Информатика, кибернетика, интеллект - Пушкин В. Г. - Страница 35

Открытие действующего в диссипативных структурах нового принципа упорядоченности - порядка через флюктуацию - свидетельствует о том, что при определенных условиях структуры могут образовываться спонтанно и сами себя поддерживать. Режим самоподдержания означает некоторую индивидуальность и определенную автономию от среды. В отличие от кристалла (рав

106

новесной системы), который растет в неопределенность, если полагается на свое собственное "решение", диссипативная структура находит и поддерживает свою форму и величину независимо от ближайшего окружения. Диссипативная структура "знает на деле", что ей импортировать и экспортировать, чтобы себя содержать и обновлять. Такая автономия, по характеристике Э. Янча [44], является выражением основополагающей комплементарности структуры и функции, одного из важнейших законов самоорганизации: спонтанно возникшая структура соответствует своей функции и наоборот. Задаваемая этим законом пластичность служит основой достижения самоподдерживающегося баланса системы и среды, а также коэволюции системы с ее окружением. Самоподдерживающаяся стабильность представляет разновидность эволюирующих систем, при которой флюктуации поглощаются целостной системой; это создает возможность внутреннего самоусиления, без чего не может быть подлинной самоорганизации.

Л. Тьюринг показал, как в совершенно однородной системе может возникать весьма правильная структура при условии, что эта система неустойчива и в определенное время подвергается случайному воздействию [45]. Тем самым констатировалось возникновение порядка, могущего лежать в основе формирования биологических структур. Интересуясь специальными формами морфогенетических путей в ходе эмбрионального развития, А. Тьюринг полагал, что такого рода новообразования структур весьма специфичны. Однако развитие синергетики продемонстрировало [46], что появление упорядоченных структур вслед за неустойчивыми значительно более общее явление. Становится возможным заключить, что "образующаяся впоследствии диссипативная структура действительно является новым состоянием вещества, которое индуцируется потоком свободной энергии в неравновесных условиях. В этом новом состоянии мы имеем новую физическую химию на супермолекулярном уровне..." [47]. Вполне вероятно, что появление диссипативных структур на предбиологической стадии могло привести систему к условиям, далеким от равновесия, а также к сохранению этих условий, что необходимо для возникновения определенных ключевых реакций, обеспечивающих дальнейшую эволюцию.

Во взаимодействии самоподдерживающих структур различают два основных вида обмена - коммуникацию и симбиоз. Если с обеих сторон поддерживается полная автономия, то можно говорить о коммуникации. Она возможна лишь там, где область восприятия двух или нескольких систем достаточно совпадает. Коммуникация есть самопредставление системы, созвучное жизненным процессам в другой системе [48]. Следуя физической аналогии, коммуникацию правомерно сравнить с явлением резонанса, в котором осцилляторы стимулируются практически без передачи энергии другим осцилляторам с колебаниями одинаковой собственной частоты. Если же обмен между самоподдерживающими

107

структурами включает существенное взаимное использование продуктов превращения - в форме либо энергии, либо материи, либо информации, то мы можем говорить о симбиозе. При симбиозе каждая система отчасти жертвует своей автономией, но выигрывает участие в вышестоящей системе и в новом уровне автономии, на котором находится вышестоящая система. Все живые организмы характеризуются симбиозом, который может приводить к полной взаимной зависимости двух организмов одного или различных видов. Так как все организмы находятся в отношении симбиоза, эволюция всегда является коэволюцией. Коэволюирующие системы действуют между приспособленностью и неприспособленностью: полная приспособленность и полная неприспособленность смертельны.

Идеи, развитые в теориях М. Эйгена и И. Пригожина, имеют, несомненно, важное методологическое значение. Теория М. Эйгена дает общий принцип отбора и эволюции на молекулярном уровне, основанный на критерии устойчивости стационарных состояний в (нелинейной) термодинамической теории. Она показывает, что объяснение основных принципов эволюции как самоорганизации на молекулярном уровне не требует "новой физики". Скорее оно опирается на принципы, выводимые из уже известных законов и связывающие макроскопические явления с динамическим поведением на элементарном уровне [49]. В частности, введение параметра ценности позволяет развить общую теорию, которая рассматривает возникновение или самоорганизацию "ценной" информации, объединяя тем самым дарвиновскую теорию эволюции с классической теорией информации, а также - после приложения этой концепции к самоорганизации на молекулярном уровне - обеспечивая количественную основу для молекулярной биологии. Теория И. Пригожина о диссипативных структурах, в свою очередь, служит связующим звеном между теорией отбора и термодинамикой необратимых процессов. Рассмотренные в ней общие вопросы (возникновение порядка, роль вероятностных и каузальных событий, зависимость структуры от предыстории, иерархия структур) вытекают из неравновесной термодинамики, примененной к определенным типам нелинейных систем, далеких от равновесия.

Н. Винер развивал идеи самоорганизации применительно к тончайшим механизмам наследственности, прибегая при этом к аналогии с процессом кристаллообразования. Обнаружив, в частности, что организация кристалла снежинки - обусловлена динамикой ее колебаний, и установив, что некоторые комплексы нуклеиновых кислот являются кристаллами, Н. Винер отметил, что вибрационные свойства играют большую роль в организации динамических систем более грубой текстуры. Он предположил, что вибрации молекул в комплексах нуклеиновых кислот ответственны за поведение этих комплексов как организованных систем. Рассмотрев процессы самоорганизации в некоторых сооб

108

ществах животных, Н. Винер констатировал: "Эти явления "захватывания" (или объединения с вовлечением в структуру новых свойств) и "взаимного захватывания" имеют, по-видимому, широкий диапазон в жизненных процессах. Предположение, которое я сделал относительно самоорганизации комплексов нуклеиновых кислот, состоит в том, что молекулярная вибрация подвержена аналогичному "захватыванию"" [50].

Концепция самоорганизации Винера содержит в качестве основного элемента признание колебательно-ритмических процессов, которые в структурном отношении являются общими для различных систем, достигших уровня самоорганизации. Необходимо подчеркнуть, что качественный уровень процессов самоорганизации, происходящих, например, в технических, биологических или других системах, различен. Это обстоятельство, по-видимому, и послужило причиной дифференциации феномена самовоспроизведения у автоматов и кристаллообразования. Одна из трудностей в определении того, что понимать под самовоспроизведением, по мнению Дж. фон Неймана, заключается в том, что некоторые организации, такие, как растущие кристаллы, по любому наивному определению самовоспроизведения будут самовоспроизводящими, однако никому не хочется признавать их такими [51]. Чтобы обойти эту трудность, можно считать, что самовоспроизведение включает в себя не только способность создавать другой организм, подобный оригиналу, но и подвергаться наследственным мутациям.

Самовоспроизведение выступает разновидностью самоорганизации. Понятие самовоспроизведения в данном контексте употребляется для характеристики автоматов, дающих на выходе нечто похожее на них самих. Речь идет об автоматах, способных мидифицировать объекты, подобные себе, или осуществлять синтез, выбирая части и соединяя их друг с другом, или разбирать синтезированные объекты. В процессе самовоспроизведения решающую роль играет свойство сложности, проявляющееся в том, что для каждого автомата имеется критическое число элементарных частей, ниже которого процесс синтезирования вырождается, а выше (при условии правильной организации) приобретает характер взрыва. Другими словами, синтез автоматов может протекать так, что каждый автомат будет создавать другие автоматы, более сложные и обладающие большими, чем он, возможностями.