Николай Курчанов - Антропология и концепции биологии

Первую в современной науке системную концепцию, под названием «общая теория систем» , выдвинул выдающейся австрийский биолог-теоретик Л. фон Берталанфи (1901–1972). В задачу нового направления входила разработка математического аппарата для описания разных типов систем, установления соответствия закономерностей из разных областей знаний.

Л. фон Берталанфи подчеркивал принципиальное различие между физическими и биологическими системами. Биологические системы – это открытые системы, через которые проходит непрерывный поток вещества и энергии из окружающей среды. В открытых системах энтропия может уменьшаться, и тогда второй закон термодинамики неприменим (Bertalanffy L., 1968).

В 1940-е годы, независимо от общей теории систем, возникает другое направление – кибернетика – наука о связи, управлении и обработке информации. Кибернетические системы рассматривались вне зависимости от их материальной природы. Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных элементов, способных воспринимать и перерабатывать информацию. Центральным положением новой науки стало понятие обратной связи, т. е. передачи информации о результатах процесса к его первоисточнику. Примерами кибернетических систем могут служить ЭВМ, мозг, популяция, общество.

Основателями кибернетики были Н. Винер (1894–1964), Дж. Нейман (1903–1957), К. Шеннон (1916–2001), У. Мак-Каллок (1898–1957). Дж. Нейману принадлежит очень интересное изречение: «Люди не верят, что математика проста, только потому, что не осознают, как сложна жизнь» .

В 1950-е годы ведущим теоретиком в области кибернетики стал нейрофизиолог Р. Эшби (1915–1985). Он дал определение живых систем как энергетически открытых, но, говоря языком кибернетики, закрытых для информации (Ashby R., 1956). Он первым применил термин « самоорганизация» к описанию нервной системы. Это понятие стало доминирующим в дальнейшем развитии кибернетики и других направлений системного мышления.

В 1970-е годы зародилась новая наука – синергетика. Название предложил немецкий физик Г. Хакен в 1973 году.

Синергетика – это область научных исследований, связанных с процессами самоорганизации в открытых системах. Она изучает связи между элементами структуры (подсистемами), которые образуются в открытых неравновесных системах. Именно в таких системах наблюдается согласованное поведение подсистем, в результате чего возрастает степень упорядоченности системы.

Важным вкладом синергетики явилось рассмотрение вероятностных характеристик событий как адекватного отражения процессов природы. Во взаимодействии объекта с другими объектами обычно реализуется одна возможность из многих. Будущее не полностью прогнозируемо (Горбачев В. В., 2003). Поскольку человек также является сложной системой, взаимодействующей с другими системами (природной и культурной средой), это положение относится и к нему.

Ключевыми для синергетики являются понятия флуктуации, бифуркации, хаоса.

Флуктуации– это колебания, отклонения от среднего значения величины.

Бифуркация– это критическая пороговая точка раздвоения, в которой система находится в двух состояниях одновременно. В точке бифуркации происходит качественное изменение поведения объектов системы – маленькое, случайное изменение может привести к сильному «возмущению» системы и большим изменениям.

Хаосв синергетике понимается не как «беспорядок», а как структура, только особого рода. Его можно определить как непредсказуемое поведение в системе, контролируемой детерминистскими законами (Николаева Е. И., 2003). В такой системе возникают нерегулярные процессы, в которых значение измеряемой величины не может быть предсказано с достаточной точностью. В природе порядок неотделим от хаоса.

Наиболее значительным событием в этом направлении стала теория диссипативных систем лауреата Нобелевской премии 1977 года И. Пригожина.

Диссипативная система– это открытая система, поддерживающая себя в неравновесном состоянии, но тем не менее остающаяся устойчивой. Специфической чертой таких систем является способность к самоорганизации. При возрастании потока энергии через систему она может пройти точку неустойчивости (бифуркации), после чего возможно возникновение новых структур (Пригожин И., Стенгерс И., 1986).

Динамика таких систем описывается с помощью фазового пространства , в котором геометрически изображены все возможные координаты состояния системы. Траектории, описывающие изменения системы, обычно концентрируются в ограниченной области, называемой аттрактором,или « областью притяжения ». Обычный аттрактор характеризует стабильное состояние системы. Однако если число переменных системы больше двух (что характерно для большинства биологических систем), то появляются так называемые странные аттракторы , имеющие чрезвычайно сложную структуру (Пригожин И., Стенгерс И., 1986). В отличие от устойчивых обычных аттракторов, странные аттракторы динамически неустойчивы.

Самопроизвольное установление порядка в точках неустойчивости открывает новые горизонты для разгадки феномена жизни.

После 1980-х годов появилось много моделей самоорганизующихся систем. Принципы кибернетики и синергетики все более активно внедряются в современное естествознание, меняя его облик.

Разработка системного подхода явилась по существу научной революцией, изменившей наше представление о мире. Рассмотрим применение системного подхода к двум «вечным» вопросам естествознания.

Как уже отмечалось, теория биохимической эволюции является единственной теорией в рамках научной методологии по вопросу происхождения жизни. Впервые она была предложена А. И. Опариным (1894–1980) в 1924 году. В дальнейшем автор неоднократно вносил в нее поправки и дополнения.

В соответствии с теорией А. И. Опарина биохимическая эволюция проходила в несколько стадий. Первые ее этапы представляли собой химическую эволюцию: образование углеводородов, затем полимеров и, наконец, обособленных систем органических веществ, отделенных от внешней среды мембранами – протобионтов . Именно протобионты совершают эпохальный шаг, преобразуясь в первые живые организмы. С этого момента начинается биологическая эволюция.

Теорию биохимической эволюции разрабатывали в дальнейшем многие ученые: Дж. Холдейн и Дж. Бернал (Англия), С. Миллер, С. Поннаперума, С. Фокс (США) и другие.