ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.02.2024
Просмотров: 354
Скачиваний: 2
сложной структурой и функцией — дробностью, интеркалированностью, мобильностью, и т. д. — также является фракталом и, следова тельно, обладает теми или иными его свойствами.
С нашей точки зрения — это весьма уместно, так как именно при рода фрактала (самоаффинность, конгруэнтность), отражающая со бой полиморфное множество симметрий в динамике, позволяет увя зать сводимость законов движения органической формы к законам генетики, физиологии и экологии.
Наряду с этим необходимо рассмотреть явление филогенетичес кого ускорения, примеры которого довольно широко представлены в работе Л.С. Берга. В частности, признаки, которыми отличаются вы сокоорганизованные группы, появляются задолго до этого в виде за чатков у низших, что мы относим к аналогии проявления самоподо бия фракталов.
Ход дальнейших рассуждений попытаемся провести по выявле нию принципа самоподобия и самоаффинности на различных приме рах органического мира.
В качестве примера можно привести, например, мужской цветок вельвичии (представителя голосемянных), где наряду с шестью ты чинками появляется зачаточная семяпочка. Сама по себе семяпочка бесплодна, однако она снабжена покровом и трубочкой, заканчива ющейся рыльцем, т. е. имеется зачаточный женский орган — не в при мер всем прочим голосемянным. Самое интересное здесь то, что это «рудимент» органа, который начнет функционировать лишь в двупо лом цветке покрытосемянных.
Аналогичные особенности наблюдаются у каузарин, представля ющих собой кустарники и деревья, распространенные в Австралии и на Индо-Малайском архипелаге, и отличающиеся весьма примитив ной организацией. Наряду с этим они (каузарины) обладают чертами высокой организации, где мужские и женские цветки собраны в со цветия, оплодотворение у них двойное, покров семени срастается с околоплодником, имеются две семядоли и т. д., что указывает на то, что эти растения в своей эволюции как бы забежали вперед. Соот ветствующие примеры можно привести как из мира растений, так и из мира низших и высших животных. В частности, подобие нервной системы, т. е. волокон у инфузорий.
Следующий пример — это наличие хрящевого скелета у голово ногих. Как известно, в дальнейшем он наблюдается уже только у по звоночных.
Мозг рыб, в общем, устроен сложнее, чем у амфибий. Сложнее его гистологическое строение и т. д. Наряду с этим, психически ры бы стоят не ниже амфибий, а, пожалуй, даже выше. В других же от ношениях рыбы организованы ниже. Аналогичные примеры можно привести и из истории развития человека, например, известная вы сокоразвитая организация мозга неандертальцев.
Фрактальный принцип самоподобия, на наш взгляд, просматрива ется в явлении рекапитуляции, согласно которому индивидуальное развитие является быстрым повторением филогенеза, повторения на короткое время соответствующих стадий развития предковых форм.
Следовательно, мы можем сделать вывод, что эволюция в значи тельной степени предопределена и целенаправлена, она есть в зна чительной степени развертывание или появление уже существующих зачатков. Это особенно значимо отражено в работах Лима-де-Фариа, в частности, в его концепции автоэволюции формы и функции, или эволюции без отбора. В своих работах автор отстаивает идею глобального эволюционизма. Если рассматривать основные момен ты его концепции, то они в той или иной мере могут быть объяснены с позиции фрактальной геометрии. Однако для нас неприемлемо столь радикальное неприятие роли естественного отбора в эволюции, как это делает Лима-де-Фариа12. Естественный отбор, осуществляю щий процесс дифференцированного (неслучайного, избирательного) выживания и воспроизведения организмов в ходе эволюции, можно уподобить некоему мастеровому, находящемуся в точках бифурка ций и отбирающего те или иные формы генотипов, соответствующие условиям развития среды, отражая собой адаптивный этап эволюции. Иными словами, естественный отбор, обусловливая относительную целесообразность строения и функции организмов, осуществляет данный процесс в соответствии с выбором той или иной будущей фрактальной развертки. Целесообразность, проявляющаяся в приро де, ведет свое начало не от какой либо лежащей вне мира причины. Она — причина — имманентна Вселенной, которая сама в себе за ключает принцип движения.
Наряду с этим фрактальная геометрия (опираясь на её принципы) позволяет, на наш взгляд, объяснить или, по крайней мере, подсту питься к объяснению ряда других еще не решенных проблем и пара доксов биологической эволюции, её механизмов. Так, например, су ществующая проблема, а именно возникновение сопряженной систе мы нуклеиновые кислоты — белок (так называемый гиперцикл Эйге-
на) также решается в парадигме направленности эволюции. Иными словами, объяснение природы узнавания, т. е. установление взаим ного соответствия полинуклеотидных и полипептидных текстов, ос мысливается (разрешается), на наш взгляд, через природу фракталь ной геометрии, точнее, через природу фрактально-кластерной архи тектуры посредством принципа самоподобия, а точнее — самоафинности. Аффинное преобразование, как мы отметили выше, хотя и пе реводит точку х = (xi,..., хе) в новую точку с координатами x r= (n x i,..., ге*е), гДе не все коэффициенты подобия п,..., гЕ одинаковы, тем не менее, сохраняет свойство конгруэнтности, когда, например, множе ство точек Oj совпадает с множеством точек г(0) после переноса и/или поворота.
Рассматривая направленность эволюции в широком контексте, следует добавить, что наряду с естественным отбором наиболее при способленных организмов существует механизм, направляющий эво люцию по определенному руслу. О существовании такой направлен ности говорят такие факты, как:
необратимость эволюции (закон Долло), невозможность повтор ного возникновения жизни на Земле (в виду отсутствия глобальных условий и того, что вновь возникшие организмы скорее всего будут уничтожены развитыми формами жизни);
правило прогрессирующей специализации (закон Депере) и т. д. Материальными носителями и факторами направленности эволю ции служат как внутренние закономерности и ограничения развития неживой и живой природы (не может идти развитие органического мира поперек филогенетического дерева), так и воздействия всех надсистем, систем того же уровня организации и подсистем. Уровни надсистем, систем и подсистем необходимо лежат в интервале от га лактического уровня до атомно-молекулярного. Здесь не следует от брасывать даже взаимодействия атомно-молекулярных механизмов в организме с физическими полями и другими внешними факторами.
* * *
Таким образом, ряд спорных и сложных проблем эволюции орга нического мира может быть разрешен с позиции фрактальной гео метрии в рамках системно-биологического подхода (принципа). Именно системно-биологический подход (принцип), характеризую
щий собой системность знания, обеспечит, на наш взгляд, в рамках фрактального аспекта целостность биологического знания. Более то го, может претендовать на роль примирителя генетики и дарвинизма. Для нас же непроизвольно напрашивается вопрос: не просматрива ются ли в вышерассмотренных альтернативных подходах к интерпре тации эволюции органического мира аналогии с теми знаменитыми парадоксами, с которыми столкнулись в свое время разработчики квантовой механики (имеется в виду корпускулярно-волновая приро да микромира)? В результате размышления над этими парадоксами возникло высказывание Эйнштейна: «Господь Бог не играет в кости». И не будет ли для нас выступать примиряющей метафорой высказы вание: «Если господь Бог и играет в кости, то при этом всегда выиг рывает». Это означает, что эволюция, включая в себя стохастичес кие явления, тем не менее имеет некий вектор. Иными словами, здесь просматривается движение от простого к сложному, от менее совер шенного к более совершенному, отражая этим наряду с адаптивной формой эволюции прогрессивную форму органической эволюции.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Цитируется по: Берг Л.С. Труды по теории эволюции. Л., 1977 (Lotsy J.P. Evolution by means of hybridization. Hague, 1916).
2 Там же.
3Хесин Р.Б. Непостоянство генома. М., 1985.
4Мейен С.В. О соотношении номогенетического и тихогенетического аспектов эволюции // Жур. общей биол., 1974, т. 35, № 3.
5 Курдюмов С.П. // Знание — сила. 1988, № 11. С. 40.
6Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. М., 1994.
7 Цитируется по: Федер Е. Фракталы. М., 1991. С. 10.
8 Dolgleish A. The relevance of non-linear mathematics (chaos theory) to the treat ment of cancer, the role of the immune response and the potential for vaccines // J. Med., 1999, v. 92.
9 Кроновер P.M. Фракталы и хаос в динамических системах // Постмаркет М.,
2000.
10 Гумилев Л.Н. Этногенез и биосфера Земли. М., 1994.
11 Wilson Е.О. Sociobiology. Cambridge МА, London, 1980.
12 Лима-де-Фариа А. Эволюция без отбора. Автоэволюция формы и функции. М., 1991.
А.В. Каверин
СИСТЕМНАЯ ПАРАДИГМА В ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ*
Каждая эпоха порождает свое представление о мире. Его называ ют термином «парадигма». Парадигма определяет тип научного мы шления.
Современная наука основывается на системной парадигме. Об щая теория систем и уровней их организации, пройдя сравнительно короткий исторический путь, стала методической основой многих разделов науки конца XX столетия. Созданы подробные иерархиче ские классификации биосистем и вообще природных систем. За ру бежом и у нас в стране вышли капитальные труды, посвященные си стемному подходу, обобщающие многие сотни специальных работ.
Привлекательность системного подхода, по мнению выдающего ся теоретика экологической науки Н.Ф. Реймерса, заключается, прежде всего в том, что он помогает организовать растущие потоки информации об окружающем нас мире, интегрировать бесчисленное количество аналитических данных. Именно задача синтеза вызвала к жизни общую теорию систем, получившую право гражданства бла годаря трудам Людвига фон Берталанфи и других авторов.
Простейшее определение системы — совокупность взаимодейст вующих элементов, составляющих некое более или менее ограничен ное целостное единство. Н.Ф. Реймерс дал и более развернутое (или обобщающее) определение: «Система (от греч. система — целое, со ставленное из частей) — саморазвивающаяся и саморегулирующая ся, определенным образом упорядоченная материально-энергетиче ская совокупность, существующая и управляемая как относительно устойчивое целое за счет взаимодействия, распределения и перерас пределения имеющихся, поступающих извне и продуцируемых сово купностью веществ, энергии и информации и обеспечивающая пре обладание внутренних связей (в том числе перемещений веществ, энергии и информации) над внешними»1.
Понятие «система» — одно из самых широко применяемых в эко логии. Это не случайно, ибо экологию трактуют как науку об эколо
гических системах (экосистемах). «Экосистема — любое сообщест во живых существ и его среды обитания, объединяемой в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости
ипричинно-следственной связей, существующих между отдельными экологическими компонентами»2. Выделяют микроэкосистемы (на пример, ствол гниющего дерева и т. п.), мезоэкосистемы (лес, пруд
ит. п.) и макроэкосистемы (океан, континент и т. п.). Глобальная эко система — биосфера Земли. Термин «экосистема» был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тенсли. В 1942 г. академик В.П. Су качев для обозначения подобных сообществ предложил термин «био геоценоз». В настоящее время почти общепризнанно, что экосисте ма — синоним биогеоценоза.
Биогеоценоз, как и любая другая экосистема, состоит не только из живого, но и неживого, как писал В.И. Вернадский, из живого и косного вещества. Движущей силой в любой материальной систе ме служит энергия. Она приходит от Солнца и привносится челове ком. Вместе с газами атмосферы и водой энергия определяет клима тические, чаще физико-химические характеристики среды, которые называют климатопами. В состав косной части входит субстрат. Это может быть земная твердь, вода, ее капельки в атмосфере — все, чем и в чем существует жизнь. Абиотические составляющие экосис темы называются косными компонентами.
Элемент в рамках системы — это условно далее неделимая ее часть. Например, для индивида — клетка (хотя для клетки — органелла, для органеллы — биологическая макромолекула, для этой мо лекулы — атом, для атома — элементарная частица). Для экосисте мы элемент — организм, т. е. индивидуальная консорция, для био сферы — биогеоценоз, ее «кирпичик». Из биогеоценозов сложено ог ромное здание биосферы, огромный дом, населенный где густо, где редко, но всюду пронизанный жизнью. Н.Ф. Реймерс предполагал, что «не может ни этот дом, ни его обитатели, ни весь мир Земли и кос моса не иметь каких-то общих закономерностей построения»3. Как Д.И. Менделеев был уверен, что химические элементы — не хаоти ческое нагромождение, и создал периодическую систему элементов и великий генетик и географ Н.И. Вавилов искал — и нашел перио дические закономерности эволюции в целом, так и Н.Ф. Реймерс был убежден, что нечто подобное должно существовать и для всего ма териального мира в целом. В 1983 г. им была высказана идея «сис темы систем». В последующие годы эта идея корректировалась, до
полнялась и в 1993 г. была опубликована в окончательном виде. При ходится удивляться тому, что идея «системы систем» так и не вызва ла ответной реакции ученого мира — ни позитивной, ни негативной. Видимо, она находится пока на стадии осмысления у немногочислен ных исследователей в области экологической теории природопользо вания. Несомненно, что в ближайшие годы «система систем», как
и«периодическая таблица всего сущего», войдет в учебные пособия
иучебники по экологии. И с этого времени биосфера будет изучать ся как целостное системное образование, «сцепление» подсистем, внутри которого многое еще известно недостаточно или вовсе неиз вестно.
Вгеографической науке пока тон задают традиционные подходы: территориальный, комплексный, исторический и типологический.
Асистемный подход наряду с проблемным, экологическим, конструк тивным и поведенческим причисляют к новым подходам. При этом
В.П. Максаковский указывает, что проявления системного подхода в географии стали прослеживаться уже в 40-50-е годы, а «официаль но» применение этого подхода начались в середине 60-х4. Его разви тие было связано с работами Ю.Г Саушкина, А.А. Минца, В.М. Гохмана, Д.Л. Арманда, Н.А. Солнцева, В.С. Преображенского и других географов. Как считал В.С. Преображенский в 60-80-е годы, систем ный подход был использован географами прежде всего для решения проблем взаимодействия общества и природы, углубления представ лений о предмете исследования самой географии, для уяснения сложной системы географических наук и для совершенствования си стемной географической деятельности5.
В 1977 г. 104-й научный сборник «Вопросы географии» под назва нием «Системные исследования природы» был полностью посвящен проблематике системного подхода; он представляет собой первую в отечественной литературе попытку подойти к природе земной по верхности с системной точки зрения6. Особенность сборника заклю чается в том, что он имеет междисциплинарный характер, его авторы, многие из которых уже были или стали впоследствии широко признан ными учеными-географами (К.В. Зворыкин, В.Н. Солнцев, Ю.Г Пузаченко, Н.А. Гвоздецкий, А.Д. Арманд, А.Ю. Ретеюм, К.Н. Дьяконов, В.М. Фридланд, Ю.Г Симонов, Н.Ф. Реймерс, В.И. Булатов и др.), рас сматривают широкий круг объектов — природные комплексы, сооб щества, рельеф, почвы. Учитывая определенные трудности внедрения системного подхода в физическую географию, В.Н. Солнцев отмена-