопросы, на которые я смогу потом подробно ответить в методической части. 
    
Объяснения, пояснения, замечания


    1.
Каждая человеческая популяция описывается с помощью популяционной пирамиды, отражающей долю людей определенного возрастного интервала в общей численности населения. В данной работе в качестве основы для вычислений использовались только лишь популяционные пирамиды 220 стран за 2000 год и никаких дополнительных данных. Таким образом, каждая страна характеризовалась распределением по 34 когортам (пео пять лет каждая) - 17 для мужчин и 17 для женщин -  в интервале возрастов по годам от 0 до 80+ лет. Каждая пирамида хранит в себе историю рождений и смертей в популяции в некой интегральной неявной форме.  

    2. В 1970г Eric Pianka предложил теорию r/K-отбора (Eric Pianka. (1970). On r and K selection. American Naturalist 104, 592-597). В настоящее время эта теория является общепризнанной, в этой области опубликовано большое число работ. Расхождение мнений здесь касается в основном способов интерпретации исходной идеи для конкретных объектов. Eric Pianka предположил, что под давлением условий окружения живые существа способны к двум видам реакции, соответственно, к эволюции по двум возможным путям. В условиях нестабильного и непредсказуемого окружения популяция живых существ превалирует стремление к как можно более интенсивному воспроизводству себе подобных. Это и есть r-отбор. В стабильном и предсказуемом окружении превалирует К-отбор, который характеризуется максимально возможным использованием ограниченных источников жизнеобеспечения. При r-отборе размер популяции может быстро разрастаться, в то время, как при К-отборе размер популяции, как правило, стабилен. r-Отбор характерен для бактерий, насекомых, сорняков, грызунов малого размера и т.д. К-Отбор характерен для таких крупных животных, как слоны, киты и т.д., для человекообразных обезьян и человека. Смешанный rK-отбор характерен, например, для деревьев, которые медленно растут, но одноразово производят огромное количество плодов, из которых могут вырасти новые деревья.

    3. Теорию r/K-отбора я использовал для интерпретации популяционных пирамид. Боже сохрани, если кому-то придёт в голову, что я пытался сравнивать какие-то нации с сорняками, со слонами, с крысами. Речь идёт всего лишь о реакции человеческой популяции на изменяющиеся условия внешней среды. Это - или экономная трата доступных продуктов, максимально продуманное распределение их между членами популяции по мере потребности, что самым тесным образом коррелирует с тщательным обдумыванием и целесообразности брака, и целесообразности детопроизводства, заботе о детях, появление каждого из которых в семье - факт экстраординарный, связанный с ограничением потребностей других членов семьи. r-Отбор - это в больше степени стремление создать как можно больше себе подобных с целью получения определенных преимуществ, которые даёт большая семья. Как бы сильно родители не любили своих детей, как бы тщательно они не заботились о них, само собой понятно, что при r-отборе, как правило, реальная эффективность заботы будет ниже, чем при К-отборе. Следует отметить, что гипотеза r/К отбора вытекает из уравнения роста популяций, предложенного в 1838 году Пьерром-Франсуа Верхулстом, т.е. имеет довольно давнюю историю. Констатнты r и К являются константами этого уравнения.                            

     4. Мною были рассчитаны две модельные популяционные пирамиды. Для К-отбора популяционная пирамида включала в себя равные концентрации для всех когорт, как для стариков, так и для новорождённых. Для r-отбора модельная популяционная пирамида строилась таким образом, чтобы концентрация каждой когорты была на определенный процент ниже когорты предшествующего ей возрастного интервала (коэффициент убывания или коэффициент смертности). Затем с помощью ранее запатентованного мною метода, названного "инфотиристором", определялись коэффициенты несходства (dissimilarity coefficients) между популяционными пирамидами каждой из 220 стран и модельными К- и r-пирамидами. Оказалось, что коэффициенты несходства r- и К-моделей с популяционными пирамидами 220 стран связаны друг с другом чёткой линейной зависимостью. Наилучшей корреляции соответствовал коэффициент убывания (смертности), равный 30%. В дальнейшем для оценки степени преобладания К-отбора использовались dissimilarity coefficients популяционных пирамид с r-моделью, которые в дальнейшем обозначались как К - коэффициенты сходства с К-моделью популяционной пирамиды. Оказалось, что наибольшему значению К соответствовует популяционная пирамида Монако, а наименьшему - Уганды. В дальнейшем К вычислялось в процентах: 100% для Монако и 0% для Уганды.  

    5. Следующим шагом было определение того, насколько каждая страна на основе её популяционной пирамиды привязана к тотальной системе народонаселения Земли, которая, как предполагалось, является самоорганизующейся системой. Для этой цели  был использован приём, кратко описанный мною во второй части. Популяционная пирамида для каждой страны подвергалась иерархическому группированию, техника которого будет подробно описана в третьем разделе. При этом получали только корневое иерархическое дерево, представляющее из себя две ветви, начинающиеся от корня. Затем в систему из популяционных пирамид 220 стран добавлялись идентичные копии одной из них. Число копий, при котором одна ветвь иерархического дерева начинала соответствовать только лишь копируемой пирамиде и её копиям, а другая - всем остальным 219 пирамидам, соответствовало значению коэффициента связанности (coefficient of connectedness, СС) данной страны со всеми странами, входящими в самоорганизующуюся систему народонаселения Земли. СС соответствует число копий данного элемента системы, при котором он отрывается от системы и образует автономный нефункциональный сектор. Здесь действует принциа, согласно которому не возможно существование самоорганизующейся системы, состоящей из идентичных компонентов, взаимодействующих идентичным образом.
     Этот метод определения коэффициента связанности был применён мною и к другим системам. Например, исследовались метеорологические особенности 220 городов США.  В качестве параметров были использованы средние за последние 30 лет значения различных метеорологических параметров по месяцам. Для каждого города использовалось 138 метеорологических параметров. И здесь метод копирования показал наличие чёткого группирования, несмотря на то, что в каждой из групп колебания параметров значительно варьировали. В формате блога эти данные по метеорологии подать и обсудить не представляется возможным из-за необходимости приводить огромные таблицы и множество графиков.  

     6. Наконец, самая важна часть вступления. Возникает резонный вопрос: при чём здесь способность системы к самоорганизации? Ответ на этот вопрос заключен в принципе, лежащем в основе эксперимента. С первого же шага в обработке исходных данных с помощью ранее запатентованной мною технологии, называемой эволюционная трансформация матриц сходства, любой набор элементов превращается в нечто, имитирующее самоорганизующуюся систему. Обработка исходных данных построена на итеративной трансформации и первый же шаг такой обработки приводит к тому, что к образующейся при этом самоорганизующейся системе невозможно что-либо добавить или что-либо удалить из неё. Малейшее вмешательство приведёт к непредсказуемому искажению исходной информации. Иными словами, для каждого набора исходных данных существует одно единственное решение, единственный результат. Более подробно об этом - во третьем разделе третьей части.  

Результаты

    На рисунке 1 приведена зависимость коэффициента связанности каждой популяционной пирамиды (значения СС) с системой  популяционных пирамид 220 государств. Можно видеть, что все государства представлены в виде двух распределений, напоминающих по форме гауссовы кривые. Левое распределение (светлые кружочки) соответсвует r-модели популяционных пирамид, правое (тёмные кружочки) - К-модели. Ниже приведены выборочные данные, показывающие государства, наиболее характерные для этих двух моделей, а также государства, лежащие в области перехода между ними. Граница между r- и К-зонами приходится на значение К, равное 55, т.е. почти по середине между этими двумя распределениями, причем значения СС в максимуме обоих распредений близки. К-группу составляют 33.6% государств, r-группу - 55.0% и переходную rК-группу - 11.5%.


 

Значения К для государств, соответствующих области максимума r-распределения (К=16-28):

Гамбия-16.1,Кения-16.1,Руанда-16.5,Сомали-16.5,Ангола-16.7,Танзания-17.0,Мозамбик17.3,Нигерия-17.8,Сенегал-18.6,Оман-19.6,Ирак-19.7,Афганистан-19.9,Саудовская Аравия-20.5,Джибути-20.8,Конго(Браззавиль)-21.5,Никарагуа-21.9,Сирия-22.3,Эритрея-23.1,Лаос-23.4,Гана-24.0,Камбоджа-24.0,Гондурас-24.3,Намибия-24.5,Гватемала-24.8,Зимбабве-24.8,Гаити-25.1,Непал-26.1,Иордания-26.9,Таджикистан-27.7.

Значения К для государств, соответствующих переходной группе (К=50-62):
Панама-50.9,Азербайджан-51.0,Ливан-51.4,Турция-51.4,Албания-53.7,Казахстан-56.0,Гренландия-56.3,Шри Ланка-57.4,Северная Корея-57.7,Чили-59.5,Таиланд-61.0,Китай-61.4.

Значения К для государств, соответствующих области максимума К-распределения (К=80-92):
Гонконг-80.3,Румыния-80.9,Канада-81.9,Украина-81.9,Лихтенштейн-82.8,Эстония-82.8,Хорватия-83.8,Латвия-84.3,Словения-84.6,Норвегия-84.6,Франция-85.5,Финляндия--85.5,Люксембург-85.5,Чехия-85.5,Венгрия-85.7,Португалия-85.9,Англия-85.9,Голландия--86.3,Дания-87.8,Болгария-88.4,Бельгия-88.7,Швеция-89.0,Австрия89.2,Швейцария-89.5,Греция-90.3,Испания-90.6,Германия-91.9,Япония-92.2, Сан-Марино-93.8, Италия-95.1.
 

    Свидетельством того, что все 220 государств являются единным целым (единной системой), является тот факт, что если определить зависимость СС vs К, взяв по отдельности популяционные пирамиды со значениями К 0-56 и 56-100,  то чёткость обоих распределений (в особенности К-распределения) резко нарушается.
    Из r-распределения выпадают нефтедобывающие государства (Объединённые Арабские Эмираты, Катар, Кувейт, Бахрейн, Бруней, Ирак, Саудовская Аравия, Оман, Джибути, Туркмения) и некоторые небольшие, отдалённые от материков острова (Северные Марианские острова, Cape Verde, Фиджи, Гренада, Sao Tome&Principi, Кирибати, Таити, Тонга). Обе группы исключений только лишь подтверждают правило, т.е. вывод о том, что мы имеем дело с планетарной самоорганизующейся системой народонаселения. Что таксается нефтедобывающих стран, то для них популяционные пирамиды не отражают ситуацию с коренным населением. В этих странах существует жёсткая (искусственная) имиграционная политика. Так, в Объединённых Арабских Эмиратах иностранная рабочая сила составляет примерно 3/4 населения. Что же касается небольших сильно отдалённых островов, то понятно, что их участие в системообразовании резко затруднено. Между тем основная часть островного населения Земли активно вовлечена в самообразующуюся систему народонаселения. Это видно из рисунка 2, где тёмными кружками обозначены островные государства.



  Таким же методом на рисунках 3-7 выделены, соответственно, африканские государства (рис. 3), латиноамериканские государства (рис. 4), государства, население которых исповедует ислам (рис. 5), азиатские государства (рис. 6), европейские государства (рис. 7). Поскольку я принципиально не намерен заниматься интерпретацией полученных данных, каждый читатель волен делать свои собственные выводы из представленной мною информации. Здесь вроде бы всё ясно. Что соответствует r- и К-моделям популяционной пирамиды и каким образом  население  в обоих случаях реагирует на условия внешней среды я, мне кажется, объяснил в доступной форме. Если будут вопросы, с удовольствием на них отвечу не только в комментариях, но и более подробно в дополнении к третьему разделу третьей части. Для наглядности свожу полученные данные в табличку.
______________________________

__________

_____________________________
Особенность государств                 % соответствия r-модели    % соответствия К-модели   
_____________________________________________________________________

Островные государства                                 53.1                               46.9
Африканские государства                              98.5                                 1.5*
Латиноамериканские государства                  61.5                               38.5
Государства, население которых
исповедует ислам                                          100.0                               0.0
Азиатские государства                                    62.0                               38.0
Европейские государства                                 5.7**                             94.3
_____________________________________________________________________
*  - Израиль
** - Азербайджан, Турция, Албания

И, наконец, привожу график, который в наглядной форме демонстрируют, что такое r- и К-отборы. На графике (рис.8) по оси абсцисс отложено значение коэффициента К, по оси ординат - значения коэффициента сходства с r-моделью популяционной пирамиды. По высоте отложен коэффициент фертильности. Четко видно,что



r-популяции рожают значительно интенсивнее К-популяций. Также примерно выглядят графики по рождаемости и по смертности. Не стоит наверное говорить, что r-государства невыразимо беднее К-государств. Дело по-видимому не нефти, а в мозгах руководителей государств, усилиями которых создаётся среда, на которую население вынуждено откликаться r-отбором. 
Во втором разделе (b) третьей части я продемонстрирую, чем отличаются популяционные пирамиды государств, отнесённых к r- и К-группам. Отличия здесь весьма существенные и многое объясняющие.

Немного не по теме

    Поскольку серия сообщений, которые я публикую в LJ, рассчитана не на научных работников, а на любого эрудированного человека, хотя бы изредка задумывающегося о смысле жизни и о реальной значимости предметов и событий, с которыми он сталкивается, то, думаю, будут полезны высказанные здесь мною мысли о более широком понимании роли r- и К-отбора.   
    В мире бактерий существуют две полярные группы видов и большое количество переходных форм. К одной из этих полярных групп принадлежат бактерии, которые при наличии субстратов питания  размножаются экстремально быстро. К ним относятся: бактерии чумы, бактерии холеры, бактерии кишечной группы и т.д. Например, при заражении лёгочной чумой человек может умереть в течение суток. Бактерии этой группы могут делиться за считанные минуты. Морфологически эти бактерии выглядят, как толстые "упитанные" палочки, и имеют гладкую поверхность, если смотреть на их увеличенное изображение. Ко второй полярной группе относятся т.н. олиготрофные бактерии. Эти бактерии растут чрезвычайно медленно - неделями и месяцами. Они прекрасно себя чувствуют в среде с ничтожно малым содержанием субстратов, необходимых для роста. Самым большим несчастьем для этих бактерий является не недостаток пищи, а наоборот - её избыток. Во втором случае они принимают инволюционные формы, лопаются и лизируются, т.е. растворяются. Морфология этих бактерий (это - т.н. гифомикробы, стебельковые бактерии, стеллы и т.д.) чрезвычайно причудлива. Они выглядят как звёзды, как палочки со стебельками или длиннющими образованиями, называемыми гифами.
    Главное отличие между бактериями, принадлежащими к этим двум группам (понятно, что речь здесь идёт о r- и К-группах, соответственно), состоит в следующем. Быстрорастущие бактерии покрыты большим количеством равномерно распределённых т.н. активных ферментных комплексов. Каждый такой ферментный комплекс - это находящийся в прямом контакте набор всех механизмов, которые необходимы для роста и развития - в какой-то степени аналог набора для выживания в экстремальных условиях, который придаётся участникам диверсионных групп. У олиготофных же бактерий все функции локализованы на различных мембранах, т.е. имеет место чёткое "разделение властей": каждый вид мембран, пространственно отделённых друг от друга, выполняет какую-то специфическую функцию. При нормальных условиях жизнедеятельности, т.е. в средах с ничтожно малым содержанием питательных веществ, между этими функциями существует корректировка, но в условиях, когда концентрация продуктов питания в среде значительно возрастает, то синтез АТФ - биологического эквивалента энергии (эквивалента валюты в человеческом обществе) происходит со значительным опережением на специфических энергопроизводящих мембранах, и координация между различными многочисленными функциями бактериального организма и синтезом энергетической валюты резко нарушается. Наступает анархия, полный ступор, развал системы управления и т.п., выражаясь фигурально,  экономический и финансовый кризис.  В подобных условиях быстрорастущие бактерии чувствуют себя превосходно. Число активных ферментных комплексов растёт, бактерии начинают всё быстрее и быстрее делиться, поскольку в активном ферментном комплексе всё находится рядом и управление не требует больших усилий. Каждый райком, простите, каждый активный ферментный комплекс действует по единной системе и управляется единным генетическим аппаратом бактерий (партией и правительством).
    Вот такая история из мира бактерий. Вопрос к Залу: не вызывает ли это у вас аналогий с тоталитаризмом и демократией и желания более глубоко осмыслить роль гражданского общества, равно, как и его слабости? Равно, как и способность тоталитарных режимов преуспевать в некоторых организационных вопросах, например, в борьбе с преступностью, в коллективизации, в гигантских стройках коммунизма и т.п? А также желания поразмышлять о роли больших запасов нефти и газа в стране (источник валюты)? Хотя люди очень отличаются от бактерий, но мы ведь все оттуда. Оттуда, где жизнь зародилась и эволюционировала. Согласно покойному Гегелю, взаимоотношение межу r- и К-моделями роста и развития  можно назвать борьбой противоположностей. Если актуализировать приведённые аналогии, то станет понятно,  что Путин с компанией упорно строят r-Россию в пику К-Америке.  

 

 



 

Tags: bacteria vs. humans, democracy, oil&gas, r-selection, self-organization, totalitarionism, К-selection
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Comments allowed for friends only

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 11 comments