Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общий обзор и классификация эволюционирующих систем 15
1. Эволюционирующие системы 19
2. Активноэволюционирующие (организмические) системы 25
3. Целенаправленные (общественные и концептуальные) системы 30
Глава 2. Роль пластичности в эволюции сложноорганизованных диссипативных систем 38
1. Понятие пластичности. Пластичность как фактор эволюции 38
2. Адаптационные и бифуркационные механизмы развития сложноорганизованных систем 52
3. Эгоистическая дифференциация и альтруистическая кооперация в эволюционном процессе 66
Глава 3. Глобальный эволюционизм и пластичность 86
1. Факторы системного развития 86
2. Пластичность и пределы эволюции 95
3. Концепция иерархического (вложенного) развития систем 108
Заключение 128
Библиография 136
- Эволюционирующие системы
- Активноэволюционирующие (организмические) системы
- Понятие пластичности. Пластичность как фактор эволюции
- Факторы системного развития
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время мы являемся свидетелями происходящих в науке процессов переосмысления многих представлений, выработанных в рамках уходящей неклассической парадигмы науки. И очень важно не потерять многие позитивные достижения. Теория самоорганизации не должна заменить синтетическую теорию эволюции, а напротив, способствовать ее углублению. Поэтому следует сконцентрироваться не на выискивании ошибок уходящей эволюционной концептуальной структуры, а на поиске путей взаимообогащения и взаимодополнения новой и старой парадигм эволюционизма. В частности, одним из серьезных упущений теории биологической эволюции была недооценка роли «революционных» скачков в эволюционном процессе. Следует отметить и такой существенный недостаток классической эволюционной парадигмы, как отсутствие теоретического интереса к возможностям фундаментального физического обоснования негэнтропийных процессов в живой природе. Как у позитивизма, так и у неодарвинизма (синтетической теории эволюции) имеется общий существенный недостаток: в них не ставится вопрос о трансформации второго начала термодинамики в отношении живой природы. Вместе с тем, в период становления синергетической парадигмы предстоит быть предельно осторожным, чтобы не впасть в искушение перехода в другую крайность. Приходится констатировать, что некоторые исследователи практически во всем спектре эволюционных процессов отводят фактически единоличную роль бифуркационным скачкам. Несколько переиначив слова классика, указанную тенденцию можно охарактеризовать как «детскую болезнь революционизма в эволюционизме».
Не менее серьезным недостатком новой школы эволюционизма, на наш взгляд, является расширительное толкование теории спонтанных бифуркаций на, фактически, все формы пунктуалистических изменений в сложных эволюционирующих системах. Исследователями часто абсолютизируется роль орто-генетической эволюции, когда весь спектр движущих сил эволюционного про-
4 цесса ограничивается сугубо внутренними факторами: аристотелевская «энтелехия» возвращается. Нельзя, конечно, недооценивать спонтанную, самоорганизационную составляющую эволюции, но, акцентируясь только лишь на этой стороне, мы уподобляемся Диогену, который, как известно, для самосовершенствования не видел необходимости в общении с внешним миром.
И все же трудно переоценить значение формирующейся новой эволюционной парадигмы. Глобализация синергетических исследований процессов самоорганизации открытых неравновесных систем в последней четверти XX века не только способствовала дальнейшей интеграции общенаучного знания, но и стимулировала развитие универсальных эволюционных концепций, выходящих за пределы предмета классической эволюционной теории на метадисциплинар-ный уровень. Вместе с тем, синергетика унаследовала от последней многие нерешенные вопросы. Приведем лишь некоторые из них: а) в настоящий момент темпы эволюции, если их рассматривать сквозь призму синтетической эволюционной теории, оказываются слишком высокими. И здесь, как нам кажется, первостепенное значение приобретает вопрос: какова в них роль бифуркационных скачков и последующего нелинейного экспонен циального роста?; б) почему в результате прогрессивной эволюции низшие формы не только не вытесняются высшими, но и, как правило, значительно превосходят их как по биомассе, так и по численности?; в) если прогрессивное развитие биологических систем заключается в росте устойчивости, то почему это не приводит к замедлению эволюционных процес сов? Ведь закономерное развитие гиперустойчивости, казалось бы, должно сни зить давление отбора и остановить дальнейшее совершенствование адаптаци онных механизмов; г) взаимоисключают ли друг друга «альтруистическая кооперация» и «эгоистическая дифференциация» в эволюционном процессе?; д) пределы роста и развития для элементарных составляющих глобальных макроэволюционных систем для нас достаточно очевидны, но есть ли законо-
5 мерные пределы развития биосферы в целом, либо человечества как такового? Вопрос этот, как нам кажется, не так уж празден в свете наметившихся деструктивных тенденций в природе и обществе; е) так ли уникальны особенности, присущие жизни? Ведь если предположить их уникальность, тогда придется признать невозможность самопроизвольного возникновения жизни. Переход от неживой материи к жизни и разуму оказывается принципиально невозможно объяснить в рамках синтетической теории эволюции, и здесь необходима новая концепция универсальной эволюции.
До сих пор нет общепринятой модели первичного биогенеза. Более того, чудо возникновения жизни все еще является чуть ли не самым слабым местом эволюционной теории. Некоторые представители синергетической школы, в частности В.Д. Поремский, настаивают на практически равновероятной возможности выбора системой между прогрессивной и регрессивной бифуркацией. Если исходить из теории вероятности, наступление (вероятность) каждой последующей прогрессивной бифуркации будет в соотношении 1/2", где п- число прогрессивных бифуркаций. Для формирования какой-либо организмиче-ской системы необходимо, к примеру, 200 последовательных прогрессивных бифуркаций, тогда вероятность случайного формирования такой структуры будет 1/2200. Ясно, что такая вероятность настолько мала, что ни о какой возможности случайного формирования такой структуры говорить не приходится. Тем более, что в действительности даже для формирования простейшей формы жизни требуется значительно большее число прогрессивных бифуркаций.
Таким образом, прогресс эволюционирующих систем должен протекать в рамках единых закономерностей, детерминирующих прогрессивные эволюционные процессы. Подход к решению столь фундаментальной задачи возможен, как нам представляется, на основе концепций универсального эволюционизма и становящейся синергетической, постнеклассической парадигмы эволюции.
Степень научной разработанности проблемы. Концепции универсального эволюционизма восходят своими корнями еще к работам А. Гумбольта,
6 хотя сам термин «универсальный эволюционизм» был введен Н.Н. Моисеевым сравнительно недавно, в семидесятых годах прошлого века. Предпосылки формирования глобального подхода к эволюционным процессам наметились еще на заре формирования западной цивилизации. Антропоцентричная по своему содержанию ранняя античная философия рассматривала развитие материального мира как универсальный и целостный процесс. По сути, только лишь после распространения дарвиновской теории естественного отбора в понятие «эволюция» стал вкладываться только биологический аспект. Но и в те времена, некоторые современники Ч. Дарвина, такие, как А. Уоллес, являющийся фактически соавтором дарвиновского учения, и Г. Спенсер, писали о биологической эволюции как составной части эволюции универсальной. Спенсер, пожалуй, даже слишком далеко продвинулся в отождествлении эволюции социальной и биологической. Возникшее с его легкой руки новое течение вылилось впоследствии в «социал-дарвинизм» (Л. Гумплович, А. Смоля, У. Бедлсгот и др.). Механистический перенос мальтузианской «борьбы за существование» социал-дарвинистами на социальную сферу подорвал доверие к еще только зарождавшейся концепции универсальной эволюции. Фактически это привело к тому, что многие мыслители того времени стали считать антигуманным не только социал-дарвинизм, но и дарвиновскую теорию вообще (Г. Флобер, А. Доде, И. Тургенев, Л. Толстой).
Вместе с тем в XX веке, в связи с резким ускорением процессов интеграции научного знания, начали формироваться новые общенаучные концепции, занимающие по уровню общности подходов промежуточное положение между естественными науками и философским знанием. Одной из таких концепций можно считать учение о биосфере В.И. Вернадского, в которой обосновывается формирование сферы разума - ноосферы, как результата коэволюционного взаимодействия и позитивного синтеза биосферы и антропосферы. Значительный вклад в развитие формирующейся парадигмы глобального эволюционизма внесли также К.Э. Циолковский, А.Л. Чижевский, Т. де Шарден, A.M. Опарин и другие.
Другой важной вехой на пути формирования новой эволюционной парадигмы явилось становление таких общетеоретических дисциплин, как кибернетика (У.Р. Эшби, 77. Винер), теория информации (К. Шеннон) и теория автоматов (А. Тьюринг). Биологом Л. фон Берталанфи предпринимается попытка обоснования общей теории систем, которая несмотря на то, что фактически не была создана, все же вызвала в науке огромный позитивный резонанс. Системно-информационный подход, наряду с синергетическим, играет одну из ведущих ролей в новой эволюционной парадигме.
Важной вехой на пути формирования универсального эволюционизма явились работы Э. Шредингера, в которых он, вероятно, впервые, попытался обосновать физический смысл феномена жизни.
Не совсем удачную, по нашему мнению, попытку позитивного синтеза концепций биологической и социальной эволюции предприняли социобиологи (Э. Уилсон, М. Рыоз, Р. Докинз и др.). Тем не менее, трудно переоценить тот вклад, который они внесли в развитие эволюционной парадигмы.
Следует упомянуть работы Р. Тома, основоположника современной математической теории катастроф, а также СП. Курдюмова, участвовавшего в разработке моделей самоорганизующихся процессов на базе математических моделей и вычислительного эксперимента.
В 60-70-е годы XX века формируется новое направление, выросшее из области неравновесной термодинамики и получившее название «Брюссельская школа». Представлена она такими именами, как 77. Пригожій і (основатель школы), 77 Гленсдорф, Г. Николис, Дж. Николис и др. Центральным понятием данной школы является «диссипативная структура», а основополагающим принципом самоорганизации «порядок из хаоса через флуктуации».
Концепция самоорганизации в исследовании предиологической эволюции была разработана М. Эйгеном. Они совместно с 77. Шустером предложили модель предбиологической эволюции в форме «гиперциклов».
8 Г. Хакен на основе разработки теории лазерного излучения сформировал направление, именуемое синергетикой, где главным механизмом самоорганизационных процессов выступают «параметры порядка».
Следует отметить также работы отечественных ученых химиков Ю.А. Жданова, А.П. Руденко, а также Б.П. Белоусова и A.M. Жаботииского, внесших значительный вклад в раскрытие процессов самоорганизации химических систем и химической эволюции. Большую роль в развитии отечественной школы глобального эволюционизма сыграли также работы известного биофизика М.В. Волъкенштейпа.
Из биологов-эволюционистов нельзя не упомянуть Э. Майра и Дж.Г. Симпсона - основоположников синтетической теории эволюции, а также К. Уоддингтона, заложившего основы теории самоорганизации в процессах морфогенеза. Из наших соотечественников в данной связи следует выделить прежде всего: Н.И. Вавилова с его «законом гомологических рядов», А.С. Северцова, автора теории «ароморфоза», И.И. Шмачъгаузена, разработавшего концепцию стабилизирующего отбора и В.А. Догеля, сформулировавшего «закон олигоме-ризации гомологических органов».
На пути общефилософского осмысления проблем глобального эволюционизма значительный вклад внесли современные ученые, среди которых, помимо вышеназванных: И. А. Акчурин, В. И. Аршинов, М.Д. Ахундов, Л.Б. Баженов, А. Богданов, В.П. Бранский, ВТ. Буданов, В.В. Василькова, Ю.А. Данилов, К.Х. Делокаров, В.В. Казютинскшї, СП. Капица, Р.С. Карпинская, В.И. Каширин, Ю.Л. Климонтович, Е.Н. Князева, Э. Ласло, И.К. Лисеев, Т.П. Лолаев, Г.Г. Ма-линецкий, Е.А. Мамчур, СВ. Мейен, И.П. Меркулов, А.Н. Поплавскнй, Е.Я. Ре-жабек, Г.А. Рузавин, Ю.В. Сачков, Я.И. Свирский, И. Стенгерс, B.C. Степин, В.В. Тарасенко, Ю.В. Чайковский, В. А. Шевлоков, СТ. Хайтун, Б.Г. Юдин, Э. Янч и др.
Естественно, что это далеко не полный перечень авторов, внесших достойный вклад в решение проблем глобального эволюционизма, надеемся все же, что значительная их часть нами представлена.
Концепция, рассматриваемая в данной диссертационной работе в виде целостной модели, не получила еще своей разработки в методологии современной науки. Лишь некоторые, отдельные моменты, пересекающиеся с данной концепцией, встречаются в работах академика А.И. Опарина.
Цели и задачи исследования. Данная работа ставит своей целью формулировку и обоснование одного из общеметодологических принципов универсального эволюционизма, позволяющего определить роль процессов самоорганизации в прогрессивном развитии сложноорганизованных систем. Главная проблема состоит в том, чтобы, используя методологическую базу теории биологической эволюции в синтезе с системным, информационным и синергетиче-ским подходами, наметить контуры такой общеэволюционистской концепции, в которой неодарвинистская теория являлась бы ее органичной составляющей. Обосновывается идея, согласно которой «альтруистическая кооперация» является частным случаем дифференциально-интегральных процессов в сложных эволюционирующих системах. Рассматривается также проблема как недооценки роли межбифуркационного развития диссипативных систем, так и проблема необоснованной футурологической веры в бесконечное поступательное и практически только прогрессивное развитие биосоциальных систем. Для достижения поставленной цели и решения указанных проблем ставятся следующие задачи:
Классифицировать эволюционирующие системы и определить общие подходы в определении механизмов самоорганизации, соответствующих эволюционным ветвям, прежде всего организмической и социальной природы.
Обосновать пластичность в качестве одного из факторов универсального эволюционизма, определяющего эволюционные возможности сложных диссипативных систем и представляющего собой результат диалектического синтеза категорий устойчивости и изменчивости.
Обозначить роль бифуркационных скачков и межбифуркационных процессов эволюционного развития сложноорганизованных систем.
Обосновать явления «альтруистической кооперации» и «эгоистической дифференциации» в качестве частных проявлений дифференциально-интеграционных процессов в глобальной эволюции универсума.
Эксплицировать соотношение пластичности с другими универсальными факторами эволюции.
Исследовать роль пластичности в эволюции сложноорганизованных диссипативных систем и вытекающих из нее выводов о пределах эволюционного развития.
Обосновать каузальный характер прогрессивной эволюции и разработать модель эволюции диссипативных систем.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования диссертационной работы является широкий спектр диссипативных эволюционирующих систем. Основное внимание уделено генерационным эволюционирующим системам (живая природа и общество).
Предметом диссертационного исследования являются закономерности самоорганизационных (эволюционных) процессов, а также выявление зависимости динамики свойств генерационных систем от их эволюционного (исторического) возраста.
Теоретико-методологическая база исследования. Прежде всего, за основу взята синтетическая теория эволюции и теория самоорганизации - синергетика. Важное место также занимают диалектический, системно-структурный и информационный подходы. Методической основой некоторых выводов, представленных в данной работе, явилась авторская компьютерная имитационная модель самоэволюционирующей системы «Хищник - жертва». Данная модель послужила естественнонаучной основой философского осмысления некоторых самоорганизационных процессов.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
1. Предложена классификация сложных эволюционирующих систем и осуществлена попытка разработки общих эволюционных подходов с целью на-
11 хождения оптимальной грани между редукционистким поиском единого механизма эволюции и антиредукционисткими барьерами, разграничивающими разные классы эволюционирующих систем.
Обоснована роль пластичности в процессах глобальной самоорганизации сложных систем как фактора, определяющего пределы изменчивости.
Предложен вариант решения проблемы соотношения роли революционных скачков и плавных эволюционных изменений и обоснована зависимость данного соотношения от уровня системной пластичности.
Подчеркивается эволюционная значимость альтруистического поведения как частного случая интеграционных процессов, являющихся, в конечном счете, результатом квазиэгоистической дивергентной эволюции.
Выделены такие универсальные факторы эволюции, как адаптирован-ность, отбор, эктропизм среды и определены их соотношения с фактором пластичности.
Выдвинут постулат о предельной ограниченности прогрессивной эволюции (лимитированном прогрессе). Его сущность заключается в том, что в качестве ограничивающего фактора прогрессивной эволюции выступает пластичность.
Дана интерпретация причинной обусловленности негэнтропийных процессов. В качестве квинтэссенции проделанной работы построена нетривиальная модель иерархического развития сложных диссипативных систем, сочетающая в себе системно-информационный и синергетический подходы.
Положения, выносимые на защиту.
1. Диссипативные системы можно подразделить на пассивноэволюциони-рующие - неравновесные системы неживой природы и активноэволюциони-рующие - системы живой природы и человеческого общества. В пассивноэво-люционирующих системах самоорганизационные процессы не являются закономерно причиннообусловленными. Они возможны только в определенных, уникальных или заданных внешних условиях. Самоорганизационные процессы в активноэволюционирующих системах являются непременным свойством и
12 способом их существования. Активноэволюционирующие системы по своей природе являются либо нецеленаправленными (живая природа), либо целенаправленными (общество). Первым в большей степени свойственно каузальное развитие - «детерминация прошлым», вторым - аттракторное - «детерминация будущим».
Системная пластичность выступает как один из универсальных факторов эволюции, представляющий результат диалектического синтеза категорий устойчивости и изменчивости. Пластичность можно охарактеризовать как меру устойчивости и одновременно как меру изменчивости, поскольку она задает пределы как изменчивости, так и устойчивости, ограничивается устойчивостью и является, по сути, ограничителем изменчивости. Пластичность в процессе естественного старения сложных эволюционирующих систем закономерно сокращается, и в результате наблюдается возрастание устойчивости за счет снижения адаптационных возможностей (изменчивости).
Активноэволюционирующим системам свойственна, главным образом, плавная, градуалистическая модель эволюции на ранних этапах исторического развития и прерывистая, пунктуалистическая модель на поздних этапах. Указанные процессы являются одним из следствий снижения пластичности.
Эгоистическая, «дарвиновская модель» эволюции является отражением прежде всего дифференциальных процессов, тогда как альтруистическую, «кропоткинскую модель», можно считать отражением интеграционных процессов. Дифференциальные и интеграционные процессы в эволюционирующих системах взаимозависимы и взаимообусловлены. На ранних этапах развития преобладают дифференциальные процессы, на поздних этапах - интеграционные. Возрастание интеграционной взаимосвязи в свою очередь способствует сокращению пределов изменчивости (пластичности).
5. Эволюцию сложноорганизованных систем можно представить в не сколько формализованном виде как результат взаимодействия таких универ сальных факторов эволюции, как адаптированность (приспособленность к кон-
13 кретным условиям среды), пластичность, определяющую потенциал адаптируемости, и эктропизм (рессурсоемкость) среды.
Пластичность систем сокращается не только в результате естественного старения, но и в результате прогрессивного развития. Основной причиной рес-руктуризациного снижения пластичности можно считать снижение пределов допустимой изменчивости в результате роста интеграционной взаимозависимости все более дифференцирующихся подсистем.
Эволюционирующие, генерационные системы можно представить в виде своеобразной иерархической пирамиды или «ханойской башни», в которой нижние, более объемные, этажи занимают наиболее пластичные, простейшие представители эволюционирующих систем, а на верхних, напротив, будут помещаться наименее пластичные и наиболее прогрессивные системы. При изначально малой пластичности наиболее прогрессивные эволюционирующие системы за высокую индивидуальную устойчивость платят снижением устойчивости филогенетической, исторической.
Теоретическая и практическая значимость исследования. Теоретическая значимость диссертационного исследования определяется, прежде всего, методологической направленностью на достижение единства между системным, информационным и синергетическим подходами в осмыслении самоорганизационных процессов в развитии природы и общества. Результатом такой методологической направленности является нахождение новых принципов эволюционного развития. С другой стороны, осуществленный синтез синтетической теории эволюции и синергетической парадигмы самоорганизации позволил создать модель, на основе которой в перспективе, вероятно, будет возможно долгосрочное прогнозирование развития природных и социальных систем путем экстраполяции выявленных закономерностей глобальной эволюции.
Результаты работы дают соответствующий материал для использования в процессе преподавания теоретических курсов по общей философии, логике и методологии науки, по дисциплине концепций современного естествознания на естественнонаучных и гуманитарных факультетах высших учебных заведений.
14 Апробация работы. Создана имитационная модель «Хищник-жертва», которая легла в основу структуры теоретической модели и была предложена для обсуждения на международной конференции: «Нелокальные задачи и родственные проблемы математической биологии, информатики и физики» (Нальчик, 1996 г.). Автор выступил с основными положениями, предложенными в диссертации, на международной конференции «Нелокальные задачи и родственные проблемы мат. биол., информатики и физики» (Нальчик, 2002 г.).
Диссертация обсуждена на кафедре философии Кабардино-Балкарского госуниверситета. По результатам исследований опубликовано 5 публикаций.
Эволюционирующие системы
Общая доля эволюционирующих систем в известной нам части Вселенной по всей видимости незначительна, но роль их для человека несравнимо выше. Практически все, с чем мы сталкиваемся в повседневной жизни является либо непосредственно системами с эволюционирующими свойствами либо продуктами их жизнедеятельности (кислород, углекислый газ, каменный уголь, нефть, газ, торф, древесина, сланцы, мел, почва и пр.), не говоря уже о продуктах предметного воздействия на природу самого человека как наиболее активно эволюционирующей системы.
Казалось бы, особенности присущие эволюционирующим системам можно интерпретировать в достаточной мере однозначно. До возникновения концепций универсального эволюционизма, когда эволюционирующие свойства приписывались практически только организмическим системам действительно особых разночтений по данному вопросу вроде и не возникало. Однако уровень развития простейших живых систем уже настолько высок, что возможность случайного возникновения жизни из систем не обладающих эволюционирующими свойствами уже тогда воспринималась как ничтожно малая вероятность (например по Кастлеру 1/10 ). Значит разумно предположить факт наличия, по крайней мере, простейших механизмов самоорганизации в некоторых доор-ганизменных системах.
Многие исследователи в данной связи указывают на то, что мы способны изучать свойства Вселенной, постольку, поскольку они таковы, чтобы в ней могла возникнуть жизнь и разум, а не наоборот . Данный тезис в той или иной трактовке весьма популярен в современной среде космологов, эволюционистов и философов и трактуется как аптропный принцип (Г. М. Идлис 1957, Б. Кар-тер 1967) . Антропный принцип, таким образом, указывает на закономерный характер самоорганизационных процессов и мы можем постулировать эту закономерность уже постольку, поскольку мы существуем. Следовательно, нам не стоит тратить время на решение вопроса о существовании таких закономерностей, а сконцентрироваться на их поиске и в частности на поиске и раскрытии механизма первичного биогенеза.
Наиболее близко на наш взгляд к решению загадки предбиологической эволюции подошел М. Эйген. Он использовал в своей модели информационный подход, в частности винеровский «принцип обратной связи». В основе модели «гиперцикла» Эйгена лежит идея перекрестного катализа (кросс-катализ). Нуклеотиды производят протеины, протеины в свою очередь - нуклеотиды. Основная суть данной модели заключается в автокаталитическом механизме данной реакции, когда продукт реакции является одновременно ее катализатором. Все это определяет взрывной, экспоненциальный рост неравновесности. Такой «гиперцикл» способен обеспечивать устойчивое «выживание» как нуклеиновых кислот, так и протеинов, посредством постоянно возникающих полимеров с высоким уровнем воспроизводства, что обеспечивает самовоспроизводство цикла без какого-либо вмешательства извне. Это приводит к тому, что биологическая эволюция начинает строиться на прочном фундаменте, предвосхищающем возникновение генетического кода. Именно «наличие каталитических функций в сочетании с различными механизмами обратной связи, придающее системе способность к автоматическому росту, - подчеркивает Эйген, - является одной из решающих предпосылок самоорганизации»1. Даная сугубо ортогенетическая система еще не была в строгом смысле этого термина организмической, она могла расти подобно дрожжевому тесту, накапливая свободную энергию, но еще не приобрела активноэволюциони-рующих свойств. Жизнь возникла не просто с возникновением наследственной изменчивости, а тогда, когда стохастичная по сути наследственная изменчивость подверглась непрерывному, направленному со стороны внешней среды воздействию, с ее детерминирующей, селективной ролью. Именно поэтому Эйген берет за основу понятие селективной ценности информации. На том же принципе построены и химические часы Белоусова-Жаботинского и «Брюселятор» И. Приго-жина. Кстати, модель когерентного взаимодействия в твердотельном лазере одного из отцов основателей синергетики Г. Хакена, по его же собственному признанию, практически повторяет Эйгеновскую модель «Гиперцикла». В одном из своих интервью Хакен отмечал, что в работе, опубликованной совместно с Зауэрманом они привели уравнения лазера и эти уравнения, как они установили впоследствии, имели такую же структуру, как и те, что Эйген совершенно независимо получил для своих молекул. Это было для меня, так сказать, искрой. Если две совершенно разные области - такие как лазерная физика и биомолекулы, удовлетворяют одним и тем же уравнениям, что показывает, что здесь присутствуют гораздо более глубокие закономерности, чем только эти уравнения. Возможно, что они как раз поверхностны, но что ... вопрос о формировании порядка в системах, предоставленных самим себе (в данном случае, впрочем, приводимых в движение за счет подвода энергии извне), - что этот вопрос все же следует рассматривать на единой принципиальной основе1. Именно поиск общих закономерностей самоорганизационных процессов, проведенный Хакеном, Эйгеном и независимо от них представителями бельгийской пригожинской школы привел, в конечном счете, к формированию синергетики и теории диссипативных структур.
Вместе с тем не стоит забывать и о том гигантском разрыве, который существует между эволюционирующими системами неживой природы и даже самой примитивной жизнью. Более того, в узком смысле этого слова, действительно закономерно обусловленными эволюционными свойствами обладают только живые системы, включая и самого человека. Ведь для жизни прогрессивное развитие, как индивидуальное, так и историческое - это способ существования, тогда как для прочих диссипативных систем это только лишь возможность самоорганизации при соблюдении строго определенных внешних условий.
Активноэволюционирующие (организмические) системы
Исторически сложилось так, что закономерности эволюционного развития наиболее глубоко изучены в биологических системах. Через понимание закономерностей развития биологических систем проще прийти к пониманию путей развития систем социальных, об этом писал еще Спенсер . И не случайно на передний план, в связи с развитием синергетической научной парадигмы, вышли вопросы нахождения общих принципов функционирования как биологических, так и социальных систем.
В последнее время накоплен ряд фактов, свидетельствующих, что биологические системы возникли из более простых диссипативных структур. Такая самоорганизующаяся система развилась до уровня биологической лишь тогда, когда ее элементы приобрели возможность воспроизведения себе подобных с наследуемыми признаками. Именно это позволило, в свою очередь, осуществить переход к активному эволюционному развитию, благодаря наследственной изменчивости и естественному отбору. Материя сделала гигантский рывок в своем развитии, приобретя способность к активной адаптации. Впервые появился вид материи, закономерно детерминированный на прогрессивное развитие. Впервые появились системы, способные активно поддерживать и совершенствовать механизм саморегулируемой «отрицательной обратной связи» (под последней в данном контексте имеется в виду устойчивость к внешним воздействиям - гомеостаз), направленный на сохранение и упрочение собственной неравновесности в условиях динамично меняющейся внешней среды. Впрочем, поскольку гомеостаз предполагает поддержание равновесия, более точно было бы говорить не о неравновестности, а о неустойчивом равновесии.
Чрезвычайно сложно говорить об особенностях живых систем. В первую очередь потому, что одной из характерных особенностей жизни является функциональная неоднозначность. Нет в живом организме органов и систем со строго детерминированными функциями, и невозможно найти единственный четко работающий атрибутивный признак жизни. Обмен веществ - а как же вирусы или живые организмы в состоянии глубокого анабиоза? Если же не считать вирусы живыми организмами, тогда все еще сложнее, белок, нуклеиновая кислота, наследственная изменчивость и естественный отбор также нельзя будет считать атрибутами жизни. Подвижность - то же далеко не всегда. Размножение, наследственность, раздражимость - самовоспроизводящиеся искусственные системы или датчики разве являются живыми? Неравновестность, нелинейность развития - все это свойственно и другим диссипативным системам неживой природы.
Таким образом, все признаки, характеризующие понятие «жизнь» при отдельном рассмотрении недостаточны и работают только в комплексе. Наиболее точное, на наш взгляд, определение жизни дает М. В. Волькенштейн «Жизнь есть форма существования макроскопических гетерогенных открытых систем, далеких от равновесия, способных к самоорганизации и самовоспроизведению.
Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые кислоты»1. При всех очевидных достоинствах, данное определение вряд ли можно считать законченным и всеобщим. В данной работе мы основной акцент делаем на таком атрибутивном свойстве живых систем как способность к активным самоорганизационным (эволюционным) процессам. Активным в том смысле, что самоорганизация здесь не предполагается, а является единственно возможным способом существования. Система не пассивно ожидает необходимых условий, а активно их ищет, либо создает. Данное определение жизни является собственно философским, поскольку: во-первых, не использует категориальный аппарат биологической науки, и, во-вторых, не привязано жестко только лишь к известным земным живым системам. Но и это трансдисциплинарное определение имеет существенный недостаток - это недостаточная конкретика. В частности непонятно, насколько активными должны быть самоорганизационные процессы, чтобы свойства системы считались ак-тивноэволюционирующими. Для большей конкретизации дадим следующее определение - жизнь есть способ существования активиоэволюционнрующих, генерационных систем, в которых основной механизм исторического развития основан на наследственного изменчивости и естественном отборе. По большому счету ничего качественно нового данное определение не несет, мы только лишь расставили акценты несколько по своему. Для нас принципиально важно указать именно на то, что активноэволюционирующие свойства, основанные на механизме обратной связи, определяемой наследственной изменчивостью и естественным отбором это основополагающие и первичные свойства жизни. Все прочие атрибуты жизни, по всей видимости, вторичны по отношению к ним. Не случайно еще основоположник системного подхода Людвиг фон Берталанфи отмечал, что жизнь скорее процесс, чем структура. Ко всему прочему, определение жизни, ориентированное на более конкретных жизненных атрибутах (белки, нуклеиновые кислоты и пр.) сужает понятие «жизнь» к конкретным, известным нам земным формам. С другой стороны, не стоит впадать и в другую крайность, сводя все уникальные свойства жизни лишь к свойствам диссипа-тивных структур.
Переход некоторых неравновесных систем неживой природы к активно-эволюционирующему способу развития процесс закономерный, но нельзя исключать и известную долю случайности, ведь комплекс климатических условий и геохимического состава, возникший к моменту формирования жизни на Земле, достаточно уникален. Однако, несмотря на громадный качественный разрыв организмические системы в той же мере подчиняются наиболее общим законам развития эволюционирующих систем, имея при этом и целый ряд особенностей.
Основные отличия пассивноэволюциоиирующих и активиоэволюциопи-рующнх систем. 1. Пассивноэволюционирующие системы могут возникнуть или приобре сти способность к самоорганизационным процессам тогда, когда внешние ус ловия это позволяют. Активноэволюционирующие системы не ждут, когда в среде будет достаточно сырья и энергии, не ждут наступления достаточно ста бильных и благоприятных условий, а активно ищут их и при необходимости, а также по возможности создают их сами. Последнее свойство особенно харак терно для целенаправленных систем; 2. Пассивноэволюционирующие системы не только жестко зависят от внешнего притока эктропии (энергии, вещества, информации), но и от его качества. Активноэволюционирующие системы способны на его активное преобразование или при необходимости на смену спектра потребляемых ресурсов. Например, автотрофы, в случае недостатка световой энергии, в исторической динамике (филогенезе) вполне способны перейти от фотосинтеза к хемосинтезу.
Понятие пластичности. Пластичность как фактор эволюции
Для решения многих вопросов глобального эволюционизма становится особенно актуальной проблема поиска универсальных критериев эволюции. В данном контексте наиболее плодотворными явились результаты исследований, осуществляемые в рамках системно-информационного и синергетического подходов к изучению предбиологической и биологической эволюции, а также естественноисторических процессов. Здесь мы предлагаем рассмотреть один из таких универсальных критериев эволюционного процесса, каковым, по нашему мнению, выступает пластичность. Критерий пластичности может способствовать выявлению пока еще неизвестных сторон «прогрессивного» развития и вместе с тем поможет раскрыть и некоторые его отрицательные стороны. Возможно этот критерий поможет дать ответ и на вопрос о существовании пределов прогрессивного развития.
В основе самоорганизационных процессов лежит борьба между «порядком» и «хаосом», между созиданием и разрушением. Другой важной стороной эволюционных процессов является противоречие между изменчивостью и устойчивостью. Но эти противоречия вовсе не идентичны. Устойчивость нельзя отождествлять с порядком, а изменчивость - с хаосом. Устойчивость направлена не только на противодействие разрушению, но и на противодействие новому созиданию. Изменчивость, в свою очередь, способствуя разрушению, при определенных условиях способствует и прогрессу. Категорию, отражающую диа лектический синтез данных категорий, отражающую устойчивую изменчивость или изменчивую устойчивость, можно охарактеризовать как пластичность.
В энциклопедии Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона пластичность трактуется следующим образом: «Твердые тела характеризуются упругостью. Сила, приложенная к упругому телу, вызывает изменение формы - деформацию ... твердые тела упруги лишь в известных пределах деформации. За этими пределами упругости твердые тела обнаруживают большую или меньшую пластичность» . Мы же понимаем пластичность значительно шире. Упругость и деформация обобщается в авторской трактовке до изменчивости, причем не только в физическом смысле. Изменчивость, в отличие от упругости, свойственна всем системам, в том числе и концептуальным. Пределы упругости мы обобщаем до пределов изменчивости.
В качестве иллюстрации функциональной аналогии между упругостью и изменчивостью, приведем следующие примеры. Когда на физическое тело давит пресс, это тело или сжимается, если позволяют допустимые пределы упругости, или разрушается. Теперь допустим, что человек начал осваивать новые природные ландшафты. Здесь уже на аборигенную флору и фауну начинает воздействовать «антропогенный пресс». И в этом случае виды либо приспосабливаются, если пределы изменчивости (пластичности) это допускают, либо вымирают. Упругость определяет пределы буферности физических тел в ответ на внешнее механическое воздействие, изменчивость (например модификацион-ная) также определяет пределы буферности систем в ответ на внешнее воздействие, и в том и в другом случае, если внешнее воздействие превышает пределы упругости или допустимые пределы изменчивости - система разрушается.
Пластичность в данном контексте можно охарактеризовать как меру изменчивости в пределах определенного порога устойчивости. Иными словами, пластичность определяет пределы изменчивости, при которых система еще способна сохранить свою целостность.
Впрочем, такое расширенное понимание термина пластичность, выходящее далеко за рамки приведенного классического определения, уже давно практикуется многими авторами. Мы только осуществили попытку более строго обозначить уже сложившуюся его трансформацию.
Пластичность варьируется от предельно релятивисткой среды - хаоса, в котором она максимальна, поскольку в хаосе ничто не ограничивает изменчивость - до предельно закоснелой системы, в которой любое, даже малейшее изменение, приводит к разрушению. Ясно, что в последнем случае пластичность фактически нулевая. В действительности это идеализированные состояния, и в любом конкретном проявлении мы имеем дело с промежуточными состояниями систем.
Пластичность условно можно разделить на текущую и общую. Текущая пластичность характеризует пределы допустимой изменчивости конкретной системы на протяжении ее жизненного периода. Общая же пластичность характеризует заложенный потенциал изменчивости (диапазон послебифуркацион-ных путей развития) или спектр потенциально возможных устойчивых состояний. Общая пластичность характеризует изменчивость на протяжении длительного исторического периода. Например, в организмических системах текущая пластичность определяет пределы модификационной изменчивости конкретной особи и глубину ее возможных адаптации, общая же пластичность характеризует эволюционные возможности вида в целом, его эволюционно-генетическии потенциал.
Если текущая (действительная) пластичность определяет пороги выживаемости особей на протяжении их жизненного периода, то общая пластичность определяет пределы выживаемости вида и таксонов более высокого порядка на протяжении длительного исторического периода. Текущая пластичность в биологических системах коррелирует с глубиной морфофизеологиче-ской дифференциации, тогда как общая пластичность зависит от глубины дифференциации филогенетической. Если текущая пластичность популяций определяется спектром изменчивости составляющих ее особей, то общая пластич ность может быть здесь значительно выше за счет не родившихся, но заложенных в генофонд данной популяции особей в потенциале. Если текущая пластичность определяет, прежде всего, при какой ширине спектра внешних условий среды система способна сохранить свою целостность, то общая пластичность определяет ширину диапазона позитивных постбифуркационных решений, позволяющих системе найти адекватный ответ на очередной вызов среды путем собственной реорганизации. Конечно же, вместе с тем, нельзя столь жестко разграничивать общую и текущую пластичность. Во-первых, индивидуальная пластичность может обогащаться общей, в ней могут открываться некоторые изначально нераскрытые потенциалы. Во-вторых, если какую-либо глобальную надсистему рассматривать как систему, тогда эволюционная изменчивость (общая пластичность) может уже рассматриваться по аналогии с изменчивостью модификационной (текущая пластичность).
Факторы системного развития
Естественным свойством любой эволюционирующей системы является стремление к достижению максимально устойчивого состояния. Линейные системы достигают предела устойчивости в состоянии с максимальным значением энтропии (устойчивое равновесие). Диссипативные же системы, характеризующиеся открытостью, неравновесностью и нелинейностью, вынуждены снижать внутреннюю энтропию, повышая энтропию среды для поддержания устойчивого порядка (неустойчивое равновесие). Неустойчивое или квазиустойчивое равновесие можно проиллюстрировать в виде шарика, находящегося на вершине выпуклой полусферы, устойчивое равновесие в свою очередь иллюстрируется шариком, находящимся на дне вогнутой полусферы.
Таким образом, системы, в итоге, либо приходят к устойчивому состоянию «хаоса», либо совершенствуют внутренние механизмы для поддержания квазиустойчивого равновесия в ответ на разрушительное давление среды. Диссипативные системы способные на активное приспособление (активноэволюцио-нирующие системы) используют в этих целях адаптационные механизмы, в прочих системах происходит пассивное приспособление в результате выбраковки, под действием естественного отбора, наименее устойчивых состояний (пассивноэволюционирующие системы). Фактор, определяющий пределы устойчивости системы в конкретных условиях молено охарактеризовать как адаптированность. В специальной литературе обычно употребляется термин адаптация (от лат. adaptatio - приспособление). Значительно реже адаптируемость (адаптационная способность), в предлагаемой модели фрактального развития систем термин адаптированность употребляется как конечный результат (аттрактор) адаптации к заданному комплексу внешних условий. Адаптирован-ность характеризуется как фактор прежде всего внутреннего свойства, который выражается в комплексе свойств, определяющих устойчивость системы в конкретных условиях внешней среды. Конечно, в некоторых случаях, в глубоко интегрированных системах, бывает трудно отделить внутреннюю адаптирован-ность от адаптированности надсистемы в целом.
Но в каком направлении будет эволюционировать система? В сторону повышения уровня упорядоченности или напротив, к более хаотическому состоянию? Однозначного ответа на эти вопросы, в рамках классической теории эволюции, мы не найдем. Если условия внешней среды в целом не ухудшаются, то для нахождения адекватного решения, направленного на сохранение состояния квазиустойчивого равновесия, системе вовсе не обязательно усложняться. Более того, исходя из принципа симморфоза, согласно которому система стремится к минимизации лишних структур , наиболее выигрышными оказываются наиболее простые решения при прочих равных показателях устойчивости. Природа, когда это возможно, действует по принципу "Бритвы Оккама" (не множит без надобности сущности, отсекает все лишнее), исключая случаи когда сохранение рудиментарных признаков требует меньших затрат, чем их утрата и если уровень пластичности это позволяет. И тем не менее, прогрессивное развитие, заключающееся прежде всего в росте устойчивости, в целом, все же приводит к коррелятивному возрастанию сложности внутренней структуры.
Диссипативные системы, как известно, должны черпать «порядок» из внешней среды для поддержания и углубления собственной упорядоченности. Очевидно, что в условиях все большего насыщения среды диссипативными системами, между последними возрастает "конкурентная борьба", что вынуждает, в свою очередь, прибегать к все более сложным ухищрениям для поддержания внутренней устойчивости. К тому же, среда не только является источником исчерпаемых ресурсов необходимых системе, но и представляется в виде неисчерпаемого источника разрушительного воздействия. Следовательно, прогрессивное развитие систем проявляет себя не только как необходимость во все более эффективном доступе ресурсов, но и как противодействие разрушительному влиянию нарастающего хаоса во внешней среде. И действительно, если диссипативные системы характеризуются, прежде всего, процессами диссипации беспорядка во внешнюю среду, тогда возрастание удельного веса диссипа-тивных структур неизбежно будет приводить к возрастанию хаоса во внешней среде. Как следствие, неравновесной системе, становится все сложнее поддерживать собственную неравновесность, все сложнее перекачивать порядок и противодействовать разрушительному влиянию хаоса. Рост системной упорядоченности, таким образом, является непосредственным следствием возрастания хаотизации среды. И именно поэтому хаос, являясь антагонистом порядка, в то же время является и его непосредственным творцом. Фактор, выражающий степень доступности порядка (энергии, вещества, информации) во внешней среде и степень воздействия беспорядка со стороны среды на систему можно охарактеризовать как эктропизм среды . Под понятием «эктропизм среды», в данном случае, понимается та часть порядка надсистемы, которая используется конкретной неравновесной системой для поддержания собственной упорядоченности. Следует при этом особо подчеркнуть, что среда это не бесструктурное вместилище ресурсов, поэтому взаимоотношения системы со средой можно выразить как коэволюционные. Диссипативные системы не только приспосабливаются к внешней среде, но и интегрируются с ней, образуя, в конечном счете, вместе с другими диссипативными структурами того же уровня диссипативную надструктуру следующего уровня (восходящее развитие).
И, наконец, фактор, определяющий потенциал системного развития, характеризующий число потенциально возможных устойчивых состояний. Этим фактором является уже рассмотренная выше системная пластичность.
Итак, эволюционное развитие систем можно, в несколько упрощенном виде, свести к трем основным факторам: адаптированность, эктропизм среды и пластичность. Адаптированность можно представить как недостижимый идеал устойчивости в заданных условиях существования системы. Когда предел адап-тированности казалось бы уже близок, условия определяющие уровень эктро-пизма среды могут измениться и устойчивость системы вторично отдаляется от своего заданного субидеала. Пластичность, в свою очередь, определяет ширину спектра внешних условий, для которых неравновесные системы еще способны к достижению состояния неустойчивого равновесия. Таким образом, динамику развития указанных факторов можно понять только при их комплексном анализе.
