Алгоритмы развития

Моисеев Никита Николаевич

Очевидно, что теперь стратегию х₁ мы можем уже не рассматривать – оно по всем критериям хуже х^{^}. Значит, нас могут интересовать только те точки Р(х^{^}) в пространстве критериев, для которых нельзя найти другой точки Р(х), такой, чтобы по всем критериям _i (х^{^}) _i (х). Совокупность всех подобных точек Р в пространстве критериев и называется поверхностью (или множеством) Парето.

Появление эукариотов,

которые на определенном этапе сменяют прокариотов и становятся носителями дальнейшего развития жизни, служит иллюстрацией «паретовских компромиссов»: уменьшение стабильности отдельного организма, появление индивидуальной смертности сопровождались увеличением эффективности в использовании внешней энергии, что открывало совершенно новые возможности для развития жизни. Именно потеря бессмертия позволила включить в единый процесс развития новые механизмы эволюции. С момента появления эукариотов начинается быстрое совершенствование видов и стремительный рост их разнообразия.

Однако об этом периоде развития Земли мы знаем мало. Но нет сомнений в том, что он был одной из важнейших страниц истории нашей планеты. Появление эукариотов (и современных прокариотов) на авансцене жизни привело к возникновению генетического кода или, во всяком случае, было тесно связано с ним: без него ничто смертное не могло бы появиться в биосфере. Появление существ, индивидуальная жизнь которых конечна, стало возможным лишь при наличии специальной формы памяти, обеспечивающей реализацию принципа наследственности. И она возникла. Это был генетический код, с помощью которого запоминалась и передавалась необходимая наследственная информация. Напомню, что сейчас алфавит генетического кода состоит из четырех букв. Ничему не противоречит гипотеза о том, что в начале истории земной жизни могли быть и другие его варианты, но в наших земных условиях – подчеркну, в конкретных условиях земной жизни – сложившаяся форма передачи наследственной информации оказалась, вероятно, наиболее стабильной. Она позволила более надежно воспроизводить себе подобных, сохранив при этом оптимальную (для тех времен) изменчивость – «уровень мутагенеза». Генетическая память резко интенсифицировала весь эволюционный процесс.

Примечание. Я думаю, что генетический код, как и все гениальные «находки природы», возник и утвердился в результате жесточайшей конкуренции и естественного отбора. Живые существа, наделенные другими способами кодирования наследственной информации, просто не выдержали бы конкуренции и погибли. Разумеется, высказанное мнение не более чем гипотеза. Никаких подтверждений для него мы не знаем. Но оно не противоречит изложенным выше принципам самоорганизации материи и согласуется с ними. Если жизнь возникла (или существует) и в других мирах, в других частях Вселенной, то вовсе не обязательно, что ее генетический код, т. е. структура ее наследственной памяти, будет такой же, как на Земле. В других условиях более надежной может оказаться иная форма хранения и передачи наследственной информации. Возникновение наследственной памяти, взаимосвязанное с появлением смерти и редупликации, т. е. способности воспроизводить себе подобных, означало появление качественно новых возможностей для расширения многообразия организационных структур. В самом деле, конечность существования отдельного организма обеспечивает высокий уровень изменчивости и, следовательно, адаптации к изменяющимся условиям и «открытие» возможностей более эффективно совершенствовать способы освоения внешней энергии.

Особую роль в эволюции жизни играет история развития нервной системы. Говоря о нервной системе, мы неизбежно вступаем в область кибернетики или, точнее, теории управляющих систем. Ведь вместе с жизнью возникает целенаправленная деятельность, прежде всего стремление сохранить гомеостазис.

Мы уже не раз употребляли понятие «гомеостазис», и настало время уточнить его смысл, тем более что это понятие очень широкое. В медицине и биологии говорят о внутреннем равновесии и внутренней стабильности организма или об устойчивости живой системы, например популяции. Но не менее важна и оценка внешних характеристик, т. е. характеристик окружающей среды, их соответствия возможностям функционирования живой системы. Этот контекст более важен для данной работы, и именно в нем мы и будем использовать в дальнейшем понятие гомеостазиса.

Условимся называть границей области гомеостазиса (или просто гомеостазиса) данной живой системы множество (линию, поверхность, гиперповерхность) в пространстве параметров внешней среды, отделяющее область их значений, внутри которой существование живой системы возможно, от остального пространства. Переход из области гомеостазиса через ее границу означает прекращение существования живой системы.

Когда мы говорим о тенденции к сохранению гомеостазиса, мы имеем в виду стремление живого организма расширить границы своего существования. Это может быть достигнуто двумя путями. Во-первых, организм может так изменить свои собственные характеристики, чтобы область его гомеостазиса расширилась. Во-вторых, он, чтобы отодвинуть опасную границу, может изменить саму внешнюю среду, ее параметры. Эволюция живой природы использует, разумеется, обе эти возможности. Другими словами, живые существа стремятся не только сами адаптироваться к окружающей среде, но и изменять эту среду так, чтобы ее характеристики в наибольшей степени соответствовали их возможностям существования.

Чтобы обеспечивать свой гомеостазис, живое существо должно обладать целым рядом свойств. Во-первых, оно должно быть способным оценивать свое положение по отношению к границе гомеостазиса. Но для этого необходимы

специальные устройства. В физиологии они называются рецепторами. Если использовать терминологию теории управления, то мы должны будем сказать, что для сохранения своего гомеостазиса живое существо должно обладать специальной информационной системой. В простейшем случае рецепторы – это датчики (как гироскоп у автопилота) информирующие организм о его состоянии и состоянии окружающей среды. Далее, полученная информация должна перерабатываться и оцениваться. Наконец, на основе проведенного анализа должно приниматься определенное решение. Все эти функции и реализует нервная система, которую мы с полным правом может назвать системой управления организма, ибо все перечисленные функции присущи любой системе управления.

Примечание. Следует заметить, что нервная система – это не единственная управляющая система, которой обладает организм. Функции управления в достаточной степени рассредоточены. К числу управляющих относится, например, эндокринная система. Но нервная система, конечно, занимает в жизнедеятельности организма совершенно особое место.

Самая трудная для понимания функция системы управления – это акт принятия решений. Именно он ответствен за образование обратных связей, существующих в организме и связывающих организм и среду. Благодаря этой функции нервной системы организм способен не только оценивать свое положение по отношению к границе гомеостазиса, но и вырабатывать определенную. совокупность действий, компенсирующих нежелательные отклонения.

Хотя природа сформировала цепочки обратных связей еще на заре истории жизни, люди поняли их принципиальное значение и начали сознательно использовать относительно недавно – при проектировании технических систем. Наверное, интуитивно люди уже давно прибегали к принципу обратной связи – вспомним поведение рулевого на любом судне. Но первой технической системой, в которой принцип обратной связи был не только реализован, но и послужил источником специальной теории, стал регулятор Уатта. Создателями этой теории принято считать И. А. Вышнеградского (бывшего при Александре II министром финансов Российской империи) и Дж. К. Максвелла. Они разработали теорию регулятора независимо друг от друга в конце 40-х годов прошлого века. Теорию управления техническими системами можно было бы назвать, не делая большой ошибки, теорией отрицательной обратной связи. Главные задачи, которые она долгое время решала, так или иначе были связаны с отысканием такой обратной связи, которая позволила бы компенсировать возникающие помехи и обеспечивать устойчивость некоторых избранных состояний или движений системы. Лишь в последние десятилетия возникли новые разделы теории управления, значительно расширившие область ее применения.

Н. Винер еще в 40-х годах нашего века утверждал, что существование отрицательных обратных связей у живых существ является одной из основных (может быть, и главной) особенностей, отличающих живую природу от неживой, если исключить технические системы, обладающие обратной связью по воле их создателя – человека. Это утверждение Н. Винера получило широкую известность. И в литературе нередко высказывается убеждение, будто факт существования отрицательных обратных связей как основное отличие живых существ от неживых предметов является открытием Н. Винера. Более того, Н. Винера иногда называют «отцом биокибернетики». Однако, несмотря на все заслуги этого выдающегося ученого в области кибернетики, подобное утверждение вряд ли оправданно. Еще за 15 лет до Винера П. К. Анохин также утверждал, что наличие отрицательных обрвтных связей, обеспечивающих устойчивость организмов, – это то самое главное, что присуще жизни, что создает у живых существ целеполагание – стремление к сохранению гомеостазиса, что отличает жизнь от процессов, протекающих в неодушевленной природе. Ученики П. К. Анохина считают именно его зачинателем современной биокибернетики. Но, по-видимому, ни П. К. Анохин, ни Н. Винер не были правы. Правильную точку зрения первым высказал, скорее всего, А. А. Богданов, который еще в 1911 г. занимался проблемами организационных структур. Его книга «Всеобщая организационная наука, или Тектология» написана довольно архаичным языком, и, конечно, самого термина «обратная связь» у автора просто нет, да и не могло быть, поскольку он появился лишь в 20-х годах в лексиконе технических специальностей. Однако, если перевести рассуждения А. А. Богданова на современный язык, можно будет сказать, что он утверждал, что для развития организации любой природы необходимы не только отрицательные, но и положительные обратные связи. Любая организованная система, любое живое существо в частности, если присмотреться внимательно к его деятельности, проявляет способности реализовывать оба типа обратных связей. Ведь одни только отрицательные обратные связи, доведенные до своего логического конца, приводят к застою, к деградации организации, к прекращению всякого развития и к исчезновению той вариабельности, без которой никакая эволюция живого невозможна. Прекращение эволюционного процесса вовсе не означает потерн живой системой устойчивости и способности сохранять гомеостазис. Природа демонстрирует удивительные примеры стабильности, когда на протяжении десятков, а то и сотен миллионов лет организмы того или другого вида – как растительного, так и животного царств – остаются практически неизменными. Поэтому для «прогрессивной» эволюции, т. е. такого процесса, который ведет к появлению новых качеств, к росту сложности организмов, к повышению уровня разнообразия, необходимы и положительные обратные связи. Они позволяют расширить поиск, полностью использовать потенциальные возможности изменчивости. В частности, тенденция к повышению эффективности использования внешней энергии вряд ли может быть реализована без использования положительных обратных связей.