Теория систем в биологии
4
Что такое теория систем?
4
Роль биологии в развитии теории систем
6
Основные задачи теории систем в биологии
8
Какие уже есть примеры решения биологических задач системным методом
9
Пути выявления и критерии основных принципов в теории систем и особенности их
проявления в биологии
10
Особенности приложения теории систем в биологии
11
Простейшие биологические принципы в биологических системах
12
Некоторые конкретные проблемы, связанные с двумя крайними формами систем
17
Взнос биологов в различные разделы теории систем
26
Научный гуманизм
33
Предисловие
33
Почему написан этот небольшой труд?
33
Что такое идеология и какую роль она выполняет в жизни и развитии общества?
37
Основные задачи и методы их разрешения
39
Предварительные замечания
42
Некоторые общие тенденции истории
48
Идеология и развитие общества
52
Теперь или никогда!
57
2
Современное капиталистическое и социалистическое общество
62
Заинтересованность и компетентность
67
Контуры научно-гуманистического общества
69
Чего ожидать от нового течения и что делать?
77
Элементарный художественный образ и его отношение к высшей нервной
деятельности
79
Расчлененность физиологических процессов и психологический синтез
79
"Техника" искусства и его материал
84
Элементарный художественный образ на примере литературного сравнения
91
Художественное и нехудожественное сравнение. (Оптимальное сравнение)
99
Эмоциональный синтез
109
Приложение
125
О "сигналах" первого и второго порядка
125
Цвета и эмоции
128
Художественное сравнение сходных представлений
129
Опыт понимания возникновения художественного восприятия в свете учения
И. П. Павлова
131
Заметки на полях (отдельные наброски из дневника)
139
Дневник
139
Вопросы организации систем
151
Выравнивание
166
Значение особенностей элементов в построении системы
170
Интегральные закономерности. Практические схемы
174
Коммутативность, нейтральность, математика
179
Наибольшая и наименьшая
186
Ограниченность системы
198
Оптимум
203
Оптимум и его диалектика
215
Отбор и корпускулярность
221
Проблемы генетики шизофрении
229
Социальные и биологические факторы в эволюции и индивидуальном развитии человека
235
3
Теория систем в биологии
Что такое теория систем?
Теория систем - новая наука, возникшая всего несколько десятилетий тому назад. Лучше всего можно понять ее сущность, если сравнивать с математикой. Математика всегда занимала особое место среди других наук. Действительно, зоология занималась животным миром, ботаника - растительным, астрономия - тем, что обобщенно называют "небесными телами" (звездами, планетами, включая Землю, галактикам), химия - свойствами различных веществ и их химическими превращениями.
Одним словом, у каждой науки были свои объекты или, по крайней мере, своя особая точка зрения на предметы. Химия могла интересоваться и живыми организмами, но именно их химическими свойствами и превращениями веществ в них. Механика интересовалась прочностью, упругостью, механическими взаимодействиями между различными телами и т. д. Эти свойства и явления изучались сначала на простых объектах, но можно было изучать механические процессы и в организме. Однако механика уже не затрагивала ни химических превращений, ни эволюции живых организмов. ИI лишь немного эти, прежние, науки в какой-то мере затрагивали одна другую. Но только одна наука - математика - вторгалась и в химию, и в механику, и в астрономию, и в зоологию, применяя свои, математические, законы, методы и принципы для решения задач одинаково и в химии, и в астрономии, и в биологии, и в механике и т. д.
Почему же математика заняла такое особое положение? Потому что она изучала те показатели, те свойства, которые имеются у каждого предмета, которые имеют место в каждом процессе: число и величину (а величина тоже измеряется числом). Начавшись в древности с простого счета, выработав затем простые арифметические правила сложения, вычитания, умножения и деления, она за тысячи лет резвилась в сложную науку. Но и теперь она сохранила ту же особенность: ее методы и принципы приложимы во всех других, более конкретных науках. И вот теория систем, явно, является младшей сестрой математики. Она тоже изучает самые общие свойства систем, а ведь любой предмет, любой процесс всегда состоит из определенных частей или элементов, соединенных тем иди иным способом в какую-то систему. Значит, изучая самые общие свойства систем, мы можем решать задачи в любой области знания. Но какие же это свойства?
Эго уже не величина и число (ими ведь занимается математика), а нечто другое, но такое же общее. Это свойства систем, зависящие от того, в какую "архитектуру" системы
4
складываются те элементы (кирпичи, живые клетки и т. д.), из которых она построена. Из кирпичей можно построить и жилой дом, и садовую стенку, можно обложить кирпичом колодец, сделать много других сооружений. Из клеток построены самые непохожие друг на друга организмы. Известный английский ученый Джозеф Нидхэм, в своей статье "На грани биологии и биохимии" писал, что любая биологическая система может рассматриваться с трех точек зрения: качества элементов, из которых она построена,их количества и той архитектуры, в которую они складываются. Он еще не знал теории систем, однако, хотя и упрощенно, изложил вопрос правильно. Элементами (клетками в теле животных или цельными особями в виде (или в популяции) животных) занимается частная наука - гистология или зоология, количественными сторонами (не только, конечно, числом элементов) занимается математика, а "архитектурой" - теория систем.
Но может ли быть сходное строение (структура) у систем, построенных из разных элементов? Возьмем тот же пример: жилище может быть построено из дерева, из кирпича, из железобетонных блоков и даже из снега (иглу эскимосов).
И, напротив, из сходных элементов, например, из дерева может быть построено не только жилье, но и корабль, и телега, оно входит в состав орудий (ручки топора, лопаты), старинного оружия (копье, лук и стрелы, стенобитные тараны) и т. д. Это всего лишь обыденные примеры, но они показывают, как, действительно, много значит структура ("архитектура") системы сама по себе. Те дома, которые строились раньше из дерева, стали строить из других материалов, но их основные особенности - замкнутое помещение со входом - защита от непогоды, от вторжения чужих людей, их сходная в общем (для квартиры) планировка - сохранились. Корабли стали строить не из дерева, а из металла. Спортивные лыжи и копья - из пластмасс, а их форма и применение в спорте не изменились. Значит, хотя материал имеет большое значение, но форма, строение - не меньшее. И вот, исходя из этого, ученые постарались сделать первые шаги в проблеме строения систем, выделяя в них то общее, что имеет значение в самых разных областях знания и может послужить для решения сложных научных задач.
Единство мира, как подчеркивал В. И. Ленин, определяется не только тем, что вся Вселенная построена из одних первичных элементов (атомов, элементарных частиц), но и тем, что
--
самых разных процессах, на разных уровнях строения материи проявляются сходные законы, что
--
математической форме отражается сходными дифференциальными уравнениями,
описывающими весьма разнородные по происхождению процессы.
Теория систем возникла в оформленном виде всего несколько десятилетий тому назад. Ее, независимо друг от друга, изложили немного по-разному несколько ученых. Поэтому по уровню развития ей еще далеко до своей старшей сестры - математики. Но уже первые простые ее
5
принципы позволяют ставить по-новому научные задачи и решать их успешнее, чем это делалось до сих пор. Также, конечно, было и тогда, когда первобытные люди перешли от простого счета предметов к умению складывать числа, умножать их друг на друга, делить и т. д. Главное же то, что, не мешая математическому решению задач, теория систем ставит и решает другие задачи, обогащая этим наши пути к знанию. И особенно велико ее значение в тех областях знания, где, как
--
биологии, далеко не все легко измерить и изучить математически, а различные биологические объекты построены (несмотря на количественные различия) часто сходным образом. Это делает значение теории систем в биологии особенно большим.
Роль биологии в развитии теории систем
В самом деле небольшая мышь весит около 14 граммов, а самые крупные киты весят до 140 тонн. Это значит, что кит по своей массе может быть в десять миллионов раз больше мыши - разница огромная. И живут они в разных условиях, отчего и внешность у них совсем не одинаковая
- тело, покрытое шерстью, и тонкие лапки и хвост у мыши и, наоборот, гладкая бесшерстная кожа,
обтекаемое тело и широкий плоский хвост у кита. А внутреннее строение - устройство сердца, организация кровобращения, центральная нервная система и другие органы - сходно. Такое постоянство больших групп животных по своему основному строению при огромных различиях размеров, численности, условий жизни делает особенно важным в науке о жизни понимание законы, управляюших строением систем.
Но если мы обратимся к истории системной теории, то увидим и обратное влияние - огромный вклад, который в развитие этой теории внесли ученые-биологи. Конечно, теория систем, проникающая во все науки, строилась на основании работ ученых разных специальностей. Корни этой теории, еще не вполне оформленные в концепцию, ясно прослеживаются в прошлом, ХIХ столетии. Системный подход к ряду проблем уже отчетливо виден в классических работах К. Маркса (разбору чего посвщена специальная книга Кузьмина).
Одна из первых концепций подобной теории в нашем, ХХ веке была создана сербским математиком Михаилом Петровичем. Представление об отрицательной обратной связи (о которой мы скажем позже), вошедшее и в кибернетику, и в теорию систем, было сформулировано отечественным кристаллографом профессором Федоровым. Ряд положений, вошедших в теорию систем, изложен в книге известного математика и создателя кибе|рнетики Н. Винера. Но особенно большая роль в развитии теории систем принадлежит биологии. Само название этой науки ("Общая теория систем") было дано иэвестным австрийским биологом Людвигом фон Берталанфи, уехавшим от гитлеризма в США и опубликовавшим свои работы в 40-х годах нашего столетия. Однако практически одновременно с М. Петровичем свою (и более полную) концепцию
6
опубликовал наш отечественный врач и биолог А. А. Богданов (1913, 1917, 1922 гг.), назвавший ее "Всеобщей организационной наукой".
--
еще в XIX веке, лишь немного позже К. Маркса системный подход проявил в области эволюции и крупнейший биолог Ч. Дарвин, сформулировавший теорию естественного отбора. И в развитии идей книги "Кибернетика, или Наука об управлении в организме животного и в машине"
Н. Винера (где заложен и ряд идей, вошедших в теорию систем), как пишет в предисловии сам
автор, участвовали мексиканский физиолог Артуро Розенблют и английский генетик Дж. Б. С. Холдейн. Но кроме этих, наиболее фундаментальных работ, отдельные идеи теории систем развивали агрохимик Ю. Либих (XIX в.), а из отечественных авторов Н. А. Белов и М. М. Завадовский (отрицательные обратные связи), В. А. Геодакян, А. А. Малиновский и ряд других.
Чем же это объясняется? Как уже говорилось выше, в биологии математические методы, кроме статистических, пока приложимы в довольно ограниченных размерах, так как в ней нет таких устойчивых параметров, нет точных исходных констант и точных зависимостей, исходя из которых в механике и физике развивались математические обыкновенные идеи.
Зато в биологии мы встречаемся с первых же шагов с живыми организмами, с необычайным разнообразием систем разной степени сложности и с такими зависимостями, как, например, разные типы обратных связей и т. д. Они дали богатый материал для наблюдения и исследования форм связей элементов в системах и для обобщения системных закономерностей. Это было как причиной сравнительно интенсивного развития в биологии системного подхода, так
--
особой ценности приложения его для решения ряда научных задач, и собственно в биологии, и в связанных с нею областях медицины, психологии и т. д.
Конечно, принципы теории систем, как наиболее общей науки (кроме математики), касаются не только биологии, и дальше мы будем иногда (особенно при иллюстрации отдельных принципов) в какой-то мере выходить за пределы биологии. Но наша задача - изложить некоторые простейшие принципы теории систем в области науки и жизни и примеры решения там отдедьных проблем, исходя из таких принципов.
Надо, однако, помнить, что теория систем - наука очень молодая, ее история короче истории математики примерно в сто раз, и основные принципы пока достаточно элементарны. И все же они уже дают возможность решать ранее нерешенные задачи, а это уже немало.
Пока еще сделано немного шагов в развитии самой науки, но они - в новом направлении, и это придает им особую ценность. Это можно сравнить с ценностью зрения и слуха для человека. Считают, что зрение дает человеку информацию в 100 раз больше, чем слух. Но слух дает ту
7
информацию, которую не может дать зрение. Мы не можем видеть, что происходит за стеной, а слух часто дает нам знание об этом. В темноте слух нам помогает больше, чем зрение. Пусть возможности слуха менее богаты, но они делают его очень ценным как дополнение к зрению. Так же и теория систем даже на первых порах именно своим отличием от математики является особенно ценной. Не обладая еще мощью математики, она своими пока еще простыми средствами решает задачи, чуждые математике.
Будущее теории систем очень перспективно. Чтобы догнать в развитии свою старшую сестру математику, теории систем не понадобится, конечно, тех десяти тысячелетий, которые шло развитие математики, так как темпы научного развития теперь в сотни раз больше, чем были на заре возникновения науки и культуры в Древней Индии, Китае, Египте или Двуречье. И надо думать, что не так далек час, когда развитие их почти сравняется.
Основные задачи теории систем в биологии
Чтобы изучить какую-либо область, подлежащую исследованию, прежде всего, надо навести в нашем знании известный порядок. Развивая теорию систем, мы должны прежде всего рассортировать известные нам системы по их устройству и по тем связям их частей, которые характерны да каждого типа систем. Но это будет только классификащя. Например, мы можем выделить системы централизованные (солнце и планеты, ядро атома и "электронное облако" вокруг него, мозг и зависящие от него органы в организме животного и т. д.); дискретные, состоящие из сравнительно равноправных и мало связанных между собою элементов (красные кровяные тельца в крови, животные в популяции, населяющей остров, и т. д.) и много других типов систем. Но это - только пассивная классификация. Значение для науки она приобретает только тогда, когда мы обнаружим, чем именно эти определенные типы отличаются друг от друга в своем действии - в своей функции и в своем развитии. Поэтому первой задачей теории систем в биологии является установление зависимости действия и развития систем от их устройства.
Вторая задача еще существеннее. Мы знаем, что целое, как говорят, больше, чем сумма частей. Например, дом, построенный из кирпичей, обладает рядом ценных для нас свойств, которыми не обладают все его кирпичи, вместе взятые, если они лежат в куче до того, как они будут сложены в таком порядке, который нужен для устройства дома. Все отдельные, не соединенные вместе части автомобиля не могут выполнять функции передвижения и перевозки людей и вещей, которую они выполняют, соединенные в целую машину. Тем более не могут жить и существовать отдельные органы тела, если они отделены друг от друга.
Возникает вопрос, есть ли какие-либо общие законы, по которым объединение частей в
8
целую систему может придать ей свойства, каких не имеют отдельные части, даже взятые вместе, но еще не соединенные в систему. Исследование этого вопроса является второй важнейшей задачей теории систем в биологии. Конечно, для решения этих основных в настоящее время задач необходимо решить и ряд других более частных вопросов, позволяющих правильно подойти к этим вопросам.
Какие уже есть примеры решения биологических задач системным методом
Теоретико-системный подход позволил решить ряд нерешенных, а иногда даже и не поставленных ранее задач в биологии и смежных с нею науках. Пока кратко остановимся на некоторых из них.
--
Так в период дискуссии по генетике (1936-48 гг.) даже некоторые образованные биологи высказывали мнение, что механизмы наследственности в представлении современных генетиков
"не биологичны", "механистичны", так как "корпускулярны". При ближайшем ( по существу - системном) анализе проблемы выяснилось, что именно такие "корпускулярные" механизмы обеспечивают наиболее быструю эволюцию путем естественного отбора.
--
Другой пример - "инерция" некоторых физиологических процессов. Например, человек спит 8 часов и 16 часов бодрствует. Ясно, что на седьмом часу сна он уже почти освободился от утомления, но все же спит. А на 15 часу бодрствования у него накопилось во всяком случае больше утомления, чем осталось на седьмой час сна. А он все же еще час бодрствует. Как объяснить эту
"инерцию"? Исходя из обратных связей (которые были в теории биологических систем открыты еще до появления кибернетики), удалось объяснить эту инерцию.
--
У лиц, больных шизофренией, или лиц, очень склонных к ней ("шизоидов"), есть как будто бы взаимно противоречивые особенности мышления ("аутистического"). В представлениях о внешнем мире: некоторое приближение к представлениям первобытных народов и одновременно совсем не характерное для первобытного мышления - "сверхсовременное" мышление, по преимуществу, словами, (а главное - без учета их многозначности), что позволяет им оправдывать свои бредовые идеи. Системное рассмотрение вопроса позволило понять причины этой как будто противоречивости и даже рекомендовать усовершенствование лечения не очень тяжелых форм шизофрении.
--
Специалист по физиологической оптике Ю. А. Утехин, исходя из системы нервно-
мышечных обратных связей, сумел предложить метод лечения косоглазия специальными очками, которые в очень большом проценте случаев дают исправление этого дефекта зрения.
--
Исходя из принципов теории систем, удалось создать гипотезу о том, как из слов, по
9
отдельности не производящих художественного впечатления, складываются высоко эмоциональные художественные образы.
Пути выявления и критерии основных принципов в теории систем и особенности их проявления в биологии
Принципы и закономерности в любой науке первоначально берутся из практики: из наблюдения или эксперимента. Даже в такой науке, как математика, несомненно, и таблица умножения, и геометрические истины сначала формулировались на основе опыта. Так, сначала, по-видимому, (еще в Египте) было замечено, что если у прямоугольного треугольника длина сторон равна трем, четырем и пяти единицам, то сумма квадратов катетов (3x3 + 4x4 = 25) равна квадрату гипотенузы (5 х 5 = 25). И лишь позже это положение (сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы) было докаэано уже для всех прямоугольных треугольников в теореме Пифагора. В дальнейшем в математику все больше вводили метод чисто теоретического поиска все новых и новых теорем.
--
теории систем первые, наиболее простые принципы, с которыми мы будем дальше иметь дело, были взяты из отдельных конкретных наук и, в частности, из биологии и других дисциплин,
смежных с нею. Но ясно, что одни и лишь сравнительно немногие закономерности в той же биологии имеют общее системное значение, в то время как большинство других закономерностей имеют частное значение и приложимы только в биологии, не будучи применимы в иных науках.
Как же отличить системные закономерности, вначале открытые в одной только науке, от закономерностей и принципов не системных, открытых в той же науке?
Первым, сразу бросающимся в глаза признаком общесистемного характера какого-то принципа или закономерности является стихийное приложеине его не в одной науке (где он был впервые открыт), а еще в одной или нескольких других. Так, например, принцип естественного отбора, открытый Ч. Дарвином, впоследствии К. А. Тимирязев применил к научному творчеству. Он же, в несколько модифицированном виде, используется в эволюции изотопов, в эволюции звезд
и т. д. Поэтому не случайно, что он вошел и в теорию систем (А. Богданов) и в определенные разделы кибернетики (Р. Эшби).
То же относится и к принципу "слабого звена", сформулированному сначала не вполне точно Ю. Либихом, и независимо от него примененному В. И. Лениным для блока партий. То же относится к принципу обратной отрицательной связи, сформулированному кристаллографом Федоровым и затем физиологом Н. А. Беловым и т. д.
Однако, конечно, это не единственный путь выявления закономерностей системного
10
характера. Как и в других науках, после эмпирических поисков принципов и законов, наступает период, когда начинается формулировка закономерностей, исходя из чисто логических соображений, конечно, опираясь на ранее известные факты. Так сформулированы два принципа "сильного звена", обратной положительной и двойной отрицательной связи и т. д. В последнем случае, при рассмотрении, что же будет, если обратная связь будет не отрицательной, а одного из двух других типов, был получен логический ответ, и далее уже эти принципы были применены как для решения общих системных вопросов, так и для задач в конкретных научных областях. Таким образом, пути выявления обоих системных закономерностей имеют свои специфические особенности. Но так же, как и в других науках, это выявление начиналось с непосредственных эмпирических наблюдений и обобщений, а затем в значительной степени уже могло исходить из общелогических соображений, и, наконец, эти принципы и закономерности включались в общую архитектуру теории систем.
Особенности приложения теории систем в биологии
Сказанное здесь относилось к общим системным закономерностям. Естественно, что, поскольку теория систем является, как и математика, наукой наиболее общей (то есть ее законы одинаково применимы в различных частных науках), все ее основные принципы вполне применимы в биологии. Но, тем не менее, особенности биологии сказываются на том, какие из системных закономерностей наиболее существенны при их применении к живым системам, и, чтобы в дальнейшем не возвращаться к этому вопросу, следует, в первую очередь, указать на основные общие отличия живого мира и живых систем. Что же характерно для них? Всегда и справедливо указывается на их высокую организацию, которая к тому же в отдельном организме отличается иерархической организацией и в той или иной степени способностью к саморегуляции. Но, еще важнее причины, которые в эволюции привели к такой организации.
Когда мы сравниваем биологические системы с косными, то есть неживыми системами, мы можем выделить простейшие всеобщие особенности всех живых объектов. Еще Энгельс указывал на то, что для жизни основной характеристикой является наличие обмена веществ, то есть ассимиляции и диссимиляции. Понятно, что первичным процессом является процесс ассимиляции инородных веществ и энергии (негэнтропии по Э. Шредингеру). Именно ассимиляция дает материал для роста и развития отдельного организма, а также энергию для всех физиологических процессов. На ее основе происходит уподобление потомков предкам (наследственность) с отличиями, возникающими иногда в наследственности (изменчивость), и увеличение числа потомков по сравнению с числом предков (геометрическая прогрессия размножения - потомков больше, чем предков). Это - те три предпосылки, которые по теории Ч. Дарвина создают условия
11
для естественного отбора, определяющего всю эволюцию живых систем. А она-то и приводит к возникновению тех сложных, иерархических систем с их активностью и с саморегуляцией, которые являются характерными чертами всего живого. Активность, приспособление к условиям жизни, саморегуляция и расширенное воспроизведение в потомках являются теми основными чертами живых систем, которые создают некоторые особенности проявления системных закономерностей в биологии и близких к ней науках.
Простейшие биологические принципы в биологических системах
А. Два крайних типа организации
Одним из самых простых и ранее сформулированных по существу, но основных системных принципов был принцип естественного отбора (хотя Ч. Дарвин не рассматривал его, конечно, как системный). Как сказано, этот принцип в модифицированном виде оказался ценным в проблеме эволюции изотопов, эволюции звезд и т. д. К. А. Тимирязев указывал в специальной статье, что творчество человека и творчество природы основаны на одинаковом принципе: на избыточной продукции и на отборе. В биологии это избыточная продукция родившихся потомков по количеству и избыточная в другом отношении, в смысле большего разнообразия, чем у родителей; в творчестве человека избыточностъ разных идей, высказанных по одному вопросу. Далеее в природе идет, как мы знаем, естественный отбор. В творчестве человека тоже идет отбор в виде жесткой критики и отбрасывания неудачных идей. Потом и там, и тут удачно возникшие изменения сначала ведут к новой избыточности на следующих ступенях и к новому отбору. На удачных идеях в творчестве человека строятся новые идеи, часть из которых опять таки оказывается неудачными и удаляются критикой, а часть удачных создает правильное решение новых и новых задач.
Биолог Б. М. Медников провел интересную аналогию также в целом между эволюцией животных и растений, с одной стороны, и эволюцией языков, с другой. Живые организмы одного вида очень часто порождают новые виды, расходящиеся между собой в эволюции. Языки тоже порождают новые языки, которые начинают все больше различаться между собой. Так разошлись раньше имевшие очевидно очень много общего между собой славянские, германские и другие языки. Но здесь есть и некоторые отличия. В биологии разошедшиеся виды лишь на первых порах могут скрещиваться и за счет так называемого гетерозиса (повышенная сила гибридов) иногда создавать новые успешные комбинации. При большом расхождении скрещивание животных или растений разных видов оказывается невозможным. В языках положение иное: иногда весьма различные языки могут частично или полностью сливаться друг с другом.
12
Так, напршер, в английском языке соединились многие элементы французского и германского языков. А затем английский язык эволюционировал дальше, сохранив ряд словарных заимствований из этих языков, а также отчасти из других, переработав и изменив свою грамматику. Бесспорно, при этом происходило не только размножение отдельных слов с изменением их основы, но и определенный отбор, приведший к ряду особенностей английского языка, к его лаконичности и удобству его грамматики (исключая орфографию).
Больше отличается применение отбора к неживым, более простым объектам. Так, например, когда радиоактивные элементы или изотопы бывают неустойчивы, они не уничтожаются, а превращаются в другие, в конечном счете, более устойчивые. В свою очередь, эти устойчивые не размножаются тоже, а просто занимают место тех атомов, которые распались. Напротив, в живой природе появившиеся выгодные фермы оказываются способными прямо вытеснить своих менее приспособившихся собратьев за счет своей большей размножаемости или жизнеспособности. Как видно, и там, и тут работает принцип отбора, но несколько по-разному, благодаря чему в неживой природе эволюция идет в сторону более устойчивых элементов. Например, от радиоактивных к нерадиоактивным или от способных к термоядерной реакции при слиянии атомов превращаться в атомы других к этим другим более крупного размера. Там нет такой быстрой эволюции и с такой богатой комбинаторикой, какая возможна в живых системах, способных к расширенному размножению в организмах или системах, порожденных живыми организмами (идеи, языки и т. д.).
Некоторые авторы считали принцип отбора совершенно универсальным, пригодным для всех систем и даже применимым к расположению элементов, например, в пространстве (что, впрочем, справедливо). Однако, на самом деле, хотя принцип отбора в определенном разрезе действительно применим на любых уровнях сложности и совершенства систем от атомов до идей, как указывал Тимирязев, и до звездных систем, но есть большая категория систем, где он не применим в качестве фактора усовершенствования.
Он применим там, где отбору подвергаются более или менее независимые друг от друга, в каком-то отношении сходные, но сходные не вполне, единицы, составляющие систему, Например, животные одного вида, однако, все же несколько различающиеся между собой; звезды одного общего типа, но все же различающиеся по ряду показателей: по составу, по массе и т. д. Одни из них более устойчивы, другие менее. Но вот если мы попробуем применить этот принцип отбора к частям чего-то сложно и прочно организованного - к частям машин или организмов, то мы увидим, что хотя более прочные части уцелеют, когда непрочные разрушатся, но это не поможет целой системе, а, наоборот, ее испортит. Автомобиль с испорченным колесом, хотя бы другие его части уцелели, уже не пригоден для езды до его полной починки. Организм со здоровыми легкими и
13
почками, но с ослабленным или разрушившимся сердцем, погибнет. Это дало основание разделить все типы систем на два крайних полюса. Одни системы, которые можно назвать дискретными или корпускулярными, то есть состоящими из отдельных частиц, от отбора только выиграют или в прочности, или в высокой организации. Другие системы, напротив, состоят уже из прочно подогнанных друг к другу частей (как в организме или в машине), и там отбор не помогает системе в целом, а нарушает ее.
Ярким примером этого закона является статья В. И. Ленина "Крепость цепи определяется крепостью самого слабого звена ее". 0н провел очень широкое обобщение: действительно, какое бы звено в цепи ни оборвалось, пароход уже не сможет тащить баржу. Ленин же применил этот принцип к блоку политических партий: какая бы партия ни оказалась слабым местом в блоке, блок может распасться. Таким образом, второй принцип, дополняющий принцип отбора - это разделение систем на два крайних типа: корпускулярных и устроенных на основе жесткой организации.
Процессы отбора дают позитивный результат только в системах дискретного (корпускулярного) типа. Эти системы встречаются на любом уровне организации: в неживой природе, в живой природе и на других уровнях, например, песок, животные и т. д. Но наряду с ними на этих же уровнях есть системы, где отбор не совершенствует систему, а разрушет ее. Следовательно, мы установили соответствие строения системы - здесь дискретного - и тех процессов (отбора), которые изменяют ее, не разрушая, а даже совершенствуя.
Такое выявление связи формы системы с типичными для этой формы системы процессами является одной из основных задач теории систем. Естественно, возникает вопрос и о том, какие же закономерности управляют эффективностью систем противоположного - жестко организованного типа? На этот вопрос уже дает ответ та статья В. И. Ленина, о которой мы только что говорили. Он пишет о блоке партий, то есть о системе, где части не независимы друг от друга, а прямо связаны друг с другом. И та механическая система - цепь, с которой сравнивает В. И. Ленин блок партий, хотя она находится на гораздо более низком уровне, чем социальная система партий, тоже состоит из частей, прямо связанных друг с другом, из звеньев. Обе системы состоят из прочно связанных друг с другом частей. И вот В. И. Ленин уже в названии статьи подчерикнвает их общность - эффективность обеих прочно организованных систем зависит от самого непрочного звена - будет ли это слабое звено цепи или неустойчивая партия.
Какое широкое обобщение! Такой разный уровень, и все же - при общности формы системы по типу жесткой организации - действует единый закон (слабая часть определяет и то механическое напряжение, когда цепь теряет свою целостность и нарушает свою функцию связи (например, буксира с баржей); и то политическое напряжение, когда блок партий разрывается и
14
теряет свою прежнюю силу) принцип слабейшего звена. При этом, конечно, надо иметь в виду не абсолютную слабость этого звена, а слабость относнтельно той нагрузки, которую оно должно нести.
Например, в позвоночнике человека шейные позвонки в норме должны выдерживать только вес головы, а поясничные позвонки - уже нагружены и верхней частью туловища. Следовательно, последние должны быть прочнее, чем шейные, чтобы выполнять свою функцию также хорошо, как шейные в качестве полноценной части целой системы - организма. И если поясничный позвонок оказался бы хоть и много прочнее шейного, но по отношению к требованиям, которые ему предъявляются, слабее, чем шейный позвонок, по отношению к своей (гораздо меньшей) нагрузке, то ясно, что слабым звеном в позвоночнике был бы все же поясничный позвонок. Поэтому этот принцип можно назвать не просто принципом слабого звена, а принципом относительно слабого звена. В архитектурном сооружении нижние этажи тоже должны быть прочнее верхних.
Агробиолог Ю. Либих для растений вывел близкий к этому закон: рост растения определяется тем веществом в почве, которого ему больше всего недостает. Но ведь некоторых веществ ему надо немного и небольшого количества его в почве может быть ему достаточно, а не хватать может того, которого в почве много, но вое же недостаточно, если потребность в нем еще больше. Принцип слабого звена относится не только к таким чисто вещественным системам, как машина или организм. В решении теоретической задачи часто тоже имеется цепь последовательных звеньев, из которых каждое последующее опирается на то, что доказано на предыдущем этапе, и достаточно допустить ошибку на одном лишь этапе этой цепи доказательств, чтобы вся система (ее вывод) стала бы ошибочной.
Большинство систем являются очень сложными и в них сталкиваются требования как будто взаимоисключающие. Как будет показано дальше, первое требование предъявляется к организму в его индивидуальном развитии. Это - наличие прочных связей его частей, стимулирующих рост и развитие друг друга. Но к нему же уже в другом разрезе - как к составной части эволюционирущего вида - предъявляется и прямо противоположное требование: способность свободно комбинировать свои признаки (дискретность, корпускулярность). Мы увидим ниже, как природа справляется с этим, создавая оптимальные, наилучшие сочетания двух типов систем. Пока же перейдем к дальнейшему.
Мы указывали на возможность принципа слабого звена, но в природе мы видим также случаи, когда решающим для какой-то системы является звено наиболее сильное. Первый случай - это когда для какого-то слабого организма решающим является развитие одной определенной его способности. Например, для зайца - быстро бегать, для ядовитого паука каракурта - смертельное
15
действие его яда даже на крупных животных и т. д. Противоречит ли это принципу слабого звена? Нет. Оказывается, что это тот же принцип слабого звена, но, если можно так сказать, вывернутый наизнанку. Обратите внимание, что в обоих случаях это сильное звено ценно тем, что оно защищает данную систему (организм зайца или каракурта) от его гораздо более мощных противников. Ведь для того, чтобы хищнику, например, волку, растерзать зайца, нужна целая система его мероприятий. Надо раньше учуять или увидеть зайца, настигнуть его и, наконец, справиться с ним. Чутье и зрение у волка не хуже, чем у зайца. Справиться с зайцем он может без всякого труда. Но вся цепь мероприятий, необходимая для "победы" над зайцем, разрывается в одном звене - в возможности его догнать. Если заяц бегает быстрее, он нарушает систему погони в этом звене, и все преимущества волка, (согласно принципу слабейшего звена) оказываются бесполезными. Также обстоит дело и с каракуртом. Раздавить его может любое крупное животное и человек. Но, зная об опасности каракурта, они будут его обходить. Таким образом, принцип "сильного звена" отдельного организма является просто основой преодоления слабейшего звена у противостоящего, даже более сильного организма. Есть некоторые более сложные случаи, но в принципе они объясняются также.
Совершенно иной второй случай, значение сильного звена уже относится не к одной особи, а к целому виду и объясняется по-другому. Если в пределах вида появляется благоприятная полезная мутация, то вид в целом становится сильнее за счет того, что эта мутация (ее признак) вытеснит прежний признак, менее ценный. Здесь мы видим совершенно другой механизм явления: полезный признак распространяется на весь вид благодаря тому, что живые системы (организмы в данном случае), входящие в сверхсистему вида, способны неограниченно размножаться. Это является основой распространения более полезного ("сильного") признака. Другой сходный пример заключается тоже в распространении, но уже не наследственного признака, а информации. Например, в стае перелетных птиц достаточно одной птице на их стоянке быть более чуткой, чем другие, и заметить первой приближающуюся опасность - хищника или человека, - она поднимет тревогу, передавая информацию об опасности всем, и вся стая успевает сняться и улететь. Здесь тоже дело касается распространения "размножающегося" элемента (информации) на всех животных, на всю дискретную систему стаи.
--
тоже ее успех решает самая приспособленная птица. В обоих принципах "сильного звена" мы имеем дело или с системами активными (у отдельной особи), преодолевающими какое-
то звено противостоящей системы, или же с дискретной системой вида, где, однако, распространяется полезный признак путем отбора за счет размножаемости - специфического свойства живых систем.
Если мы одновременно учтем оба принципа активной индшвидуальной системы -
16
"слабого звена" и "сильного звена" отдельного животного, то можем сказать, что наиболее приспособившейся особью будет та, у которой будет наименее слабым слабое звено и наиболее сильным то сильное звено, которое позволяет активно преодолевать противоположную систему. Последней может быть или хищник, от которого спасается жертва, или объекты питания, трудно доступные одним особям и более доступные этим особям с самым сильным "разрушающим" звеном и т. д. А поскольку оба эти звена (самое слабое и самое сильное) больше всего определяют судьбу особи, то понятно, что, теоретически говоря, естественный отбор будет, в первую очередь, обеспечивать быструю эволюцию именно этих двух звеньев. Остальные же признаки, также, конечно, имеющие значение, хотя и не столь решающее, будут эволюционировать медленнее.
Некоторые конкретные проблемы, связанные с двумя крайними формами систем
Остановимся пока в изложении основных системных закономерностей на выше изложенном и посмотрим, какие задачи могут решаться на основании немногих описанных выше принципов деления систем на два крайних типа и тех факторов (отбора, действия слабого звена и действия двух принципов сильного звена), которые связаны с этими двумя типами систем.
Может, конечно, возникнуть вопрос, разве возможно при столь ограниченном объеме системных принципов и зависимостей расчитывать, что они позволят решать задачи, не решенные другими, более развитыми методами - сравнительным и историческим, математическими и, наконец, близкой к теории систем, но более развитой и более математизированной кибернетикой? Тем более, что мы даже не перечислили еще большинства системных принципов в биологии, а пока остановились только на столь немногих самых первых принципах. Практика, однако, показывает, что даже на основе этих простейших подходов можно уже легче решать некоторые задачи, раньше не решавшиеся и не ставившиеся. Так же, как (возвращаясь к прежнему сравнению) таблица сложения и умножения сильно облегчили решение задач, ранее "моделировавшиеся" первобытными племенами простым счетом на пальцах. К тому же системный подход не только не конкурирует с математическими методами, а просто лежит в иной плоскости, ставит иные задачи и по-иному решает их, чем прежние методы. Прежние методы просто не приводили к такой постановке вопросов или же решали их сложнее, чем может их решить подход, исходящий из общей теории систем.
Посмотрим же несколько примеров подхода к биологическим проблемам, основываясь только на двух-трех изложенных системных принципах.
Уже излагая эти принципы, нам пришлось их иллюстрировать некоторыми примерами постановки задач с новых позиций. Это была работа К. А. Тимирязева об общности принципов
17
творчества природы и человека. Это было приложение принципа слабого звена к блоку партий и к определению роста растений. Выяснение того, что определяет жизнеспособность животного и какие признаки должны у него эволюционировать скорее других (принцип слабого звена и первый, "индивидуальный", принцип сильного звена).
Какие же еще вопросы в биологии и смежных областях решаются благодаря тем же элементарным системным принципам?
Дискретные (корпускулярные) системы отличаются тем, что в них совершенствующую их (или их функцию) роль играет отбор благодаря свободе комбинаторики составляющих их единиц. Но, кроме вполне корпускулярных, бывают частично корпускулярные системы. Таковы, например, пальцы человеческой руки. У них действует отбор особого рода: они независимо друг от друга могут принимать разное положение. Это позволяет им охватывать самые разные предметы: палку, шар, вогнутую иди изогнутую форму, позволяет, противопоставляя другие пальцы большому, производить самые тонкие действия, важные в технике и т. д. Это - отбор положений конечных фаланг (суставов) пальцев, несмотря на их скрепленность с ладонью другими фалангами. Именно благодаря этому обезьяна и наши предки могли, хватаясь за ветви, передвигаться по деревьям. А позже эта форма руки оказалась наилучшей у нас при труде.
Напротив, для бега по равнине такой дискретности не нужно, она даже вредна, делая удар конечности до почве слабее и способствуя травмам разобщенных тонких пальцев. Поэтому у равнинных животных выработались в эволюции монолитные копыта или плотные лапы. И у человека при переходе на наземное существование нога эволюционировала так, что выработалась плотная стопа с уменьшенными пальцами, удобная для ходьбы и бега.
Но системный подход позволил решить две более важные сходные задачи в разных областях биологии. Во время споров антигенетиков с генетиками антигенетики утверждали, что описание механизмов наследственности генетиками ошибочно, оно механистично. Уж очень странно, что разные гены действуют не на весь организм, а на изолированные признаки (например, один на цвет глаз, другой - только на форму лица и т. д.). Также "небиологичным" казалось открытие в генетике расположения генов в хромосоме геометрически по одной линии. Это и названо было антигенетиками "корпускулярной" теорией генетики. Но из сказанного выше уже ясно, что именно корпускулярная система наследственности обеспечивала свободное соединение полезных признаков, возникших у разных животных и растений при скрещивании особей одного вида между собой. А если бы мутация каждого гена действовала сразу на несколько признаков, то, так как чаще случайно возникают признаки вредные, полезные обычно оказывались бы с ними прочно связаны, и отбор, как правило, уничтожал бы этот комплекс, как в целом вредный. Лишь в сотни раз реже, чем отдельные полезные признаки возникали бы комплексы признаков, где
18
преобладали бы полезные. Эволюция шла бы неизмеримо медленнее. В результате выживали и побеждали в борьбе за существование те виды, у которых мутации генов захватывали самое малое количество признаков. Такие мутации, объединяясь при скрещивании особей, быстро давали нарастание числа полезных признаков у данного вида организмов и обеспечивали ему быструю эволюцию.
Это же касается и расположения генов по одной линии в хромосоме. Только такое расположение создает условия для того, чтобы полезные и вредные мутации, возникшие в одной хромосоме, могли расстаться и полезные из одной хромосомы могли бы объединяться с полезными же из другой (парной) хромосомы. Это было подтверждено на моделях простыми расчетами. Значит элементарное "механистическое" строение генетических механизмов полезно, и эволюция за миллионы лет все более способствовала его развитию.
Впрочем, это не единственный пример. Разве не оказался полезным переход от сложных движений червя или медузы к органам движения наземных зверей? А они ведь тоже основаны на более простых механизмах конечностей в виде рычагов - костей с шарнирами - суставами. Иногда легче возникают сначала в эволюции более сложные механизмы, а потом эволюция идет к более простым, но зато более эффективным механизмам.
Аналогичные недоумения высказывались некоторыми зарубежными физиологами (Когхилл и др.) по поводу рефлекторной теории И. П. Павлова, которую они считали "корпускулярной теорией поведения" в противоположность теории целостного поведения, которая, на их взгляд, могла бы быть единственно, может быть, верной.
Однако, очевидно, что только отдельные, свободно комбинирующиеся реакции могут обеспечить поведение животного или человека, соответствующие интересам организма. Вы идете по улице. Шагаете: при отклонении от равновесия рефлекторно восстанавливаете его. Глаза, независимо от шага и равновесия, обращаются в ту или иную сторону, а зрачки, попадая на свет, сужаются, а в тени расширяются. Независимо от всего этого вы можете разговаривать со спутниками и т|. д. Короче говоря, именно взаимная независимость десятков, а иногда и сотен реакций вашего организма позволяет вам точно и правильно вести себя в самой сложной среде. Да, это в какой-то мере "корпускулярная" система поведения, и это полезно для любого организма. Чем выше он по развитию, тем более многочисленны и взаимно независимы его реакции на окружающую среду. Это - тоже своего рода отбор реакций, отбор, который комбинирует рефлексы или сложные реакции в любые конструкции, нужные для приспособления к среде или для синтеза какой-то более сложной формы поведения под влиянием высшех центров нервной системы. Из цельной глыбы "целостного поведения" было бы невозможно строить и перестраивать новые сложные и гибкие конструкции, а из отдельных кирпичей - рефлексов можно создавать любые
19
разнообразные формы и, когда надо, перестраивать их. И природа, естественно, пошла по этому пути. Эксперименты И. П. Павлова доказали это, и непредвзятая теория легко объясняет эту дискретность рефлексов, а также более высоких нервно-психических реакций.
Вернемся снова к генетическим механизмам. Они сходны у всех высших организмов (эукариот) и не слишком сильно отличаются у самых низших (прокариот). Это объясняется тем, что их строение (дискретность или корпускулярноеть) является приспособлением к самому всеобщему процессу во всем живом мире: к процессу естественного отбора. А раз он определяет эволюцию всего живого, значит, такое строение наследственных механизмов должно быть у всего живого.
Но вот беда: развитие высших животных от яйца до взрослого сложного организма идет благодаря воздействию одних частей на другие, которые они стимулируют к развитию. Например, так идет развитие глаза: сначала из зачатка нервной системы выделяются два выроста, потом образуется в конце каждого выроста нечто вроде чаши (глазной бокал). Она выделяет вещества, которые в ближайшем участке покрывающего зародыш эпителия вызывают утолщение, потом превращающееся в хрусталик (своего рода линзу) глаза, а глазной бокал образует на задней стенке глаза, воспринимающую свет ободочку - сетчатку. Затем под влиянием всей этой основы глаза он покрывается плотной оболочкой, которую мы видим в виде "белка глаз" (склеры), переходящую спереди в прозрачную более выпуклую часть - роговицу. Это только некоторые этапы в развитии глаза. Но уже из этого видно, какая длинная цепь тесно связанных зависимостей приводит к развитию такого совершенного органа, как глаз. И, естественно, возникает вопрос: как отразятся какие-либо, даже полезные, изменения какого-нибудь раннего звена такой цепи на звеньях более поздних? Конечно, очень много шансов, что хорошо "притертые" к ранним звеньям поздние звенья при этом изменении ранних имеют большие шансы испортиться, так как или немного изменятся вещества, стимулирующие развитие более поздних звеньев, или будут иные условия развития их формы и т. д. Поэтому в большинстве случаев мутации, изменяющие ранние стадии развития организма, оказывают, в конечном счете, вредное действие.
Это проявляется в том, что ранние стадии развития организма эволюционируют очень мало. На этом основан знаменитый "биогенетический закон": ранние стадии развития организма (которые, конечно, в эволюции возникли раньше, а на них уже нарастали следующие) повторяют в известной мере пройденные всем видом прошлые этапы его эволюции. Но из сказанного следует, что требование к легкому комбинированию признаков в эволюции, к их обособленности друг от друга (дискретности) приходит в противоречие с необходпюстью для признаков отдельного организма развиваться в связи друг с другом. Например, если бы будущая сетчатка глаза (глазной бокал) не вызывала сама перед собой возникновения хрусталика, дающего потом на ней (как
20
объектив фотоаппарата) изображение, которое она воспринимает светочувствительными клетками, то часто хрусталик мог бы образоваться не против сетчатки, и стройная система глаза не возникала бы. Изображение было бы в одном месте, а воспринимающие элементы совсем в другом. Зрение было бы невозможно.
--
данном примере мы видим, что требования к связи признаков в развитии глаза удовлетворены в большей степени, чем условия независимости признаков, важные для действия естественного отбора в эволюции. И в результате строение глаза у всех позвоночных, хотя и различается, но не так уж сильно: основные черты сходны.
Но в других случаях природа нашла пути почти полностью удовлетворить и требования, способствующие эволюции, и требование к тесной связи признаков.
Один из таких примеров - роль желез внутренней секреции и их гормонов.
Часто говорят, что витамины это - гормоны, получаемые организмом извне, а гормоны - это витамины, вырабатываемые самим организмом. Действительно, внешнее сходство отчасти есть. И те, и другие действуют в малых дозах, будучи очень нужны организму. Витамин С у некоторых животных (крысы и др.) может вырабатываться в самом организме, витамин Д у человека под влиянием ультрафиолетового облучения тоже. Есть и другие причины для их сближения. Но все же наиболее типичные витамины и гормоны резко различаются по многим особенностям. Что же их различает? Большинство витаминов необходимо организму, но если витамин связан с несколькими функциями или тканями, то часто эти функции не связаны прямо между собою. Например, витамин А имеет значение для устойчивости к инфекциям и, одновременно, для зрения в сумерках и т. д. Витамин С тоже увеличивает устойчивость к инфекциям, ликвидирует цингу и влияет благоприятно на развитие соединительной ткани. То же самое касается других витаминов, а некоторые из них, вообще, затрагивают мало функций.
Напротив, типичные гормональные системы отличаются совершенно иными чертами. Например, гормон щитовидной железы, если им кормить головастика, резко ускоряет его превращение в лягушку. Что при этом происходит? Меняется характер покровов, исчезает хвост, жабры, вырастают конечности, развивается легочное дыхание. Мы видим, что все эти очень различные тризнаки приспособлены для одной задачи - способности существовать на поверхности земли. Лягушка, правда, живет частью в воде, частью на суше, но без этих превращений она не могла бы существовать на суше. И вот что интересно. Все эти изменения происходят одновременно. Понятно, что если бы уже исчезали жабры, но еще не развивалось бы легочное дыхание, организм погиб бы. Если бы не развились конечности и отпал хвост - организм не мог бы двигаться. А если бы, напротив, еще сохранился хвост и уже развились конечности, то этот хвост обременял бы движение на суше.
21
Таким образом, мы видим, что гормон как бы дает сигнал для одновременного согласованного изменения всех органов, обеспечивающих одну жизненную функцию, и приводит благодаря этому к полноценному приспособлению в новых условиях жизни - полусухопутному. Другой гормон у млекопитающих - половой например, у самок, определяет развитие половых органов, в том числе матки, где будет развиваться будущий плод, развитие молочных желез, характерное поведение, благодаря которому в брачный период самки сближаются с самцами, затем условия для развития плода в матке, приводящие, в конечном счете, к родам, в это время появление молока в млечных железах и, наконец, сложный комплекс поведения самки, оберегающей своего детеныша. Соответствующие иные признаки развиваются в нужном сочетании у самца.
Другой гормон из мозговой части надпочечников - адреналин - определяет пря выбрасывании его в кровь мобилизацию самых разных механизмов, нужных организму в острый момент его жизни. Стимулируется мышечная деятельность, увеличивается быстрота нервных реакций, острота зрения, в кровь больше поступает сахара, необходимого для нервной и мышечной деятельности. Одним словом, самые разные органы и функции приводятся в действие с одной целью: полная мобилизация организма, для чего бы она ни потребовалась: спастись от хищника, победить соперника в борьбе за самку, нагнать жертву или выбраться из какого-либо трудного положения. Мы видим, что во всех этих случаях, в отличие от витаминов, затрагивается определенная единая и, с точки зрения человека, осмысленная система, приводящая к осуществлению какой-либо большой, жизненной эадач|и: к размножению, к превращению водного организма в полусухопутный, к мобилизации организма в острой ситуации, требущей напряжения всех сил и т. д. Это резкое отличие действия гормона от действия витамина.
Гормон чаще всего является координатором, управлящим всеми функциями, нужными для некоторой конечной жизненной цели организма. Витамин так же, как и микроэлементы, с которыми он имеет много общего, является необходимым элементом в построении зачастую совершенно разных и не связанных непосредственно функций, играющих самые разные роли в организме (зрение, борьба с инфекцией, нормальное развитие покровов и т. д.). Что обращает особое внимание, так это эволюция гормонов. Каждый из перечисленных гормонов, а также некоторые другие (например, кора надпочечников) можно представить как своего рода "звездную систему: в центре гормон, а его лучи - зто воздействие на нужные органы и функции для решения одной определенной жизненной задачи, которую определяет гормон. Все эти лучи, или, вернее, их конечные точки - органы и функции, являются действительно конечными этапами, и поэтому любая мутация, которая действует на отдельные органы или функции, не затрагнвает других органов и функций, нужных для решения той же биологической задачи. Вот почему, улучшив одну функцию, такая мутация не испортит попутно остальные, так как они от нее не зависят, и тот
22
побочный эффект, который мог бы быть от ранней мутации при последовательной цепи зависимостей (как мы видим на примере раввития глаза), здесь не будет иметь места, но при этом все эти функции свяваны между собой в развитии всего через одно звено - гормон. Поэтому и в развитии имеется нужное соответствие между всеми этими органами и функциями.
Таким образом, удовлетворены оба условия - условие, требуемое естественным отбором, нужное для эволюции, и условие, требуемое координацией в развитии организма. Единственная потеря - это затруднение эволюции гормона. Действительно, если произойдет мутация, затрагивающая его, она имеет много шансов повлиять почти на все то, чем он управляет. А так как подчиненных ему явлений много, значит, есть шансы (и большие), что чаще всего большинство зависящих от гормона функций будут испорчены и мутация, влияющая на гормон, окажется в целом вредной. К чему же это ведет? К тому, что и, обеспечивая координацию всех функцй, и сохраняя для них свободу эволюции, то есть разрешая противоречие между эволюционной задачей
и задачей развития отдельного организма, сам гормон может эволюционировать только очень медленно и с большим трудом.
--
действительно, один и тот же гормон у разных животных вызывает разный комплекс признаков. У петуха мужской половой гормон вызывает развитие гребня, шпор и, конечно,
соответствующего поведения в брачный период. У благородного оленя - развитие рогов, у человека - развитие бороды и некоторых других половых цризнаков. У всех видов позвоночных животных он вызывает развитие соответствующей формы поведения, разной у разных видов, и т. д. Но различие самих гормонов у всех этих видов оказывается очень небольшим по их действию. И гормоном быка можно почти одинаково подействовать на развитие всех мужских признаков и у петуха, и у быка, и у оленя, и у других животных, ускоряя, например, созревание и стимулируя брачное поведение. Также у разных классов позвоночных действуют и другие гормоны.
Щитовидная железа у человека способствует активности его нервной системы и полноценному созреванию. Адреналин стимулирует самые разные функции у разных классов позвоночных. Короче говоря, система эндокринных желез оказывается в этом отношении организованной чрезвычайно рационально, обеспечивая в ряде случаев целостность комплекса функций, но комплекса не случайного, а связанного у каждого гормона с одной специфической для него важной биологической задачей.
Таким образом, мы видим здесь и снятие противоречий между двумя рядами явлений (эволюционных и онтогенетических), и определенную направленность эволюционного процесса, в которой обнаруживается огромная гибкость комбинаторики признаков, обеспечивающая большие жизненные задачи и, не противоречащая этому, строгая координация индивидуального развития, объединяющая в целостные подсистемы признаки, совместно обеспечивающие выполнение
23
определенных больших биологических задач.
Принцип естественного отбора, как сказано, является одним из наиболее простых, но и наиболее важных принципов в теории биологических систем, да и во всей общей теории систем. Самое представление о том, что все виды живых организмов эволюционируют, возникло, правда, еще до Ч. Дарвина. Оно высказывалось и Ламарком, и Жоффруа Сент-Илером и дедом самого Ч. Дарвина - Эразмом Дарвиным. Но только Ч. Дарвин дал полноценное объяснение тех механизмов, которые обуславливают эволюционный процесс. Интересно, однако, и то, что к созданию теории естественного отбора Ч. Дарвин пришел стихийно, применив системный же подход. В ламаркизме как причина эволюции рассматривалось простое прямое воздействие на животное внешней среды. С этой точки зрения безразлично, много особей в виде животных или мало. Все должны одинаково изменяться под влиянием какого-то фактора, и взаимодействия особей в виде нет никакого. Так и на пляже люди загорают независимо от того, много ли у них товарищей здесь или же нет никого.
Ч. Дарвин, напротив, рассматривал не изменение одиночных животных, а изменение всего вида, обусловленное сложными отношениями внутри него: конкуренцией между особями одного поколения, случайными изменениями в потомстве победивших в этой борьбе и т. Д. Рассматривая так вид как сложную систему, он и пришел к своей теории отбора. И факты, которые частью были открыты и осмыслены даже после него, полностью подтвердили его идеи. Если они верны, то, очевидно, что малые по численности виды должны, в среднем конечно, эволюционировать медленнее, чем виды многочисленные, живущие на больших пространствах. И, действительно, на самом малом материке - в Австралии (где, к тому же, есть и пустыни) эволюция размножения не достигла того успеха, как в Азии или Америке. Там сохранились, в основном, сумчатые и однопроходные животные - кенгуру, утконос и др. Пришельцы с другого, большого материка - кролики - оказались настолько более приспособленными к даже чуждой им австралийской природе, чем туземные животные, что фермерам пришлось объявить им настоящую войну, так же, как и кактусам, занесенным из Америки.
Ламаркизм объяснить это отличие австралийских животных без натяжек не может. Другое яркое подтверждение решающей роли отбора в эволюции - то, что, как говорилось уже, самые основные особенности механизмов наследственности всех организмов на Земле оказались результатом максимального приспособления к наиболее эффективному действию именно естественного отбора. Сейчас, когда снова по чисто эмоциональным причинам возникают сомнения в дарвинизме, надо помнить эти факты, объяснимые только с позиций естественного отбора.
Зная, что имеется соответствие между типом системы и теми процессами, которые
24
улучшают данный тип (дискретный тип - отбор) или условиями, которые лимитируют другой тип системы (жесткая система - ее слабое звено), а иногда определяют его силу в столкновениях с противниками (жесткие системы - специфические сильные звенья, как мы выше видели на примере каракурта и т. Д.), мы можем обнаружить источники прошлых ошибок некоторых крупных ученых. Так, знаменитый немецкий ученый Август Вейсман, восстановивший чистый дарвинизм и провозгласивший снова решающую роль в эволюции только отбора, пошел и несколько дальше. Разбирая передачу наследственных факторов ("иды", "детерминанты", которые мы теперь назвали бы генами) он допустил, что отдельный организм может совершенствоваться за счет отбора этих факторов внутри организма. Но это было, конечно, ошибкой, не удержалось в науке и, видимо просто было забыто. Однако, эта его логическая ошибка не была здесь разобрана.
--
системной точки зрения мы уже говорили, что отбор не улучшает жесткие системы, так как, сохраняя одни части и уничтожая другие, он создает разрыв слабых звеньев. А это в жесткой системе означает ее разрушение в целом. Ведь непрочность какой-либо части внутри жесткой сиетемы отнюдь не означает, что для всей системы в целом она менее нужна. Чаще всего в жесткой системе каждая часть необходима, и выпадение любой из них (если часть, например, непрочная)
может быть только вредным для системы. А клетки, хранящие гены, как и весь организм в целом - как мы уже видели - системы жесткие. Ярким примером излишней "силы" в организме и поэтому
--
вреда для всего организма является раковая опухоль. В организме она "побеждает" и разрушает все другие клетки. Но это, отнюдь, не усиливает организм, а, напротив, ослабляет и губит его. С ним вместе погибает и сама раковая опухоль. Также и гены в клетке, если бы они согласно А. Вейсману вступали в борьбу между собою (чего, к счастью, нет), то это приводило бы к гибели некоторых из них.
--
результате далее вся гармонически слаженная жесткая система наследственных задатков рвалась бы в этом "слабом звене", и клетки, и весь организм или ослаблялся бы, или погибал без этих необходимых для него наследственных звеньев. А. Вейсман правильно восстановил чистый дарвинизм, раскрывающий эволюцию корпускулярной системы вида путем отбора. Но далее уже незаконно перенес представление об отборе частей в систему клетки и в систему организма, то есть в такие системы другого типа (жесткого), где отбор, как мы видим, не может помочь системе, а может только нарушить ее. Аналогично и другой крупный ученый В. Ру также ошибочно допускал идею об отборе (взаимной борьбе) органов в организме. Если бы им были известны элементарные системные принципы, о которых сказано выше (связь типа системы с типом ее функций), эти крупные ученые не допускали бы таких ошибок. Отбор в организме иногда есть, например, гибель состарившихся кровяных клеток. Но он возник не стихийно, как среди особей в животном мире, а путем отбора между особями, так как только этот отбор клеток был им построен. --0--
25
Взнос биологов в различные разделы теории систем
--
настоящем разделе мы коснемся основной проблемы. Если четко и сознательно сформулированная теория систем, под каким бы названием она ни была известна -
М. Петровича, А. Богданова, Н. Винера, Д. Берталанфи, - достаточно освещена в литературе, то тот взнос, который сделали в общую теорию систем крупные ученые-биологи, не ставившие своей целью развитие теории систем, но сформулировавшие важные закономерности в этой области, не был достаточно освещен, по крайней мере в систематическом порядке. Среди них надо назвать, в первую очередь, Дарвина, Либиха, Павлова, мало известного физиолога Н. А. Белова и ряд других, о которых будет сказано ниже.
Несомненно, что первым по времени и по значению является Чарльз Дарвин. Его работа не только перевернула почти вою область биологии, но послужила образцом для применения ее принципов в других дисциплинах. Между тем, основным критерием системного характера закономерностей развития этого в каких-либо науках является именно применение или возможность применения этих закономерностей в науках иного порядка, иногда весьма отдаленных от той области, где эти закономерности впервые были сформулированы.
--
этом отношении можно сослаться на целый ряд дисциплин, где два основных принципа развития Дарвина, а именно, эволюционный принцип, с одной стороны, и принцип отбора, являющийся основным объяснением механизма эволюции, с другой,
26
оказались чрезвычайно широко примененными: в астрономии, в вопросах эволюционного начала химических элементов, в психологии и в других областях.
Уже одно это заставило нас счесть принципы Дарвина типично системными. Конечно, в ряде случаев системные принципы, сформулированные отдельными учеными, могут еще и не быть применены в других областях, но сравнительный анализ может позволить счесть их системными принципами, если мы увидим, что потенциально такое приложение их в других областях возможно.
По существу этого можно сказать: в свое время была работа H. А. Белова, сформулировавшего в I911-1912 годах принцип обратных отрицательных связей, хотя и под другим названием. Это - тот принцип, который с развитием кибернетики стал таким привычным в вашей науке.