3.6. Альтернативы поддержания гомеостаза.
Миллиарды лет биосфера упорно «изобретала» приспособления и
технологии самосохранения (выживания). Всевозможные рога, панцири, когти, шипы,
химическое оружие, маскировку и т. п. Но
изменения в строении организма
спасали только от тех воздействий, против которых они были
специализированы. Такие
приспособления могли возникнуть
только тогда, когда внешняя среда изменялась
медленно (сотни тысяч и миллионы
лет) и биологические системы успевали к ней приспосабливаться, вырабатывая
соответствующие технологии.
Против быстрых, переменных воздействий такие ухищрения могли оказаться
бесполезными, а иногда даже вредными. Но
живое вещество нашло пути противостоять периодическим, быстро
протекающим изменениям. Кроме долговременных оборонительных сооружений
развивались тактические, поведенческие реакции. Вместо глухой обороны
стали появляться тактические
приёмы уклонения. Уклонение вместо сдерживания. Например, если на голову
постоянно падают камни, то от них лучше защититься ограждением (шлем, крыша,
зонт…). А если падение
камней бывает редкое, то носить на себе
«броню» постоянно обременительно. Лучше предусмотреть варианты
уклонения. Но это уже требует управления.
Таким образом,
управление расширило спектр защитных поведенческих реакций. Кроме
того, эта функция оказалась более эффективной, чем глухая защита (броня).
Тот факт, что в ходе эволюции постоянно
совершенствовались нервная система и мозг, говорит о том, что поведенческий
вариант выживания оказался более
эффективным. Для сравнения можно привести опыт человеческой истории.
На флоте около ста
лет шло соревнование между крепостью корабельной брони и пробивной силой артиллерийского
снаряда. Строили сверхтяжёлые броненосцы,
но всегда находились снаряды,
которые броню пробивали. В итоге современный
флот главной своей стратегией выбрал
не броню, а скорость,
маневренность, опережение в действиях. Маневр требует развитых информационных систем оповещения об опасности, анализе информации
и принятия решений о действии. В живых организмах этот процесс называется
рефлексией [128]. Рефлексия распадается на ряд последовательных действий.
Оценка ситуации, оценка своих возможностей и затем ответное действие.
Предтечей рефлексии живого вещества
являлись реакции в неживом веществе, где реакции всегда происходят почти без
запаздывания. Действие и противодействие слиты
воедино (инерция, реакция опоры и т.п.). Реакция всегда предсказуема. Но живое может ответить неожиданно и количество
рефлексий всегда больше, чем реакций в неживом.
Рефлексия растянута во времени.
Чем
сложнее организм, тем больше у него поведенческих реакций. Когда живое не
знает, как лучше
отреагировать на раздражитель,
оно начинает действовать стохастически. Удачный
поступок закрепляется в памяти (условный
рефлекс). Неудачный поступок, приведший
к гибели, закрепляется в памяти других особей (это характероно
для высших животных). Ценой гибели
индивидов люди узнали, какие
грибы есть нельзя. Правила поведения закрепляются или в генетической
памяти вида, или в социальной
памяти социума. «Правильное» поведение
отбирается естественным отбором.
Так складывается банк программ
выживания.
Программу
поведения можно выработать быстрее, чем поменять атрибутику организма. Поэтому этот способ не
вырождался, и те виды
живых организмов, которые встали
на этот путь развития, постоянно усовершенствовали свои системы управления и
эволюционировали. Из сказанного не
следует, что атрибутивные формы самосохранения не давали возможности
выживать при некотором минимуме управления. До наших дней дожили
черепахи, акулы, скорпионы и другие хорошо «скроенные» организмы,
прошедшие несколько сотен миллионов лет испытаний. Но следует отметить, что
численность этих рудиментов биосферы
существенно снизилась. Можно привести пример муравьёв и пчёл, где
управление является главенствующим над
защитой [267]. Разрушить
муравейник очень легко, но его быстро
восстановят. Такая защита (регенерация
утерянного) является типичной для управляемых
систем.
Другим способом
самосохранения вида является воспроизводство себе подобных (размножение).
Этот способ наиболее выражен у примитивных форм жизни. Отслеживая эволюцию от
одноклеточных до человека, можно отметить снижение численности рождаемых
особей. Например, колония клеток размножается путём удвоения численности через
каждые 20 минут. Рыбы вымётывают миллионы икринок на произвол судьбы, но
некоторые живородящие рыбы уже сохраняют гнездо от разрушения. Есть
рыбы, которые сохраняют
икринки во рту. Рептилии (черепахи) откладывают яйца и не охраняют
их.
Млекопитающие и птицы уже охраняют свое малочисленное
потомство. Забота (управление) преобладает над регенерацией. Не следует думать,
что управление всегда энергетически выгоднее.
Известно, что удельное
энергопотребление живых организмов растёт в ходе эволюции [101]. Человек
в этом отношении превзошёл всех. В среднем рост энергопотребления и
совершенствование систем управления (мозга) развивались синхронно. Рептилии (холоднокровные)
экономичнее теплокровных, так как последние, защищая себя от перепадов
температуры, вынуждены согревать окружающую среду (диссипация энергии), но
теплокровные эволюционно более совершенны и появились
позже рептилий.
Защита требует
быстроты передвижения (затрат энергии). Убегающий заяц, тратит
энергии больше, чем свернувшийся колючим
клубочком ёж. Работа мозга также энергоёмка. Человек в покое излучает около 200
вт. энергии. Термиты в
своих убежищах поддерживают ровный микроклимат. Птицы предпочитают перелёты на
огромные расстояния другим механизмам
защиты от сезонных изменений погоды. Это тоже энергоёмкие способы
самосохранения. Но и среди
высокоразвитых млекопитающих (медведи)
известны способы экономии энергии в зимнее ненастье (спячка).
По сравнению с другими животными человек оказался недоделанным. Он не имеет мощного вооружения, атрибутивных «щитов», не способен быстро бегать, но он имеет самый сложный аппарат как биологического, так и социального управления. Этот механизм позволил человеку создать защитные барьеры – дома, одежду, пищу и т.п., что потребовало огромных затрат энергии.
Таким образом, гомеостаз живого вещества
обеспечивается двумя тактиками: оборонной и наступательной. Обе тактики требуют
управления. Оборонная тактика более медленная.
Технологии поддержания устойчивости
Неживое Живое
Разум, рефлексы,
труд
Рис.3.6.1. Технологии
поддержания устойчивости.
Оптимизация
этого процесса зависит от соотношения
этих тактик. Каждый вид живого имеет свой индивидуальный
«комплект» защиты. По-видимому, нет универсального рецепта
самосохранения устойчивости. Всё зависит
от наличия ресурсов, среды обитания и т.п. Тактика человека очень
энергоёмкая и расточительная, что настораживает. Является ли человек
оптимальным или экстремальным существом?
Как видно, выявляется новое научное направление исследований, которое позволит человечеству выбирать тактику выживания не стихийно, а планировать этот процесс, управлять этим процессом.
На рис 3.6.1 приводится схема различных природных технологий поддержания гомеостаза. Равновесные (неживые) состояния соответствуют потенциальным ямам (см. рис, 4.2.2). Неравновесными могут быть как живые, так и неживые системы. К неживым неравновесным системам можно отнести атмосферные процессы (циркуляция, вихри), небесные светила (звёзды), огонь, цепные химические и колебательные реакции и т. п. Процессы, поддерживающие эти системы, более сложные. Они являются сочетанием как синергетических, так и кибернетических процессов.
На эволюционной лестнице первыми работали
синергетические механизмы, потом к
ним добавились процессы управления
(кибернетические). Как всегда, чёткой границы между
синергетикой и кибернетикой
нет, как нет чёткой границы между живым
и неживым.
Разум и его
предшественник – инстинкт это проявление механизмов управления. И разум,
и инстинкт способствуют
выживанию организма. Труд это
также средство выживания, состоящее в
преобразовании окружающей среды
таким способом, чтобы сохранить гомеостаз человека. В таком определении
инстинктивные действия животных, направленные на сохранение гомеостаза, также
следует причислить к труду. 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 – обеспечение выживаемости, а цель – это
центральная концепция в любой модели поведения управляемых систем. Если «труд
сделал из обезьяны человека», то труд предшествовал человеку.
Существует
стойкое заблуждение, что разум есть только у человека, а у животных только
инстинкт. 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
человека приобретены в ходе онтогенеза. Знания паука появились также не сразу.
На лестнице эволюции была ступенька, когда пауков ещё не было. Были их
эволюционные предшественники. Пауки эволюционировали, изменялись (филогенез). В
процессе филогенеза каким-то способом
образовывались 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 (миллионы лет и миллионы поколений учеников), а
человек приобрёл способность обучаться в течение одной своей жизни. Но
цель у
всех одна – создать такое
изменение в окружающей среде, чтобы обеспечить себя пищей и другими средствами
существования, а также отгородиться от капризов стихии (дом, гнездо).
Если разум
это технология выживания,
то разум человека «быстрый», а
разум животных и биосферы «медленный». Человек тоже сочетает в себе различные
технологии выживания, в том числе и инстинкты. Опыт паука записан нуклеиновыми блоками в геноме. А опыт человека храниться и в геноме,
и в мозге, и на других носителях
информации (бумаге, фотоплёнке и другом). Можно отразить еще одну сторону
эволюции разума (цефализации). Разум развивался в
направлении быстродействия при принятии нестандартных решений. Рефлекс - это
максимум быстродействия при стандартных ситуациях.
Выводы
1.
Существуют как минимум две стратегии сохранения
стабильности (гомеостаза): оборонная
и маневренная (уклонение).
2.
Управление использует обе, но предпочитает маневр.
3.
Маневр требует развитых систем управления.
4.
Разум и инстинкт - это средства (технологии)
выживания.
5.
Инстинкт приобретался в течение филогенеза
определённого таксона, а разумный опыт может приобретаться в течение одной жизни индивидуума (онтогенез).
6.
Инстинктивный опыт передаётся через генетический
аппарат, а онтогенетический опыт передаётся по наследству через блок социальной
памяти.
7.
Эволюция разума направлена на ускорение процессов принятия решений.