Информатика, кибернетика, интеллект - Пушкин В. Г. - Страница 36

Самовоспроизведение, понимаемое таким образом, соотнесено с процессами самоусложнения и саморазвития. Действительно, если самовоспроизведение возможно лишь на определенном (критическом) уровне сложности, то система, решающая задачу воспроизведения себе подобных, должна быть "запрограммирована" на самоусложнение и, стало быть, на саморазвитие. Поэтому правомерен вопрос, поставленный в общей и динамической форме, "как может нечто, что кажется простым, самостоятельно стать

109

сложным" [52]. Этот подход показывает, что модели воспроизведения, предложенные Дж. фон Нейманом, содержат сильные ограничения, которые снимаются в процессах воспроизведения естественных автоматов. М. Аптер комментирует этот факт следующим образом: "В моделях фон Неймана новая машина хотя и строится постепенно, шаг за шагом, а не создается готовой в один момент, все же этот рост управляется полностью извне той машиной, которая ее строит. То есть одна машина строит другую машину, а не вторая машина строится сама на основе инструкций, данных ей первой машиной. Конечно, интересно, почему животные самовоспроизводятся не по способу фон Неймана, а развиваются автономно из чего-то на вид гораздо более простого, чем их родители" [53].

Самовоспроизведение как аспект самоорганизации необходимо рассматривать не только структурно, но и генетически. Феномен самовоспроизведения нельзя адекватно истолковать, не привлекая понятий самоусложнения и саморазвития. Последние выражают структурно-генетическое содержание развития определенных материальных форм, модельная идентификация которых в информационно-логическом плане осуществляется, в частности, в теории самовоспроизводящихся автоматов. Понятия самоусложнения и саморазвития, безусловно, имеют и структурный и генетический аспекты. Однако в научной теории определенный аспект того или иного понятия приобретает преобладающее значение. Так, в теории автоматов содержание понятия сложности ограничивается структурно-функциональным выражением.

Под функцией понимается свойство структуры, включающее в себя закономерные отношения между элементами структуры и основанные на них воздействия данной структуры на другие структуры целенаправленного поведения. Анализ соотношения функций и структур приводит к выводу о том, что чем выше уровень организации систем, тем сильнее зависимость структуры от функций. На относительно высоких уровнях организации усиливается самостоятельность и активность функции по отношению к структуре. Основой их единства служит функционирование системы в целом. В кибернетических системах одна и та же функция поведения может соответствовать внутренним структурам системы. Вместе с тем структура и функция системы в одинаковой мере формируют статус ее сложности.

Математическая интерпретация и физическое представление эволюционной теории Ч. Дарвина [54] позволяют считать эту теорию выводимым из физики законом, определяющим самоорганизацию живой природы. В такой интерпретации теория Ч. Дарвина оказывается оптимальным принципом, вытекающим из определенных физических предпосылок, а вовсе не "несводимым" феноменом, относящимся только к биосфере. Подчеркивая необходимость целостных структур развития в эволюционной биологии, Ч. Новиньский пишет: "Путь от положений общей теории

110

эволюции к их подтверждению или отклонению на основе эмпирического материала, а также экспериментальных результатов, идет через ряд редукционных ступеней абстракции" [55]. При этом считается, что непосредственное сведение положений эволюционной теории к генетическому уровню невозможно. Ибо механизмы биологической эволюции изменяются в ходе развития жизни на Земле. В качестве теории, представляющей эволюционный процесс как целостное развитие, называется теория И. И. Шмаль-гаузена [56]. Согласно ей весь процесс эволюции приобретает характер самоорганизации в том смысле, в каком последняя понимается в кибернетике.

Таким образом, современные теории самоорганизации материи на молекулярном уровне, описывающие механизмы перехода от неживой материи к живой, исходят из биофизических интегративных концепций, позволяющих с введением новых понятий модифицировать и формально обобщить те принципы дарвинизма, которые сложились в эволюционной биологии. Подобные теории, однако, построены на том, что достаточно высокая сложность биологически эволюционирующих систем - популяций живых организмов - пока делает проблематичным построение физической теории эволюции в целом. Поэтому реализуется возможность рассмотрения более простых моделей и прежде всего молекулярной добиологической эволюции. Появились также работы, дающие генетическую интерпретацию основных вопросов эволюционного учения. Одна из них - монография С. Оно [57]. В ней приведено, в частности, генетическое истолкование такого явления, как естественный отбор, основанное на изучении проблемы избыточности генетического материала в геноме высших организмов. Основная мысль С. Оно заключается в том, что появление новых функций в организме невозможно без избыточности генного материала в геноме. Концепция генетической избыточности в этой работе доминирует. Заметим, что понятие избыточности в современной литературе имеет общенаучный смысл. В точном значении оно возникло в теории информации. Первоначально этот термин относился к повторению знаков при передаче сообщений по каналу с шумом и обозначал степень помехоустойчивости этого процесса. Позднее кибернетика придала понятию избыточности предельно общий смысл, наделив его статусом системного понятия, применимого к любым достаточно сложным образованиям и обозначающего необходимые условия их надежного функционирования и развития.

В монографии С. Оно избыточность как понятие молекулярной биологии и генетики соотносится с ключевым вопросом эволюционной теории - о роли естественного отбора в эволюции. С. Оно соглашается с тем, что благодаря естественному отбору живые организмы могли приспосабливаться к изменяющимся условиям среды, и в результате адаптивной радиации от общего предка возникло множество новых видов. При этом он приходит

111

к выводу о том, что "естественный отбор, неся как бы охранительную функцию, по своей природе крайне консервативен. Если бы эволюция целиком и полностью зависела только от естественного отбора, то от бактерий произошли бы лишь многочисленные формы бактерий" [58]. Появление многоклеточных животных, позвоночных и, наконец, млекопитающих из одноклеточных организмов, как считает С. Оно, было бы в этом случае совершенно невозможно, поскольку для таких грандиозных эволюционных скачков необходимо возникновение новых генов с новыми, ранее не существовавшими функциями. Избежать безжалостного давления естественного отбора смогли только те цистроны, которые стали избыточными. Благодаря этому в них накапливались ранее запрещенные мутации, превращавшие их в новые гены [59]. В этом смысле эволюция есть не что иное, как результат постепенного накопления генетических изменений в геномах растений и животных. В то же время естественный отбор только потому и может действовать, что особи, входящие в состав отдельных популяций, обнаруживают некоторое генетическое разнообразие. Поэтому "в качестве основной движущей силы эволюции выступает дупликация генов. Только тогда, когда в результате дупликации возникает избыточный локус, появляется возможность накопления ранее запрещенных мутаций и возникает новый ген с ранее неизвестной функцией" [60].

Процесс дупликации генов дает возможность избежать давления естественного отбора. В результате дупликаций создаются избыточные копии генов. Естественный отбор часто игнорирует изменения в избыточных копиях, благодаря чему в них накапливаются ранее запрещенные мутации и возникает новый ген с не существовавшей ранее функцией. Оценить значение дупликаций генов стало возможно после того, как была выяснена природа генетического кода. Естественный отбор может элиминировать запрещенные мутации и эффективно охранять последовательность ДНК в цистронах тогда, когда в геноме содержится только по одной копии каждого гена. В тех же случаях, когда ген представлен большим числом копий, охранительная деятельность естественного отбора перестает быть эффективной. Подобно тому, как мутации возникают вследствие ошибок при репликации ДНК, дупликации генов также появляются как редкие ошибки митотических и мейотических процессов.