Файл: Системный подход в современной науке..pdf

бе влияние теоретических математических исследований в столь силь­ ной степени, как экология»29. Наравне с последней стоят только мате­ матические исследования в области популяционной генетики. Ее ста­ новление связывается с трудами Холдейна «Математическая теория естественного и искусственного отбора» (1924), Р. Фишера «Генетиче­ ская теория естественного отбора» (1930) и «Теория инбридинга» (1949). С. Райта «Адаптация и селекция» (1949).

В 1937 г., одновременно с попыткой Берталанфи публично изло­ жить свою общую теорию систем, Дж. Вуджер в монографии «Аксио­ матический метод в биологии» предпринял попытку сформулировать биологические проблемы при помощи символической логики. Свою цель он усматривал в создании точного и полностью контролируемо­ го языка, позволяющего систематизировать биологические знания. Моровиц выделил как в высшей степени важное для теоретической биологии утверждение Вуджера, согласно которому «мы в настоящее время не знаем, какие формальные и математические методы будут полезными в биологии», и «не должны предполагать заранее, что ма­ тематический аппарат, традиционно применяемый в физике, автома­ тически окажется подходящим для биологии»30.

В 1938 г. появился труд Н. Рашевского «Математическая биофи­ зика, призванный решить именно эту задачу. Цель Рашевского со­ стояла в том, чтобы заложить основы математической биологии, ана­ логичной по своим методам математической физике. Стремясь вез­ де, где это возможно, искать физическую интерпретацию, он посту­ лировал, что математическая биофизика должна начинать с элемен­ тарной живой единицы — клетки. Выделение конкретного объекта сразу же обнажило глубокие различия в подходах физики и биоло­ гии. В физике математическое описание начинается с исследования идеализированных систем, которые могут не иметь аналогов в реаль­ ном мире. Понимая, что против такого подхода можно выдвинуть воз­ ражение, что подобные системы не имеют ничего общего с живой клеткой и никакие заключения относительно них не могут быть авто­ матически перенесены на реальные системы, Рашевский напомнил: «Тем не менее именно этот подход применяли и всегда применяют в физике. Физик занимается детальным математическим исследова­ нием таких нереальных вещей, как «материальные точки», «абсолют­ но твердые тела», «идеальные жидкости» и т. п. В природе подобных вещей не существует. Однако же физик не только изучает их, но и применяет свои выводы к реальным вещам»31. Это дает практи­

ческие результаты, поскольку в известных пределах реальные вещи имеют свойства, общие с воображаемыми идеальными объектами. Однако описанный подход имеет ограничения. Охватить в математи­ ческом аспекте сразу всю сложность реальной природной системы способен, по словам Рашевского, только сверхчеловек. Обыкновен­ ным смертным остается, соблюдая скромность, подходить к реально­ сти асимптотически, путем постепенного приближения.

Комментируя изложенные соображения Рашевского, Моровиц спустя 30 лет вновь констатировал, что между математической био­ физикой и классической биологией (по его терминологии — «естест­ венной истории») продолжает существовать разрыв. «Оппозиция по отношению к теоретической биологии со стороны биологов, ориенти­ рованных на «естественную историю», в значительной части проис­ текает из того, что им чужд подход, сформулированный в этом отрыв­ ке (из труда Рашевского. — Э.М.). Биолог, отдавший много сил изу­ чению того или иного аспекта природы во всем его богатстве и пол­ ноте, часто не испытывает особой симпатии к идеализированной си­ стеме, неспособной отобразить детали, на выяснение которых он за­ тратил столько усилий»32. Считая, что такого рода затруднения неиз­ бежны при столь различных подходах к одному и тому же биологиче­ скому материалу, выражая надежду, что приверженцы разных точек зрения сумеют оценить результаты друг друга, Моровиц ввел мате­ матическую биофизику в структуру теоретической биологии. Приме­ чательно, что при этом он поставил рядом школы Н. Рашевского и Л. фон Берталанфи.

Математическая биофизика заставила сравнить две системы — живую и неживую материю — на уровне квантовой механики, чтобы понять, почему живое явственно отличается от неживого. Не разде­ ляя оптимизма молекулярных биологов, полагавших, что «биология объяснима в рамках обычных физических законов» и что «поэтому приложение физической теории к живой материи не требует особых усилий», Г. Патти писал: «Если бы даже оказалось, что живая мате­ рия тождественна неживой при описании их на языке физики, могли бы мы утверждать, что полностью понимаем жизнь в рамках физи­ ческих законов? Мне кажется, что нет...»33. Выделив способность к эволюции в качестве самого общего свойства живой материи, от­ личающего ее от неживого, он следующим образом сформулировал основной вопрос: можно ли понять процесс биологической эволюции на базе основных законов физики?

Попытка дать определение наследственной передачи и естествен­ ного отбора на языке физики сталкивается, как показал Патти, с су­ щественными трудностями. Так, передача по наследству осуществ­ ляется при участии кода и требует выбора из ряда альтернатив, а не просто проявления физических законов движения на ряд начальных условий. Уравнения движения задают группу преобразований множе­ ства состояний системы, тогда как в процессе наследования участ­ вует выбор, что связано с невзаимнооднозначным отображением. «Именно поэтому такие основные генетические понятия, как память, описание и код, нельзя выразить непосредственно в терминах эле­ ментарных физических законов»34. Элементарные физические зако­ ны симметричны по отношению ко времени, тогда как временные от­ ношения между памятью о признаке и его фенотипическим выраже­ нием несимметричны. Термодинамические или статистические тео­ рии не приводят к представлению о неизбежности биологической эволюции, обеспечивающей возрастание сложности живых систем. Поэтому при описании процессов наследования в рамках законов фи­ зики «необходимо не только преодолеть трудность объяснения не­ обратимых явлений на основе обратимых законов, но и, кроме того, показать, что необратимость наследственных процессов приводит к явлению эволюции живой материи, а не к полному термодинамиче­ скому равновесию неживой материи»35. Предстоит также решить, ка­ кую физическую теорию можно использовать, чтобы объяснить вы­ сокую надежность проявления наследственной информации в виде классических признаков и описать реализацию информации, запи­ санной на квантовомеханическом уровне в форме взаимодействия между фенотипом и средой в рамках естественного отбора на уров­ не классической механики. Чтобы создать «общую теорию биоло­ гии», основанную на законах физики, следует досконально изучить, по убеждению Патти, коренное противоречие между двумя основны­ ми допущениями: «живая и неживая формы материи подчиняются од­ ним и тем же физическим законам» и «живая материя отличается от неживой лишь способностью к эволюции»36. Напоминая, что такие физики, как Бор, Эльзассер, Бергере, полагают, что должны сущест­ вовать особые биологические законы, Патти тем не менее не согла­ сился с утверждением, что жизненные процессы не могут быть выве­ дены из физических законов.

Если Рашевский избрал объектом исследования клетку, то Патти оперировал молекулярным уровнем организации живого. Исходя из

того, что понятия кодирования и надежности необходимы на всех уровнях биологической организации — клеточном, морфогенетичес­ ком, эволюционном, высшей нервной деятельности, Патти высказал предположение, что «в основе уникального различия между живой и неживой материей лежат не идеализированные классические мо­ дели макромолекул, матричной репликации или регуляции обмена веществ, а количественная надежность молекулярных кодов, кото­ рые могут связывать содержание квантовомеханического описания с его классическим фенотипическим выражением»37. Именно с опи­ санием надежных молекулярных процессов наследования в терминах квантовой механики он связывал развитие теоретической биологии и создание более прочной гносеологической основы самой физичес­ кой теории.

Близкую позицию занимал К.Х. Уоддингтон, также задавшийся вопросом: «нужна ли еще какая-нибудь «теоретическая биология» кроме той, что содержится или, как можно надеяться, будет вскоре содержаться во все расширяющихся рамках молекулярной биоло­ гии»?38 Он был уверен, что на все проблемы биологии ответы «долж­ ны быть в конечном счете сформулированы в молекулярных терми­ нах», но считал, что большие успехи в анализе простых элементов еще не решают дела. Биология нуждается в теории перехода от про­ стого к сложному, способной связать сложные биологические систе­ мы с элементарными единицами.

Стратегия системного подхода, ориентированная на физику, пока непривела к общей теории биологии. Молекулярная биология, несмо­ тря на свою близость к физике и химии, не располагала данными, позволяющими построить теорию живой материи, обнимающую все уровни организации живого и процесс эволюции. Помочь здесь био­ логии физика была не в силах. Как заметил Уоддингтон, «сами фи­ зические науки далеки от завершения, так что самый правоверный сторонник сводимости не сможет сказать биологам, к чему они долж­ ны свести свои живые системы»39.

Большего успеха достигла стратегия системного подхода, ориен­ тированная на биоценологию и биосферологию. Эта стратегия вела к постижению живой природы как закономерно организованной це­ лостной планетной системы. На стыке геохимии, биологии и учения о биосфере В.И. Вернадский создал теорию живой материи. Чтобы Придать идее целостности и организованности живой материи мак­ симально биологическую форму, он еще в 1928 г. ввел понятие «био­

ценоз планеты». Согласно теории живой материи Вернадского, по­ следняя организована как динамически устойчивая система. Эту ус­ тойчивость обеспечивает биоценотический тип организации живого вещества. Жизнь в биосфере впервые появилась в форме биоцено­ зов, в виде совокупности форм, отвечающей геохимическим функци­ ям жизни. Детализируя представление о биоценозе планеты, Вернад­ ский оценил структуру живой материи с таксономической, экологиче­ ской, энергетической и исторической точек зрения. Понятие органи­ зованности живого вещества он связывал с учением о материи и энергетике. Теория эволюции живой материи была призвана объ­ яснить известную направленность эволюции в сторону появления в биосфере разума и воли человека.

Законы экологической организации и эволюции живого покрова Земли раскрывает концепция геомериды В.Н. Беклемишева. Изуче­ ние всех уровней экологической организации привело ученого к вы­ воду, что жизнь организована в планетном масштабе, биоценозы включены в единую систему биосферы и объединены общим процес­ сом круговорота форм, вещества и энергии. Эволюция живой мате­ рии рассматривалась им как процесс развития многоуровневой сис­ темы, объединяющей организм, популяцию, вид, надвидовые таксо­ ны и экосистемы.

К учению о биосфере тесно примыкает концепция биогеоценотического покрова В.Н. Сукачева. Биоценоз и биогеоценоз ученый рас­ сматривал как элементарную клеточку биосферы. Строение биоце­ ноза таково, что позволяет ослаблять борьбу за существование и от­ крывает возможность сосуществовать в ограниченном пространстве большому числу индивидуумов. Достигается этот эффект благодаря сложному видовому составу большинства сообществ и физиологиче­ ской и экологической специфичности входящих в них видов. Новые виды вырабатываются в соответствии с условиями сообщества, за­ кономерности видообразования взаимосвязаны с закономерностями эволюции биоценоза.

Построение полнокровной концепции эволюции биосферы пред­ полагает теоретическое обобщение данных о филогении растений, о филофлорогенезе и об эволюции растительного покрова Земли.

Эту задачу решил А.Н. Криштофович. Согласно его теории, расти­ тельность на Земле развивалась многопланово, созидая в ходе сво­ ей эволюции разнообразные формы и флоры. Изменения раститель­ ного покрова происходят очень быстро и сводятся к миграциям и экс­