Инварианты Нелинейного Мира. Copyright © 2006 Попов В.П. All Rights Reserved

 

3.0. САМООРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ.

3.1. Магистрали развития.

 В предыдущих главах доказывалась идея, что, наблюдаемые эволюционные процессы, вызваны не мифическим стремлением к росту сложности, а являются результатом адаптивных свойств природы. Динамика Мира опровергает устаревшие представления  об устойчивости и стационарности. Можно говорить только о замедлении и ускорении изменчивости жизненных циклов организованностей. Некоторые объекты изменяются достаточно медленно, и сознание успевает идентифицировать их в виде модели. Такие модели принято называть мировыми структурами. На рис. 3.1.1 приводится зависимость длительности жизненных циклов (ЖЦ) объектов разного уровня сложности от их эволюционного «возраста».

 

 

 

 

 

 

                      

   

 

 

 

	ВОЗРАСТ

 

 

              

 

 

 

    Рис.3.1.1. Эволюция устойчивости различных

организованностей.

 

Устойчивость неживых систем определяется прочностью внутренних связей. Например, атомы существуют миллиарды лет. Молекулы, являясь более динамичными и мобильными системами, возникают и распадаются в ходе химических превращений. Макромолекулы менее устойчивы по сравнению с мономерами. Минимум устойчивости располагается в области белковых молекул, т.к. они являются наиболее крупными трехмерными полимерными цепями (ДНК еще более длинная молекула). Всё живое построено из белковых молекул – материала очень непрочного, но лабильного, оказавшегося наиболее пригодным для эволюции.

Устойчивость живых систем реализуется не столько через прочность связей, сколько через способность к регенерации (самовосстановлению). Можно построить сооружение из очень прочных элементов, но можно соорудить его из «слабых», но легко замещаемых элементов, и сооружение также будет долговечным, если своевременно осуществлять замену «слабых звеньев». Такой способ сохранения устойчивости избрала жизнь (правая ветвь кривой рис.3.1.1). Однако регенерация требует целенаправленных действий (выявление дефектов и своевременного «ремонта»). В социальной сфере этот процесс называют управлением.

Для живых систем трудно применить классическое понимание устойчивости, которое подразумевает возвращение системы в исходное состояние после выхода из равновесия. Сложные системы не имеют состояний устойчивого равновесия, и постоянно дрейфует в зоне аттрактора. Живые системы оказывают сопротивление негативному воздействию посредством реорганизации своих процессов и структуры. Кроме того, живые системы могут и не сопротивляться внешним воздействиям, если последние благоприятны. После прекращения внешнего воздействия (реально оно никогда не прекращается) живая система возвращается к некоторому подобию прежнего равновесия. «Устойчивость» живых систем корректнее характеризовать понятием «жизненный цикл». Чем длиннее ЖЦ, тем устойчивее объект.

Адаптация живого вещества подразумевает адекватные реакции на конкретное внешнее воздействие. При большом разнообразии внешних воздействий ошибка в выборе реакции может оказаться «смертельной». Следует поэтому предположить, что существует механизм неслучайного выбора, т.к. при случайном переборе вариантов поиск адекватного решения может затянуться на недопустимое время. Рассмотрим проблему выбора применительно к живым организмам.

Факт эволюции живых организмов проявляется в изменениях сомы и вариациях поведения, но всем этим внешним изменениям предшествуют изменения в геноме. Принято считать, что в пределах популяции в результате скрещивания геном усредняется [140, 135. 219]. Горизонтальные комбинации генов носят случайный характер. Если ждать, когда накопятся случайные комбинации (мутации) адекватные среде обитания, то на это потребуются миллионы лет. Даже бактерии, жизненный цикл которых составляет десятки минут, потратили 1,5 млрд. лет на случайные комбинации генов пока не возникли многоклеточные организмы. Жизненный цикл высших животных исчисляется десятками лет, поэтому длительность их эволюции при стохастических процессах может превзойти возраст биосферы.

Ускорение эволюции на фоне снижения темпов размножения можно объяснить тем, что новообразования возникают не только в ходе случайного полового скрещивания, а в результате целенаправленной комбинаторики генов популяции. Удачная новация выживает, закрепляется в популяции. Возможность комбинировать свои гены демонстрирует стволовая клетка, которая может превращаться в любую из 200 типов клеток организма человека.

С. Мейен основным законом эволюции считал преобразование разнообразия. «Наследуются не признаки, а система их разнообразия». Эволюция - это перетасовка и распространение уже существующих генов [143]. Воронцов Н.Н. подводит итог многолетних исследований: «…случайный характер мутационной изменчивости не противоречит возможности существования определенной канализированности путей эволюции, возникающей как результат прошлой истории вида» [219].

Итак, «вычисляется» механизм целенаправленного комбинирования генетической информации. Материал для комбинаций извлекается не только из генетической памяти популяции, но также из глубоких слоев генетической памяти отдельного организма.

В науке почти 100 лет ведется спор о направленности эволюции. Известны факты (непопулярные), что изменения внешней среды все же влияют на процесс мутагенеза. В 1988 г. Дж. Кейрис обнаружил, что кроме случайных мутаций нашлись и такие, которые образовались в ответ на внешний фактор [11]. Известны примеры влияния стресса на мутации, когда стрессовые ситуации повышают количество мутаций и меняют их характер. Известна также «обучаемость» генетических систем [224]. Американский генетик Р. Харрис с соавторами выяснил, что изменения в геноме под влиянием внешней среды происходят именно те, которые нужны. Э. Майер утверждал: "Каждая группа животных предрасположена к изменчивости одних своих структур и к удивительной стабильности других" [135]. Д. Бом придерживается аналогичной точки зрения. «Гены на самом деле изменяются, в то время как прежде утверждалось, что они изменяются лишь случайно. Следовательно, весь способ жизни может воздействовать на генетическую структуру».

Развитие часто идет в рамках ранее избранного коридора, работает принцип «развиваю то, что имею». Если бы выбор был случайным, то не было бы такой устойчивости признаков в рамках определённого вида. Сторонником направленности эволюции (номогенез) был и наш соотечественник Любищев А.А. [128]. Однако существуют убежденные сторонники и ортодоксального дарвинизма [139].

Геном живых организмов содержит не только гены, определяющие морфологию, но и гены поведения. Принято считать, что многие поведенческие реакции животных генетически предопределены. Юнг К. в поведении людей обнаружил врожденные архетипы [243]. Новорожденные существа умеют эффективно адаптироваться к окружающей среде почти без обучения. Скорее всего, это результат «запоминания» на генетическом уровне многократно повторяющегося жизненного опыта предков. Собаки не боятся огня, без обучения идут к костру, но их генетические предки волки панически его боятся. На такое «обучение» собакам потребовалось менее 100 тыс. лет. То же можно сказать и о поведении других домашних животных, которые приобрели наследуемые поведенческие функции, не свойственные их диким предкам [69, 70]. Механизм фиксирования жизненного опыта в генах неизвестен, но наличие этого факта неоспоримо.

В связи с разрабатываемой концепцией к эволюционному ряду механизмов управления можно отнести: рефлексию, самосохранение, инерционность, принцип Ле - Шателье. Примечательно, что термин «инерция» Кеплер определил как «сопротивление изменению». В социологии более часто можно встретить понятие «консерватизм», а в биологии – «самосохранение». Очевидно, что суть этих процессов одинакова, а именно: стремление (безуспешное) избежать изменений. В природе нет объектов, в которых самосохранение отсутствует, иначе они бы не существовали. Инерционность тормозит, но не защищает объекты от «сползания» в поток эволюции, от рассогласования параметров объектов и окружающей среды. Ничто не может устоять перед напором эволюционного движения субстрата, также как инерция массы не препятствует перемещению тела, но только замедляет процесс (отрицательное ускорение). Консерватизм поведения живых объектов не останавливает прогресс. Итак, проясняется смысл прогресса.

Прогресс представляет собой гомеокинез, направленный на самосохранение функций системы. Для людей прогресс заключается в обеспечении ресурсами, защите от воздействия «стихии», борьбе с болезнями, удлинении срока жизни, повышении её комфортности.

В биосфере эволюция работала в том же направлении, совершенствуя системы жизнеобеспечения. Поэтому ЖЦ биосферы за 4 млрд. лет стабильного солнца еще не вышел на стадию стагнации. Устойчивость биосферы в существенной степени поддерживается через механизм размножения. Это очень эффективный механизм адаптации. Примером могут служить микроорганизмы, размножающиеся в геометрической прогрессии. «Одноклеточная» биосфера существовала 1.5 млрд. лет и до сих пор роль одноклеточных огромна. В космических катастрофах (следствие динамики мирового субстрата) погибнут многоклеточные, но простейшие могут сохраниться [183]. Однако на фоне обсуждаемой гипотезы необходимо объяснить, почему все же в развитии биоты просматривается тренд снижения темпов размножения, возрастание роли разумных, управляемых систем. Возможный ответ заключается в следующем.

Разумные системы обладают способностью «опережающего отражения». Они стремятся упредить будущие негативные воздействия окружающей среды. Для этого необходимо «знать» законы развития и учитывать их. Человечество замечает негативные изменения в экосистемах, работает над проблемой их нейтрализации (пока безуспешно). Даже бактерии не способны выдержать перегрев при грядущем превращении Солнца в красный гигант (через 5 млрд. лет), поэтому биосфере придет конец, если не будет «изобретен» способ переселения её в менее опасные области Вселенной. Задачи такого масштаба доступны только могучему разуму, бактериям это не по силам. Поэтому биосфера совершенствует механизмы самосохранения, в том числе, и от будущих  космических катастроф, выбирая путь разума, путь управляемого спасения.

Не следует думать, что ранняя биогеосфера предвидела свой будущий конец и поэтому «запустила» процесс развития разума. Причина в том, что механизмы развития субстрата направлены на уменьшение роли стохастических процессов и повышение роли самоорганизации.

Например, при охлаждении вещества (Вселенная охлаждается) происходят фазовые превращения в последовательности: газ – жидкость - кристалл. В этом же ряду повышается упорядоченность движения молекул вещества. Множество хаотических движений «интегрируются» в некоторое обобщенное действие. Например, хаотическое движение молекул газа проявляется как давление на стенки сосуда. Некоторое множество стохастических форм движения может «слиться» в организованный поток. Например, струи дождя занимают весь объем  воздуха. На  земле вода собирается в ручейки. Ручейки стекают в реки. Реки сходятся в океане. Ручьи промывают себе желоба, реки – русла, уменьшая вероятность диффузного растекания. Этот процесс иллюстрирует самоорганизацию. По этой причине нервная система более локализована, чем гуморальная (более древняя). Системные связи в организме «жестче», чем в стае.

Итак, есть основания считать управление природным феноменом, выходящим за рамки чисто человеческой деятельности.

Выводы.

1.       Управление является природным феноменом, выходящим за рамки чисто человеческой деятельности.

2.       Устойчивость живых систем реализуется не столько через прочность связей, сколько через способность к регенерации (самовосстановлению).

3.       Адаптация живого вещества подразумевает выбор адекватной реакции на конкретное внешнее воздействие. Реакция связана с перестройкой внутренних процессов.

4.       Прогресс представляет собой гомеокинез, направленный на самосохранение системы.

5.       Главной функцией управления в живых системах является регенерация изношенных элементов с целью поддержания ЖЦ.

 

3.2. Феномен управления.

Предшествующие исследования приводят к мысли, что адаптационные процессы целенаправленны. Возникает задачей обоснования данной идеи.

Теория управления, созданная главным образом для человеческих систем, представляется как междисциплинарная наука о рациональном достижения некоторых системных целей. Например, управление персоналом, финансами, инвестициями, армией, рынком, государством, техническими системами. [44, 45, 48, 182]. Идеи управления  распространяются на другие научные дисциплины (биология, генетика, экология, теория эволюции, психология, педагогика, политология, и др.). Биологи видят управление во всех живых системах. Кибернетики обнаружили общность в управлении биосистемами и автоматическими устройствами [44, 45].

На практике механизмы управления изучаются разными, практически изолированными друг от друга, научными дисциплинами. Специалисты пользуются своей «отраслевой» терминологией и понятиями, часто не замечая, что говорят на разных языках об одном и том же. Возникает насущная потребность в упорядочении системы знаний, сведения множественности к инвариантам. «Наиболее радикальным средством преодоления стереотипов является введение нового языка и построение на его основе общих критериев» [103].

Принято считать, что своеобразным интегратором знаний об управлении явилась кибернетика (1940-1950 гг.). Однако увлеченность идеей «черного ящика, внутреннее устройство которого знать не обязательно, затормозило развитие кибернетики. Во многих случаях при моделировании ситуаций без этого знания не обойтись [132]. Кроме того, кибернетика увлеклась исследованием информационных потоков, при этом вещественно – энергетическая сущность систем игнорировалась [102].

Напротив, задолго до кибернетики (в 1912 г), наш соотечественник А. Л. Богданов [30] создал всеобщую организационную науку на основе естествознания и динамики человеческого социума. Он осмыслил явление, которое сейчас называется «обратная связь». «Тектология» стала первой попыткой в истории науки дать систематическую формулировку принципов организации, действующих в живых и неживых системах. Она предвосхитила концептуальную структуру общей теории систем Людвига фон Берталанфи. Кроме того, она содержала несколько важных идей, которые были сформулированы четыре десятилетия спустя Н. Винером и Р. Эшби на ином языке. Эти идеи стали ключевыми принципами кибернетики [92].А. Богданов и кибернетики изучали только прикладную часть феномена управления (опыт человечества ~200 тысяч лет), но опыт биосферы в процессах самоорганизации совершенствовался почти 4 млрд. лет, следовательно, специалистам по управлению необходимо шире изучать опыт самоорганизации Мира. Это необходимо для разработки концепции коэволюции человечества в составе биосферы. Для консенсуса человечества и биосферы следует выработать общие, единые алгоритмы управления и использовать опыт природы.

 

 

 

 

 

 

	Память социальная

 

 

 

 

    Рис. 3.2.1. Обобщенная модель управления. ОУ - объект управления. УП – управляющая подсистема. Ф – информационный фильтр.

Кибернетика изучала управленческий опыт биосферы, но только с позиций гомеостатики. В перспективе назревают задачи гомеокинетики. Надежды, которые связывались с кибернетикой, сейчас возлагаются на синергетику. Известна синергетическая школа построения сложных управляемых технических систем (проф. Колесников А.А.), которая успешно использует природные технологии самоорганизации. Ставится задача переноса законов природных синергетических процессов на технические управляемые системы. Создаются процессы направленной самоорганизации систем управления.

Рассмотрим основные достижения теории управления. На рис. 3.2.1 представлена универсальная  кибернетическая схема управления [1].

Неизменными атрибутами всех систем управления являются:

·   Замкнутый нелинейный канал - проводник потоков вещества, энергии, информации (ВЭИ) (жирные стрелки).

·   Канал обладает способностью фильтровать информацию (Ф), запоминать информацию, проводить ВЭИ потоки вдоль и препятствовать их диффузии за пределы канала.

·   Контур в любых участках может иметь связи с окружающей средой.

·   Наиболее концентрированный ВЭИ поток (потоки) из окружающей среды называют «Вход».

·   Наиболее концентрированный ВЭИ поток (потоки) из контура во внешнюю среду называют «Выход».

·   Главной целью системы является сохранение своих функций.

·   Адаптация контура осуществляется посредством перестройка внутренней и внешней среды (гомеокинез).

·   Стимулами к адаптации является рассогласование (дисгармония) состояния внутренних и внешних параметров.

На рис 3.2.1 показана система управления с двумя контурами (УП₁ и УП₂), но последних может быть и больше. Высшая подсистема управления (УП₂) доминирует над низшей (УП₁). Подсистема управления может содержать раздельные блоки принятия и исполнения решений. Нижние центры управления ограничены решением «внутренних» проблем, исходя из имеющихся в центре ресурсов. Верхние уровни ориентированы, кроме того, и на внешнюю среду. Они управляют как подсистемами, так и надсистемами, подключают внешние ресурсы для решения проблем организации. Открытость системы реализуется именно верхними уровнями управления. Чем совершеннее управление, тем эффективней оно влияют на окружающую среду (примером является человечество).

Кибернетик С. Бир, разработал модель жизнеспособной фирмы, напоминающую схему управления в живых организмах [26]. Система имеет пять иерархических уровней управления. Каждый уровень имеет «договорные полномочия» о своей автономности и работает в границах своей компетенции.

В системах управления присутствуют фильтры «Ф», которые отсеивают бесполезную информацию. В любой управляемой системе в составе ВЭИ контура должен присутствовать блок «генетической» памяти, где хранятся алгоритмы развития и реакции системы на внешние воздействия. В простейших системах память может быть распределенной по всему контуру. В биологических объектах блок памяти выделился в специализированную подсистему генетических программ поведения (ДНК), которая передается по наследству. В технических системах программы поведения задаются конструктором (человеком).

Приведенная на рисунке 3.2.1 модель является гомеостатом и не способна работать в режиме гомеокинеза. Для распознавания отклонения требуется память и время.

Все управляемые параметры совершают колебания в зоне аттрактора в связи с инерционностью механизмов управления. Флюктуации являются необходимым элементом механизмов самоорганизации очень сложных природных систем.

Приведенная «классическая» схема является частным случаем управления, которая упрощенно моделирует процессы онтогенеза организма (т.е. от рождения до смерти). Дело в том, что второй контур, накапливающий коллективный опыт, почти полностью исчезает вместе со смертью организма. Потомки получают при рождении только генетическую память. Всё остальное приходится приобретать в ходе онтогенеза в результате обучения. Тем не менее, жизненный опыт организма не исчезает полностью после смерти, а частично хранится в памяти социума и даже в генах (см. главу 7).

Каждый вновь родившийся организм, унаследовав багаж генетической памяти, подключается к банку социальной памяти. Носителями социальной памяти являются мозги животных, а у человека добавляется информация, записанная на техногенных носителях (бумага, магнитные материалы, фотоматериалы и т.п.).

Информация мозга не пропадает после смерти благодаря интеграции с социумом (популяцией). Она может исчезнуть только при полной гибели всех видов живых существ. На рис. 3.2.1 присутствует блок социальной памяти.

Рассмотрим блок социальной памяти в среде бактерий. Существует множество способов передачи генетической информации от одной бактерии к другой (трансдукция, сексдукция) [203, 31, 206]. Совокупный геном колонии является коллективным банком информации. Одноклеточные могут  обмениваться электромагнитной информацией, [226]. Кроме того, переносчиками фрагментов ДНК между клетками могут быть вирусы [136, 138]. Наличие общего банка генов выработало программы его сохранения (альтруизм).

Итак, в ходе нашего исследования ещё раз обозначается роль памяти (разновидность оперативной  информации). В главе 2 уже обсуждалось, что познание Мира, восприятие времени и пространства человеком невозможно без наличия памяти. Очевидно, что управление и самоорганизация на всех уровнях также невозможна без ПАМЯТИ.

Исходя из непрерывности эволюции, можно предположить, что и неживые объекты имеют атрибутивную память, распределенную в субстрате. Идея существовании всемирной памяти, свернутой в апейроне, принадлежит Анаксимандру (древняя Греция).

Проследим эволюцию структур памяти. Главным носителем атрибутивной информации (неоднородности) является мировой субстрат. Величайшие философы древности интуитивно угадывали это. В нем «зашиты» программы (память) развития Вселенной.

Далее появились элементы памяти микромира и неживого вещества. Память живого вещества в начале фиксировалась на белковых молекулах и полинуклеиновых кислотах (ДНК, РНК). Затем появилась  память, отраженная на скоплениях нейронов (мозг, ганглии). И, наконец, - память, на неорганических носителях разной природы, как составная часть техносферы.

Дарвинская наследственность тоже является проявлением феномена памяти, её можно увидеть и в неживой природе. Молекулы хранят память об создавших их атомах. Горные осадочные породы хранят память о прошлых геологических эпохах. Вероятно, в живых клетках можно найти структуры, хранящие памяти об эволюционных предшественниках.

В ходе эволюции памяти живых и разумных систем информация приобрела сигнальный характер. Сигнал представляет собой информационный код, запускающий программу считывания информации из памяти приёмника. Подразумевается, что приёмник информации содержит у себя сведения, знания о содержании сигнала. Например, красная ракета есть сигнал начала атаки. Знаки дорожного движения являются кодированной информацией. Нервный импульс не несет информации о причине боли, но является командой отдернуть, например, руку.

Любой носитель оперативной информации может многократно взаимодействовать с другими объектами и полями. Оперативная информация фиксируется на носителе в виде неоднородностей, которые не разрушают первичную структуру носителя, а только слегка её модифицируют. В противном случае был бы разрушен носитель. Например, на магнитной ленте запись неоднородностей в виде намагниченности касается только тонкого слоя ферромагнетика.

Накопление оперативной информации происходит не аддитивно. «Зашумляется» часть информации, полученная на более ранних этапах взаимодействия, поэтому в организмах имеют место технологии, препятствующие «зашумлению». Эту роль выполняют элементы памяти, обладающие большой ёмкостью и гибкостью, например, скопления нервных клеток (мозг) и позже электронные банки данных. В технических системах задача решается таким образом, что на магнитной ленте каждая новая порция информации фиксируется на «чистых» участках пленки.

Существуют способы «диспетчеризации» информации. В библиотеках книги хранятся на разных полках, имеются разделительные каталоги, запись ведется на разных страницах. Радиопередачи кратковременно «хранятся» в эфире и разделяются по частотам. Можно предположить, что белковая жизнь возникла в связи с тем, что белковая молекула имеет большую информационную ёмкость.

Канал связи, по которому передаётся информация, может считать блоком кратковременной памяти. Например, запас ресурсов (склад) может находиться не только на предприятии, но и в вагоне поезда (передвижной склад). Световые сигналы, идущие от далеких галактик миллиарды лет, являются памятью о прошлом состоянии галактик. В данном случае хранителем и носителем электромагнитной информации (свет) являются фотоны. Итак, память представляет собой хранилище не смешивающейся оперативной информации на любых материальных носителях.

Выводы.

1.       Управление и самоорганизация на всех уровнях невозможна без ПАМЯТИ.

2.       Системы управления всегда иерархичны. Высшие уровни ориентированы на управление внешней средой. Низшие уровни управляют собственным гомеокинезом. Если «низшие» не справляются со своими функциями, то их дополняют «высшие».

3.       Управление ограничивает разнообразие состояний системы, способствует целенаправленному выбору адаптивных реакций, ускоряет развитие.

 

3.3. Управление в неживой материи?

Развивая точку зрения на глобальную эволюцию, исходящую из недр мирового субстрата, целесообразно поискать «корни» феномена управления на уровне неживой материи.

Выше обозначены инвариантные признаки управляемых систем и главным из них поставлен контур обратных и прямых связей (циркуляция ВЭИ потока по замкнутому пути). Контур ВЭИ может обеспечивать устойчивый ЖЦ и у простых неорганических систем. Достаточно вспомнить атмосферные вихри, которые неделями сохраняют свою структуру. Вихревая циркуляция мантии Земли, галактические спиральные структуры, «планетарное» движение электронов в атоме, движение планет. Классическими являются примеры организованных конвективных потоков (ячейки Бернара) [101]. Итак, вихревая структура стабилизирует многие живые и неживые системы. Системы управления с контурным ВЭИ потоком служат аналогичным целям.

Вихревые ВЭИ потоки в неживом веществе не дифференцированы, и поэтому в них невозможно выделить «законодателя» и «исполнителя», но есть доминантный ритм, следовательно, совершается когерентное движение, генерация некоторой функции.

Трудно установить начало дифференциации и специализации «управленческих» структур. Кварки в нуклонах уже не равноправны, неодинаковы. Все протоны в ядрах считаются равнозначными, хотя условия существования протонов в центре ядра и на периферии, скорее всего, неодинаковы.

Появление атомов ознаменовало начало «эпохи» дифференциации и централизации. Атом  есть объединение явно неравноправных компонентов. Ядро является центром, вокруг которого объединяются электроны. Ядро создает электромагнитное поле, удерживающее электроны. Электроны могут менять орбиты, отрываться от ядра. На орбите электроны «размазаны». Их нахождение в той или иной области вероятностно. Ядро еще не является центром управления,  но оно доминант, иерарх. Пока  ядро существует, может образоваться атом.

Атом обладает способностью «запоминать» прошлые события. Под влиянием внешнего электромагнитного поля электрон может «перейти» на более высокую орбиту и находится на ней определенное время, то есть помнить воздействие. Возврат электрона на свою стабильную орбиту сопровождается излучением кванта энергии и является реакцией на внешнее воздействие. Это свойство атомов в наше время используется для построения логических элементов типа «да – нет», входящих в системы искусственного интеллекта [126].

Атом поглощает не любой квант электромагнитного излучения (источник информации), а только тот, который соответствует энергии перехода электрона на высшую орбиту. Здесь мы видим принцип фильтрации информации, который широко используется во всех человеческих управляющих системах. Реакции атома на внешние воздействия детерминированы и относительно предсказуемы. Внешняя среда может воздействовать как на ядро атома (ядерный магнитный резонанс), так и на его электроны. Фактором возмущения выступает внешняя среда, которая побуждает атом совершать ответные действия.

Атомы способны взаимодействовать образуя молекулярные соединения. Атомы способны долго выдерживать «натиск» внешней среды, сохраняя свой гомеостаз. За время «жизни» они могут образовывать еще более сложные и более разнообразные соединения. Для атома внешней средой являются не только соседние атомы, но и вакуумные структуры, через которые могут замыкаться обратные связи. Представить схему этих обратных связей пока не представляется возможным, т.к. структура физического вакуума еще не понята. В главе 4 разрабатывается гипотеза о структур вакуумного субстрата.

Между внешней средой и молекулярным агрегатом происходит обмен энергией и информацией (обмен веществ). Например, квант света может поглотиться молекулой, перевести ее в возбужденное состояние. Через некоторое время молекула возвращает в окружающую среду квант другой частоты.  Молекулы распадаются на фрагменты («умирают») и из обломков возникают снова («рождение»). Этот процесс равновесный. И эти реакции статистически предсказуемы. Иными словами молекулярные реакции детерминированы.

При смешении молекул разной структуры между ними начинаются химические взаимодействия, изменяющие состав смеси. Процесс развития смеси во времени напоминает онтогенез живых существ. Самопроизвольный процесс направлен на частичное уменьшение внутренней энергии и рост энтропии (т.е. к смерти). Внешние воздействия вызывают реакции  молекулярных систем, направленные на компенсацию этого воздействия (принцип Ле-Шателье). При наличии внешнего источника энергии в молекулярных смесях могут протекать колебательные химические реакции (реакции Белоусова – Жаботинского) [75]. Следовательно, молекулярные системы способны реагировать на внешнее воздействие, обменивается энергией и информацией со средой, пытаться стабилизировать свою внутреннюю организацию и форму, т.е. они способны к самоорганизации.

Можно ли увидеть «ростки» управления на этом уровне? В человеческом понимании со всеми перечисленными выше признаками – нет. Ибо управление - это процесс, включающий в себя определенную совокупность факторов. Если какой - либо фактор отсутствует, то управление не реализуется.

Факторы, комбинация которых порождает управление, существуют в разрозненном виде и на элементарном уровне материи. Например, если в насыщенный раствор соли попадет кусочек кристалла той же соли, то возникнет целенаправленный процесс перехода соли из раствора на кристалл. Кристалл будет расти, а в растворе концентрация будет уменьшаться, пока не наступит равновесие. Здесь «работает» доминирующий элемент (кристалл), который своим присутствием навязал системе определенное поведение. Представьте аналогию. В человеческом коллективе появился неформальный, харизматический лидер, который своим обаянием привлекает к себе людей. Вокруг лидера может возникнуть неформальная группа, объединенная общими интересами. Группа будет расти, увеличиваться в численности, пока не наступит равновесие, и рост прекратится.

Рассмотрим другой пример, приведенный А. Богдановым [30]. Если каплю воды поместить в насыщенные пары воды, то она станет «притягивать» молекулы пара и расти, увеличивая свой объем. Когда размер и вес капли превысят прочность её оболочки, то капля распадётся на две приблизительно равные  части. Далее процесс размножения будет продолжаться в геометрической прогрессии. Размножение капли по способу отличается от размножения, например, бактерии, но по факту - это все же размножение. В системе пар – жидкость капля является доминантам, задающим направленность процессов, уменьшающим стохастичность.

Рассмотрим, какие элементы управления можно увидеть в молекулярных системах.

1.              Обмен информацией с внешней средой и между внутренними элементами.

2.              Гомеостатические процессы саморегулирования.

3.              Разделение функций между элементами. Пограничные молекулы на поверхности капли удерживает её от распада. Пограничные слои молекул на поверхности кристалла обеспечивают его рост. Появляются доминирующие подсистемы –центры конденсации и кристаллизации. Функции границы отличаются от функций  объема.

4.              Противодействие внешним воздействиям (принцип Ле – Шателье).

5.              Самосохранение с элементами размножения.

6.              Наличие памяти. Вода запоминает воздействие магнитных полей. Кристаллы ферромагнитных материалов используются людьми как элементы памяти компьютеров для записи  информации на магнитных лентах, дисках и т. п. Некоторые сплавы обладают памятью формы. После деформации и при последующем нагреве тело восстанавливает прежние формы.

7.              Приём и переработка информации. Воспринимаются электромагнитные и тепловые излучения и затем переизлучаются в другом частотном диапазоне.

8.              Регенерация подсистем. В кристаллах происходит «лечение» дефектов.

9.              Фильтрация информации (поглощаются не любые кванты) Любая копия всегда содержит информации меньше, чем оригинал.

Однако в молекулярных системах отсутствует чёткая дифференциация подсистем. Не разделены функции приёмника, транслятора и передатчика информации. Нет специализированного центра управления. Преобладает самоорганизация. Объем памяти мал, запоминается только одно воздейст­вие (например, магнитный гистерезис), но не последовательность воздействий. Реакции на внешние воздействия детерминированы, их количество относительно мало (деформация, перестройка структуры, излучение квантов энергии). Опережающее отражение отсутствует.

Высокомолекулярные соединения обладают почти всеми предыдущими свойствами. В результате влияния внешней среды к этим свойствам прибавляется способность изменять пространственные конформации. Полимеры могут использоваться и как элементы памяти. Жидкие кристаллы тонко реагируют перестройкой структуры на изменение температуры, воздействие электрических и магнитных полей. Высокомолекулярные соединения способны облегчить коньюгацию разнообраз­ных структур, действуя как «клей».

Согласно Опарину жизнь зародилась в ходе эволюции жироподобных капель (эмульсии, липиды) в воде. Появилась способность образовывать всевозможные пузырьки (пены), эмульсии, коллоиды, мицеллы. Все эти образования способны расти, размножаться, структурироваться. Среда дифференцировалась всё больше и больше. Таким образом, создавались предпосылки для появления управления в том понимании, которое принято у людей. Для этого в одной структуре должны были собраться вместе все элементы, необходимые для осуществления управления.

Как минимум, живая клетка представляет собой структуру, в которой система управления уже функционирует. Не исключено, что управление можно увидеть даже на уровне организации белковых молекул. Известно, что ферментативные свойства белков связаны не столько с их линейной молекулярной структурой, сколько с пространственными конформациями.

Синтез белка осуществляется в рибосомах. В начале образуется первичная (линейная) структура белка, которая затем, путем скручивания с очень высокой воспроизводимостью, приобретает нужные пространственные конформации. Чтобы представить невероятность такого события в ходе случайных процессов, рассмотрим следующий пример.

Допустим, некто бросает длинную веревку на землю и каждый раз веревка складывается в слово «управление». Вероятность такого события ничтожна, но белковая молекула проделывает этот трюк с потрясающей повторяемостью. Случайностью такое явление объяснить невозможно.

Не следует забывать, что все объекты нашего мира связаны с мировым  субстратом, поэтому полной независимости не существует. Информация о движении любого атома передаётся соседним атомам. Через субстратную сеть могут возникать контуры обратных связей, являющихся основой самоорганизации и управления.

Итак, если управление четко идентифицируется на высших уровнях материи, то, очевидно, этот факт был «предусмотрен» в субстрате. Эволюция в потенции «зашита» в атрибутивной информации субстрата. Мы наблюдаем процесс её макроскопического разворачивания. Можно предполагать, что блок коллективной памяти имеется во всех без исключения природных объектах, т.к. информация, память, «программное обеспечение» эволюционных процессов находится в первооснове Мира, в сетевом субстрате.

Выводы.

1.       Атомарно – молекулярные агрегаты имеют много функций, сходных с функциями управления в живых системах: стремление к экспансии, противодействие внешним воздействиям, стремление к устойчивости с элементами размножения, наличие памяти, приём и переработка информации, способность к регенерации, фильтрация информации.

2.       Имеются существенные отличия между живым и неживым веществом. В неживом отсутствует четкая дифференциация подсистем. Не разделены функции приёмника, транслятора и передатчика информации. Нет доминирующего центра управления. Память «короткая». Запоминается только одно воздействие, а не их последовательность. Реакции на внешние воздействия детерминированы (принцип Ле – Шателье).

3.       Очень сложные системы без управления не способны существовать, поэтому системы управления максимально охраняются от разрушения.

4.       Эволюция систем управления направлена на расширение диапазона существования и снижения зависимости от среды обитания

5.       Информация, память, «программное обеспечение» эволюционных процессов зашита в первооснове Мира, в сетевом субстрате.

6.       Существует эволюционный ряд памяти: субстратная память – память неживого вещества - память клеточного уровня – память организменного уровня – память техногенная.

 

3.4. Управление и самоорганизация.

Как отмечалось выше, управление подразумевает действия, направляющие систему на достижение некой цели, отбор нужных траекторий движения. В управляемых системах можно найти постоянную (персистентную) подсистему, срок существования которой соизмерим с жизненным циклом организации (например, клетка, организм, государство, фирма, предприятие.) В человеческом обществе вожди могут сменяться, но управляющий центр сохраняется длительное время. В любых регуляторах всегда существуют паузы между управляющими воздействиями. Паузы необходимы для принятия решения о необходимости воздействия.

Однако в природе существуют объекты стабильно развивающиеся, адаптирующиеся, но при этом в них очень трудно вычленить доминантную подсистему. Такими системами являются, например, колонии бактерий [157], биоценозы и, наконец, вся биосфера. К этому же классу можно отнести человечество в целом.

В данном случае имеет место стохастическое управление. Управляющие центры появляются неожиданно, осуществляют воздействие на систему и исчезают, сменяют друг друга или действуют одновременно, как солисты в джазе. Все исполнители согласуют свои действия с ними.

Поток автомобилей на дороге самоорганизуется, следуя очень простым правилам. Основная цель всех участников движения одна, доехать без аварии, поэтому маневр каждого вызывает «охранные» маневры партнеров по движению. Каждый становится «калифом на час». Непрерывно возникают и распадаются контуры управления. Каждый может быть лидером и тут же сателлитом. Маневры совершаются по очереди (соло) или одновременно (ансамбль). Задача остальных участников ответить на маневры временных лидеров своими маневрами, обеспечивающими безопасность движения.

Своеобразие самоорганизации заключается в коротком жизненном цикле индивидуального лидера и небольшом наборе программ поведения. Для автомобильного потока достаточно несколько алгоритмов: вперед, назад, стоп, влево, право. Если очередной участник движения подаст сигнал непонятный другим, то наступит катастрофа. Итак, быстрая или незаметная для наблюдателя смена элементов управления оценивается как самоорганизация. Стохастизм заключается в непредсказуемости появления лидера.

Паузы между управленческими воздействиями, когда система движется по инерции, существенно продолжительнее, чем управленческие импульсы. В паузах система помнит управляющее воздействие.

Самоорганизация может протекать как борьба (эгоизм) и как сотрудничество (альтруизм), Самоорганизация автомобильного потока идет на благо всех участников, но самоорганизация экономического рынка эгоистична. Каждый стремятся сокрушить конкурентов и стать монополистом.

Между персистентным управлением и стохастической самоорганизацией расположен ряд промежуточных состояний. Одной из характеристик «персистентности» управления может служить соотношение П = Т_упр / Т _{жизни ,} где Т_жизни – жизненный цикл системы управления; Т_упр – длительность акта управления. Чем ближе П к единице, тем «жестче» организация системы. Рассмотрим эволюционную динамику «П» (рис. 3.4.1).

Клетка есть высокоорганизованный объект с персистентной системой управления (ДНК, ядро). На внешнее раздражение клетка отвечает движением. Амебы способны чувствовать тепло, прикосновение. К постоянным раздражителям клетка адаптируется и перестает на них реагировать [215]. ДНК любой клетки содержит программы синтеза ферментов, предназначенных для «вырезания» будущих дефектных генов (прогностическая функция).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             Рис. 3.4.1. Динамика управляемости биосферы.

Повышение плотности заливки отражает снижение стохастизма.

 

Одноклеточные размножаются, ищут корм, «убегают» от опасностей, адаптируются к среде обитания. Первичная биосфера состояла только из прокариотов, но в ходе эволюции количество видов микроорганизмов достигло десятков тысяч. Появились клетки, специализированные на управлении (нейроны), которые названы организмом в организме, и обладает «опережающим отражением» [10,14,15]. Нейроны обладают врождёнными знаниями и обучаются в ходе онтогенеза. Нейрон отражает среду с учётом прошлого опыта. Активизация нейрона зависит от целей поведения. Реакция нейрона может изменяться и исчезать. У нейрона можно выработать даже условный рефлекс [195].

Нейроны сенсоров изменяют свою чувствительность под влиянием мозга. Как только нейрон удовлетворит свои потребности метаболитами соседних клеток, он прекращает действовать [206, 203]. Пускового стимула недостаточно для адекватного поведения нейрона. Его действие возникает после обучения, при наличии мотивации и соответствующей обстановки [229].

В мозге нейроны встраиваются в функциональные системы, для этого у них отрастают аксоны. Опыт мозга приводит к изменению сети связей. Может быть, по этим причинам нейрон живёт дольше других клеток?

Клетки иммунной системы также способны  запоминать своих врагов. Стволовая клетка трансформируется в любой тип клеток (у человека около 200 типов клеток).

Итак, одноклеточный организм обладает персистентной системой управления, что показано на рис. 3.4.1 высоким столбиком с «плотной» заливкой.

Первые клетки появились в водной среде, многие и сейчас живут там. Вода обладает текучестью, поэтому плотные колонии клеток в воде образоваться не могут и взаимодействуют по принципу самоорганизации.

Темпы размножения клеток настолько велики, что сразу же возникало сообщество (популяция) клеток. «Водная» популяция одноклеточных стохастична.

Клетки на твердом субстрате образуют колонии. В колониях обнаруживается определённый порядок. Между клетками остаются проходы, по которым питание поступает в центр. Это аналог системного альтруизма [119].

Наблюдается дифференциация клеток. Появляются клетки помощники, клетки убийцы, отбраковывающие клетки с дефектами.

Колонии клеток существуют миллионы лет и до сих пор играют большую роль в биосфере Земли. В колонии проявляется забота не только о себе, но и о других членах. Механизм самоорганизации колонии, не известен. Скорее всего, он контролируется метаболитами и волновой информацией [226].

Колонии микроорганизмов упорядочены больше, чем «плавающие» микроорганизмы. Можно предположить, что они являлись предшественниками организмов.

Около 600 млн. лет назад некоторые колонии клеток «срослись» в  многоклеточные организмы. Гидра является переходной формой между колонией и организмом. Гидру можно дезинтегрировать на клетки, но через некоторое время клетки снова самостоятельно соберутся в  организм.

Амебы демонстрируют высокий уровень социальных взаимодействий. Когда на территории их обитания не остается корма, амебы собираются в комок, напоминающий виноградного слизняка (органомицет). Возникает подобие организма из одинаковых клеток, способного передвигаться как улитка [157]. Удивляет синхронная работа огромного количества одноклеточных организмов. Несомненно, идет обмен информацией идут сигналы управления. Однако образуется ли в этом сообществе центр управления или это поразительная самоорганизация, нам не известно. При необходимости органомицет распадается на отдельные микроорганизмы. Итак, стохастическое самоуправление можно увидеть на уровне колоний одноклеточных существ. В отличие от колоний, которые стремится расти неограниченно, в организме любой орган осуществляет рост в определенных пределах.

В организмах выделились клетки, специализированные на приеме (сенсоры), передаче (нейроны) и переработке (нервные узлы) сигналов. К химическому и волновому способу передачи информации добавился электрический (нервные узлы).

Эволюция организмов усложняла и совершенствовала системы управления, развивалась нервная система мозг. Возникло централизованное персистентное управление, автономия органов минимальная. В ходе эволюции постоянно совершенствовался мозг.

Если коэффициент энцефализации выразить как отношение массы мозга к массе тела, то получится следующая эволюционная картина: рыбы (возраст 400 млн. лет) – 0,02 г/г; рептилии (300 млн. лет) – 0,05; млекопитающие (100 млн. лет) – 0,15; птицы (70 млн. лет) – 0,18-0,3. Это усредненные цифры. Самый высокий коэффициент энцефализации у человека (0,77) и дельфинов (0,54). Среди птиц самые «мозговитые» попугаи (0,34) и врановые (0,3) [81]. Осьминоги имеют наиболее развитый мозг среди моллюсков (очень древние организмы). В ходе эволюции развитие мозга животных является свидетельством  возрастающего значения управления в живых организмах. Управление уменьшает стохастизм поведения, способствует сокращению затрат ресурсов на выбор правильного «решения».

 Итак, организмы имеют более жесткую систему управления чем, колонии одноклеточных, что на рис. 3.4.1 отображено высоким столбиком.

Организмы объединяются в сообщества (популяции, семьи, стаи, биолценозы), Сообщества способствуют выживанию вида. Размножение подразумевает общение разнополых особей.

Популяции организованы стохастическим управлением, например, популяция лягушек, медведей и др. не имеют вожака – лидера, но в некоторых сообществах животных наблюдается циклическое управление. Во время миграции ракообразные (омары) движутся упорядоченной колонной с лидером во главе. На местах постоянного обитания колонна распадается. Во время перелетов птицы собираются в управляемую вожаком стаю. Но на местах гнездовий управление отменяется, и переходят на самоорганизацию. Были ли среди рептилий («динозавров») управляемые сообщества (стаи)? Можно только предполагать, что такие задатки у сложных рептилий могли появляться, так как их эволюционные последователи  птицы и млекопитающие в большинстве стай имеют вожака (лидера).

Многие копытные имеют постоянного (но заменяемого) лидера (вожак). Стая подчиняется общим программам поведения, что облегчает её существование, но автономия индивидуума в стае больше, чем у клетки в организме. Член стаи может отделиться от неё.

Очень разнообразен класс насекомых, среди которых есть управляемые колонии (пчелы, муравьи, термиты).

На уровне самоорганизации остались грибы, растения, мягкотелые (моллюски), рыбы, земноводные, некоторые рептилии.

Биоценозы, человечество, биосфера пока обходятся без постоянного лидера. По мнению Реймерса, в биосфере доминируют животные, т.к. они устроены сложнее, чем растения и насекомые [222] и своим влиянием организуют жизнь в биоценозе. По мере эволюционного «взросления» такие системы могут дифференцироваться с появлением управляющих (доминантные) подсистем.

Среди животных наибольшего развития достиг человек. Человеческая стая (общество) имеет управление самого высокого уровня жесткости (племя, государство). Но всё человечество до сих пор слабо организовано единым управлением. Но в человечестве появилась техноценозы, с весьма детерминированным поведением (без человеческого управления они пока функционировать не могут).

Первобытный человек (еще животное) стал оказывать активное влияние на окружающую среду, в нем проявились задатки лидера. На современном этапе развития биосферы человек пытается коэволюционировать с биосферой, но в своих интересах. Искусственные биоценозы, сельское хозяйство свидетельствуют о нарастании влияния человека на биосферу. Итак, в биосфере можно выделить четыре типа объектов с персистентным управлением: одноклеточные, многоклеточные, организмы (человек), техноценозы.

По сравнению с методом случайного выбора  альтернатив развития в границах популяции или стаи, управление в организмах направленно на фиксирование достигнутого успеха. Персистентное управление более консервативно, чем стохастическое. Управление всегда ограничивает свободу подсистем, принимая на себя обязательство неустанного регулирования процессов гомеокинеза. Чем совершеннее система управления, тем меньше стохастизм, тем быстрее адаптивные реакции.

Рефлексы древнее сознательной деятельности, они проще, но быстрее. Метод проб и ошибок (стохастизм) призван страховать ошибки детерминированных решений, осуществляя поиск новых вариантов.

Управление способно обеспечивать гомеостазис только в рамках некоторого коридора условий. Уместно вспомнить, что в «Тектологии» А. Богданова [30] эта мысль сформулирована в понятии «эгрессия». Эгрессия есть процесс появления «централистских» структур (правительство, власть, управление), которые повышают стабильность организации. Итак, стохастические процессы «ищут» новые решения, а управляемые закрепляют их в своих программах поведения.

Не всякий коридор развития оказывается оптимальным в быстро изменяющейся окружающей среде. Выход из тупикового коридора методом управления не всегда возможен. Нестандартные решения добываются методом проб и ошибок.

Человек получает информацию для принятия решения из среды обитания путем своего человеческого разума. Разум человека «быстрый», более адаптивный, является следствием эволюции в «коридоре разума» (цефализация).

Низшие организмы получают «свежую» информацию посредством дрейфа генов в биосфере, реализуемого вирусами или другими мутагенными причинами. Однако этот способ перехода в другой коридор сопровождается почти поголовным вымиранием прежнего вида от болезней (мутагенный процесс) и развитием нового вида из оставшихся мутантов. За радикальные решения приходится дорого платить. Кювье назвал это явление мировыми катастрофами.

Итак, биосфера напоминает слоёный пирог из систем разной организованности. Одновременно сосуществуют системы с низким и высоким значением «П» Наблюдается сочетание порядка и хаоса. Хаос – это стохастический порядок. Возможно, в этом и заключается гармония мира. Наблюдается тренд перехода от стохастического управления к персистентному.

Развитые системы управления приобретают возможность оказывать влияние на внешнюю среду, начинают управлять стаей, популяцией, биоценозом, поэтому наблюдается уменьшение стохастизма и в социальных системах.

Следует обратить внимание, что природные системы управления создавались «снизу». Органы управления должны поддерживать баланс интересов между исполнительными подразделениями. Клетки «делегировали» полномочия управляющему элементу в своих интересах. В стаях идет борьба за лидерство, но лидер существует до тех пор, пока с ним соглашается стая. У людей часто бывает наоборот, слуги становятся хозяевами. Элементы удовлетворяют свои потребности через функции всей системы.

 Управляющая подсистема стремиться обеспечить свои интересы за счет функционирования исполнительных частей. Управляющая подсистема (лидер, вождь, владыка) всегда доминант и подчиняет себе всю систему. Борьба эгоистических интересов элементов завершается консенсусом, обеспечивающим целенаправленное поведение.

Появлению персистентных центров управления предшествовал процесс дифференциации клеток, организмов. Даже в колонии бактерий нет равенства. Части целого (системы) различны по темпу жизни, по стойкости к среде, по функциям, конкурируют между собой за ресурсы, и это может быть причиной распада системы [30]. Каждая подсистема «желает» получить больше и отдать меньше, и не может относиться к интересам других, как к интересам своим собственным. Поэтому для организации консенсуса живые системы создали системы управления.

Развитие живых организаций потребовало усложнения систем управления. Чем разнообразнее поведение, тем больше специализированных уровней управления.

Согласно теории систем, координация работы из общего центра требует минимума сигналов и наиболее экономична, если центры управления иерархичны [203]. Высшие уровни управления ликвидируют «горизонтальные» конфликты между элементами.

В стайной организации специализация выражена менее резко. Каждый член сообщества многофункционален, хотя есть лидеры и сателлиты. Существуют сильно специализированные социумы среди насекомых (муравьи, пчелы).

Циклическое управление является разновидностью стохастического и персистентного. Отличие заключается в том, что лидер выдвигается в необходимых ситуациях, действует на определённом отрезке времени и самоустраняется после достижения поставленной цели. Например, вожак птичьих стай, полководец, пассионарная личность, лидер неформального объединения, проводник, экскурсовод. Паузы между циклами управления могут быть длительными, сезонными или апериодическими.

Есть другая форма самоорганизации среди растений - сукцессия [183]. Это проявление онтогенеза в биоценозе. Например, песок зарастает травой. Следом появляются кустарники, за кустарниками деревья определенных пород и все заканчивается дубравой или кедровником. Здесь лидер (доминант) подготавливает цепь будущих событий, создавая условия для развития новой формы жизни. Лидеры сменяют друг друга. Вместо хаоса реализуется эстафета преемственности.

Эстафетное управление (сукцессия) основано на рефлексивном взаимодействии ведущего и ведомого звеньев. Ведущее звено создает условия благоприятные для существования ведомого. Лидер завершает свой ЖЦ и его роль переходит к бывшему ведомому звену. Процесс многократно повторяется, как в многоступенчатой ракете. Отработавшая секция, поднявшая космический аппарат на новую высоту, отделяется от ракеты, и в работу вступает следующая. Аналогичная схема достижения цели была реализована еще в древней Персии (почта на перекладных) и в России (ямщики).

Аналогию можно увидеть в онтогенезе Развитие эмбриона представляет своеобразную «сукцессию» клеток. В начале закладываются нервные клетки (мозг), которые ведут за собой процесс развития организма. Работает известный «принцип домино».

История – это смена лидирующих человеческих культур [205]. Родители эстафетно передают детям элементы этнической культуры. Цефализация биосферы выглядит как перманентная смена лидеров (животных), каждый раз все более «разумных». Вымершие виды животных обеспечили развитие новых. Колонии микроорганизмов создали условия для возникновения организмов. Организмы создали базис для стайного образа жизни. Филогенез биосферы выглядит как эстафета передачи технологий выживания от материнской системы к дочерним системам.

Аналогичные процессы можно увидеть и в неживой материи. Рассмотрим процесс роста кристалла. Кристалл растет слой за слоем. Поверхностный слой определяет структуру следующего наслоения. Точно так поддон для транспортировки яиц имеет углубления, детерминирующие расположения слоёв яиц. Информация (алгоритм) о порядке упаковки очередного слоя первичного субстрата передается от слоя к слою эстафетным способом. Имеет место поток информации от центра к поверхности растущего кристалла. Описанный процесс позволяет возникнуть системе очень большого размера, но при этом прямая связь между отдаленными элементами практически отсутствует. Можно отломить часть кристалла, но это не нарушит порядка расположения атомов на другом конце.

В кибернетике показано, что в самоорганизующихся объектах характерно управление в виде системы подчинённых алгоритмов [109]. Более высокий уровень управления (законодатель) вырабатывают алгоритмы для нижних. В ходе развития растет иерархия управления, поэтому, «законодательные» функции эстафетно передаются последующим уровням.

Можно отметить два варианта сукцессии. В примере с растущим кристаллом характер связей между ионами (или атомами) не изменяется. Изменяются только размеры кристалла. Однако в живом эволюционная изменчивость связей становится правилом. Филогенез биосферы заключается в том, что потомки всегда отличаются от предков, вследствие комбинации генетической  информации своих родителей. Образовавшийся новый иерархический уровень становится организатором следующего. Каждое новообразование готовит условия для появления другого. Потомки не являются копиями родителей, но сохраняют их основные признаки.

Гиперциклы управления. Каждый более сложный уровень управления все в большей степени воздействует на окружающую среду. Действия клетки, пассивно преобразуют окружение. Прокариоты трансформировали первичную атмосферу Земли за миллиард лет, поставляя в неё кислород [73]. Животные также преобразует среду обитания. Вернадский в живом веществе увидел могучую преобразующую силу [39, 40]. Человек сделал основой своего существования преобразование среды. Молодые корковые структуры мозга познают окружающий мира с целью оказать на него влияние. Более старые подкорковые структуры управляют гомеостазисом организма. Вожак стаи животных формирует стаю и организует её взаимодействие со средой обитания (миграция, оборона, нападение, и т.п.).

Выходной ВЭИ поток организации, рассеиваясь в непрерывной внешней среде, неизбежно  возвращается на вход (эхо – эффект). Если сигнал обратной связи преодолеет порог чувствительности системы, то возникнет рефлексия (резонанс). Пути миграции выходного ВЭИ потока в надсистеме проследить бывает трудно, поэтому, когда «бумеранг возвращается», то это воспринимается как судьба. В итоге система, пославшая сигнал, должна адаптироваться не только к трендам мирового  развития, но и к результатам своей активной деятельности, эхом отозвавшейся в «дебрях» мировых структур. Если «эхо» носит характер положительной обратной связи, то это может привести к развитию событий. Рассмотрим схему такогособытия (рис. 3.4.2).

Некоторый сигнал запускает цепь превращений, эволюционного ряда (I – II – III – Х) пока не возникает организованность Х, способная замкнуть контур положительной обратной связи, и тогда вся система начинает генерировать новое качество. В кибернетике такие процессы не исследовались. В поле зрения кибернетики включались взаимодействия между готовыми (статичными) узлами, блоками, структурами. Кибернетика эволюцией не интересовалась. Приведем реальные примеры существования таких событий.

 

 

	Источник сигнала

 

 

 

 

 

 

 

 

  Рис.3.4.2. Цепной процесс с положительной обратной связью.

 

Известно, что кристаллы представляют собой очень устойчивую форму существования вещества во Вселенной. Наш соотечественник Федоров показал, что при всем многообразии минералов существует лишь 230 кристаллических форм. С момента образования Земли, а может быть и других космических объектов, кристаллы не эволюционируют. Это тупиковая ветвь эволюции Вселенной, «замороженная» слушком высоким порядком.

Но эволюционные процессы не оставили в покое и кристаллы. Эволюционный ряд: молекулы – белки – клетка – организм - человек развился до такой степени, что сумел повлиять на развитие кристаллов. Косные, слишком правильные кристаллы кремния, германия под влиянием человека превратились в «дефектные» кристаллы (в структуру кристаллов введены элементы хаоса), далее в транзисторы и компьютеры. Кристаллы и жидкие кристаллы (холестерин) эволюционируют совместно с человеком. С момента возникновения кристаллов до появления человека прошли миллиарды лет, но сигнал обратной связи все же вернулся к кристаллу и породил новую ветвь эволюции. Теперь человек в комбинации с компьютером даёт старт новой цивилизации.

Другим примером может быть взаимодействие человека с клеткой (генная инженерия). В итоге получаются новые виды живых организмов, которые по каким-то причинам не смогли возникнуть сами [129]. Разум человека подталкивает эволюцию атомов (синтез трансурановых элементов), клеток (генная инженерия), кристаллов (полупроводниковые приборы) и т.п. «Киборгизация» человека может служить примером управленческих гиперциклов. Достижения техносферы позволили имплантировать в организм техногенные органы, датчики, стимуляторы. Города, построенные из камня, являются новой формой существования горных пород. Личинка ручейника, строящая свой домик, представляющий оболочку из песчинок, делает тоже, что и человек.

Синергетическое управление является наиболее типичным случаем управления в природе. Управление осуществляется посредством воздействия на параметры порядка объектов [102]. Например, если требуется повысить давление газа в сосуде, то бессмысленно влиять на движение каждой молекулы. Достаточно просто нагреть сосуд. Когда человек управляет лошадью, то нет необходимости влиять на каждую мышцу, достаточно использовать вожжи и кнут в качестве параметров порядка. Мозг не влияет на каждую клетку организма, клетка достаточно самоуправляемый элемент. Достаточно создать в межклеточной жидкости требуемую концентрацию нужных молекул и клетка сама будет «знать», что делать.

Ритмы работы сердца определяются автономным органом. Для инициирования деятельности обученного человека достаточно издать приказ и т.п. Реакция опоры на давление возникает даже в том случае, если человека не знает, как это происходит. Однако вопреки природным правилам технические автоматы снабжаются подробным алгоритмом действий, что существенно усложняет систему управления.

Выводы

1.       Филогенез биосферы – это эстафета передачи технологий выживания от материнской системы к дочерней.

2.       Наблюдается тенденция перехода в ходе эволюции от самоорганизации к управлению.

3.       Самоорганизующиеся системы еще не приобрели «долговременный» центр управления, и являются «молодыми». В них идет быстрая смена (эстафета) лидеров.

4.       Специализация приводит к появлению управляющего центра, который сокращает разнообразие поведения живой системы, направляет ее движение в «коридор» эволюции. В любой управляемой системе есть центр, а именно: вождь, лидер, доминант.

5.       Системы, существующие в «человекоразмерном» времени, оцениваются субъективно как управляемые. Быстрая или незаметная для наблюдателя смена лидеров оценивается как самоорганизация.

6.        Процессы управления можно характеризовать параметром «П» , где П - отношение длительности «жизни» системы управления к длительности жизни управляемой системы.

7.       В биосфере можно выделить четыре объекта с персистентным управлением: одноклеточные, многоклеточные организмы (человек), техноценозы.

8.       Биосфера напоминает слоёный пирог из систем разной организованности.

9.       Природные системы управления создавались «снизу» и повышали свой уровень организованности в ходе эволюции.

10.   Чем выше уровень сложности организации (животные, человечество), тем больше в ней становится специализированных уровней управления.

11.   В гармоничном сочетании всегда находятся управляемые (порядок) и стохастические (хаос) организации.

12.   Управление пытается гомеостатировать лучшие образцы организации. Стохастические процессы осуществляют поиск новых, не стандартых структур.

 

3.5. Управление, мозг, сознание.

Прогрессивное развитие систем управления оправдано тем, что поведенческие функции оказались более универсальным средством самосохранения, чем специализированные защитные приспособления. За 3,8 млрд. лет существования биосфера постоянно «изобретала» приспособления и технологии, спасающие живое от гибели. Живое вещество в своем развитии шло разными путями. Кроме долговременных «оборонительных» приспособлений, развивались тактические, поведенческие реакции. Всевозможные рога, копыта, панцири, кости, шипы, химическое оружие, маскировка и другие “приспособления” спасали только от тех воздействий, против которых они были предназначены. Против быстрых, разнообразных воздействий эти ухищрения могли оказаться бесполезными, поэтому поведенческий вариант выживания оказался более эффективным, чем атрибутивный. Например, рептилии (ящерицы), дожившие до наших дней, в жаркое время в пустыне закапываются в песок, а ночью выходят на охоту. Птицы предпочли перелеты (миграции) на огромные расстояния другим механизмам защиты от сезонных изменений погоды. Некоторые рыбы, кальмары, хамелеоны умеют маскироваться. Термиты в убежищах поддерживают микроклимат.

Не вызывает сомнение факт, что главной подсистемой управления в сложных организмах является мозг. Эволюция мозга (цефализация) просматривается от червей (древнейших живых существ). Мозг стал центром управления у многоклеточных животных.

До появления мозга центром управления являлась ДНК клеток. В ходе эволюции увеличивалось количество хромосом в клетке, увеличивается длина ДНК [136]. Например, ДНК бактерий содержат 4·10⁶ пар нуклеотидов. ДНК мухи дрозифилы – 1.55·10⁸ пар нуклеотидов. У человека самая длинна ДНК – 3·10⁹ пар. Многие гены амебы и человека схожи. ДНК мыши и человека различаются на 20%, а шимпанзе и человека всего на 2 –3% [73].

Клетки, специализированные на управлении, и их скопления образовали мозг. Развитие мозга и других управляющих систем организмов протекало как последовательное «строительство» эволюционного ряда разума, возрастало количество нейронов в мозге. Существует мнение [73], что человек уже прекратил эволюционировать как физиологический объект т.к. в течение 40 тыс. лет существенных морфологических изменений сомы не наблюдается. Но эволюция мозга, возможно, еще не прекратилась. Отследить эволюцию мозговых структур человека не представляется возможным потому, что тонкие структурные исследования мозга начались только в шестидесятых годах 20 века.

Разум индивидуумов интегрировался в коллективный разум, который дополнился «выносными» элементами памяти и переработки информации, вычислительными системами, методами ускоренного познания.

У человека разум феноменологически проявляется в выборе поведения, изменении среды обитания, в изобретательстве, написании книг, научном поиске, в способности учиться и многом другом. Все перечисленные действия необходимы, чтобы обеспечить благоприятные условия существования, т.е. эти действия необходимы для выживания. Поэтому определим разум как динамичное средство разработки и накопления технологий выживания, технологий адаптации.

Адаптивные реакции проявляются в раздражимости, рефлексиях биологических организмов, а также в инстинктах. Рефлексы есть действия не всегда целесообразные. Рефлексией обладают все живые организмы. Рефлексивный ответ на вызов внешней среды, как правило, основан на заранее заготовленных программах действий, которые доказали свою эффективность в определенных условиях. Стандартный рефлексивный ответ в изменившихся условиях может оказаться вредным. Инстинктивные действия считаются целесообразными, но подсознательными. Сознательное действие известно субъекту до совершения действия.

В эволюции всякий вид живых существ, предпочитает развивать уже имеющиеся задатки, а не изобретать новые, поэтому человечество развивало то, что имело, а именно: разум и его носитель. Если бы разум человека был явлением исключительным, и в биосфере ничего бы ему не предшествовало, то это означало бы нарушение закона эволюции, который утверждает, что все новое несет в себе признаки прошлого. Этологи знают о существовании разума животных, поэтому с законами природы все в порядке [69, 70].

Уникальность человеческого разума явно преувеличивалась. Разум и его предшественник инстинкт функционально похожи (способствуют выживанию организма). Когда существо без обучения действует некоторыми «стандартными» способами, то такое поведение называют инстинктивным. Орёл разбивает камнем яйцо страуса (обеспечение пищей). Птица ткачик сооружает замысловатое гнездо (обеспечение сохранности потомства). Бобры строят дома, сооружают плотины, каналы. Можно приводить ещё множество примеров от примитивного рытья нор до сооружений домов – термитников с кондиционером. У всех этих действий есть одна цель, а именно: обеспечение выживаемости. Цель является центральной концепцией в любой модели поведения управляемых систем.

Существует стойкое заблуждение, что разум есть только у человека, а у животных только инстинкт. И человек часто действует инстинктивно, когда встречается со стандартной ситуацией. Но в нестандартных ситуациях приходится думать. В этом видят проявление разумности человека. Человек умеет делать автомобиль благодаря разуму. А паук плетёт свои сети (технология питания) благодаря врождённому инстинкту. Давайте проанализируем эти утверждения.

Паук и человек реализуют действия (если хотите труд), используя знания. Но знания об автомобиле приобретены в ходе онтогенеза человека. Знания паука появились в ходе его филогенеза. В ходе эволюции было время, когда пауки ещё не существовали. Но были их эволюционные предшественники. В процессе филогенеза каким-то способом возникли навыки плетения паутины, закреплённые в геноме паука. Не все пауки могут плести паутину, многие плетут её по-разному (это всё опыт конкретного таксона).

Как видим, различие между пауком и человеком в данном случае заключается в том, что паук «обучался» в ходе филогенеза методом проб и ошибок (миллионы лет и миллионы поколений учеников), а человек способен научиться в течение одной своей жизни. Однако способность обучаться вырабатывалась у человека также в ходе филогеназа. Цель этих процессов одна. Необходимо создать такое изменение в окружающей среде, чтобы обеспечить себя пищей и другими средствами существования, а также отгородиться от капризов стихии (дом, гнездо).

Опыт  паука записан нуклеиновыми блоками в геноме. А опыт человека храниться и в геноме, и в мозге, и на других техногенных носителях информации (бумаге, фотоплёнке и другом). Инстинкт проявляет максимумом быстродействия при стандартных ситуациях. Разум более вариативен. Изучение алгоритмов изобретательской деятельности [12] показало, что все изобретения (явно разумные действия) осуществляются комбинациями знаний. Изобретения – это виртуальные «химеры».

Сознание – управляет, труд – исполняет. Труд является средством выживания, состоящим в преобразовании окружающей среды. Труд является эффективным средством адаптации, когда управляющий объект изменяет среду своего обитания в своих интересах. Если «труд сделал из обезьяны человека», то труд предшествовал человеку. В таком определении и инстинктивные действия животных, и разум людей, направленные на преобразования среды обитания, добычу пищи, можно причислить к трудовым. У людей добыча пищи всегда связывалась с трудовой деятельностью (даже примитивный сбор грибов, рыбалка, охота и пр.).

Важнейшей составной частью разума является память. В главе 1.7 мы показали, что процесс познания, ощущение движения, пространства, времени без наличия памяти невозможен. Проследим эволюцию памяти.

Мировой субстрат является. носителем атрибутивной информации Величайшие философы древности интуитивно угадывали это. В нем «зашиты программы (память) развития Вселенной. Далее появились элементы памяти микромира и неживого вещества (рассмотрены выше). Память живого вещества в начале фиксировалась на белковых молекулах и полинуклеиновых кислотах (ДНК, РНК). Затем появилась память, отраженная на скоплениях нейронов. И, наконец, память, на неорганических носителях разной природы, составная часть техносферы.

Итак, память, управление, сознание, - результаты естественного развития Вселенной.

Выводы

1.                         Разум является эволюционным дополнением систем управления. Эволюционный ряд разума  проявляется в раздражимости, рефлексиях, инстинктах.

2.                         Память, как и информация, является неотъемлемым атрибутом материи. Память развивалась в следующей последовательности: атрибутивные неоднородности субстрата, память неорганического вещества, память живого вещества (ДНК, белки), память нейронных систем (мозг), техногенная память.

3.                         Труд является исполнительной частью систем управления и обеспечивает самосохранение живого вещества.

 

Инварианты Нелинейного Мира. Copyright © 2006 Попов В.П. All Rights Reserved