Глава 1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД, СИММЕТРИЯ И ЗОЛОТОЕ СЕЧЕНИЕ

 

 

1.1.           Общая теория систем и современная биология

 

 

Науке известны законы, отражающие стабильность мирового порядка, - законы сохранения, известен закон сохранения хаоса - энтропии. Однако “науке недостает, - как пишет Ю.С.Ларин, - ...законов возникновения сложного из простого” [80, с. 130]. Почему так произошло, что закон возрастания хаоса сформулирован, а закона возрастания организованности нет? Причина такой парадоксальной ситуации, считает У.Р.Эшби, в том, что до последнего времени “наука развивалась главным образом за счет анализа - расчленения сложного целого на простые части; синтезом же как таковым пренебрегали” [173, с. 126-127]. В результате такого подхода исчезал объект как целое, как система со всеми присущими ей признаками. Преодоление данного парадокса стало возможным благодаря тому, что в науке начинает доминировать подход к объекту как к системе. В результате развития общей теории систем (ОТС) возник новый - системный - идеал научного мышления и обобщения. Методологическая специфика системного подхода определяется тем, что она ориентирует исследователя на раскрытие сущности сложного объекта и выявления многообразия связей внутри объекта. Этот метод накладывает требование достаточного изучения объекта: необходимо иметь значительный объем данных о том, как будет функционировать система в заданных ситуациях и как будут функционировать при этом ее элементы. Системный подход позволяет выявить новые естественно-научные проблемы, которые до этого не были известны, а также устанавливать степень детальности разработки других проблем. Такой подход имеет большое значение для развития естествознания в целом и биологии в частности. Системные исследования, по мнению А.А.Ляпунова [87] должны сыграть важную координирующую и направляющую роль для обеспечения гармонического развития различных областей биологии.

Тенденция к изучению специфических закономерностей целого в биологии особенно прослеживается во второй половине 20 века. В сущности, эта проблема актуальна не только для исследователей-биологов, но и для физиков, инженеров, экономистов и исследователей других специальностей. В этом плане чрезвычайно интересна дискуссия, возникшая в свое время между двумя величайшими учеными 20 века А.Эйнштейном и Н.Бором. В этой дискуссии столкнулись два подхода к вопросу, как обеспечить уровень специфически целого в научном исследовании, например, организма, и в то же время не потерять огромных преимуществ математического анализа. Как известно, Н.Бор выражал свою точку зрения в концепции, известной как “принцип дополнительности”. Согласно этой концепции, целостный подход должен дать исследователю возможность найти дополнительные характеристики объекта, отражающие специфические черты именно целого. Н.Бор считал, что условия наблюдения, т.е. “ракурс”, по которому мы наблюдаем изучаемый объект, могут изменяться в процессе исследования и это дает дополнительные опорные точки для всестороннего познания объекта. А.Эйнштейн, наоборот, стремился найти такой подход, который заменил бы феменологический подход Н.Бора динамическим подходом, позволяющим проникнуть в природу внутреннего взаимодействия в каком-либо сложном целостном феномене. В то время как феноменологический подход к целостному процессу стремится определить, как устроены изучаемые объекты, подход Эйнштейна заключается в стремлении эмпирически найденную закономерность представить как логическую необходимость [170]. Расхождение в подходе к изучению целого, возникшее между двумя величайшими учеными, в значительной степени “снимается” созданием во второй половине 20 века общей теории систем (ОТС). Благодаря использованию теории систем появилась возможность представить одну и ту же систему в различных “ракурсах”, используя при этом математический аппарат для выявления “логической сущности” взаимодействия ее элементов. Использование системного подхода к исследуемому объекту, совмещенное с использованием принципов симметрии и оптимальности, приобретает огромное значение в преодолении методологического кризиса в биологических и других естественных науках. В связи с новыми подходами к анализу и систематизации научных данных возникают большие возможности для глубокого проникновения в организацию и взаимодействие как отдельных живых объектов, так и всей живой природы в целом.

Создание общей теории систем (ОТС) явилось итогом усилий нескольких поколений выдающихся деятелей науки. Основы единого научного подхода к изучению живых систем были заложены в начале нашего века русским ученым А.А.Богдановым [18]. Позднее появились работы А.А.Ухтомского (принцип доминанты) [140], Э.С.Бауэра (принцип неустойчивого равновесия) [11], Н.А.Бернштейна (концепция физиологии активности) [14]. Были заложены основы кибернетического подхода, который получил развитие в исследованиях П.К.Анохина [3]. Кроме того, были разработаны концепции установки Д.Н.Узнадзе [135], гомеостата У.Р.Эшби [173], появились кибернетические работы И.И.Шмальгаузена в области эволюционной теории [163] и Н.М.Амосова в физиологии [2]. Однако начало общего интереса к проблемам теории систем принято относить к публикации в 40-х годах первых работ австрийского биолога Л. фон Берталанфи [15], во многом повторяющих те общие представления, которые сформулировал А.А.Богданов. Несмотря на то, что общие задачи системного движения были сформулированы в значительной степени правильно, длительное время не было достаточно конкретной формулировки, характеризующей систему и выделяющей ее из “несистем”. Академик П.К.Анохин в своей статье [3] привел 12 формулировок понятия “система” различных авторов, каждая из которых, по его мнению, не имеет практического значения. В настоящее время общая теория систем является уже достаточно развитой теорией. Были разработаны варианты ОТС, имеющие наиболее универсальный характер [91, 131, 134, 136]. Несомненно наибольший теоретический и практический интерес представляет вариант ОТС Ю.А.Урманцева, разработавшего начала ОТС - фундамент системологии. Ю.А.Урманцев показал глубокое единство органического и неорганического мира, вытекающее из системной природы любых объектов.

Разработанный Ю.А.Урманцевым вариант ОТС связан с понятиями “объект”, “объект-система” и “система объектов того же рода” [136-138].

За “объект” признается любой предмет мысли, т.е. предметы объективной и субъективной реальности, и не только вещи, но также качества, свойства, отношения, процессы и т.д.

“Объект-система” - это единство, созданное определенного сорта “первичными” элементами + связывающими их в целое отношениями (в частном случае, взаимодействиями) + ограничивающими эти отношения условиями (законом композиции). Таким образом, во всех объектах-системах можно выделить следующие аспекты: 1) первичные элементы, рассматриваемые на данном уровне исследования как неделимые; 2) отношения единства между этими элементами и 3) законы композиции, определяющие границы этих отношений. В качестве объектов-систем можно представить, например, атомы. В качестве “первичных” элементов в атоме выступают нейтроны, протоны и электроны, в качестве системообразующего отношения - определенного рода физические взаимодействия между ними; в качестве закона композиции - законы атомной физики.

“Система объектов того же рода” - это, в сущности, система объектов одного и того же рода. Каждый из объектов-систем обладает общими, родовыми признаками - именно каждый из них построен из всех или части одних и тех же “первичных” элементов в соответствии с частью или со всеми отношениями и законами композиции, реализованными на рассматриваемой системе объектов данного рода. Например, предельные углеводороды суть объекты того же рода потому, что все они построены из одних и тех же первичных элементов С и Н в соответствии с одними и теми же отношениями химического сродства и согласно одному и тому же закону композиции вида Cn H2n+2 (n=1,2,3,...,s).

Целостное представление о системе связано прежде всего с выявлением ее композиции (организации). Аспекты организации рассматривались в биологии с давних пор, но при этом не осознавалась их самостоятельная роль. Лишь в последние десятилетия нашего столетия организация систем стала рассматриваться как нечто самостоятельное, как объект отдельного исследования. Более того, постепенно стало очевидным, что, как писал Н.Винер, “главные проблемы биологии...связаны с системами и их организацией во времени и пространстве” [35, с. 43]. В настоящее время концепция организации занимает одно из центральных мест в биологии. Очевидно, что решение этой проблемы возможно только в рамках системного подхода. Понятие о законе композиции (а тем самым и о типе изменения), впервые введенное Ю.А.Урманцевым, позволяет представить систему как закономерный, упорядоченный, неслучайный набор объектов. Очевидно, что организация занимает главенствующее положение в представлении системы. Выявление закона композиции отдельной системы позволяет вскрыть особенности ее организации. Представление отдельной системы в нескольких системах объектов того же рода позволяет исследовать особенности “включения” данной системы в эти системы, выявить при этом полиморфизм и изоморфизм, симметрию и асимметрию и ряд других тесно связанных с ними явлений.

Вариант общей теории систем, разработанный Ю.А.Урманцевым, имеет большое преимущество перед другими вариантами ОТС. Это преимущество заключается в том, что впервые благодаря введению закона композиции в определение системы стала возможной формализация композиции не только отдельного объекта, но и организации системы объектов того же рода, куда данный объект входит в качестве отдельного элемента. Подобное представление системы живых объектов представляет, в частности, большие возможности для систематики. Систематика отдельных систем по какому-либо признаку неизбежно связана с понятием “симметрия”. Теория Ю.А.Урманцева не дает готового “рецепта” для установления симметрии в группе объектов. Однако Ю.А.Урманцев показал неизбежность вхождения любого объекта хотя бы в одну систему симметричных объектов одного и того же рода [136, 137, 281]; Задачей исследователя-биолога является выявление симметрии в отдельном или множестве живых объектов, т.е. установление инвариантов и соответствующих им групп преобразований. Тем самым решается задача большой теоретической и практической важности.