Живое вещество как динамическая система

Любой организм сам является нелинейной динамической системой и в то же время всего лишь элементом некоторой другой, тоже нелиней­ной динамической системы. И эти системы, развиваясь по собствен­ным, «системным» законам, определяют многие свойства и обстоятель­ства развития своих подсистем. Не это ли обстоятельство является причинами тех трудных вопросов, о которых шла речь в одном из предыду­щих разделов?

В самом деле, еще обсуждая пример аномальной зависимости воды от температуры, я обратил внимание на то, что мы почти ничего не можем сказать, как это свойство связано со свойствами эле­ментов, составляющих систему. А обсуждая системные свойства живых систем, мы сталкиваемся с похожими, но неизмеримо более сложными явлениями.

Любое сообщество живых организмов, любая популяция в частно­сти, представляет собой некую целостность, и как при эволюции лю­бой нелинейной динамической системы периоды ее спокойного раз­вития, когда происходит медленное накопление изменений, сменяют­ся периодом бифуркаций, периодом перехода из одного канала развития (в общем случае, эволюции) в другой.

Биологами было замечено, что в период благополучных условий раз­вития популяции отбор происходит по типичной дарвиновской схеме. При этом плодовитость популяции относительно невелика, но зато осо­би обладают весьма продолжительным сроком жизни. Такую ситуацию биологи называют К-стратегией эволюционного развития. Наоборот, в кризисных условиях резко возрастают интенсивность мутагенеза * и пло­довитость популяции.

* Мутагенез — процесс возникновения наследственных изменений (мутаций)

Однако при этом срок жизни отдельных орга­низмов резко снижается, и происходит быстрая смена поколений. Та­кую cитуацию называют t-стратегией.

Так вот, возможно, тут мы не очень далеки от разгадки тех вопро­сов, которые мной обсуждались в одном из предыдущих разделов. При интенсивном мутагенезе и быстрой смене поколений промежуточ­ные признаки, вредные для элементов системы, может быть, просто не успевают «сработать», почему и успевают сформироваться новые признаки, способные обеспечить в будущем спокойное дарвиновское развитие?

Но именно «может быть»! Это всего лишь предположение.

Биологов очень интересует механизм, который они называют «меха­низмом г-К перехода». На этот счет уже высказано несколько гипотез (см. по этому поводу интересную статью В.П. Скулачева «Стратегия эво­люции и кислород —«Природа-, 1998, № 12). Но даже понимание всех деталей этого механизма нас не очень приблизил к объяснению систем­ных свойств популяции, определяющих начало работы такого механиз­ма перехода, и прежде всего включения у популяции г-стратегии в би­фуркационной фазе.

Почему такое происходит и как же возникает подобное системное свойство?

Катастрофические перестройки биотических систем, которые, сле­дуя терминологии, принятой в теории динамических систем, мы называем бифуркациями, могут иметь как внутренние, так и внешние при­чины. Нельзя забывать, что биота — естественная составляющая сис­темы, именуемой планетой Земля. И всякие перестройки геосферы, кли­матические изменения, подвижка плит, вулканизм — все это может быть причиной бифуркации и изменения канала эволюционного развития, что неизбежно приводит и к смене видового состава живого мира. Вер­но и обратное: изменение состава лесов, например, меняет величину альбедо*, что в свою очередь влияет на климат.

7. Жизнь создает новую Природу. Понятие «коэволюция»

До сих пор у нас шла речь о механизмах самоорганизации биоты как некоторой самостоятельной системы. Но она развиваетея в тесной вза­имосвязи с геосферой и не только испытывает влияние процессов, в ней происходящих, но и сама влияет на характер протекания этих про­цессов.

Другими словами, наша планета — это система, в которой тесно
взаимодействуют неживая природа и живое вещество, это некоторая
целостность, находящаяся под действием внешних сил космической
природы, например под действием солнечного излучения. Впрочем, и залетающие время от времени метеориты тоже не следует сбрасывать со счета.

Неживая, или косная, Природа не является застывшим образованием. Она непрерывно эволюционирует, изменяется. Происходит, на­пример, метаморфизм — перестройка структуры горных пород. В них идут сложные физико-химические процессы. Меняется лик Земли, пе­редвигаются континенты, возникают горные хребты. Происходят слож­нейшие химические реакции и многое другое.

* Альбедо — величина, характеризующая отражательную способность любой поверхности, связанную с ее физическими свойствами.

Но характерные времена процессов эволюции косной материи — сотни миллионов и миллиарды лет. Жизнь, возникшая на планете, не только ускоряет эти геохимические процессы, но и создает новую сре­ду. Возникают, например, осадочные породы, рудные тела и т.д. Но ха­рактерные времена этих процессов, порожденных биотой, уже совер­шенно другие — миллионы лет.

И, что очень важно, разные процессы эволюции живого вещества также имеют разные характерные времена длительности. Так, напри­мер, для того чтобы трехпалая лапа предка лошади преобразовалась в конское копыто, потребовалось минимум 50 миллионов лет. А для того чтобы австралопитек покинул лес и научился говорить по-французски, понадобилось не более 3 миллионов лет.

И несмотря на это грандиозное рассогласование временных харак­теристик эволюционных процессов, Природа, порожденная живым ве ществом, которую условимся называть «второй природой», коэволюционирует с «исходной» Природой, развивается в согласии с ней. Сво­им развитием живое вещество не нарушает развития геосферы. В ней создаются новые, теперь уже не геохимические, а биогеохимические циклы, и 4 миллиарда лет существования биосферы тому пример!

В начале 1970-х годов, пытаясь осмыслить содержание концепции ноосферы, я ввел термин «коэволюция». Он не совсем удачен: лучше было бы говорить о «соразвитии», что я и делал вначале. Несмотря на то, что термин «коэволюция» подвергся ряду критических замечаний (прежде всего потому что он уже «занят» биологами: коэволюция ба­бочки и цветка, опыляемого ею, и т. д.), он в конце концов прижился, вошел в литературу, и теперь мне необходимо дать его более подробную расшифровку.

Понятие «соразвитие» пришло из теории систем, и соответственно термин «коэволюция» я понимаю как одно из слов лексикона, приня­того в теории систем.

Если я говорю о развитии системы, то имею в виду такое ее измене­ние, в результате которого нарастают разнообразие элементов системы и сложность организации, в первую очередь сложность и многообразие связей между элементами и сложность самих элементов.

Но каждый элемент системы, в свою очередь, тоже является некото­рой системой. Так вот, коэволюцией (соразвитием) элемента и системы я называю такое развитие элемента, которое не нарушает процесса раз­вития системы.

Опираясь на такое понимание этих терминов, я могу утверждать, что развитие биоты и биосферы в целом происходит в режиме коэво­люции живого и косного вещества. Это — экспериментальный факт, установленный геологами и палеонтологами: на протяжении всей ис­тории нашей планеты шло непрерывное усложнение организации био­сферы, росло многообразие организационных форм как живой, так и косной составляющих планетарной оболочки.

Точно так же следует понимать термин «коэволюция», когда речь идет о развитии каких-либо живых систем и их коэволюции (соразви­тие с биосферой.

В предыдущем разделе я говорил о бифуркации, кризисах и пере­стройках живых систем. Используя введенный термин, теперь мы мо­жем сказать, что кризис любой системы, популяции, любого вида или сообщества является в конечном счете нарушением условий коэво­люции. Система верхнего уровня как бы отбраковывает тот элемент, развитие которого нарушает возможность ее, системы верхнего уров­ня, развития.

Земля благодаря существованию биоты находится в совершенно других условиях, Это уже сложная нелинейная система «геосфера + био­сфера», и она имеем множество возможных положений равновесия (точ­нее, квазиравновесия). И переход из одного состояния в другое может происходить как под влиянием внешних условий, например вариаций солнечной активности, так и под влиянием особенностей самой биоты и процессов, в ней происходящих, пример чего уже приводился: изме­нение видового состава лесов и площади занятых лесами пространств меняет альбедо, что немедленно сказывается на характере климата. И система «геосфера + биота» переходит в окрестность нового равновес­ного состояния — в новый атрактор.

Собственно в такой непрерывной перестройке и состоит смысл процecca развития Универсума. Земля является лишь доступным для на­шего наблюдения феноменом.

Однажды возникая, каждая новая форма организации, в том числе и живые организмы, и меняют структуру Универсума, Поэтому рассматривать эволюцию каких-либо форм на фоне неизменной остальной Природы можно только на относительно малых интервалах времени.

Здесь мы сталкиваемся с тем же явлением или той же трудностью, о которой я пытался говорить, обсуждая проблемы выделения «наблюдателя» или объекта наблюдения как самостоятельных элементов системы.

Процессы совместной эволюции подчиняются определенным, еще мало изученным законам. Некоторые авторы называют их законами биотической регуляции. Этот термин не совсем точен. Он удачно описывает системы типа обычных линейных «обратных связей». Но в этой системе существуют и положительные обратные связи, которые «раскачивают» систему. Без них, без непрерывно возникающей неустойчивости, без постоянно возникающего нарушения условий коэволюции прогрессивная эволюции – синоним развития – невозможна. Эти механизмы мне хотелось бы называть законами системной стабильности или системной согласованности (sustainability)

Часть вторая

Проблемы

Дата добавления: 2015-11-26