Hệ thống sống và hệ thống không sống (living and non-living system)

Hệ thống sống (living system) và hệ thống không sống (non-living system) đều thuộc phân loại hệ thống cụ thể. Hệ thống sống “là tập hợp tất cả các hệ thống cụ thể có chung một số đặc điểm đặc biệt, bao gồm cả động vật và thực vật” (Miller, 1973, trang 69). Hệ thống sống có các đặc điểm sau:

  • Đều là những hệ thống mở luôn có sự trao đổi, tác động qua lại với môi trường bên ngoài.
  • Sử dụng các yếu tố đầu vào như nguồn thực phẩm, nhiên liệu để chuyển hóa thành năng lượng duy trì hoạt động cho toàn bộ hệ thống.
  • Có độ phức tạp nhất định, do được cấu tạo từ các hệ thống cụ thể khác nhau, vì vậy tồn tại các mối liên hệ trong mỗi hệ thống đó và mối liên hệ giữa các hệ thống với nhau.
  • Chứa các nguồn vật chất di truyền như DNA, đây là yếu tố cơ bản duy trì hoạt động sống, tạo nên đặc trưng cho hệ thống.
  • Cấu trúc và quy trình của hệ thống chủ yếu bao gồm các protein và các hợp chất hữu cơ khác.
  • Hệ thống sống bao gồm các tiểu hệ thống thực hiện nhiệm vụ kiểm soát toàn bộ hệ thống, đồng thời các tiểu hệ thống tương tác với nhau để cùng thực hiện các nhiệm vụ chung của toàn bộ hệ thống.
  • Hệ thống sống có một số tiểu hệ thống quan trọng có quan hệ cộng sinh hoặc ký sinh trùng với các hệ thống sống hoặc không sống khác để thực hiện bổ sung một số quy trình chức năng mà hệ thống còn thiếu.
  • Các tiểu hệ thống trong living systems được tích hợp với nhau để tạo thành hệ thống tự điều tiết, phát triển và tái tạo chức năng theo hướng tích cực nhằm hoàn thành các mục tiêu của hệ thống.
  • Hệ thống sống chỉ có thể tồn tại trong một môi trường nhất định. Bất kỳ sự thay đổi nào về môi trường như nhiệt độ, áp suất không khí, hàm lượng ô xy trong không khí hoặc cường độ bức xạ bên ngoài xảy ra trên bề mặt trái đất đều tác động lên hệ thống khiến các tiểu hệ thống không thể điều chỉnh để tồn tại.

Một hệ thống sống phải tuân theo đầy đủ các nguyên tắc lựa chọn tự nhiên và được đặc trưng bởi sự bất cân bằng nhiệt động lực học. Dưới góc độ sinh học, hệ thống sống là một hệ thống đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn sau:

  • Tự quản lý (Selfregulation);
  • Tổ chức (Organization);
  • Có sự chuyển hóa và tăng trưởng (Metabolism and growth);
  • Có khả năng phản ứng (Reaction capacity)
  • Thích nghi với môi trường (Adaptability);
  • Có khả năng sinh sản (Reproduction capability);
  • Có khả năng phát triển (Development capability).

Nhìn chung, hệ thống sống là các bộ chuyển đổi năng lượng thông qua sử dụng thông tin để thực hiện hiệu quả hơn. Hệ thống sống chuyển đổi một dạng năng lượng này sang năng lượng khác và chuyển đổi năng lượng thành thông tin. Các hệ thống sống phát triển để có khả năng vượt qua được tình trạng hỗn loạn (entropy). Để duy trì sự ổn định theo thời gian, các hệ thống sống phải có khả năng tự bảo trì và tự sửa chữa. Quá trình này bao gồm một số hoạt động cụ thể như sau:

  • Xử lý thông tin (Information processing);
  • Xử lý năng lượng (Energy processing);
  • Xử lý nguyên liệu (Material processing);
  • Tạo ra các bộ phận bằng việc sử dụng kết hợp các nguyên liệu (Synthesis of parts by combining materials);
  • Sắp xếp lại và kết nối các bộ phận được tạo ra (Rearrangement and connection of disarranged parts);
  • Lưu trữ năng lượng để dự trữ (Energy storing for fuel reserves);
  • Loại bỏ các bộ phận đã hao mòn (Removal of worn parts).

Hệ thống sống bao gồm các phân tử hữu cơ thực hiện một tiến trình tiến hóa chung hướng tới sự phức tạp ngày càng tăng. Hệ thống sống có nhiều cấp độ cấu trúc hệ thống khác nhau, có thể chia thành tám cấp độ thứ bậc thực tế, mối cấp độ mới được đánh gia cao hơn và phức tạp hơn so với trước (do bao gồm tất cả các hệ thống cấp dưới và điểm khác biệt trong cấp mới). Mỗi cấp độ đều có cấu trúc hệ thống và quy trình đặc trưng, cụ thể:

  • Ở cấp độ tế bào (cells), đây là hệ thống các phân tử vi sinh và tổ hợp đa phân tử, đại diện cho hệ thống phức tạp nhất để duy trì quá trình sống cần thiết. Tế bào tồn tại hoặc sống tự do cấu tạo nên các đơn vị cơ quan hay mô của các sinh vật.
  • Tiếp theo cấp độ tế bào là các cơ quan (organs), được định nghĩa là các bộ phận được cấu tạo từ nhiều tế bào, qua các liên kết cơ học, sinh học tạo nên hệ thống sống cấp độ mới là cơ quan.
  • Cấp độ sinh vật (organisms) là hệ thống các cơ quan tương tác, liên kết với nhau. Ở cấp độ này cho thấy living systems đã phức tạp hơn khi bao gồm nhiều hệ thống con tồn tại bên trong nó. Hệ thống này được xem là một hệ thống sống độc lập có đầy đủ khả năng thích ứng với môi trường, khả năng tự duy trì.
  • Tuy nhiên, với khả năng liên kết và tự phát triển, các hệ thống sống ở cấp độ sinh vật tự tập hợp dựa trên một số đặc điểm chung tạo thành cấp độ mới là nhóm (groups). Cấp độ này thường xuất hiện đối với các loài động vật. Cấu trúc và quy trình của hệ thống này được quan sát rõ ở một số loài động vật có tính xã hội cao như ong, kiến, con người.
  • Từ các nhóm cá thể, hệ thống sống tiếp tục phát triển đạt cấp độ mới là các tổ chức (organizations) như các trường đại học, các doanh nghiệp, chính phủ… Các cấu trúc này đều có người nắm giữ vai trò quyết định hoạt động của toàn hệ thống.
  • Cấp độ tiếp theo là cộng đồng (communities), được hình thành khi các tổ chức khác nhau cùng tương tác qua lại như các thành phố (có sự tương tác giữa chính phủ, trường học, doanh nghiệp, bệnh viện…).
  • Xã hội (societies) là một cấp độ bao gồm các cộng đồng gắn kết lại với nhau, thường mang đặc trưng cho một vùng lãnh thổ nhất định. Đó có thể là vùng miền, quốc gia, khu vực có những đặc điểm văn hóa, xã hội, và lịch sử tương tự nhau.
  • Hệ thống siêu quốc gia (supranational systems) do hai hay nhiều xã hội hợp tác ở một mức độ nhất định trong việc ra quyết định dựa trên mục tiêu chung, không ảnh hưởng đến quyền lợi riêng lẻ của các xã hội. Nối bật cho các hệ thống ở cấp độ này là các khối, liên minh, các hiệp ước như NATO, liên minh châu Âu EU…

Để thích ứng với môi trường thay đổi liên tục và để ứng phó với những thay đổi từ bên trong và bên ngoài, các hệ thống sống phải thực hiện quá trình điều chỉnh để duy trì sự cân bằng nội tại. Tuy nhiên, quá trình điều chỉnh này đòi hỏi chi phí nhất định (thời gian, tiền bạc, …). Quá trình điều chỉnh để thích nghi bao gồm các hoạt động cụ thể sau đây:

  • Sửa đổi chức năng và cấu trúc (Modify function and structure);
  • Thích ứng các luồng liên kết với các hệ thống khác (Adapt interflows with other systems);
  • Thích ứng dòng chảy nội bộ trong hệ thống (Adapt intraflows within the system);
  • Tận dụng các nguồn lực thay đổi (Utilize changing resources);
  • Phát triển/ co lại mà không làm gián đoạn hoạt động của hệ thống (Grow/ shrink without disrupting system operation);
  • Thay thế các bộ phận hao mòn mà không ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống (Replace worn parts without disrupting system operation).

Cấp độ cao hơn của các hệ thống sống có xu hướng lớn và phức tạp hơn; vì vậy, cấu trúc và quy trình của các cấp thấp hơn không phù hợp với cấp độ cao hơn này. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng mới nổi (emergents). Hiện tượng này cho phép hệ thống nâng cao khả năng xử lý các căng thẳng và thích ứng tốt với môi trường phức tạp.

Xử lý thông tin có vai trò quan trọng trong hệ thống sống. Quá trình này tiêu thụ một lượng năng lượng không đáng kể và mang lại nhiều kết quả tốt. Ở cấp độ cao hơn, hệ thống sống phụ thuộc vào ba loại dòng chảy thông tin sau đây để tồn tại:

  • Thông tin về môi trường bên ngoài (information of the world outside);
  • Thông tin trong quá khứ (information from the past);
  • Thông tin về hệ thống và các thành phần của nó (information about self and own parts).

Nhìn chung, hệ thống sống thường phải đối mặt với số lượng lớn các thông tin khác nhau về môi trường xung quanh nó. Vì vậy, xử lý thông tin là hoạt động cần thiết nhằm ngăn chặn hoặc loại bỏ các thông tin môi trường không liên quan. Xử lý thông tin hiệu quả góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống. Thông thường, hệ thống sống sử dụng ba loại mã hóa thông tin phức tạp, cụ thể:

  • Mã alpha bao gồm các mẫu không gian khác nhau, mỗi mã đại diện cho một thông điệp mã hoá hoặc tín hiệu. Những tín hiệu hóa học như pheromones thuộc loại mã hóa này. (Hormon là những chất hóa học hoạt động trong môi trường bên trong cơ thể trong khi pheromores hoạt động giữa các sinh vật, và điều phối tương tác của các thành viên trong nhóm).
  • Mã beta được xây dựng dựa trên những thay đổi trong một số quá trình như thay đổi thời gian hoặc biên độ, hoặc một mô hình cường độ khác nhau.
  • Mã gamma được sử dụng khi quá trình truyền thông tin tượng trưng xảy ra, như trong giao tiếp ngôn ngữ.

Quá trình xử lý thông tin trong hệ thống sống liên quan đến các mã này. Nếu quá trình này gây ra căng thẳng, được gọi là quá tải thông tin đầu vào, đặc biệt là tại các cấp hệ thống cao.

Trái ngược với living systems, hệ thống không sống (nonliving systems) được định nghĩa “là tất cả những hệ thống cụ thể không có đặc điểm của hệ thống sống” (Miller, 1973, trang 69). Theo đó, hệ thống không sống bao gồm các tiểu hệ thống khác nhau, tuy nhiên các tiểu hệ thống này đều không thực hiện quá trình chuyển đổi năng lượng vật chất từ yếu tố đầu vào để duy trì hoạt động của hệ thống. Hệ thống không sống có thể chịu sự tác động từ môi trường và ngược lại nhưng theo một phương thức khác biệt, không xuất hiện sự sống trong quá trình này, những tác động đó có thể là tác động cơ học, hóa học hoặc sinh học…

Nguồn: Phan Thanh Tú, Vũ Mạnh Chiến, Phạm Văn Kiệm, Lưu Đức Tuyến, Nguyễn Thị Hồng Nga (2018), Học Thuyết Doanh Nghiệp, NXB Lao Động – Xã Hội, trang 471-476.