第五章 控制论研究Word文件下载.docx

1、这一个负反馈过程更为简接，控制者和执行者都有谷氨酸脱氢酶承担。在有机体内，细胞是物质合成的场所，由DNA转录成RNA，由RNA翻译成蛋白质或酶，由酶去合成某种物质。这些蛋白质或物质的合成都不是盲目的，而是受一定机制调节的。真核细胞的代谢调节远比原核细胞复杂得多，有待生物科学的研究进一步证明。细胞代谢的调节机制远不是一个负反馈可以涵盖的，细胞还往往受环境物质的影响，如激素等。但细胞总能避免物质浪费和无节性生产。这里有更复杂的调节机制有待研究。如：在肌细胞中，肌球蛋白和肌动蛋白不会过多，也不会过少。内分泌细胞中激素的合成也恰如其分。细胞中ATP的合成也不会过多或过少。这些都有复杂的调节机制。其中有

2、一部分调节是负反馈调节。在生物个体中，负反馈调节也普遍存在。在人体中，上文提到的血糖的调节就是负反馈。人体对水分的摄取也是负反馈调节。人体水分不足时，细胞外液渗透压升高，垂体分泌抗利尿激素，促使肾脏对水分的重吸收，减少排尿，人体会产生渴的感觉，使人喝水，增加人体的水分。人体水分过多时，细胞外液渗透压降低，垂体减少抗利尿激素的分泌，肾脏排出水分增多，排尿增加，多余的水分排出体外。此外，人体对体温的调节也是由负反馈机制完成的，从而使人体温度保持在37。甲状腺素分泌调节也属负反馈。在植物体中，植物根的向地性；植物茎的向光性；植物对水分的吸收和散失，都是通过负反馈调节的。在生态系统中，种群数量受到负反

3、馈调节的。拿食草动物为例，食草动物数量过多时，草场破坏，许多食草动物在冬季就会冻饿而死，而且食草动物会使食肉动物的增多，食肉动物增多也会减少食草动物。食草动物数量过少时，丰富的草源就会刺激食草动物繁殖，从而使食草动物数量增加。所以生态系统中，食草动物总保持在一定数量。在生态系统中其它物种的种群也都象食草动物一样受到食物或天敌的制约，种群数量增加时，食物减少，天敌增多，使种群数量减少。种群数量减少时，食物增加，天敌减少，种群数量恢复。生态系统就是通过这种负反馈机制保持各种群数量的。生态系统的无机环境也受负反馈机制的调节，如CO2浓度升高，光合作用加强，植物吸收的CO2增多；CO2浓度减少时，光合

4、作用减弱，CO2通过呼吸作用逐渐增多。在社会系统中，价值规律是一个典型的负反馈的实例。某种商品价格高于价值时，生产该种商品就有较高的利润，促使企业进行该商品的生产，最后该商品数量增加，供过于求，价格开始下跌；当该商品价格低于价值时，生产该商品就无利可图，促使各企业放弃该商品的生产，使该商品供不应求，价格回升。通过价值规律使价格总趋近于价值，而在价值上下波动。国家的许多税收制度的一个重要原则就是遵循负反馈的原则，从而使分配得以平衡。总之，负反馈使自然系统稳定、平衡，是自然系统持续存在的基础。负反馈遭到破坏必将给系统的生存带来威胁，使某种物质或物种过多或过少，从而影响系统的持续存在。在人体系统中，

5、胰岛素分泌不足，血糖持续升高，就是糖尿病；体温持续升高，就是高烧；水分缺乏又不能及时补充就会脱水。这些都是人体的血糖平衡、体温平衡、水平衡受到破坏的结果。在绿色植物中，干旱的季节，植物就会通过叶萎蔫来减少水分的蒸发，长期缺水，植物将死亡。在生态系统中，人类的活动可能破坏生态平衡。过度猎杀食肉动物可能会使食草动物猛增，草原破坏。美国曾经发生过大量猎杀美洲豹而使黑唇鹿数量猛增，大量的黑唇鹿因缺乏食物冻饿而死的情况。在生物圈中，人类的工业活动造成的CO2、SO2浓度升高都是生态平衡被破坏的实例。在社会系统中，政府对经济的不正当的干涉也会导致供需失调、产品过剩等经济问题。正常负反馈机制对稳定自然系统的

6、平衡具有非常重要的作用。和负反馈相对的是正反馈，正反馈与负反馈正好相反。当给控制者输入的原输信息是加强（或减弱）时，经系统执行后的回输信息也是加强（或减弱）的，从而使信息的强度越来强或越来越弱。使系统的输出信息偏离目标值。正反馈和负反馈相比，更为不稳定，一般时间较短。链式反应是一个典型的正反馈。一个快中子轰击一个铀核时，铀核裂变成两个小核，同时释放23个快中子，这23个快中子可以轰击23个铀核。这23铀核可以释放69个快中子，从而使裂变的铀核越来越多，同时释放大量能量。原子弹就是利用链式反应制造的。火的点燃，树木的倒下也都是正反馈过程。一根火柴燃烧产生的热量可以使一片木柴达到着火点，这片木柴燃

7、烧就会产生更多的热量使更多的木柴到达着火点，更多的木柴产生的热量也就更多，这样火就会越来越大。被锯断的树木会有一很小的倾角,这个倾角会产生一个重力的力矩使树木更加倾斜,树木的倾斜会使这个重力的力矩更大,这样树木就会倒的越来越快。正反馈必然有这一样一个结果，越来越多或越来越少。细胞的衰老就是一个正反馈过程。其中有一个原因就是由错误积累造成的。基因的错误可以导致蛋白质错误，而做为蛋白质的DNA聚合酶，以及复制修复系统的错误可以导致基因的进一步错误。DNA和蛋白质错误的相互作用是导致细胞衰老的一个主要原因。细胞分裂也是一个正反馈过程，分裂造成细胞数目的增加，细胞数目的增加造成分裂的增加。结果细胞数目

8、越来越多。癌细胞的分裂是生物个体典型的正反馈现象。如把大白鼠肝大部分切除，在头4天内肝的再生很快，1天内约增殖10亿个细胞，可是到了第7天时，肝再生接近完成，细胞增殖速度立即下降，恢复到正常水平，基本不再分裂。这说明正常组织的分裂会随着组织长大，完成而逐渐停止，这里可能存在着负反馈的调节机制。而肝癌细胞却不同，它可不受控制地一直增殖下去，并不因癌组织长大而增殖速度减慢，从而使癌组织越来越大。直到病人的死亡。在人体中，许多疾病的恶化是恶性循环的正反馈过程。肠胃炎可导致营养吸收困难，而当人体缺乏营养时，免疫功能下降，免疫功能下降使得细菌进一步繁殖，加重肠胃炎。吸毒成瘾的过程也是一个正反馈过程，正常

9、人的快欣感是由人体分泌的类吗啡物质产生的，当人体注射上吗啡时，就会产生快欣感，同时会抑制人体产生类吗啡物质，人体的类吗啡物质分泌的不足时就会产生痛苦的感觉，促使人注射更多吗啡。长期注射吗啡使人体对吗啡的耐受性增强，只有注射更多的吗啡才能消除痛苦和产生快欣感。人体对吗啡依赖也就越来越强，注射剂量也越来越大，一个吗啡成瘾者注射的剂量可以是正常人剂量的10倍，而这个剂量是正常人的致死剂量。吗啡注射剂量的增加也是毒瘾逐步加深的过程。人体的发育和衰老过程也是一个正反馈过程。在生态系统中，个体的繁殖是一个正反馈，一个大肠肝菌在条件适宜的情况下2030分钟分裂一次，经一昼夜可生成4722109万个细菌。在正

10、常情况下，种群的数量受食物和天敌的控制，是一个负反馈。但当负反馈机制不成立时，生态平衡就要受到破坏。一般地讲，负反馈使系统平衡，而正反馈则使系统远离平衡。正反馈是发展因素，负反馈是制约因素。正因为正反馈迅速膨胀和缩小的特性，正反馈存在时间一般较短。在社会系统中，普遍存在正反馈，正反馈是社会系统贫富分化的主要原因。在奴隶社会，奴隶没有财产。财富的两极分化是在平民和奴隶主之间展开的。奴隶主因为占有奴隶的劳动，因而比较富有，即使是荒年，也有足够的粮食生活。平民依靠自己的劳动生活，丰年生活都十分拮据，荒年往往难以生存，不得不向富人奴隶主借债，一些债务累累而无力偿还的人，只好把子女甚至自身作为奴隶抵债。

11、这样就造成了穷者更穷，富者更富的两极分化。在封建社会，两极分化是以土地兼并的形式进行的。放高利贷则是地主阶级兼并土地的主要手段。农民和奴隶相比有一定的财产，甚至有少量的土地。当农民遇到天灾人祸无法生活，或者青黄不接、缺乏口粮时，地主便乘机发放高利贷；在农民无法交租时，地主也往往把地租作价行息。由于利息很高，农民常无法偿还，最后只得把少量土地、耕牛等重要生产资料买给地主。康熙三十六年（1691），山西汾阳县闹灾荒，不少农民被迫拿着地契送上大地主大门，以不及平时十分之二的低价出售。明宪宗时，皇亲王源最初受赐的田庄只有27顷，后来兼并民产，竟占田1200余顷，几乎扩张了50倍。这样地主的土地越来越多

12、，农民土地越来越少。形成了封建社会的两极分化。据清代官方记载，在江淮流域，占人口9%的地主阶级，竟占有土地的96。5%，而占人口87%以上的佃农和雇农，则基本上没有土地。封建土地兼并，引起的两极分化，最终会出现“朱门酒肉臭，路有冻死骨”的情况，在农民生存不下去的时候，只能揭竿而起，进行起义。起义和革命的过程也是一个正反馈，起义由起义领袖发起，生存困难的农民纷纷响应，起义的队伍逐渐壮大，起义军攻占城池，扩展地盘，壮大队伍，直至推翻封建王朝。陈胜、吴广起义最初只有900人，后来沿途农民响应义军，队伍壮大到数万人。清朝末年，洪秀全领导的太平天国起义最初只有二万人，最后发展到百万大军，转占18个省 ，

13、占领了六百多个大小城镇。在资本主义社会，企业兼并是主要的两极分化形式。资本主义企业之间的竞争十分激烈，它们之间的竞争主要是争夺市场。在竞争中，能够适应市场，采用新技术，提高生产率，降低成本的企业将在竞争中获胜，取得较大的利润。它们凭借着这种经济上的优势，排挤吞并其它企业。这样竞争中胜利的企业越来越大，竞争中失败的企业逐渐倒闭、破产或者被兼并。于是，资本逐渐集中到少数几个大资本家手中。这样资本主义逐渐从自由竞争资本主义发展到垄断资本主义阶段。美国通用汽车公司，1937年资产额不过15亿美元，到1947年增加到24亿美元；1955年突增为63亿美元；1974年一跃为204亿美元，时隔四年（1978

14、年），居然陡增到305亿美元。它和福特、克莱斯勒共同垄断着美国的汽车市场。在企业竞争的同时，科学技术的使用，企业所需的工人越来越少，工人失业率升高，贫富差距越来越大。在法国最富的1%的家庭占有近20%的财产。在英国20%最穷家庭的收入由10%下降到5%。财富的分配不均是人类苦难的源泉。它增加了社会的不安定因素，促使穷人的生活更为穷苦。资本主义社会的贫富差距的扩大，缘于这样的反馈机制：富人可以拿钱去赚钱，钱越来越多，富人也越来越富；穷人的钱被富人赚去，钱越来越少，穷人也就越来越穷。这个反馈是社会系统典型的正反馈。资本主义的贫富差距还反映在穷国与富国之间。在封建社会，土地兼并的正反馈直接促使农民起

15、义，封建王朝的灭亡。在资本主义社会，两级分化是各种社会问题的根源。治国的道理是这样的，穷的要救济，富的要节制；财富平均才是定国安邦之道。治国之道是负反馈。正反馈是系统不安定不稳定的主要原因。在社会系统中，除贫富两极分化的正反馈外，还有人口的增加、经济的增长、生产的扩大、文化的传播、疾病的传染、习惯的流行、技术的扩散。总之，负反馈是不变的基础，正反馈是改变的原因。正反馈与负反馈的关系就是“改变”与“不变”的辨证法，是“恒”与“变”的统一。 2、系统的控制和信息传递在复杂系统中，系统各部分能够协调工作，顺利而有序地完成各项任务，单依靠反馈是远远不够的。在许多系统中还有一整套通过信息传递专门控制、协

16、调各部分工作的机制。控制系统一般讲有三部分组成，即：控制中心、执行者、检测者。由控制中心发给执行者的信息叫指令信息，由执行者所改变的系统内和系统外的情况叫实物信息，由检测者发给控制中心的信息叫反馈信息。系统控制图在系统中，控制系统的枢纽是控制者，在人体指神经系统和内分泌系统；在细胞指细胞核；在社会指政府、议会等。控制者发出指令信息，控制执行者完成一定的任务。执行者完成任务的过程是一个指令信息的表达过程。如人体中，神经的冲动变成了肌肉的收缩；在细胞中，信使RNA的遗传信息通过核糖体和内质网等变成了蛋白质；在社会中，政府的文件被相关部门贯彻，法律被司法部门实施，命令被有关部门执行等。在这里，神经的

17、冲动，信使RNA的遗传信息，文件的精神，法律的规范，命令的内容都是指令信息。肌肉、核糖体和内质网，接受命令的部门就是执行者。肌肉的收缩，合成的蛋白质，命令执行、文件贯彻、法律实施的社会效应，我们称之为实物信息。实物信息有系统内和环境两方面的信息。人体系统来自环境的实物信息有危险、食物、同伴；细胞系统来自环境的实物信息有激素、营养物质；社会系统来自环境的实物信息有外族侵略等。人体系统来自系统内部的实物信息有血糖浓度、体温、内环境的渗透压等；细胞系统来自系统内部的实物信息有细胞质内各化学物质的浓度；社会系统来自系统内部的实物信息有国内的叛乱、经济的情况等。系统或环境的实物信息最后要被检测者检测，变

18、成反馈信息，传递到控制者，做为控制者发出指令信息的依据。在人体中，检测者为各种感受器；在细胞中，检测者是激素的受体蛋白等；在社会中检测者是地方政府、中央派出的调查团等。系统控制表系统控制中心指令信息执行者实物信息检测者反馈信息系统结构和代谢表人体 中枢神经系统、内分泌系统传出神经冲动、激素效应器（肌肉、腺体）、靶细胞身体形态、生理状态、环境的改变感受器（各种感觉器官）传入神经冲动社会中央政府、议会等法律、政策、命令、文件各生产部门、军队、学校等社会状态、国际环境、的改变地方政府中央考查团各种报告、战况等细胞细胞核信使RNA核糖体、内质网、高尔基体等各种蛋白质、其它物质的合成情况组蛋白、非组蛋白

19、、阻遏物阻遏物构象下面我们分别叙述一下不同系统的信息传递和控制过程：在人体系统中，有各种各样的感受器（检测者），可以感受来自体内或体外的各种信息（实物信息）。感受器（检测者）能把这种信息转化为感觉神经冲动（反馈信息），感觉神经冲动传到神经中枢（控制者），经过复杂的处理，通过传出神经传出运动神经冲动（指令信息），这些神经冲动会使肌肉或腺体（执行者）产生相应的活动；肌肉或腺体的活动会改变人体的生理状态或身体状态、环境状态（实物信息），这些生理状态或身体状态、环境状态的信息又会被感受器（检测者）接受，发出反馈信息。传递给神经中枢（控制者）。我们以人体的摄食为例，说明这一控制过程。当胃张力减小或血糖降

20、低时（实物信息），会被胃壁的张力感受器或体内的化学感受器（检测者）接受到这一信息，转变成相关的生物电信息（反馈信息），传递到下丘脑的食物中枢（控制者），食物中枢向上传递这一信息，引起大脑皮层的饥饿感。大脑皮层（控制者）向下传递神经冲动（指令信息），引起骨骼肌（执行者）的运动产生索食行为。人体开始进食（实物信息）以后，胃内逐渐充盈，胃壁的张力感受器（检测者）兴奋，并能把胃充盈的信息以感觉神经冲动（反馈信息）的形式传递给食物中枢（控制者），并通过食物中枢传递给大脑皮层（控制者），大脑皮层又会发出运动神经冲动（指令信息）指令骨骼肌（执行者）停止进食。此外，人体的水和无机盐代谢、体温调节过程、各种反射

21、行为、性行为都是在神经系统和内分泌系统的控制下完成的，都是身体各部分协调工作的结果。我们以乳糖操纵子为例说明一下细胞内信息传递和控制过程：在环境中有葡萄糖时，大肠杆菌能够合成一种叫阻抑物的蛋白质，阻抑物可以和操纵基因结合，使利用乳糖的结构基因不能转录。当环境中只有乳糖没有葡萄糖时，乳糖（实物信息）可以进入大肠杆菌体内与阻抑物（检测者）结合，使阻抑物构象发生改变从而与操纵基因分离，这相当于把环境中有乳糖的信息（反馈信息）传递给乳糖操纵子（DNA分子上的功能片段，是控制者），乳糖操纵子的结构基因开始转录为信使RNA（指令信息）信使RNA和核糖体（执行者）结合，翻译出利用乳糖的三种酶，并开始利用乳糖

22、（实物信息）。当环境中的乳糖利用完以后（实物信息），阻抑物（检测者）与乳糖分离，重新结合在操纵基因上，相等于把乳糖利用完的信息（反馈信息）传递给乳糖操作子（控制者），乳糖操纵子就停止信使RNA的转录，从而停止了乳糖利用酶的合成。我们再以人体类甾醇激素的作用原理说一下真核细胞的控制过程。激素（实物信息）进入靶细胞以后，和靶细胞的胞浆受体（检测者）结合，形成激素胞浆受体复合物（反馈信息），复合物可以通过核膜，进入细胞核，激素再与核内受体结合，转变为激素核受体复合物进而启动DNA（控制者）转录，促进mRNA（指令信息）的合成，信使RNA进入细胞质，在核糖体、内质网（执行者）的共同作用下，合成蛋白质（

23、实物信息）发挥一定的生理功能。在社会系统中，地方政府、中央派出的调查、检查组是（检测者），他们把社会的经济、居民收入、治安等情况以报告、汇报、统计结果（反馈信息）等形式呈报中央政府（控制者）。中央政府根据社会的发展状况以及国际国内形式制定出方针、政策、法令（指令信息）传达给地方政府，由地方政府传达给各企业、厂矿、学校、居民等部门（执行者），各企业、厂矿、学校、居民等部门实行这些方针、政策、法令，造成一定社会状况的改变（实物信息），这些社会状况的改变又会被地方政府等（检测者）以报告、汇报、统计结果等形式，传递给中央政府（控制者）。下面以战争为例说明一下社会的控制过程，当国家遭到侵略时，边关（检测

24、者）就会把战报（反馈信息）传递给中央政府（控制者），中央政府就会根据战报情况和国际形势，下达命令（指令信息），命令部队（执行者）到达相应地方进行防御，战争的结果（实物信息）又会通过相应的部门（检测者）以战报的（反馈信息）形式呈报中央（控制中心），如果入侵敌人很强大，防御部队节节败退，中央就又会下达命令（指令信息），增援边关、征集军粮、军用物质，在大规模战争时，还要征兵，扩大军事生产等。使社会的工、农业部门、宣传部门、居民等（执行者）积极动员起来，组织抵御侵略。社会的控制系统就这样使社会成为一个整体，使各部门的行动协调、有序。下面我们说一下企业系统的控制过程。企业的市场调查部是检测者，市场调查部通过市场调查会把市场对产品的供需关系、改进意见等信息以报告的形式（反馈信息），呈送给企业理事会（控制者），理事会综合分析这些市场信息，指示（指令信息）技术部（执行者）改进产品，指示生产部及车间调整生产，产品生产出来及进入市场后，产品的质量及产品市场效应（实物信息），又会由市场调查部及产品检测部（检测者），反馈给理事会。 在效的控制，使系统在多变的环境中调节自己，从而使自己不断适应新情况、新变化，增加系统的生存能力。