Розділ 5. САМООРГАНІЗАЦІЯ СКЛАДНИХ СИСТЕМ. ЕВОЛЮЦІЙНІ АСПЕКТИ ІНФОРМАЦІЙНОЇ ВЗАЄМОДІЇ СИСТЕМИ ІЗ СЕРЕДОВИЩЕМ

Таким чином, можна ще раз сказати, що адаптація системи відбувається за рахунок надмірності елементів-ознак, за рахунок нагромадження інформації в системі про стан оточення. Надмірність забезпечує селекцію, добір найбільш оптимальних варіантів. Накопичена в зовнішньому середовищі інформація відбиває вплив зовнішнього середовища і реалізується (передається в систему) шляхом набуття відповідних властивостей (ознак) елементами системи (передається на рівні елементів). Добір відбувається в результаті взаємодії системи із середовищем, нагромадження інформації йде в зовнішньому середовищі (накопичується відібрана інформація). Зворотна інформація передається від системи в зовнішнє середовище в процесі її функціонування (на рівні підсистем). Ця інформація перетворюється у зовнішньому середовищі (йде добір). Кожен елемент системи розвивається за тією ж схемою, тобто може або загинути, або змінити свої кількісні або якісні характеристики.

Кілька слів про поняття "добір". Шмальгаузен виділяє дві стадії добору: стабілізуючий і перетворюючий. Розглядаючи процес розвитку, представимо його як два взаємозалежні періоди: період еволюційного розвитку (адаптації) і період революційних якісних змін (добір). При цьому добір розуміємо як перетворюючий. Стабілізуючий добір у нашій схемі відбувається на етапі адаптації. Стабілізуючий добір закріплює досягнуті властивості системи, пов'язує їх у цілісну систему і забезпечує максимальну надійність їхнього відтворення. Цілісність виявляється в адаптації елемента до умов зовнішнього середовища, у формотворній ролі в ході встановлення основ певної організації в процесах диференціації й інтеграції. У процесі еволюції відбувається добір організмів найбільш здатних вилучати інформацію із зовнішнього середовища і накопичувати її в системі.

Прогресивна еволюція пов'язана із підвищенням здатності до вилучення інформації і збільшенням здатності до її збереження. Нагромадження інформації в організмах означає нагромадження негентропії. Видача зворотної інформації супроводжується і втратою негентропії, і її передачею в зовнішнє середовище. Організми не тільки підвищують рівень своєї негентропії (організації), але й сприяють нагромадженню негентропії у зовнішньому середовищі – вони впливають на це середовище організуючим способом. Це, однак, не означає, що організми тільки організують зовнішнє середовище. Одночасно вони його й руйнують, і це нагромадження ентропії незмінно перевищує зворотний процес організації.

Добір – це засіб здійснення зворотного зв'язку від зовнішнього середовища до системи, тобто добір інформує систему про її стан у зовнішньому середовищі. Добір виступає як механізм, відповідальний, у кінцевому рахунку, за ускладнення й удосконалення самого сховища накопиченої інформації і за узгодження його роботи зі складними мінливими умовами оточення.

Таким чином, процес перетворення зовнішнього у внутрішнє здійснюється в ході стабілізуючого добору, тобто залежний від зовнішніх факторів розвиток стає автономним. Шмальгаузен відзначав, що стабілізуюча форма природного добору веде до впорядкованості будови спадкового коду і до впорядкованості будови всього організму в цілому. З іншого боку, той же стабілізуючий добір підтримує високий рівень різноманіття в структурі всієї популяції.

Причиною різноманіття форм у популяції є, звичайно, процес мутації. Стабілізуюча форма природного добору перешкоджає нагромадженню однакових мутацій, переводить спадкове різноманіття особин у прихований стан і завжди підтримує кількість спадкової інформації в популяції на досить високому рівні. На ще більш високому рівні підтримується і кількість зворотної інформації у фенотипах популяції. Отже, ентропія популяції залишається високою.

Популяція – мало організована біологічна система, і цей низький рівень організації, тобто деяке безладдя і невизначеність, підтримується дією стабілізуючого добору. Цим самим підтримується висока еволюційна пластичність популяції та виду в цілому. У випадку зміни співвідношень між популяцією (видом) і зовнішнім середовищем (біогеоценозом) нормальні особини втрачають свою пристосованість. Стабілізуючий добір у відомих відносинах (за ознаками, що втратили своє значення) припиняється, і це веде до збільшення числа різноманітних мутацій. Різко збільшується кількість інформації в окремих особинах, організація розхитується.

Однак деякі мутації та їхні комбінації можуть одержати в нових умовах середовища позитивну оцінку. Це веде до вільного їх нагромадження під керівним впливом рушійної форми природного добору. Стабілізуюча форма добору веде, власне, до двох різних, але однаково важливих результатів: до максимальної стійкості особини і можливої мобільності, тобто еволюційної пластичності популяції. Стабілізуюча форма природного добору виступає в ролі фактора, що формує і підтримує надійне функціонування першого каналу зв'язку від зиготи до первинної статевої клітини (шляхом клітинних поділів) і безпомилкове перетворення отриманої в такий спосіб інформації в процесах індивідуального розвитку. Вона веде до створення і максимальної стабілізації апарату індивідуального розвитку і до нормалізації популяції, її особин та ознак.

Рушійна (перетворююча) форма добору виступає в ролі фактора, що формує і підтримує функцію другого каналу зв'язку від популяції до біогеоценозу. Вона веде до тих перебудов в організації спадкового апарату (у першому каналі зв'язку) і механізму індивідуального розвитку (у формах перетворення інформації), що сприяють виникненню нових адаптацій; до спеціалізації, загального ускладнення організації і збільшення активності окремих особин, тобто до зміни форм життєдіяльності як засобів зв'язку в другому каналі. Перетворюючий добір використовує у своїй діяльності те, що досягнуто стабілізуючим добором, – високу спадковість тих відхилень від норми, що викликані зміною генотипу. Ембріологічні роботи Шмальгаузена показали, що найшвидше еволюціонують ті структури, які у процесі розвитку зародка найбільш незалежні від інших частин організму. Ідея прискорення еволюції найстабільніших структур стала найвищою точкою синтезу ідеї стійкості та ідеї еволюції.

Дослідження Шмальгаузена показують, що для розвитку системи потрібні закріплені ознаки, які з'явилися в результаті адаптації до зовнішнього середовища, тобто необхідна наявність у системі певної форми пам'яті. Але однієї спадковості для розвитку мало, потрібен активний обмін із зовнішнім середовищем, система повинна бути відкритою. Організаційні форми не можуть виникнути без спеціально організованої пам'яті. Але поряд з "накопиченим досвідом" система повинна мати здатність до навчання.

Таким чином, Шмальгаузен пов'язав один з факторів еволюції -мінливість із процесами передачі, перетворення, нагромадження інформації. При цьому поняття "інформація" пов'язується з числом елементів-ознак. На етапі адаптації важливу роль відіграє надмірність інформації.

5.7. Дисипативні структури і явища самоорганізації

Єдиний процес розвитку охоплює явища живої та неживої природи і суспільства, тому природно описати весь процес розвитку на одній мові, у рамка:: єдиної схеми, з використанням загальної термінології.

В еволюційній теорії для опису процесів розвитку використовують тріаду: мінливість, спадковість, добір. Ці ж фактори розглядає М. М. Мойсеєв у своїй монографії "Алгоритми розвитку". Мінливістю він називає будь-які прояви стохастичності і невизначеності. Спадковістю–здатність матерії зберігати свої особливості, здатність змінюватися від минулого до майбутнього, здатність майбутнього залежати від минулого. Принципами добору він називає ті принципи, що викликають до існування більш-менш стійкі утворення, ними є закони збереження, закони фізики і хімії, зокрема, другий закон термодинаміки, варіаційні принципи і т. ін.

Завдання полягає в тому, щоб виявити загальний зміст, притаманний будь-яким процесам розвитку. Мойсеєв будує класифікацію принципів добору і розглядає з єдиної точки зору його механізми. Він виділяє два різні класи добору. Це адаптаційні механізми (визначення безлічі станів системи, що будуть забезпечувати

її стійкість за даних умов зовнішнього середовища) і біфуркаційні механізми (якісний стрибок, зміна організації системи). Визначальну роль еволюційного періоду розвитку систем відіграють такі поняття, як адаптація, стійкість, стабілізуючий добір.

Необхідною умовою існування живих організмів є сталість внутрішнього середовища. Гомеостазис (від грецького "гомео" – той же, "стазис" – стан) розглядається біологами як здатність біологічних систем протистояти змінам зовнішнього середовища і зберігати стан рівноваги.

Наприклад, тільки завдяки механізмам підтримки гомеостазису деякі рослини можуть жити на отруйних відвалах рудників. Є рослини – концентратори металів: алюмінію, молібдену, нікелю, свинцю, стронцію. При цьому для запобігання отруєння тканин у рослинах синтезуються специфічні білки (вони визначають стійкість до високих концентрацій металів), змінюються кількість і якість кореневих виділень, важкі метали зв'язуються в клітинах дубильними речовинами й органічними кислотами.

Механізми підтримки гомеостазису історично закріплені і спрямовані на підвищення стійкості організму в онтогенезі, що забезпечує успіх у відтворенні потомства. Розвиток – це боротьба двох протилежних тенденцій – збереження гомеостазису і пошук нових організаційних форм, що зменшують локальну ентропію.

Етапність розвитку органічного світу, на якій значною мірою базується періодизація геологічної історії, – твердо встановлений факт. Однак загальна теорія етапності розроблена ще дуже слабко, особливо це стосується найбільш принципового її розділу "Про закономірності переходу від одного етапу до іншого". Дотепер звичайно недооцінюються зміни біоценотичних зв'язків в екосистемах минулого, що викликалися появою нових груп організмів. Разом з тим надзвичайно велика увага приділяється можливій ролі глобальних катастроф.