7. Законы организации. Динамика

7.1. Эволюция вещества (Вэи)

В предшествующей главе мы отразили закономерности состояния «статичных» организаций. Статика является удобным, но не всегда корректным способом описания. Статикой называют скрытое движение. Любой объект имеет скрытую и явную форму движения. Скрытое движение иногда называется потенциальной энергией. Явная форма движения называется свободной или кинетической энергией. Граница между потенциальной и кинетической энергией условна. По мере развития науки скрытые формы движения становятся явными.

При моделировании процессов в организации не всегда целесообразно обращать внимание на скрытые формы движения, иногда можно пренебрегать ими. Например, потенциальная энергия сжатого газа определяется скрытым движением молекул. Неподвижная картинка на экране дисплея «рисуется» движущимся электронным лучом. Картина звёздного неба кажется стабильной, но звёзды нашей галактики перемещаются со скорость 250 км/с. Масштабы времени галактики таковы, что жизнь наблюдателя (человека) кажется мгновением, за которое невозможно увидеть движение звёзд.

Нестационарный мир трудно описывать в терминах «стабильность, устойчивость, гомеостазис», лучше использовать понятие «гомеокинез» - процесс непрерывной перестройки организации с целью сохранения инвариантных функций. Подвижность, изменчивость является имманентным свойством любых организаций, поэтому основным законом организаций является «изменчивость».

Главной целью живого является не стремление к сложности, а самосохранение, консервативность в условиях изменяющейся среды обитания. Изменчивость является чрезвычайной мерой при невозможности сохранить прежний образ существования. Хорошим примером могут послужить рыночные отношения в человеческом социуме. Монополист не стремится изменить своё состояние в экономике, если никто не угрожает его благополучию. Участник свободного рынка находится под постоянной угрозой банкротства, поэтому ему приходится неустанно «крутить педали» предпринимательства. Существует хорошая поговорка: «От добра - добра не ищут». Упреждающий поиск вариантов будущего состояния, появившийся в разумных системах, является разновидностью адаптации.

На основании содержания предыдущих глав можно отметить следующие тенденции развития вещества Вселенной.

1. Эволюция вещества заключается в последовательном агрегировании. Вселенная развивается, накапливая новое вещество. Новое вещество является надстройкой к ранее созданному. Поэтому любой объект содержит в себе весь эволюционный ряд от кварков до агрегатов молекул. Алгоритм строительства комплексов очень однообразен. Новые, более сложные системы складываются из функциональных блоков более простых систем. Количество удачных конструкций зависит от способов комбинирования и механизмов отбора удачных конструкций. «Это правило действует как на молекулярном уровне (новые гены/белки могут собираться путем дублирования и перекомбинации кусков старых генов/белков), так и на организменном (через коадаптацию и симбиоз. Новый, более сложный организм может сложиться из сообщества нескольких простых организмов). Радикальное усложнение организма путем подбора мелких случайных мутаций крайне маловероятно (или даже вообще невозможно). Но если допускается объединение уже готовых, функционирующих, проверенных временем и отшлифованных отбором частей, то самопроизвольное образование более сложного целого становится вполне вероятным» [139].

«Системный характер эволюции проявляется, например, в том, что многие (возможно, все основные) эволюционные новообразования появились вовсе не за счет «постепенного накопления случайных мутаций», и не за счет крайне маловероятных «полезных макромутаций», а за счет рекомбинации готовых функциональных блоков живых систем. Ярким проявлением этого общего принципа является системообразующая, интегрирующая роль симбиоза. Так, симбиоз нескольких бактерий привел к возникновению эукариотической клетки. Подобные симбиотические образования возникают и по сей день, воспроизводимы в эксперименте. Сама жизнь, по одной из гипотез, возникла путем симбиоза абиогенно синтезированных РНК и белковых частиц. Многоклеточность возникла в результате незавершенного деления, фактически – симбиоза множества потомков одной клетки. В других ароморфозах, по всей видимости, сыграл большую роль горизонтальный перенос генов, т.е. фактически – симбиоз геномов разных групп организмов» [58]. Итак, Вселенная из микрогетерогенного состояния стремится превратиться в макрогетерогенные агрегаты вещества.

2. Микроагрегаты объединяются в мультиагрегаты химических элементов, которые имеют устойчивую тенденцию расти. В ходе эволюции «строительные блоки» укрупняются. Человек при строительстве также использует этот алгоритм. Дом строится из кирпичей. Микрорайон – из домов. Город - из микрорайонов. «Существенно облегчает прогрессивное усложнение живых систем блочный принцип их организации. Биологическая эволюция предпочитает манипулировать достаточно крупными системами организмов: популяциями, видами, классами».

Можно процитировать мнение Е.Н. Панова: «Вероятно, не будет ошибкой сказать, что потребность живых существ, способных к самопроизвольному движению (будь то одноклеточные микроорганизмы или высшие животные), поддерживать контакт с другими представителями своего вида есть лишь частное проявление фундаментального закона органической жизни. Суть этого закона в том, что живые структуры всегда, когда есть возможность, образуют коалиции. При этом участники содружества оказываются способными решать задачи, непосильные для каждого из них в отдельности. Сфера действия этого принципа охватывает все этажи органического мира – от взаимодействия слагающих организм клеток до социальных взаимоотношений в популяциях всех населяющих нашу планету живых существ, включая и Человека Разумного. В основе стремления биологических тел кооперироваться с себе подобными лежат самые разные механизмы – от физико-химических до психологических» [169]. К этому можно добавить, что стремление к росту, экспансии можно обнаружить уже у некоторых молекул (полимеры).

3. Структурное разнообразие организованностей возрастает. В главе 6 упоминался закон необходимого разнообразия, который повышает устойчивость организаций. Например, для синтеза 114 типов атомных ядер достаточно комбинаций из протонов и нейтронов. Для образования 300 тыс. видов неорганических молекул и более 10 млн. видов органических молекул достаточно всего 100 типов атомов [28]. Одновременно с увеличением количества элементов в организации, происходит специализации их функций. Этот тренд привел к появлению специализированных оболочек, каркасов и подсистем управления, которые повышают устойчивость организации.

4. Пределы роста существуют у всех объектов. Стохастический каркас мультиагрегатов разрушается при достижении определённых размеров. Обламываются айсберги, раскалываются континенты, взрываются звезды, разрушаются империи. Наблюдается периодический распад атомных ядер (радиоактивный распад). Одни атомы распадаются чаще (их называют радиоактивными элементами), другие реже (но и они не вечные). Радиоактивность чаще наблюдается у крупных атомов. Трансурановые элементы с атомной массой больше 100 вероятно уже все распались. Распад протона ещё не наблюдали, поэтому Вселенная на 98% состоит из водорода (долгожитель).

5. Организованности, возникшие на ранних этапах эволюции, более устойчивы, чем «молодые». Например, ядро атома устойчивее, чем сам атом. Атом “прочнее” молекулы. Атомы водорода, возникшие в пекле Большого взрыва, существуют до сих пор, и еще никто не смог зарегистрировать распад протона (ядро водорода). Атомы возникали в разное время, их возраст не одинаков, поэтому распад также стохастичен, как смертность среди людей.

Поскольку новые организации образуются в качестве надстройки к ранее существовавшим, то они содержат в себе все старые типы связей. Например, в человеке одновременно сосуществуют ядерные, атомарные, молекулярные, клеточные и организменные связи. В этом же порядке уменьшается прочность связей. Поэтому разрушение происходит в обратном порядке. При этом древний фундамент сохраняется, как носитель памяти. Бифуркации уничтожают только «свежие» слои памяти (может быть ошибочные, бесполезные).

Например, распад организмов осуществляется только на уровне клеточных структур, многие молекулы остаются неизменными и вступают в новый цикл строительства других организмов. В химических реакциях молекулы распадаются до атомов, которые в новых комбинациях создают новые молекулы. Расщепление ядра атома приводит к образованию других, более «лёгких» химических элементов. Фундаментальная системная память нерушима. Любопытно, но при склерозе хорошо помнят детство, и забывают, что было вчера.

Регресс в живой природе, можно рассматривать как неотъемлемую сторону эволюционного процесса, как особое направление развития. Северцов А.Н. показал, что в ходе «регресса» утрата структур и функций без замены новыми (наблюдается, например, при глубоком общем упрощении условий среды в связи с переходом к сидячему образу жизни или ко внутреннему паразитизму) ведёт к упрощению организации (катаморфоз). Организация сама находит новый энергетический экстремум.

6. Эволюция есть последовательное преобразование многомерной сети связей. Любую организацию можно представлять в виде сети связей.

1. Субстрат представлен нами как мировая паутина суперструн. 2. Микроагрегаты вещества связываются каркасом из ВЭИ связей (обмен глюонами, мезонами, фотонами, электронами. 3. Мультиагрегаты (жидкости, газы, твёрдое вещество, плазма) удерживаются от распада посредством стохастического каркаса, образованного электромагнитными и гравитационными связями. 4. Белковые молекулы (клубки из нитей) создают ткани живых организмов. 5. Клеточный матрикс является материальным трёхмерным каркасом из белковых волокон. 6. В животных все органы связаны эластичными тяжами, гибкими сосудами и нервами. К ним добавляются «скелетные» [34] и оболочечные каркасы. 7. Мозг является суперсетью из нейронов, аксонов. 8. Информационная сеть связей развита в социумах (муравейник, улей, стая, интернет).

Образ сети просматривается во всех известных науке организациях, поэтому сетевая модель субстрата выглядит весьма правдоподобно (метод экстраполяции к сингулярному состоянию). По-видимому, сетевое строение является инвариантом при организации вещества.

7. Эволюция вещества сопровождается сокращением количества первичных субстратных связей и образованием агрегатов вторичных связей. Модель плетения каната (рис. 5.1) даёт понятную для понимания аналогию. Первобытные связи сетевого субстрата, короче, чем субатомные связи. Связи становятся длиннее и монолитнее. Например, молекулярные связи длиннее атомных. Связи в агрегатах близки по длине к межмолекулярным связям. В живом веществе связи (нервные) могут достигать метровой длины.

8. Живое вещество можно классифицировать как мультиагрегаты, последние ещё до появления жизни проявляли экспансию, умели размножаться (новый способ экспансии). Капля, конденсируя пары воды, растет до некоторого предела. Потом распадается на две малые капли, которые продолжают расти и делиться [34]. Размножаются кристаллы, коацерваты. Планеты притягивают из космоса пыль и метеориты при этом медленно растут. Псевдо сейф – системы постоянно регенерируют связи своего стохастического каркаса.

7.2. Эволюция энергии (вЭи)

Приведенные в разделе 7.1 тенденции эволюции вещественного Мира, невозможно понять в отрыве от эволюции движения, энергии (триединство ВЭИ). Движение (энергия) материи является причиной, а вещество - следствием.

Максимальное количество энергии заключено в первичном субстрате в виде разнообразных колебаний суперструн. Субстрат не нуждается в потреблении энергии из внешней среды (другой среды просто не существует). На начальных стадиях эволюции его энергия была израсходована на образование субатомов и атомов, поэтому сегодня образование кварков, электронов и нуклонов практически прекратилось. Для их образования требуется «накачка» дополнительной энергии в вакуум. Расширение Вселенной (субстрата) должно понижать концентрацию энергии. Понижение концентрации энергии уменьшает созидательную активность природы.

Вещество, возникшее из субстрата, должно отличаться формами движения (внутренняя энергия вещества). Для поддержания внутреннего движения энергия должна поступать из окружающего субстрата, следовательно, концентрация энергии в веществе должна быть ниже, чем в субстрате. Поэтому для обеспечения ВЭИ притока шаги эволюции направлены на понижение концентрации внутренней (связанной) энергии вещества. Прогресс заключается в минимизации концентрации связанной энергии. Сравним наши выводы с наблюдениями биологов.

«Сущность закона выживания в том, что все элементы (объекты) самоорганизующейся природы, особенно живые, в своем развитии (индивидуальном, эволюционном) самопроизвольно устремлены к состоянию, обеспечивающему наиболее полное использование доступной свободной (работоспособной, превратимой) энергии в существующих условиях, системой трофического уровня, в которую он входит» [196]. Этот закон обусловил важнейшее свойство самоорганизующейся природы: Все её объекты, включая организм человека, энергоэкономны.

«Ещё раз подчеркнем направленность процессов эволюции. Согласно обсуждавшимся энергетическим принципам, магистральное направление эволюции существует, и оно заключается в увеличении способности захватывать и использовать потоки свободной энергии (а на высших этапах и организовывать дополнительные потоки). Грубо говоря, в эволюции живые системы превращаются во все более совершенные машины, способные производить все большую работу на единицу структуры (веса, объема)» [78]. Однако «влияние энергетических принципов в непосредственной или опосредованной форме должно проявляться на всех этапах эволюции, демонстрируя её преемственность и направленность» [174].

«Согласно закону максимизации энергии, в борьбе за существование выживают те системы, которые интенсивно эксплуатируют энергетические источники и обеспечивают большую энергомощность системы (т.е. потребляют энергию наиболее эффективным образом)» [162].

«В биологии развития энергетический подход считается одним из важнейших. В процессе эволюции интенсивность энергообмена от простейших (одноклеточных) к теплокровным животным возрастает почти в 300 раз» [85].

Одновременно со стремлением заполучить энергию действуют принципы экономии внутренней энергии. Известен закон минимума диссипации (рассеивания) энергии Л. Онсагера. Н. Моисеев рассматривает этот принцип в качестве некоторого эмпирического обобщения [159]. «Если допустимо не единственное состояние системы (процесса), а целая совокупность состояний, то реализуется то её состояние, которому отвечает минимальное рассеяние энергии, или, что то - же самое, минимальный рост энтропии».

Авторы работы [220] сформулировали частные виды критериев энергетической оптимальности биологических систем: минимум основного обмена (т.е. минимум мощности, потребляемой организмом в состоянии покоя), максимум к.п.д. организма как преобразователя химической энергии в механическую, максимум коэффициента усвоения пищи.

Имеются данные роста энергопотребления в ходе эволюции живого [8], выраженные в милливаттах на 1 г массы тела. В интервале 540-440 млн. лет эта величина составляет 0,011; (410-350 млн. лет) – 0,014; (350-270) – 0,024; (230-195) – 0,076; (195-135) – 0,099; (110-70) – 0,192; (7-2 млн. лет) – 0,269 мвт/г [86].

Человек резко повысил энергопотребление, дополнив пищу использованием горючих материалов. Первобытный человек получал с пищей не более 2000 ккал в сутки. С использованием огня потребление энергии выросло до 5000 ккал/сутки, т.к. человек обогревает не только себя, но и среду обитания. Сейчас в развитых странах потребление энергии превышает 200000 ккал/сутки на человека.

Все высказанные биологами точки зрения относятся к живым организациям, поэтому носят частный характер. Наша задача расширить эти выводы на все виды организаций (живых и неживых) в том числе для организации протовещества и всей Вселенной.

Мы в своих выводах говорили о внутренней, связывающей энергии, а биологи рассуждают о свободной энергии, которую можно потреблять, экономить, расходовать на жизнедеятельность. Свободная энергия чаще проявляется как «тепловое» движение, нелокальное, стохастическое перемещения атомов и молекул.

Связывающая энергия проявляется как обмен ВЭИ. В молекулах - это валентные связи (обмен электронами). В атомах – это электромагнитные связи между электронами и ядром (обмен фотонами, квантами). Связи между нуклонами в ядре осуществляются обменом мезонами. Кварки в нуклонах удерживаются обменом глюонами. Чем прочнее связь, тем больше надо затратить энергии, чтобы её разрушить.

Науке не известны истинные механизмы функционирования связей, удерживающих микро организации от распада. Поэтому устойчивость организаций моделируют образом «потенциальной ямы». На рис. 5.4 приводился образ «потенциальной ямы». Чтобы выбить устойчивый шарик из «ямы», надо затратить дополнительную энергию.

Для пояснения приведём наглядный пример. Подвесим гирьку на резиновой нити. Приложив силу к гирьке, можно растягивать, сжимать и раскачивать нить. Если приложенная сила не превысит прочности нити, то гирька будет совершать движение около положения равновесия (оставаться в энергетической яме). Повышение амплитуды колебания может привести к разрыву нити (связи). Прочность нити определяется электромагнитными взаимодействиями атомов. Приложив дополнительную энергию, мы превысили порог прочности, преодолели связывающую энергию.

Согласно приведенной аналогии, развитие – это постоянная борьба между энергией связей (связывающей энергии) и внешней энергией, часто хаотической (тепловой). Рассмотрим энергетические особенности неживых организаций.

1. Неживые организации (нуклон, ядро атома, атом, молекулы) не нуждаются в притоке свободной энергии извне. Но внутри их происходит «вечное» движение посредством обмена глюонами, мезонами, фотонами, электронами. Существование вечного движения может происходить при отсутствии сопротивления этому движению, например, сверхпроводимость в проводниках тока. Природа «сверхдвижения» внутри организаций до сих пор не ясна. Не исключено, что атом потребляет энергию прямо из мирового субстрата. Поэтому внутренний энергетический потенциал атома должен быть ниже потенциала субстрата.

Если это так, то все неживые организации можно назвать «автотрофами», т.к. они поддерживают свои функции за счет энергии субстрата и сами состоят из субстрата. Они не нуждаются в дополнительном притоке энергии для своего стабильного существования. Они скрываются от разрушительного хаоса в укромных энергетических нишах за высоким энергетическим барьером. Если исключить агрессию из окружения, то они будут очень долго функционировать без изменений, что и происходит с атомами.

Нарушить эту гармонию можно вмешательством извне. Например, ядро расщепляется при попадании в него нейтрона. Атом может потерять часть электронов при столкновении с другими атомами или фотонами.

2. Объединение частиц в агрегаты в ряду: кварки, нуклоны, ядра, атомы понижает концентрацию внутренней энергии. Для существования агрегата требуется меньше внутренней энергии, чем для всех компонентов в отдельности. Когда образуется агрегат, то «лишняя» энергия освобождается. В этом проявляется эмерджентность системы.

4. Частицы вещества могут перемещаться в пределах своей энергетической ниши, в пределах допустимой длины связей. При этом изменяется соотношение связанной и кинетической энергии.

Размеры молекул и их всевозможных агрегатов превысили длину субатомных, локальных связей, поэтому актуальность приобрели нелокальные (длинные) электромагнитные взаимодействия. Дальнодействием обладает гравитация и, в отличие от электромагнитных полей, от неё невозможно изолироваться.

Итак, вектор развития Вселенной определяется частичным «перетеканием» связанной энергии первородного субстрата в кинетическую энергию движения агрегатов вещества. Все виды нелокального движения мы относим к кинетической энергии.

Субстрат, исчерпав запасы локального движения, приступил к «производству» вещества с использованием нелокального движения (кинетической энергии). На рис. 7.1 схематически обобщены все перечисленные закономерности, а для упрощения приведены не все типы организаций (только нуклоны, атомы, молекулы, организмы).

Существование каждой организации оптимизировано соотношением связанной и свободной энергии («экологическая ниша»). Для того, чтобы нуклоны «слились» в ядра атомов, требуется преодолеть энергетический барьер электрических сил отталкивания (на рисунке 7.1 показано стрелкой). Такая высокая кинетическая энергия движения достигается в недрах звезд при температуре в сотни миллионов градусов.

При интеграции нуклонов связанная энергия уменьшается, а свободная энергия выделяется. Образовавшиеся ядра занимают другую экологическую нишу.

Известно около 100 химических элементов - аттракторов в энергетической нише атомных ядер. Трансурановые элементы, содержащие более 100 нуклонов, не устойчивы и быстро распадаются. Иногда ядра самопроизвольно распадаются на части (радиоактивность).

Подпись: Связанная энергия

Рис. 7.1. Энергетическая эволюция организаций.

Следующий энергетический шаг ведёт к слиянию атомов в молекулы. Плотность населения молекулярной ниши очень высокая. Известно около 15·10⁶ видов молекул. При объединении атомов в молекулы происходит очередное понижение связанной энергии. Диапазон существования молекул простирается от 1000К до нуля. Внутри своей экологической ниши молекулы разделены низкими энергетическими барьерами, поэтому легко совершаются многообразные химические реакции, происходят рекомбинации атомов в миллионах сочетаний.

Объединение элементов в мультиагрегаты сопровождается ещё большим снижением внутренней энергии. В ходе агрегации вещества экономится связанная энергия, т.к. устраняются лишние связи с внешней средой. Освобождённая энергия переходит в кинетическую и рассеивается (диссипация).

Например, в цепочке фазовых переходов воды: пар – жидкость – лёд выделяется тепло. Чаще всего фазовые переходы обратимы, но для их обращения требуется затратить энергию.

Если приток энергии превысит прочность внутренних связей микроагрегата, то он разрушится. Например, белковая молекула образует клубок сложной конфигурации. Повышение температуры до 60^оС нарушает конфигурацию, в результате молекула становится «неживой», теряются каталитические функции. Повышение температуры свыше 1000⁰С разрушает практически все молекулы. Таким образом, микроагрегаты не нуждаются в потреблении энергии из внешней среды, более того развиваются в направлении понижения концентрации связанной энергии. Можно предположить, что этот процесс отслеживает снижение концентрации энергии в мировом расширяющемся субстрате. Для перетока энергии из субстрата в вещество концентрация энергии в веществе должно быть ниже, чем в субстрате. Неживые микроагрегаты являются «автотрофами» (не потребляют энергию извне).

Развитие макроагрегатов и рост их разнообразия осуществляется в результате интенсивной комбинаторики. Для осуществления комбинаций требуется интенсивное движение (кинетика). При строительстве организаций используется кинетическая энергии (лабильность, регенерация, экономия связанной энергии, интенсивный обмен ВЭИ).

Среди неживых мультиагрегатов появились особо лабильные организации, которые без притока кинетической энергии извне существовать не могут. Чем выше лабильность, тем больше требуется энергии на постоянную реорганизацию стохастических связей. Это всевозможные атмосферные, океанские вихри, очаги устойчивого горения. К ним можно отнести и Солнце, которое для «горения» потребляет энергию, выделившуюся из ядерных реакций (водород, гелий). В терминах биологии назовём их «консументами», т.к. они заимствуют энергию у «продуцентов».

Живые системы появились ещё позже и удерживаются в своих «мелких» энергетических ямах не столько энергетическими барьерами, сколько умелым маневрированием, механизмами управления. С момента зарождения жизни связанная энергия живого вещества перестала изменяться, но потребление кинетической энергии выросло почти в 300 раз.

«Живые» полностью перешли на потребление внешней энергии, без которой их существование невозможно, поэтому биологи правы в своих наблюдениях. Выживают те организации, которые не только эффективно потребляют, но и экономят энергию. Механизм самосохранения в живом веществе основан на активной работе против сил разрушения, а это требует высоких затрат кинетической энергии. Энергия расходуется на поддержание устойчивого неравновесия. Даже растения (автотрофы) совершают работу, активно ищут ресурсы. Развивают поверхность листвы, разворачиваются к Солнцу.

Рис. 7.2. «Трофические» цепи Вселенной.

По аналогии с трофическими цепями биосферы можно изобразить вселенскую схему движения энергетических ресурсов (рис. 7.2). Движение по схеме слева направо соответствует этапам эволюционного развития.

Основным источником энергии являются вибрации субстрата. Субатомы питаются энергией субстрата, являются автотрофами, их внутренняя энергия должна быть ниже, чем у субстрата.

«Гравитационные агрегаты неживого вещества» образовали всевозможные космические тела с пониженной концентрацией связанной энергии. Освобождённая энергия излучается в виде света и тепла. Световая энергия растениями преобразуется в энергию химических связей. Животные потребляют энергетические «консервы» и после смерти возвращают энергию обратно в неживые агрегаты.

7.3. Закон жизненного цикла (онтогенез)

Концепция гомеокинеза проявляется в виде жизненного цикла (ЖЦ) всех организованностей. Каждая структура совершает рождение, развитие, гибель.

Подпись: Количество вещества

Эволюционное время

Рис. 7.3. Динамика известных эволюционных циклов (масштаб произвольный).

Протекающая в настоящий момент стадия экспансии Вселенной должна завершиться и смениться стадией «сжатия». Стагнация ожидает галактику, Солнце, Землю, биосферу. Рождаются и умирают континенты и океаны. Жизненный цикл проходят все виды существ, этносы, государства, нации, культура, фирмы, товары, верования, обычаи и т.п.

Жизнь сложной организованности складывается из совокупности жизненных циклов её элементов. На рис. 7.3 приведены волнообразные линии ЖЦ наиболее известных эволюционных рядов.

Атомы, по – видимому, завершили стадию начального роста и находятся в метастабильном состоянии. В недрах звезд «выгорает» водород и продолжается синтез тяжелых элементов. Стадия стагнации еще не наступила. Вселенная по данным спектроскопии содержит 2% тяжелых элементов и 98% водорода, следовательно, ещё очень долго будет протекать эволюция химических элементов [14]. Абсолютное количество тяжелых элементов во Вселенной будет расти, но состав их перестал изменяться.

. Подпись: Динамика эволюционных переходов

Время

Рис. 7.4. Стадии жизненного цикла (ЖЦ). S - логика развития.

Атомарный уровень Мира можно отнести к древнему «фундаменту», который ещё не прекратил развитие. Синтез новых атомов сопровождается радиоактивным распадом менее устойчивых, что неизбежно приводит к плавному изменению элементарного состава Вселенной. Когда температура Вселенной понизилась, из атомов начали возникать разнообразные молекулы. На поверхности Земли появились белки и РНК [74]. Неизвестно, будет ли продолжаться эволюция молекул, но их стагнация ещё не наступила.

Вне зависимости от эволюционного возраста и сложности организаций динамика их жизненного цикла напоминает волну (кривая Ѕ). Этот факт иллюстрируется рис. 7.4.

Эволюционный переход с уровня 1 на уровень 2 не может происходить скачком (рис. 7.4 а.), т.к. любой процесс – это цепь инерционных событий и требует определённого времени. Переход можно совершиться или по линейной зависимости (рис. 7.4 б.), или по S - кривой. Линейная зависимость маловероятна, т.к. является частным случаем многих сотен других вариантов. Самый вероятный переход по S – образным кривым, т.к. таких переходов может быть великое множество. Колебательный переход (рис. 7.4 в) можно представить как последовательности S переходов. Рассмотрим примеры.

Начальный период эволюции нашей Вселенной (микромир) закончился быстро, возникли атомы водорода и гелия (крутой подъем) и уже многие миллиарды лет эти атомы являются основными во Вселенной. В период стагнации Вселенная ещё не вступила [74].

Небесные светила – звезды образовались также по S - образной зависимости. Однородная первичная водородно-гелиевая плазма в результате случайных флюктуаций начала расслаиваться. Уплотнения стали лавинообразно «стягиваться» гравитационными силами, пока не возникли плотные газовые раскаленные шары (звезды). Сжатие было остановлено силами внутреннего давления. Равновесие гравитации и давления сохраняет звезду от разрушения несколько миллиардов лет (стабильная фаза) [74]. Стагнация солнца возможна через 5 млрд. лет (но доживёт ли человечество?).

Около 4 млрд. лет назад на всей поверхности Земли возникла биосфера, которая с переменным успехом продолжает развиваться до наших дней. Вначале эволюция живого шла медленно. Биосфера, состоящая только из одноклеточных прокариотов, существовала около 1,5 млрд. лет. Жизнь как бы протаптывала себе дорогу, изменяя окружающую среду, накапливала в атмосфере кислород, создавая благоприятные условия для других организмов. В атмосфере образовался озоновый экран, защищающий жизнь от убийственного солнечного излучения. С уходом со сцены прокариотов и появлением многоклеточных организмов темп образования новых более совершенных организмов ускорялся в последовательности [170]: архитархи (700 млн), - рыбы (500 млн), - сухопутные позвоночные (350 млн), - рептилии (320 млн), - млекопитающие (220 млн), - птицы (140 млн), - приматы (10-20 млн), - человек (6-1 млн). Цифры в скобках указывают интервал времени от начала события до наших дней. Как видно, для образования нового живого вида требовались уже не миллиарды, а всего сотни и десятки миллионов лет. Этот процесс на рис. 7.4 условно показан волнообразными кривыми. Еще быстрее смена видов происходила в семействе гоминид (обезьяны, люди).

С этих позиций рассмотрим гипотезу происхождения человека от приматов. В течение 40 млн. лет медленные трансформации мозга приводили к появлению все более интеллектуальных видов обезьян. Уровень интеллекта самый высокий у шимпанзе, ниже у гориллы, орангутанга и т.п. [71]. И за какие-то 500 тысяч лет возник резкий скачок качества. Одна из ветвей приматов стала человеком. Эволюцию мозга в плейстоцене следует считать одним из наиболее бурных процессов эволюции. Многие исследователи делали попытки объяснить прыжок к разуму, вспышкой сверхновой звезды [52], собирательными наклонностями прачеловека, инверсией магнитного поля Земли, адаптацией к тепловому стрессу [119], высоким уровнем метаболизма [103]. Но закон ЖЦ позволяет естественным образом (без идеи «вмешательства извне») объяснить невероятно резкий скачок в развитии мозга приматов в плейстоцене в соответствии с S - логикой развития.

Схожие процессы можно отметить в демографии. Тысячи лет население росло медленно. Люди, появившись на Земле в небольшом количестве (60-100 тыс. особей), сейчас размножились до 6 млрд. человек. К середине двадцать первого века ожидается стабилизация на уровне 10 ± 2 млрд. и далее начнётся спад [96]. Общая численность населения планеты Земля за последние 7-8 тыс. лет выросла от 10⁵до 10¹⁰ человек [96].Таким образом, мы опять встретились с волной развития.

Аналогичный бум человечество переживает на стыке веков в мире информационных технологий. Сейчас наблюдается крутое нарастание объёма оперативной информации [1]. Следовательно, скоро можно ожидать стабилизацию этого процесса и выход на пологий участок кривой ЖЦ. Интернет «задохнется» в собственном информационном мусоре. Аналогичное предсказание можно сделать и для рыночной экономики. Бурный рост «свободного» рынка должен завершиться более спокойной, регулируемой государством конкуренцией.

«Можно отметить ещё одно следствие предлагаемой концепции: бессмысленность конкретизации момента возникновения жизни на Земле. Она возникала на протяжении около 1 миллиарда лет, в периоде от 4,6 млрд. до 3,6 млрд. лет назад, постепенно включая «в свою орбиту» все новые и новые сущности и явления» [58].

Непонимание этого закона побуждает исследователей искать временные границы между эволюционными событиями. Тщетно пытаются найти границу эволюционного перехода между приматами и человеком. Где закончилась обезьяна, и начался человек? Можно сколько угодно спорить был ли австралопитек «низшим» человеком или «высшей обезьяной». Этот спор не имеет смысла, т.к. границы не существует, как нет однозначного отличия обезьяны от человека.

Обычно различия видят в наличии разума у человека и отсутствии его у животных. Но сейчас уже только ортодоксы продолжают утверждать, что разум у животных отсутствует, что у животных нет психики. У животных есть своя «животная» психика, а у человека другая, «человеческая» психика [235, 83, 126]. Одна плавно переросла в другую в ходе эволюции и границы между нами нет. Инстинкты животных - это те же технологии адаптивного выживания, как и «разумно» принятые решения у человека. Инстинкты - это предшественники и разновидности разума.

Другая спорная проблема - это зарождение жизни на Земле. Появилась ли жизнь на Земле, или она была занесена из космоса (гипотеза панспермии)? Покажем с позиции нечеткой логики, что жизнь на Земле есть следствие цепи космических процессов и жизнь (или ее составляющие) была занесена из космоса.

Земля образовалась из космической пыли и газа. Из космоса на Землю вместе с пылью были занесены органические соединения – составляющие живой клетки. Между ассоциациями молекул и клеткой нет резкой границы, следовательно, процесс возникновения клетки начался в космосе еще до образования Земли, а затем продолжился на Земле. Если иметь в виду живую клетку, какая нам известна, то она, конечно, появилась на Земле (Космос для нее убийственен). Но предшественники клетки, которыми являются и органические молекулы, и неизвестные протобионты, попали на Землю из Космоса. Кстати, наш великий соотечественник В.И.Вернадский считал, что жизнь на Земле была всегда [40 - 42]. Итак, цикличность развития организаций не вызывает сомнений, важно понять причины.

В предшествующих главах мы невольно соприкасались с представлениями об онтогенезе организаций (ЖЦ). Любая организация зарождается в недрах предшествующего субстрата. Начальный, очень пологий участок переходного процесса является следствием принципа Ле – Шателье. Когда «давление» внешней среды начинает нарастать, противодействие системы препятствует ему. Система с трудом поддаётся изменениям. Этот процесс проявляется как начальный, пологий участок на S – образной кривой.

Когда внешнее воздействие превышает порог самосохранения, система начинает ускоренно видоизменяться. В стадии юности наблюдается количественный и качественный рост, увеличивается масса, расширяется экологическая ниша, растет разнообразие элементов, усиливаются связи с соседями. Ведется поиск новых вариантов существования. Этот процесс должен завершиться до исчерпания ресурсов внутри системы. Очевидно, крутые участки кривой ЖЦ не могут существовать очень долго, ибо тогда они занесут систему в бесконечность, что абсурдно, поэтому за крутым взлетом неизбежно наступает стабилизация. Если цепная реакция поиска (линейная или разветвленная) успеет завершиться, то система снижает активность.

Обычной причиной прекращения роста является истощение ресурсов. Любые живые организмы, размножаясь в геометрической (или другой) прогрессии, стремятся к экспансии, стремятся захватить максимум территорий и ресурсов. Простейшая диатомовая водоросль при неограниченном росте за восемь дней способна увеличить свою биомассу до размеров земного шара [41, 42]. Но развитие вырождается при исчерпании ресурсов питания.

«Крутизна» волн ЖЦ не является величиной постоянной. Некоторые волны развиваются взрывообразно, другие плавно. Всё зависит от «качества» положительных обратных связей. Приведём примеры длительности ЖЦ разных организаций.

Звезды и планеты существуют миллиарды лет. Протон - более 10³² лет [74]. Мезоны – доли секунды. Химические соединения могут существовать от долей секунды до многих десятков лет. Объединение в агрегат может сохранять их от разрушения. Например, свободный нейтрон распадается за 15 минут, но в составе атомного ядра он может существовать на порядки дольше. Жизненные циклы атомов и молекул могут продолжаться миллиарды лет.

В стадии зрелости происходит «рационализация» потребления энергии, сокращаются избыточные элементы и связи, достигается максимум эффективности. Стадия стагнации, упадка сопровождается чрезмерным сокращением количества, качества и разнообразия элементов.

Сокращение длительности ЖЦ является следствием неравномерности развития частей. Части развиваются по индивидуальным циклам. Недостаточная когерентность приводит к дисгармонии, кризисным явлениям, стагнации. Некоторые подсистемы, используя благоприятные условия, как вампиры концентрируют ресурсы, в итоге возникает угроза распада всей системы.

Полное исчезновение, вероятно, не происходит никогда. Рыбы существуют до сих пор, разнообразие рептилий уменьшилось, но продолжают существовать змеи, черепахи, крокодилы и др. Информация об исчезнувших видах сохраняется в генах потомков. Актуальные организованности могут исчезать, но виртуальные (генетические) сохраняются как структурная память (вот оно - бессмертие).

В связи с изложенной концепцией можно внести некоторые изменения в представления о «точках» бифуркаций, где система осуществляет выбор нового пути развития [116, 219]. На самом деле нет точки бифуркации, есть зона перехода, растянутая во времени. Можно сформулировать эволюционный закон плавного «перетекания». В особо крупных организациях длительность бифуркации может быть столь велика, что это состояние можно рассматривать, как перманентное.

7.4. Рост разнообразия и ускоренное развитие

Науке известно приблизительное количество основных видов организаций, существующих в настоящее время [28]. В основании Вселенной находились всего два типа атомов (ионов): водород и гелий. Позже в недрах звёзд появилось ещё около сотни химических элементов. Первые организмы состояли из нескольких типов клеток, а в человеке их уже около 230. В ходе эволюции постоянно появляются новые виды организаций. Кварки (6 видов), нуклоны (2), ядра атомов и химические элементы (около 100), молекулы (15·10⁶), одноклеточные (около 3•10⁴), клетки в организмах (3 - 200), организмы (1-2 •10⁶). Видно, что разнообразие растёт не монотонно и не беспредельно. Максимум достигнут молекулами. Если учитывать вымершие организмы, то количество их видов может превысить количество типов молекул.

Проведенный обзор роста разнообразия нельзя считать корректным, т.к. мы сравниваем объекты, находящиеся в разных стадиях своего жизненного цикла. Разнообразие организаций изменяется волнообразно в соответствии с динамикой жизненного цикла.

В стадии «юности» разнообразие растёт до некоторого предела. Организация методом проб и ошибок ищет формы своего существования, В стадии зрелости происходит сокращение разнообразия, естественный отбор оставляет наиболее эффективные элементы. Прекращается поиск нового, осуществляется упорядочение уже имеющегося, достигается необходимое (достаточное) разнообразие. В стадии стагнации процесс распада преобладает над процессами формообразования. Например, человечество появилось в Африке как ответвление от линии приматов. Затем экспансивно распространилось по всей планете, создав множество рас и народов, разнообразие которых уменьшается в результате вымирания, истребления, интеграции. Множество древних человеческих племен слились в крупные государства. Исчезают древние языки. Исчезнувших языков больше, чем появившихся. Необходимо сравнивать объекты в одной стадии жизненного цикла (лучше в стадии зрелости).

На рис. 7.3 представлены гипотетические кривые жизненного цикла разных организаций. Так как нуклоны из кварков уже не образуются, можно предположить, что весь ресурс свободных кварков исчерпался на ранних стадиях развития Вселенной. Новые химические элементы также не образуются. В лаборатории удаётся синтезировать трансурановые элементы, но они тут же распадаются. Жизнь на Земле появилась один раз, новые попытки почему – то не происходят. Эволюция неживого мира во Вселенной, начавшаяся бурными темпами 15-20 млрд. лет назад, замедляется. Очевидно, потенция развития исчерпана, поэтому рост разнообразия прекратился.

Разнообразие организаций не растёт беспредельно. Старые распадаются, им на смену приходят новые. Наблюдается радиоактивный распад уже существующих химических элементов. Дезинтеграция редко приводит к новизне, обычно происходит возврат к прошлому. При распаде одного крупного атома образуются более простые, но уже известные атомы таблицы Д.И. Менделеева. Новизна может возникнуть только при последующих интеграциях (комбинациях) фрагментов.

Видообразование (по данным палеонтологи) в биосфере шло с ускорением. Ускоренная модернизация подсистем биосферы свидетельствует о том, что эти процессы в прошлом происходили на крутом участке S – образной кривой ЖЦ. Не исключено, что в наше время развитие биосферы завершается. Возможно, человек своей деятельностью уже запустил процесс стагнации «естественной» биосферы. Замедление прироста численности людей на планете [96] свидетельствует о завершении стадии юности человечества. Но наметился процесс развития «искусственной» биосферы под руководством человечества.

Окончательная гибель биосферы вместе с человечеством произойдет через несколько миллиардов лет, когда Солнце станет «красным гигантом» [127]. Но раньше этого могут произойти другие катастрофы. Будем надеяться, что разум, в какой – то новой разновидности, найдет способ предотвращения космических катастроф. Но пока биосфера и человек восстанавливают потери от комических «ударов» и движений земной коры только за счет воспроизводства численности.

Атомы и молекулы находятся в стадии зрелости, поэтому сравнивать их разнообразие корректно. Видно, что разнообразие возрастает. Причиной может быть высокая «валентность» сложных систем. Сложные организации способны легко интегрироваться и дезинтегрироваться, т.к. при этом не приходиться преодолевать высокий энергетический барьер (рис. 7.1). «Свободная» рекомбинация увеличивает частоту проб и ошибок, следовательно, увеличивается вероятность возникновения очередной «конструкции».

Разнообразие новых организаций зависит от количества возможных аттракторов, количества комбинируемых элементов, способов комбинирования и механизмов отбора удачных конструкций, интервала времени, предоставленного эволюцией для «проектирования» организаций, темпа вариаций и пр. [179]. Поясним наглядным примером.

Пусть в стандартном бумажном поддоне для хранения куриных яиц имеется 30 ячеек. Если бросать горстями шарики на поддон, то со временем заполнятся все 30 ячеек, но не более. Если в поддоне всего 3 ячейки, то вариантов будет мало. При увеличении размеров поддона количество вариаций возрастёт, их предел определится длительностью опыта и наличием шариков. Если длительность эксперимента мала, то не все ячейки будут заполнены.

Если шарики разноцветные, то можно заняться перекладыванием их из ячейки в ячейку, создавая мозаичные рисунки. Мозаичный рисунок на поддоне всегда представлен единственным экземпляром. Чтобы создать новый рисунок, следует разрушить прежний. Для появления одного большого агрегата, требуется использовать множество малых агрегатов. Например, для строительства одного дома требуются тысячи кирпичей.

Перечислим основные законы динамики организаций:

1. Закон единства движения и состояния.

2. Закон изменчивости.

3. Закон стремления к агрегации.

4. Закон возрастания информативности, гетерогенности.

5. Закон минимума диссипации и содержания внутренней энергии.

6. Закон регенерации частей лабильных организаций.

7. Закон укрупнения и удлинения связей.

8. Закон жизненного цикла.

8.1. Закон плавных изменений состояния.

8.2. Закон ускорения – замедления развития.

Выводы

1. Источником движения вещества является мировой субстрат. Расширение Вселенной (субстрата) понижает концентрацию энергии. Понижение концентрации энергии уменьшает созидательную активность природы.

2. Для обеспечения притока ВЭИ этапы эволюции вещества направлены на понижение концентрации внутренней (связанной) энергии.

3. Микроагреаты (автотрофы) обеспечивают свои функции энергией субстрата. Но живое вещество нуждается в потреблении ВЭИ из окружающей среды.

4. Вектор развития вещества направлен в сторону снижения внутренней энергии организаций и минимума её диссипации, что достигается процессами агрегации.

5. Высота энергетических барьеров, разделяющих энергетические ниши, монотонно (нелинейно) понижается. При достижении определённой сложности мультиагрегаты приобретают способность размножаться и потреблять кинетическую энергию из окружающей среды. Чем выше лабильность связей, тем больше требуется кинетической энергии для их реорганизации.

6. Организованности, возникшие на ранних этапах эволюции, более устойчивы. При достижении определённых размеров стохастический каркас мультиагрегатов разрушается.

7. Эволюция есть последовательное преобразование многомерной сети связей. При этом растёт разнообразие организаций.

8. Жизненный цикл биосферы и человечества завершил стадию роста.