Розділ 4. СТРУКТУРНІ РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ МАТЕРІЇ

Практика сучасної науково-дослідної діяльності висуває нові завдання в розумінні еволюційних процесів, тому формується деякий шар знань, що не має статусу окремої науки, але становить важливий компонент культури мислення сучасного вченого. Цей шар знання є ніби проміжним між філософією, діалектикою як загальною теорією розвитку і конкретно-науковими еволюційними концепціями, що відбивають специфічні закономірності еволюції живих організмів, хімічних систем, земної кори, планет і зірок. Можна, мабуть, говорити про декілька взаємозалежних і супідрядних понять еволюції в рамках природничонаукової картини світу. Найбільш загальним з них і застосовним практично в межах усієї доступної дослідженню ділянки природи, неживої і живої, варто вважати поняття еволюції як необоротну зміну структури природних об'єктів.

У класичному природознавстві, і насамперед у природознавстві XIX ст., вчення про принципи структурної організації матерії було репрезентовано класичним атомізмом. Саме на атомізмі замикалися теоретичні узагальнення, що беруть початок у кожній з наук. Ідеї атомізму були основою для синтезу знань і його своєрідною точкою опори.

У наші дні під впливом бурхливого розвитку всіх галузей природознавства класичний атомізм піддається інтенсивним перетворенням. Найбільш істотними і значущими змінами в наших уявленнях про принципи структурної організації матерії є ті зміни, що виражаються в нинішньому розвитку системних уявлень. Загальна схема ієрархічної ступеневої будови матерії, пов'язана з визнанням існування відносно самостійних і стійких рівнів, вузлових точок у ряді поділів матерії, зберігає свою силу й евристичні значення. Відповідно до цієї схеми дискретні об'єкти певного рівня матерії, вступаючи у специфічні взаємодії, служать вихідними при утворенні й розвитку принципово нових типів об'єктів з іншими властивостями і формами взаємодії. При цьому велика стійкість і самостійність вихідних, відносно елементарних об'єктів обумовлює повторювані й збережувані властивості, відносини і закономірності об'єктів більш високого рівня. Це положення єдине для систем різної природи.

Будь-яка складна система, що виникла в процесі еволюції методом проб і помилок, повинна мати ієрархічну організацію. Дійсно, не маючи можливості перебрати всі можливі з'єднання з декількох елементів, а знайшовши наукову комбінацію, розмножує її і використовує - як ціле – в ролі елемента, який можна цілком пов'язати з невеликим числом інших таких же елементів. Так виникає ієрархія. Це поняття відіграє величезну роль. Фактично кожна складна система, як виникла природно, так і створена людиною, може вважатися організованою, тільки якщо вона заснована на деякій ієрархії або переплетенні кількох ієрархій. Ми не знаємо організованих систем, влаштованих інакше.

Концептуальні форми вираження ідеї структурних рівнів матерії різноманітні. Певний розвиток ідея рівнів одержала у ході аналізу концептуального апарату фундаментальних, відносно завершених фізичних теорій, теорії еволюції живих організмів. Одна з актуальних проблем, котру ставить вивчення ієрархії структурних рівнів природи, полягає в пошуках меж цієї ієрархії як у мегасвіті, так і в мікросвіті. ієрархічність рівнів відбивається в ієрархічності класифікаційних понять, характерних для описових теорій різних наук.

З наявністю певних рівнів матерії пов'язане існування ряду самостійних наукових дисциплін. Рівні стають такими спіралями тільки при всебічному розвитку наступності, без якого можуть бути лише хаотичні зміни круговоротів змін. Тому "розвиток розвитку" можливий тільки на основі збагачення форм наступності, що дозволяє тією чи іншою мірою зберігати досягнуті перетворення, щоб включати їх у лінії процесів еволюції, а також онтогенезу. Виникнення нового без наступності приречено було б щораз починати розвиток від "самого початку".

У ході прогресу число взаємопов'язаних рівнів зростає й об'єкти стають усе більш багаторівневими. Об'єкти кожного наступного ступеня виникають і розвиваються в результаті об'єднання і диференціації певних множин об'єктів попереднього ступеня. Системи стають усе більш багаторівневими. Складність системи зростає не тільки тому, що зростає число рівнів. Істотного значення набуває розвиток нових взаємозв'язків між рівнями та із середовищем, спільним для таких об'єктів і об'єднань. У цих взаємозв'язках усе більше значення одержує інформація.

4.1. Інформаційна концепція розвитку систем

Поняття розвитку неживої і живої природи розглядається як необоротна спрямована зміна структури об'єктів природи, оскільки структура відбиває рівень організації матерії. Структура – це внутрішня організація системи, що сприяє зв'язку елементів системи і визначає існування її як цілого та її якісні особливості. Структура визначає впорядкованість елементів об'єкта. Елементами виступають будь-які явища, процеси, а також будь-які властивості й відносини, що знаходяться в якому-небудь взаємному зв'язку і співвідношенні один з одним. Структура є впорядкованість (композицій) елементів, що зберігається (інваріантна) стосовно певних змін (перетворень).

Структура – це відносно стійкий, упорядкований спосіб зв'язку елементів, що надає їхній взаємодії в рамках внутрішньо розчленованого об'єкта цілісний характер.

Найважливіша властивість структури – її відносна стійкість, яку розуміють як збереження в зміні. Однак структура містить певну динамічність, окремі часові моменти, являє собою процес розгортання в часі й просторі нових властивостей елементів. Структура – це загальний, якісно визначений і відносно стійкий порядок внутрішніх відносин між підсистемами тієї чи іншої системи.

Поняття "рівень організації" на відміну від поняття "структура" включає, крім того, уявлення про зміну структур і її послідовність в ході історичного розвитку системи з моменту її виникнення. У той час як зміна структури може бути випадковою і не завжди має спрямований характер, зміна рівня організації відбувається необхідним чином. Системи, що досягли відповідного рівня організації і мають певну структуру, здобувають здатність використовувати інформацію для того, щоб за допомогою керування зберегти незмінним (чи підвищувати) свій рівень організації і сприяти сталості (чи зменшенню) своєї ентропії.

Що таке організація? Посилаючись на основоположників теорії організації Федорова і Богданова, Мойсеєв дає таке визначення: "Організація досліджуваного об'єкта (системи) – це сукупність консервативних характеристик об'єкта, що повільно змінюються (в окремому випадку постійних, незмінних). Для визначення організації потрібно виділити ці характеристики об'єкта (системи)".

Під організацією системи будемо розуміти зміну структури системи, що забезпечує погоджену поведінку або функціонування системи, яке визначається зовнішніми умовами. Якщо під зміною організованості розуміти зміну способу з'єднання (чи зв'язку) підсистем, що утворюють систему, то явище самоорганізації можна визначити як таку неминучу зміну системи і її функцій, яка відбувається поза якими-небудь додатковими впливами, унаслідок взаємодії системи з умовами існування і наближається до деякого відносно стійкого стану.

Під самоорганізацією будемо розуміти зміну структури, що забезпечує погодженість поведінки завдяки наявності внутрішніх зв'язків і зв'язків із зовнішнім середовищем. Самоорганізація – це природничонаукове вираження процесу саморуху матерії. Здатністю до самоорганізації володіють системи живої і неживої природи, а також штучні системи. Конкретна конфігурація структури існує тільки в строго визначених умовах і у визначений момент "руху" складної системи.

Динаміка розвитку систем приводить до послідовної зміни їхніх структур. Закономірна зміна структури системи відповідно до історичних змін співвідношень із зовнішнім середовищем і називається еволюцією. Зміна структури складної системи в процесі її взаємодії з навколишнім середовищем – це прояв властивості відкритості як зростання можливостей виходу до нового. З іншого боку, зміна структури складної системи забезпечує розширення життєвих умов, пов'язане з ускладненням організації та підвищенням життєдіяльності, тобто набуттям пристосувань більш загального значення, що дозволяють встановити зв'язки з новими сторонами зовнішнього середовища. Самоорганізація характеризується виникненням внутрішньо погодженого функціонування за рахунок внутрішніх зв'язків і зв'язків із зовнішнім середовищем. Причому поняття функція і структура системи тісно взаємопов'язані; система організується, тобто змінює структуру, заради виконання функції.

Питання про взаємозв'язок структури і функції – одне з найдавніших і традиційних у біології. Аристотель, ставлячи питання "заради чого існує орган?", відповідав: "заради виконання певної мети", тобто функції. Для біологічних об'єктів поняття функції і мети ідентичні. Так, під функцією розуміється, наприклад, фізіологічне відправлення.

Розглядаючи структуру і функцію, перевагу віддають первинності в зміні функції. Однак найбільш правильно розглядати діалектичний взаємозв'язок і взаємозумовленість їхніх змін у процесі еволюції (зміна середовища вимагає зміни функції; а вона, у свою чергу, впливає на зміну структури).

Рослинний і тваринний світ дає безліч переконливих прикладів такої взаємозумовленості. Так, вихід рослин на сушу ознаменувався набуттям комплексу морфофізіологічних нововведень, захисних покривів, провідної системи, диференціацією тіла на органи і т. д. Завдяки цим змінам, насамперед, було досягнуте зменшення втрати води від випаровування і посилення її руху по рослині. Тут важко сказати, що чому передувало, морфологічні чи фізіологічні зміни. У той же час очевидно, що "замовлення" на зменшення негативних наслідків нестачі води спричинив за собою добір рослин на розвиток захисних покривів і провідної системи в наземних умовах. У даному випадку мова йде про процес самоорганізації, де можна виділити причину і наслідок, вказати їхній зв'язок із зовнішнім середовищем: зовнішнє середовище змінює функцію, функція змінює структуру.

В міру ускладнення внутрішньої організації функціональні можливості організмів посилюються. Функціональні особливості змінюються трохи швидше, ніж структурні. Одним з прикладів впливу функціональних перетворень на структуру рослини можуть служити листки і перетворення структури черешка зміною його функції: у листка після тривалого самостійного життя в укоріненому стані перебудовуються історично сформовані функції; при цьому черешок здобуває функції стебла, посилюється його провідна і механічна активність.