Текст
К. Fuchs-Kittowskl
Probleme
des Determinismus
und der Kybernetik
in der molekularen
Biologie
Tatsachen und Hypothesen. uber das Verhaltnis des
technischen Automaten zurn lebenden Organismus
Jena
1976
К. Фукс-КиттОЁСКИЙ
Проблемы
детерминизма
и кибернетики
в молекулярной
биологии
Факты и гипотезы о соотношении
между автоматами и живым
организмом
Общая редакция доктора философских наук
Р. С. Карпинской
МОСКВА
ПРОГРЕСС
1980
Перевод с немецкого
Э. М. Мирского и Б. А. Старостина
Редакция литературы по философии
и педагогике
© Перевод на русский язык
с сокращениями. «Прогресс», 1980
10502-528
Ф00б(01)-80
13-80
0302020100
От издательства
Работа известного философа ГДР Клауса Фукс-Кит-
товского «Проблемы детерминизма и кибернетики в мо¬
лекулярной биологии» представляет собой теоретиче¬
ское исследование актуальных проблем биологической
науки на новейшем этапе ее развития. Перевод сделан со
второго, дополненного издания, удостоенного премии
Рудольфа Вирхова — высшей премии ГДР в области ме¬
дицинских и биологических» наук.
Проблема детерминизма рассмотрена автором на об¬
ширном материале молекулярной биологии, биокиберне¬
тики, эволюционного учения и теории информатики, не
получившем еще исчерпывающего освещения с позиций
материалистической диалектики ни в советской, ни в
зарубежной литературе. В этом отношении предлагаемая
читателю работа заполняет ряд существенных пробелов.
В первой части монографии автор уделяет основное
внимание анализу соотношения между автоматами и
организмами как двумя различными типами систем, ис¬
следует взаимоотношение физики и биологии при объяс¬
нении жизненных процессов на молекулярном уровне,
подробно рассматривает диалектику понятий причин¬
ности, закона, случайности, информации применительно
к биологическим и техническим системам.
Во второй части исследуется проблема кибернетиче¬
ского характера детерминизма живой клетки и законо¬
мерностей высших уровней обработки информации в
организме. На примере цитологических процессов анали¬
зируется саморегуляция в живой системе, взаимодейст¬
вие генотипа и фенотипа, наследственности и обмена
веществ.
5
В последней главе автор приходит к ряду интересных
выводов относительно эволюции как перехода к высшим
формам роста информации, места человека в универ¬
сальном процессе развития, природы биологической са¬
моорганизации. Эти выводы представляют значительный
интерес как с точки зрения философии и теоретической
биологии, так и в аспекте кибернетики, общей теории
информации и других дисциплин, связанных с затрону¬
той в монографии К. Фукс-Киттовского проблематикой.
Междисциплинарный подход к рассматриваемым вопро¬
сам, внимание к их мировоззренческому аспекту способ¬
ствуют новой постановке многих традиционных философ¬
ских и конкретно-биологических проблем: предлагается
решение противоречия между информацией и эпигенезом;
дается корректная постановка вопроса о том, «может ли
машина мыслить»; выясняется философский аспект
проблемы кодирования вообще и генетического кода в
частности. Ценной стороной работы является обширное
привлечение историко-научного материала; анализ вза¬
имосвязей между философскими аспектами биологии,
физики (в том числе квантовой), химии и доугих дисци¬
плин; критическое рассмотрение множества философ¬
ских и биологических работ, вышедших как в ГДР и
СССР, так и во многих других странах.
Работа адресована представителям разных отраслей
науки: философам и психологам, специалистам в обла¬
сти системных и структурных исследований, общей и тео¬
ретической биологии, эволюционной физиологии, техни¬
ческой и биологической кибернетики.
Часть I
ПРОБЛЕМА ДЕТЕРМИНИЗМА
И ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ АВТОМАТОМ
И ЖИВЫМ ОРГАНИЗМОМ
1. Диалектика структуры и процесса
на молекулярном уровне
1.1. Макромолекула и жизнь
Когда на рубеже нашего века между физиками раз¬
горелся спор о том, является ли представление об ато¬
ме обоснованным знанием, гипотезой или просто ошиб¬
кой, этот спор практически не затронул биологии, так
как изучаемые ею структуры были существенно круп¬
нее атома, а описываемые ею процессы допускали на¬
блюдение и исследование без применения сложного обо¬
рудования. Совершенствование методов наблюдения и
экспериментальной техники (поляризационной микро¬
скопии, дифракции 'рентгеновских лучей, фракциониро¬
вания и разделения субмолекулярных структур и их
биохимического анализа и т. п.) привело к кардиналь¬
ным изменениям в этой области. Современная биология
изучает тонкую структуру живых организмов вплоть до
молекул, до локализации определенного атома водорода
в макромолекуле.
Современные исследования позволили установить, что
структуры, обеспечивающие элементарные жизненные
процессы, расположены в субмикроскопическом диапа¬
зоне и имеют молекулярную природу. Эти структуры и
образуют в макромолекулярной области фундамент ор¬
ганизации живых систем.
Совокупность результатов, которые получены специ¬
альными дисциплинами, изучающими живые системы,
позволяет сформулировать определенные общие положе¬
ния, в свою очередь образующие исходный пункт фило¬
софского обобщения. В качестве такого рода общих прин¬
ципов выступают, например, принцип развития, принцип
сквозной структурности, принцип диалектического един¬
ства структуры и процесса, организма и среды, а также
преформации и эпигенеза, онтогенеза и филогенеза.
9
Эти принципы являются элементами общей биологи¬
ческой теории, получая в молекулярной биологии суще¬
ственное углубление и уточнение. Последнее особенно
справедливо относительно общей концепции развития и
представления об организации живого.
Вначале живая клетка рассматривалась с биологиче¬
ской точки зрения прежде всего как отдельный орга¬
низм или в рамках некоторой совокупности клеток. При
этом стремились выявить ее связи с высшими формами
жизни. В своей ориентации исключительно на высшие
формы жизни биология упускала из виду другую сторо¬
ну проблемы. Клетка оказывалась как бы лишенной пред¬
шествующих форм, а тем самым исключались из рас¬
смотрения историческая взаимосвязь и обусловленность
всех явлений. Прогресс науки дает возможность обра¬
титься к истокам жизни. Все яснее становится, что клет¬
ку можно понять только как нечто возникшее в ходе
развития *. Тем самым биохимия и молекулярная биоло¬
гия вносят в идею развития наиболее значительный
вклад со времен Дарвина.
Тейяр де Шарден, несмотря на его телеологический подход к
эволюции, видел эти мировоззренческие следствия: «...Точно также,
как человек, согласно воззрениям палеонтологов, анатомически сли¬
вается с массой предшествующих ему млекопитающих, так и клетка
тонет качественно и количественно в мире химических образований,
если следовать в нисходящем направлении. Продолжая движение
в этом направлении, мы убеждаемся, что она конвергирует с моле¬
кулой.
Эта констатация есть нечто большее, нежели простое озарение.
Несколько лет назад подобные выводы о постепенном переходе
зернистой структуры материи в зернистую структуру жизни выгля¬
дели столь же гипотетично и столь же бездоказательно, как и пер¬
вые рассуждения Дарвина и Ламарка о теории эволюции» [193,
с. 60].
Определение места живых систем в процессе эволю¬
ции— таков этот принципиальный интегрирующий под¬
ход к пониманию живых организмов.
Развитие наук привело и к другому принципу: сквоз¬
ной структурности живого организма. Согласно этому
принципу, для макромолекулярной области характерна
глубинная упорядоченная структура, определяющая
форму реакции биокаталитических белков (ферментов).
1 Такое понимание получило существенное подкрепление в ра¬
ботах Опарина [17], а в последнее время в работах Эйгена [63],
посвященных теории первичной эволюции (см. 10.8).
10
Химизм клетки зависит от тонкой структуры и типа ре¬
акций макромолекул.
Мы можем с уверенностью констатировать, что, хотя
молекулярная биология —- молодая наука, в ней за ко¬
роткий период был сделан ряд выдающихся открытий.
Это касается прежде всего исследований структуры и
функции белков и нуклеиновых кислот, механизма син¬
теза белка и физико-химических основ наследствен¬
ности.
Молекулярная биология вскрыла сущность диалекти¬
ческой связи структуры и функции на молекулярном
субклеточном уровне. На этом уровне проявляется диа¬
лектическое отношение между информацией и функцией
(ДНК и белок): функция оказывается возможной только
в определенной структуре, организованной благодаря ин¬
формации, а информация приобретает значение только
через реализованную функцию.
Тот факт, что материальные процессы и структуры
реализуются благодаря информации и зависят от нее,
что при этом (синтаксическая) информация в простран¬
стве и во времени отделена от функции (материального
процесса, структуры) и в то же время сама является
структурой и функцией, имеет место только на биоло¬
гическом уровне развития материи, то есть в системах
высокой сложности. Открытие биологической информа¬
ции, объяснение ее структуры и функции являются се¬
годня наряду с достижениями атомной физики наиболее
значительными в теоретическом и философском отно¬
шениях результатами естествознания XX века.
Переход к исследованию микромира, микрофеноменов
жизни, биологических систем и процессов на молеку¬
лярном уровне стал революцией в науке, во многом ана¬
логичной революции в современной физике.
1.2. Влияние биомолекулярных структур
на поведение живых систем и принцип
сквозной структурности
Рассматривая технические образования (например,
автоматы), мы выясняем, что они состоят из большого
числа частей, вступающих между собой в сложные отно¬
шения, иными словами, они структурированы. Исследо¬
вание этих частей выявляет сходность их материального
11
состава. Характерной чертой неживых систем является
и то, что подавляющее большинство связей между их
структурными элементами представляют собой связи
одного вида. Технические автоматы состоят из движу¬
щихся частей, каждая из которых может рассматривать¬
ся как некая гомогенная фаза.
Эта гомогенность материального состава и однород¬
ность большинства связей между элементами особенно
характерны для кристалла в отличие от макромолекулы.
Так, например, у кристалла соли ионы Na+ и С1_
могут соединяться в пространственно упорядоченное об¬
разование, не имеющее электрического заряда. Подобные
образования, периодически повторяясь как своего рода
элементарная ячейка, составляют солевой кристалл. Мы
можем измерить его удельный вес, электропроводность,
упругость и т. п. и одновременно вычислить эти свойст¬
ва на базе квантовой теории.
Разумеется, определенной пространственной структу¬
ре, характерной для данного кристалла, будет соответ¬
ствовать и определенная энергетическая структура, в
противном случае не было бы оснований говорить об
одном виде элементарных ячеек, имеющих совершенно
определенное расстояние между ионами. Макроскопиче¬
ские физические свойства кристалла существенно зави¬
сят от комбинации ионов Na+ и С1~, являющихся эк¬
вивалентными и поэтому с физической точки зрения
представляющих интерес только статистически.
Связи между структурными элементами, наблюдае¬
мые как у живых, так и у неживых систем, имеют в
каждом из названных случаев различное значение. В жи¬
вой системе — это главное и типичное ее свойство — от¬
дельные молекулярные изменения могут оказаться су¬
щественными для поведения системы в целом.
В отношении более высоких уровней (макроструктур) воздей¬
ствия молекулярной организации можно рассматривать как внутрен¬
ние «входы» системы. Мы вновь подчеркиваем ту важную мысль, что
существование специфически биологических форм поведения в глав¬
ных своих чертах зависит именно от этой взаимосвязи между хими¬
ческими процессами па высших уровнях и бесконечным разнообра¬
зием микроскопических структур органических макромолекул.
Таким образом, можно с полным правом говорить о
молекулярных основах организации живых систем.
12 '
Результаты, полученные при изучении серповиднокле¬
точной анемии, были бы немыслимы, если бы живой
организм вплоть до молекулы и даже до последнего
атома не был структурирован и если бы структурные
изменения на молекулярном уровне не оказывались су¬
щественными для поведения системы в целом. Как изве¬
стно, достаточно заменить в цепи белка глютаминовую
кислоту на валин, чтобы получить гемоглобин, который
не в состоянии удовлетворительно снабжать организм
кислородом, в результате чего наступает анемия. Пато¬
логический гемоглобин S отличается только этой заме¬
ной (только в одной-единственной аминокислоте обеих
(З-цепей) каждый раз лишь в одном из 146 остатков ами¬
нокислот гемоглобина А. Интересен и другой пример:
замена только трех из 5250 000 атомов одной из вирус¬
ных молекул превращает безвредный вирус в крайне
опасный.
В последнее время обсуждаются главным образом два типа
представлений, моделирующих воздействие молекулярных и атом¬
ных структур на поведение живого организма в целом. Это теория
усилителей, разработанная Иорданом [102], и модель Эльзассера
[64], основывающаяся на сравнении живого организма с автоматом.
Общим отправным пунктом в рассуждениях обоих авторов является
признание того факта, что статистическая активность атомных ре¬
акций благодаря усреднению индивидуальных воздействий приво¬
дит к тому, что на макроскопическом уровне неживой природы
практически господствует механическая причинность. Отдельные мо¬
лекулярные изменения нивелируются и только в их совокупности
оказываются существенными для поведения системы в целом.
С помощью теории усилителей Иордан попытался (по сути
дела, впервые) ответить на вопрос, каким образом молекулярная
организация оказывается существенной для поведения биологиче¬
ской системы. Облучение зародышевых клеток может, как показал
Иордан, «выбивая один-единственный электрон, вызвать мутацию,
изменение массы наследственного вещества» [103, с. 55 и сл.].
В пользу эффективного воздействия отдельных микрофизических
событий на макроскопические процессы в живом существе говорят
и исследования порога чувствительности световых рецепторов, а
также работы по уничтожению бактерий путем отдельных пораже¬
ний чувствительных органелл клетки. Идея активизации отдельных
микрофизических процессов заслуживает внимания. Обратимся, од¬
нако, к интерпретации этих фактов Иорданом. Живая природа,
согласно Иордану, «характеризуется тем, что отсутствие причинно¬
сти (акаузальность) в протекании отдельных атомных реакций уси¬
ливается до макроскопически действенной акаузальности». Эти
акаузальные отдельные события диктаторски управляют жизнью.
К такого рода управляющим микропроцессам подключаются строго
каузальные макроскопические процессы, которые делают возможны¬
ми планомерные и целенаправленные серии событий.
13
Таким образом, индетерминизм, поскольку его не удается про¬
вести последовательно, находит себе дополнение в телеологии, а
телеология соответственно находит в индетерминизме свои пред¬
посылки.
Эльзассер [64], пытаясь решить проблему существенности моле¬
кулярного строения для поведения организма в целом, рассуждает
совершенно иначе, во многом противоположно Иордану. Его не ин¬
тересует вопрос о том, каким образом отдельные квантовофизиче¬
ские события воздействуют на биологическую систему, если во всем
остальном эта система интерпретируется статически. В отличие от
Иордана Эльзассер берет живую клетку в присущей ей динамике.
Соответственно иначе выглядит у него и постановка проблемы: ка¬
ким образом совокупная динамика молекулярной структуры соеди¬
няется с динамикой высших структур (макроструктурой) и приоб¬
ретает значение для поведения системы в целом, наконец, как эта
динамика в ее единстве делает возможными именно биологические
формы поведения? Эльзассер сам указывает на отличие своего под¬
хода от представлений Иордана: «Не следует думать, что биотоии-
ческие формы поведения можно упрощенно рассматривать как про¬
цессы-усилители с операционально неспецифично действующим вхо¬
дом. Некоторые авторы (прежде всего немецкий физик Иордан)
подчеркивают значение процессов-усилителей в организме. Хотя
этой точке зрения нельзя отказать в положительном содержании
и привлекательности, нам кажется, что она переоценивает механи¬
ческий элемент в единой динамике клетки» [64, с. 163].
Тем самым Эльзассер отличается от Иордана именно в вызвав¬
шем нашу критику пункте: Иордан, как правило, рассматривает
живой организм как жесткую, подверженную действию механиче¬
ской причинности систему.
Для живых систем характерна высокая степень упо¬
рядоченности, то есть хорошая согласованность проте¬
кающих процессов. При этом существенно, что органи¬
зованность системы регулируется высокоорганизован¬
ными группами атомов или молекул. Высокую степень
упорядоченности имеет и макромолекулярная сфера.
Эта упорядоченность (под упорядоченностью мы пони¬
маем определенное свойство структуры) может поддер¬
живать себя самое и вызывать другие упорядоченные
процессы, поскольку от таких структур с высокой сте¬
пенью упорядоченности зависит реактивность энзимов.
Таким образом, группы атомов являются исходным
пунктом упорядоченных процессов — порядок возникает
из порядка. Наличие этих особых свойств макромолекул
не отменяет законов случайности (термодинамики), но
модифицирует их действие. Жизненные процессы опи¬
раются, очевидно, не только на тенденцию материи пе¬
реходить из порядка в беспорядок, но частично и на
сохранение порядка, который постоянно воспроизво¬
дится.
14
Детерминация жизненных процессов высокоорганизо-
ванными группами атомов представляет особый интерес
для понимания жизни. Воздействие этих биомолекуляр-
ных структур на поведение живых систем в целом можно
в общих чертах проиллюстрировать на примере вычи¬
слительной машины.
В вычислительной машине имеется большое число
связей между отдельными частями системы. Информация,
попадающая в машину по входным каналам, со временем
распределяется с помощью программы внутри машины,
смешивается и обрабатывается вместе с уже циркули¬
рующей в машине информацией. Процессы переработки
информации являются процессами ее планомерного из¬
менения, связывания ее элементов в соответствии с оп¬
ределенными логико-математическими принципами.
Применительно к энзимно-субстратному комплексу
это может означать, что по прошествии определенного
времени информация, соответствующая отдельным
структурным особенностям данной макромолекулы, ока¬
зывает влияние на динамику клетки, достигает, таким
образом, высших уровней организации.
В клетке протекают бесчисленные каталитические ре¬
акции. Они образуют чрезвычайно густую сеть взаимных
отношений, конкуренции, обратной связи и взаимодей¬
ствия. Эту систему взаимных отношений можно модели¬
ровать на вычислительных машинах. Работы Чэнса, Гар-
финкеля, Хиггинса и Гесса [48, 49, 50, 51] показывают,
что, используя вычислительные машины как универсаль¬
ные модели, можно получить гомоморфное отражение
моделируемых процессов.
Эта аналогия с автоматом должна способствовать по¬
ниманию таких важных для существования жизни явле¬
ний, которые обусловлены тем, что отдельные молеку¬
лярные изменения могут оказаться существенными для
поведения живого организма в целом.
Предвосхищая главный вывод из анализа регуляции
клеточного обмена веществ, можно утверждать: все уже
известные общие типы регуляции (за исключением регу¬
ляции, базирующейся на массовом воздействии) нахо¬
дятся в прямой связи со специфической структурой фер¬
ментов, а тем самым и со структурой нуклеиновых кис¬
лот. В согласии с нашей моделью механизмы регуляции
являются в известном смысле «дорожками», по кото¬
рым информация, соответствующая отдельным особен¬
15
ностям структуры молекулы, достигает других, более
высоких уровней организации. Таким образом, даже от¬
дельные молекулярные изменения могут оказаться су¬
щественными для поведения системы в целом. Именно
это положение типично для строения и поведения жи¬
вых систем.
Это приводит нас к принципу сквозной структурности,
поскольку живая система, клетка, клеточная плазма и
клеточные органеллы вплоть до последнего атома и
иона структурированы специфически биологическим об¬
разом и в них отсутствует статистическое распределение
частиц, как это имеет место в неживой природе. Инте¬
грация всех структурных уровней как раз и создает ус¬
ловия для того, чтобы отдельные молекулярные изме¬
нения благодаря многосторонним взаимозависимостям
оказывались существенными для поведения системы в
целом, в то время как в неживой системе подобные из¬
менения обычно выравниваются в пределах средних
статистических значений. Этот факт и следует подчерк¬
нуть в принципе сквозной структурности.
Принцип структурности материи является общим принципом
диалектического материализма: он гласит, что материя — вне и не¬
зависимо от всякого сознания существующая реальность — суще¬
ствует только в структурированном виде.
В. И. Ленин четко отделил сформулированное в теоретико-по¬
знавательных терминах понятие материи — ее определение в проти¬
вопоставлении сознанию — от какой-либо конкретной материальной
структуры. Последняя является предметом исследования различных
конкретных дисциплин. Ленин писал: «Но совершенно непозволи¬
тельно смешивать ...учение о том или ином строении материи с гно¬
сеологической категорией, — смешивать вопрос о новых свойствах
новых видов материи (например, электронов) с старым вопросом
теории познания, вопросом об источниках нашего знания, о суще¬
ствовании объективной истины и т. п.» *. В своей полемике с ма¬
хизмом Ленин показал, что открытие новых видов материи не из¬
меняет того факта, что материя существует вне и независимо от
сознания. Каждый новый успех науки совершенствует наше знание
о конкретных структурах материи, не затрагивая, однако, принци¬
пиального отношения материи и сознания.
Общее положение о том, что материя существует толь¬
ко в структурированной форме, еще не содержит утвер¬
ждений о сложности структуры. Можно, однако, выделить
различные уровни структуры. Каждый структурный уро¬
вень находит свое качественное выражение в степени
интеграции отдельных элементов структуры в рамках
1 В, И. Л енин. Поли, собр. соч., т. 18, с. 131.
более высоких структурных единиц. Изменение этого по¬
казателя изменяет не только системы, но и подвергаю¬
щиеся интеграции элементы. Они обнаруживают новые
свойства, которые до тех пор были присущи им лишь
в потенции, либо теряют ранее наличествовавшие у них
особенности. Благодаря интеграции они получают новые
возможности собственного развертывания. Чрезвычайно
важная функция живых систем, значение которой дале¬
ко не всегда учитывается в достаточной степени,— это
обеспечение возможности интеграции. Речь идет об инте¬
грации всех структурных уровней. Обмен веществ связы¬
вает между собой различные уровни активности.
Биологические структуры никогда не бывают абсо¬
лютно жесткими, константными, статическими, неизмен¬
ными. Они — результат постоянных процессов синтеза и
распада в обмене веществ, который в свою очередь обус¬
ловлен этими структурами.
Обмен веществ связывает не только различные уров¬
ни активности (функция интеграции), он оказывает по¬
стоянное влияние и на структурные свойства макромо¬
лекул. В процессе метаболической активности изменя¬
ются их компоненты. Белки, например, денатурируют
обратимо, то есть изменяют свою структуру. С течением
времени наблюдается прогрессирующее изменение мо¬
лекулярной структуры клетки. Иными словами, биоло¬
гические структуры не инвариантны во времени. Прин¬
цип сквозной структурности необходимо рассматривать в
диалектической связи с принципом всеобщей динамики.
1.3. Постоянство и изменчивость.
Накопление информации
и проблема устойчивости структуры
на молекулярном уровне
Современная картина мира динамична. Мы воспри¬
нимаем объективную реальность в постоянном движении,
изменении и развитии. Структура, подразделение систе¬
мы на связанные одна с другой подсистемы, совокуп¬
ность более или менее постоянных отношений между
частями целого — все это относительно, поскольку бази¬
руется на относительности покоя и абсолютности дви¬
жения.
Чем обеспечивается, • однако, относительный покой,
каковы факторы, гарантирующие постоянство нашего
17
мира? Вначале подобным фактором считали корпуску¬
лярную неизменность, или соответственно минимальную
корпускулярную изменчивость.
Фундаментом механико-материалистического поня¬
тия материи было предположение о наличии элементар¬
ных «кирпичей», составных частей, воздействующих друг
на друга, но сохраняющих при этом качественную неиз¬
менность. Подлинное развитие отсутствовало, протека¬
ние всех процессов было жестко детерминировано.
В наши дни физик знает, что структура отдельных
элементарных частиц формируется только во взаимодей¬
ствии с другими частицами, что структура сама явля¬
ется процессом. Место застывших неизменных структур
бытия в сознании физика занимает представление о по¬
стоянном потоке событий и превращений.
Для биолога процессуальный характер живых сис¬
тем — представление в принципе привычное. Жизнь
проявляется в огромном разнообразии структур, кото¬
рые лишь внешне выглядят постоянными и неизменны¬
ми. В действительности же они представляют собой вы¬
ражение указанного непрерывного потока событий: и
здесь структура — это процесс.
Таким образом, мы приходим к более глубокому по¬
ниманию единства структуры и процесса, к пункту, в
котором положения современной физики и современной
биологии сближаются и допускают сравнительный ана¬
лиз. В этой связи нельзя не упомянуть природных про¬
цессов, направленных на разрушение структур. Таковы,
например, диффузия, приводящая к усреднению и рав¬
номерному распределению масс, и теплопроводность,
необратимо выравнивающая температурные характери¬
стики составляющих.
Решающей проблемой техники переработки и нако¬
пления информации в современных вычислительных ма¬
шинах является проблема шума, то есть случайной теп¬
ловой флуктуации, действие которой приводит к необра¬
тимому уничтожению кодированной информации. При
машинной переработке информация фиксируется на ме¬
ханически стабильных накопителях: перфокартах, маг¬
нитной ленте, ферритовых стержнях и т. п. Аналогии из
области вычислительной техники нередко используются
для более наглядного изображения накопительного про¬
цесса в биологии. Так, наглядной аналогией для обра¬
зования энграмм служит запись звука на граммофонной
18
пластинке, для накопления наследственной информа¬
ции — накопительные средства вычислительной техни¬
ки: магнитные барабаны, перфокарты, матрицы и т. п.
Последние обладают одним общим свойством: являются
механическими накопителями, способными длительное
время сохранять информацию на основе принципа ми¬
нимальных корпускулярных изменений составляющего их
материала. При подобном накоплении информации на
молекулярном уровне потери информации из-за тепло¬
вого движения практически неизбежны. Ведь даже в вы¬
числительных устройствах, системах на много порядков
больших по размерам и более термостабильных, поте¬
ри информации вследствие теплового движения столь
значительны, что с ними приходится вести борьбу, при¬
меняя весьма сложную и дорогостоящую аппаратуру.
Из этого относительно простого термодинамического
соображения следует, что ни молекула ДНК, ни какая-
либо другая макромолекула не являются надежными
механическими накопителями информации. Неизбеж¬
ность информационных потерь при механическом накоп¬
лении информации требует иного принципа накопления.
Проблеме накопления информации уделял внимание
Э. Шредингер в своей известной работе «Что такое
жизнь?», имевшей большое значение для развития мо¬
лекулярной биологии. Поставив в ней вопрос о сущно¬
сти жизни, он тем самым ориентировал усилия многих
других исследователей на новую область, от которой он
ожидал больших и волнующих открытий. «Книга Шре¬
дингера,— отмечает Дж. С. Стент,— стала своего рода
«Хижиной дяди Тома» для революции в биологии, ко¬
торая теперь, когда пыль поулеглась, оставила в наслед¬
ство молекулярную биологию» [47, с. 13].
Шредингер отмечал, что основной проблемой, требу¬
ющей решения, является проблема механизма наследст¬
венности. Подчеркивая значение для биологии пробле¬
мы «долговременной памяти» и связанного с ней вопро¬
са о длительном сохранении полезной информации, он
пришел к заключению, что гены сохраняют свою струк¬
туру и могут сопротивляться флуктуациям, потому что
хромосома представляет собой апериодический кри¬
сталл, атомы которого находятся на определенных энер¬
гетических уровнях. Шредингер выдвинул в этой связи
ряд гипотез, в том числе предположение, что носители
наследственности в силу своей стабильности должны,
19
согласно теореме Нернста, иметь температуру, близкую
к абсолютному нулю. Тем не менее Шредингеру не уда¬
лось решить проблему сохранения структуры гена на
протяжении многих поколений, опираясь на принцип
минимальных корпускулярных изменений, так как он
основывался на представлениях о механических, а не
биологических структурах.
Вследствие этого вопрос о том, чем обеспечивается
наследственная специфичность, остался открытым. От¬
носительная устойчивость атомов в молекуле ДНК не
может стабилизировать их видоспецифичное сочетание.
Может ли, однако, устойчивость гена в достаточной
мере обеспечиваться принципом корпускулярной неиз¬
менности, даже если учитывать, что ДНК мало поддается
изменениям? Действительно, современные биохимиче¬
ские исследования показали, что ДНК представляет со¬
бой чрезвычайно пассивное в метаболическом отноше¬
нии соединение. Такая большая инертность ДНК — важ¬
ный стабилизирующий фактор. Вследствие чрезвычай¬
ной сложности метаболических сетей простая динамиче¬
ская устойчивость оказывается явно недостаточной для
точной ауторедупликации живых систем в процессе де¬
ления. Она представляет собой консервативный элемент
и обеспечивает постоянство состава, структуры и обме¬
на веществ. Остается, однако, без ответа вопрос о том,
абсолютен ли этот консерватизм и не следует ли счи¬
таться с другими стабилизирующими факторами, кото¬
рые гарантируют специфичность системных связей вне
условий абсолютной неизменности структуры данной
системы.
Специфичность накопления информации в живых
организмах исследует также Эльзассер [64, с. 121 исл.].
Он приходит, хотя и несколько переоценивая динамиче¬
ский момент, к точке зрения, прямо противоположной
взглядам Шредингера:
«Наша точка зрения противоположна позиции Шредингера, ко¬
торый предполагает, что стабильность генов базируется на кванто¬
механической устойчивости молекул, жестко связанных в хромосо¬
мах» [64, с. 198].
Кроме того, Эльзассер отмечает принципиальное от¬
личие макромолекул от автоматов по способу накоп¬
ления информации и обеспечения ее устойчивости. Шре¬
дингер полагает, что решающим шагом в понимании
20
живого является концентрация внимания на структуре,
присущей только живому, на структуре гена, которая
обнаруживает такую долговечность и постоянство, кото¬
рые граничат с чудом. Она является неизменной, как
бы застывшей. Организация живого с этой точки зрения
подобна часовому механизму.
«Таким образом, оказывается, — пишет Шредингер,—что «но¬
вый принцип» — принцип «порядок из порядка», который мы про¬
возгласили с большой торжественностью в качестве действитель¬
ного ключа к пониманию жизни, совсем не нов для физики. Планк
даже восстанавливает его приоритет. Мы, кажется, приближаемся
к смехотворному выводу, будто бы ключ к пониманию жизни
кроется в том, что она имеет чисто механический характер и
основана на принципе «часового механизма» в том смысле, который
придает этому выражению Планк». Далее Шредингер добавляет:
«Этот вывод не представляется нелепым и, на мой взгляд, не со¬
всем ошибочен, хотя его и следует принимать с большой осторож¬
ностью» [24, с. 82].
Что же вызывает сомнения Шредингера, его осторожность?
В чем видит он различие между живым организмом и «часовым ме¬
ханизмом» в духе Планка?
«...Во-первых, своеобразное распределение «зубцов» в многокле¬
точном организме... во-вторых, то, что отдельный зубец — это не
грубое человеческое изделие, а прекраснейший шедевр, когда-либо
созданный по милости господней квантовой механики» [24, с. 86].
Согласно этому представлению, ген обладает, если
пользоваться терминами механики автоматов, свойства¬
ми идеального накопительного механизма. Идеальный
случай подобного накопителя имеет место тогда, когда
отражаемое явление, так сказать, «замораживается» в
отражении и больше не «оттаивает», то есть если гомо¬
морфное изображение содержания, относящегося к оп¬
ределенному фрагменту реальности, остается полностью
неизменным во времени. Таким образом, Шредингер
вынужден допустить, что наследственная информация
охраняется волшебным жезлом божественной квантовой
механики, а апериодический кристалл, в котором накоп¬
лена наследственная информация, находится в точке,
близкой к абсолютному нулю.
В результате Шредингер приходит к выводу, чрезвы¬
чайно интересному с точки зрения истории и теории
пауки: «Из общей картины наследственного вещества,
нарисованной Дельбрюкком, следует, что деятельность
живой материи, хотя и основана на законах физики,
установленных к настоящему времени, но, по-видимому,
подчиняется до сих пор неизвестным другим законам
физики, которые, однако, как только они будут открыты,
21
должны составить такую же неотъемлемую часть этой
науки, как и первые» [24, с. 70—71].
Эту позицию разделяет, как отмечает Стент [47,
с. 19—23], и сам Дельбрюкк в статье «Биология глаза¬
ми физика». Сама мысль о том, что при изучении гена
не исключена возможность открытия «других физических
законов», по-видимому, была, подчеркивает Стент, той
пружиной, которая толкала физиков к биологии. «Этот
поиск физического парадокса, эта достойная Дон Кихо¬
та надежда, что генетика не может быть понята в рам¬
ках конвенциональной физики, оставались существен¬
ным элементом психологической инфраструктуры твор¬
чества в молекулярной биологии» [47, с. 14].
Шредингер пророчески предсказывает успехи биохи¬
мии (в объяснении действия наследственного вещества),
которые придут под эгидой физиологии и генетики. Он
еще не упоминает теорию «один ген — один фермент»,
которая расчистила путь молекулярной биологии.
Решающим прорывом явилось открытие Уотсоном и
Криком структуры ДНК и механизма ее репликации.
При выяснении механизма репликации ДНК и механиз¬
ма синтеза белка не было выявлено никаких фундамен¬
тальных парадоксов и не было обнаружено никаких
«других физических законов». Для понимания действия
генетического материала, по-видимому, достаточно по¬
нять процесс установления водородных мостиков.
Свой вклад в выяснение проблемы стабильности жи¬
вого вносит и кибернетика, рассматривая эту проблему
в новом ракурсе. Для этого нет необходимости призы¬
вать на помощь волшебную силу божественной кванто¬
вой механики или уповать на появление фундаменталь¬
ных парадоксов.
Высказанные соображения могут служить отправ¬
ной точкой для контраргументации против преформист-
ской концепции. Преформизм в его модернизированной
версии вынужден предполагать, что в зародышевой
клетке наличествует изоморфный или по крайней мере
жесткий гомоморфный аналог (изображение, модель)
взрослого организма. Нужно, однако, отдавать себе от¬
чет в том, что подобный изоморфный или гомоморфный
аналог сам является системой. Эта система может ус¬
пешно функционировать только в том случае, если она
обладает относительной стабильностью, устойчивостью
к изменениям, Любое изменение внешних или внутрен¬
22
них связей должно отрицательно отзываться на функ¬
ции системы как структурно-эквивалентного отражения
некоторого фрагмента действительности. Следовательно,
первое допущение преформистов о том, что структурная
организация макромолекулы зародышевой клетки явля¬
ется изоморфным или гомоморфным аналогом всего
информационного содержания, характеризующего взрос¬
лый организм, с необходимостью ведет ко второму до¬
пущению — наличия соответствующих блоков, управляю¬
щих и регулирующих механизмов, которые предохра¬
няют информационное содержание от отрицательных
воздействий.
Эта констатация представляется важной для разре¬
шения очевидного противоречия между биологически
зарегистрированным принципом эпигенеза и префор-
мистской гипотезой, согласно которой предполагается,
что совокупное информационное содержание взрослого
организма с самого начала в полном объеме закодиро¬
вано в ДНК. Подобное допущение противоречит прин¬
ципам не только биологии, но также физики и химии.
Ибо, как уже говорилось, мы обязаны учитывать в этой
связи и те природные процессы, которые направлены на
разрушение структур.
Какие возможности противодействия деструкции
существуют вообще? Об одной из них — механической и
химической устойчивости материала накопителя — мы
уже говорили, однако в этом случае, по словам Шредин¬
гера, стабильность представляется чудом. Другую воз¬
можность противодействия деструктивным процессам
указывает кибернетика. Средствами, противодействую¬
щими распаду структур, выступают управление и регу¬
лирование. В этом случае мы должны предположить
наличие в макромолекуле ДНК управляющих и регули¬
рующих механизмов. Обсуждение этого вопроса ведет к
углублению содержания понятий управления и регули¬
рования — двух основных понятий техники регулирова¬
ния и теории автоматов. Эти понятия обладают высокой
степенью общности и являются, таким образом, кибер¬
нетическими понятиями. Сущность управления и регу¬
лирования заключается в сохранении структуры си¬
стемы.
Оставаясь на точке зрения преформизма, мы вынуждены были
бы предположить, что механизмы управления и регулирования, со¬
храняющие постоянство информационного содержания во взрослом
23
организме и предохраняющие его структуру от разрушительных
воздействий, функционируют уже внутри макромолекулы ДНК.
Эльзассер [64, с. 126] исключает такую возможность для объ¬
ектов, размеры которых находятся в диапазоне нескольких анг¬
стрем.
Решающую роль для устойчивости информации играет внутрен¬
няя динамика живых систем. Об этом пишет и К. С. Тринчер:
«...В процессе адаптации и эволюции организм собирает и накапли¬
вает собранную информацию в своих безводных структурах. На
устойчивость информации в организме указывал в 1958 году Эль¬
зассер, подчеркивая, что законы, регулирующие устойчивость ин¬
формации в организме, отражают его внутреннюю динамику и лишь
в минимальной степени зависят от информации, поступающей в
организм из внешней среды» [198, с. 104].
Оставаясь в рамках системы понятий техники регулирования,
мы приходим здесь к противоречивым допущениям относительно
сущности жизненных процессов.
Учитывая специфику внутренней динамики живого,
можно сделать следующий принципиальный вывод. Вы¬
деленная из клетки и изолированная ДНК сохраняет
стабильность механически, по принципу минимальных
корпускулярных изменений. ДНК в живой клетке, од¬
нако, сохраняет свою стабильность не только по этому
принципу, но главным образом на основе регулирования
ауторедупликации, замены отдельных фрагментов и
ремонта поврежденных участков. Это происходит с по¬
мощью определенных ферментов, которые в свою очередь
(внутри регулирующего контура) кодируются ДНК-
Речь идет, таким образом, о динамической устойчиво¬
сти, в основе которой лежит стереохимическая реакция
с двойной страховкой. Иными словами, мы имеем дело
с максимальной изменчивостью, которая стабильна вну¬
три себя.
Деструктивно ориентированными изменениями вто¬
ричной структуры ДНК являются разрывы отдельных
связей. Они наступают в результате действия разнооб¬
разных факторов: облучения, токсичных медикаментов,
низкого значения pH, слабого экстрагирования. Разрыв
отдельных связей далеко не всегда приводит к леталь¬
ному исходу. Подобные разрывы образуют основу гене¬
тической рекомбинации. Разрыв одной фосфатной связи
или даже нескольких таких связей в удаленных друг
от друга участках макромолекулы оказывает очень сла¬
бое действие на ее нативное состояние. К тому же су¬
ществует ферментный механизм, с помощью которого
ремонтируются подобные повреждения [69],
24
Генетическое постоянство и изменчивость являются
основой существования и эволюции живых систем. Му¬
тации присущи жизненному процессу и не являются
исключительно результатом воздействия внешних фак¬
торов. Структуры ДНК-полимераз регулируют степень
точности репликации и тем самым частоту возникнове¬
ния спонтанных мутаций. Специфические ремонтирую¬
щие (репарирующие) системы могут в значительной
мере устранить повреждения генетического материала.
Таким образом, организмы достигают оптимума между
постоянством и изменчивостью как наиболее благоприят¬
ной предпосылки эволюции.
Биохимическая стабильность и нестабильность, кото¬
рые ведут к перманентной деструкции и восстановлению
макромолекулы ДНК при одновременном сохранении
(избежании информационных потерь) и изменении на¬
следственной информации (мутации, рекомбинации),
представляет собой основную предпосылку развития
живых существ от их возникновения и до наших дней.
Существование механизмов, с помощью которых может
быть восстановлена поврежденная структура, имеет
чрезвычайно большое значение наряду с рассмотренной
ранее способностью к длительному сохранению накоп¬
ленной информации. Однако недостаточно рассматри¬
вать ДНК как единственный носитель наследственной
информации, а реализацию этой информации — как толь¬
ко управление, то есть некоторое линейное односторонне
каузальное отношение между наследственными задатка¬
ми и образованием белков. Следует учитывать динамику
клетки в целом во всей совокупности механизмов регу¬
ляции и в особенностях взаимоотношения между белка¬
ми и нуклеиновыми кислотами.
Сущность этих взаимоотношений определяется тем,
что белки составляют изменчивый и динамический эле¬
мент, а нуклеиновые кислоты выступают как элемент
консервативный, стабилизирующий. Клетка представля¬
ет собой не «пустой сосуд», в котором находятся наслед¬
ственные задатки, а динамическое образование, при рас¬
смотрении которого должны учитываться противоречи¬
вые отношения между белком, РНК и ДНК, а также
отношения между структурами самой ДНК. Только таким
путем мы можем приблизиться к пониманию стабильно¬
сти накопления организмом информации и избежать
абсолютизации как постоянства, так и изменчивости
25
различных элементов этой противоречивой системы.
Для Эльзассера [64, с. 122 и сл.] характерен акцент на
изменчивость, определенная переоценка значения дина¬
мического элемента. Поскольку живое в соответствии с
принципом дополнительности он представляет себе, с
одной стороны, как механизм или автомат, а с дру¬
гой — как «чистый» жизненный процесс, то и «собст¬
венно живым» является для него только то, что остает¬
ся за вычетом «часового механизма», то есть изменчи¬
вый динамический элемент. Признавая ограниченность
предположения о наличии в организме абсолютно ста¬
тичных, застывших структур, Эльзассер противопостав¬
ляет им динамический и изменчивый элемент. Однако
он останавливается на этом противопоставлении. Сущ¬
ность жизни (в противоположность Шредингеру) он ви¬
дит в сформулированном им принципе немеханического
накопления информации живой материей.
Принцип немеханического накопления информации
гласит, что благодаря охватывающему все структуры
организма обмену веществ в живом не может быть аб¬
солютно застывших статичных структур. Машина же
статична в основе своей конструкции. В этом видит Эль¬
зассер фундаментальное различие между двумя обра¬
зованиями. Однако диалектика жизненного процесса
состоит именно в том, что в нем крайняя стабильность
объединена с крайней лабильностью. Жизненный про¬
цесс представляет собой, как уже говорилось, макси¬
мальную, но внутренне стабильную изменчивость.
Технический автомат и живой организм отличаются
друг от друга и по принципам сохранения существова¬
ния каждым из них. А. И. Опарин подчеркивает: «...Ор¬
ганизмы могут более или менее длительно существовать
только в результате постоянно совершенствующихся и
захватывающих собою все живое химических превраще¬
ний, остановка которых приводит к гибели живой сис¬
темы, к смерти организма...
Таким образом, самый принцип устойчивости, спо¬
собности к длительному существованию у машин и у
организмов совершенно различен. Поэтому и ...черты
сходства этих систем нередко носят лишь очень общий
характер и при более детальном анализе оказываются
чисто формальными» [117, с. 22—23].
Вместе с тем благодаря этой аналогии мы получаем
представление о сущности жизненного процесса. При-
26
•шавая, что живая система вплоть до мельчайших своих
участков подчиняется иным конструктивным принципам,
чем неживая материя, мы приходим к своего рода прин¬
ципу соответствия, который будет рассмотрен в даль¬
нейшем (см. разд. 2.2.2').
Сохранение информации в живой системе основыва¬
ется, вероятно, не только на принципе корпускулярной
неизменности, но имеет своей предпосылкой и «жи¬
вость», то есть постоянство означает здесь не покой, а
постоянное движение охватывающих весь организм хи¬
мических реакций. Структуры возникают и сохраняют¬
ся в динамике обмена веществ, ими же в свою очередь
обусловленного: структура сама есть процесс.
Если мы хотим понять сущность живого, то не мо¬
жем абстрагироваться от процессуального аспекта.
Принцип минимальной корпускулярной изменчивости
предполагает механико-материалистическое понимание
материи. А оно с необходимостью приводит к префор-
мистской концепции, так как любая система получает
жесткую, предопределенную детерминацию, исключаю¬
щую возможность возникновения нового. С этих пози¬
ций процесс развития оказывается принципиально не¬
объяснимым.
Такого рода проблематика может получить объясне¬
ние только на основе диалектико-материалистического
понимания материи, исходящего из того, что материя
противоречива и эта противоречивость, имманентная
материи, является источником постоянного движения,
изменения и развития.
1.4. Организация и сущность жизни
Движение и структурность являются принципиаль¬
ными характеристиками существования материи. Выше
это положение рассматривалось в его специфически био¬
логическом содержании в связи с постоянством и измен¬
чивостью процесса обмена веществ. С организацией мы
имеем дело тогда, когда к ним присоединяется третий
момент: целесообразное функционирование, целенаправ¬
ленное взаимодействие компонентов системы. Скала, на¬
пример, тоже обладает определенной структурой, но
едва ли можно говорить о ее организации. В то же вре¬
мя в различных сферах объективной реальности мы
27
встречаемся с феноменом организации. Говорят о соци¬
альной организации, об организации предприятия, об
организации живых и технических систем. С развитием
кибернетики тесно связаны идеи, ведущие к построению
общей теории систем и общей теории организации.
В настоящее время в этих направлениях ведется ин¬
тенсивная работа. Первые попытки разработки общей
теории организации были предприняты биологом Л. Бер-
таланфи. Он подчеркивал: «Такие понятия, как органи¬
зация, целостность, направленность и телеология про¬
цессов, дифференциация и многие другие, чужды кон¬
венциональной физике. Однако они сплошь и рядом
встречаются в социальных, бихевиоральных и биологи¬
ческих науках, они необходимы нам, если мы занимаем¬
ся изучением живых организмов или социальных групп.
Поэтому проблемой, может быть принципиальной проб¬
лемой, современной науки является общая теория орга¬
низации» [37, с. 9].
К категории организации относится, таким образом,
набор понятий, включающий в себя понятия системы,
структуры, целого, части, отношения между частями, но
также понятия функции, функциональности, координа¬
ции, регуляции и регулирования *, регенерации, приспо¬
собления и др. С помощью этих понятий процессы опи¬
сываются с точки зрения их функциональности, то есть
в их отношении к биологической целесообразности. Вы¬
движение на первый план понятий упорядоченности ни
в коем случае не означает возврата к витализму, а ха¬
рактеризует собой новый шаг в развитии современной
науки.
Изучение общих закономерностей организации живых
систем является специальной областью «науки о биоло¬
гическом регулировании», или биокибернетики. Потреб¬
ность в подобном направлении исследований и в таком
подходе была сформулирована Гессом: «В своем логи¬
ческом развитии организация и регуляция становятся
предметом специального изучения, которое движется от
накопления отдельных фрагментов опыта к пониманию
органической упорядоченности. Задаче ее выявления
часто не уделяется должного внимания, на самом же
1 Следует иметь в виду, что понятие регуляции является значи¬
тельно более широким, чем понятие регулирования, используемое в
технике автоматического регулирования (см. разд. 8.2).
28
деле только решение этой задачи придает физиологи¬
ческому исследованию завершенность» [цит. по: 204,
с. 2]. Значение порядка и организации живого часто
недооценивается из-за недостаточности знаний о сущно¬
сти жизни (эта проблема тесно связана с вопросом о
характере биологических законов). Что же является от¬
личительным и существенным показателем жизни: ма¬
териал, из которого состоит организм, или высокая сте¬
пень упорядоченности и организованности?
При объяснении сущности жизни, по-видимому, речь
должна идти и о том и о другом, то есть и о порядке,
высокой организации, и о субстрате, о материальном
составе. В конечном счете предпосылкой чрезвычайно
высокой координации, тончайшей согласованности хими¬
ческих реакций является соответствующим образом раз¬
витый субстрат. Только на основе высокоспециализиро¬
ванных молекулярных структур могут иметь место слож¬
ные метаболические процессы и их регуляции [34,
с. 463].
В современной же литературе широко распростране¬
на абсолютизация какой-либо одной из сторон. Абсолю¬
тизация субстрата и пренебрежение организацией и ди¬
намикой клетки в целом приводят, например, к тому,
что вирусы рассматриваются как живые организмы. От¬
сюда лишь шаг до предположения о наличии безбелко-
вых форм жизни.
Энгельс определил жизнь как «способ существования
белковых тел» и подчеркнул, что «этот способ сущест¬
вования состоит по своему существу в постоянном само¬
обновлении химических составных частей этих тел» *.
Ударение четко падает на понятие постоянного самооб¬
новления. Здесь заложено глубокое понимание диалек¬
тического единства консерватизма (управления) и об¬
новления (развития), диалектического единства посто¬
янства и динамики. Путь к раскрытию сущности жизни
ведет через изучение процессов и взаимоотношений,
имеющих место внутри белков и нуклеиновых кислот
пли проходящих с их участием. Энгельс в своем опреде¬
лении имел в виду отнюдь не изолированные белки, а
«комплексную систему клетки, которая позже была на¬
звана протоплазмой» [163, с. 5]. Тем, кто настаивает
па одностороннем толковании, можно в этой связи
1 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 20, с. 82.
29
напомнить следующее замечание Энгельса: «Если химии
удастся изготовить этот белок в том определенном виде,
в котором он, очевидно, возник, в виде так называемой
протоплазмы,— в том определенном или, вернее, неопре¬
деленном виде, в котором он потенциально содержит
в себе все другие формы белка... то диалектический
переход будет здесь доказан также и реально, т. е. це¬
ликом и полностью»
Другая крайняя точка зрения, то есть абсолютиза¬
ция порядка или организации (регулирования и управ¬
ления) и пренебрежение субстратной стороной, может
привести к представлению, согласно которому регулиро¬
вание, например, рассматривается как некий первичный
принцип. Такую тенденцию мы обнаруживаем у Р. Ваг¬
нера. Он пишет: «Так мы приходим к выводу: там, где
был первый механизм регулирования, там была и пер¬
вая жизнь» [204, с. 217]. Действительно, никто не ста¬
нет отрицать, что системы регулирования встречаются
только при рассмотрении живых существ или продуктов
их жизнедеятельности [91, с. 31]. Из-за недостатка
функциональных структур в неорганической природе
представляется маловероятным, что и в ней будут обна¬
ружены такие сложные образования, как регуляторы,
преобразующие неупорядоченное взаимодействие в на¬
правленные потоки энергии. В связи с этим предприни¬
маются попытки представить управление или регулиро¬
вание как наиболее характерное свойство живого, опре¬
деляющее качество жизни, поскольку обмен веществ со
средой можно наблюдать и в неживой природе.
Еще Леонардо да Винчи сравнивал обмен веществ в живом
■организме с горящей свечой. Аналогично событиям, происходящим
в организме, в пламени также имеют место преобразования и вы¬
деления веществ. Все, что чем-либо «питается», постоянно погибает
и возникает вновь.
Процессы обмена веществ в неживой природе — про¬
цессы качественно иного вида, нежели обмен веществ
между организмом и средой его обитания. Возникает
задача: показать и доказать наличие качественного
скачка. То же самое относится и к регулированию.
Принцип регулирования не является абсолютно чуждым
неорганической природе. Так, с химической точки зре¬
ния в роли регулятора рассматривается процесс массо-
1 К. М а р к с и Ф. Э н г е л ь с, Соч., т. 20, с, 571,
80
кого воздействия. Можно вспомнить также приведенный
в свое время Клаусом пример поддержания энергетиче¬
ского потенциала звезды на основе цикла реакций Бе¬
те — Вейцзеккера [111, с. 190]. Для каждого отдельно
взятого свойства живой природы можно найти более
или менее сходные аналоги в неорганическом мире, на¬
пример рост кристаллов и т. д.
Управление и регулирование не существуют до жизни, а появ¬
ляются вместе с ней. Это, разумеется, не снижает значения биологи-.
веского обмена веществ. Именно благодаря специфическому управ¬
лению и регулированию в живом становится возможным такой об¬
мен веществ, который похож на соответствующие процессы в не¬
органической природе, пожалуй, только по названию.
Целесообразность строения и процессов также ие является иск¬
лючительной прерогативой живой природы. Широкая согласован¬
ность функций не противоречит законам неорганического мира, од¬
нако в живом существе координация достигает совершенства, недо¬
стижимого в неорганической сфере (мы не говорим здесь о технике,
которая является продуктом человеческого труда).
Если рассматривать определенные процессы в неорганической
природе как метаболические процессы, то логично признавать и на¬
личие регулирования этих процессов. Если же не признавать на¬
личия регулирования, то нет оснований и для того, чтобы рассма¬
тривать какие-либо процессы в неживой природе как процессы об¬
мена веществ в биологическом смысле, а следовательно, выстраи¬
вать соответствующую аргументацию.
Сущность жизни следует искать не в некотором ее
единственном свойстве, будь то порядок или субстрат.
Сущность жизни, ее закономерные связи определяются
высокой координацией в комплексной системе клетки и
процессах межклеточного взаимодействия, в основе ко¬
торых лежит высокоорганизованный специализирован¬
ный субстрат.
Поэтому, очевидно, не имеет смысла утверждение о
том, что отдельные молекулы являются «носителями
жизни». Поскольку мы рассматриваем клетку в качест¬
ве системы, а молекулы — в качестве компонентов сис¬
темы, большое значение приобретает согласованное вза¬
имодействие элементов структуры — организация систе¬
мы. Речь идет, таким образом, о молекулах и о качест¬
вах системы, приобретаемых ею в результате взаимосвя¬
зи молекул.
Решающей заслугой кибернетики является формули¬
ровка представлений о том, что для понимания ком¬
плексных систем недостаточно анализа вещественных
или энергетических взаимосвязей самих по себе, но не¬
обходимо наряду с этим учитывать информационные
31
отношения. Это позволяет по-новому взглянуть и на жи¬
вую клетку. Отношения информации и регулирования,
строящиеся на базе морфологической и биохимической
структур и функций, являются основой жизненных про¬
цессов. Энзимная регуляция связана с тонкой структу¬
рой клетки, которая в свою очередь сохраняется и под¬
держивается благодаря этой регуляции. Наличие этой
специфической связи между структурой и функцией от¬
личает живые системы от самых сложных автоматов.
Это отличие между живыми и техническими систе¬
мами, касающееся особой связи структуры и функции,
наиболее отчетливо проявляется в том факте, что струк¬
тура технического автомата может длительное время
сохраняться даже тогда, когда он не работает, в то вре¬
мя как живой организм может сохранять свою струк¬
туру только при постоянном функционировании*. Со¬
хранение структуры функционирующим организмом, по-
видимому, связано с некоторыми антифлуктуационными
процессами. Благодаря биомолекулярным механизмам
обратной связи живая система не просто сохраняет свою
структуру, но оказывается в состоянии с помощью про¬
изведенных ею самой химических сигналов (биокатали-
тических белков) таким образом изменять свои стати¬
стические свойства, что ее энтропия уменьшается, а
организация растет. Мы можем отметить возрастающую
организованность структуры живой системы в процессе
биологического развития. Информация в живой системе
растет, а элементы системы стремятся не к наиболее
вероятному распределению, а к такому распределению,
которое соответствует упорядоченному состоянию живой
системы. Законы физики и кибернетики налагают опре¬
деленные ограничения на существование подобной сис¬
темы. Согласно первому закону термодинамики, в такой
системе не может возникать или уничтожаться энергия.
Согласно второму закону термодинамики, подобная си¬
стема должна быть энергетически открытой. Уменьше¬
ние энтропии внутри системы должно быть компенсиро¬
вано рассеянием энергии, увеличением энтропии в окру¬
жающей систему среде.
1 Исключение составляют случаи, когда у простых организмов
удается добиться состояния минимальной корпускулярной изменчи¬
вости, например у лиофилизированных (высушенных путем замора¬
живания) бактерий.
32
Кибернетический подход предполагает наличие в по¬
добной системе регулирования, которое осуществляется
через передачу сигналов. Система должна обладать ор¬
ганизацией, обеспечивающей ей возможность выбирать
из множества случайных комбинаций сигналов только
те, действия которых удовлетворяют определенному
критерию. Рост информации в системе должен происхо¬
дить за счет внешних, а возможно, и внутренних (в этом
случае их следует показать) информационных потенци¬
алов.
Мы приходим к следующему важному выводу. Отли¬
чительное свойство жизни состоит в специфической упо¬
рядоченности и организации физико-химических процес¬
сов, осуществляемой путем управления (ДНК — РНК —
белок) и энзимной регуляции обмена веществ и энергии;
в связанности управления и регуляции с молекулярной
структурой клетки и с сохранением этой структуры
(в свою очередь благодаря управлению и регуляции);
в создаваемой этой специфической взаимосвязью струк¬
туры и функции возможности процессов возникновения
информации, а также самоорганизации в онто- и фило¬
генезе. Исследование перечисленных моментов в жиз¬
ненных процессах существенно продвинет нас в объясне¬
нии сущности жизни. Развитие молекулярной биологии,
в частности работы М. Эйгена по самоорганизации ма¬
терии и эволюции макромолекул, подтверждает пра¬
вильность данного направления исследований.
Итак, мы отметили здесь наиболее существенные
признаки жизни, которые будут подвергнуты детально¬
му рассмотрению в части II работы.
1.5. Диалектика структуры и функции
Прогресс в биологии, достигнутый в последние деся¬
тилетия ее развития, основывается на все более точном
изучении связи между биологическими структурами и
вызываемыми ими или возможными на их основе про-
■ цессами. Биохимии и молекулярной биологии удалось
свести все важнейшие проявления жизни к двум основ¬
ным типам макромолекул (нуклеиновые кислоты и бел¬
ки) и взаимодействию их друг с другом, а также с си¬
стемой как целым, включая и внешнюю среду. Обнару¬
женные при этом взаимосвязи обладают химической
2 Зак. 387
33
Или физической природой. Й если в своей совокупной
организации они воплощают собой специфику жизни,
то отдельные взаимосвязи вполне доступны качествен¬
ному и количественному физико-химическому анализу,
а также математическому моделированию, тем самым
все более подчиняясь человеку.
Ф. Энгельс так выразил тесную взаимосвязь физики,
химии и биологии, на которой базируются успехи совре¬
менной биологии: «Физиология есть, разумеется, физика
и в особенности химия живого тела, но вместе с тем
она перестает быть специально химией: с одной стороны,
сфера ее действия ограничивается, но, с другой стороны,
она вместе с тем поднимается здесь на некоторую, бо¬
лее высокую ступень» ’.
В настоящее время ясно, что все свойства клетки
или организма в целом опираются на активность бел¬
ковых молекул, — факт, который гениально предвидел
Ф. Энгельс. Особая роль принадлежит белкам из-за их
каталитических (ускоряющих метаболические реак¬
ции) и формирующих структуру свойств. Функциональ¬
ная способность белковой молекулы в значительной ча¬
сти обусловлена порядком расположения элементов и
их взаимосвязями в высокополимеризованной молекуле.
Поэтому разделение структуры и функции на уровне
подобных макромолекул уже недопустимо. Структуру
невозможно отделить от функции; противоречие между
структурой и функцией, согласно данным молекулярной
биологии, снимается на уровне элементарных процессов;
структура сама является функцией, активностью, процес¬
сом. Однако и на этом уровне нельзя допускать их аб¬
солютного отождествления, поскольку в возникновении
молекул примат принадлежит структуре, а функция
является результатом.
Примат задаваемой макромолекулами ДНК структу¬
ры перед функцией объясняется тем, что белки не воз¬
никают из белков, а по генетическому предписанию и
химической инструкции, содержащихся в нуклеиновых
кислотах, создаются клеточными органеллами путем
перекодирования и переработки этой информации.
Диалектический материализм охватывает единство
структуры и процесса, или функции, открывая движу¬
щую силу всех процессов — диалектическое противоре¬
чие. Оно выступает связующим звеном между структу-
1 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 20, с. 571.
34
рой и процессом, относительной неизменностью и зако¬
номерной эволюцией.
Рассмотрим теперь другую группу макромолекул,
нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Они состоят из
многих тысяч строительных элементов четырех типов.
Порядок расположения этих элементов заключает в себе
предписание определенной последовательности синтези¬
рующих белок аминокислот, так что каждый раз три
элемента обозначают одну аминокислоту.
Функция нуклеиновых кислот состоит главным обра¬
зом в том, что они при содействии белков накапливают,
выдают и передают информацию в другие системы. Од¬
нако это только одна сторона их деятельности. Другая
сторона заключается в том, что они опять-таки при зна¬
чительном участии белков в самовоспроизведении
точно переносят информационное содержание (последо¬
вательность расположения элементов в цепи) на новые
молекулы нуклеиновых кислот, так что эти молекулы,
возникающие благодаря процессу репликации, получают
то же самое информационное содержание. Это именно
тот тип поведения, который необходим для наследо¬
вания.
Структура этих молекул нуклеиновой кислоты четко
соответствует их функциям. Последовательности элемен¬
тов содержат одновременно информацию для синтеза
белков и для постоянного самоудвоения (репликации).
Обеим этим функциям соответствует одна и та же
структура. Как и в случае с белками, здесь также не¬
возможно метафизическое разделение структуры и
функции. Поскольку структура нуклеиновых кислот за¬
дается ими же самими, здесь отсутствует даже примат
структуры и полностью реализуется единство структуры
и функции.
Если от рассмотрения структуры и функции раздель¬
но в двух классах веществ, нуклеиновых кислотах и
белках, перейти к рассмотрению взаимодействия между
этими классами веществ в живых системах, то можно
поляризовать их следующим образом. Информационное
содержание нуклеиновых кислот задает структуру бел¬
ков, которые в свою очередь выполняют все основные
функции жизни. С определенными оговорками мы мо¬
жем видеть в нуклеиновых кислотах реализацию прин¬
ципа структурности и инвариантности, а в белках —
принципа функциональности и телеономии (см. 8.6).
2*
35
Для понимания живого очень важно уяснить, что в
каждой самой простой живой системе структура, задан¬
ная нуклеиновой кислотой, и осуществляемая белками
функция соединены между собой многообразными об¬
ратными связями и что такое соединение появляется
уже на ранней стадии развития живых систем. Это по¬
ложение противостоит основному постулату Ж. Моно,
согласно которому любое философское рассмотрение
эволюции неизбежно предполагает принятие одной из
предпосылок при решении вопроса о том, «какому из
двух свойств, характеризующих живые существа (инва¬
риантность и телеономия), принадлежит причинный и
временной приоритет» [141, с. 35]. Моно, однозначно
признавая примат инвариантности и упрекая многие
философские системы в том, что они ошибочно выбра¬
ли противоположную гипотезу, согласно которой «инва¬
риантность, онтогенез и эволюция... являются выраже¬
ниями первичного телеономического принципа» [143,
с. 37], сам, по сути дела, настаивает на примате нукле¬
иновых кислот при возникновении жизни. Но вопрос о
том, что появилось раньше, нуклеиновые кислоты или
белки, является лишь новой редакцией древнего вопроса
о примате курицы или яйца. В противоположность это¬
му мы должны отметить, что возникновение жизни озна¬
чало лишь вступление нуклеиновых кислот и белков во
взаимодействие, для чего требовалось наличие и тех и
других, поэтому вопрос о том, что было раньше, не
имеет не только значения, но и смысла. Он был бы
оправдан только в том случае, если бы механическая
причинность была единственным принципом упорядочи¬
вания в беспорядочном во всем остальном мире. М. Эй¬
ген [63] совершенно правомерно защищает точку зре¬
ния, согласно которой при рассмотрении клетки подоб¬
ный вопрос отпадает, поскольку функция возможна
лишь в организованной с помощью информации струк¬
туре, а информация получает значение только через
реализацию функции. Эту систему можно сравнить с
линейным круговым процессом, о котором мы должны
предположить, что он некогда имел некруговую форму
и обладал исходной точкой, но что вопрос об этой ис¬
ходной точке утратил значение с того момента, как круг
замкнулся. В этой комплексности структура и функция
взаимообусловлены,
2. Физика и биология
2.1. Квантовая физика
и биологические законы
Можно ли дать исчерпывающее объяснение феноме¬
нов жизни, не выходя за границы системы физических
понятий? С этим далеко не новым вопросом об отноше¬
нии биологии и физики вновь и вновь сталкивается
в своем развитии молекулярная биология.
При обсуждении этой весьма дискуссионной темы
следует исходить из универсальности общих законов
движения материи. В этом смысле живая материя под¬
чиняется тем же законам, что и неживая материя.
Далее, однако, необходимо отметить специфические
свойства живого, объясняющие качественный скачок.
Можно показать, как уже на атомном уровне, на уров¬
не физико-химической формы движения материи, возни¬
кают предпосылки для перехода к биологической фор¬
ме движения с присущими ей специфическими законо¬
мерностями.
Частным аспектом отношений между физикой и био¬
логией является вопрос об отношении технического
автомата и жизни, робота и творческого индивида.
Объяснение этого отношения в период научно-техниче¬
ской революции становится одним из центральных во¬
просов философии, биологии, психологии, социологии и
других наук. Как недоразумения и идеологические на¬
слоения, так и ограниченность современного естествен¬
нонаучного познания до сих пор существенно осложня¬
ли точную трактовку отношения между физикой и био¬
логией. В настоящее время можно назвать по меньшей
мере четыре основные концепции;
37
1) витализм;
2) обобщенный принцип дополнительности;
3) редукционизм (соответственно физикализм);
4) попытки диалектико-материалистического реше¬
ния проблемы.
В связи с этим возникают следующие вопросы:
1. Имеются ли какие-нибудь явления в жизненных
процессах, которые опровергали бы тезис о приложимо¬
сти физических законов в сфере живых систем?
2. Имеются ли какие-нибудь явления в жизненных
процессах, которые оправдывали бы предположение
о необходимости «новой физики» для понимания жиз¬
ненных процессов?
3. Оправдывает ли современное развитие молеку¬
лярной биологии утверждение о том, что жизненные
процессы можно полностью объяснить с помощью физи¬
ческих представлений, разработанных в ходе изучения
неживой природы?
4. Оправдывает ли современное развитие молеку¬
лярной биологии утверждение о том, что при объясне¬
нии жизненных процессов следует учитывать понятия
и взаимосвязи, которые не даны в современной физике
и не вытекают из изучения неживой природы? Если
такими новыми взаимосвязями являются, например,
информационные отношения, то отсюда вытекает вопрос
о соотношении физики и кибернетики, в частности о со¬
подчинении описываемых ими явлений природы.
Вопрос об отношении молекулярной биологии и фи¬
зики на протяжении всего развития молекулярной био¬
логии, начиная с ее создания, оставался в равной мере
биологической и философской проблемой. «Для того
чтобы стать самостоятельной наукой,— пишет Ф. Жа¬
коб,— биология должна была в свое время полностью
освободиться от физики и химии. Однако для того, что¬
бы продолжать анализ структуры и функций живых
организмов, она в середине XX века вынуждена вновь
теснейшим образом связать себя с ними. Из этой связи
возникает молекулярная биология» [97, с. 263].
Развитие молекулярной биологии рассматривается
в работах многих ведущих физиков: Н. Бора, М. Дель-
брюкка, М. Эйгена, В. Эльзассера, К. Фукса, Э. Шре¬
дингера, К. Ф. Вейцзеккера. В дальнейшем мы коротко
рассмотрим их воззрения.
38
2.1.1. «Новая» физика
и прогресс современной биологий
Нильсу Бору принадлежит целый ряд оригинальных
идей, важных с точки зрения обсуждаемой проблема¬
тики. Его интересовала возможность применения в био¬
логической теории определенных принципов квантовой
физики, в частности принципа дополнительности. От¬
правной точкой при этом выступал сам по себе верный
тезис о том, что квантовофизические законы действуют
в живом организме точно так же, как и в неорганиче¬
ских системах. И если принцип дополнительности имеет
существенное значение для квантовой физики, он дол¬
жен иметь значение и для биологического исследования
в той мере, в которой оно развертывается в микрофизи-
ческом диапазоне. Соответственно критика принципа
дополнительности должна, была бы, с точки зрения
Бора, ограничиваться обсуждением вопроса, действи¬
тельно ли существен этот принцип для квантовой физи¬
ки. Согласно представлениям Бора, принцип дополни¬
тельности, освобожденный от своего специфически фи¬
зического содержания и обобщенный, должен служить
средством разрешения теоретико-познавательных ситуа¬
ций, сходных с ситуацией, в свое время сложившейся
в квантовой физике в связи с дуализмом «волна-части¬
ца». Аналогичные в методологическом отношении ситуа¬
ции возникали, например, в связи с тем, что элементар¬
ные структуры и отдельные процессы в живой системе
представляют собой физико-химическую форму движе¬
ния материи. Если рассматривать эти процессы изолиро¬
ванно, как процессы, происходящие в мертвом веществе,
то в них господствуют физико-химические закономерно¬
сти. Если же подойти к ним с точки зрения целостного
живого организма, то есть системы высокой сложно¬
сти с особым режимом взаимодействий, то мы уста¬
новим и здесь господство биологических закономерно¬
стей. Поэтому, если мы хотим познать сущность живого
организма, он должен всегда рассматриваться в духе
обоих подходов. Е[ри рассмотрении в застывших поня¬
тиях автомат и жизнь также находятся во взаимо¬
исключающих системах рассуждения. Синтетическая же
точка зрения погружает автомат и жизнь в диалекти¬
ческое отношение единого и различенного. Одной из
возможных форм осмысления противоречивых способов
39
поведения и является выдвинутый Бором «принцип
обобщенной дополнительности».
В основе принципа обобщенной дополнительности
лежит представление о взаимоисключающем отношении
между утверждением о том, что организм живет, и пол¬
ным знанием о всей совокупности его физико-химиче¬
ских характеристик. И хотя в живом организме не об¬
наруживается нарушения каких-либо физико-химиче¬
ских законов, тем не менее физическое исследование
живого организма, если результаты такого исследова¬
ния позволяют количественно предсказывать поведение
системы, должно убить этот организм или по крайней
мере существенно изменить его поведение. По аналогии
с субъективистским тезисом о том, что неполнота зна¬
ния о системе является существенным компонентом лю¬
бого построения квантовой теории [88, с. 29], в данном
случае формулируется тезис о том, что неполнота зна¬
ния должна выступать существенным компонентом био¬
логической теории [64, с. 156]. Это показывает, что
в трактовке принципа обобщенной дополнительности
Бором, Эльзассером и др. диалектика развертывается
не полностью. Решение проблемы не может состоять
в отказе от полноты физико-химического познания, по¬
скольку речь идет об изменении наших представлений
о биологическом процессе. Не противопоставление,
с одной стороны, «чистой» физики, а с другой — «чи¬
стой» биологии, но выявление тех ограничивающих
физико-лимические процессы условий, благодаря кото¬
рым становится возможным возникновение материаль¬
ных систем высокой сложности и тем самым качествен¬
но новых перспектив развития.
С помощью принципа дополнительности в биологии
выявляется ограниченность как витализма, так и меха¬
ницизма, но вместе с тем сохраняется рациональное
зерно того и другого. Они, однако, только противопо¬
ставляются друг другу. Их рациональные моменты не
изображаются в диалектической взаимосвязи, не осмыс¬
ливаются в их относительной противоречивости и диа¬
лектическом единстве. В концепции дополнительности
речь идет о двух взаимоисключающих и одновременно
взаимодополняющих подходах, которые из-за присущей
им нечеткости могут рассматриваться как логически
непротиворечивые.
40
Сам Бор изменил свои воззрения именно под впе¬
чатлением результатов, полученных в молекулярной
биологии. В работе «Атомная физика и человеческое
познание» он пишет о дополнительности «между’прак¬
тически применяемыми соображениями физико-химиче¬
ского характера и понятиями, которые прямо связаны
с целостностью организма и выходят за рамки физики
и химии» [2]. Под сильным теоретическим влиянием
принципа обобщенной дополнительности в 30-х годах
началась дискуссия о свойствах гена, о мутациях гена
п о природе воспроизводства живых существ. М. Дель-
брюкк, сыгравший одну из главных ролей в этом раз¬
витии, пишет в своей известной работе «Биология гла¬
зами физика», что предположение Бора об аналогич¬
ности ситуации дополнительности в физике и биологии
стало для него «первичным мотивом интереса к биоло¬
гии» [цит. по: 47, с. 32].
Отправляясь в 1938 году в Пасадену, Дельбрюкк
был захвачен идеей прийти через анализ гена к «новой
физике». Будучи твердо убежден в том, что сюрпризы
в физике далеко еще не исчерпаны, он сосредоточивает
внимание на изучении репликации фагов и фаговой
генетике.
В поисках несуществующего парадокса Дельбрюкк
делает важнейшие биологические открытия, например
открытие репликации фагов. Но с зарождением молеку¬
лярной генетики он прекращает дальнейшие исследова¬
ния в этой области, полагая, что отныне бактериофаги
находятся в «надежных руках». Когда же в 1953 году
стало ясно, что процессы наследственности объяснимы
с помощью известных законов физики и химии, Дель¬
брюкк избирает новый объект, на этот раз Phycomyces,
надеясь при изучении проблемы преобразования энер¬
гии (световые импульсы вызывают у этого гриба рез¬
кие наклоны) прийти к «новой физике». Убедившись,
что при изучении Phycomyces нет оснований ожидать
открытия физического парадокса, Дельбрюкк снова
сменил объект исследований, обратившись к одной из
наиболее крупных проблем биологии — исследованию
высшей нервной деятельности.
Как мы уже говорили, Э. Шредингер тоже находил¬
ся под влиянием идей Н. Бора и считал, что биология
послужит источником новых физических законов. То же
|иожцо сказать и о В. Эльзассере, который «первым
41
высказал предположение, что при движении электронов
должны наблюдаться явления, полностью соответству¬
ющие интерференции и дифракции света» [211, с. 581],
и под впечатлением этих успехов также пытался найти
применение в биологии боровскому принципу дополни¬
тельности. В. Эльзассер в своих последних работах от¬
ходит от принципа обобщенной дополнительности [65],
однако из логических соображений он еще крепко дер¬
жится за «принцип конечных классов». Если число
элементов в системе велико, то, согласно Эльзассеру,
число возможных их комбинаций достигает такой
огромной цифры, что они не могут быть исследованы
во всей совокупности. Против этого можно возразить,
что структурность материи определенным образом
ограничивает вариационные возможности элементов.
2.1.2. Объективная возможность, информация
и биологическая форма движения материи
Концепция, исходящая из того, что возможности
атомной физико-химической формы движения материи
могут быть существенно ограничены структурами, при¬
сущими каждой ступени развития материи, в состоянии
преодолеть представления о дополнительности и осо¬
бенно редукционизм и найти диалектико-материалисти¬
ческое решение проблемы. Вместе с переходом к выс¬
шим по сложности биологическим системам вступают
в действие дополнительные детерминирующие факторы,
например информационные взаимосвязи и принципы,
которые ограничивают если не действие квантовомехани¬
ческих законов, то многообразие возможных, согласно
этим законам, состояний и процессов.
Поставив вопрос, каким образом из атомной физи¬
ко-химической формы движения материи могла раз¬
виться форма движения качественно нового типа —
жизнь, следует, как показал К. Фукс [71], учитывать
ряд теоретических и философских соображений.
1. Фундаментальным качеством, обеспечивающим
переход материи от одной ступени к другой, является
неисчерпаемость материи.
2. Каждая специфическая ступень развития, напри¬
мер атомная физико-химическая, биологическая, имеет
43
свой границы, которые устанавливаются закономерно¬
стями данной ступени развития.
3. В этих границах возникают, однако, системы со
все более сложной организацией, следствием чего явля¬
ется возникновение все более сложных форм движения
и дальнейших возможностей развития. Тем самым на
низших ступенях развития создаются предпосылки для
действия новых закономерностей, которые преодоле¬
вают ранее установленные границы и приводят к новой
ступени развития.
4. Законы низших форм движения материи продол¬
жают действовать, иными словами, то, что возможно
биологически, должно быть возможно также и физико-
химически. Но это утверждение необратимо: не все, что
возможно физико-химически, возможно также и биоло¬
гически.
5. Поле физико-химических возможностей ограни¬
чено биологическими законами. То, что с точки зрения
физикохимии выглядит как ограничение, с точки зре¬
ния биологии является селекцией, направленной на от¬
бор более сложных структур, более совершенных сис¬
тем, обладающих высокой организацией. Именно в этой
связи возникает потребность в определенных дополни¬
тельных элементах.
6. Происходит отбор возможностей, так что реали¬
зуется только небольшая часть всех мыслимых отноше¬
ний. Этот принцип отбора не может быть ничем иным,
кроме как отражением закона о действии в больших
системах дополнительного детерминирующего фактора,
обеспечивающего отбор именно биологической формы
из огромного множества структур, возможных с точки
зрения квантовой механики.
В этом вопросе взгляды естествоиспытателей, в том
числе диалектически и материалистически мыслящих,
различны. К. Фукс предполагает, что, несмотря на спе¬
цифические начальные условия, например в курином
яйце, лишь очень небольшая часть возможных по зако¬
нам квантовой механики переходов к более позднему
состоянию соответствует появлению зародыша. И по¬
скольку в большинстве случаев появляется именно цы¬
пленок, должен существовать закон, «который дей¬
ствует в биологической системе как дополнитель¬
ный детерминирующий фактор, позволяющий из всех
43
статистически возможных с точки зрения квантовой ме¬
ханики структур отбирать биологическую форму».
Однако это потребовало бы изменения квантовой
физики, тогда как для подобного изменения нет при¬
чин. Такого рода требования исходили из представле¬
ний о том, что квантовая теория обладает универсаль¬
ным действием и что практически в большой системе
могут реализоваться все возможности. Но квантовая
теория, как и всякая конкретно-научная теория, не уни¬
версальна, она ограничена определенной предметной
областью. С переходом к более сложным системам
вступают в действие дополнительные детерминирующие
факторы, например информационные взаимосвязи и
принципы (принципы отбора), которые ограничивают
многообразие возможных состояний и путей развития.
К. Фукс подчеркивает: «Категория возможности со¬
держит одно противоречие — противоречие неосуще¬
ствленной действительности. На этом противоречии ос¬
новывается неисчерпаемость материи. Однако на сту¬
пени физико-химической формы движения природа, так
сказать, еще не обучена диалектике и противоречие
разрешается механистически. При повторении в стати¬
стическом ансамбле осуществляется любая возмож¬
ность. Точнее сказать, каждая возможность, имеющаяся
на уровне атомной физико-химической формы движе¬
ния, осуществляется в соответствии со своим статисти¬
ческим весом в ансамбле. Но таким путем мы получаем
мир, который движется по замкнутому кругу и так же
мало развивается, как и критиковавшийся Энгельсом
мир классического французского материализма» [71].
Неисчерпаемость материи не в бесконечном продол¬
жении одной и 'той же игры, основанной на комбинации
конечного числа принципиально возможных взаимосвя¬
зей. Речь идет о процессе, в котором развертывание
ограниченного числа возможностей, наличествующих
на определенной ступени, создает предпосылки для ка¬
чественно новой формы движения материи с присущими
ей новыми закономерностями.
Это развитие новых форм движения связано с мате¬
риальными структурами все более высокой сложности.
Главным является то, что в рамках низшей ступени
развития вызревает весь комплекс условий для дей¬
ствия новых закономерностей, ограничивающая опреде¬
ленность которых способствует образованию материаль-
44
иых систем качественно более высокой сложности, от¬
крывая тем самым новые возможности развития.
А. И. Опарин показал, как при определенных усло¬
виях на базе физико-химических законов могли воз¬
никнуть растворы белковоподобных соединений, как
образовались отграниченные от среды системы, высту¬
пившие во взаимодействии со средой предпосылками
для возникновения и действия естественного отбора,
новой закономерности, которая, как подчеркивает Опа¬
рин, «возникла в самом процессе становления жизни и
поэтому носила уже биологический характер» [17,
с. 187].
Естественный отбор в свою очередь ведет к разви¬
тию внутренней организации с выделением системно¬
ориентированных функций (самосохранение, самовос-
производство). Принцип естественного отбора устана¬
вливает, таким образом, более жесткую детерминацию
биологического процесса, способствующую качественно
более высокой организации материи, образованию био¬
логически «целесообразно» организованных и функцио¬
нальных структур, а тем самым и возникновению новых
возможностей развития, проявляющихся в многообра¬
зии растительного и животного мира. «Пути этого даль¬
нейшего развития жизни,— пишет Опарин,— уже не
могут быть поняты просто на основе одних только фи¬
зических и химических закономерностей, так как в ши¬
рочайшем поле возможностей, открываемых этими зако¬
номерностями, жизнь избирает только строго опреде¬
ленные направления, которые диктуются какой-то
специфической исторически сложившейся необходи¬
мостью» [17, с. 187].
Рассматривая эту общую структуру перехода мате¬
рии от одной формы движения к другой, следует оста¬
новиться прежде всего на двух вопросах:
1) характер противоречия, устанавливающего грани¬
цы возможностей развития на уровне атомной физико-
химической формы движения, и
2) особенности новой биологической по своей при¬
роде закономерности, прокладывающей себе путь на
высшей ступени организации физико-химических про¬
цессов и способствующей возникновению жизни.
Как показал М. Эйген, определенные качества мате¬
рии, такие, как отход от термодинамического равновесия
45
и автокаталитические свойства, при ие менее опреде¬
ленных условиях делают возможной селекцию уже в
предбиотической фазе развития (см. разд. 10.8).
В работе «Самоорганизация материи и эволюция
макромолекул» М. Эйген анализирует вопрос о возмож¬
ности обоснования биологии посредством физики в ее
современной форме.
Он признает, что в настоящее время мы не можем
обосновать утверждение о несводимости биологии к фи¬
зике или химии. «Те биологические процессы и явления,
которые сейчас достаточно хорошо изучены,— пишет
он,— мы не можем считать не поддающимися физиче¬
скому объяснению в его современной форме, хотя мы
здесь — как и при изучении макроскопических явлений
неживой природы — при попытках дать детальное опи¬
сание наталкиваемся на определенные ограничения,
которые, однако, не имеют принципиального характера
и связаны исключительно с комплексностью явлений».
Вместе с тем он подчеркивает: «Это, разумеется, не
исключает того, что хорошо известные нам существен¬
ные принципы физики в явлениях жизни предстают
в особой, только для этих явлений характерной форме.
Следует прежде всего назвать представление о ценно¬
сти (характерное для теории порождения информации
и объяснимое с позиций физики), на котором базиру¬
ется процесс оптимизации эволюции, или присущую
этому процессу ориентацию в выборе преимуществен¬
ных направлений в каждый момент времени. Послед¬
нее качество, превращающее эволюцию в цепь «необра¬
тимых» событий, выводится из термодинамической тео¬
рии необратимых процессов» [63, с. 523].
Таким образом, нам предлагается исходить из рабо¬
чей гипотезы о принципиальной сводимости высшего
к низшему до тех пор, пока мы не знаем, как обстоит
дело в действительности: мы имеем право делать дру¬
гие предположения, только будучи вынуждены к этому
ходом исследования; мы должны также понять, что
в живых системах мы сталкиваемся с отношениями,
с которыми обычно не встречаемся в физике и химии
при изучении неживой природы.
В этой связи особую важность приобретает вопрос
о возможности редукции кибернетики к физике и ее от¬
ношении к биологии. Как указывает И. Пейль [153],
с одной стороны, часто имеет место более или менее
46
формальный перенос представлений и понятий теории
информации на биологические процессы передачи, прие¬
ма, накопления и переработки информации, с другой
стороны, понятие «информация» на качественно более
высоком уровне привлекается для объяснения жизнен¬
ных процессов. Такие типичные биологические процес¬
сы, как редупликация, отбор, приспособление и др.,
нуждаются в более глубоком осмыслении. Особенно
важную роль играет информация на биохимическом и
молекулярно-биологическом уровнях при попытках объ¬
яснить возникновение жизни. Именно этот последний
случай применения понятия информации тесно связан
с вновь встающим в последнее время вопросом отно¬
шения физики и биологии.
К специфическим признакам, которые, по мнению
биологов, отличают организмические структуры от не¬
органических тел, относятся обмен веществ, редуплика¬
ция и мутация как предпосылка эволюционного процес¬
са. К. Ф- Вейцзеккер пишет: «Если обратить внимание
па эти три характеристики жизни, то прежде всего при¬
ходит в голову, что подлинное объяснение постоянства
формы все время изменяющейся материи является за¬
дачей именно кибернетических моделей...
Если кибернетические модели действительно рабо¬
тают... то проблема обмена веществ сводится к физиче¬
ской проблеме в той мере, в какой кибернетику можно
понимать как редукцию к физике. Этот вопрос еще сле¬
дует рассмотреть» [208, с. 237—251].
Если понимать физику как «единственно возможную
теорию поведения объектов во времени» [208], то ки¬
бернетика, как и дарвиновская теория эволюции, также
относится к физике, и последняя выступает практически
в качестве объективированной науки вообще. Но тогда
речь идет уже не о физикализме, понимаемом как ре¬
дукция высших форм движения материи к законам и
принципам, объясняющим низшие формы движения.
Соотношение физики, биологии и кибернетики рас¬
сматривается метафизически и тогда, когда кибернети¬
ка объявляется редукцией к физике [25], и тогда, ког¬
да кибернетике и физике вообще отказывается в точках
соприкосновения. В действительности же речь идет
о диалектическом противоречии [153], содержащемся
уже в тех феноменах, которые мы обозначаем как ин¬
формацию. Последнюю следует понимать в связи
47
с диалектикой структуры и функции, как отношение
структурной эквивалентности между взаимодействую¬
щими системами. Становится ли в ходе этого взаимо¬
действия физическая структура информацией, зависит
от того, может ли она быть преобразована в управле¬
ние, в телеономическое поведение. Информация, таким
образом, сама выступает как физическая структура и
одновременно как нечто управляющее физическими
структурами, как некая «новая природная сила» [76].
Важно помнить также и о том факте, что основные
физические законы не содержат непосредственных
утверждений о живых существах, эти утверждения дол¬
жны быть выведены из законов. Физические законы
устанавливают наличие в разных сферах объективной
реальности отличительных свойств, которые могут быть
определены как специфические закономерности каждой
из этих сфер. Основные законы физики позволяют,
таким образом, обосновать все многообразие явлений,
однако из них не может быть дедуцирована конкрет¬
ная структура, для этого требуется конкретизировать
представления о рассматриваемой системе путем введе¬
ния определенных ограничений. При этом решающее
значение приобретает информация о случайно осуще¬
ствлявшемся, то есть констатация фактического, реали¬
зованной возможности. Общие же законы содержат
только высказывания об объективно возможном.
Биосфера принципиально не может быть дедуциро¬
вана во всех ее конкретных формах из физики, так как
биосфера представляет собой нечто в данный момент
единственно фактическое (реализованную возмож¬
ность), в то время как высказывания основных физиче¬
ских законов относятся к более ранним ступеням, на
которых все объективно возможные варианты высту¬
пают как равноправные. Это утверждение можно счи¬
тать следствием из тезиса о том, что объективная слу¬
чайность играет существенную роль в эволюции (см.
разд. 10.7).
Каждый шаг, который не полностью детерминиро¬
ван (в классическом смысле слова), включает в себя
увеличение информации, поскольку реализованная
в этом случае возможность не преформирована одно¬
значно как одна из нескольких ранее имевшихся воз¬
можностей. Таким образом понимаемая информация не
может быть редуцирована к физико-химическим зако¬
48
нам. Если в процессе развития не все является исходно
детерминированным, то именно в этом случае имеем
дело с подлинным развитием, с появляющимися в его
ходе альтернативами, которые обусловлены вероятно¬
стным характером управляющих процессом закономер¬
ностей. В таком смысле вполне правомерно говорить
об увеличении информации, поскольку реализованная
возможность задает специфическое ограничение, не
обязательно содержащееся в основных физических за¬
конах.
Такой подход позволяет разработать более четкую
формулировку понятия информации, согласно которой
информация о системе включает в себя сообщение имен¬
но о том, что не может быть определено в процессе гене¬
зиса системы на базе основных физических законов
[72].
Конечно, в кибернетике, вычислительной технике и
т. д. понятие информации с полным правом использу¬
ется в гораздо более широком смысле. Однако только
приведенное выше определение информации отражает,
па наш взгляд, ее самостоятельность относительно ос¬
новных физических законов.
Обобщая ранее сказанное, можно поставить
вопрос: В чем же заключается то новое, что делает мо¬
лекулярную биологию — еще молодое направление ис¬
следований— столь значительной и актуальной в фило¬
софской дискуссии?
Ответ гласит: Молекулярная биология однозначно
подтверждает, что нет необходимости в поисках некоей
«новой физики» или особой жизненной силы, но что
физико-химические методы, испытанные в изучении не¬
живой природы, должны быть модифицированы в соот¬
ветствии со спецификой жизненных процессов.
Речь идет прежде всего о том, чтобы учитывать
целый ряд новых факторов и взаимосвязей, с которыми
мы обычно не встречаемся в физических и химических
исследованиях. Возникновение и воспроизводство такой
статистически невероятной структуры, как структура
белковой молекулы, не могут быть объяснены исключи¬
тельно с помощью известных физикам и химикам тер¬
модинамических принципов. К ним должен быть доба¬
влен новый компонент — информация. Только благо¬
даря ей становится возможным программированное,
49
управляемое, иными словами, регулируемое протекание
и воспроизводство невероятных событий.
Под впечатлением успехов биофизики, кибернетики
и особенно молекулярной биологии в последнее время
все чаще высказывается уверенность, что физикализм
в его неограниченной форме оправдан и в биологии.
В биологии признается плодотворным рабочий принцип,
согласно которому чисто физическое описание живого
организма в ходе исследования является якобы доста¬
точным. Как только такая установка приводит к труд¬
ностям, следует выяснить, лежит ли причина трудно¬
стей в том, что на данном этапе исследования еще не¬
известны некоторые существенные подробности, или же
речь идет о принципиальной недостаточности физика-
листской рабочей гипотезы. В последнем случае мы
получаем существенно новое знание. Рассматриваемые
в дальнейшем гипотезы нацелены именно в этом напра¬
влении. Задачей философского размышления является
обсуждение всех возможных путей познания и соответ¬
ствующих гипотез.
2.2. Физические аспекты нефизикалистской
и невиталистской биологической теории
2.2.1. Спор между механицизмом и витализмом
Физикалистской, или механицистской, мы называем
позицию, представители которой исходят из того, что
биологические закономерности являются лишь частным
случаем физических законов и могут быть полностью
выведены из этих последних. Иными словами, физика-
листская позиция предполагает наличие отношений
изоморфизма между системами физических и биологи¬
ческих понятий, так что биологическая форма движения
материи может быть полностью редуцирована к физи¬
ко-химической.
Однако биологические законы нельзя полностью вы¬
вести из законов физики (например, квантовой физи¬
ки), как это сейчас нередко пытаются сделать с хими¬
ческими законами. Но и химия, даже если рассматри¬
вать ее как часть физики, не может быть «полностью
сведена к квантовой механике. Ее теоретическое ядро,—
пишет X. Лайтко, — формируется в гораздо большей
£0
степени как специфический синтез нескольких физиче¬
ских теорий. Синтетические процессы подобного рода
типичны для периода интеграции наук» [127].
Благодаря применению физики и химии в исследо¬
вании живого организма биологией нашего века были
достигнуты наиболее значительные успехи в этой обла¬
сти. Физико-химическое объяснение жизненных процес¬
сов является предпосылкой для их материалистической
интерпретации. Механистичной является только попыт¬
ка редуцировать все жизненные процессы к процессам,
допускающим физико-химическое объяснение. Различе¬
ние между «сведением» как необходимым шагом позна¬
ния и «редукцией» как выражением определенной фи¬
лософской позиции (редукционизма), с порога отверга¬
ющей специфику живого, является исключительно важ¬
ным. Это отмечал и Лескер [128].
Виталистской мы называем позицию, представители
которой исходят из того, что законы физики и химии
неприменимы при функционировании и развитии живых
организмов. Эта позиция в настоящее время не находит
приверженцев. В преодолении последних оплотов вита¬
листской позиции, в частности виталистского истолкова¬
ния проблемы целесообразности, немаловажны заслуги
кибернетики. Кибернетике удалось доказать, что столь
важный для витализма принцип целесообразности
может быть сведен к чисто физическому процессу
(в области техники), соответственно к физико-химиче¬
скому процессу (в сфере живых систем) благодаря ис¬
пользованию представления об отрицательной обратной
связи. Было также доказано (см. разд. 8.6), что даже
такие качества, как репликация и рост, могут быть
объяснены концепцией обратной связи. Тем самым
оказалось невозможно • указывать в качестве отличи¬
тельных свойств жизни некоторые единичные признаки
(например, как это делает Рассел, целенаправлен¬
ность), которые якобы присущи живому в полном от¬
рыве от физико-химических процессов. Рассел же всего
за два года до появления фундаментальной работы
Розенблюта, Винера и Бигелоу [214] писал: «Совер¬
шенно очевидно, что аналогия между организмом и ма¬
шиной поверхностна и неубедительна, хотя бы на том
основании, что организм представляет собой самосохра-
пяющееся, саморастущее и саморазвивающееся един¬
ство, а именно этого нельзя сказать ни об одной маши¬
51
не» [177, с. 7]. В противоположность этому фон Ней¬
ману [148J удалось показать, что результаты Тьюринга
[199] обосновывают логическую возможность скон¬
струировать машину, которая в свою очередь будет
проектировать другие сложные машины.
Гомеостат Эшби демонстрирует феномен «залечива¬
ния ран», то есть самоорганизационных процессов при
нарушении структуры. Это доказывает, что в действии
достаточно изощренно сконструированных технико-ки¬
бернетических систем может быть реализован еще один
признак, который, с точки зрения Дриша, является ре¬
шающим для живого. Дриш писал о своих опытах
с яйцами морских ежей: «Машина, то есть запрограм¬
мированная на выполнение определенного действия
структура, не сохраняется как таковая, если ее разде¬
лить надвое, или разобрать, или вынуть из нее какие-
либо части, или, хотелось бы еще добавить, поменять
ее части местами» [58а, с. 27]. В соответствии с харак¬
терным для того времени уровнем развития техники
Дриш имел в виду довольно примитивные машины и
не знал гомеостата. Разумеется, можно задать вопрос,
реализуется ли в гомеостате диалектика целого и части
так же глубоко, как в живых системах, и в частности
в опытах Дриша. И. Б. Новик [15] также указывал на
особое новое качество целостных отношений в мозге
по сравнению с аналогичной группой отношений в авто¬
матическом устройстве. Физико-химические процессы
могут протекать вне связи с явлениями жизни, но не
наоборот. Иными словами, биологические процессы не
могут быть отделены от физико-химических, но не все,
что возможно с физико-химической точки зрения, воз¬
можно также и биологически, так как в последнем
случае мы имеем дело с дополнительной детерминацией
со стороны биологических законов.
В дальнейшем мы попытаемся более подробно обос¬
новать тезис о том, что законы физики и химии никогда
не нарушаются в живом, однако биологические законы
не являются частными случаями законов физики или
химии. Биологические законы шире, более объемлющи
и тем самым более конкретны, чем физико-химические
законы в их применении к жизненным процессам и
явлениям. Иными словами, между физико-химической
и биологической системами понятий нет отношений
изоморфной субординации.
52
Наука б наследственности — Генетика — показывает,
что в зародышевой плазме существуют структуры, об¬
разующие фундамент наследственности, и что накоп¬
ленная в этих структурах информация передается от
поколения к поколению. Здесь имеет место следующее
принципиальное замечание. Даже если генетика еще не
исследовала всех деталей проблемы, разрыв между со¬
держанием информации взрослого организма и хромо¬
сомы в зиготе человека чрезвычайно велик. Информа¬
ционное содержание взрослого человеческого организма
оценивается в 5 ХЮ25 битов, а человеческой хромосо¬
мы— в 1011 битов [55, с. 361].
Преформист и механицист должны были бы пред¬
положить, что отсутствующая информация, необходи¬
мая для построения взрослого организма, где-нибудь
скрыта. Они исходили бы из предположения о полном
информационном накоплении. Действительно, методы
современной генетики совершенствуются. Однако и
в современном своем состоянии генетика достаточно
развита, чтобы позволить нам дать приблизительную
оценку информации с точностью до порядка. История
физики учит, что доказательство принципиальной нена¬
блюдаемое™ часто предшествовало радикальным изме¬
нениям теоретических концепций (например, концепции
эфира, опровергнутой опытом Майкельсона). Физик
имеет право сказать, что если некоторый феномен экс¬
периментально ненаблюдаем, то он представляет собой
нечто не имеющее действия на природные процессы.
И если механистическая или преформистская концеп¬
ции требуют, чтобы наряду с информацией, регистри¬
руемой в хромосомах зиготы, допускалось существова¬
ние еще некой «скрытой» информации, то эта недоступ¬
ная экспериментальному наблюдению информация, ско¬
рее всего, не существует. Гораздо более вероятной вы¬
глядит гипотеза о том, что в процессе онтогенеза про¬
исходит рост информации.
Речь идет, таким образом, о проблеме роста инфор¬
мации при переходе от зародышевой клетки к многокле¬
точному организму. В этой форме проблема со всеми
вытекающими из нее следствиями для понимания про¬
цесса жизни в ее мировоззренческом значении была
впервые поставлена В. Эльзассером. Он исходит из того,
что количество информации в эмбриональных клетках
существенно меньше, чем- во взрослом организме.
53
«Никакая серия измерений, проведённая на эмбрио¬
нальной клетке, не может установить в ней полный
информационный объем такого рода». Эльзассер раз¬
вивает так называемую эпигенетическую концепцию,
которая основывается на существовании закономерно¬
стей, определяющих рост информации при развитии
эмбриона.
Согласно Эльзассеру, эти закономерности не имеют
аналогов в физике и носят поэтому специфический
«биотонический» характер. Биотоническое поведение
характеризуется полной физической непредсказуе¬
мостью.
С этой точкой зрения полемизировал советский фи¬
зик Волькенштейн [6], который не поддержал пред¬
ставленную Эльзассером концепцию обобщенной допол¬
нительности и связанный с ней отрыв физики от био¬
логии. Ссылаясь на аргументы Рейвена, Волькенштейн
показал, что относительно генетической информации
речь может идти только об увеличении избыточной
информации. Рейвен в своей критике концепции Эльзас¬
сера подчеркивает, что постоянство информации, нако¬
пленной в материальных структурах эмбриональной
клетки, нельзя недооценивать и что количественное
значение информации в оплодотворенном яйце, приво¬
димое Эльзассером, указывается неверно. Можно пока¬
зать, что при развитии многоклеточного организма рас¬
тет не специфическая информация наследственной
структуры, а избыточная информация.
Это верно, если иметь в виду только генетическую
информацию. Но разве тем самым можно считать ре¬
шенной проблему увеличения информации в онтогенезе
вообще? Не следует ли учитывать, кроме генетической,
и другие виды информации?
Мы разделяем мнение, согласно которому в онтоге¬
нетическом развитии имеет место приращение информа¬
ции, хотя эта новая информация по своему виду и
функциям отличается от генетической. Это обстоятель¬
ство следует подчеркнуть, так как Эльзассер, говоря
об увеличении информации в онтогенезе, не пояснил,
что имеется в виду не генетическая информация.
Онтогенез не полностью преформирован (подробнее
этот вопрос обсуждается во второй части работы).
В процессе онтогенеза возникают неопределенные си¬
туации в вероятностном смысле, которые находят свое
54
выражение в многообразии индивидуальных различий.
Отсюда ясно, что нельзя понять индивида, ограничи¬
ваясь изучением ДНК.
Как объективная вероятность, так и субъективная
случайность ведут к индивидуальным различиям, так
что в итоге количество информации оказывается боль¬
шим, чем в макромолекулярной структуре ДНК. Но для
того чтобы прийти к такому выводу, недостаточно оце¬
нивать лишь информационное содержание эмбриональ¬
ной клетки сравнительно со взрослым многоклеточным
организмом.
Здесь можно утверждать, что сложность структуры
в ее противопоставленности другой структуре, онтологи¬
чески связанной с первой, нельзя измерить просто поня¬
тием информации. Если речь идет о развитии, определяе¬
мом закономерностями только в терминах категории не¬
обходимости, имманентных законам, которые однозначно
действуют относительно обеих структур, то нет никакого
смысла говорить об увеличении информации. Если же в
этом процессе развития появляются различные альтер¬
нативные возможности, обусловленные вероятностным
характером имманентных закономерностей, то в этом
случае правомерно говорить об увеличении информации,
то есть о реализации одной из нескольких реально суще¬
ствовавших возможностей.
В онтогенезе речь идет не о возникновении некото¬
рой биологически значимой информации вообще и не
о принципиальном изменении существующих сущностей
(а тем самым о случайности как собственно движущей
силе), а лишь о дополнении многозначного сообщения.
Но прежде всего следует отметить, что филогенетиче¬
ское развитие представляет собой творческий процесс,
а не простое развертывание заданной структуры.
2.2.2. Проблема морфологической стабильности
живого организма и принцип соответствия
В качестве ответа на вопрос, можно ли полностью
объяснить биологические явления, опираясь только на
уже известные законы физики и химии, мы находим
у В. Гейзенберга следующее замечание: «Подобно тому
как ранее в химии, ныне на основании самых простых
биологических опытов осознают, что живые организмы
обнаруживают такую степень устойчивости, какую во¬
обще сложные структуры, состоящие из различных мо¬
лекул, без сомнения, не могут иметь только на основе
физических и химических законов. Поэтому к физиче¬
ским и химическим закономерностям должно быть что-
то добавлено, прежде чем можно будет полностью
понять биологические явления» [7, с. 77].
Если мы будем опираться лишь на принцип техники
автоматов, в соответствии с которым существует тесная
корреляция между химической и физической стабиль¬
ностью материала-накопителя и стабильностью нако¬
пленной информации, то у нас останется невыяснен¬
ным целый ряд проблем. Хотя существование «биоло¬
гической долговременной памяти», длительное сохране¬
ние полезной информации, морфологическая стабиль¬
ность взрослого организма и др. являются очевидными,
они не могут быть полностью объяснены по аналогии
с автоматами.
Сходная ситуация имела в свое время место в хи¬
мии, когда было установлено, что химические элементы
обнаруживают в своем поведении стабильность, совер¬
шенно не свойственную механическим системам. Ста¬
бильность и единообразие атомов одного элемента были
очевидны, и тем не менее выводы из принципов клас¬
сической физики противоречили этим очевидным фак¬
там, как только предпринималась попытка применить
эти выводы к модели атома. Согласно резерфордовской
модели, атом состоит из тяжелого положительно заря¬
женного ядра и оболочки отрицательно заряженных
электронов, которые под действием электрического при¬
тяжения обращаются вокруг ядра. Бор первым понял,
что, согласно закономерностям классической физики,
атом не может оставаться длительное время стабиль¬
ным, то есть способным к существованию, так как
электроны при постоянном излучении света должны
«падать» на ядро. Бор исходил при этом из того, что,
сохраняя экспериментально обоснованную модель, сле¬
дует одновременно учитывать данные химии. Решаю¬
щим выводом Бора было заключение о неприменимости
к атому законов классической электродинамики, по¬
скольку в этом случае модель не обеспечивала бы ста¬
бильности атома во времени.
«Тем самым,— пишет Вейцзеккер,— был достигнут
новый уровень физического мышления: следует искать
не новые модели, а новые законы природы» [207,
с. 352]. В основе этого мышления, которое охватывало
противоречащие друг другу факты и оказывалось в со¬
стоянии на более высоком уровне связать их в непро¬
тиворечивое единство, лежал принцип соответствия.
Для нашего вопроса о стабильности биологических
структур, о сохранении информации в «биологической
долговременной памяти» можно, по мнению Эльзассера
[64, с. 170], ожидать открытия некоторого биологиче¬
ского принципа соответствия. Следует, однако, пояс¬
нить, что соотношение между физической и биологиче¬
ской теориями выглядит принципиально иначе, неже¬
ли описанное соотношение между физикой и химией.
Еще раз подчеркнём, что в живом никогда не наруша¬
ются законы физики и химии. В этом отношении ситуа¬
ция коренным образом отличается от той, с которой
столкнулся Бор. Тем не менее в этой аналогии содер¬
жится методологическое указание на существование спе¬
цифических биологических закономерностей. Наличие
«биологической долговременной памяти», стабильность
биологических структур и т. д. очевидны. Память хра¬
пит наши впечатления с раннего детства. Лицо друга
мы узнаем даже через много лет. Много лет сохраня¬
ется в организме сообщенный вакцинацией иммунитет
к ряду болезней. Все это отчетливо демонстрирует мор¬
фологическую стабильность взрослого организма, а так¬
же способность к «биологическому долговременному
запоминанию». В то же время мы не находим в орга¬
низме какого-либо физического или химического мате¬
риала-накопителя, абсолютно жестких структур, в кото¬
рых могла бы «замораживаться» накопленная инфор¬
мация. Белковые тела и другие макромолекулы нахо¬
дятся все время в чрезвычайно динамичном состоянии.
В живой клетке имеется сеть структур, обладающих
динамически обусловленной стабильностью и пластич¬
ностью. Реакции протекают как множество единичных,
в большинстве своем обратимых шагов, как система,
которая с химической точки зрения выглядит крайне
неприспособленной для возникновения стабильных
структур.
На этом и основывается, по словам Гейзенберга,
убежденность в том, что «к физическим и химическим
закономерностям должно быть что-то добавлено, преж¬
де чем можно будет полностью понять биологические
57
явления» [7, с. 77]. Это можно интерпретировать как
требование учитывать собственно биологические эле¬
менты поведения, которые могут быть поняты только
на основе биологических же закономерностей. Но выра¬
жение «к физическим и химическим закономерностям
должно быть что-то добавлено» само по себе неудачно.
Оно предполагает, что биологические явления можно
объяснить, если к понятию физико-химического процес¬
са добавить некое понятие о так называемом «чистом»
биологическом процессе, «чистой» биологической форме
поведения. Отсюда лишь один шаг до витализма. Нам
действительно следует, до тех пор пока это возможно,
пользоваться системой понятий физики, химии и тех¬
ники автоматов, точнее, до тех пор, пока исследования
не показывают нам, что постановка вопроса должна
быть расширена и модифицирована. Возвращаясь к па¬
раллели с развитием квантовой химии, мы видим, что
вначале выяснялось, при каких условиях сохраняют свою
действенность классические понятия (принцип соответ¬
ствия), и только позже, каким образом должны быть
модифицированы принятые в сфере нашего повседнев¬
ного опыта понятия, например место и импульс. Точно
так же понятия структуры, целостности, комплексности
важны для живой системы, но не как некое дополне¬
ние, а как модификация чисто физико-химического
процесса, подобно тому как, например, понятия волны
и частицы модифицировали понятия места и импульса.
Так, принцип соответствия дополняет классическую ди¬
намику представлениями о квантовомеханическом пове¬
дении.
Отсюда следует, что сохранение информации в тече¬
ние жизни организма не может быть адекватно описано
в системе понятий техники автоматов. В основе этого
явления лежат существенные биологические закономер¬
ности, относительно которых принципы техники авто¬
матов выступают в качестве первой грубой, хотя и
чрезвычайно плодотворной, аппроксимации. Применяя
здесь своего рода биологический принцип соответствия,
мы убеждаемся, что экспериментальное исследование
биологических форм поведения не может быть оторвано
от изучения автоматов и механизмов. Этот принцип по¬
казывает вместе с тем плодотворность применения по¬
нятий техники регулирования и техники автоматов
в исследовании биологических явлений.
68
Есть веские основания полагать, что многие элемен¬
ты поведения организма могут быть имитированы до¬
статочно сложными автоматами. Поэтому представля¬
ется вполне оправданным использование физиологами
при изучении живого процедур и методов техники авто¬
матов. Методологическое использование принципа соот¬
ветствия будет постоянно напоминать нам, что понятия
«чистого» автомата и «чистого» физико-химического
процесса нуждаются в модификации, хотя практические
отклонения могут быть и невелики. Как квантовая ме¬
ханика начинает с того, что она называет классической
моделью, так и при изучении биологических форм пове¬
дения следует начинать с аппроксимации, применяя
системы понятий теории и техники автоматов, а соот¬
ветственно физики и химии. Таким путем мы можем
глубже проникнуть в сферу биологического, используя
этот плацдарм и для еще более глубокого ее исследо¬
вания.
Резюмируя сказанное, можно сформулировать сле¬
дующие тезисы:
1. Живое существо и автомат находятся в диалек¬
тическом отношении единства и различия, которое
в методических целях можно сравнить с отношением
квантовой физики и классической механики. В раскры¬
тии отношений напряженности между квантовой меха¬
никой и классической механикой заключается главное
философское значение боровского принципа соответ¬
ствия.
2. Открытие новых законов в физике означает, что
старые в некоторых пунктах неверны или неполны.
Отношение биологической теории к теории автоматов
или к «чистой» физической теории, как уже говорилось,
является отношением совсем иного типа. Законы физи¬
ки не нарушаются в живом. Таким образом, принцип
соответствия как выражение напряженности между
квантовой механикой и классической механикой высту¬
пает как принцип, имеющий общее методологическое
значение для отношений между смежными теориями.
3. Применение этого методологического принципа
к соотношению биологической теории и теории автома¬
тов можно охарактеризовать следующим образом: если,
согласно принципу соответствия, квантовая физика по¬
нимается как теория более глубокая, широкая, общая,
по в то же время и более конкретная, чем классическая
59
механика, то с этих же позиций биологические законо¬
мерности можно рассматривать как более глубокую,
широкую и конкретную характеристику жизненного
процесса сравнительно с его пониманием и объяснени¬
ем в терминах и закономерностях техники автоматов,
2.2.3. Понятие структуры
и понятие высокосложной системы
Понятие структуры находит все более широкое при¬
менение в различных конкретно-научных дисциплинах.
Это выражение объективной тенденции современных
наук. Вначале предпринимались попытки осмыслить
живое как целое в его тотальности. Затем его начали
членить, стремясь выделить те элементы, которые пред¬
ставлялись его элементарными кирпичиками. Такой
подход к живому ведет к все более глубокому проник¬
новению в бесконечное разнообразие химических и фи¬
зических элементарных процессов. Для наблюдения
мельчайших количеств вещества и энергии используется
все более сложная аппаратура. Вначале биология, об¬
разцом для которой была классическая физика, зани¬
малась поиском определенного биохимического процес¬
са или определенной морфологической единицы, кото¬
рые, согласно тогдашним представлениям об атоме,
могли бы выступить в качестве жестких, стабильных,
поддающихся четкому ограничению элементарных кир¬
пичиков (атомов живой природы). Затем, однако, воз¬
ник вопрос, не упускается ли при поэлементном анали¬
зе системы какое-либо важное ее свойство. Ведь эле¬
менты, вступая в связь с другими элементами, обра¬
зуют комплексы более высокого порядка. Спрашивается,
не происходит ли существенного изменения элементов,
если они изучаются изолированно, в отрыве от всеоб¬
щих связей целого? Такая постановка вопроса стала
основой нового подхода.
Речь идет о том, чтобы не ограничиваться исследо¬
ванием отдельных элементов, но обращать основное
внимание на их взаимодействие, не ограничиваться
свойствами отдельных процессов, а изучать свойства
целостностей. В этой связи особое значение в самых
различных отраслях современной науки приобрело по¬
нятие структуры. Эта линия развития науки и привела
60
1) конечном счете к появлению кибернетики, которая
занимается функциональными типами поведения инфор¬
мационных структур.
Структура — сравнительно постоянная сеть отноше¬
ний между элементами или элементарными процессами.
Структурой называется расчленение системы на свя¬
занные одна с другой подсистемы, совокупность доста¬
точно постоянных отношений между частями одного
целого. Во всех областях действительности, где элемен¬
ты образуют относительно устойчивое целое, наличе¬
ствуют структуры. Фрагменты действительности, в кото¬
рых обнаруживаются и изучаются структуры, мы назы¬
ваем системами. Системы — сознательно отграничен¬
ные, структурированные фрагменты действительности
вместе с их существенными связями с окружением. Сис¬
темный аспект кибернетики, подчеркивал Клаус [И],
является ее основным и решающим аспектом.
Действительность не может быть познана вся сразу,
поэтому человек сознательно вычленяет определенные
ге части и определенные отношения, связывающие эти
части с остальной действительностью, выделяет их из
всеобщей взаимосвязи. Каждая наука изучает выделен¬
ные таким образом объекты, которые, будучи поставле¬
ны в идеализированные условия и подвергаясь в процес¬
се эксперимента контролируемым воздействиям, позво¬
ляют выявить некоторые закономерные типы поведения.
Системы классифицируются в соответствии с различ¬
ными критериями, одним из которых может служить
степень их сложности. По этому критерию системы
могут быть подразделены на:
1) простые системы,
2) сложные системы и
3) высокосложные системы.
При обсуждении вопроса о сложности системы осо-
бос значение приобретают два аспекта. Сложная систе¬
ма должна, во-первых, обладать большим числом раз¬
личимых элементов, то есть детализованной структурой,
в, во-вторых, обнаруживать разнообразие отношений
между элементами структуры.
Если мы говорим о сложности, мы предполагаем
наличие обоих аспектов. Большое число различимых
частей и тем самым высокое содержание информации
выступает необходимым, но недостаточным условием
для того, чтобы данная система была определена как
61
сложная. Для этого необходимо еще установить много¬
образие видов взаимодействия между элементами струк¬
туры.
В практике, однако, часто ограничиваются указани¬
ем на наличие первого аспекта. В качестве измеритель¬
ного инструмента используется понятие «количество ин¬
формации», то есть теоретически минимальное число
знаков, необходимое для однозначного кодирования
данного содержания.
Если рассматривать системы с точки зрения их
сложности, то (возвращаясь к вопросам, обсуждавшим¬
ся в предыдущем разделе) в начале шкалы окажутся
обычные физические и химические системы, а в ее кон¬
це — живые организмы с их множеством структур,
богатством отношений между структурными элемента¬
ми и интеграцией всех структурных уровней, от макро¬
скопического до молекулярного.
Все это позволяет обозначить живой организм как
систему высокой сложности. Оба признака сложности
представлены в нем в самой высокой степени.
Куда отнести, однако, технические автоматы? Техни¬
ческие системы представляют собой некоторую проме¬
жуточную ступень. Как опредмечивание сущностных
сил человека, технические автоматы и другие сложные
технические системы обнаруживают более высокую
степень сложности, нежели простые системы неживой
природы, не являющиеся продуктом человеческого тру¬
да. В технических системах удалось осуществить опре¬
деленные принципы функционирования, придающие
этим системам типы поведения, которые до сих пор
наблюдались только у живых организмов. Тем не ме¬
нее между техническими и живыми системами имеется
большое различие в степени сложности. Существует
разрыв между относительной гомогенностью неоргани¬
ческой материи, из которой состоят технические систе¬
мы, и структурно-динамической сложностью живых
организмов. Сравнивая по степени сложности простей;
шую живую клетку с высокодифференцированным орга¬
низмом, можно убедиться, что различие между ними;
гораздо меньше, чем та глубокая пропасть, которая от-:
деляет простейший живой организм от самого сложно-)
го вычислительного устройства. На это неоднократно
указывал Квастлер [159], оценивая информационно^
содержание живых систем.
62
На количественные различия между схемами элек¬
троники и схемами нервной сети обращал внимание и
Штейнбух. Нервная система представляет собой высо¬
чайшей сложности систему, содержащую Ю10 нейро¬
нов. Число элементов в схемах технических приборов,
включая и технические приборы будущего, подчерки¬
вает Штейнбух, в принципе не превысит 105 или 106. Он
делает заключение: «Точный анализ такой системы ре¬
шительно невозможен... Очевидно, что чисто количе¬
ственные факторы делают понимание человеческих мыс¬
лительных процессов невозможным» [25, с. 33—34].
Однако для Штейнбуха огромное количественное раз¬
личие в сложности систем не означает принципиально¬
го качественного различия. Он просто очерчивает гра¬
ницу возможностей чисто физического понимания сис¬
тем, отмечая, что системы высокого уровня сложности
не могут быть точно и детально описаны.
Резюмируем вышесказанное.
1. Сложность системы зависит от гомогенности ее
структуры и богатства отношений между структурными
элементами.
2. Сложность нельзя рассматривать аддитивно. Ко¬
личественный рост сложности системы путем качествен¬
ных скачков приводит к образованию новых типов по¬
ведения. При этом следует учитывать наряду со слож¬
ностью уровень организации системы вообще, и в осо¬
бенности подлинную диалектику части и целого, как
она проявляется в живой системе.
Исходя из этого, рассмотрим вопрос о том, в какой
мере возможно изучение жизненных процессов на осно¬
ве понятий и представлений, полученных при исследо¬
вании автоматов.
На вопрос о том, можно ли построить вечный дви¬
гатель, современная наука с уверенностью отвечает от¬
рицательно. С не меньшей уверенностью можно отве¬
чать утвердительно на вопрос о том, можно ли послать
человека в космос. Что же касается поставленного
нами выше вопроса, то на него в настоящее время
могут быть даны различные ответы:
1) жизненные процессы с их сложными типами по¬
ведения не могут быть поняты на основе данных о по¬
ведении автоматов,
2) они могут быть полностью поняты таким спо¬
собом,
63
3) они могут быть поняты частично.
На вопрос о том, можно ли автоматизировать интел¬
лектуальные процессы, сегодня следует с уверенностью
ответить утвердительно, учитывая опыт все более широ¬
кого использования сложных вычислительных устройств
в управленческой деятельности. Что же касается воп¬
роса о том, в состоянии ли будет машина когда-либо
осуществлять творческие интеллектуальные процессы,
соответственно в той или иной мере понимать и объяс¬
нять интеллектуальные функции, используя материал
исследования автоматов, то здесь ответ не может быть
однозначным.
Очевидно, на уровне поведения снова встают про¬
блемы, аналогичные спору между виталистами и меха¬
ницистами. Ответ на этот вопрос чрезвычайно ослож¬
няется, потому что нынешняя биологическая наука еще
очень далека от решения связанных с ним проблем.
В настоящее время она, пожалуй, не в состоянии даже
поставить эти проблемы достаточно четко.
Не меньшую сложность представляет и то обстоя¬
тельство, что третий вариант ответа может получить
самое различное обоснование. С одной стороны, частич¬
ное, приблизительное познание жизненных процессов
с помощью системы понятий теории автоматов может
быть связано с признанием некоторой принципиальной
границы познания, делающей невозможным детальное
физическое описание системы. С другой стороны, здесь
может иметься в виду, что в живом организме дей¬
ствуют не только физико-химические, но и биологиче¬
ские законы.
Кибернетика создает своим операциональным мето¬
дом новый подход к проблеме «душа — тело». Она
позволяет интерпретировать то, что мы наблюдаем,
исследуя духовные функции, как прием, переработку,
накопление и передачу информации.
И если, например, в XIX веке Дюбуа Реймон пола¬
гал, что между физикой и феноменом сознания суще¬
ствует непреодолимая пропасть, то кибернетика под¬
тверждает материалистический тезис о том, что любая
ситуация сознания опирается на физически объяснимую
ситуацию живого организма. «Я думаю,— пишет
Штейнбух,— что мы можем так же рационально анали¬
зировать мыслительные функции, как мы анализируем
наш обмен веществ или мышечную деятельность. Отказ
64
от такого изучения «жизни души» я считаю большим
упущением. Мы должны использовать все способности
нашего ума, чтобы в будущем понять то, что пока еще
не поняли» [25, с. 21].
Здесь высказана последовательная материалистиче¬
ская точка зрения в соединении с характерным для
этой позиции познавательным оптимизмом. Несколько
выше Штейнбух пишет: «Жизненный опыт неискушен¬
ного человека делит для него мир на две части: на
этом берегу — количественно измеримые явления фи¬
зики, на том — таинственная сфера человеческого по¬
ведения. Пока физика не поднималась выше проблем
рычага и янтаря, не было возможности увидеть связь
между нею и сферой человеческого поведения. Правда,
позднее более глубокое изучение анатомии и физиоло¬
гии заставило признать, что человеческое тело подчи¬
няется физическим законам. После открытия Ф. Веле¬
ра (1828) появилась даже возможность получать синте¬
тическим путем органические вещества. Однако до сих
пор продолжают верить, что психические функции яв¬
ляются исключением, на которое физические законы не
распространяются.
Когда такие представления передаются из поко¬
ления в поколение и закрепляются, то попытка по¬
колебать их расценивается как святотатство» [25,
с. 20].
Диалектический материализм, опираясь на резуль¬
таты современного естествознания, последовательно
отстаивает позицию, согласно которой физическое и
психическое нельзя ни свести одно к другому, ни отде¬
лить одно от другого, поскольку они находятся в диа¬
лектическом отношении структуры и функции. Психи¬
ческое есть функциональное свойство материи мозга,
форма проявления внутреннего состояния высокоорга¬
низованной материи.
Возвращаясь к соотношению между техническим
автоматом и живым организмом, мы видим, что и здесь
на уровне функционального поведения мы сталкиваемся
с ситуацией, аналогичной старому спору между механи¬
цистами и виталистами. Можно ли на основании резуль¬
татов, полученных при изучении автоматов, полностью
или частично понять сложные формы поведения живых
систем? Иными словами, достаточны ли законы физики
и химии для исчерпывающего описания поведения
3 Зак. 387
65
живых организмов, как утверждают сторонники после¬
довательного неограниченного физикализма. Последне¬
му противостоит концепция, исходящая из того, что
специфическая структура и организация вместе с обще¬
значимыми основными законами физики являются осо¬
бым свойством жизни. На этой основе возможно диа¬
лектико-материалистическое решение вопроса об отно¬
шениях между физикой и биологией.
Развитие науки уничтожило разрыв между физикой,
химией и биологией [63]. Биохимия, молекулярная био¬
логия и кибернетика окончательно выяснили, что между
неживой и живой природой нет пропасти. Это, однако,
не означает, что жизненные процессы не обладают спе¬
цификой в сравнении с «чистыми» физико-химическими
процессами. Принципы физики и химии выражаются
в жизненных процессах в специфической для этих про¬
цессов форме. Это подтверждает, например, разрабо¬
танное Эйгеном физически обоснованное понятие цен¬
ности в процессе оптимизации эволюции, характерное
для теории информации. Биологическая форма движе¬
ния материи может быть объяснена как физико-хими¬
ческое движение, однако — и именно это является ре¬
шающим — как движение на новом, более высоком
уровне сложности (общем уровне организации) систе¬
мы, на новом уровне более глубокой внутренней детер¬
минации, а тем самым как движение, качественно отли¬
чающееся от простой физико-химической его формы.
Биологические закономерности не противоречат про¬
стым законам поведения на низших уровнях, но в то
же время не могут быть редуцированы к этим послед¬
ним, поскольку биологическим закономерностям присущ
интегральный характер сравнительно с более простыми
физико-химическими законами. Они включают эти за¬
коны, ограничивают многообразие возможностей физи¬
ко-химической формы движения материи, создавая тем
самым новые возможности развития.
Диалектико-материалистическое понимание отноше¬
ний между физикой, химией и биологией противостоит
как витализму, так и механицизму. Оно неизбежно вы¬
ходит и за пределы концепции обобщенной дополни¬
тельности, согласно которой биологические законы сле¬
дует понимать как дополнение физико-химических зако¬
нов. Специфическая структура, целостность, сложность и
изменчивость характерны для живой системы; они не
66
есть нечто дополнительное, они модифицируют «чистый»
физико-химический процесс.
1. Опыт преодоления субъективистских трактовок
квантовой физики свидетельствует: если описание раз¬
личных экспериментов с помощью привычного набора
понятий приводит к тому, что эти понятия не могут
быть одновременно и непротиворечиво использованы
при описании объективно существующего объекта, то
следует не отказываться от представления о последнем,
но искать пути изменения системы понятий. Если поня¬
тия, отражающие некоторое содержание, оказываются
непригодными, это означает, что отражаемые ими свой¬
ства не могли наблюдаться.
2. Преодоление альтернативы «механицизм или ви¬
тализм» осуществляет диалектический материализм.
Он отвергает негативные стороны как витализма (тезис
о непознаваемой трансцендентной жизненной силе),так
и механицизма (отрицание специфики живого, редук¬
ция живого к механическому движению и чистым фи¬
зико-химическим процессам), сохраняет позитивные
элементы обеих позиций (акцент на специфике живого
в витализме и подчеркивание материалистического ха¬
рактера и познаваемости живого в механицизме), диа¬
лектически связывает их между собой на более высо¬
кой ступени. В диалектико-материалистической форму¬
лировке проблема заключается в том, чтобы показать
специфику законов живого как законов материального
и познаваемого процесса.
3. При решении этой проблемы в методологическом
отношении может оказаться полезным опыт квантовой
физики, установившей условия действенности классиче¬
ских понятий (принцип соответствия) и необходимость
модификации привычных понятий, опирающихся на про¬
стую наглядность. В живых системах мы также встре¬
чаемся с понятиями, которые базируются на наглядном
представлении о наблюдаемом мире. Частично это по¬
нятия физики и химии, в том числе и таких специфи¬
ческих отраслей физики, как техника связи и автома¬
тов. И здесь следует иметь в виду, что может возник¬
нуть необходимость модифицировать эти понятия.
4. Чрезвычайно высокая сложность живых систем
не есть нечто случайное — это составная часть их сущ¬
ности. Пронизывающая все структуры динамика и
подлинная диалектика части и целого, несомненно,
з*
67
представляют собой качественно новую форму общей
взаимосвязи, которая также модифицирует наши поня¬
тия «чистого» физического процесса и «чистого» авто¬
мата, как понятия волны и частицы модифицировали
понятия места и импульса.
5. С точки зрения диалектического материализма
высшая форма движения материи — живое — является
результатом взаимодействия объектов низших форм
движения материи, которые в свою очередь предста¬
вляют собой результат определенного взаимодействия.
Поэтому высшей форме движения присущи свойства,
которые даже частично не характерны для входящих
в нее низших форм движения. Взаимодействие дает не¬
что новое, присутствовавшее в изолированных компо¬
нентах только в виде возможности, в зародыше.
6. Молекулярное строение живой системы обладает
благодаря управляемому и регулируемому обмену ве¬
ществ очень высокой степенью организации. Множество
взаимозависимостей приводит к тому, что молекуляр¬
ные изменения проявляются в общем поведении систе¬
мы и вызывают к жизни новые особенности в ее макро¬
скопическом поведении. Отдельные молекулярные изме¬
нения не нивелируются по статистической средней. Их
действие при определенных обстоятельствах распро¬
страняется с течением времени на все уровни организа¬
ции живых систем. Существует тесная связь между хи¬
мическими процессами высшего уровня и многообра¬
зием микроконфигураций органических макромолекул.
7. Живая система — система высокой сложности.
Высокая сложность живого организма как системы
предполагает максимально тонкую структуру, дифферен¬
цированность и разнообразие частей (ингомогенность),
а также максимальное многообразие взаимоотношений
между частями системы (интегративность). Эти усло¬
вия существования высокосложной системы обеспечи¬
ваются обменом веществ наряду с чрезвычайной спе¬
цифичностью, изменчивостью и многообразием бел¬
ковых тел.
8. Принцип регулируемой организации противостоит
в живых системах принципу микрофизической вероят¬
ности. Сохраняющая живую систему динамика ограничи¬
вает возможности, задаваемые законами квантовой
физики. Живой организм не является жесткой системой,
подчиняющейся механическому детерминизму (в кото¬
68
рой, по словам Иордана [102, с. 66], действует желез¬
ная необходимость, и только в исключительных слу¬
чаях отдельные явления, имеющие место на микроуров¬
не, находят отражение в макропроцессах), он обладает
новой возможностью подлинного развития.
9. Динамика жизненного процесса включает диалек¬
тическое единство части и целого, структуры и измен¬
чивости, специфических и неспецифических процессов,
необходимости и случайности в объективно возможном.
На основе внутренней противоречивости живой материи
возникают все новые возможности биологического раз¬
вития, ограничение которых в процессе развития приво¬
дит к увеличению информации.
10. Таким образом, если гипотеза об увеличении ин¬
формации в процессе развития верна, то именно про¬
цесс возникновения информации является тем, что су¬
щественно отличает живую материю от неживой.
3. Проблема преодоления
субъективизма и агностицизма
в физике и биологии
3.1. Принцип конечных классов
Принцип «обобщенной дополнительности», развитый
в свое время Бором, был дополнен Эльзассером в двух
аспектах: «принципом немеханического накопления ин¬
формации» и «принципом конечных классов». Выдвигая
«принцип конечных классов», Эльзассер исходит из то¬
го, что боровская формулировка «обобщенной дополни¬
тельности» несовершенна, в частности, и потому, что она
касается одной-единственной системы и помех в ее
функционировании. Однако объектом исследования экс¬
периментальной биологии являются обычно не столько
индивидуальные системы, сколько классы систем
Идеальный наблюдатель в лапласовском смысле, буду¬
чи не в состоянии исследовать мозг или другую высоко¬
сложную систему, бактериальную клетку и т. д., не
вводя определенных ограничений относительно будуще¬
го поведения изучаемых систем, должен при таком
подходе отказаться от утверждений, относящихся к
индивидуальности систем, заменив их утверждениями
статистического плана. В последнем случае он считает
объектом своего исследования целый класс клеток или
других биологических объектов. Из этого класса он слу¬
чайным образом может выбрать несколько экземпляров
и попытаться точно определить их клеточную структуру.
В процессе исследования отдельные экземпляры разру¬
шаются, по крайней мере существенно нарушается их
поведение. Биологи при этом наблюдают за остальны-
1 Эльзассер пишет: «Мы не останавливаемся перед тем, чтобы
разрушить ту или иную индивидуальную систему в процессе иссле¬
дования, если считаем, что .это принесет нам знание о других си<
стемах, относящихся к тому же самому классу» [64, с. 150].
70
Мй экземплярами тбго Же класса, не подвергавшимися
экспериментальному исследованию и связанным с ним
нарушениям поведения. Далее должны быть установле¬
ны взаимосвязи между знаниями, полученными при
определении молекулярного строения систем, и знания¬
ми, полученными в процессе наблюдения остальных эк¬
земпляров того же класса. Идеальный лапласовский
наблюдатель должен предположить, что на основании
точного определения молекулярной структуры одних
экземпляров он сможет однозначно предсказать поведе¬
ние не подвергавшихся исследованию экземпляров того
же класса. Однако дело обстоит не так.
Определение молекулярного строения части экзем¬
пляров позволяет выдвигать утверждения статистиче¬
ского характера о поведении остальных экземпляров
того же класса. С этим связана гипотеза о том, что
поведение клетки в организме, а также и человеческая
деятельность не могут быть редуцированы к жесткой
механической системе, к механизму.
Эльзассер отмечает, что число членов одного класса
является в действительности хотя и очень большим, но
ни в коем случае не сверхбольшим *. Очень большое
число членов одного класса оказывается очень малым,
если сравнить его с сверхбольшим числом связей, ко¬
торые могут быть осуществлены. Так, если бы на¬
блюдатель Лапласа решил исследовать мозг людей, то
он располагал бы для этой цели в максимальном
случае тремя миллиардами, то есть 3 X 109 экземпля¬
ров. Это весьма крупная цифра (логарифм этого числа
меньше 10, иными словами, речь идет о бесконечно
малом числе среди сверхбольших). Общее число ато¬
мов в достижимом для нас мире составляет 1080, его
логарифм не превышает 80. Это тоже очень большое
число, однако и оно оказывается бесконечно малым,
если сравнивать его с сверхбольшими числами ком¬
бинаторики, выражающими не количество некоторых
предметов, а количество возможных взаимосвязей.
Очень большие числа имеют логарифмы меньше 100, в
то время как логарифмы комбинаторики очень часто
превосходят 100, то есть в подавляющем большин¬
стве случаев речь идет о сверхбольших числах. Так,
' Понятие сверхбольшого числа вводится Эльзассером [64,
71
Найраку [145] удалось, например, установить, что ло¬
гарифм числа, описывающего количество возможных
взаимосвязей в структуре мозга актера, наверняка пре¬
вышает 10 000 000.
Бактериальные клетки из-за неизмеримого числа связей, возни¬
кающих и могущих возникнуть в процессе обмена веществ, прини¬
мают огромное количество состояний в ходе взаимодействия со
средой. Эмпирически очевидно, что человеческое поведение также
характеризуется гигантским числом возможных состояний. Мозг
(при его нормальном функционировании) может реализовать беско¬
нечное число возможных состояний, поскольку бесконечно большим
является число возможных связей между структурами мозга. Най-
рак пишет: «Я уже показал в одной из работ, что лишь малый
фрагмент человеческой деятельности (трехчасовая радиопередача в
исполнении актера) требует от мозга такого числа возможных со¬
стояний, что его логарифм оказывается обычно равным 0,162 X Ю8
[145, с. 80].
Эльзассер в этой связи отмечает: «Независимо от
того, согласны ли мы с идеей об использовании поли¬
меризации макромолекул для накопления информации,
числа, с которыми мы имеем дело, столь значительны,
что заслуживают более подробного исследования» [64,
с. 153].
Физики и химики уже давно работают с очень боль¬
шими числами, которые и образуют действительную ос¬
нову статистической механики. Появление бесконечных
чисел связано не только с биологией, но и с комбина¬
торикой вообще. Решающую роль играет, однако, то
обстоятельство, что бесконечное число комбинаций или
связей имеет различное физическое значение для нежи¬
вой и для живой системы.
Итак, если наблюдатель Лапласа намерен точно рас¬
считать поведение биологической системы на основе ее
молекулярной структуры, то он не может ограничиться
небольшим числом вычислений, так как эта структура
не является гомогенной. Возможное число связей струк¬
тур мозга является бесконечно большим. Оно больше,
чем очень большое число имеющихся на Земле экзем¬
пляров мозга. Поскольку в данном случае избыточная
информация практически отсутствует, исключается воз¬
можность экономного наблюдения. Таким образом, ста¬
тистическое исследование бесконечного числа связей в
структуре мозга, на которых основывается человеческое
поведение, представляется невозможным. И поскольку
имеющееся число экземпляров является не бесконечно
72
большим, а только очень большим, то исследованию
(а тем самым и разрушению или существенному нару¬
шению функций) пришлось бы подвергать весь вид в
целом. Поэтому невозможно изучать распределение бес¬
конечно большого числа связей, располагая только
большим числом индивидов.
Это высказывание и содержится в принципе конеч¬
ных классов, которым Эльзассер дополняет боровский
принцип обобщенной дополнительности. Чего же доби¬
вается Эльзассер, выдвигая принцип конечных классов,
который, по его мнению, должен стать существенным
элементом биологической теории?
С помощью этого принципа Эльзассер хочет обеспе¬
чить в описании живого организма логически непроти¬
воречивое сосуществование физических и биологических
закономерностей. «Мы обязаны предполагать, что дока¬
зательство противоречия между физическими и биотони-
ческими законами невозможно ’. Мы должны предпола¬
гать невозможность подобного доказательства потому,
что это единственное условие сохранения биотониче-
ских законов», — пишет Эльзассер. «Классы организмов
бесконечно малы в сравнении с числом микроскопиче¬
ских конфигураций, в которых могут быть организова¬
ны члены каждого класса. Динамика этих систем тако¬
ва, что биотонические законы могут существовать и не
приходить в противоречие с любым физическим утверж¬
дением по поводу класса в целом; числа членов класса
не хватило бы, чтобы статистически доказать противо¬
речие» [64, с. 159].
Такова точная формулировка, данная Эльзассером
своему принципу. Основная мысль, выражаемая этим
принципом, заключается в том, что гипотеза о предска¬
зуемости поведения не может быть ни доказана, ни
опровергнута, и причины этого лежат в природе самих
процессов, а не в техническом несовершенстве современ¬
ной техники эксперимента.
Подобную же мысль, однако без ссылок на принцип
дополнительности, формулирует и Визер [213]. Элемент
агностицизма выступает у него еще более отчетливо:
«Система высокой сложности, каковой является
1 О предложенном Эльзассером понятии «биотонический» см.
разд. 3.2.
73
организм, не может быть разложена на поддающиеся
описанию единичные процессы. В любом случае мы по¬
лучаем в результате «нерастворимый остаток». Поэтому
система в целом не поддается рационализации или пред¬
метному моделированию. Следствием такого подхода не
является, однако, необходимость прибегать для объясне¬
ния специфики жизни к представлениям о некоторой
особой силе или субстанции типа «жизненной силы» и
подобных ей образований. Поскольку причиной непри¬
менимости методов рационализации к описанию живого
организма выступают его способ организации, его струк¬
тура, то вполне достаточно именно в этих его качествах
и видеть специфику жизни. Введение каких бы то ни
было дополнительных «сил» в этом случае неоправдан¬
но» [213, с. 25].
Здесь иными словами сформулирована главная
мысль, лежащая и в основе концепции Эльзассера. Свое¬
образие живого принимается как постулат и объясняется
тем, что структурное строение биологической системы
является не вполне рациональным, а соответственно это
строение невозможно воспроизвести в технической мо¬
дели. Невозможность рационального соотношения, как
об этом говорит Визер, или, как можно было бы сказать
по аналогии с квантовой физикой, нечеткость, которую
обнаруживают понятия теории автоматов относительно
высокосложных организмов, — все это и составляет свое¬
образие жизни. Принцип конечных классов Эльзассера
находит у Визера следующее обоснование: «Целостный
организм во всем многообразии его функции не может
быть воссоздан из изолированных процессов и фраг¬
ментов. Внутри организма каждый элемент выполняет
не только свои элементарные, но частично и системные
функции, которые вытекают из бесконечных взаимосвя¬
зей элементов. Мы можем только в ограниченной мере
получить знание об этих системных свойствах, посколь¬
ку функционирование системы хотя и очевидно, то есть
выражается в ее поведении, но только в простейших
случаях может быть «разобрано» на отдельные связи и
описано в аналитических понятиях. Расчленение разру¬
шает именно ту предпосылку — целостность системы,—
на которой базируется анализируемое поведение» [213,
с. 24—25].
Против элементов агностицизма, содержащихся в
приведенных рассуждениях Визера, особенно настойчи¬
74
во выступил Штейнбух в своей работе «Автомат и че¬
ловек» [25, с. 38—40], хотя и у него подлинная пробле¬
матика целостности не рассматривается как проблема
диалектического целого (см. об этом 3.2 и 10.5.1).
Прежде чем перейти к проблеме преодоления агно¬
стицизма, мы хотели бы продемонстрировать, насколько
понимание принципа конечных классов как методологи¬
ческого средства оказывается близким пониманию прин¬
ципа дополнительности в квантовой физике.
Когда Эльзассер говорит о том, что принцип конеч¬
ных классов должен стать существенным элементом
биологической теории, он тем самым утверждает, что
неполное знание высокосложной системы является су¬
щественным элементом любой формулировки в теорети¬
ческой биологии.
Согласно воззрениям Эльзассера, имеется «чисто»
физическое и «чисто» биологическое понимание живого
(механицизм — витализм) как два взаимоисключающих
и одновременно взаимодополняющих способа описания,
которые в связи со свойственной обоим подходам не¬
четкостью понятий могут быть представлены как непро¬
тиворечивые.
При этом отчетливо выступают границы механисти¬
ческого мировоззрения. Однако все еще предполагается,
что представления о жизни можно в принципе совме¬
стить с понятиями «чистого» физико-химического про¬
цесса, с понятиями, описывающими «чистые автоматы».
Существование биологических закономерностей высту¬
пает в этом случае как определенная форма ограниче¬
ния наших познавательных возможностей, как некая
принципиальная граница познания, как агностический
принцип, подобно, например, предположению Бора о
том, что отказ от полноты физического знания «откры¬
вает поле» для появления других физически невыводи¬
мых закономерностей.
Соответствующим образом формулирует свой прин¬
цип обобщенной дополнительности и Эльзассер: «Подоб¬
ные измерения настолько сильно влияют на организм,
что биологические процессы модифицируются, или их
обычное протекание нарушается еще до того, как изме¬
рения достигают такой степени точности, которая по¬
зволила бы нам специфицировать природу биотониче-
ских процессов в терминах индивидуального молекуляр¬
ного взаимодействия. И наоборот, если мы наблюдаем
75
биотоническое поведение организма, не проводя подоб¬
ных детальных исследований и микроизмерений, то мы
тем самым отказываемся От познания отдельных моле¬
кулярных процессов, а вместе с тем и от возможности
описать биотонические формы поведения в терминах
молекулярного взаимодействия» [64, с. 149].
В качестве методологического образца Эльзассер от¬
кровенно ссылается на позитивистскую интерпретацию
квантовой физики.
Принцип конечных классов, который должен теоре¬
тически обосновать принципиальную ненаблюдаемость,
базируется на целом ряде ошибочных предпосылок. Как
мы уже видели, Эльзассер не скрывает, что этот прин¬
цип опирается на чисто комбинаторные рассуждения.
Он просто устанавливает многообразие возможных ком¬
бинаций. В объективной реальности, однако, всегда
имеют место групповые структуры. А это означает, что
в действительности с самого начала реализуются не все
возможные комбинации, имеются определенные ограни¬
чения. Образование групп происходит при наличии опре¬
деленных условий. И если подобные ограничивающие
условия известны, можно обойтись значительно мень¬
шим числом изучаемых объектов.
Например, построив роту солдат в одну линию в лю¬
бом порядке, то есть без дальнейших ограничительных
условий, мы будем располагать довольно большим чис¬
лом возможных комбинаций. Это число, однако, рез¬
ко уменьшится при введении дополнительного условия,
например построения по ранжиру. При этом условии
окажется допустимым только один вид строя, если мы
отвлечемся от возможности нахождения в строю не¬
скольких солдат одинакового роста. Чем жестче вы¬
бранные условия, тем успешнее мы можем отбирать оп¬
ределенные группы, примером может служить отбор
путем соответствующих условий (экзаменов) круга лиц,
допускаемых к занятиям в вузе. Сходную картину на¬
блюдаем мы и в происходящих в организме химических
процессах, где основные реакции являются во много раз
более вероятными, чем побочные реакции, что было бы
невозможно при отсутствии ограничивающих условий.
В этой связи Зегаль употребляет понятие «невероят¬
ной реакции», обнаруживающей в своем протекании за¬
кономерности, не свойственные вероятным реакциям,
которыми занимаются химики. «Этот принцип невероят¬
76
ной реакций является господствующим в химическом по¬
ведении живого организма,— пишет Зегаль.— Нет, пожа¬
луй, ни одной биохимической реакции, которая спонтан¬
но протекала бы вне организма... Если эти процессы осу¬
ществляются в нашем теле, то только потому, что их де¬
лают вероятными специфические биологические катали¬
заторы—ферменты, причем чрезвычайно узкая специа¬
лизация ферментов обеспечивает сохранение детермини¬
рованного характера протекания реакций» [184, с. 274].
Классы организмов бесконечно малы в сравнении с
числом микрообъединений, в которые могут вступать
члены этих классов, считает Эльзассер. Теперь мы, од¬
нако, видим, что при наличии ограничивающих условий
элементы группы вступают не во все теоретически воз¬
можные комбинации.
Кроме того, принцип конечных классов Эльзассера
базируется на одностороннем восприятии процесса чело¬
веческого познания. Иордан, Эльзассер и другие пози¬
тивистски ориентированные исследователи останавли¬
ваются на уровне явления, наблюдаемого факта, данно¬
го нам в опыте, и отрицают познаваемость сущности
вещей и явлений. Познание нельзя отождествлять с ре¬
гистрацией наблюдаемых событий, с наблюдением фак¬
тов. Они действительно всегда ограничены. Познание —
это выявление на базе эмпирических фактов общих за¬
конов природы, общества и мышления. Процесс позна¬
ния не имеет границ, это бесконечный процесс продви¬
жения от незнания к знанию, от явления к сущности
первого порядка, второго порядка и т. д.
Вероятностный характер происходящего не выводит¬
ся просто из нарушений в объекте во время его иссле¬
дования, а специфика жизни — из принципа конечных
классов. Вероятностный характер присущ самому жиз¬
ненному процессу.
3.2. Дуализм волны-частицы
и понятие всеобщей взаимосвязи
Принцип дополнительности предполагалось исполь¬
зовать в биологии для разрешения познавательной си¬
туации, аналогичной той, что в свое время сложилась
в квантовой физике при исследовании проблемы
дуализма волны-частицы. Что такое электрон? Частица
или волна? Ответ гласил: ни то ни другое, а нечто не
поддающееся описанию в классических понятиях. Изме-
77
рйтельные приборы способны сообщать нам о свойствах
микрообъектов только в классических понятиях (на¬
глядных понятиях), поскольку сами приборы принадле¬
жат к макрокосмосу. Подобное наглядное описание до¬
стижимо, однако, только в том случае, если мы отказы¬
ваемся от единого толкования всего относящегося к
электрону опыта и ограничиваемся каждый раз опреде¬
ленной областью этого опыта.
Иными словами, факты удается истолковать нагляд¬
но, то есть в понятиях классической физики, но только
в двух взаимоисключающих картинах. При прохождении
сквозь кристалл электрон приобретает волновой харак¬
тер, что соответственно требует волновой картины. Если
же лучи, пройдя через кристалл, попадают на экран,
электрон больше не обнаруживает волновой природы,
но снова проявляет свойства частицы. В зависимости от
ограничения сферы опыта (различных измерительных
приборов) мы могли использовать волновую или кор¬
пускулярную картину, чтобы понять поведение электро¬
на. И то и другое, однако, суть лишь граничные прибли¬
жения. При этом выясняется, что точность описания в
классических понятиях ограничена отношением неопре¬
деленности.
Субъективное толкование дуализма волны-частицы
находит соответствие и в субъективистской интерпрета¬
ции положения в биологии, сходного в методологиче¬
ском отношении. Точно так же, как мы не в состоянии
охватить единой теорией все свойства электрона, мы не
в состоянии с помощью одной теории описать живой
организм как динамическое целое. Мы можем лишь со¬
относить между собой классы измерений, причем прин¬
цип конечных классов дает нам информацию об ограни¬
ченности предсказаний, которая связана с ограниченным
числом измерений. Выведенный Эльзассером принцип
конечных классов сообщает нам об ограниченности
структурной определенности живых организмов. Моле¬
кулярные структуры, согласно принципу, недетермини-
рованы. Во всяком случае, все трудности открыто сво¬
дятся к внутреннему противоречию между наблюдаемой
реальностью и особенностями используемых средств на¬
блюдения. Интерпретация этих фактов исключительно
в их отношении к наблюдателю имеет, однако, свое ра¬
циональное зерно. Если рассматривать взаимоотношение
прибора и объекта как момент взаимоотношения между
78
системой и средой вообще, то отношение между измери¬
тельным инструментом и атомной частицей выступает
как частный случай всеобщей взаимосвязи вещей и яв¬
лений в объективной реальности. В биологии уже давно
признан тот факт, что изоляция биологического объекта
от среды, так же как изоляция части от целого, всегда
имеет лишь относительный характер. Этот факт в био¬
логии всегда осознавался гораздо более четко, чем в
физике.
Теперь мы уже не можем обойтись без категории
всеобщей взаимосвязи. Она играет важную роль и при
решении проблемы дуализма волны-частицы. Понятие
частицы представляет собой абстракцию результата
множества экспериментов, в процессе которых исследова¬
тели отвлекались от всеобщей взаимосвязи, от конкрет¬
ной ситуации, в которой находится частица. В каждом
конкретном случае, то есть в каждой реальной ситуа¬
ции, следует учитывать и те условия, от которых от¬
влекается экспериментатор. Электрон, подобно протону
и нейтрону, не является простой частицей, а в известном
смысле волной и частицей одновременно. Эксперименты
подтвердили высказанное ранее де Бройлем предполо¬
жение о том, что двойственная природа света, доказан¬
ная экспериментально, является общим свойством мате¬
рии и что, следовательно, можно искать доказательства
волнового аспекта частиц вещества.
Де Бройль исходил из эйнштейновского представле¬
ния о световых квантах, согласно которому свет как
движение волн характеризуется числом колебаний v, не
обладающих массой частиц с энергией Е — h-v, которые
движутся со скоростью света с. Де Бройль постулиро¬
вал по аналогии, что волновое движение соответствует
и частицам вещества. Используя теорию относительно¬
сти, он вычислил, что элементарная частица с массой
т, движущаяся со скоростью v, соответствует длине
волны к= > Волны материи электронов были в
1927 году обнаружены Дэвисоном и Джермером, при¬
чем длина этих волн соответствовала вычисленному
де Бройлем значению.
Одним из свойств материальной волны является ее
малая длина, поскольку она обратно пропорциональна
массе и скорости элементарной частицы. В обычных
условиях поэтому не удается наблюдать волновых
79
свойств частиц вещества. Когда свет вступает во
взаимодействие с каким-либо объектом, его волновая
природа выступает тем более заметно, чем значительнее
длина его волн в сравнении с величиной взаимодейст¬
вующего объекта. Волновая природа материи соответ¬
ственно выступает тем более наглядно, чем больше дли¬
на материальной волны. Эта длина чрезвычайно мала
у обычных макротел, и их волновая природа практиче¬
ски незаметна. Тем самым устанавливается четкая гра¬
ница применения классического абстрактного понятия
частицы: случаи, в которых длина волны достаточно
мала по сравнению с другими пространственными изме¬
рениями, имеющими место в наблюдаемом процессе.
Таким образом, дается уточнение категории всеоб¬
щей взаимосвязи, действующей в атомном диапазоне и
имеющей существенное значение в биологии при реше¬
нии проблемы отношения целого и части, а тем самым
для решения спора между механицизмом и витализмом
вообще. С этой точки зрения интересны высказывания
Неттера в его «Теоретической биохимии». Отмечая, что
«разграничение обоих подходов следует с уверенностью
определить как главную проблему теоретической биоло¬
гии», он добавляет: «Возможно ли решение старого спора
между механицизмом и витализмом путем выведения
некоторого точного закона, некоторого знания высшего
порядка, каким относительно спора между Ньютоном и
Гюйгенсом выступило волновое уравнение де Бройля и
соотношение Гейзенберга? Добьемся ли мы столь ре¬
шающего прогресса в познании биологических процес¬
сов— это вопрос, на который можно ответить только бо¬
лее глубоким проникновением в сущность живого, чем
это позволяет современный способ мышления» [147, с. 4].
Биология призывается, таким образом, еще глубже
проникнуть в сущность живого, используя опыт, накоп¬
ленный квантовой физикой. Проблема дополнительно¬
сти в биологии была поставлена, когда выяснилась
справедливость тезиса о действии физических законов в
живом организме и возник вопрос, каким образом к
физическим законам могут быть «добавлены» законы
биологические, если законы квантовой физики выступа¬
ют как всеобщие законы природы, а биологические за¬
коны не могут рассматриваться просто как частный слу¬
чай квантовомеханических. Бор, Гейзенберг, Эльзассер
и другие сторонники концепции дополнительности утвер¬
80
ждали, что отказ от полного физического познания био¬
логических объектов освобождает поле для других фи¬
зически невыводимых законов (например, закономерно¬
стей, которые Эльзассер определяет как «биотонические
законы»).
Живое существо, однако, не является ни «чистым»
автоматом, ни «чисто» биологическим существом, оно
не может быть принципиально непознаваемым. Речь
идет не об отказе от познания, а об изменении наших
представлений о биологическом процессе. Так же как в
свое время нужно было мысленно охватить и предста¬
вить себе элементарную частицу в ее противоречивой
природе, теперь требуется мысленно охватить и пред¬
ставить себе феномен жизни в противоречивости его су¬
ществования. С методологической точки зрения разви¬
тие квантовой физики может служить своего рода об¬
разцом, поскольку именно в ходе этого развития было
выяснено, при каких условиях сохраняют свою дейст¬
венность классические понятия (принцип соответствия)
и в какой степени могут быть модифицированы приня¬
тые понятия. Используя представление о «чистом» фи¬
зико-химическом процессе, мы создаем техническую
модель процесса жизни, абстрагируясь от конкретной
ситуации, в частности от всеобщей взаимосвязи вещей
и явлений. Если же мы от понятий «чистого» физико-
химического процесса возвращаемся к реальным кон¬
кретным явлениям жизни, то взаимосвязи, от которых
мы абстрагировались, становятся очевидными. В этом
смысле нужно понимать тезис о том, что целое следует
представлять как нечто, требующее модификации поня¬
тий «чистого» физико-химического процесса и «чистого»
автомата. Не имеет смысла подходить к жизненным
явлениям как к исключительно «чистым» физико-хими¬
ческим или «чистым» биологическим процессам. Следу¬
ет стремиться и здесь модифицировать привычные по¬
нятия нашего созерцания.
3.3. Деятельность
как интегрирующая составляющая
процесса познания
Некоторые философы видят в преувеличении роли
прибора в исследовании главную причину субъективист¬
ских отклонений в работах ряда естествоиспытателей.
81
Однако критику следовало бы сосредоточить на другом
пункте. Выступая против одностороннего выпячивания
наблюдения, мы не должны пытаться преуменьшить его
роль.
Соотношение неопределенностей Гейзенберга, боров-
ский принцип дополнительности, исследования Бриллю¬
эна по теории информации [46] свидетельствуют, что
наблюдение с необходимостью воздействует на объект.
Проблема остается, и для критики субъективизма сле¬
дует выбрать другую исходную позицию.
Принципиальная ошибка состоит, на наш взгляд, в
том, что деятельность человека рассматривается как по¬
меха познанию, а само познание — как пассивное на¬
блюдение объектов. В марксистской литературе посто¬
янно подчеркивается, что без признания объективной
причинности и наличия объективных закономерностей во
всех областях действительности человеческая деятель¬
ность теряет свой смысл. Нам важно прежде всего тео¬
ретико-познавательное значение этого тезиса, то есть
положение о том, что без представления о деятельно¬
сти человека понятие причинности также теряет свой
смысл. Введение в теорию познания понятия практики,
провозглашенное Марксом в тезисах о Фейербахе, пред¬
ставляет собой решающую революционную точку зре¬
ния.
Диалектический материализм в отличие от материа¬
лизма механистического понимает отражение не как
пассивный, но как активный процесс. При этом диалек¬
тический материализм не рассматривает деятельность
человека как нечто препятствующее познанию. Практи¬
ческая деятельность — основа познания. Диалектиче¬
ский материализм не отрицает роли субъективного фак¬
тора в познании. Ленин писал: «Сознание человека не
только отражает объективный мир, но и творит его» *.
Не отрицая воздействия на объект в процессе его ис¬
следования, диалектический материализм утверждает,
что такое воздействие не делает познание невозмож¬
ным, что деятельность человека ведет ко все более глу¬
бокому познанию «вещи в себе», к ее превращению
в «вещь для нас», «...к объективной истине через «прак¬
тику» (и технику)»1 2.
1 В. И. Л е н и н. Поли. собр. соч., т. 29, с. 194.
2 Там же, с. 183.
82
Экспериментальное исследование биологических вы¬
сокосложных систем отчетливо демонстрирует взаимо¬
связь между опытно-практическим изменением объекта
и его теоретическим познанием. Все попытки агности¬
ческого толкования, рассматривающие деятельность как
препятствие познанию, упускают из виду то обстоя¬
тельство, что всегда в истории науки, в том числе и
в классической физике, изучаемые процессы подверга¬
лись в эксперименте изменению. Только благодаря это¬
му изменению взаимосвязи, которые считались сущест¬
венными, выделялись и делались доступными наблюде¬
нию посредством создания соответствующих условий
эксперимента в отличие от других взаимосвязей, кото¬
рые при этом полагались несущественными.
Эльзассер и другие физики, отправляющиеся от по¬
зитивистской теории познания, делают предметом раз¬
мышления не экспериментально обусловленное, а чистое
наблюдение, что принижает подлинное значение мысли¬
тельной, научно-теоретической и практической деятель¬
ности. «Как естествознание, так и философия до сих
пор совершенно пренебрегали исследованием влияния
деятельности человека на его мышление. Они знают, с
одной стороны, только природу, а с другой — только
мысль. Но существеннейшей и ближайшей основой че¬
ловеческого мышления является как раз изменение при¬
роды человеком, а не одна природа как таковая, и ра¬
зум человека развивался соответственно тому, как че¬
ловек научался изменять природу» 1.
Недооценка преобразования природы человеком как
фактора человеческого познания типична для современ¬
ной буржуазной философии вообще. Диалектический
материализм обосновывает познаваемость мира, исходя
из преобразующей деятельности человека. Практическая
деятельность, практика есть предметно-чувственная, ма¬
териальная деятельность человека, деятельность по из¬
менению объективной реальности. Ее основные фор¬
мы — производственная практика и эксперимент.
«В отличие от деятельности, ориентированной преимущественно
на преобразование, научно-теоретическая деятельность направлена
преимущественно на познание действительности, на отражение ее
закономерностей в понятиях и теориях. И различие между теорети¬
ческой и практической деятельностью также относительно, теорети¬
1 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 20, с. 545.
83
ческая деятельность включает практику в качестве своего момента,
практическая деятельность включает в качестве своего момента по¬
знания — именно из практических действий и вырастают знания»
[78, с. 117].
Отказ от онтологической гипотезы классической фи¬
зики означает признание вероятностного характера
описания, учет значимости средств наблюдения, а так¬
же элиминацию предпосылки о независимости предме¬
та исследования от наблюдения, то есть признание того
факта, что проводимые измерения нарушают динамику
системы. Трактовать отказ от онтологической гипотезы
классической физики как отказ от принципа объектив¬
ности познания и от познаваемости действительности —
значит отказываться от материализма, основным прин¬
ципом которого выступает материальность и познавае¬
мость бытия. Отказ от онтологической гипотезы клас¬
сической физики следует рассматривать не как отказ от
объективности физических и биологических процессов
или от их познаваемости, но как признание возможно¬
сти объективной категории бытия, как это и имеет ме¬
сто в диалектическом материализме.
Именно поэтому диалектический материализм высту¬
пает в качестве философии естествознания.
Зависимость объекта от измерительного инструмен¬
та не отрицает его объективности. Познание является
не простым наблюдением, но результатом деятельного
преобразования объективной реальности и должно по¬
ниматься в духе конкретной чувственной практики. При
этом следует, однако, подчеркивать, что наше познание
не ограничивается чувственным познанием, сбором фак¬
тов.
До тех пор пока мы рассматриваем познание как
описание процессов, проходивших в прошлом, мы имеем
дело только с одной реализованной возможностью, по¬
скольку прошлое, естественно, однозначно. Обращаясь
к сущности материи в ее противоречивости, мы должны
теоретически учитывать различные объективные воз¬
можности.
Противоречивость способной к самодвижению мате¬
рии не может быть, однако, представлена в наглядных
моделях, то есть с помощью классических понятий. Та¬
ково одно из основных положений настоящей работы.
4. Значение общих
кибернетических моделей
и имитационных методов в биологии
Развитие техники всегда оказывало большое влияние
на модельные представления в биологии. Изобретение
силовой установки стало началом технического века и
привело к быстрому развитию энергетики, а вместе с
тем и к созданию соответствующей концепции живого
организма в биологии, который пытались изобразить
как энергетическую установку. В последние годы все
большее влияние на моделирование в биологии оказы¬
вают технические дисциплины, которые занимаются
проблемами передачи и превращения уже не энергии,
а информации: техника регулирования, информацион¬
ная и вычислительная техника.
Мощность «используемых» этими дисциплинами при¬
боров заключается в их способности накапливать, пере¬
давать и перерабатывать информацию для ее использо¬
вания прежде всего в целях управления и регулирова¬
ния. При этом выясняется, что рассмотрение живого
организма вплоть до отдельной бактериальной клетки
как высокосложной системы по переработке информации
приближает нас к пониманию функции живого.
Влияние современной техники на развитие биологии
бесспорно. Об этом свидетельствует формирование но¬
вой дисциплины цикла наук о жизни — биокибернетики.
Предметом кибернетики выступают проблемы струк¬
туры и функциональных взаимосвязей в неживых, жи¬
вых и социальных системах под углом зрения накопле¬
ния, передачи и переработки информации.
Кибернетика — наука об общих закономерностях ор¬
ганизации систем, фиксации, накопления, передачи и
переработки информации, прежде всего с целью управ¬
ления, регулирования и самоорганизации независимо от
85
конкретной формы движения материи, То ectb в техни¬
ческих и нетехнических сферах.
Идеи кибернетики имеют своим существенным источ¬
ником технику:
1) технику регулирования с развитой в ней теорией
регулирования;
2) технику связи с развитой в ней теорией инфор¬
мации;
3) технику переработки информации с соответствую¬
щей теорией машинной переработки информации.
В этих кибернетических дисциплинах были разрабо¬
таны общие теоретические модели: модель контура об¬
ратной связи, модель канала связи, универсальная мо¬
дель программированного автомата.
Эти модели находят плодотворное применение и за
пределами техники — в биологии, психологии, экономи¬
ке — как общие мыслительные модели и как предметные
(физические) модели изучаемых данными дисциплина¬
ми объектов и процессов. Иными словами, мы в неко¬
торых случаях получаем наряду с мыслительными и ма¬
териальные модели, которые позволяют изобразить и
сделать доступными исследованию ряд принципиальных
свойств биологической и общественной жизни (такие,
например, как целостность, организация и целенаправ¬
ленность) .
Кибернетику нельзя отождествлять с современными
методами техники автоматов. Она, как пишет Клаус [11,
с. 30], является теорией всевозможных динамических
саморегулируемых систем, включая так называемые аб¬
страктные автоматы. В своих более прикладных направ¬
лениях кибернетика занимается отражением функцио¬
нальных типов поведения систем, относящихся к более
высоким формам движения материи, в системах более
простых по организации и пытается выяснить границы
и возможности подобного отражения [104]. В данной
работе рассматривается не абстрактный, а конкретный
технически реализуемый автомат.
4.1. Модель кибернетического контура
Применение общих принципов и методов техники ре¬
гулирования при исследовании биологических функци¬
ональных систем привело к образованию новой дисцип¬
лины в биологических науках — «учения о биологиче¬
86
ском регулировании». Мысль о том, что с инженерной
точки зрения процессам регулирования в организмах и
технических системах соответствует одна и та же функ¬
ция, в Германии впервые была высказана, по-видимому,
Шмидтом. Он обратил внимание на сложные причинные
зависимости в процессах регулирования и, кроме того,
указал на общие принципы физиологического и техни¬
ческого регулирования. Регулирование он считал фунда¬
ментальной проблемой как техники, так и физиологии.
Первый доклад по этой проблематике был прочитан в
1940 году перед инженерами и биологами и опублико¬
ван в 1941 году [180, с. 81]. В дальнейшем с доклада¬
ми по этой тематике выступали Вюнш, Крамер и Трен-
деленбург.
Заслугой Н. Винера является то, что в его вышед¬
шей в 1948 году основополагающей работе «Кибернети¬
ка» [4] мысли о сходстве определенных функциональ¬
ных принципов в биологии и технике получили обоб¬
щенную формулировку.
Такой строй идей послужил основой для завязыва¬
ния тесных контактов между инженерами и биологами.
Почва для этого была подготовлена и в биологии. Кон¬
туры регулирования исследовались здесь издавна, одна¬
ко особое значение для развития данной проблематики
приобрели работы биолога Икскюля [200], специали¬
ста в области медицинской науки Хоффа [90], физиоло¬
гов Вагнера [204] и Дришеля [59, 60].
Подобное развитие характерно для многих стран.
Особое значение в этой связи имели работы советского
математика А. Н. Колмогорова и советского физиолога
П. К. Анохина.
Винер [212] прямо указывает на решающий вклад Колмогорова
в развитие теории управления и регулирования. Анохин [1а], а позд¬
нее фон Хольст и Миттельштедт разрабатывают «принцип обратной
афферентации», образующий узловой пункт, где, по словам Клауса,
«происходят важнейшие контакты между кибернетикой, медициной
и диалектическим материализмом» [112, с. 358].
П. К- Анохин указывает, что совокупный процесс от¬
ветной реакции организма получил материалистическое
объяснение в теории рефлекса. Однако в теории рефлек¬
са целесообразность ответной реакции, тот факт, что ее
результатом был эффект адаптации, принимался как
нечто само собой разумеющееся. Существенным недо¬
статком теории было то, что процесс адаптации ограни¬
87
чивался ответной реакцией. Отсутствовала оценка реф¬
лекса, обратная афферентация, которая постоянно ин¬
формирует центральную нервную систему об успехах
рефлексов.
Обратная связь является важнейшим функциональ¬
ным принципом, общим для живых и неживых систем;
только благодаря постоянной обратной информации о
достигнутой цели становится возможным целенаправ¬
ленное поведение.
Таким образом, важнейшее значение для развития
теории рефлекса имело положение Анохина о том, что
обратную афферентацию следует рассматривать как не¬
обходимое звено рефлекторной адаптации [1].
Модель кибернетического контура [60] существенно
проясняет проблему целесообразности. Решающее зна¬
чение при этом приобретает переход от мышления в
простых линейных причинных цепочках к мышлению по
схемам циклической взаимосвязи, открывающий новые
возможности для понимания диалектических взаимосвя¬
зей в живом. Эти взаимосвязи, конечно, не исчерпыва¬
ются обратными связями. Философская категория вза¬
имодействия существенно богаче, нежели представление
об обратной связи. Последнее может, однако, конкрети¬
зировать философскую категорию взаимодействия, обра¬
тив внимание на некоторые специфические формы свя¬
зей: отрицательную и положительную, внутреннюю и
внешнюю обратные связи и т. д. Обратная связь может
выступать и как чисто механический процесс, например
сложная взаимосвязь от рецептора к центру рефлексов,
от него к эффектору и обратной афферентации (см.
рис. 1).
Для того чтобы соответствовать задачам биологиче¬
ского исследования, концепция простого контура регу¬
лирования должна быть существенно расширена. Отно¬
сительно жесткая схема с фиксированной обратной свя¬
зью часто оказывается недостаточной для отражения
сложных взаимосвязей в биологических системах [86,
108, 203]. Для последних характерно не только наличие
ряда положенных контуров, управляемых со следующе¬
го уровня иерархии, но и исключительно сложные и за¬
путанные иерархические отношения между отдельными
управляющими центрами. Как указывает Фоссиус [203],
создание общей теории систем предполагает не про¬
сто рассмотрение комбинаций линейных и нелинейных
88
Блок-схема управления
Управляемая величина i "“[ Установочная величина г— ; [Скорректированная величина
—-*• |У пр ав л я юте еустройст во - | Управляемый процесс |——
Рис. 1. Блок-схема управления и регулирования (линейная причинность и телеономическая связь)
членов, но и выявление в функциональной органйзйцйй
ранговых последовательностей. Чтобы добиться этого,
следует глубже изучить прежде всего информационную
емкость и тип переработки информации в системе, а
также изменяемость передающих элементов. До сих пор
в исследованиях систем регулирования процесс движе¬
ния информации рассматривался в связи со свойствами
отдельных элементов контура. При этом не учитывался
тип и содержание информации. Следует, однако, по¬
мнить, что отдельные части системы могут производить
специфическую оценку и обработку информации, что
ведет к обучающимся и самоорганизующимся системам
(см. разд. 9.2) и к дифференциации информационных
отношений (см. разд. 10.9).
Так, например, постоянство химических и физиче¬
ских свойств крови, как и постоянство других величин,
основывается на процессах, которые рассматриваются
как регулирование. Обозначение некоторого биологиче¬
ского процесса как регулирования дает нам удовлетво¬
рительную модель этого процесса, то есть допускает
его мысленную или материальную реконструкцию и
имитацию на модельных регулировочных контурах.
Таким образом, можно отметить, что в положениях
теории регулирования речь идет о формальных резуль¬
татах, которые приобретают смысл, только будучи под¬
держаны физиологическими исследованиями. При изу¬
чении процессов регулирования в биологических систе¬
мах обнаруживаются принципы, общие с процессами
регулирования, известными из техники, что дает возмож¬
ность использовать в исследовании процессов биологи¬
ческого регулирования понятия и математические мето¬
ды, развитые в технике управления и регулирования.
Теория регулирования — особая область кибернети¬
ки. «Экспансия теории регулирования из чисто техниче¬
ской области в нетехнические дисциплины,— пишет
Штейнбух,— по-видимому, будет типична для дальней¬
шей экспансии других компонентов кибернетики, напри¬
мер теории информации и теории связи» [189, с. 6].
4.2. Модель канала связи
Передача информации — одна из центральных проб¬
лем биологии. Общая для техники связи модель канала
передачи информации находит плодотворное применение
90
Рис. 2. Блок-схема канала связи — цепи передачи информации
в биологических науках, таких, как физиология и осо¬
бенно молекулярная биология. Везде, где речь идет о
передаче информации, можно обнаружить с той или
иной степенью отчетливости пять основных звеньев це¬
пи передачи информации: источник, передатчик, канал,
приемник и выход. Информация идет из источника к
передатчику, где она преобразуется в сигналы и пере¬
дается, попадая по каналу в приемник, принимающий
и интерпретирующий сигналы (см. рис. 2).
Кодирование информации в передатчике и декодиро¬
вание принятых сигналов в приемнике являются реша¬
ющими предпосылками осуществимости передачи и вос¬
приятия информации. Положение о том, что информа¬
ция может передаваться только в кодированном виде,
существенно с философской точки зрения, так как оно
направлено против утверждения о возможности различ¬
ного рода сверхчувственного восприятия.
Благодаря кодированию передаваемая информация
приспосабливается к условиям передачи и приема. На
пути от источника до выхода передающей цепи инфор¬
мация испытывает помехи, так называемый шум. Толь¬
ко в самом благоприятном случае — случае идеального
канала — она полностью защищена от искажающих воз¬
действий (шума).
Каждому каналу передачи информации присуще
свойство уменьшать информацию, то есть имеет место
процесс наращивания энтропии. Положение о том, что
при передаче информации по цепи передачи информация
91
не может увеличиться, является информационным вари¬
антом второго закона термодинамики.
В этой связи возникает ряд естественнонаучных и
философских вопросов, поскольку в сфере живых систем,
очевидно, имеются процессы, характеризующиеся убы¬
ванием энтропии, соответственно ростом информации.
Это процессы, которые ведут от относительной гомоген¬
ности структур к их большей гетерогенности, то есть к
более высокой ступени с точки зрения дифференциации,
разнообразия и совершенства. Но в данном случае нас
интересует только общая модель передающего канала
и связанное с ней понятие информации, точнее, какое
значение эта модель имеет для биологических исследо¬
ваний.
Говоря об информации, мы можем выделить ее раз¬
личные аспекты. В частности, информация, предназна¬
ченная для машинной переработки, имеет:
1) физический аспект;
2) синтаксический аспект;
3) семантический аспект.
Физический аспект касается носителя информации.
Информация всегда связана с тем или иным матери¬
альным носителем (перфокартой, магнитной лентой,
магнитным барабаном и т. д.). Если с качественной
стороны информация представляет собой отражение, то
этот тезис следует понимать как конкретизацию фило¬
софского положения о том, что способность к отраже¬
нию всегда связана с материей, а сознание как высшая
форма отражения — с функцией мозга. Способность к
отражению является, по-видимому, всеобщим свойством
материи, которое, как указывал В. И. Ленин, разви¬
вается путем качественных скачков ко все более высо¬
ким формам (см. также разд. 10.9).
Информация может быть передана только через по¬
средство ее носителя. Носителю информация передается
с помощью определенной структуры. Структура пред¬
ставляет собой определенный набор элементов, выбор
из их имеющегося (возможного) числа.
Формальный выбор символов из данного алфавита,
соответственно из набора символов составляет синтак¬
сический аспект информации. Здесь важно отметить
единство определенного материального носителя и опре¬
деленной структуры. Подобное единство (определенным
образом упорядоченный объект или определенным обра¬
92
зом упорядоченный процесс) обычно называется сигна¬
лом *.
Сигналы представляют собой, таким образом, опре¬
деленным способом структурированные материальные
носители, которые способны связывать в информации
определенное содержательное значение (семантику).
Семантический аспект состоит в том, что сигнал ста¬
новится информацией только тогда, когда он попадает
на приемник, способный понять его значение, семанти¬
ку, то есть когда с помощью набора символов, которым
располагает приемник, сигналу придается семантика.
Следует учитывать здесь и воздействие информации на
приемник.
В конечном счете об информации можно говорить
только тогда, когда в наличии имеются все три аспек¬
та. Только единство материального носителя, структуры
и семантики дает информацию. Это не исключает того,
что отдельные аспекты могут исследоваться относитель¬
но изолированно друг от друга, как это имеет, напри¬
мер, место в классической теории информации.
Основы теории информации были заложены в
1949 году К. Шенноном. Он выявил статистический ха¬
рактер сообщений. Тем самым он создал фундамент для
научного, количественного определения информации,
возможность обращения с нею как с измеримой вели¬
чиной. Идея об измеримости информации, на которой
базируется теория информации, сама по себе не нова.
Ее основное содержание можно найти уже в статисти¬
ческой механике Гиббса. Так, Винер пишет, например:
«...Мы сделали из проектирования систем связи стати¬
стическую науку, раздел статистической механики» [4,
с. 22]. Мысль о том, что имеется измеримое отношение
между информацией и степенью упорядоченности (энтро¬
пией), можно найти уже в работах Больцмана в 1872 го¬
ду. В 1929 году эта идея была развита Сцилардом.
Теория информации (создание которой связано, кро¬
ме уже названных исследователей, также с именами
Хартли, Габора, Колмогорова, Винера, Бриллюэна, Хин-
чина) вскоре приобрела широкую популярность за пре¬
делами техники, поскольку эта теория отвечала настоя¬
тельной потребности времени.
1 Сигналом называется изменяемая во времени физическая ве¬
личина, обладающая информационной характеристикой, которая
однозначно отражает сигнализирующую величину.
93
Обобщенная концепция энтропии, как она излагает¬
ся в теории информации, стала основой для сотрудни¬
чества различных научных дисциплин. Она соответство¬
вала общей тенденции к синтезу, характерной для со¬
временной науки. Понятие физической энтропии в ин¬
формационной интерпретации применимо к гораздо бо¬
лее широкой области явлений, нежели сфера исследо¬
вания статистической механики. Это понятие дает меру
статистических взаимосвязей отдельных элементов в
самых различных системах действительности.
Взаимосвязь между энтропией и информацией была
основательно исследована прежде всего Сцилардом,
Бриллюэном и Винером. Их работы однозначно показы¬
вают, что информация и энтропия с формально-струк¬
турной точки зрения находятся в тесной связи. Эта
связь возникает из того факта, что энтропия представ¬
ляет собой меру неупорядоченности системы, а инфор¬
мация — меру ее упорядоченности. «...Одно равно дру¬
гому, взятому с обратным знаком»,— пишет Винер [4,
с. 23]. Соответствующие высказывания мы находим и у
Шредингера. Поясняя представления о негативной эн¬
тропии, он пишет: «Энтропия, взятая с отрицательным
знаком, есть сама по себе мера упорядоченности» [24,
с. 76].
Тезис о взаимосвязи между физической энтропией и
информацией как понятием теории вероятностей прини¬
мается далеко не всеми физиками. В частности, Яух
резко критиковал работы Сциларда. Другие авторы, на¬
пример Заксе [178], считают, что хотя такая связь и
существует, но ее изображение слишком примитивно и
должно быть расширено, если речь идет о применении
ее при решении проблем биологии (М. Эйген). Однако
пока подобное расширение произвести не удалось. Де¬
монстрируя характерную для шенноновского понятия
информации взаимосвязь его с понятием новизны,
Э. Вейцзеккер считает, что в этом случае следует обра¬
тить особое внимание на связь между новизной и под-
твержденностыо. Он пишет: «Благодаря Шеннону нам
известно, что без новизны не может быть никакой ин¬
формации. Можем ли мы (в теоретических понятиях)
отождествлять информацию с мерой новизны, в этом за¬
ключается наш вопрос. Если все ново, если в сообще¬
нии ничего не подтверждается, то никто не сможет ни¬
чего понять, не окажется приемника, который что-либо
94
поймет в подобном «сообщении». С прагматической
точки зрения было бы крайне неудовлетворительно для
системы допускать информацию, которую никт-о и ни¬
как не может понять. Подтвержденность как компоненту
информации следует считать столь же существенной, как
и указанную Шенноном новизну» [209]. Диалектика
этих коррелятивных понятий существенна для понимания
информации.'
Осознание узости шенноновского понимания инфор¬
мации заставляет обращаться к другим методам для ее
количественной интерпретации, например алгоритмиче¬
ской теории информации Колмогорова [12], топологиче¬
ской теории информации Рашевского и т. д.
Теория информации возникла как результат попыток
рассчитать мощность канала передачи информации.
В своей классической форме она рассматривает «инфор¬
мацию» только как минимальное число знаков, необхо¬
димое для кодирования сообщения.
В данном случае тесная связь теории информации с
практическими потребностями привела к тому, что раз¬
работка меры информации велась преимущественно в
одном аспекте. Для техники связи важна прежде всего
проблема передачи информации, в частности вопрос о
том, каким образом сообщение может быть с минималь¬
ными затратами передано по каналу передачи инфор¬
мации. При этом неважно, какой смысл найдет прием¬
ник в полученной информации или какую ценность она
для него имеет. Иными словами, в подобной постановке
проблемы отвлекаются от прагматического и семантиче¬
ского аспектов информации. Основной упор делается на
ее синтаксический аспект (о различных типах информа¬
ции и других проблемах теории информации см. рабо¬
ту Нейгардта [146]).
«В настоящий момент, — пишет Бриллюэн, — мы не можем вве¬
сти в свою теорию элемент, который говорил бы нечто о ценности
информации для человека. Это весьма серьезное ограничение —
цена, которую приходится платить за то, что мы оказались в со¬
стоянии построить подобную систему научного познания. Введенные
нами ограничения позволили дать понятию «информация» количе¬
ственную определенность и обращаться с «информацией» как с фи¬
зически измеримой величиной. В подобном определении, однако,
нельзя провести различия между чрезвычайно важной информацией
и любым другим сообщением, которое может не иметь большой
ценности для приемника» [46, с. X—XI].
В настоящее время изучается вопрос о ценности информации
для приемника. Принимается как предпосылка, что приемник зани*
95
мается решением некоторой проблемы, а ценность информаций в
этом случае измеряется в соответствии с тем, насколько она спо¬
собствует решению проблемы.
Сообщение, соответственно информация, понимается
как некоторый выбор. Информационный процесс рас¬
сматривается как построение некоторой упорядоченной
структуры из множества данных элементов, (знаков).
Сообщение (структура) строится как однократный или
многократный выбор знаков (элементов) из множества
данных возможностей. В отличие от процесса энтропии
информационный процесс направлен на возрастание
упорядоченности. Информация сохраняется, порядок
остается инвариантным относительно трансформаций,
за исключением нарушений, обусловленных внешними
воздействиями (шумом).
Например, определенная последовательность нукле¬
отидов в ДНК или определенная последовательность
аминокислот белка представляет собой относительно не¬
большой выбор из огромного числа термодинамически
возможных последовательностей. Конкретное состояние
упорядоченности всегда является только одним реали¬
зованным из многих возможных состояний.
Таким образом, информация понимается как устра¬
нение неопределенности. Выбор одного элемента из дан¬
ного множества элементов действительно устраняет не¬
определенность (беспорядок) в неорганизованной систе¬
ме (например, в куче камней). Как только устанавли¬
вается, что определенный камень должен быть, скажем
в строительстве, использован в определенном месте, в
систему вводится информация, и дальнейшие возмож¬
ности использования этого камня ограничиваются.
Специфичность структуры (информация), согласно
сказанному, может быть определена на основе суммы
решений, которые нужно принять, для того чтобы вы¬
строить данную структуру. В качестве информации при
этом выступает строительный план структуры, то есть
определение порядка строительных элементов. В этом
смысле понятие информации тесно связано с понятиями
порядка и организации [40].
Мы уже обращали внимание на различные аспекты
комплексности и указывали, что сложность организма
измеряется разнообразием его структурных элементов.
Специфика белковой молекулы может быть измерена
96
Через разнообразие ее атомов. В качестве меры при
этом выступает информация, или энтропия.
Число видов атомов, из которых строятся макромоле¬
кулы, невелико, разнообразие достигается вариациями
их взаиморасположения.
Понятие информации (или количества информации)
приобретает, таким образом, в связи с обсуждаемыми
здесь проблемами особое значение. Выясняется, что био¬
логические макромолекулы обладают особенно большой
информацией. Существование сети реакций, пространст¬
венно и временно тонко отстроенной относительно каж¬
дого своего фрагмента, также показывает, что живое
существо обладает большой информацией. Следует, од¬
нако, провести различие между этими двумя формами
химической специфичности, которая выступает в форме
молекулярной структуры и в форме молекулярных ре¬
акций.
Прежде всего клетка обладает потенциально статич¬
ной формой специфичности. Она обнаруживается в от¬
носительно стабильной упорядоченности частей макро¬
молекулы, например в последовательности нуклеотидов
молекулы ДНК или в точном расположении аминокис¬
лотных остатков в молекуле белка. Число термодина¬
мически возможных последовательностей нуклеотидов
или аминокислот в макромолекулах чрезвычайно вели¬
ко. Специфичность данной последовательности представ¬
ляет собой, таким образом, очень малый выбор (специ¬
альную последовательность) из очень большого числа
возможных последовательностей. При этом понятие био¬
химической специфичности оказывается здесь эквива¬
лентным понятию информации, как оно трактуется в
теории информации. Информация, таким образом, мо¬
жет рассматриваться как мера специфичности.
В противоположность относительно статичной специ¬
фичности макромолекул живую клетку также характе¬
ризует специфичность биохимического процесса. Различ¬
ные компоненты клетки оказываются термодинамически
в состоянии вступать в большое количество реакций.
Специфичность химической реакции клетки обнаружи¬
вается в том, что из большого числа термодинамически
возможных реакций в данной клетке имеет место имен¬
но данная реакция как специальная для этой клетки.
Таким образом, специфичность некоторого конкретного
обмена веществ состоит в запуске относительно
4 Зак. 387
97
небольшого числа конкретных реакций из большого КО-,
личества возможных. Мы снова имеем дело с выбором,
с возникновением процессуальных структур, например
цикла Кребса, цикла жирных кислот и т. д. Образуется
сеть с динамически обусловленными стабильностью и
пластичностью. Этот вид пластичности, наблюдаемый в
живом организме, по-видимому, отличается от стабиль¬
ности атомов и кристаллов. Здесь речь идет скорее о
стабильности биологического процесса, чем о стабиль¬
ности формы.
Теория информации находит свое место в биологи¬
ческом познании, так как она позволяет количественно
исследовать проблемы порядка, организации и специ¬
фичности. Исследование именно этих аспектов живых
систем (организации и специфичности) имеет большое
значение для понимания жизни. Однако реализацию
этих идей затрудняло отсутствие возможности количест¬
венного выражения основных понятий. С проблемой ин¬
формации и ее передачи мы сталкиваемся в самых раз¬
личных областях биологического исследования. Так,
адаптация организма к постоянно меняющемуся окру¬
жению базируется на приеме и переработке информации
об окружающей среде. В то же время организм постоян¬
но получает информацию об изменении своего внутрен¬
него состояния, и прежде всего таких параметров, как
кровяное давление, содержание сахара в крови и т. д.
Подробные исследования максимального количества
информации, которое человек может в некоторую еди¬
ницу времени получить с помощью своих органов чувств,
были проведены Кюмпфмюллером [125], Фельдткелле-
ром и Цвиккером [68].
4.3. Программированный автомат
как универсальная модель
В последние годы все большее значение для разви¬
тия идей кибернетики получает машинная переработка
информации. Она стала сферой повседневной деятельно¬
сти тысяч людей, поскольку широкое применение машин¬
ной обработки информации в целях автоматизации ряда
материальных и интеллектуальных процессов стало од¬
ним из главных направлений научно-технической рево¬
люции. С проблемой переработки информации мы стал¬
киваемся в различных сферах объективной действитель-
98
пости. Знание общих закономерностей приема, передачи,
накопления, переработки и выдачи информации, законо¬
мерностей, которые действуют во всех сферах независи¬
мо от конкретной формы движения материи, привело к
созданию новой междисциплинарной науки — киберне¬
тики.
С философской точки зрения особый интерес приоб¬
ретает вопрос о различии между синтаксической пере¬
работкой информации (переработкой структур) в совре¬
менных автоматах и столь типичной для человека се¬
мантической переработкой информации — основной
проблемой информатики. Исходным пунктом понимания
отношений между человеком и автоматом является при¬
знание изоморфизма между логико-математическими
операциями и поведением вычислительных автоматов.
В абстрактной системе логико-математических операций
(абстрактном автомате) трансформации производятся
посредством функций, а в технически реализованных ки¬
бернетических системах (конкретных автоматах) речь
идет о трансформации состояний. Можно построить тех¬
нические системы, в которых последовательность смены
состояний в структурном отношении не будет отличать¬
ся от аналогичного процесса в абстрактном автомате
(логико-математической системе). «Только имея в виду
подобный изоморфизм,— пишет Кеммерер,— можно го¬
ворить о «вычислении», производимом автоматом, и о
«вычислительном» автомате вообще» [106, с. 9].
С точки зрения теории информации автоматы опре¬
деляются в общем смысле как преобразователи инфор¬
мации. Понятие автомата, применяемое в кибернетике,
представляет собой абстракцию конкретного автомата.
Это устройство, имеющее вход и выход, через которые
оно получает информацию из внешней среды и выдает
ее обратно. Поведение подобного автомата может быть
описано некоторой, порой весьма сложной, функцией.
Эта функция определяет, какому входному сигналу при
данном состоянии автомата будет соответствовать тот
или иной выходной сигнал. Исходя из таких соображе¬
ний, мы можем описать автомат посредством некоторо¬
го множества входных и выходных сигналов, некото¬
рого множества возможных состояний автомата и
функции передачи, которая показывает, каким образом
определенный входной сигнал трансформируется в вы¬
ходной.
4*
99
Любой абстрактный автомат А = А(Х, Y, Z, f, g) оп¬
ределяется следующими параметрами:
а) три нелинейных, любых множества:
1. Х — множество входных сигналов А,
2. Y — множество выходных сигналов А,
3. Z — множество состояний А
и б) два определяемых на базе этих множеств одно¬
значных отображения (функции):
1. f = f(z,x):ZXX->Z передаточной функции ав¬
томата А,
2. g=(z,x):ZXX->Y результирующей функции
автомата А.
Эти множества не обязательно должны быть конеч¬
ными. Конечный автомат представляет собой особый
случай. О конечном автомате мы говорим тогда, когда
множества X, Y и Z конечны. Кроме того, вышеописан¬
ный строго детерминированный автомат представляет
собой особый случай стохастического автомата, так как
в общем случае выходной сигнал определяется входным
сигналом и состояние не однозначно, а вероятностно.
Заменив функции f и g функционалами F и G, мы по¬
лучим понятие стохастического автомата.
Кибернетика интересуется не вещественными или
энергетическими параметрами техники автоматов, а их
типами функционального поведения. Теоретическое опи¬
сание того или иного члена начинается с задания опера¬
тора, который определяет, какие математические опера¬
ции должны быть произведены, для того чтобы из вход¬
ной функции получить выходную функцию данного чле¬
на, как определенный входной сигнал преобразуется в
определенный выходной сигнал.
Преобразование информации — причем в случае аб¬
страктного члена, соответственно идеального канала,
преобразование без потерь — является общим свойством
этих машин.
Таким образом, автомат может быть охарактеризо¬
ван как преобразователь информации. Преобразователи
информации в состоянии уплотнять информацию, обна¬
руживать и анализировать ее избыточность (фрагменты
информации, которые могут быть опущены без ущерба
для содержания) и тем самым превращать сложные от¬
ношения в более простые. Они могут также создавать
избыточность, то есть превращать простые отношения в
более сложные, которые, однако, содержат не больше
100
информации, чем первичные простые. Преобразователи
информации не могут, и это их решающее свойство, до¬
бавлять к сообщению принципиально новые информаци¬
онные элементы. Непосредственный результат машин¬
ной переработки информации поэтому всегда состоит в
том, что преобразованию подвергается только ранее су¬
ществовавшая информация. В благоприятном случае
(в абстрактном автомате, или при идеальном канале)
информация сохраняется, несмотря на разрушающие ин¬
формацию воздействия (шум). Каждой конкретной сис¬
теме, однако, присуща тенденция потреблять негэнтро-
пию, то есть информацию.
Путь познания, отправляясь от целого, ведет через
анализ частей снова к синтезу, хотя последний часто
возможен только как мысленная операция. И если био¬
логическое исследование направлено на полный охват
жизненного процесса, методы анализа должны быть до¬
полнены системой аналитико-синтетических методов.
Здесь и находят свое место устройства для машинной
переработки информации (программированные ЭВМ)
как универсальные модели. На современной стадии раз¬
вития биологии и медицины изучение физических зако¬
нов возможно не только через эксперимент на биологи¬
ческом объекте, все большее значение приобретает и
метод моделирования, в частности математического мо¬
делирования изучаемых процессов. Методы машинной
переработки информации открывают путь для имитации
дедуктивно-логических и индуктивно-стохастических
мыслительных процессов, а также сложных процессов
жизни.
4.4. Значение моделирования
Под моделированием мы понимаем отображение
поведения и структуры любых явлений объективной
реальности путем построения аналогичных форм пове¬
дения или структур и их исследования. Модель отра¬
жает определенные свойства другой части действитель¬
ности (моделируемого объекта) в общем виде и своими
средствами описания (это может быть материальное
или мысленное воспроизведение процессов, отношений,
функций и т. д.). Таким образом, моделирование пред¬
ставляет собой метод опосредствованного практического
101
и теоретического оперирования с объектом, при ко¬
тором одной из ступеней работы выступает создание
искусственного вспомогательного объекта, или квази¬
объекта (модели), который обладает определенным
сходством с объектом познания, и благодаря этому его
исследование может дать информацию о моделируемом
объекте. Из этого описания ясны и главные функции и
признаки модели: а) отражение; б) замещение; в) аб¬
страктность; г) объяснение; д) опосредствование;
е) управляемость.
A. Отражение — модель всегда является отображением, и в этом
качестве она дает представление о естественном или искусственном
оригинале (который сам может быть моделью). Между моделью и
моделируемым объектом имеется определенное совпадение.
Б. Замещение — модель в состоянии выступать в некотором от¬
ношении как заместитель объекта познания. Она должна быть в
состоянии в определенных условиях и в определенных фазах иссле¬
дования замещать оригинал и давать нам информацию об объекте
познания.
B. Абстрактность — модель в некоторых своих качествах совпа¬
дает с объектом исследования, но она отображает не все свойства
изображаемой ею системы оригинала, а только те из них, которые
представляются значимыми создателю модели в связи с целями дан¬
ного исследования.
Г. Объяснение — модели являются вспомогательными средства¬
ми познания. С одной стороны, они используются как мыслительные
схемы, к которым сводятся объясняемые явления, с другой сторо¬
ны — как вспомогательные средства в поиске новых возможностей
реализации познаваемых явлений. Главная теоретико-познаватель¬
ная функция моделей состоит в том, чтобы помогать при объясне¬
нии явлений, выступая либо конкретизацией данной теории, либо
основой объяснения таких явлений, относительно которых в дан¬
ный момент еще' невозможно выстроить последовательную теорию.
В последнем случае моделирование можно понимать как определен¬
ный этап на пути построения гипотезы или теории.
Д. Опосредствование — модель может быть понята как опосред¬
ствующее звено между теорией и экспериментом, как связующее зве¬
но между эмпирическим и теоретическим знанием. Другая опосред¬
ствующая функция модели касается уже не связи между моделью
и объектом, а связи между субъектом и объектом (через модель).
Модель выполняет свои функции отражения, замещения и т. п.
всегда и исключительно относительно некоторого субъекта, интере¬
сы которого определяют цели моделирования, формулировку основ¬
ных допущений и ограничений данной модели.
Е. Управляемость — модель выступает в качестве вспомогатель¬
ного средства по овладению реальностью.
Здесь особенно важно различать модели, которые
базируются на принципах физико-химического модели¬
рования, то есть воспроизводят или реконструируют
102
определенные процессы на естественном объекте с по¬
мощью физико-химических средств, и модели, основан¬
ные на принципах математического моделирования.
У последних сама модель, или отображение, обладает
принципиально иной по сравнению с оригиналом при¬
родой. Это отчетливо показывает, что понятие модели
относится не только к вещественным реконструкциям,
как это часто утверждается.
Одна из отличительных черт модели — ее упрощен¬
ность и наглядность. Отношения в модели более обозри¬
мы, чем в оригинале. Упрощение, в том числе и весьма
радикальное, как это иногда свойственно математиче¬
ским моделям, также не может быть признано недо¬
статком, поскольку речь идет обычно об отвлечении от
несущественных для данного явления обстоятельств, с
тем чтобы подчеркнуть его сущность, что и делает мо¬
дель средством приближения к реальности.
Однако акцент на упрощение и наглядность не при¬
ближает нас к сути проблемы. Наглядность не являет¬
ся общим свойством модели. Следует подчеркнуть, что
имеются не только наглядные модели. По своей сущ¬
ности модель является отображением, абстракцией.
Поскольку в связи с их отражающим характером
модели оказываются в определенной связи с понятием,
часто и сами понятия обозначаются как модели. Между
ними, однако, следует проводить различие. Понятие
обусловливает двойное познавательное отношение, вза¬
имоотношение между субъектом и объектом. Говоря же
о модели, мы всегда имеем в виду тройное познава¬
тельное отношение, взаимосвязь между субъектом и
объектом, опосредствованную моделью [214].
Этого различия, безусловно, достаточно, если речь
идет о предметных моделях. Но предметной модели
противостоит математическая, или мысленная, модель.
Ее отличие от понятия и от теории выявить значитель¬
но сложнее. Если, однако, мы рассмотрим мысленную
модель как определенную ступень познавательного
процесса, то ее опосредствующая роль становится более
явной. Движение идет от модели к гипотезе и от нее
к теории, причем образованию модели предшествует
накопление организуемого в модели опыта. В мыслен¬
ной модели предпринимается попытка привести в соот¬
ветствие с уже имеющимися знаниями новые, ранее не¬
103
Известные факты. Если эта попытка удается, осущест¬
вляется переход от мысленной модели к гипотезе. На
основе этой гипотезы становится возможным путем
логических выводов предсказывать определенные свой¬
ства исследуемого предмета. Затем предпринимается
экспериментальная проверка, которая длится до тех
пор, пока гипотеза (одна из гипотез) не оказывается
подтвержденной настолько, что она становится до¬
стоверным знанием. В этом смысле мы можем рассмат¬
ривать модель как одну из ступеней на пути образова¬
ния научного понятия или теории.
В связи с проблематикой отражения заслуживают
внимания понятия гомоморфизма и изоморфизма. Кон¬
цепция гомоморфизма выражает именно то, что обыч¬
но понимается под моделью. Объект отображается
таким образом, что ряд его свойств и отношений пере¬
носится на соответствующие свойства и отношения от¬
ражения. Другие свойства в общем случае могут не
учитываться данной моделью. Последнее следует под¬
черкнуть, поскольку это часто упускают из виду.
От оригинала к модели обычно ведут три этапа.
1. В оригинале 2 = [М, Ri, R2 Rm, Rm+т, .... Rn, .. •] про¬
исходит отвлечение от несущественных компонентов и отноше¬
ний, которые в дальнейшем не подвергаются рассмотрению. В рас¬
смотрение вовлекается некоторое конечное число существенных для
данной задачи элементов и отношений (конкретного) оригинала.
Тем самым создается целесообразно упрощенный идеализированный
оригинал 2 = [М, R,, R2,.. , Rm].
2. На базе идеализированного оригинала 2 конструируется го¬
моморфное, а в большинстве случаев и изоморфное, изображение
2х = [Мх, Rp R^, .... Rm], которое рассматривается как абстракт¬
ная модель.
3. Абстрактная модель 2 замещается материальной моделью,
для чего привлекаются дополнительные элементы и отношения. Та¬
ким образом, создается конкретная модель 2' — [Мх, R,, ...
• • •> Rm> • • •> Rp]
оригинал ^интерпретация
модели замещение
отвлечение * L материальным
S гомоморфное или g, субРСтратом
изоморфное изо¬
бражение
Можно сказать, что здесь имеет место ограниченное определен¬
ными отношениями гомоморфное (в большинстве случаев изоморфное)
отражение оригинала в модели. Только абстрактная модель пред¬
104
ставляет собой гомоморфное (в большинстве случаев изоморфное)
отображение идеализированного оригинала.
Здесь мы следуем рассуждениям Г. Винтгена, согласно кото¬
рому возможно путем введения фиктивных элементов добиться от¬
ношения гомоморфизма между S и S'. Тем самым здесь, как и во
многих других работах, отношение гомоморфизма между моделью
и оригиналом получает формальное оправдание.
Определенные свойства оригинала при этом теря¬
ются (потеря информации). Нужно также учитывать,
что модель обладает и другими непредусмотренными
свойствами. Если модель рассматривать полностью как
отраженную информацию об оригинале, образуется
избыток фиктивной информации. Кроме того, при таком
подходе неизбежны и ошибки в определении структуры.
Все это заставляет внимательно отнестись к вопросу о
гомоморфном отражении оригинала. Часть информации
теряется при моделировании — частное богаче общего,
действительность богаче теории. «Признание теории
снимком,— отмечал В. И. Ленин,— приблизительной
копией с объективной реальности,— в этом и состоит
материализм» ‘. При изоморфном отражении получен¬
ная картина может быть однозначно сведена к ориги¬
налу, так как каждое отображение совпадает только с
одним фрагментом оригинала и каждый фрагмент ори¬
гинала — только с одним фрагментом отображения.
Иными словами, имеет место обратимое поэлементное
соответствие. При гомоморфном отражении одна кар¬
тина может иметь несколько оригиналов. Поскольку
гомоморфное отображение по своей сущности не явля¬
ется однозначно обратимым, не всегда возможно и
однозначное заключение об оригинале на основе его
отображения. Из этой своего рода многозначности воз¬
никает возможность различных интерпретаций. При этом
особое значение приобретает опыт исследователя, его
способность к диалектическому мышлению. Гомоморф¬
ное отображение действительности нуждается для ее
реконструкции в определенном дополнении, и прежде
всего в дополнении личным опытом исследователя.
Абстрактная система характеризуется определенным
внешним поведением, которое описывается соответст¬
вующими математическими уравнениями. Два фрагмен¬
та действительности называются гомоморфными в
том случае, если определенные связи одного из этих
1 В. И. Ленин, Поли, собр. соч., т. 18, с. 281.
105
фрагментов с внешней средой могут быть соотнесены со
связями другого фрагмента с его внешней средой. Оди¬
наковое поведение описывается одними и теми же
уравнениями, то есть в математической модели функции
отображения будут описываться теми же самыми урав¬
нениями, что и явления оригинала. Такие аналогии да¬
леко не всегда очевидны, часто они становятся замет¬
ными только при математической обработке данных.
При этом могут обнаружиться ранее не отмечавшиеся
аналогии между явлениями. Может выясниться, что
уравнения, которыми описываются различные явления,
обнаруживают такое сходство, что невозможно решить,
в чем состоит различие между поведением этих двух
оригиналов. Подобное сходство уравнений и тем самым
возможность математического моделирования можно
отметить и в обсуждаемой нами области. Действитель¬
но, можно показать, что дифференциальные уравнения,
описывающие поведение вентилей (элементов техни¬
ческой системы регулирования), во многом сходны и
даже идентичны-дифференциальным уравнениям кине¬
тики ферментов. Таким образом, мы имеем дело с го¬
моморфизмом, и гидродинамические процессы или соот¬
ветствующим образом построенные электрические схемы
(гомоморфизм между движением электрического тока
и гидродинамикой доказан уже давно) могут служить
для широкого моделирования процессов в кинетике
ферментов.
Так, например, ртутный термометр или электриче¬
ское сопротивление, состоящее из P-элементов, обнару¬
живают в своем поведении сходство с мономолекуляр-
ной реакцией. Участок регулирования температуры или
поведение одного P-элемента с замедлением второго
порядка аналогичны бимолекулярной реакции. Иными
словами, можно установить, что явления, принципиаль¬
но различные по своей природе (с одной стороны,
функциональное поведение технических элементов и, с
другой—процессы кинетики реакций), могут описы¬
ваться одними и теми же методами.
Обнаружение аналогий между реальными объекта¬
ми и их моделирование на ЭВМ могут облегчить про¬
цесс анализа оригинала. В частности, этот путь мо¬
жет позволить исследовать функционирование объекта
в условиях, которые крайне затруднительно или вообще
невозможно воспроизвести в прямом эксперименте. Это
106
особенно относится к биологическим объектам, напри¬
мер к клетке и другим феноменам, соотносимым с ней
по размерам и сложности. Метод моделирования пре¬
доставляет в подобных случаях целый ряд новых воз¬
можностей для анализа поведения по сравнению с
другими методами.
Важны прежде всего принципы, лежащие в основе
метода моделирования. Это, во-первых, принцип мате¬
риального единства мира и, во-вторых, принцип все¬
общей взаимосвязи, выражающийся в предпосылке,
согласно которой внутренние свойства системы отража¬
ются в ее внешних свойствах, а те в свою очередь имеют
аналоги во внутренних свойствах. Это, далее, принцип
познаваемости мира. Если мы обозначим внутренние
свойства, определяющие качественное своеобразие дан¬
ной системы, как ее сущность, а отношение ее к среде
(внешние формы поведения) — как явление, то можно
исходить из тесной взаимосвязи сущности и явления.
Сущность является, а явление существенно, как подчер¬
кивал Ленин; однако они не идентичны, и мы прони¬
каем все глубже «от сущности первого... порядка, к сущ¬
ности второго порядка и т. д. без конца» *. Очевидно,
что общие философские принципы, лежащие в основе
кибернетического метода моделирования, радикально
расходятся с изощренной формой агностицизма, кото¬
рая стремится сконструировать различие между сущ¬
ностью и явлением как различие между явлением и
«вещью в себе».
Ленин, как известно, много внимания уделял крити¬
ке различных разновидностей субъективизма. При этом
он широко использовал также и положения, развитые
Гегелем в его полемике с Кантом. Ссылаясь на соот¬
ветствующее положение в работе Энгельса «Людвиг
Фейербах и конец классической немецкой философии»,
Ленин замечает, что, насколько это возможно с идеали¬
стической точки зрения, Гегелем высказаны все крити¬
ческие замечания по принципиальным моментам пози¬
ции Канта1 2. Для метода моделирования эти мысли
Гегеля, высказанные в полемике с Кантом, оказыва¬
ются чрезвычайно плодотворными. Они требуют даль¬
нейшего развития. Сущность является, а явление су¬
щественно — применительно к нашей проблематике это
1 В. И. Лепи н. Поли. собр. соч., т. 29, с. 227.
2 См. там же, с. 151.
107
означает утверждение тесной взаимосвязи между вну¬
тренними и внешними формами поведения системы.
Внутренняя форма поведения определяется взаимоот¬
ношениями между частями системы. Внешняя форма
поведения определяется отношениями между системой
и средой.
Внешняя и внутренняя формы поведения находятся
в тесной взаимосвязи. Целесообразно, однако, прово¬
дить различие между этими двумя типами поведения
одного и того же фрагмента реальности. Это подчерки¬
вает, например, Пешель [155, с. 791], одновременно
указывая, что оба типа поведения так тесно связаны
друг с другом, что вполне может быть выдвинута гипо¬
теза об однозначно обратном соответствии их сущест¬
венных отношений. В этой связи можно выдвинуть и
еще одну, на этот раз рабочую, гипотезу о том, что не
может быть двух фрагментов действительности с оди¬
наковым внешним поведением и в то же время сущест¬
венно различающимися типами внутреннего поведения.
Задачей кибернетики является изучение внутренних
и внешних типов поведения. Они могут выражаться
через различные величины, значения которых изменяют¬
ся, зависят от функции времени. Между этими функция¬
ми имеются определенные математические зависимости.
В этом смысле понятие формы, или типа, поведения
предстает как кибернетическое понятие. Математические
отношения описывают поведение многих конкретных
систем, они независимы от той частной системы, на базе
которой была получена данная абстракция.
Определением внешнего поведения служит принцип
«черного ящика». Определение внутреннего поведения,
то есть структуры системы, возможно с использованием
метода моделирования.
Если исследуется распределение взаимосвязанных
подсистем, то есть внутреннее строение системы, то при
этом в качестве возможных и допустимых одновремен¬
но выделяются и некоторые внешние связи системы.
Таким образом, выделяются релевантные формы внеш¬
него поведения системы, которые подвергаются изуче¬
нию, а затем результаты этой работы кладутся в основу
построения модели, обладающей аналогичным внешним
поведением. Поскольку внешнее поведение находится в
тесной связи с внутренним, можно предположить, что,
моделируя внешнее поведение, мы, по крайней мере
108
частично, моделируем одновременно и формы внутрен¬
него поведения. С помощью модели снова выделяются
некоторые существенные связи фрагмента действитель¬
ности (оригинала) со средой, подобные опыты повто¬
ряются, что часто ведет к обогащению и изменению
модели. Эта модель должна имитировать внешние фор¬
мы поведения оригинала и благодаря указанной взаи¬
мосвязи между двумя типами поведения обнаруживать
тем самым по мере своего совершенствования все
больше сходства с внутренним поведением изучаемого
фрагмента действительности. И если можно подвергнуть
исследованию все связи системы со средой, то должно
быть возможно, постоянно совершенствуя модель, до¬
биваться полной имитации всех форм внешнего поведе¬
ния изучаемого объекта. В этом случае модель стала
бы в значительной мере идентична изучаемому фраг¬
менту действительности как с точки зрения его внешне¬
го поведения, так и с точки зрения существенных черт
его внутреннего поведения. Такое соответствие в боль¬
шинстве случаев не базируется на изоморфизме, а
имеет характер общего гомоморфизма.
Учитывая эти общие положения и опираясь на бога¬
тый материал, уже накопленный «наукой о биологиче¬
ском регулировании» [204], можно еще увереннее гово¬
рить о широком сходстве проблем регулирования в
технике и биологии, а также о возможностях и значе¬
нии математического моделирования биологических
процессов. Исходным при этом является тезис о том,
что математическая модель (параметры которой могут
быть представлены на ЭВМ) только тогда приобретает
эвристическую ценность, когда она способствует про¬
верке экспериментальных результатов, их интеграции
и теоретическому обоснованию. Метод моделирования и
современное понятие модели не ограничиваются больше
материальными моделями, включают в себя мыслен¬
ные модели и математические структуры. В модели объ¬
единены экспериментальные данные и теоретические
представления, благодаря чему она выступает свя¬
зующим звеном между теорией и экспериментом
(см. рис. 3).
В настоящее время имеется, например, огромное
число экспериментальных данных по кинетике и реак¬
тивной способности отдельных гликолитических фермен¬
тов. Это позволяет на основе знания кинетики отдельных
109
Г"
! Эксперимент
Ранее принятая теория
Теория
Г ипотеза
Опыт и принятые способы
постановки проблем
Наличное знание и имею¬
щиеся гипотезы
Рис. 3. Модель как
связующее звено между
экспериментом и теорией,
как выражение единства
эмпирического и теоре¬
тического в научном по¬
знании.
Объединение экспериментальных данных
и теоретических представлений.
Модель становится конкретнее
и предваряет теорию
Теоретическая
модель
Подтвержденная и
усовершенствованная
теория
Моделирование
Совпадение
экспериментальных
данных и
теоретических
предсказаний
Совпадение
экспериментальных
результатов и
конкретной
модели
6
6
Параметризация
5
5
Экспериментально
проверяемые
следствия
гипотезы
План
эксперимента
Толкование
результатов экспе¬
римента на основе
модельных
представлений
| Интерпретация
■ результатов моде¬
лирования путем
I сравнения их с
i результатами
I эксперимента
Следствия гипо¬
тезы,поддающие¬
ся проверке в
модельном
эксперименте
Формулировка
допущений и
образование
абстрактной
системы
3
Формирование
стратегии
эксперимента
2
Значения параметров
[ Редукция |
Данные наблюдения
2
Теоретические отношения
| Редукция [
3
; Выдача с ЭВМ
Построение
логико-матема¬
тической
модели
4
4
Протекание процессов
в экспериментальной системе
Влияние экспериментатора
на конкретный системный
вариант условий
Система
аналитико¬
синтетических
методов
познания
Имитация
Изучение свойств
логико-математической модели.
Варьирование параметров
компонентов предпринять попытку построить мульти-
ферментную модель гликолиза и имитировать с ее по-,
мощью процесс гликолиза.
Разработка первых специальных математических
мультиферментных моделей была в свое время начата
Чэнсом, Гарфинкелем, Хиггинсом и Гессом. Поводом к
этой работе была убежденность в том, что регуляцион¬
ные механизмы, ответственные за эффекты Пастера и
Крабтри, не поддавались упрощенной интерпретации.
Имеющиеся представления об эффекте Пастера остав¬
ляли многие вопросы открытыми.
Границы теории были четко очерчены имеющими¬
ся в распоряжении исследователей возможностями ана¬
лиза. Новые аспекты открывались только как резуль¬
тат комбинации кинетического анализа метаболитов
(с помощью фотометрических и электрометрических ме¬
тодов) и применения ЭВМ в обработке эмпирических
данных. Теперь мы попытаемся в общих чертах изобра¬
зить отдельные фазы и последовательность действий по
построению математической модели, подлежащей реали¬
зации на ЭВМ. При этом выделим следующие фазы.
1. Формулировка проблемы, основных предпосылок
и допущений, на которые опирается модель (образова¬
ние конкретной системы).
2. Образование абстрактной системы (построение
блок-схемы)-
3. Математическое описание проблемы и составле¬
ние программы для ЭВМ.
4. Получение решения (выдача).
5. Проверка модели и решения (параметризация).
6. Уточнение и все большее приспособление модели
к характеристикам объективной реальности.
Иными словами, результаты моделирования срав¬
ниваются с результатами экспериментов. Оба метода
нельзя рассматривать в отрыве один от другого, так
как они представляют собой сложную, переплетенную
систему методов. Так, если речь идет о клеточном ме¬
таболизме, мы не в состоянии выяснить взаимодействие
процессов клеточной регуляции исключительно экспери¬
ментальными методами. Индуктивные способности не¬
большой группы экспериментаторов недостаточны для
того, чтобы получить всеобъемлющие результаты такой
сложности. С другой стороны, математические модели
клеточных физиологических и молекулярно-биологиче¬
111
ских объектов мало чем отличаются от простых и
чисто формальных абстракций, до тех пор пока они не
приведены в связь с экспериментальными данными [73].
Только в соединении снимаются чистая формаль¬
ность абстрактной модели и слепая наглядность про¬
стых эмпирических данных. Жесткое разделение несо¬
стоятельно, хотя обычно приводится в оправдание дуа¬
лизма эксперимента и моделирования.
Эта дуалистичность (см. рис. 3) тоже может быть
разделена на фазы: планирование эксперимента соот¬
ветствует формулировке модели; проведение экспери¬
мента — имитации в модели поведения объекта; обра¬
ботка полученных данных — обобщению результатов
имитации. Каждый из этих частных шагов имеет свой
смысл в общем процессе. Это происходит и при пара¬
метризации модели с помощью результатов измерения.
Модель становится благодаря этому конкретной, а дан¬
ные приобретают теоретическое выражение. Таким об¬
разом, именно параметризация становится центром тео¬
ретической и практической работы, выражением един¬
ства эмпирического и теоретического в научном по¬
знании.
По своей сущности модель является отражением,
абстракцией, но в то же время она больше, чем аб¬
стракция, она — конкретизация абстракции. Модель
выступает специальным средством восхождения по¬
знания от чувственно-конкретного через абстрактное к
«воспроизведению конкретного в мышлении» в духе
Маркса.
Имеется два способа конкретизации модели. Оба
предусматривают применение ЭВМ сразу же после
выхода за пределы элементарного уровня: аналоговый
метод (имитация) и алгоритмизация. Оба метода пред¬
полагают обработку экспериментально полученных дан¬
ных и оптимизацию параметров модели. В случае ими¬
тации это достигается путем инспекции пространства
отклика при изменяющихся параметрах, в случае алго¬
ритмического поиска — путем исследования поверхности
наилучших приближений. Методы дополняют друг дру¬
га: некоторой точке в параметрическом пространстве
соответствует определенная точка в пространстве откли¬
ка; некоторая точка в пространстве отклика (как функ¬
ция модельной переменной) представлена в парамет¬
рическом пространстве кривой наилучших приближений,
112
которая является геометрическим местом равнозначных
модельных аппроксимаций.
Именно при конкретизации обнаруживаются слабо¬
сти модели — она может быть, с одной стороны, несов¬
местимой с объектом, а с другой — неоднозначной.
Несовместимая модель имеет слишком мало, а неодно¬
значная — слишком много степеней свободы относитель¬
но объекта. Модель гликолиза у Гарфинкеля — Гесса
была совместимой, но неоднозначной. Модель аллосте¬
рических ферментов и фруктокиназы Михаэлиса — Мен¬
тена несовместима, то есть имеет однозначные соответ¬
ствия, однако они с необходимостью неудовлетвори¬
тельны.
Согласованная модель должна обладать минимумом
размерностей. Это вопрос не столько изящества, сколь¬
ко однозначности. Так, было бы неверным подгонять
простую гиперболическую кинетику под модель Моно.
В последней имеется слишком много степеней свободы,
поскольку первая существует только как крайний слу¬
чай последней. Таким образом, адаптированная модель
была бы многозначной.
Первым шагом в моделировании всегда является
построение совместимой модели, а вторым — обеспече¬
ние ее однозначности. При современном состоянии мо¬
делирования часто оказывается возможным только пер¬
вый шаг. Приходится останавливаться на полпути, по¬
тому что обеспечение однозначности требует вычисле¬
ний слишком большого объема и сложности. Алго¬
ритмы для решения второй задачи в настоящее время
разрабатываются, а частично уже созданы. Основная
идея состоит в том, чтобы разработать общую страте¬
гию адаптации, в рамках которой любая данная модель
может быть введена в качестве подпрограммы. Подоб¬
ные программы позволяют принимать практически важ¬
ные решения по выбору альтернативных моделей, кон¬
курирующих в объяснении одного и того же набора
данных [168].
В первых попытках (Чэнс, Гарфинкель, Хиггинс,
Гесс, 1960) имитировать гликолитическую систему на
ЭВМ из-за ограниченного объема памяти машины в мо¬
дель было введено меньше половины реально действую¬
щих гликолитических ферментов; слишком приблизи¬
тельно моделировалось и окислительное фосфорилирова¬
ние, Постепенно модель все больше приспосабливалась
113
к реальному, наблюдаемому в эксперименте поведению
системы. Детализированное изображение (Гарфинкель
и Гесс, 1964) содержало уже все известные ферменты
и промежуточные продукты гликолиза и дыхания кле¬
ток в 89 реакциях и 65 компонентах в форме ферментно¬
субстратных комплексов. Модель учитывает отделение
АТФ и АДФ. Потребляющая АТФ реакция и контро¬
лированное выделение АТФ из митохондрий имитирова¬
лись специальной митохондрической АТФ-азой. На сле¬
дующей ступени уточнения модели уже каждый отдель¬
ный фермент должен быть изображен настолько точно
и полно, насколько это позволяют экспериментальные
данные. Благодаря этому модель становится еще слож¬
нее, хотя она по сложности существенно уступает ре¬
альному объекту.
Имеется и противоположная тенденция — упрощение
моделей. Она преследует цель разработать существен¬
ные принципы регуляции и на этой общей базе полу¬
чить результаты, значимые в медицинском или промыш¬
ленно-прикладном аспекте [98]. С такой целью разра¬
батывают, например Рейх, Селков, Т. Рапопорт и Ген¬
рих [169, 87, 166] в сотрудничестве с Якобашем, Фрун-
дером и С. М. Рапопортом, модель гликолиза эритро¬
цитов. В самой общей форме весь метаболический путь
был описан уравнением Кнорре. Благодаря подобным
упрощениям происходит редукция параметров, которая
требуется для промышленного использования модели.
Эта взаимосвязь упрощения и применимости пока еще
недостаточно исследована в теоретико-познавательном
плане. Ясно, однако, что подобная редукция параметров
стала возможной только на основе ранее описанной мо¬
дели Гарфинкеля, Чэнса и Гесса, в которой правиль¬
ность подхода была проверена во всех деталях.
Шарф с точки зрения ранее охарактеризованного развития
справедливо подчеркивает: «...Модели, в которых клетка описывает¬
ся как целое, то есть полностью, оказываются довольно стериль¬
ными в отношении новой информации. Речь идет о более или менее
корректных, сильно увеличенных изображениях, не имеющих функ¬
циональных свойств. В противоположность этим моделям частные,
специальные, значительно упрощенные модели, не стремящиеся к
обязательному сходству с естественным оригиналом, оказываются
часто мощными в функциональном отношении, когда основным тре¬
бованием выступает ограничение разнообразия имитируемых функ¬
ции» [179].
Кнорре пишет о практической полезности модели: «Хотя уже
больше десяти лет разные группы исследователей проводили ин¬
114
тенсивное генетическое и биохимическое Изучение й-галактозидазы
и она относится к наиболее известным в настоящее время систе-1
мам ферментного синтеза, о ее динамическом поведении было из¬
вестно очень мало, а об осцилляции — вообще ничего. На основе
исследований модели были проведены направленные эксперименты,
которые указали на наличие осциллирующего поведения» [116, с. 36].
Это высказывание подкрепляет рассмотренный ранее тезис
о том, что математические аналоговые модели даже относительно
тех систем, которые подвергаются интенсивному экспериментально¬
му изучению, позволяют выявить новые подходы в исследовании-, а
вместе с тем и делать заключения о новых функциональных и
структурных свойствах системы. Эти заключения, разумеется, тре¬
буют последующего экспериментального подтверждения.
Гудвин разделил регуляционные механизмы клетки на три
уровня: метаболический, эпигенетический и генетический [61, с. 67].
В ходе регуляции на метаболическом уровне, наличествующем в
каждой клетке, торможение конечным продуктом (конкурентное
ингибирование) и активация (инактивация) отдельных ферментов
(аллостерический эффект) подчиняются закону массовых воздей¬
ствий (см. 8.1).
При исследовании регуляции на метаболическом уровне вне
рассмотрения остаются перекодирование и обработка генетической
информации (транскрипция, трансляция).
Регуляция, однако, возможна и с помощью индуцированного
или ингибированного синтеза ферментов. Это происходит путем ин¬
дукции или репрессии специфических синтезов РНК на более вы¬
соких по сравнению с метаболическим уровнях регуляции (см.
разд. 8.5).
Индукция и репрессия специфических синтезов РНК, следствием
чего и является индуцированный или ингибированный синтез фер¬
ментов, выступают характерными признаками регуляции на эпигене¬
тическом уровне.
С помощью модели Жакоба и Моно (1961) удается описать,
например, индукцию или репрессию синтеза fi-галактозидазы для
культуры кишечной палочки. Если питательная среда заменяется
с глюкозы на лактозу, то уже через несколько минут синтезируется
0-галактозидаза, необходимая для расщепления лактозы. Гудвин
[82, 83] разработал и использовал принципиальную схему репрес¬
сии ферментного синтеза для характеристики свойств репрессивного
контура обратной связи.
Бёттнер [42], основываясь на идеях Гудвина, разработал мо¬
дель проявления гена, позволяющую на всех уровнях (транскрип¬
ции, действия РНК, активации m-РНК, трансляции, активации фер¬
ментов) имитировать воздействия на различные процессы возник¬
новения активных белков. Совокупное поведение гена может быть
при этом интегративно отображено с помощью абстрактного авто¬
мата, схема взаимодействия которого с другими аналогичными эле¬
ментами позволяет в свою очередь изобразить генетическое струк¬
турное взаимодействие. С помощью этой модели был отображен
переход от лизогенной к литической фазе у бактериофага К, и
поведение бактериофага было определено как поведение триггера
между транскрипционными единицами и их генными продуктами.
Универсальная модель транскрипционной единицы как принципиаль¬
ной структурной единицы транскрипционной регуляции была разра¬
ботана Нейманом [32].
115
Эта модель дает возможность имитировать и исследовать ме¬
ханизмы регуляции любой прокариотической и эукариотической
транскрипционной единицы на молекулярном уровне. Модель была
проверена на известной системе fi-галактозидазы. Осуществлять
прямую проверку гипотез о структуре эукариотической транскрип¬
ционной единицы и соотнесение этих гипотез с результатами экспе¬
риментального исследования реактивированного хроматина позво¬
ляет блочная модель транскрипционной регуляции, созданная Белл-
манном [33].
Также на основе временного развития молекулярных ансамблей
была разработана имитационная модель размножения РНК бакте¬
риофагом, которая допускает почти абсолютную теоретическую
манипуляцию объектами данного класса [119]. Эта модель пока¬
зала, что механизмы регуляции на трансляционном уровне следует
рассматривать более комплексно, чем это считалось до сих пор
[118]. Глобальное поведение системы фага, размножающегося в
клетке-хозяине, удалось прямо вывести из изменения матрицы гене¬
тической памяти. Книйненбург указывает в этой связи на возмож¬
ные аналогии в эукариотических процессах дифференциации.
Таким образом, мы видим, что описанный метод
аналогового моделирования (имитации) не ограничи¬
вается мультиферментной моделью, которая привлека¬
лась для его иллюстрации. Существует целый ряд
проблем, которые могут быть исследованы с примене¬
нием сходных методик. Это возможно не только в отно¬
шении проблемы кинетики ферментов, но также и про¬
блемы транспортировки веществ, синтеза или дегенера¬
ции белков, генетической регуляции и т. д.
Математические методы завоевывают и будут за¬
воевывать все большее признание в биологии по мере
того, как последняя будет избавляться от чисто эмпи¬
рического подхода и переходить к поиску широких за¬
кономерностей огромного числа единичных явлений.
Если мы не хотим увязнуть в единичных описаниях, то
нам следует искать язык, в терминах которого может
быть определено общее и существенное. Определенные
возможности в этом направлении открывает использова¬
ние опыта и подходов, развитых в технике и теории
автоматов. Лей, анализировавший теоретико-познава¬
тельную сторону этих процессов, приходит к следую¬
щему заключению: «Открытие и развитие метода ими¬
тационного моделирования отличается рациональностью
выдвигаемых в связи с ним идей. Можно говорить, что
рациональный момент, а не иррациональные искажения,
стремление к идентичности описания существенных от¬
ношений становятся центральным пунктом рассмотре¬
ния» [132, с. 1195].
5. Проблемы детерминизма
в технической и живой системе
5.1. Понятие причинности
и его отношение к понятию закона
Диалектико-материалистическая концепция детер¬
минизма должна быть отграничена, во-первых, от инде¬
терминизма, отрицающего категорию необходимости,
во-вторых, от концепции, которую можно охарактеризо¬
вать как механический детерминизм, или предетерми¬
низм, отрицающей объективность случайности. Подлин¬
но диалектическая концепция детерминизма исследует
диалектическое единство случайного и необходимого.
Это единство дано в объективно возможном. Диалек¬
тическое единство необходимого и случайного в объек¬
тивно возможном основывается на противоречивой при¬
роде материи. Согласно индетерминистской концепции,
в природе, обществе и мышлении отсутствуют объек¬
тивные закономерности, а закономерности, открытые
наукой, опираются на субъективные представления или
на принцип экономии мышления. Механистический же
детерминизм исходит из того, что объективные законо¬
мерности определяют все аспекты любого процесса,
как существенные, так и несущественные. Диалектико¬
материалистическая концепция детерминизма исходит
из того, что объективные закономерности четко опреде¬
ляют существенные аспекты процесса, оставляя в то
же время пространство для реализации различных воз¬
можностей.
Материалист-диалектик защищает объективное су¬
ществование причинной взаимосвязи и выступает против
любой формы отрицания причинной обусловленности и
попыток представить причинность как выражение дея¬
тельности человеческого сознания. Причинность не дан¬
ная a priori форма мышления, как утверждал Кант, она
117
нигде не нарушается в объективной реальности, как это
утверждают индетерминисты (например, Иордан). Вы¬
ступая единым фронтом против идеализма в его по¬
зитивистской, кондиционалистской, теологической и дру¬
гих версиях, философы и естествоиспытатели, стоя¬
щие на позициях диалектического материализма, при¬
знают определенные различия в трактовке этой пробле¬
матики. Речь идет прежде всего о различных точках
зрения по следующим проблемам:
1) отношение причинности и детерминизма;
2) отношение причинности и закона;
3) отношение динамических и статистических зако¬
номерностей, а кроме того, дальнейшая дифференциа¬
ция внутри вероятностных законов (статистика и про-
бабилистика).
Объективный характер причинных взаимосвязей и
детерминированность явлений признаются во всех слу¬
чаях. Предметом обсуждения является определение
взаимоотношений вышеперечисленных категорий [93].
По двум первым пунктам выработана единая позиция:
а) причинность понимается как одна (элементарная)
из форм взаимосвязи наряду с другими формами детер¬
минации;
б) вместо предположения о простой жесткой необ¬
ходимой связи между причиной и действием проводится
различие между причинностью и законом.
В то же время по третьему пункту, касающемуся
различий внутри вероятностных законов (классическая
статистика и пробабилистика), а тем самым и понима¬
ния случайности не просто как чего-то внешнего, но
как существенного, присущего самому событию, и свя¬
занному с этим тезису о существовании закономерно¬
стей, которые включают случайность и не сводятся
только к необходимому (а соответственно проблема
связи необходимого и возможного),— по всем этим
вопросам добиться общей позиции пока не удалось.
В этом смысле разные определения получает и катего¬
рия причинности [215, с. 209—211].
5.1.1. Причинность и взаимодействие
Диалектико-материалистическая концепция детерми¬
низма исходит из трех основных принципов:
1) принципа всеобщей взаимосвязи;
118
2) принципа материального единства мира;
3) принципа самодвижения материи.
Диалектический детерминизм признает, что любое
изменение обусловлено другими изменениями, что сово¬
купность всех изменяющихся явлений образует универ¬
сальную взаимосвязь. Значение категории всеобщей
взаимосвязи особенно ярко проявляется в проблеме
дуализма волны-частицы и в проблеме диалектики
части и целого при понимании специфики биологических
законов.
Диалектический детерминизм исходит, таким обра¬
зом, из признания обусловленности и определенности
вещей и явлений во всеобщей взаимосвязи. При этом
обусловленность подчеркивает историческую взаимо¬
связь, а определенность — системно-структурную взаимо¬
связь.
Диалектико-материалистическая концепция детерми¬
низма требует учета всех общих форм взаимосвязи
(закона, причинности, случайности, возможности, дейст¬
вительности, части, целого, структуры, функции и т.п.).
Отождествление детерминизма исключительно с при¬
чинной взаимосвязью (в том числе и со стороны фило¬
софов-марксистов) приводит к неоправданному сужению
понятия детерминизма. Все формы взаимосвязи объек¬
тивны, реальны и существуют независимо от сознания.
Ленин, критикуя позитивизм, указывал: «Действи¬
тельно важный теоретико-познавательный вопрос, раз¬
деляющий философские направления, состоит не в том,
какой степени точности достигли наши описания при¬
чинных связей и могут ли эти описания быть выраже¬
ны в точной математической формуле,— а в том, явля¬
ется ли источником нашего познания этих связей объек¬
тивная закономерность природы, или свойства нашего
ума, присущая ему способность познавать известные
априорные истины и т. п. Вот что бесповоротно отде¬
ляет материалистов Фейербаха, Маркса и Энгельса от
агностиков (юмистов) Авенариуса и Маха» '.
Это, по сути дела, решающий вопрос, разделяющий
материализм и идеализм. Этот факт нужно осознавать,
потому что в последнее время предпринимаются по¬
пытки (часто речь идет о небольших группах естество¬
испытателей или философов) от имени материализма
1 В. И- Л е н и и. Поли, собр. соч-, т. 18, с. 164.
119
вернуться к механистической картине мира, к картине
мира механистического материализма с характерной
для него концепцией детерминизма и представлениями
о сущности материи.
Проблемы, поставленные квантовой физикой, также
как и проблемы молекулярной биологии и развития
живой природы, не допускают решения с позиций ме¬
ханистического материализма, они могут быть решены
только на основе диалектико-материалистического пони¬
мания материи. Материя, в силу своей противоречи¬
вости способная к самодвижению, скрывает во всех
своих формах движения бесконечные возможности раз¬
вития. Именно последний решающий пункт недостаточ¬
но учитывался во многих работах по проблеме детер¬
минизма. Не менее важно в этой связи и требование
учета всех видов взаимосвязи.
Поставив вопрос, почему Гегель в противополож¬
ность неокантианцам сравнительно мало занимался
проблемой причинности, Ленин отвечает: «Да потому,
что для него каузальность есть лишь одно из опреде¬
лений универсальной связи, которую он гораздо глубже
и всестороннее охватил уже раньше, во всем своем из¬
ложении, всегда и с самого начала подчеркивая эту
связь, взаимопереходы etc. etc. Очень бы поучительно
сопоставить «пот у г и» новоэмпиризма (respective «фи¬
зического идеализма») с решениями, вернее, с диалек¬
тическим методом Гегеля» ’. Это указание в той же ме¬
ре относится и к «биологическому идеализму», так как
он в обсуждаемом здесь варианте представляет собой
не что иное, как прямой перенос физикалистско-идеали-
стических воззрений в сферу биологии.
Причинность имманентна самодвижению материи
как причинная обусловленность и определенность сово¬
купного процесса универсального взаимодействия. При¬
чинность — это одна из форм, момент универсального
взаимодействия, которое в биологической сфере выра¬
жается прежде всего во взаимодействии внутренних и
внешних характеристик системы. При этом следует
подчеркнуть, что причинная детерминация выступает
как основополагающая детерминация. Другие формы
обусловленности базируются главным образом на при¬
чинной обусловленности.
1 В, и. Л е н и и. Поля. собр. соч., т. 29, с. 146.,
120
Если каждое явление материального мира является
продуктом самодвижения материи, то различные пред¬
меты и явления в природе и обществе находятся в
объективной взаимозависимости, будучи более или ме¬
нее тесно связаны между собой. Они должны подвер¬
гаться постоянным временным изменениям, хотя одним
из моментов абсолютного движения выступает относи¬
тельный покой. Возможность открывать стабильные с
временной точки зрения явления и служит предпо¬
сылкой познания. Нет ни взаимодействия, ни движения
самих по себе, есть только движение материи. Объек¬
тивная реальность может рассматриваться как гигант¬
ская система, состоящая из множества взаимосвязанных
и взаимодействующих подсистем. Они зависят одна от
другой и влияют одна на другую, имеет место в боль¬
шинстве случаев чрезвычайно сложное взаимодействие,
внутри которого иногда обнаруживаются, однако, до¬
вольно простые и ясные зависимости. В последнем слу¬
чае эта система взаимных зависимостей и взаимовлия¬
ния может быть изображена путем трех элементарных
форм связей:
1) х не влияет на у (независимость) ;
2) имеется направленное влияние х на у (причин¬
ная связь);
3) х влияет на у, и наоборот (обратная связь).
1. Величины х и у независимы одна от другой.
Если мы рассматриваем два материальных явления
х и у, мы не можем знать заранее, является ли х при¬
чиной у. Это может иметь место только в том случае,
если речь идет о процессе, который опосредствует
действие х на у. Между двумя событиями, находящи¬
мися только в пространственном отношении одно к дру¬
гому, не может быть причинной связи. С точки зрения
всеобщей взаимосвязи абсолютная независимость — аб¬
стракция. В качестве полностью закрытой системы мо¬
жет рассматриваться только вселенная в целом, которая,
будучи бесконечной, не находится во взаимосвязи с ка¬
кого-либо рода окружением. Независимость есть не что
иное, как крайний случай все ослабляющейся зависи¬
мости.
2. Величина х влияет на у, то есть имеет место при¬
чинная связь.
Под причинностью мы понимаем конкретное непо¬
средственное выражение направленного взаимодейст¬
121
вия. Для причинной связи характерны: 1) объектив¬
ность; 2) одновременность причины и действия; 3) асим¬
метрия связи, то есть ее однонаправленность — х влияет
на у, но у не влияет на х.
Подобная одновременная и однонаправленная связь
между хну математически может быть выражена в
форме дифференциального уравнения с двумя времен¬
ными функциями x(t) и y(t):
у(0 = ^.
Здесь мгновенное изменение х непосредственно влия¬
ет на у, в то время как влияние у на х не зафикси¬
ровано.
Подобным образом направленное взаимодействие и
называется причинной связью. В подобной зависимости
могут находиться несколько величин, например величи¬
ны yi, у2, ... находятся в причинной зависимости от
величины Xi, х2, ... . О том, является ли все пове¬
дение величин yi, у2, ... однозначно определенным фи¬
зическими величинами xj, х2, ..., категория причинно¬
сти не сообщает. Это один из решающих пунктов кон¬
цепции детерминизма; х влияет на у, а не наоборот.
Это высказывание о конкретном непосредственном
влиянии, в котором не содержится ни различения меж¬
ду необходимым и случайным влиянием, ни однознач¬
ного определения полноты действия данной причины.
Во всех случаях мы говорим о причинности. 'Обычно
же, и здесь мы как раз сталкиваемся с механистическим
сужением понятия причинности, последняя понимается
только как однозначное определение полной причины.
Если внутри системы имеется необходимое взаимодей¬
ствие между двумя величинами, то здесь мы уже гово¬
рим о строго детерминированном звене цепи, соответст¬
венно о специальном типе закона.
Асимметрия причинной взаимосвязи также является
абстракцией, основывающейся на допущении, что у ни¬
коим образом (в том числе и опосредствованно) не
влияет на х. В этом смысле большое значение имеет
положение Энгельса о том, что «причина и следствие
суть представления, которые имеют значение, как та¬
ковые, только в применении к данному отдельному слу¬
чаю; но как только мы будем рассматривать этот от¬
дельный случай в его общей связи со всем мировым
целым, эти представления сходятся и переплетаются в
122
представлении универсального взаимодействия, в кото¬
ром причины и следствия постоянно меняются местами;
то, что здесь или теперь является причиной, становится
там или тогда следствием и наоборот» *.
В целом ряде серьезных работ философов-марксистов оспари¬
вается тезис об одновременности причины и действия. Целью дан¬
ной работы не является подробное обсуждение этой специальной
проблемы. Следует, однако, отметить, что нужно очень осторожно
применять к отношению причины и действия пространственно-вре¬
менные понятия. Причина и следствие не являются материальными
объектами, это две стороны отношения между материальными объ¬
ектами. Тезис о том, что причинное отношение вообще имеет вре¬
менную протяженность, то есть длится в течение конечного проме¬
жутка времени, неоспорим. Утверждение, что здесь имеет якобы
место бесконечная скорость распространения действия, может при¬
ниматься во внимание только в том случае, если мы пренебрежем
промежуточными звеньями временной последовательности. Если же
этого не делать, то причинность выступает перед нами как отно¬
шение непосредственной взаимосвязи двух материальных явлений,
одновременно находящихся в одном и том же месте.
Наша точка зрения соответствует ныне повсеместно признанной
теории близкодействия в физике, согласно которой следует прини¬
мать во внимание только непосредственное воздействие на некото¬
рую точку в пространстве, только состояние непосредственного
окружения в непосредственно предшествующий рассматриваемому
момент времени.
Причина может действовать только в том случае, если она су¬
ществует. Если причина относится к прошлому, то она не суще¬
ствует и не может действовать. Поэтому причина и действие долж¬
ны существовать одновременно. Из практических соображений
иногда полезно пренебречь некоторыми существенными членами
временной последовательности. Из-за этого может возникнуть впе¬
чатление, что причина действует из прошлого. В действительности
же причина и следствие одновременны.
3. Еще одну элементарную форму связи мы наблю¬
даем, если х влияет на у, а у влияет на х.
Если дано такое двустороннее взаимодействие, то
мы, вслед за Эшби [27], говорим об обратной связи.
При этом речь идет о взаимной зависимости, и мы не
проводим однозначного различения между причиной и
действием в каждом случае. При наличии однозначной
определенности, а вместе с ней и необходимой взаимо¬
связи внутри всей замкнутой в круг серии действий мы
говорим о строго детерминированном контуре (опреде¬
ленной последовательности звеньев, даже в том случае,
1 К. Маркси Ф. Энгельс. Соч., т. 20, с. 22.
123
если эта последовательность структурно не реализована,
как это имеет, например, место в омическом сопротив¬
лении).
Эшби четко продемонстрировал, что понятие обрат¬
ной связи, справедливое для описания взаимозависи¬
мости двух величин, становится неадекватным для опи¬
сания взаимозависимости четырех величин. При количе¬
ственном возрастании зависимостей возникают качест¬
венно новые свойства. Принцип аддитивности противо¬
стоит взаимодействию. К понятию взаимодействия мы,
по сути дела, приходим только при наличии некоторого
множества взаимосвязанных зависимостей.
Следует подчеркнуть здесь, что философская кате¬
гория взаимодействия, так же как и физическое поня¬
тие взаимодействия, значительно превосходит понятие
обратной связи как по своей общности и глубине, так
и по объему. С одной стороны, имеется в виду необхо¬
димая взаимосвязь между причинами и действиями, с
другой стороны, речь идет при этом об элементарной
связи, которая сама по себе приобретает общее значе¬
ние только через взаимодействие.
5.1.2. Причинность и закон
Взаимозависимость может быть как необходимой,
так и случайной. При описании взаимной зависимости
как контура обратной связи на первый план выводятся
необходимые зависимости. Регистрация причинной зави¬
симости или взаимной зависимости между двумя зако¬
номерно связанными физическими величинами является
идеализацией в том смысле, что при этом мы абстра¬
гируемся от большого числа других физических вели¬
чин, которые оказывают определенное влияние на хь
Х2, ... и на У1, у2, . .. в их однозначной соподчинен-
ности. Величины, характеризующие случайные и необ¬
ходимые факторы, в большинстве случаев довольно
трудно разделить, поскольку (в конкретной системе)
они действуют не порознь, а в своей совокупности. Слу¬
чайные факторы— их часто называют величиной поме¬
хи — искажают ясную картину закономерной зависи¬
мости.
Только в том случае, когда причинность и взаимная
зависимость не ограничиваются необходимой взаимо-
124
'связью, мы можем рассматривать и помехи как нечто
причинно обусловленное, то есть говорить о том, что
случайное событие имеет свою причину.
Помехи обычно регистрируются как случайные
флуктуации в закономерном поведении системы. И если
мы ставим знак равенства между причинностью и за¬
кономерным необходимым поведением системы, опреде¬
ляемым через ее существенные отношения, то в этом
случае все остальные отношения, которые вызывают
определенные случайные отклонения в поведении си¬
стемы, мы должны рассматривать также либо как за¬
кономерные, либо как не подчиняющиеся причинности.
Обе точки зрения неверны.
Если случайные взаимосвязи закономерны, то мы
приходим к отрицанию случайности. Если они не под¬
чиняются причинности, мы приходим к индетерминизму.
Таким образом, следует отказаться от предположения о
необходимости отношения между причиной и действием.
Это не означает отказа от материалистического тезиса,
направленного против акаузальности, тезиса о том, что
каждое действие с необходимостью имеет причину. Это
означает, однако, отказ от тезиса о том, что каждая
причина с необходимостью имеет всегда одно и то же
действие. Принцип «одинаковая причина — одинаковое
действие» является наиболее четким выражением пре¬
детерминизма. Он неприменим даже в физике, а тем
более в высокосложных живых системах. Его следует
заменить принципом «одинаковая причина — одинаковое
возможное действие».
Таким образом, в противоположность принципу при¬
чинности, существовавшему в узкой классической меха¬
нистической концепции детерминизма, принцип причин¬
ности, соответствующий современному состоянию науки,
должен иметь более широкую формулировку. При этом
необходимо проводить различие между причинностью и
законом, причем причинность следует понимать как не¬
посредственное воплощение объективной взаимосвязи.
Различие понятий закона и причинности также не всегда одно¬
значно проводится в нашей литературе. Так, например, в учебнике
«Основы марксистской философии» утверждается: «Причинность —
это такая связь между явлениями, при которой за одним всегда
следует другое» [215, с. 120].
В этом же смысле пишет и Марх: «Мы понимаем причинность
не как некоторую a priori данную мысленную форму, мы отожде¬
ствляем принцип причинности с утверждением, которое может быть
125
как истинным, так и ложным. А именно с утверждением о том, что
при одних и тех же условиях из одного и того же исходного со¬
стояния всегда развивается один и тот же процесс. Если природа
действительно устроена таким образом, то тогда происходящие в
ней события предсказуемы...» [135, с. 106]. Согласно Марху, мы
имеем дело с причинностью только тогда, когда, исходя из данного
состояния системы, мы имеем возможность вывести ее будущее со¬
стояние. Эта общая формулировка справедлива, как он утверждает,
и для классической, и для квантовой физики. Она справедлива, по
мнению Эльзассера, также для конечных автоматов и для онтоге¬
нетического развития. Приведенные определения могут быть спра¬
ведливыми только в том случае, если между причинно связанными
событиями существует закономерная связь. Далее мы постараемся
показать также, что существуют закономерные связи, которые мо¬
гут не иметь необходимого характера.
Подобные определения причинности совпадают с определениями
закона, которые даются в работах других философов [93, с. 151].
Это тождество категорий причинности и закона характерно для
механистического восприятия причинности. Подобное понимание
причинности в совокупности с диалектико-материалистическим тези¬
сом об универсальности причинности ведет к механистическому де¬
терминизму.
Необходимо отказаться от одного из этих двух тезисов. По¬
скольку отказаться от тезиса об универсальной причинной взаимо¬
связи всех явлений невозможно без одновременного отказа от ма¬
териализма вообще, следует отказаться от тезиса о необходимом
характере связи между причиной и действием.
Только четкое разграничение понятий закона и при¬
чинности позволяет непротиворечиво объединить тезис
об универсальном характере причинности с признанием
существования вероятностных законов. В этом случае
мы можем говорить о том, что единичные события в
атомных процессах, а соответственно и единичные явле¬
ния в структуре и динамике молекул детерминированы
не в механистическом, а в диалектико-материалистиче¬
ском смысле.
5.2. Детерминизм и переработка информации
в технических автоматах
Отличительной чертой техники автоматов является
создание определенных структур действий, кибернети¬
ческих сетей конечных автоматов. Четко отделенные од¬
на от другой части подобной структуры обозначаются
как элементы. С точки зрения приборостроения мож¬
но говорить о монтажных элементах, с точки зрения
передачи сигналов (информация всегда преобразуется
в сигналы) — об элементах цепи передачи сигналов
126
(соответственно о преобразователях информации). Дей¬
ствие всегда развертывается в одном направлении —
от входа к выходу,— таким образом, имеет место асим¬
метрия связи, X(t) однозначно определяет Y(t).
Отвлекаясь от конкретной природы физических вели¬
чин, мы можем говорить о соподчинении математиче¬
ских функций. Передаточное звено, которое может быть
описано оператором F, задающим определенные ма¬
тематические операции, которые необходимо произвести,
чтобы из функции X(t) получить функцию Y(t), явля¬
ется типичным примером автомата с жесткой динами¬
кой. С помощью фиксированного алгоритма в соответст¬
вии с каждым входным сигналом X(t) приводится
определенный один, и только один, выходной сигнал
Y(t) [154, с. 6; 182]. Оператор характеризует передаю¬
щее поведение элемента. Это свойство выступает ре¬
шающим в применении элементов автоматической тех¬
ники. При функциональном рассмотрении интерес пред¬
ставляет только вид оператора, а не форма конкретной
реализации элементов. При этом не имеет значения,
какого типа энергия питает систему, идет ли речь о
пневматических, гидравлических или электрических
элементах контура регулирования, о человеческих
мышцах или об определенных химических реакциях.
Функционально эквивалентные элементы могут выгля¬
деть совершенно различно и относиться к различным
формам движения материи. Именно на этом факте
основываются возможности технического моделирования
биологических процессов. Элементу как конкретному
объекту действительности соответствует математический
объект (математическое моделирование). Сфера логико¬
математических операций выступает в качестве гомо¬
морфной (или изоморфной) сферы действий технических
автоматов (см. разд. 1.2).
Регулирующий контур, построенный из элементов с
фиксированным передающим поведением, также может
рассматриваться как автомат с жесткой динамикой.
Элементы выбираются таким образом, что весь контур
обнаруживает фиксированное поведение, дающее ему
возможность четко выполнять поставленную задачу,
например выдерживать минимальный квадрат регули¬
рования или минимальные отклонения.
Механизмы, с которыми имеют дело специалисты
по технике регулирования и которые мы до сих пор
127
рассматривали в связи с Принятыми в технике регули¬
рования методами мышления и действия, если говорить
об их применении в биологии, представляют собой чи¬
стые автоматы, то есть они детерминированы в меха¬
нистическом смысле. Адаптация к среде также все еще
выступает как поведение, детерминированное в класси¬
ческом смысле, если мы понимаем под этим, вслед за
Эшби, что каждая часть при данном состоянии системы
может вести себя одним, и только одним, определенным
образом. Целеустремленные системы — это очень жест¬
кие системы с точно детерминированной адаптацией.
В то время как поведение линейных систем не зависит
от изменений среды, простые системы с обратной
связью (например, термостат) реагируют на изменение
в среде той характеристики, для учета которой они
сконструированы, в данном случае на изменение тем¬
пературы. Их поведение, однако, не зависит существен¬
ным образом от изменения остальных параметров
среды.
Коль скоро окружение соответствует заданному со¬
стоянию, указанные системы ведут себя жестко детер-
минированно. Очевидно, что подобные системы не мо¬
гут рассматриваться как удовлетворительная аналогия
гомеостазу живых систем [213, с. 53], поскольку живые
существа в состоянии адаптироваться к большому раз¬
нообразию постоянно меняющихся окружающих усло¬
вий, компенсируя при этом воздействие помех.
Существуют, однако, кибернетические системы (с ко¬
торыми, правда, не имеют обычно дела специалисты по
технике регулирования), которые обнаруживают подоб¬
ные свойства. Они были названы Эшби ультрастабиль-
ными системами. Такая техническая система включает
статистические моменты. В то время как в основу
простых стабильных систем положен принцип обратной
связи, основой ультрастабильных систем является сту¬
пенчатая функция. Обратная связь — физическая осно¬
ва феномена адаптации. Ступенчатая функция объеди¬
няет способность к адаптационному поведению со спо¬
собностью выбора и «спонтанностью».
С философской точки зрения нас здесь интересует
прежде всего проблема детерминации. Если названные
выше автоматы с жесткой детерминацией, а соответст¬
венно элементы с фиксированным поведением могут
быть в идеальном случае описаны дифференциальными
128
уравнениями второго порядка, которые и образуют ап¬
парат классической физики, то граница адекватного
описания реальных событий будет совпадать с грани¬
цей применимости классического детерминизма. Утвер¬
ждение о том, что поведение живых организмов нельзя
полностью редуцировать к поведению подобных авто¬
матов, будет тем самым идентично утверждению о том,
что не все явления в сфере живой природы могут быть
поняты в духе классической концепции детерминизма,
что не все взаимосвязи объективной реальности могут
быть сведены к абсолютно необходимым связям, то
есть к закономерным взаимосвязям в смысле классиче¬
ской механики, как это предполагается механистиче¬
ским мышлением. Энгельс подчеркивал, что, отрицая
случайность, мы тем самым объявляем «хаотическое
царство случая единственным законом живой при¬
роды»1. И следующим шагом, который сделала техника
автоматов, для того чтобы лучше приспособиться
к реальным отношениям и лучше имитировать типы по¬
ведения реальных систем, был шаг к созданию техниче¬
ских систем с элементами, обладающими изменяющимся
поведением.
5.3^ Самоорганизующиеся системы
в технической кибернетике
и проблема случайности
В наши дни техника автоматов все чаще использует
системы регулирования существенно иного характера
по сравнению с системами, использовавшимися в клас¬
сической технике регулирования. Эти системы обозна¬
чаются по-разному. Их называют «адаптивными» си¬
стемами или «способными к приспособлению системами
второго рода» в отличие от простых систем с обратной
связью. Их называют и «самоорганизующимися систе¬
мами» или «самооптимизирующимися системами», а
также «обучающимися автоматами». Хотя эти названия
различны в оттенках значения, в существенных момен¬
тах они синонимичны.
Одно из главных отличий этих систем от классиче¬
ских систем регулирования состоит в том, что требуемое
‘К. Маркс и Ф; Энгелъс. Соч., т. 20, с. 536.
5 Зак. 387
129
значение параметра регулирования не задается в них
жестко. Другие системы этого рода обладают способ¬
ностью автономно выбирать оптимальные параметры и
тем самым приспосабливаться к изменяющимся усло¬
виям рабочего окружения. Такие системы в состоянии
оценивать накопленный опыт в отношениях со средой,
они, таким образом, обладают своего рода способностью
к обучению и поэтому квалифицируются как группа
«обучающихся автоматов».
По этому признаку можно выделить следующие ти¬
пы адаптивных или самоорганизующихся систем:
1) система с самонастройкой входного сигнала;
2) система с самонастройкой рабочей программы;
3) системы с самонастройкой системных параметров;
4) системы с самоизменяющейся структурой.
Следует подчеркнуть, что первые три типа систем в
ходе процесса адаптации сохраняют постоянное строе¬
ние системы (ее структуру) и изменяют в процессе
самонастройки только параметры того или иного эле¬
мента схемы или величину напряжения. Процесс адап¬
тации, однако, может происходить и как изменение
элементов схемы (4-й тип), что как раз и означает
автономное изменение структуры системы.
Так, вычислительные машины (в том числе и самые
сложные из них, выполняющие переводы или «играю¬
щие» в шахматы) относятся к классическим системам
техники автоматов, так как они обладают некоторой
определенной жесткой программой, соответственно ал¬
горитмом своих операций.
Значение подобных систем ни в коем случае нельзя
недооценивать. Тем не менее уже теперь ясно, что си¬
стемы этого типа, обладающие жесткой программой, не
могут обеспечить управления многими производствен¬
ными процессами. Поэтому развитие техники идет в
направлении создания адаптивных, самоорганизующих¬
ся систем, которые обладают способностью к автоном¬
ному изменению своих характеристик.
Если под алгоритмом мы понимаем конечную систе¬
му правил, которые устанавливают содержание конеч¬
ного числа шагов, необходимого для преобразования
некоторых входных величин в определенные выходные
величины, то процесс адаптации (самоорганизации)
технико-кибернетической системы рассматривается как
целенаправленное изменение последовательности дейст¬
130
вий в системе путем изменения алгоритма, на котором
эти действия базируются. Ясно, что подобные системы
представляют собой существенное расширение представ¬
лений об автоматике как о простом преобразователе
информации. Точнее, эти системы также являются пре¬
образователями информации (машинами), но преобра¬
зователями нового типа. Зафиксировать это важно в
связи с противопоставлением их системам, которые на
основе тесного взаимодействия со средой способны к
эндогенному увеличению информации. Еще одним су¬
щественным моментом, представляющим интерес пре¬
жде всего в связи со спецификой философской про¬
блематики, является детерминация подобных адаптив¬
ных систем. Очевидно, что в таких системах рецеп¬
торы, накопительные элементы, логические элементы,
эффекторы и т. д. в их связях друг с другом не могут
быть жестко детерминированы. Эти связи должны фор¬
мироваться только в процессе взаимодействия системы
со средой.
Как у живых существ, условные рефлексы которых
формируются только на основе жизненного опыта, так
и у этих систем аналогичным образом формируются
определенные связи. Подобные технические системы
могут быть моделями для исследования биологических
форм поведения.
В своем развитии техника автоматов, как и атомная
физика, с самого начала разрабатывает представления,
противоречащие лапласовскому детерминизму, хотя по¬
началу эти противоречия и не носят принципиального
характера.
Область, в которой объективное существование слу¬
чайности требовалось учитывать специально, попала в
сферу внимания инженеров и физиологов, когда они на¬
чали разрабатывать кибернетические системы с целью
имитировать свойства и поведение живых существ.
Если представление о механистической детерминации
непригодно для моделирования живых организмов, то
встает вопрос о том, можно ли воспроизвести в машине
нечто противоположное, то есть немеханистическую де¬
терминацию поведения. Эшби [27] показал, что слу¬
чайность может быть введена в кибернетическую маши¬
ну как конструктивный элемент. Было установлено,
что случайные цепи с самоорганизацией, состоящие из
большого числа элементов, могут компенсировать потерю
5* 131
части элементов. Такие системы благодаря самооргани¬
зации оказываются в состоянии элиминировать воздей¬
ствие помех на каналы передачи информации.
Понятие самоорганизации случайно возникшей струк¬
туры — это не просто практически полезный принцип,
но и средство познания многих процессов в живых ор¬
ганизмах. Так, гомеостаз был создан для моделирования
определенных процессов нервной деятельности, и в
частности создания таких структурных образований в
нервной системе, которые являются основой для воз¬
никновения в процессе обучения новых функций.
Теперь мы можем расширить границы понятия ав¬
томатизма. Ранее в этой связи рассматривались только
элементы или взаимосвязанные группы элементов, сети
с жесткой динамикой и определенным передающим по¬
ведением, которые квалифицировались как функцио¬
нальные и информационные преобразователи и действие
которых протекало под знаком лапласовского детерми¬
низма. Подобные элементы с жестко фиксированным
передающим поведением имеют место в регулирующих
контурах. Некоторые из применяющихся в этих целях
элементов обладают определенными самонастраивающи¬
мися параметрами. Однако эта самонастройка жестко
ориентирована таким образом, чтобы в случае появле¬
ния помех обеспечить необходимый набор регулирую¬
щих воздействий. Сама же система, и в этом решающее
различие между адаптивными системами первого и вто¬
рого рода, не имеет возможности изменять эти жестко
заданные параметры. Могут, однако, появиться и такие
помехи, для элиминации которых возникает необходи¬
мость выбрать другие параметры. С адаптивной систе¬
мой второго рода, по Визеру [213], или с самоадапти-
рующейся и самоорганизующейся системой (в противо¬
положность простым целеориентированным системам
или адаптивным системам первого рода) мы имеем дело
тогда,, когда система в состоянии в определенном диа¬
пазоне сама выбирать и настраивать параметры регу¬
лирования (см. в этой связи работы Пешеля [155],
Штейнбуха [25]).
Существуют технические системы, связанные с окру¬
жением посредством обратной связи (внешняя обратная
связь, по Эшби). Этот факт привел Эшби и Уолтера к
мысли, что отношения между организмом и средой мо¬
гут быть описаны с помощью таких понятий, как про¬
132
ба и ошибка. Система относится к среде путем проб и
ошибок.
Живые существа, чтобы не погибнуть, должны, каю
известно, все время приспосабливаться к постоянно из¬
меняющимся условиям окружающей среды. Подобное
приспособительное поведение может быть исследовано
точными экспериментальными методами. Известные экс¬
перименты с лабиринтом воспроизводят, например,
ситуацию, которая поддается четкому контролю и мо¬
жет быть строго описана. Первые опыты этого типа
были проведены еще Павловым и Келлером. Подопыт¬
ное животное ставится перед необходимостью решить
проблему,, например найти выход из лабиринта. В про¬
цессе случайного поиска по принципу проб и ошибок
животное находит выход из лабиринта. Вопрос в том,
находит ли животное после проведения ряда опытов
выход быстрее, уменьшается ли время поиска в стати¬
стически значимой мере, то есть «обучается» ли живот¬
ное. Под обучением в данном случае понимается не
социальное значение этого слова, а некоторая модифи¬
кация поведения, обусловленная накопленным опытом,
которая выражается в том, что поведение системы
совершенствуется в сравнении с первоначальным. Кры¬
сы, например, обучаются выходить из лабиринта. По¬
скольку в основе этого обучения лежит характерное
распределение числа опытов, этот стохастический по
своей природе процесс поддается математическому мо¬
делированию, то есть поведение крысы можно описать
статистически. На базе изоморфизма между сферой ло¬
гико-математических и определенных физических опе¬
раций в области техники автоматов, очевидно, можно
сконструировать машину, которая формирует свое по¬
ведение по образцу «статистической крысы». Наиболее
известной из этих инженерно-кибернетических систем
является так называемая «мышь Шеннона», которая
точно так же, как живые мыши и крысы, в состоянии
отыскивать выход из лабиринта.
Эта способность находить выход из лабиринта при¬
вела к дальнейшему развитию систем с поисковым
поведением в работах Уолтера. Эльзассер пишет об
этих «игрушках» (Уолтер и сам называет свою чере¬
паху machine speculatrix): «Тот факт, что квазистати-
стическая операция может быть введена в механизм с
простой структурой, если в этом приборе формируется
133
множество внутренних связей, был ясно осознан Уол¬
тером... Характеристика подобных приборов, на первый
взгляд кажущаяся довольно внушительной, состоит, по
сути дела, в том, что хотя их контуры предельно про¬
сты, а поведение детерминировано, однако практически
безнадежно разрабатывать математический метод для
предсказания их индивидуального поведения» [64,
с. 52—53].
Таков ответ на интересующий нас вопрос о детер¬
минизме в этих системах. На вопрос о том, какого ро¬
да порядок, какого рода естественная закономерность
имеет место в происходящих здесь процессах, в изме¬
няющейся структуре связей между элементами, удовлет¬
ворительный ответ может быть дан только в духе ста¬
тистической механики.
«Подобная ситуация в физике не нова. Лишь недавно Биркхоф
показал, что, хотя движение турбулентной жидкости несомненно
подчиняется детерминистским дифференциальным уравнениям клас¬
сической физики, тем не менее невозможно прийти к существенным
результатам путем применения традиционных методов решения по¬
добных уравнений. Максимум, на что можно рассчитывать,—это по¬
лучение определенного приближения, статистического предсказания.
Заслугой Уолтера является экспериментальная демонстрация
того, что подобным поведением может обладать элементарный меха¬
низм, динамика которого с математической точки зрения бесконечно
более проста, чем движение жидкости» [64, с. 53].
Таким образом, Эльзассер также говорит о необхо¬
димости расширить понятие механизма или преобразо¬
вателя информации. Подобное расширение необходимо
потому, что эти системы способны к получению инфор¬
мации из окружающей среды. В простых, механически
детерминированных кибернетических автоматах вход
однозначно определяет операции на выходе. В стоха¬
стических автоматах вход перерабатывается по стати¬
стическим законам, и поэтому выходные операции не
могут быть с необходимостью предсказаны однозначно.
Целесообразно разделять операции, производимые
машинами по переработке информации, на строго де¬
терминистские и стохастические. Подобные строго де¬
терминистские процессы переработки информации, ко¬
торые, будучи однажды запущены некоторым сигналом
на входе, в дальнейшем на основе точного программи¬
рования протекают настолько однозначно, что это с необ¬
ходимостью приводит к определенной строго предска¬
зуемой выходной информации, очевидно, соответствуют
ш
дедуктивному мышлению человека, исходящему из
предпосылок и следующему строгим правилам преоб¬
разования. Что же касается процессов переработки
информации стохастического типа (стохастических ав¬
томатов), то они в первом приближении соответствуют
тому, что принято называть статистической индукцией.
В технических системах, обладающих способностью
реагировать на внешний мир по схеме «автомат — сре¬
да», мы имеем дело с так называемыми «низшими ав¬
томатами».
В технических системах, обладающих способностью
сравнивать сигналы из внешнего окружения с собствен¬
ной программой по методу проб и ошибок, мы имеем
дело с так называемыми «высшими автоматами». Обу¬
чающийся автомат отличается прежде всего тем, что он
обладает памятью, в которой он накапливает инфор¬
мацию об успехах или неудачах при пробной установке
значений тех или иных параметров. У него есть внут¬
ренний механизм, состоящий из элементов с изменяю¬
щимися пороговыми значениями. Поскольку этот меха¬
низм формируется на основе сравнения с внешним
миром, он представляет собой своего рода аналог
(модель) внешнего мира. Согласно Штейнбуху, система
обладает модельной структурой в том случае, «если до
реального воздействия на внешнее окружение внутри
системы различные возможные воздействия проверяют¬
ся по предполагаемым реакциям на них внешнего мира
и только после этого производится выбор реализуемого
воздействия, которое вызывает желательную реакцию
внешнего мира.
Обучение системы состоит в том, что в соответствии
с ранее пережитыми успехами или неудачами (опы¬
том!) она улучшает внутреннюю модель внешнего
мира» [189, с. 138—139].
Обучающиеся автоматы представляют собой техни¬
ческие системы, которые способны к прогрессивному
развитию. Эти системы в состоянии повышать качество
своей деятельности по выполнению поставленных задач
благодаря использованию накопленной информации и
структурным изменениям в памяти системы. Понятие
обучения в применении к машине имеет, таким обра¬
зом, довольно узкое значение — совершенствование по¬
ведения по сравнению с прошлым поведением той же
системы. Для подобных машин могут составляться
135
программы, ё которых предусматривается автономное
изменение отдельных частей данной программы, с ори¬
ентацией на обратную связь с внешним миром. Пред¬
принимаются и более далеко идущие попытки создать
автоматы, работающие вообще без детализованной
программы. Подобному автомату не дается жесткого
алгоритма, он анализирует входную информацию ста¬
тистически. Тем самым он получает определенную ин¬
формацию об условиях своего окружения, которая и
образует основу формирования стратегии дальнейших
действий.
В отличие от адаптационных процессов первого ро¬
да обучающаяся система может принимать определен¬
ные решения как бы самостоятельно. Для этого ей тре¬
буется, однако, критерий качества, задаваемый челове¬
ком. И если система изменяет некоторым образом свое
поведение, для того чтобы работать лучше, то ей при
этом необходима информация о том, что именно новая
форма поведения является более желательной. С этой
точки зрения автомат не осуществляет процессов, кото¬
рые могли бы быть названы творческими. Процесс об¬
учения машины есть процесс по необходимости фор¬
мальный. В лексиконе логиков, математиков и кибер¬
нетиков слово «формальный» почти синонимично слову
«механический». Поэтому формальные ограничения
(если таковые имеются ’) выступают одновременно как
1 Теории алгоритмов в последнее время удалось дать удовле¬
творительное с теоретической и практической точек зрения опреде-’
ление алгоритма. На базе этого определения удалось доказать су¬
ществование классов алгоритмически неразрешимых проблем. Бла¬
годаря этим результатам, тесно связанным с именами Гёделя, Чёр¬
ча, Поста и Маркова и обычно обозначаемым как «теоремы не¬
разрешимости», мы получили возможность выявлять границы аксио-
матически-дедуктивного метода. Неопровержимые аргументы Гё¬
деля, впоследствии обобщенные другими логиками, показали,, что
аксиоматически-дедуктивное мышление, а соответственно и строго
детерминированное поведение машины принципиально ограничены.
С этой точки зрения достижения Гёделя важны не только для
формальной логики и математики, но и для определения возмож¬
ностей программированных вычислительных автоматов. Разумеется,
эти результаты не относятся к вопросу о том, в какой степени
вычислительные машины окажутся в будущем способными форму¬
лировать и доказывать отдельные теоремы аксиоматически-дедук-
тивной дисциплины.
Гёдель доказал, что в любой достаточно богатой системе име¬
ются высказывания, которые, хотя и формулируются средствами
данной системы, однако, не могут быть этими средствами ни до-
136
ограничения механической зоны. В этом смысле обуча¬
ющиеся автоматы являются тоже механизмами, способ¬
ности которых, однако, многократно усилены.
Самоорганизующаяся система определяется Эшби
через множество ее внутренних состояний, множество
входов и отображение произведения внутренних состоя¬
ний и входов на внутренние состояния.
Самоорганизующиеся системы, которые в состоянии
в соответствии с воздействиями внешней среды изме¬
нять настройку своих параметров, могут рассматривать¬
ся как многообещающие модели функционирования
мозга. С их помощью мы можем наблюдать, как струк¬
туры мозга изменяются и развиваются под влиянием
определенных условий и воздействий внешнего мира
[20, с. 13—15].
Согласно Эшби, подобные системы располагают дву¬
мя возможностями развития.
1. Развитие начинается с наличия независимых друг
от друга фрагментов, между которыми образуются
связи, что и приводит к переходу от неорганизованного
к организованному состоянию.
2. Организация присутствует с самого начала, одна¬
ко она постепенно совершенствуется.
Исходя из множества внутренних состояний, образу¬
ются новые связи между элементами или редуцируются
существующие связи. Причиной подобного изменения
является не само множество внутренних состояний,
а окружение системы, воздействующее на нее через
входы. Процесс самоорганизации в подобной машине
имеет, таким образом, своим источником не ее имма¬
нентную внутреннюю противоречивость, он необходимо
связан с другими машинами (или людьми). Модели,
такого рода еще нуждаются в дальнейшем расширении
и углублении, так как в настоящем своем виде они
непригодны для решения таких проблем, как, например,
проблема прогрессивной дифференциации, развития от
казаны, ни опровергнуты. Если же система будет расширена для
доказательства этих теорем, то в ней появятся новые высказывания,
не поддающиеся доказательству уже в рамках этой расширенной
системы.
На наш взгляд, защищаемый в настоящей работе тезис о том,
что хотя биологические процессы и подчиняются законам физики и
химии, но не могут быть выведены исключительно па основе этих
законов, описывает ситуацию, сходную с ситуацией в чистой мате¬
матике, описываемой теоремой Гёделя,
137
низших форм к высшим, а именно эти проблемы осо¬
бенно важны для понимания филогенеза и онтогенеза
(см. гл. 10).
С философской точки зрения интересен вопрос о том,
является ли человек, конструктор кибернетической сис¬
темы, единственной возможной причиной ее эволюции.
Может ли существовать другой, самостоятельный путь
к созданию автоматов, которые, не обладая вложенным
в них идеальным содержанием, то есть «не обладая за¬
ранее вложенной в них «этикой» их деятельности»
[155], были бы в то же время способны изменять свою
структуру и функцию («совершенствоваться») в процес¬
се взаимодействия с внешней средой, как это имеет
место у живых организмов.
Принципиально отвергать возможность самооргани¬
зации системы путем взаимодействия со средой на ос¬
нове внутренней противоречивости материи — значит,
по сути дела, предпринимать еще одну попытку дока¬
зать существование бога [205]. Если автомат для само¬
организации нуждается в «идеальном содержании»,
в критерии качества, в «своеобразной этике», которые
ему может вложить только инженер, то и живой орга¬
низм, и прежде всего организм человеческий, должен
также получать свои критерии извне, то есть от «боже¬
ственного инженера». Именно на этом основываются
спекуляции ряда томистов. В противоположность этому
основным принципом материализма и материалистиче¬
ски мыслящих естествоиспытателей является предста¬
вление о саморазвитии, эволюции, протекающей без
участия творца, на основе законов природы. Развитие
основывается на внутренней противоречивости материи,
способной к самодвижению.
6. Диалектика необходимости
и случайности
Само наличие случайности в настоящее время может
считаться общепризнанным, что не исключает различ¬
ные интерпретации характера случайности:
1) отождествление случайности с несущественными,
отдаленными взаимосвязями, с помехами;
2) понимание случайности как ограничения совокуп¬
ности наших утверждений по поводу высокосложных
систем;
3) понимание случайности в духе диалектического
единства случайного и закономерного в объективно
возможном.
Первая интерпретация оказывается целесообразной,
например в классических методах техники автоматов,
как это отчетливо видно при прослеживании различия
между абстрактными и конкретными системами. Со вто¬
рым случаем мы имеем дело, когда границы действия
классических понятий известны, но исследователи при¬
вержены старым представлениям, как это имеет место
у позитивистски ориентированных физиков. Следует от¬
метить, что подобные представления часто приводят
к отрицанию объективности и познаваемости биологи¬
ческой реальности, то есть к отказу от материализма
и к принятию постулатов индетерминизма. Этим агно¬
стическим моментом и аргументируется в подобных
случаях специфика живого. Так, пишет, к примеру,
Эльзассер: «...Появление новых законов основывается
на невозможности экспериментальной верификации де¬
талей микроскопической структуры и динамики» [64,
с. 201]. Случайность понимается здесь как ограничение
совокупности высказываний по поводу высокосложных
систем; а это в свою очередь ведет к постулату о прин¬
139
ципиальной ограниченности познания, к выведенному
Эльзассером «принципу конечных классов».
Адекватным диалектико-материалистической концеп¬
ции детерминизма является третий случай. Отказ от
онтологической гипотезы классической физики не озна¬
чает здесь отказа от объективности или познаваемости
биологических процессов. Он означает — и это глав¬
ное— признание категории возможности как кате¬
гории объективной реальности. Понятие вероятности
становится тем самым уже онтологической, а не просто
гносеологической категорией. Оно применяется для
того, чтобы определить состояние системы. Это ведет
к пониманию новой формы законосообразности при¬
роды, к вероятностным законам.
Речь идет о том, чтобы отказаться от гипотезы о не¬
котором четко определенном в смысле техники автома¬
тов состоянии жестко фиксированной структуры, так
как утверждение о том, что организм — это жестко
фиксированная структура, является дополнительным
(комплементарным) высказыванию о том, что организм
живет и развивается. Из-за динамического состояния
живого организма, и особенно в связи с его разви¬
тием, мы имеем дело со структурой, все время находя¬
щейся в движении и изменении, иными словами, с ее
возможными состояниями. Если учесть этот факт, то
вероятностное высказывание об определенной, точно
фиксированной молекулярно-биологической структуре
и динамике в пределах современного познания природы
является верным отражением действительности, а вовсе
не свидетельством принципиальной недостаточности на¬
шего знания. Если и в современных условиях биолог не
всегда обращает внимание на вероятностные закономер¬
ности, то философ, коль скоро он формулирует общие
тезисы концепции детерминизма, вынужден признавать
эти закономерности достаточно общими.
6.1. Случайность и информация —
случайность как помеха,
как периферийная несущественная связь
Следует различать степень проникновения теории
случайных процессов в современную физику. Кульми¬
национным пунктом такого проникновения является
140
квантовая физика. Понятие вероятности использовалось
уже в статистической термодинамике, однако только
квантовая физика стабилизирует его как фундаменталь¬
ное, ни к чему не сводимое понятие.
Теория вероятностей, а соответственно и теория
случайных процессов вначале находили применение
там, где изучаемые явления и процессы представляют
собой большую совокупность однообразных единиц,
как это имеет место в массовых явлениях, с которыми
мы сталкиваемся в термодинамике. Вероятность в тео¬
рии частот характеризует реальные совокупности, при¬
чем речь идет об ансамблях или о множестве одно¬
временно существующих объектов или одновременно
существующих связей. Речь может идти и о поисках
избыточности — повторяющихся процессов. Из повсе¬
дневной жизни известно, что целый ряд крупных процес¬
сов является следствиями нерегулярных процессов, про¬
текающих в гораздо меньшем масштабе. Этот факт
впервые был философски осмыслен в атомистике Де¬
мокрита и Левкиппа.
Крестьянин заинтересован в том, чтобы его нива
получила достаточно влаги, чтобы прошел дождь. Его
не интересует, куда упадет каждая капля. Но даже
если бы его это и заинтересовало, было бы крайне
затруднительно, практически невозможно это выяснить,
так как каждая капля в своем падении находится во
взаимодействии с большим числом взаимосвязанных
величин. Мы знаем, что имеется в виду, когда говорит¬
ся о кристалле соли, даже в том случае, если мы не
знаем химического, состава элементов или точного соот¬
ношения натрия и хлора. Мы то и дело используем поня¬
тия и представления, которые относятся к поведению со¬
вокупностей (ансамблей), не интересуясь образующими
их отдельными процессами, поскольку они не нужны
нам для высказывания, характеризующего поведение
совокупности, то есть некоторую взаимосвязь более об¬
щего порядка. При возведении плотины оперируют
средним количеством годовых осадков, не зная наперед,
сколько осадков выпадет в том или ином году кон¬
кретно.
Эти статистические законы относятся к ансамблям
элементов, они отражают имеющие здесь место общие
и необходимые взаимосвязи, а вовсе не являются вы¬
ражением нашего незнания.
141
Если мы Исследуем сйстёму, to в зависимости от
постановки задачи или от актуального состояния зна¬
ний мы выделяем в качестве существенных те или
иные структурные элементы и относящиеся к ним свя¬
зи. Кроме этих связей, выделенных нами как суще¬
ственные, в системе имеются еще и другие связи. Прин¬
цип сквозной структурности гласит, что в действитель¬
ности имеет место большой набор все более тонких
структур. Наше представление о системе, ограниченное
ее существенными связями, является, таким образом,
абстракцией.
Зоны сильной взаимозависимости многих членов часто встре¬
чаются в технике автоматов. Естественно, в еще большей мере они
характерны для сложнейших процессов регуляции в живом орга¬
низме, что и приводит, на наш взгляд, к основным трудностям в
«учении о биологическом регулировании».
Отказ от наблюдения ряда реально существующих
зависимостей ведет к тому, что все наблюдаемые вели¬
чины не обнаруживают строго фиксированного поведе¬
ния, а оказываются в определенной степени зависимы¬
ми от случайных (неучитываемых) воздействий. Рас¬
смотрим, к примеру, идеальный процесс падения камня,
как он дается в законах свободного падения тел. Эти
законы — отражение всеобщей, существенной, объектив¬
ной и необходимой взаимосвязи между временем паде¬
ния, земным притяжением и траекторией падения. Если
влияние случайности незначительно, то мы наблюдаем
необходимое протекание процесса и получаем абстрак¬
цию механистически детерминированного явления, то
есть явления, свободного от случайности (абстрактный
элемент или идеальный канал связи). Идеальная кар¬
тина при этом полностью сохраняется. Если же мы рас¬
сматриваем набор конкретных случаев, мы всякий раз
сталкиваемся с небольшими отклонениями от предска¬
занных законом значений. И чем значительнее эти от¬
клонения, тем труднее сохранить идеальную картину.
В конкретном случае мы всегда имеем дело с отклоне¬
ниями от выраженной в законе необходимости, то есть
в конкретной системе мы сталкиваемся с неидеально
детерминированным процессом. Иными словами, все¬
гда имеют место потери информации вследствие слу¬
чайных воздействий. Случайность выступает здесь как
искажение лежащей в основе необходимости, как иска¬
жение идеальной картины.
142
Исходя из этого, мы не вправе ожидать, что если,
например, при передаче картина будет искажена под
воздействием шума, то при этом возникнет новая по¬
нятная картина. Случайные влияния, которые воздей¬
ствуют на информационную сеть, в общем случае не
преобразуются в другую информационную сеть, а за¬
трудняют понимание сообщения. В результате получа¬
ется последовательность знаков, которая может вообще
не нести эффективной информации, то есть не иметь
смысла. Ни один автомат не может осмысленно функ¬
ционировать, если циркулирующая в нем информация
не имеет для него значения, то есть не говорит ему
(программная информация), что он должен делать
в следующий момент. Автомат окажется не в состоянии
использовать искаженную случайными воздействиями
информацию. Если бы он оказался способен к этому,
то он превратился бы (в общем смысле) в вечный дви¬
гатель второго рода. Информация разрушается шумом
или иными случайными воздействиями. Здесь наблюда¬
ется явная аналогия с положениями второго начала
термодинамики.
С точки зрения теории автоматов второе начало
термодинамики можно, рассматривать как частный слу¬
чай общего принципа теории информации. Он связан
с уменьшением упорядоченности, которое испытывает
система под воздействием случайных влияний. Эта
упорядоченность позже может быть восстановлена при
наличии в системе достаточной избыточной информа¬
ции. Избыточность, с одной стороны, перегружает канал
передачи, и ее поэтому следует избегать, с другой сто¬
роны, избыточность является единственным средством
восстановить нарушенную упорядоченность.
Идеальная картина может быть восстановлена через
образование статистически средней величины.
С помощью статистики можно доказать наличие
природной закономерности. Например, телевизионное
изображение искажается под воздействием помех так,
что информация становится непонятной. Механизм не
в состоянии получить из помех информации, достаточ¬
ной для того, чтобы реконструировать переданное изо¬
бражение. Если, однако, данное изображение передает¬
ся достаточно часто и помехи не всегда искажают его
в один и тот же момент .или искажают его только
па короткий промежуток времени, то человек может
143
обнаружить смысл информации.-Информационные по¬
мехи обычно'появляются не в один интервал времени
повторяющейся передачи, что дает возможность рекон¬
струировать картину в случае многократных повторов.
Иными словами, удается выделить необходимые, суще*
ственные и всеобщие взаимосвязи, даже если информа*
ция, касающаяся отдельных частностей, непонятна или
нечетка.
Этот метод особенно важен для биологического ис¬
следования, так как и здесь нас интересуют всеобщие
необходимые взаимосвязи, которые, однако, подвергав
ются интенсивному влиянию случайных факторов, то
есть выраженная в законе всеобщая и необходимая
взаимосвязь выделяется лишь с трудом. Поскольку
в сфере сильных взаимозависимостей отдельных вели¬
чин с другими величинами неизвестны многие воздей¬
ствующие факторы, мы должны ожидать именно здесь
значительных отклонений от закона под влиянием слу¬
чайностей. Действительно, биолог всегда вынужден
многократно повторять свои серии измерений и ста¬
тистически оценивать полученные результаты, чтобы
в определенной степени элиминировать действие слу¬
чайности. Тем самым на передний план все больше
выступает новый тип закономерностей, так называемые
статистические или стохастические закономерности?
Они относятся к совокупностям (ансамблям) или по¬
следовательностям событий. Стохастический процесс
представляет собой последовательность событий, разде¬
ленных случайными временными интервалами. Однако
можно найти для нее средний интервал, образец, к ко¬
торому стремятся все конкретно фиксируемые интерва¬
лы при достаточной повторяемости последовательности
событий.
Если мы в состоянии принимать некоторое количе¬
ство конечных последовательностей сигналов, несущих
одну и ту же информацию, то с помощью статистиче:
ских методов мы можем уменьшить влияние случайно¬
сти. К этим методам относятся, например, метод кор¬
реляции (определение периодичности, отбор времени
протекания), выявление параметров сигналов с
мощью так называемых выравнивающих расчетов, син¬
хронизированное наложение сигналов, принятых в оди¬
наковых УСЛОВИЯХ.;-
144
Во всех приведенных примерах случайность рассма¬
тривается как несущественная величина, х^ак помеха,
которая вызывает непредвиденные изменения в дина¬
мике существенных величин. Она служит помехой про¬
явлению необходимости, выраженной в законе, искажа¬
ет идеальную картину. Это искажение можно в первом
приближении рассматривать как наложение функции
s(t), отражающей совокупное влияние случайности.
Идеальная картина, выраженная в законе необходи¬
мость, может быть восстановлена, если передаваемая
полезная информация обладает избыточностью, напри¬
мер повторяется полезный сигнал, несущий существен¬
ную информацию.
Здесь мы хотели бы указать, что уже в связи с ин¬
терпретацией квантовой механики невозможно ограни¬
читься пониманием закона как основанного только на
необходимости, выражающего лишь существенные сто¬
роны единичных процессов и абстрагирующегося от
случайного поведения. Закон включает и объективно
возможное, выступая в качестве диалектического един¬
ства необходимости и возможности. Винер подчерки¬
вает: «Большим вкладом Гейзенберга в физику была
замена этого все еще квазиньютоновского мира Гиббса
миром, в котором временные ряды совершенно не мо¬
гут быть сведены к набору детерминированных нитей
развития во времени. В квантовой механике все про¬
шлое индивидуальной системы не дает никакого абсо¬
лютного определения будущего этой системы, но дает
лишь распределение возможных будущих состояний си-'
стемы» [4, с. 121]. Только так принципиально преодо¬
левается классическая концепция детерминизма и вы¬
рисовывается потребность в разработке подлинно новой
концепции детерминизма. Подходы к ней мы находим
у Гейзенберга, выдвигавшего понятия возможности,
потенциальной и фактической реальности.
Новая концепция детерминизма будет иметь суще¬
ственное значение и для понимания жизненных процес¬
сов в связи с разработкой проблем информации и шу¬
ма, а соответственно случайности, воспринимаемой
просто как помехи, как несущественная отдаленная
связь. Эти направления исследования будут иметь прин¬
ципиальное значение для дальнейшего обсуждения
проблематики развития.
Основным принципом диалектико-материалистиче¬
ской концепции детерминизма (хотя и не всегда выра¬
женным с достаточной ясностью и определенностью)
является положение о том, что категории детерминизма
и всеобщей взаимосвязи являются одновременно кате¬
гориями развития. Если принцип причинности связыва¬
ется только с принципом всеобщей взаимосвязи, минуя
принцип развития, то в этом случае мы имеем дело
с механически понимаемой причинностью. То, что при¬
чинность выступает и как форма взаимосвязи, и как
момент развития, не означает, что оба определения
одинаково существенны для характера причинности.
Первично причинность выступает как форма взаимо¬
связи, а именно непосредственной взаимосвязи между
вещами и явлениями. Понимание причинности как ка¬
тегории развития показывает, что одно из ключевых
мест в диалектико-материалистической концепции де¬
терминизма должна занять категория нового. Концеп¬
ция детерминизма, которая эксплицитно или имплицит¬
но не предусматривает или даже исключает возникно¬
вение нового, с этой точки зрения должна быть
отвергнута.
Закономерная взаимосвязь не может ограничиваться
необходимой взаимосвязью. Без подлинно диалектиче¬
ского единства необходимости и случайности возникно¬
вение нового остается непонятным, оно может рассмат¬
риваться в лучшем случае как развертывание, как
трансформация уже наличествующего. Диалектико¬
материалистическая концепция детерминизма для объ¬
яснения возникновения нового должна прежде всего
признать существование объективной случайности, то
есть понимать случайность не просто как результат не¬
достаточного знания о некотором полностью необходи¬
мом процессе. В то же время случайность не может
быть интерпретирована лишь как помеха этому процес¬
су, как шум. Такое рассмотрение учитывает борьбу
между случайностью и необходимостью, но не их един¬
ство. Уже само существование накопителей в систе¬
мах (например, гликогена в печени живых организмов)
является косвенным признанием объективного суще¬
ствования случайности, так как. предусматривает воз¬
можность преодолеть ее разрушительное воздействие.
Но и это еще не означает понимания единства случай¬
ности и необходимости, восприятие случайности как
140
конструктивного элемента не предполагает признания
постоянного возникновения чего-то закономерно нового.
Понимание случайности как формы проявления необ¬
ходимости может ввести в заблуждение, если мы в са¬
мой случайности видим только момент явления, а не
сущности, если мы забываем замечание Ленина:
«...Сущность является. Явление существенно» ’. При¬
няв точку зрения, что случайность несет в себе некото¬
рую часть сущности природы — а сущность природы и
есть закон, — мы приходим к выводу, что абсолютное
разделение шума и информации, как оно имеет место
в теории информации, есть абстракция, отражающая
механистический стиль мышления.
Мы уже неоднократно повторяли, что целый ряд
физиков, сознавая ограниченность концепции, разделя¬
ющей информацию и шум, из-за своей ориентации на
позитивизм не преодолели эту ограниченность. Тем
самым они встают на позицию, которая связана с при¬
знанием случайности как отражения ограниченности
нашего познания.
Прежде всего попытаемся показать корни этой по¬
зиции. Целью науки является открытие объективных
закономерностей. Механицизм придает всеобщий харак¬
тер одной из частных форм закономерностей. Он утвер¬
ждает, что существуют только закономерности, носящие
характер необходимости, предполагая, в частности, что
в природе при одинаковых условиях всегда происходит
одно и то же. Классическое понимание закона требова¬
ло однозначного определения будущего состояния сис¬
темы на основе ее прошлого состояния. Впервые поня¬
тие вероятности в физике мы встречаем в обоснован¬
ной Больцманом и Гиббсом статистической теории теп¬
лоты. Принятие представления об энтропии показало,
что теория вероятностей должна занять прочное место
в физическом мышлении. Во втором начале термодина¬
мики вероятность выступает уже как необходимая
составляющая понимания научного закона. Кинетиче¬
ская теория теплоты носит объективно статистический
характер. Следует, однако, подчеркнуть, что тем самым
она не отрицает существования строгого детерминизма
в классическом смысле. Не подвергалось сомнению, что
‘.В. И. Лени и. Поли. собр. соч., т. 29, с. 227.
147
движение молекул газа подчиняется законам механики
и тем самым механически детерминировано.
Часто предполагается, что статистический закон
принципиально действен только для совокупностей.
При этом остается открытым, и это само по себе вер¬
но, вопрос о лежащей в основе единичных процессов
и событий закономерности. В основании временного
изменения состояний материальной системы, которая
находится в определенных ограниченных отношениях
с окружающей средой, лежит динамический закон.
Верно также предположение о том, что даже в тех
случаях, когда есть возможность описывать статисти¬
ческие явления в терминах лежащих в их основе еди¬
ничных процессов, не следует редуцировать статисти¬
ческие закономерности к динамическим, поскольку
сферы действия тех и других различны. Мы различаем,
таким образом, два типа законов, каждый из которых
обладает собственным, только ему присущим качеством.
Эта позиция в настоящее время широко признана фило¬
софами-марксистами. Мы можем и должны в то же
время сделать еще один шаг. В квантовой механике
понятие вероятности характеризует не только объектив¬
ность так называемых массовых явлений, например со¬
вокупностей частиц, но и объективную возможность
индивидуальных квантовых объектов. Тем самым мы
имеем дело с третьим типом законов, с вероятностными
(пробабилистскими) законами.
В отличие от статистических законов, имеющих ме¬
сто, например, в термодинамике, вероятностные законы
относятся к индивидуальному объекту, отражая его
противоречивость и возможные взаимосвязи. Внутрен¬
няя противоречивость элементарного объекта и его
интенсивное взаимодействие с окружающей средой —
основа примата статистики и вероятности (пробабили-
стики) в квантовой механике. Только при использова¬
нии понятия вероятности в сфере единичных процессов
механистический детерминизм оказывается окончательно
преодоленным.
Выявление законов третьего типа окончательно
утверждает тот факт, что законы, носящие характер
необходимости, не представляют собой единственной
формы присущих природе закономерностей. Формули¬
ровка закона, гласящая, что при одних и тех же усло¬
виях с необходимостью происходит одно и то же, дает
148
СЛИШКОМ узкое представление о природных закономер¬
ностях, фиксируя только частный случай их проявле¬
ния. Мы можем зарегистрировать в природе и другой
вид закономерностей, то есть порядка. Из одних и тех
же начальных условий не всегда развивается один и
тот же ряд последовательных состояний. Однако раз¬
вивающиеся из одних и тех же начальных условий раз¬
личные процессы подчиняются одним и тем же законам
статистики. Речь идет о четкой закономерной взаимо¬
связи, а вовсе не о каком-либо «произволе», «свободе
воли», необоснованной спонтанности и т. д. Иначе го¬
воря, мы имеем дело с закономерностями, которые
наряду с категорией необходимости содержат также
категорию возможности. Такие законы могут быть в от¬
личие от классической статистики названы пробабили-
стскими законами.
Подобное различие между классической статистикой
и пробабилистикой имеет своей предпосылкой предпо¬
ложение о применимости вероятностных законов к еди¬
ничным процессам. Они выступают выражением проти¬
воречивости способной к самодвижению материи.
В настоящее время, как уже говорилось, широко рас¬
пространено представление о том, что статистические
законы действуют только относительно совокупностей
объектов. При такой интерпретации соотношение не¬
определенностей выступает как бы принципиальной
границей познания, непреодолимым препятствием для
познания лежащих в основе совокупностей единичных
процессов.
6.2. Случайность как ограниченность
нашей способности познания
высокосложных систем
Представление о том, что любая случайность может
быть исключена путем получения большей информации
о системе, в настоящее время отвергается многими ис¬
следователями. Невозможность устранить случайность
обосновывается, однако, кардинально различными спо¬
собами.
Одно из широко распространенных обоснований
такого рода заключается в том, что получение инфор¬
мации о высокосложных системах принципиально
149
ограничено. Поэтому якобы невозможно устранить слу¬
чайность вообще, а не то или иное ее конкретное прояв¬
ление. Очевидно, что здесь мы имеем дело с довольно
старой предпосылкой. Поскольку в чистом виде она
преодолена теорией познания, ее сторонники вынужде¬
ны обращаться к новым аргументам, в частности пред¬
полагать определенные границы познания. Так, утвер¬
ждается, что будущее поведение системы не может быть
предсказано с полной определенностью, если требования
к анализу системы превышают интеллектуальные спо¬
собности исследователя. Это старое утверждение о том,
что человек не может оказаться в позиции лапласов¬
ского наблюдателя, хотя принципиально (в идеале) это
и возможно. Современное дополнение состоит в том,
что якобы имеются как субъективные границы нашего
познания, так и объективные, то есть зависящие не
только от достигнутой в данный момент ступени позна¬
ния и состояния измерительной аппаратуры. В качестве
примера приводится гейзенберговское соотношение не¬
определенностей, а в последнее время — сложность
живых и социальных систем.
Мы придерживаемся противоположного мнения,
считая, что случайность в форме взаимоисключающих
возможностей существует объективно, а не является
результатом ограниченности нашей способности судить
о системах, как бы ни понимать последние. Интересно
и полезно для дальнейшего обсуждения этой темы по¬
пытаться сгруппировать описанные выше теоретико¬
познавательные позиции в отношении случайности.
Критерием группировки здесь выступает степень
точности, которой достигло описание причинных взаи¬
мосвязей. Иными словами, критерием схематизации
является предсказуемость состояния системы.
1. Предсказуемость единичных процессов возможна субъектив¬
но и объективно:
классическая физика 1 Мехапистический детерминизм,
простые автоматы ) г
2. Предсказуемость единичных процессов возможна объектив¬
но, но невозможна субъективно:
термодинамика 1 в принципе непреодоленный
сложные автоматы J классический детерминизм.
3. Предсказуемость единичных процессов невозможна ни субъ¬
ективно, ни объективно:
квантовая физика 1 ИНдетерминизм.
высокосложные живые системы ) " г
150
В первом случае поведение системы может быть
с абсолютной определенностью предсказано наблюда¬
телем, если он обладает полным знанием начальных
и экстремальных условий. Если система закрыта и
строго детерминирована в механистическом смысле,
предсказать ее поведение можно как с объективной,
так и с субъективной точки зрения.
Если во втором случае говорится, что объективно
возможное предсказание поведения системы невозмож¬
но субъективно, то следует допустить существование
целого ряда явлений, которые считаются случайными,
однако объективно не являются таковыми. Так, напри¬
мер, случайным считается результат игры в кости;
однако, если бы сверхточно обработанные кости броса¬
лись на идеально гладкую поверхность, в принципе
удалось бы доказать, что игра в кости — строго детер¬
минированный процесс. Только недостаток информации
о начальных и граничных условиях производит на нас
впечатление вмешательства случайности.
Нужно подчеркнуть, что детерминированность классической
физики является идеальным требованием, которое выполнялось бы
только в том случае, если бы вместо тела мы имели лишенную про¬
тяженности, но обладающую массой точку. Поэтому Борн неодно¬
кратно указывал, что даже в сфере классической механики мы
должны учитывать объективную случайность, а следовательно, слу¬
чайность— это не только наше впечатление [3].
Таким образом, мы можем зафиксировать, что име¬
ются системы, которые выглядят недетерминированны¬
ми в механистическом смысле только с позиции реаль¬
ного наблюдателя, тогда как идеальный наблюдатель
был бы в состоянии доказать, что эти системы в дей¬
ствительности строго детерминированы. В этой связи
Штейнбух писал, что человек не смог бы предсказать
поведение системы, состоящей из десяти миллиардов
электрических реле, связанных между собой неизве¬
стным ему и несистематическим способом, несмотря на
то, что функции всех реле строго детерминированы
в механистическом смысле. Это означает, что, хотя
система строго детерминирована, ее поведение невоз¬
можно точно предсказать, поскольку сложность иссле¬
дуемой системы превышает интеллектуальные способ¬
ности исследователя. В таких случаях мы говорим, что
возможное объективное предсказание единичных процес¬
сов субъективно невозможно.
151
В третьем случае исходят из того, что, как свиде¬
тельствуют результаты современной науки, существуют
принципиальные границы и для идеального наблюдателя.
Предсказуемость единичных процессов в смысле
механистического детерминизма объективно невозмож¬
на в сфере квантовой физики на основе соотношения
неопределенностей.
Она невозможна объективно также и в сфере высо¬
косложных живых систем:
1) на основе соотношения неопределенностей,
2) на основе энтропии измерений,
3) на основе принципа конечных классов.
Если у сложных конечных автоматов множество
частей и соединений делает субъективно невозможными
определенные утверждения о единичных процессах, то
подобные утверждения принципиально невозможны и
относительно высокосложных живых систем. «Объек¬
тивно» в данном случае означает — независимо от совре¬
менного состояния измерительной техники.
Существование вероятностных законов, невозмож¬
ность элиминировать случайность — все это обосновы¬
вается здесь тезисом о том, что имеются принципиаль¬
ные границы познания, пределы получения полной ин¬
формации о системе. Таким образом, сохраняется, как
уже говорилось, старая предпосылка, для гальваниза¬
ции которой приходится искать новые принципиальные
границы познания, выдвигая, например, принцип конеч¬
ных классов.
Целый ряд физиков и кибернетиков — Эльзассер,
Гейзенберг, Борн, Вейцзеккер, Винер, Эшби, Визер и
другие — говорят об индетерминизме квантовой физи¬
ки. Многие из них подчеркивают значение индетерми¬
низма для теоретической биологии. Здесь следует чет¬
ко различать, кто именно пишет об индетерминизме и
что обозначается этим понятием в каждом конкретном
случае.
Так, Впзер говорит об имитируемом в конструкции машин
принципе индетерминации, имея в виду только тот факт, что благо¬
даря множеству внутренних связей в технической системе, напри¬
мер в гомеостате Эшби или в механических «животных» Уолтера,
удается использовать случайность как конструктивный момент. Он
пишет, ссылаясь на соответствующее рассуждение Эшби: «Опре¬
деленные формы поведения живых существ производят впечатление,
что в их управляющих центрах имеется индетерминированный эле¬
мент» [213].
152
Употребление в этом контексте понятия «индетерми¬
низм» неадекватно с философской точки зрения. Оно
используется только в том смысле, что в противополож¬
ность механистической концепции детерминизма, не знав¬
шей никакой случайности, в данном случае появляются
«случайные элементы». Такое использование термина
не отрицает никакой закономерности. Наоборот, подчер¬
кивается, что вероятностные законы ни в коем случае
нельзя рассматривать таким образом, как будто они
менее принципиально или с меньшей степенью точности
отражают свойственный природе порядок.
Сложнее решить, в каком смысле используется по¬
нятие индетерминизма представителями физики, в той
или иной мере склоняющимися в своих теоретико-по¬
знавательных воззрениях к позитивизму (Эльзассер)
или к неокантианству (Вейцзеккер).
СлёДует сказать, что даже Вейцзеккер не отрицает
существования в квантовой физике закономерностей и
того факта, что эти закономерности в граничном слу¬
чае (в классической физике) ведут к механистическому
детерминизму.
Решающий пункт дискуссии (и это действительно
не просто спор о словах) состоит, однако, в том, что
Эльзассер, Вейцзеккер и другие рассматривают законо¬
мерности квантовой физики с точки зрения классиче¬
ской физики. Тем самым законы квантовой физики
становятся субъективными закономерностями, обусло¬
вленными нашим ограниченным знанием. Это отчетливо
видно, например, у Вейцзеккера, когда он объявляет,
понятия классической физики априорными представле¬
ниями квантовой физики (см. также работы Гейзен-'
бёрга [7, с. 67]).
При этом Вейцзеккер значительно ослабляет классическую кан¬
тианскую трактовку a priori. Он пишет: «Тем самым понятия, кото¬
рые Кант считал абсолютными, получают своеобразный относитель¬
ный характер. Познание a priori должно, по Канту, быть не только
предпосылкой, но и составной частью любой науки, направленной
на объект. Априоризмы классической физики выступают, однако,
методической предпосылкой, но не содержательным элементом кван¬
товой механики; или, точнее, ее содержательным элементом лишь по¬
стольку, поскольку классическая физика представляет собой гра¬
ничный случай квантовой механики. Они не неверны, однако — это
одна из не предусмотренных Кантом возможностей — ограничены
в своем применении» [41, с. 107].
Из приведенной цитаты следует, что речь идет не о некотором1
количестве априорных знаний, которое нужно определить, а о том,'
что классическая механика выступает относительно квантовой
153
механики как се априорная методическая предпосылка. Методиче¬
скими же предпосылками выступают также наглядность, классический
принцип причинности, евклидова геометрия и т. д.
«Механика является априорной методической предпосылкой
электродинамики, а вся классическая физика — априорной предпо¬
сылкой квантовой механики» [207, с. 111], — пишет Вейцзеккер и
подчеркивает: «В связи с тем что a priori становится относитель¬
ным понятием, несомненно можно считать знание, выступающее
относительно другого как априорное, в некотором ином аспекте зна¬
нием эмпирическим. Так, сама классическая физика возникла из
опыта. В ней, однако, наличествуют отношения, которые сходны с
ее собственным отношением к квантовой механике; например, элек¬
тродинамика методически предполагает наличие механики. В свою
очередь классическая механика не является ни чисто эмпирической,
пи чисто априорной» [207, с. НО].
Содержание понятия a priori подвергается здесь
существенному переосмыслению, утрачивая кантианский
смысл. Подобное понятие «относительного a pri¬
ori», конечно же, имеет право на существование. Так,
это понятие очень удачно используется Клаусом [11]
как антитеза позитивистским извращениям «метода
черного ящика». С помощью этого понятия Клаус пока¬
зывает, что ученый никогда не выступает в качестве
гносеологического робинзона, противостоящего предме¬
ту своего исследования. Сумма предшествующих зна¬
ний исследователя всегда как «относительное a priori»
участвует в подготовке его экспериментальной деятель¬
ности. В этом смысле тезис Вейцзеккера может быть
понят как своего рода критика позитивистских воззре¬
ний. Он оказывается, однако, ошибочным, когда поня¬
тие об «относительном a priori» (теперь уже не в каче¬
стве содержательного элемента науки, а как методо¬
логическая предпосылка) ведет к представлению о том,
что законы квантовой физики в принципе могут быть
поняты только с точки зрения классической физики.
«В этой связи, — пишет Гейзенберг, — мы должны отчетливо
понимать, говоря словами Вейцзеккера, что «природа была до чело¬
века, но человек был до естествознания». Первая половина выска¬
зывания оправдывает классическую физику с ее идеалами полной
объективности. Вторая половина объясняет, почему мы не можем
освободиться от парадоксов квантовой теории и от необходимости
применения классических понятий» [7, с. 35].
Вместе с тем Гейзенберг отмечает: «Копенгагенская трактовка
квантовой физики начинается с парадокса. Каждый физический
эксперимент — безразлично, относится ли он к явлениям повседнев¬
ной жизни или к явлениям атомной физики, должен быть описан
в понятиях классической физики. Понятия классической физики
образуют язык, с помощью которого мы описываем наши опыты и
результаты» [7, с. 25].
154
Мы видели, что Вейцзеккер стремится сохранить a priori, объ¬
являя, что оно теперь уже не составная часть содержания науки,
а ее методическая предпосылка. Так обстоит дело и с принципом
причинности, который, согласно Вейцзеккеру, действует только в
классической физике, в квантовой же механике вместе с другими
представлениями классической физики выступает только в качестве
методической предпосылки a priori, то есть как чистая форма со¬
зерцания.
Причинность относится Вейцзеккером, таким образом, исключи¬
тельно к классической физике. Он заявляет: «Физик изучает объ¬
екты внешнего мира. Знание о них он получает только путем чув¬
ственного опыта. Тем самым любое знание, которое мы получаем
об объектах внешнего мира вообще, является знанием наглядным;
для того чтобы из этого наглядного знания можно было делать
однозначные выводы, должна быть установлена причинная связь.
Это мы знаем a priori, то есть независимо от отдельного акта
опыта. Наглядность и причинность, однако, до этих пор еще рас¬
плывчатые термины. Свой точный смысл они получают только в си¬
стеме понятий классической физики. Для современного физика,
знающего, что он должен любой опыт сформулировать на языке
классической физики, вся классическая физика выступает фактиче¬
ски как нечто априорное. Это, пожалуй, ни в одном примере не
обнаруживается так отчетливо, как в экспериментах, связанных с
дуализмом квантовой механики, поскольку они закладывают фунда¬
мент неклассической теории, однако только через классически интер¬
претированные результаты измерений» [207, с. 104].
Вспомним теперь о рассмотренных нами ранее субъ¬
ективистских интерпретациях различных феноменов.
Элементарная частица может проявляться как волна
или частица, оба классических понятия исключают друг
друга. Этот феномен субъективистски объясняется не
противоречивостью самой природы элементарной час¬
тицы, а отношением между микрообъектом и макроско¬
пическим инструментом измерения. Результаты тракту¬
ются в классическом духе, то есть должны быть интер¬
претированы либо в рамках волновой, либо в рамках
корпускулярной картины. Поэтому мы никогда якобы
не узнаем, чем является элементарная частица в дей¬
ствительности. Различные возможности, открываемые
законами квантовой физики, рассматриваются, не как
объективные возможности, а интерпретируются субъек¬
тивистски с односторонним выпячиванием тех или иных
особенностей наблюдения. Если мы хотим узнать,
какая возможность была реализована в конкретном
случае, мы должны вновь провести эксперимент. При
этом мы с помощью определенных физических средств
вмешиваемся в происходящее, и в результате будем
наблюдать не то, что происходило в действительности,
155
а только то, что произошло в результате нашего вмеша¬
тельства. Иными словами, получить ответ на вопрос
о том, какая из возможностей была реализована, не
удается, здесь проходит принципиальная граница наше¬
го познания.
Подобные рассуждения, подкрепляются ли они
планковским квантом действия или принципом конеч¬
ных классов или же, наконец, просто преувеличивают
роль наблюдения, во всех случаях направлены на то,
чтобы воздвигнуть непреодолимую преграду между
явлением и «вещью в себе», причем сама «вещь в себе»
вообще элиминируется, провозглашается невозможность
познать сущность реальности. К таким агностицистским
и субъективистским воззрениям приходят потому, что
во всех случаях в качестве предпосылки выступает на¬
бор классических понятий. И поскольку эти понятия
здесь неприменимы, законы квантовой физики объявля¬
ются субъективистскими законами. Для материалиста
мир «в себе» существует объективно, то есть вне наше¬
го сознания, независимо от познания. Через познание
он становится миром «для нас», так как мы можем
применять познанные предметы в соответствии с их
свойствами и закономерностями для удовлетворения
человеческих потребностей, планомерно приводить
в действие энергию и свойства природы. Ленин, вслед
за Энгельсом, характеризовал познание как превраще¬
ние «вещей в себе» в «вещи для нас». Мы знакомимся
с атомом, используя его, заставляя его работать на
нас. Смысл научного исследования состоит не столько
в том, чтобы узнать особенности протекания процессов
в лабораторном эксперименте, сколько в том, чтобы
добиться их полезного человеку протекания в условиях
производства. Тот факт, что мы овладели процессом
в условиях производства, где мы его не наблюдаем,
свидетельствует, что мы проникли в его сущность, что
«вещь в себе» стала «вещью для нас».
Ленин углубил критику кантианской теории позна¬
ния, которая воздвигала принципиально непреодоли¬
мую перегородку между «явлением» и «вещью в себе».
«Всякая таинственная, мудреная, хитроумная разница
между явлением и вещью в себе есть сплошной фило¬
софский вздор,— писал Ленин в «Материализме и эм¬
пириокритицизме».— На деле каждый человек миллионы:
раз наблюдал простое и очевидное превращение «вещи
156
в себе» в явление, «вещь для нас». Это превращение
и есть познание» *.
Методологический вывод из принципа соответствия
гласит, что точно так же, как классическая модель
является отправным пунктом для исследования процес¬
сов квантовой физики, так и модели техники автоматов
могут выступить в качестве отправного пункта в иссле¬
довании биологических форм поведения. При этом мы
отнюдь не утверждаем, что наглядные модели являют¬
ся априорными предпосылками для этих наук, а, на¬
оборот, подчеркиваем, что необходимо осознать, как
обычные понятия нашего созерцания модифицируются
в постоянном взаимодействии и как именно мы можем
теоретически охватить их в единстве и противополож¬
ности.
Случайность (различные исключающие одна другую
возможности) существует объективно и не является
результатом ограниченности нашей способности судить
о системе. Предположения о том, что здесь проходит
принципиальная объективная граница познания, уже
неоднократно отвергались. Напротив, мы должны учи¬
тывать, что в различных сферах реальности появляют¬
ся качественно различные формы взаимосвязи, особен¬
ности которых мы должны принимать во внимание.
Попытаемся теперь суммировать и систематизиро¬
вать рассуждения о различных формах детерминации
в объективной реальности в их связи с различными ти¬
пами закономерностей.
1. Механическая взаимосвязь.
Определение начальных условий позволяет одно¬
значно установить будущее и прошлое. (Действует оди¬
наково в технике автоматов и в живых системах.)
2. Стохастическая, или коррелятивная, взаимосвязь.
Наблюдение корреляций между элементами струк¬
туры, коррелятивной адаптации к окружающей среде.
(Действует одинаково в технике автоматов и в живых
системах.)
3. Пробабилистские взаимосвязи.
В области квантовой физики устанавливаются толь¬
ко те вероятности состояний единичного объекта, кото¬
рые реализуются данным объектом.
1 В. И. Л е н и н. Поли, собр.- соч., т. 18, с. 120,
157
В области высокосложных систем определяется ве^
роятность деталей микроструктуры и микродинамики.
Однако на основе чрезвычайно подробной спецификации
связей и диалектики части и целого следует предпола¬
гать более строгий детерминизм, нежели тот, который
имеет место в квантовой физике.
Высокосложная система задает единый режим всех
этих взаимодействий. Когда мы говорим, что проблема
вероятностного закона имеет значение и для биологии,
это не означает, что в биологии она выступает в той
же форме, что и в физике. Следует, однако, указать,
что в самых различных областях действительности име¬
ются методологически сходные проблемы, хотя они
имеют специфический вид при рассмотрении каждой
формы движения материи. Частотная концепция (веро¬
ятность как характеристика множества объектов или
в гомеостазе — множества связей) применяется там,
где существенным является взаимодействие очень боль¬
шого числа единичных явлений и подпроцессов, при
определенном виде формальной связи структур или их
элементов, когда мы абстрагируемся от специфической
формы движения структур. Речь идет о массовых явле¬
ниях типа термодинамики и о структурных связях типа
самоорганизующихся технических систем.
Представление о внутренне гомогенном и избыточно
структурированном объекте было сохранено как стати¬
стической механикой, так и теорией автоматов. Объектъ
квантовой механики, так же как и объекты биологии,
обладают существенно более сложной структурой и
внутренней противоречивостью. Тем самым вероятность
задается здесь уже как характеристика единичных сис¬
тем.
6.3. Диалектическое единство
случайности и необходимости
в объективно возможном —
проблема вероятностного закона
Коротко суммируем результаты рассмотрения проб¬
лем вероятностного закона, диалектического единства
необходимости и случайности, а затем сформулируем
обобщенные тезисы диалектико-материалистической
концепции детерминизма. Тем самым мы создадим йс-
158.
ходную позицию для дальнейшего обсуждения этой
проблематики во второй части книги.
В классической теории автоматов господствуют
принципы одно-однозначного соответствия (изоморфиз¬
ма) между физическими величинами, описывающими
состояния системы в различные моменты времени. Ме¬
ханистическая биология, прокламирующая безраздель¬
ное господство механистического детерминизма в био¬
логических системах, предполагает существование по¬
добного изоморфизма, подобной непрерывности инфор¬
мации. Это вынуждает биологов даже в те периоды,
когда структурные свойства взрослого организма еще
не проявились, заранее предполагать существование
эквивалентной информации, из которой структура мо¬
жет быть воспроизведена по образцу автомата. Раньше
в этой связи говорилось о гомункулусе, содержащемся
в зародышевой клетке.
Теория эволюции, в которой могут быть диалек¬
тически объединены антитезы необходимости и случай¬
ности, требует преодоления концепции механистическо¬
го детерминизма, признания возможности таких при¬
чинных отношений, которые детерминируют закономер¬
ное увеличение информации в организме.
Данная ранее характеристика законов, которые со¬
храняют представление об объективной случайности и
которые мы в отличие от классических статистических
и динамических законов называем пробабилцстскими,
должна быть теперь уточнена.
1. Строго детерминистские (динамические) законы.
Согласно строго детерминистским законам, состоя¬
ние системы в каждый момент времени однозначно вы¬
водится из начального состояния системы и испытывае¬
мых ею воздействий со стороны окружающей среды.
Если в частном случае речь идет об изолированной
системе, то ее состояние в любой момент времени t > to
однозначно следует из ее состояния в момент to.
Типичным выражением динамического закона явля¬
ется система дифференциальных уравнений, решение
которой однозначно определено начальными и гранич¬
ными условиями и может быть изображено в виде
траектории в фазовом пространстве.
2. Статистические законы.
Они действуют для совокупностей систем (или
элементов), каждая из которых развивается по
159
динамическим законам. Относительно начальных и гра¬
ничных условий известны статистические средние зна¬
чения или распределения вероятностей. Поэтому для
траекторий можно задать только распределение вероят¬
ностей. Средние значения для совокупности траекторий
(глобальные величины) следуют при этом динамическим
законам.
Точный анализ позволяет с любой нужной точностью
определить начальные и граничные значения, однако
этот анализ не представляет интереса, если мы иссле¬
дуем глобальные величины (например, давление, темпе¬
ратура газа и т. п.). Точный анализ ограничен, если
мы имеем дело с большими ансамблями систем, он не
имеет физического смысла, как это отмечал Борн.
3. Пробабилистские законы.
Эти законы действуют относительно систем (или эле¬
ментов), развивающихся не по динамическим законам
(то есть если рассматриваются совокупности таких сис¬
тем, причем отдельные элементы этих совокупностей
развиваются не по динамическим законам). Законы
движения элементарных систем представляют собой
случайные реализации закономерных возможностей.
Принципиально невозможно утверждать относитель¬
но поведения элементарных систем нечто более опре¬
деленное. Поле возможностей обозримо, вероятность
реализации каждой возможности может быть статисти¬
чески определена с любой точностью из рассмотрения
большого числа элементарных событий, либо предполо¬
жения об этой вероятности могут быть подкреплены
с опорой на средние значения. Законы квантовой меха¬
ники являются, несомненно, подлинными пробабили-
стскими законами.
Пробабилистские законы, безусловно, играют важ¬
ную роль в биологии, поскольку причиной мутации
может быть одно-единственное квантовое событие.
Но здесь перед нами прежде всего встает вопрос о том,
обусловлено ли действие случайности в биологии толь¬
ко законами квантовой физики или же одновременно
с ними действуют законы, связанные с высокой слож¬
ностью биологических систем.
В биологической системе мы имеем дело с комплек¬
сом, состоящим из множества различающихся одна от
другой систем. Если число систем в подобном комплек¬
се и число различных начальных условий достаточно
160
велико, то даже в том случае, если отдельные системы
развиваются по динамическим законам и мы распола¬
гаем для изучения большим числом экземпляров дан¬
ного комплекса, ни практически, ни теоретически невоз¬
можно статистическими методами определить распреде¬
ление вероятностей, поскольку сверхбольшое число
случаев реализуется со времени возникновения данных
комплексов только однажды или не реализуется вооб¬
ще. В подобных условиях не являются строго детерми¬
нированными и глобальные величины комплекса. Изве¬
стно только поле возможностей их развития.
Кроме того, точно задать начальные значения
глобальных величин (концентрацию, проводимость
и т. д.) в высокосложных системах также не удается
уже при минимальных неточностях или слабых воздей¬
ствиях, вследствие усиления случайных отклонений и
колебаний, неизбежных из-за разнообразия подсистем
и множественности их взаимосвязей.
Следует проводить четкое разграничение между ве¬
роятностными законами, действующими в рамках клас¬
сической статистики, с одной стороны, и пробабили-
стскими законами — с другой.
Такое новое понимание характера закономерностей
и вместе с тем понятий случайности, возможности и
действительности потребовалось для обобщенной интер¬
претации квантовой механики.
А. В квантовой механике дана совокупность объек¬
тивно возможного в форме так называемого квантово¬
механического состояния системы. Состояние системы
одновременно включает в себя вероятность отдельных
возможностей. Решающим моментом, отличающим про-
бабилистский закон от статистического, является при
этом априорный характер вероятности единичного про¬
цесса, объективность существования множества возмож¬
ностей, что не имеет ничего общего с недостаточным
знанием о системе, как это утверждает основной посту¬
лат классической статистики.
В качестве иллюстрации сошлемся на Примаса: «Имеет смысл
приписать единичному атому радия точно определенную вероят¬
ность распада. Речь при этом идет о некоторой первичной вероят¬
ности, которая приписывается единичному атому радия как прису¬
щее ему свойство. Для экспериментального определения этой ве¬
роятности мы будем, естественно, пользоваться статистическими ме¬
тодами, однако статистика представляет собой в данном случае
только вторичное, вспомогательное' средство.В том же случае, когда
6 Зак. 387
161
Mbi проводим опрос о настроениях населения определенной страны,
мы имеем дело с принципиально иной постановкой вопроса: нас
интересует статистическая вероятность. Настроения, выясненные
статистическим путем, не являются, разумеется, свойством отдель¬
ного индивида, а свойством исследованного коллектива в целом»'
[158].
В этой связи правомерна мысль о том, что и в макро¬
скопических сложных системах, в том числе и в био¬
сфере, действуют подобные пробабилистские законы.
Такая возможность в настоящее время может быть экс¬
плицитно продемонстрирована с помощью квантовой
механики [158]. Для биосферы, однако, требуется пока¬
зать действие этих законов на конкретном материале.
Когда мы акцентируем внимание на пробабили-
стском характере законов квантовой механики, это ни
в коем случае не означает, что во всех системах, эле¬
менты которых (атомы, молекулы) принадлежат сфере
квантовой механики, все процессы подчинены исключи¬
тельно объективной случайности. Напротив, так назы¬
ваемые макроскопические процессы во многих отноше¬
ниях следуют законам классического детерминизма,
которые ранее были названы динамическими. Чрезвы¬
чайно важно, однако, знать, что для понимания этого
положения нет необходимости воздвигать, как это де¬
лал, к примеру, П. Иордан и др., непреодолимой про¬
пасти между макромиром и микромиром. Во многих
случаях последовательное применение квантовой меха¬
ники к системам со многими степенями свободы авто¬
матически приводит к представлениям о классическом
поведении, как это убедительно показал Примас.
Чаще всего речь идет о том, что множество от¬
дельных процессов вообще элиминирует из общей кар¬
тины действие случайности, и остается только строго
детерминированный закон, чистая необходимость.
В этом смысле действие случайности, как правило,
крайне ограничено. Так, совершенно неуместным и не¬
оправданным выглядит, к примеру, утверждение, что
пушка стреляет благодаря совпадению простых случай¬
ностей, имеющих место в молекулах заряда.
Ведь само наличие случайностей и определенная их
частота являются необходимостью. Эти в известном
смысле тривиальные констатации необходимы, так как
подобные утверждения в последнее время все чаще
высказываются относительно биосферы, например
Иорданом и Моно,
162
Нужно, конечно, помнить, что в биологии мы имеем
дело с очень сложной совокупностью отношений. Здесь
далеко не всегда ограничено действие случайности, по¬
этому подлинно пробабилистские законы принадлежат
к глубинной сущности биологического. Пример с пуш¬
кой относителен, однако лишь в той мере, в какой воз¬
никает потребность конкретно продемонстрировать,
в чем именно состоит необходимость. На этом примере
мы видим, что простое указание на случайный характер
единичных процессов само по себе еще ничего не дока¬
зывает.
Б. Одним из наиболее существенных результатов
квантовой физики является то, что она твердо очертила
границы действенности механистической концепции де¬
терминизма. Этот факт, однако, интерпретируется
с совершенно различных позиций. Гейзенберг и другие
физики четко показали, что предположение скрытых
параметров в смысле классической физики неоправ¬
данно. С другой стороны, статистическим характером
квантовой физики стали объяснять наличие принципи¬
альной границы познания [59 а], а это утверждение
снова возвращает нас, по сути дела, к тем же, ранее
отвергнутым, представлениям о скрытых параметрах.
Здесь-то и находятся главные корни субъективистских
и агностицистских интерпретаций новейших достиже¬
ний квантовой физики, тех интерпретаций, которые
в последнее время все решительнее преодолеваются
многими естествоиспытателями под влиянием критики
со стороны физиков и философов, последовательно от¬
стаивающих марксистские позиции. Ибо, согласно пози¬
тивистским воззрениям, теория описывает только наше
знание о процессах; варианты в описании рассматри¬
ваются как выражение незнания.
В. Хотя квантовая механика показала ограничен¬
ность классических понятий, они сохранились в каче¬
стве предпосылки теоретического объяснения. Предпо¬
лагается наличие закономерностей, носящих характер
только необходимости. Пробабилистские же закономер¬
ности, включающие категорию возможности, нуждаются
в дополнительном объяснении, которое в той или иной
форме признает ограниченность нашего познания. Гра¬
ницы механистической концепции детерминизма очер¬
чены достаточно четко, но причиной этой ограниченно¬
сти считается только вмешательство прибора. Сужение
6*
163
проблематики до уровня помех, возникающих в резуль¬
тате воздействия прибора на объект наблюдения, ведет
К ложным выводам, поскольку вероятностное утвержде¬
ние об элементарном процессе не может быть сведено
только к воздействию прибора на объект. Следует со
всей решительностью указать, что человеческая дея¬
тельность является не помехой познанию, а, ско¬
рее, интегрирующим фактором познавательного про¬
цесса.
Г. При интерпретации статистического характера
квантовой физики не всегда достаточно четко проводит¬
ся различение между классической статистикой и про-
бабилистикой. Решающая ошибка состоит в том, что
случайность продолжают рассматривать только под
тем углом зрения, который сформировался еще во вре¬
мена безраздельного господства классической стати¬
стики.
Под статистическими законами до сих пор часто по¬
нимаются исключительно законы поведения совокупно¬
стей объектов. Отсюда следует, что статистические за¬
коны могут быть применимы только к ансамблям и
подтверждаться, например, путем более частого повто¬
рения эксперимента. Однако в основе закономерностей
некоторых ансамблей должны находиться определенные
закономерности поведения единичных объектов. В прин¬
ципе эти закономерности могут быть открыты в ходе
дальнейшего исследования. При этом, однако, статисти¬
ческие закономерности не редуцируются к динамиче¬
ским, а остаются закономерностями, обладающими
своими специфическими свойствами.
Эту точку зрения можно обобщенно представить
следующим образом. Вначале мы отражаем явление
лишь грубо и несовершенно. Мы оцениваем важность
и существенность тех или иных отношений в соответ¬
ствии с современным состоянием техники измерений и
уровнем наших знаний в данный момент. Ряд объектов
рассматриваются при этом как не связанные друг
с другом, хотя, возможно, при позднейших исследова¬
ниях именно между ними будут установлены существен¬
ные взаимозависимости. В ряде случаев и в связи
с определенными практическими и теоретическими за¬
дачами вполне достаточно ограничиться статистиче¬
скими объяснениями процессов. Однако в основе всех
статистических законов лежат единичные процессы, ко¬
164
торые в принципе тоже поддаются познанию. За каждым
статистическим законом всегда скрываются, согласно
взглядам механицистов, элементарные динамические за¬
коны. Это представление базируется на предпосылке
о том, что изоляция каждого единичного процесса из
всеобщего взаимодействия в принципе возможна и что
подобная изоляция не приводит к разрушению суще¬
ственных связей исследуемого объекта.
Здесь встает вопрос, по поводу которого идет дис¬
куссия среди ученых-марксистов. Является ли вероят¬
ность выражением ограниченности нашего познания,
уменьшающейся с течением времени, или же вероятность
является как раз знанием определенной взаимосвязи,
а тем самым показателем прогресса в формулировании
научных законов?
Статистическое описание в квантовой физике часто
объясняется невозможностью проследить все причин¬
ные цепи, обусловливающие тот или иной процесс; при
этом ссылаются обычно на приведенный Энгельсом при¬
мер со стручком гороха. Следует, однако, помнить, что
Энгельсу была знакома только классическая статисти¬
ка, а по отношению к ней замечание Энгельса удиви¬
тельно метко, так же как и замечание относительно
требований кондиционализма учитывать все условия.
К квантовой же физике эти высказывания не имеют
отношения.
Д. В квантовой физике следует в принципе отка¬
заться от противопоставления статистических и дина¬
мических законов. Каждый раз при подобном противо¬
поставлении мы с самого начала становимся на точку
зрения классической физики. В квантовой физике — это
не противоположности. В квантовой теории, если допу¬
стить ранее приведенное мнение, гейзенберговское соот¬
ношение неопределенностей признается следствием
ограниченности нашей познавательной способности, а не
отражением некоторого объективно реального отноше¬
ния. В таком контексте существенно, по-видимому, при¬
знает ли представитель соответствующей точки зрения
действие статистических законов только в отношении
ансамблей (то есть ограничивает и действенность толь¬
ко описанием совокупностей) или же считает, что они
действуют также и относительно единичных процессов.
В первом случае рано или поздно возникает вопрос
о лежащих в основе поведения ансамблей неизвестных
165
нам единичных процессах, о которых, согласно соотноше¬
нию неопределенностей, мы никогда ничего не узнаем.
Во втором случае, в интерпретации Фока [23], закон
относится к единичному процессу. Закон говорит нам
о том, что возможно в единичном процессе и какова
вероятность реализации каждой из имеющихся возмож¬
ностей Этот вероятностный закон является в преде¬
лах современного состояния знания адекватным отра¬
жением действительности. Он содержит и соотношение
неопределенностей как отражение действительности,
в то время как в первом случае оно выступает выра¬
жением нашего незнания.
Е. Фок опирается в качестве предпосылки на пред¬
ставление о применимости вероятностных законов к еди¬
ничному процессу. Тем самым выдвигается альтернати¬
ва единственному до сих пор классическому пониманию
статистики. Другие точки зрения ряда авторов так или
иначе сводятся к отвержению этой альтернативы.
Следует учитывать при этом, что понятие статисти¬
ки в различных контекстах используется в существенно
различных значениях:
' 1. В классической физике в задачах о многих телах.
2. В квантовой физике при интерпретации функции
состояния.
Аналогичным образом и в применении к рассматри¬
ваемой нами проблематике мы можем выделить сле¬
дующие значения понятия статистики:
1. В гомеостатах или других высших автоматах,
при описании большой совокупности связей (элементов
или членов).
2. В высокосложных системах, при статистической
Интерпретации отдельных процессов, их микрострукту¬
ры и динамики.
Ж- Это различение проводится не всегда. Обе воз¬
можные интерпретации различаются, по-видимому, тем,
что в одном случае действие статистических законов
ограничивается только совокупностями объектов, то есть
Диапазон их действия ограничивается ансамблями, в то
время как во втором случае это действие распростра¬
няется также и на единичные процессы.
1 На симпозиуме «Детерминизм и закономерность в современ¬
ном естествознании» М. Штраусс предложил обозначить этот вид
законов как пробабилистские [216].
166
Первая точка зрения оставляет открытым вопрос
о единичных процессах, на которых базируется пове¬
дение совокупностей. Соотношение неопределенностей
выступает при этом как принципиальная граница позна¬
ния, которая не позволяет нам подойти к познанию
единичных процессов.
Во втором случае мы приходим к новому понима?
нию господствующей в природе закономерности; к под¬
линному единству необходимости и случайности в объ¬
ективно возможном как выражению противоречивости
и самодвижения материи. К. Фукс пишет: «Диалекти*
ческое понятие материи опирается на диалектическое
единство обеих категорий — случайности и необходимо¬
сти,— их объединение в категории возможности» [70,
с. 62]. Вероятность в этом случае не просто фикция,
исчезающая с течением времени. Категория возможно¬
сти является неизбежной для формулировки научных
законов. Пробабилистские законы, содержащие катего¬
рию возможности, отражают противоречивую природу
материи, способной к самодвижению; поэтому они не
требуют дальнейших объяснений путем сведения к дру-
гим законам.
3. Материя в своей внутренней противоречивости
таит в себе неисчерпаемые возможности, и ее развитие
далеко не закончено. Закономерности, которые содер¬
жат категорию возможности, отражают эту природу
материи и не требуют поэтому никаких дополнительных
объяснений путем сведения к другим законам. Такие
объяснения, скорее, требуются для закономерностей,
которые включают только категорию необходимости и
тем самым отражают вырожденное состояние материи.
И. Знание этих положений важно и для биологиче¬
ской теории. Понимание возникновения нового предпо¬
лагает признание случайности не просто как наруше¬
ния закономерности, но и как конструктивного момен?
та. При этом предполагается, что абсолютное разделе¬
ние информации и шума преодолено и случайность
предстает в ее диалектическом единстве с необходи¬
мостью в объективно возможном. И только выдвигая
категории объективной случайности и объективной воз¬
можности, мы создаем предпосылки для объяснения
процессов роста информации, появления в объективной
реальности чего-то неожиданного и действительно
нового, .. . ;
167
Развивающийся организм располагает различными
возможностями строить присущую ему структуру. Эти
возможности математически задаются различными вза¬
имосвязанными вероятностями. Вероятность реализации
некоторой определенной структуры становится равной
единице только в конце развития, или дифференциации.
Вероятность возникновения некоторой иной структуры
также в конце развития, или дифференциации, стано¬
вится равной 0.
К. Элементарное высказывание называется истин¬
ным, если его вероятность равна 1; оно называется
ложным, если его вероятность равняется 0. В резуль¬
тате развития любое высказывание оказывается истин¬
ным или ложным. В первом случае для реализованной
возможности ряд вероятностей 1 становится достовер¬
ностью, или истиной, во втором — речь идет о невоз¬
можности, или ложности. Реализуются не все возмож¬
ности. Для совокупностей типа вида, для класса инди¬
видов с одинаковыми наследственными задатками с не¬
обходимостью реализуется большая часть возможно¬
стей. Что же касается отдельного организма (особи),
то в результате его развития мы получаем одно истин¬
ное утверждение о его структуре и ряд ложных утвер¬
ждений. Пробабилистский закон говорит нам о том,
что возможно для совокупности, единичная же реали¬
зация случайна. Дарвиновская теория естественного
отбора является гениальной попыткой понять развитие
организма (ограничиваясь имеющимся материалом)
с использованием понятия вероятности, которое в новой
форме было эксплицитно введено только квантовой фи¬
зикой [207, с. 354].
В заключение сформулируем ряд положений кон¬
цепции детерминизма.
1. Диалектико-материалистическая концепция детер¬
минизма исходит из всеобщей взаимосвязи, всеобщего
взаимодействия предметов и явлений на основе мате¬
риального единства мира, исходит из принципа материа¬
листического монизма и самодвижения материи, источ¬
ником которого является ее имманентная противоречи¬
вость. В этом смысле можно сказать, что «взаимодей¬
ствие является последней причиной».
2. Принципиальная ограниченность механистического
материализма заключается в редукции многообразия
взаимосвязей к самым простым, в отождествлении
168
необходимой связи с причинной связью вообще, в убеж¬
денности в том, что последующие состояния системы
однозначно определяются начальным состоянием. Такая
позиция не оставляет места для понятий случайности
и возможности.
3. Механистическая концепция детерминизма, со¬
гласно которой существуют только необходимые связи,
ведет к преувеличению одного из аспектов сложного
процесса познания. Она может оказаться плодотворной
рабочей гипотезой для определенного рода исследова¬
ний, пока постановка проблемы не расширится или
результаты исследований покажут, что эта гипотеза
становится недостаточной и должна быть модифициро¬
вана.
4. Соответствующего обобщения по сравнению с уз¬
кой классической концепцией механистического детерми¬
низма требует и принцип причинности. Если причин¬
ность понимается как конкретная непосредственная пе¬
редача объективной взаимосвязи и при этом проводит¬
ся четкое различение понятий причинности и закона, то
в этом случае статистические законы не противоречат
детерминации единичных деталей микроскопической
структуры и динамики живого организма в диалектиче¬
ском смысле.
5. Позиция, согласно которой в основе статистиче¬
ских законов лежат динамические законы, ориентиро¬
вана на классическую статистику. Следует различать
статистику и пробабилистику. Решающим здесь явля¬
ется то, что в одном случае сфера действия вероятно¬
стных утверждений ограничивается только совокупно¬
стями объектов, то есть действие статистических законов
ограничивается ансамблями; в другом же случае веро¬
ятностное утверждение распространяется и на единич¬
ные объекты. В этом последнем случае пробабилист-
ский закон указывает, что возможно в единичном про¬
цессе и какова вероятность реализации каждой из этих
возможностей.
6. Понимание возникновения чего-либо подлинно
нового предполагает, что случайность воспринимается
не просто как результат нашего незнания действитель¬
ности, подчиняющейся на самом деле исключительно
необходимости. Такое понимание предполагает преодо¬
ление абсолютного разделения необходимости и случай¬
ности, информации и шума, некогда введенное для
169
t
образования абстрактных систем. Главное при этом не
воспринимать случайность только как разрушительное
начало, а признавать ее и как конструктивный момент.
Случайность следует понимать в диалектическом един¬
стве с необходимостью в объективно возможном.
7. Позиция, требующая дальнейших объяснений и
обоснований пробабилистских законов, противоречит
диалектико-материалистическому пониманию материи,
которая благодаря своей внутренней противоречивости
способна к самодвижению и сама производит бесконеч¬
ное многообразие действительности. Закономерности,
которые относятся к сфере объективно возможного, от¬
ражают эту природу материи и не нуждаются поэтому
в дальнейших объяснениях. Только такая позиция при¬
водит к подлинной критике «биологического идеализ¬
ма», «физического идеализма» и индетерминизма в фи¬
зике и биологии. Здесь мы получаем возможность диф¬
ференцировать различные типы закономерностей: дина¬
мические, статистические и пробабилистские.
8. Существование различных типов законов образует
основу для различения возможных внешних форм пове¬
дения систем: адаптивного поведения первого рода,
адаптивного поведения второго рода (обучения) и са¬
моорганизующегося, или творческого, поведения. Послед¬
нее является выражением диалектического единства
чистого преобразования информации (наследственных
задатков) (случай 1), дополненного информацией об
интенсивном взаимодействии системы с ее окружением
(случай 2) и ростом информации как следствием соб¬
ственной внутренней противоречивости динамики систе¬
мы. Самоорганизующееся поведение включает в себя все
низшие формы поведения и надстраивается над ними
(см. гл. 10).
Именно с этой позицией связаны наиболее сущест¬
венные следствия для понимания биологических процес¬
сов, в особенности предбиотической эволюции, филоге¬
неза, а также онтогенетического развития. К этим
следствиям мы и обратимся во второй части книги.
Часть II
КЛЕТКА КАК КИБЕРНЕТИЧЕСКАЯ
СИСТЕМА. ПРОБЛЕМЫ ДЕТЕРМИНИЗМА
И РЕГУЛЯЦИИ В ОТДЕЛЬНОЙ КЛЕТКЕ
И В ПРОЦЕССЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО
РАЗВИТИЯ
7. Молекулярные основы накопления
и передачи информации
Молекулярная биология исследует вопрос о том,
каким образом план строения высокодифференцирован¬
ного организма записан в хромосомах зародышевых
клеток; как этот план или информация передается во
всех деталях от поколения к поколению; посредством
какого механизма осуществляется затем, в соответствии
с этим планом, синтез компонентов клетки в ходе ее
дифференцировки; как закодирована генетическая ин¬
формация в макромолекулярных структурах.
Данные молекулярной биологии позволяют рассмот¬
реть с новой точки зрения некоторые традиционные фи¬
лософские вопросы. Так, можно задать вопрос, записан
ли в хромосомах зародышевой клетки подробный план
строения высокодифференцированного организма? Пред¬
ставлена ли (в гомоморфном или изоморфном виде) в
структуре органических макромолекул вся информация,
содержащаяся во взрослом организме?
Согласно теории эпигенеза в ее современной форме,
в макромолекулах такого гомоморфного представления
не существует. Информационное содержание взрослого
организма полностью образуется в ходе онтогенеза.
Встает вопрос, возникает ли дополнительная информа¬
ция в процессе обучения или эпигенетически, то есть
связано ли ее появление только с «импортом» информа¬
ции из окружающей среды или же происходит эндоген¬
ное возрастание информации на базе интенсивного
взаимодействия со средой?
Рассмотрим более подробно эти и некоторые другие
вопросы, начиная с проблемы накопления и передачи
информации.
173
К числу центральных вопросов современной биоло¬
гии, в большей йли меньшей степени затрагивающих
все отрасли этой науки, относятся вопросы видовой
специфичности и ее связи со специфичностью белков.
К этой проблематике можно подходить с различных
точек зрения. Одним из возможных подходов служит
анализ с помощью понятий коммуникационных систем
и техники передачи информации. Весьма плодотворным
при таком анализе оказывается кибернетическое рас¬
смотрение. Коммуникационный подход к проблематике
находит свое оправдание в полученных за последнее
время данных, согласно которым специфичность белка
выражается строго заданной последовательностью ами¬
нокислотных остатков и закодирована в последователь¬
ности (также строго определенной) нуклеотидных осно¬
ваний ДНК- Поэтому взаимоотношения между ДНК,
РНК и белком могут рассматриваться не только в
чисто биохимическом, но также и в математическом
плане.
7.1. Генетический код
В центре внимания молекулярно-биологических ис¬
следований стоит в настоящее время так называемая
проблема кодирования. Для выражения любой инфор¬
мации необходимо некоторое количество знаков. Такими
знаками могут служить буквы, цифры, а также отвер¬
стия в перфокарте или состояния переключателей в
техническом устройстве. В качестве знаков могут вы¬
ступать и различные нуклеотидные основания или ами¬
нокислоты. Информация может быть выражена с по¬
мощью знака, взятого из некоторого обширного набора
элементов, например с помощью иероглифа, как в ки¬
тайской письменности. Но информация может выра¬
жаться и серией знаков (знаковой последовательностью,
словом), как это имеет место при алфавитном письме
или в «языке нуклеиновых кислот и белков». Послед¬
ний способ имеет то преимущество, что требует мень¬
шего запаса знаков. Для технических целей нередко
нужно передать один знак из некоторого относительно
крупного набора знаков с помощью серии знаков из
некоторого менее многочисленного набора. Однако при
этом невыгодно, что серия знаков, необходимых для
174
кодирования данного сообщения, становится тем длин¬
нее, чем меньшим набором знаков мы располагаем.
Этот набор элементарных знаков называется алфави¬
том. При передаче сообщения отдельные знаки алфа¬
вита могут быть употреблены многократно. «Словом»
называется последовательность знаков алфавита; часто
ставится также условие, чтобы слово имело фиксиро¬
ванную длину. При конечном алфавите А и конечной
длине слова п может существовать лишь конечное
множество W слов. Если К — число элементарных
знаков, содержащихся в алфавите, то при длине сло¬
ва п знаков множество слов W включает в себя Кп
слов.
Алфавит генетического кода должен быть построен
так, чтобы потенциально включать в себя все белки,
которые могут быть синтезированы. Генетический код
должен давать возможность кодирования любой наслед¬
ственной информации. Число элементарных знаков в
этом коде равно 4. Четырем различным нуклеотидам
соответствуют двадцать различных аминокислот, то
есть необходимый «словарный запас» равен 20. Оче¬
видно, что такое соответствие мыслимо лишь в том
случае, когда элементарные знаки (нуклеотиды) объеди¬
нены в комбинации, в «слова» (группы нуклеотидов).
Таким образом, легко вычислить длину нуклеотидной
группы, необходимой для кодирования одной амино¬
кислоты. «Слова» должны состоять из трех знаков
(триплеты), потому что если слово будет длиной только
в два знака, то возможно лишь 42= 16 комбинаций
(различных слов). При длине же слова в 3 знака воз¬
можны уже 43 = 64 комбинации. Бросается в глаза, что
при этом мы получаем больше слов, чем необходимо
для кодирования, то есть больше двадцати слов.
Но благодаря этой избыточности повышается надеж¬
ность передачи информации.
Гамов и Ичас [79, с. 63—69] первыми обнаружили,
что в этом вопросе мы имеем дело не только с биохи¬
мической, но и с математической проблематикой. Они
рассмотрели различные возможные коды и получили
экспериментальное подтверждение триплетного кода,
удовлетворяющего математическим условиям. В настоя¬
щее время (прежде всего на основе анализа точечных
мутаций) известно, что кодирование одной аминокисло¬
175
ты осуществляется с помощью трех нуклеотидов. Извест¬
но в то же время, что речь не может идти о перекры¬
вающемся коде и что код, по всей вероятности, уни¬
версален. Липманну и Эренштейну удалось показать,
что в полученной из ретикулоцитов кролика бесклеточ¬
ной системе, синтезирующей гемоглобин, нормальные
глобулиновые цепи синтезируются и в том случае, когда
т-РНК, введенная в систему, взята из кишечной палоч¬
ки. Отсюда можно сделать вывод, что в т-РНК кишеч¬
ной палочки содержится тот же триплет, что и в т-РНК
кролика.
Зная, что на молекулярном уровне все организмы,
вероятно, «говорят на одном языке», мы можем сделать
очевидный вывод, что генетический «язык» всех живых
существ имеет общее происхождение. Знание того, что
высшие организмы, включая человека, используют тот
же код, что и кишечная палочка, представляет собой
одну из важнейших предпосылок для понимания мате¬
риального единства мира и для эволюционного мышле¬
ния о мире. Разъяснение этой общности и расшифровка
генетического кода — блестящие достижения современ¬
ной науки. В решении этих проблем молекулярная
биология и биохимия (так же, как в случае с иссле¬
дованием механизмов регуляции клеточного обмена)
получили важнейший импульс со стороны киберне¬
тики, по крайней мере в том, что касается понятий¬
ного аспекта.
Важный вклад в исследование многих вопросов,
связанных с проблемой генетического кода, внесли
исследования Очоа [149а], Корнберга [124], Чаргаф-
фа [52], Ниренберга и др. [149]. Очоа уже в 1959 го¬
ду совместно с Корнбергом был удостоен Нобелевской
премии за свои исследования по ферментативному син¬
тезу нуклеиновых кислот.
Расшифровка генетического кода — тайнописи на¬
следственности, как его назвал Шредингер [24], — яви¬
лась одним из наиболее потрясающих успехов совре¬
менной науки. Начало этой расшифровке было положе¬
но чрезвычайно талантливым экспериментом Маттеи и
Ниренберга. Они добавили в бесклеточную систему,
состоявшую из полного набора аминокислот и из фер¬
ментов, необходимых для синтеза белков, синтетическую
рибонуклеиновую кислоту, содержавшую в качестве
ГО
основания только урацил, то есть единственное «ко¬
довое слово» УУУ. В этом случае из всех аминокислот
в полипептидную цепь включалась только одна, а
именно фенилаланин. Отсюда можно было заключить,
что триплет, соответствовавший фенилаланину, состоит
из одного урацила, то есть имеет вид УУУ. Так было
найдено первое слово кода. Затем последовали быстрые
успехи. Группа исследователей во главе с Очоа, а так¬
же Корнберг с сотрудниками доказали, что синтетиче¬
ские полинуклеотиды с известным набором оснований
обладают способностью вызывать включение тех или
иных аминокислот в пептиды. Посредством этого мето¬
да варьирования состава оснований искусственных по¬
линуклеотидов в настоящее время установлены все
64 кодовых слова. Из нижеследующей таблицы (табл,
приведена по работе Груммта и Билки [84]) видно
соответствие между аминокислотами и триплетами
оснований.
Код можно рассматривать как набор предписаний,
посредством которого сообщения I(k=l, 2, ..., s), взя¬
тые из множества сообщений I, преобразуются в слова
W(j = 1, 2, ..., m) из множества слов W. Существует
взаимнооднозначное отношение, ставящее каждому К в
соответствие некоторое W, и наоборот:
Это подразумевает, как мы уже показали, что мно¬
жество W должно быть не меньше множества I, то
есть что s ш.
Может, однако, оказаться и так, что имеющийся на¬
бор сообщений задает только часть множества W. Сло¬
ва, входящие в эту часть, называются допустимыми
словами кода. Каждое допустимое слово может быть
интерпретировано, имеет некоторое значение. Остальные
слова лишены значения, это так называемые псевдо¬
слова. Так, и в нашем случае с генетическим кодом мы
видим, что имеются различные «бессмысленные» три¬
плеты, которые не кодируют никаких аминокислот.
Таковы, например, триплеты УАА и УАГ. Во всяком
случае, из 64 возможных слов кода не менее 20 долж¬
ны представлять собой значимые комбинации. Экспе¬
рименты показали, что одна аминокислота может ко-
177
Генетический код
УУУ
УУЦ
фе
УЦУ
УЦЦ
сер
УУА
УЦА
УУГ
лей
УЦГ
сер
УГУ
УАУ
УГЦ
цис
УАЦ
тир
УГА
УГГ
бессм.
УАА
УАГ
бессм.
или трипт
ЦУУ
лей или
ЦУУ
про
цуц
бессм.
ццц
ЦУА
ЦЦА
ЦУГ
лей
ЦЦГ
про
ЦГУ
ЦАУ
цгц
арг
ЦАЦ
ГИС
ЦГА
ЦАА
цгг
арг
ЦАГ
гл ют
АУУ
илей
АЦУ
АЦЦ
трео
АУЦ
АУА
АЦА
АУГ
мет
АЦГ
трео
АГУ
ААУ
АГЦ
сер
ААЦ
асп
АГА
арг или
ААА
лиэ
АГГ
бессм.
ААГ
178
ГУУ
ГУЦ
вал
ГЦУ
гцц
ала
ГУА
ГЦА
ГУГ
вал
гцг
ала
ГГУ
ГАУ
ГГЦ
гли
ГАЦ
асп. к.
ГГА
ГАА
ггг
гли
ГАГ
глют. к.
Пояснение к таблице: прописными буквами обозначены азоти¬
стые основания, входящие в состав рибонуклеиновой кислоты
(А — аденин, Г — гуанин, У — урацил, Ц — цитозин). Аминокислоты
также обозначены сокращенно: ала — аланин, арг — аргинин,
асп — аспарагин, асп. к. — аспарагиновая кислота, вал — валин,
гис — гистидин, гли — гликокол, глют — глютамин, глют. к. — глю¬
таминовая кислота, илей — изолейцин, лей — лейцин, мет — метионин,
про — пролин, сер — серин, тир —■ тирозин, трео — треонин,
трипт — триптофан, фен — фенилаланин, цис — цистеин, бессм. — бес¬
смысленные.
дироваться более чем одним триплетом. Однако пока¬
зано также, что различные кодовые слова (кодоны),
кодирующие одну и ту же аминокислоту, делают это
не с одинаковой эффективностью. Закономерности, ле¬
жащие в основе этого множественного кодирования,
пока еще не вполне ясны. Следует отметить, что инфор¬
мация, регулирующая синтез белка, каким-то образом
должна быть записана так, чтобы и с учетом этих
закономерностей было гарантировано получение не ме¬
нее 20 смысловых комбинаций. В настоящее время
представляется вероятным, что так называемые бес¬
смысленные триплеты в действительности означают
окончание синтеза некоторой пептидной цепи, то есть
представляют собой нечто подобное «генетическим за¬
пятым» [84].
Остается еще ряд нерешенных вопросов. Однако
очевидно, что молекулярная биология уже достигла
значительных успехов в познании кардинальных жиз¬
ненных процессов. Чрезвычайно плодотворным оказа¬
лось то, что выясненные ею закономерности пригодны и
для математического исследования, доставляя исходные
данные для машинной обработки полученной инфор¬
мации,
179
7.2. Необходимость исследования кибернетических
механизмов, управляющих
жизнедеятельностью клетки
Важнейший вывод, к которому приводит анализ
сложных биологических процессов передачи информа¬
ции, заключается в том, что специфической последова¬
тельности оснований некоторого отрезка ДНК соответст¬
вует специфическая последовательность аминокислот
некоторого белка. Специфичность последовательности
оснований отрезка ДНК — основной источник специфич¬
ности белка и тем самым фактор, определяющий на¬
правление, которое принимают реакции обмена веществ
в живой клетке. Далее, именно ДНК — главный фак¬
тор, определяющий специфичность дальнейшего синтеза
новых молекул ДНК:
ДНК->РНК-> белок-> метаболическая реакция.
ДНК
Точность этой основополагающей схемы в настоящее
время не вызывает сомнений. Однако она является
плодом лишь одного конкретного направления исследо¬
ваний, выражает лишь один определенный аспект обще¬
го комплекса динамических процессов отдельной клетки.
Прежде всего рассмотрение этого аспекта не может
само по себе решить проблемы пространственной и вре¬
менной координации различных процессов. Как пра¬
вильно отмечает Беме, «любая механистическая интер¬
претация, рассматривающая отношение между генетиче¬
ским материалом и метаболизмом лишь как односто¬
ронне и линейно направленное от ДНК к метаболизму,
запутывается в неразрешимых противоречиях... При
такой интерпретации либо надлежит признать, что ре¬
гуляторная функция генетического материала фиксиро¬
вана в ДНК во всех подробностях, так что весь план
строения организма как бы предётерминирован в ДНК,
либо во избежание хаоса в процессах обмена надо
ввести в организм какой-то метафизический принцип,
энтелехию. Оба эти пути в конечном счете ведут к те¬
леологии» [38, с. 446—447].
В этой связи ясно, что трехступенчатая схема
ДНКРНКбелок, представляющая отношения гене¬
180
тического материала к обмену веществ в виде односто¬
роннего управления, в плане динамики клетки есть лишь
один из аспектов, абсолютизация которого ведет к ста¬
тическому пониманию клетки. «Одностороннее управле¬
ние» в данном случае понимается в смысле, придавае¬
мом этому понятию в технике. Изолированное рассмо¬
трение этого аспекта не может решить проблемы про¬
странственной и временнбй координации различных
клеточных процессов. Между тем эта проблема имеет
важнейшее значение для понимания процессов метабо¬
лической адаптации, дифференциации и развития. Здесь,
как и в технике, мы должны осуществить переход от
подобных линейных представлений к мышлению в по¬
нятиях циклической и замкнутой обратной связи. В по¬
следнее время сами специалисты в области молекуляр¬
ной биологии и генетики указывают на ряд именно
таких факторов, которые характерны для сложных
адаптационных механизмов клетки. Выясняется, что,
как указывает Бессель [210], гены следует рассматри¬
вать как узловые пункты процессов регуляции. Беме
[38] отметил, что эта интерпретация находит подтверж¬
дение в работах по регуляции действия гена, прежде
всего в работах Жакоба, Моно и Волльманна, авторов,
награжденных за свое исследование Нобелевской пре¬
мией. Их концепция вновь, но уже на более высоком
уровне знаний, выдвигает на первый план функцио¬
нальное понимание связей между геном и белком.
В генетику вводятся, таким образом, представления,
знаменующие собой переход от статической картины к
анализу динамики процессов. В своих основных момен¬
тах концепция Жакоба и Моно [98] представляет собой
усовершенствование теории взаимооднозначного соот¬
ветствия между системой генов и системой ферментов,
она не преодолевает полностью преформизма, поскольку
в ней, в сущности, речь идет только об индукции
и ингибировании врожденных генетических потенций,
то есть лишь о внешнем выражении уже существующих
генов.
В дальнейшем мы применяем более детализирован¬
ные варианты представленной здесь трехэтапной схемы.
Введение концепции регуляции представляет собой
весьма важный прогресс, о последствиях которого
Дельбрюкк пишет: «Далее эта общая схема будет как
бы все более обрастать регуляторными механизмами,
181
идущими от фермента к геному и связанными с синте¬
зом белков и первичным накоплением информации, и
приведет к расширению границ как генетики, так и
биохимии. В сущности, схема генетической регуляции
онтогенеза связывает оба эти важнейшие (за послед¬
ние полвека) направления биологии столь же тесно,
как максвелловская теория объединила оптику с
электромагнетизмом. Не удивительно, что эта схема
встречена биологами наших дней с таким удовлетворе¬
нием» ,[58, с. 12] *.
Раскрытие кибернетических механизмов, управляю¬
щих жизнедеятельностью клетки, имеет громадное зна¬
чение для понимания адаптационного метаболизма и
процессов дифференциации и развития. Иногда выдви¬
гается точка зрения, что в наших представлениях об
онтогенезе будет господствовать хаос, если мы не будем
рассматривать отношение генетического материала к
обмену веществ как одностороннее (прямое) управле¬
ние. В действительности же это отношение должно вклю¬
чать в себя глубоко детализированную регуляторную
функцию генетического материала, то есть связь между
ДНК и фенотипом должна быть понята именно как ки¬
бернетическая связь.
1 Связанные с этим философские проблемы биологии подробно
рассмотрены в работах Р, С. Карпинской [10а, 106].
8. Телеономические механизмы
обмена веществ в клетке
8.1. Преодоление разрыва
между молекулярной биологией
и биологией целостного организма
Непрекращающийся в любой живой системе обмен
веществ с окружающей средой характеризуется как
чрезвычайным постоянством, так и весьма значительной
изменчивостью. Оба эти момента в своем единстве
образуют основу способности живой материи приспо¬
собляться к изменениям окружающей среды. Проблема
регуляции не является новой для физиологии. Но за¬
частую, когда врачи или биологи говорят о регуляции,
они имеют в виду в основном не столько «элементар¬
ные» регуляторные механизмы обмена веществ, сколько
нервную и гормональную регуляцию.
В ходе эволюции жизни возникли сложные, чрезвы¬
чайно тонкие регуляторные механизмы, нашедшие свое
высшее развитие в гормональной и нервной регуляции.
Однако в последнее время становится все более ясно,
что сложные регуляторные механизмы встречаются и у
тех форм жизни, которые еще не выработали ни гормо¬
нов, ни нервных клеток. Процессы регуляции были об¬
наружены у одноклеточных и в клетках высших орга¬
низмов. К числу этих процессов относится ряд особых
явлений действия генов и специфичности ферментов.
Эти «примитивные», а с точки зрения филогении пер¬
вичные регуляторные механизмы образуют в клетке
высших организмов исходную систему, над которой
надстраивается нервная и гормональная регуляция.
Сущность первичных регуляторных механизмов заклю¬
чается в сложном взаимодействии химических процес¬
сов, катализируемых ферментами и обеспечивающих
подвижное равновесие между компонентами клетки
[164, с. 524 и сл.].
183
Кибернетика, черпая свои данные из физиологии,
до недавнего времени также ограничивалась рассмот¬
рением высокодифференцированных организмов. Одна¬
ко из этого еще отнюдь не следует, что специфические
процессы координации и регуляции, которые мы нахо¬
дим у низших организмов или на ранних (малодиффе¬
ренцированных) стадиях эмбрионального развития, мо¬
гут быть объяснены концепцией, отработанной на
высших организмах [64]. Вполне вероятно, что на низ¬
ших стадиях онтогенеза и филогенеза встретятся какие-
либо особенности, которые следует учесть [185].
Исследования регуляторных процессов в клеточном
обмене веществ получили сильный импульс со сторо¬
ны кибернетики, поставившей проблему регулирования
в центр внимания. Влияние концепций, развитых в тех¬
нике автоматов и управления, подтверждается также
широким использованием в биологии понятия обратной
связи. Это влияние особенно заметно в ранних работах
Амбарджера [201], где установлен особый тип клеточ¬
ных регуляторных механизмов, названный автором «по¬
давлением через обратную связь» (feedback inhibition).
При исследовании процессов регуляции в клеточном
обмене веществ на первый план выдвигается следующий
вопрос: можем ли мы, изучив изолированно ряд от¬
дельных реакций, сделать дальнейший шаг и выяснить
принципы, по которым сложные химические процессы
объединяются в пространственные и временные ком¬
плексы, обслуживающие клетку.
На уровне отдельной клетки мы также не должны
мыслить виталистически. Мы должны исходить из
современных знаний о химических реакциях и продви¬
гаться к познанию закономерностей, управляющих це¬
пями энзиматических реакций. Исследование регулятор¬
ных механизмов клеточного обмена предполагает точ¬
ное знание единичных реакций. Следующий этап —
объяснение качественного скачка от изолированных
реакций и неодушевленных молекул к живой системе.
Это решающий шаг в деле преодоления последних
остатков виталистического мышления в биологии, свя¬
занных преимущественно с проблемами целесообраз¬
ности и целостности.
В этой связи встают проблемы саморегуляции,, ка¬
чественного изменения, отношений конкуренции и со¬
трудничества, биологических циклов, а также уже упо¬
184
минавшиеся вопросы обратной связи. Чтобы получить
представление об этих проблемах, мы должны вместо
чисто аналитических методов прибегнуть к аналитико¬
синтетическим. Система аналитических методов должна
быть дополнена системой синтетических методов. В част¬
ности, проанализированные ранее частичные процессы
должны быть объединены в комплексы таким образом,
чтобы выявилась существенная общность этих комплек¬
сов с особенностями подвергаемого исследованию биоло¬
гического объекта.
Моделирование сложных химических реакций с по¬
мощью счетно-решающих устройств — еще более высо¬
кий уровень абстракции, чем «реконструкция живого»
путем моделирования. Математические модели пред¬
ставляют собой важное средство преодоления разрыва
между молекулярной биологией и биологическими дис¬
циплинами, изучающими организм как целое. Матема¬
тическое моделирование дает дополнительные возмож¬
ности для аналитико-синтетического подхода к иссле¬
дованию клеточного метаболизма.
Наука об управлении в живых системах, то есть
биокибернетика, применяющая кибернетические прин¬
ципы и подходы к биологии, в действительности до
настоящего времени ограничивалась изучением высоко¬
дифференцированного организма. Однако с помощью
общей логико-математической схемы, можно рассма¬
тривать также и функциональную активность индиви¬
дуальной клетки. Такой переход на молекулярный уро¬
вень не может быть осуществлен без специального
критического анализа. Существенный вклад в этот ана¬
лиз могут внести ■ модели автоматических устройств, в
особенности в том случае, когда они способствуют
преодолению разрыва между молекулярной биологией
и биологией целостного организма. Биологам становится
все более ясно, что «разрывы» между отдельными био¬
логическими дисциплинами свидетельствуют о том, что
в биологическом мышлении до недавнего времени от¬
сутствовали некоторые весьма важные моменты, сущест¬
венные аспекты.
Стремительное и успешное развитие метода модели¬
рования представляет собой выражение общей тенден¬
ции к синтезу наук. Объектом моделирования в конеч¬
ном счете является клетка в целом как высокосложная,
саморегулируемая система, находящаяся в подвижном
195
равновесии. При этом вклад в исследование могут
внести конструкции и математические модели, взятые
из области автоматики. В свою очередь отдельные
клетки (бактерии, эритроциты) могут рассматриваться
как модели для исследования элементарных регулятор¬
ных механизмов в высших организмах [160].
Перейдем к рассмотрению различных типов регуля¬
ции обмена веществ в клетке. С учетом принципов об¬
щей теории систем Берталанфи, а также кибернетиче¬
ских соображений и современных данных о процессах
регуляции в клетке можно выделить следующие че¬
тыре типа регуляции обмена веществ в клетке:
1. Регуляция на основе химического закона дейст¬
вующих масс.
2. Регуляция на основе принципов кинетики и тер¬
модинамики открытой системы.
3. Регуляция путем конкуренции на базе общей си¬
стемы коферментов (например, АДФ-АТФ или
НАД-НАДГ), причем в некоторых конкурентных от¬
ношениях (по принципу спроса и предложения) может
реализоваться также обратная связь.
4. Регуляция на основе циклов управления:
а) торможение или ингибирование активности фер¬
ментов (например, ингибирование на основе обратной
связи);
б) торможение или ингибирование синтеза фермен¬
тов (индукция и блокировка).
Теперь мы должны обратить внимание на необходи¬
мость различать элементарные системы с возвратным
действием и системы с обратной связью. В этой связи
следует подробнее рассмотреть третий и четвертый из
выделенных нами типов регуляции. Эти два типа регу¬
ляции непосредственно связаны со структурой фермен¬
тов и соответственно также нуклеиновых кислот. Затем
мы перейдем к более подробному рассмотрению первого
и второго типов регуляции.
8.2. Саморегуляция —
элементарная система
с возвратным действием
Поведение каждой группы ферментов, участвующих
в той или иной цепи ферментативных реакций, опреде¬
ляется начальным звеном этой цепи, которое представ¬
186
ляет собой инициирующую реакцию. В то же время это
поведение характеризуется саморегуляторными свойст¬
вами данной цепи ферментов [161]. При этом необхо¬
димо различать системы с обратной связью (в том
смысле, в каком этот термин применяется в технике
автоматов) и системы просто с некоторой способностью
к саморегуляции, которые в технике автоматов называ¬
ются «элементарными системами с возвратным дейст¬
вием». Эти два типа систем следует различать как с
точки зрения биологии [36, 48], так и с точки зрения
техники управления [156]. С обеих точек зрения важно
отказаться от широко распространенного мнения, будто
всякая форма регуляции основана на обратной связи.
В этом вопросе существует еще большая неясность.
В некоторых марксистских философских работах сопо¬
ставлялись понятия обратной связи и философская ка¬
тегория взаимодействия, но это не проясняет ситуации.
Философская категория взаимодействия, безусловно,
является гораздо более всеобъемлющей, чем категория
обратной связи в технике автоматов.
Согласно Берталанфи [36], необходимо различать
регуляцию подвижного равновесия, основанную на ди¬
намических принципах кинетики и термодинамики от¬
крытых систем, и управление, основанное на гомеостазе
и принципе обратной связи. Если будет установлено,
что понятие подвижного равновесия однозначно соответ¬
ствует понятию обратной связи, то это последнее тем
самым будет в конечном счете возведено в ранг натур¬
философской категории.
В «элементарной системе с возвратным действием»
могут проявляться признаки, весьма сходные с управ¬
лением. В технике также надлежит различать два типа
поддержания равновесия. Системы, связанные с неогра¬
ниченным источником (энергии или сырья), могут
проявлять саморегуляторные свойства, даже если обрат¬
ная связь исключена [156]. На этом основании чисто
феноменологическое определение обратной связи, по¬
добное тому, которое дал Кребс, нельзя считать доста¬
точным для различения двух типов регуляции. Опреде¬
ление Кребса гласит: «Регулируемый процесс в своем
развитии производит условия, неблагоприятные для
его дальнейшего распространения и поэтому замедляю¬
щие реакцию. Но это замедление со своей стороны
187
производит противодействующие ему же условия, так
что процесс вновь ускоряется» [122].
В качестве примера Кребс ссылается, в частности,
на процессы конкуренции из-за АДФ как акцептора
фосфата. АДФ и фосфат принимают участие в аэроб¬
ных и анаэробных энергетических процессах, то есть в
дыхании и гликолизе. Образование АДФ и фосфата
ускоряет реакцию, что ведет далее к убыванию их ко¬
личества. В подобных конкурентных отношениях, со¬
гласно Кребсу, осуществляется основной принцип обрат¬
ной связи. Однако под его определение подпадают и
еще более примитивные формы регуляции. Элементар¬
ный механизм биологической регуляции заключается в
обратимости единичных элементарных шагов обмена ве¬
ществ. Выраженность результатов каждого метаболи¬
ческого акта ограничивается интенсивность обратной
реакции и сводится к нулю при достижении термодина¬
мического равновесия. Это имеет немаловажное значе¬
ние с точки зрения регуляции, поскольку большинство
элементарных метаболических реакций являются обра¬
тимыми и подчиняются закону действующих масс.
Следует избегать смешения регуляции такого типа с
регулированием, поскольку и устройство механизмов
основано не на единичном цикле регуляции, но на эле¬
ментарной системе с возвратным действием. А боль¬
шинство направлений обмена веществ включают в себя
один или несколько необратимых этапов, которые не
могут регулироваться законом действующих масс. Это
указывает, в частности, и на то, что в клеточном мета¬
болизме играют роль и какие-то иные регуляторные
механизмы.
Разграничение регуляции и саморегуляции, обратной
связи и элементарной системы с возвратным действием
может проводиться и для высокодифференцированных
организмов. Так, определенные расстройства, связанные
с содержанием сахара в крови, устраняются «саморе-
гуляторной» деятельностью печени. Но о цикле управ¬
ления мы будем говорить только тогда, когда действи¬
тельно можно провести различие между регулятором и
регулируемым участком. Речь идет, таким образом, об
информационном цикле, в котором элементы системы
соединены независимо от того, обладают ли ‘они свойст¬
вами возвратного действия друг на друга.
188
8.3. Управление реакциями
со стороны системы АТФ-АДФ
Исследование регуляции обмена веществ в клетке
представляет собой актуальный вопрос для современ¬
ной биохимии. Исторически проблематику регуляции
клеточного обмена можно проследить вплоть до работ
Пастера. Недаром один из важнейших для метаболизма
в клетке регулят<2рных эффектов носит название «эф¬
фект Пастера» [164]. Пастер открыл кардинальное от¬
ношение между дыханием и брожением, установив, что
процесс брожения тормозится дыханием. Ткани живот¬
ного организма в присутствии кислорода способны
только к дыханию (усвоению кислорода), но не к
образованию молочной кислоты. Если же кисло¬
род отсутствует, происходит образование солей или
эфиров молочной кислоты и повышается расход глю¬
козы.
Предположение Пастера, что у дрожжевых кле¬
ток присутствие кислорода подавляет гликолиз, было
оспорено Варбургом. Дальнейшие исследования пока¬
зали, что причиной конкурентных отношений между
дыханием и гликолизом служит конкуренция из-за
АДФ (как акцептора фосфатов) или из-за неорганиче¬
ского фосфата. Иными словами, отношение между ды¬
ханием и гликолизом можно объяснить конкуренцией
между различными ферментами из-за общей для них
коферментной системы. Система аденозинфосфорной
кислоты (система АТФ-АДФ) представляет собой ката¬
лизатор, колеблющийся между двумя состояниями:
АТФ (аденозинтрифосфат) и АДФ (аденозиндифосфат)
(см. рис. 4). Было установлено, что дыхание тесно свя¬
зано с присутствием компонентов АТФ, то есть неорга¬
нического фосфата и АДФ.
При расщеплении углеводов в процессе гидролиза
(соответственно брожения) и дыхания выделяется
энергия, служащая для синтеза АТФ, АДФ и неорга¬
нических фосфатов. Таким образом, имеет место кон¬
куренция между обоими процессами из-за этих ве¬
ществ. Для дыхания необходимы АДФ и неорганиче¬
ский фосфат, но и брожение требует неорганического
фосфата, а в ряде случаев также и АДФ как акцеп¬
тора фосфата,
189
Субстрат и окислительное фосфорилирование
Рис. 4. Регулирование реакций с помощью системы АТФ-АДФ’
При недостатке кислорода не происходит окисли¬
тельного фосфорилирования, так что при расщеплении
АТФ остается достаточно фосфатов и АДФ. При этом,
что очень важно, скорость реакций определяется интен¬
сивностью процессов, ведущих к затрате АТФ, напри¬
мер мускульной работы, биосинтетических процессов
и т. д., вообще процессов, при которых АТФ расщепля¬
ется на АДФ и фосфат, снова годные к использованию.
Если же АДФ или фосфат оказываются в избытке, то
тканевое дыхание путем стимуляции может быть уси¬
лено во много (до 100) раз, как это имеет место
в норме при мускульной работе или в эксперименте
(путем добавки ограничивающего фактора). В извест¬
ном интервале интенсивность дыхания прямо пропор¬
циональна концентрации ограничивающего фактора.
Как только вся АДФ (соответственно и неорганический
фосфат) превращена в АТФ, система возвращается к
заторможенному состоянию. Поэтому очевидно, что
имеет место регуляция дыхания со стороны потреб¬
ностей в энергии. При этой регуляции потребление
АТФ в известной мере выступает как регулятор дыха¬
ния, а концентрация ограничивающего фактора — как
190
носитель информации. Таким образом, здесь мы йМеёМ
сигналы, делающие возможным приспособление клеточ¬
ного дыхания к тем или иным функциональным требо¬
ваниям и условиям среды. Механизм же усиления ды¬
хания заключается в том, что при затрате энергии
(например, на мускульную работу) высвобождаются
стимулирующие дыхание АДФ и неорганические фос¬
фаты. Эти вещества могут, следовательно, рассматри¬
ваться как элементы системы, поднимающие интенсив¬
ность клеточного дыхания до уровня, соответствующего
функциональным требованиям.
АДФ и фосфат представляют собой, как уже ука¬
зывалось, компоненты реакций аэробного и анаэробного
высвобождения энергии, то есть дыхания и гликолиза.
Образование АДФ и фосфата ускоряет реакцию, что
в свою очередь ведет к усиленному расходу этих ком¬
понентов. Таким образом, процесс самим своим протека¬
нием создает условия, ускоряющие его. Согласно
Кребсу, во всех этих конкурентных соотношениях и
осуществляется фундаментальный принцип обратной
связи.
Важные данные о связи между регуляцией дыхания
и процессами фосфорилирования были получены при
исследованиях воздействия динитрофенола и других
веществ, вызывающих нарушение сопряженности дыха¬
ния и фосфорилирования (то есть их применение ведет
к тому, что дыхание происходит без фосфорилирова¬
ния). В присутствии кислорода образуется повышенное
количество АТФ, а концентрация АДФ и фосфора па¬
дает. Гликолиз в отличие от окислительных процессов
при дыхании требует более высокой концентрации
АДФ и фосфора. При дыхании гликолитические процес¬
сы угнетаются вследствие сильного снижения концен¬
траций АДФ и фосфора. Добавление динитрофенола
ограничивает фосфорилирование, и поэтому содержа¬
ние АДФ и фосфора повышается. Образуется столь
значительный избыток этих компонентов, что могут
иметь место одновременно и дыхание, и гликолиз.
Таким образом, избыток АДФ и неорганического
фосфата ведет не только к максимальной интенсивно¬
сти дыхания, но и к гликолизу в аэробных условиях.
А это означает, что устраняется эффект Пастера, инги¬
бирование гликолиза дыханием.
191
8.4. Ингибирование при обратной связи
Конечные продукты процессов обмена веществ (ме¬
таболических путей) должны подвергаться регуляции.
Эта регуляция может осуществляться путем обратного
воздействия (со стороны конечного продукта) уже на
первом специфическом этапе данной цепи метаболиче¬
ских процессов. В этом случае скорость обмена веществ
в целом зависит от накопления конечного продукта.
Данный принцип регуляции заключается, таким обра¬
зом, в ингибировании некоторого метаболического пути
его же собственным конечным продуктом. Этот вариант
обратной связи был открыт Амбарджером [201] при
опытах с биосинтезом одной из аминокислот — изолей¬
цина (см. рис. 5). Было установлено, что большинство,
если не все, путей обмена веществ, ведущих к синтезу
важных продуктов метаболизма (метаболитов), осно¬
ваны на этом типе обратной связи. На основании этих
исследований можно сделать вывод, что конечный про¬
дукт любого данного метаболического пути есть, как
правило, сильный и специфичный отрицательный ката¬
лизатор своего собственного синтеза.
В большинстве случаев этот эффект является след¬
ствием действия единственного фермента, обычно пер¬
вого в данной цепи метаболических процессов.
Несмотря на огромное (в физиологическом отноше¬
нии) разнообразие регуляторных систем, Моно и Жа¬
кобу [143] удалось установить общие закономерности,
касающиеся функциональной структуры всех этих
механизмов управления. Очевидно, что белки, лежащие
в основе элементарных метаболических взаимодействий,
должны обладать некоторой специфической регулятор¬
ной и координационной функцией- Предполагается, что
молекулы этих белков обладают по меньшей мере дву¬
мя отличными друг от друга рецепторными участками.
Один из этих участков, активный, связывает субстрат
и определяет биологическую активность данного белка.
Другой участок, аллостерический, специфичен по отно¬
шению к структуре некоторого другого метаболита
(аллостерического эффектора), который специфически
и обратимо связывается этим участком. Предполагается,
что образование комплекса фермента с аллостериче¬
ским эффектором ведет к изменению молекулярной
структуры белка, так что и свойства активного участка
192
ват
Рис. 5. Путь биосинтеза изолейцина с механизмом обратной связи, впервые указанный Амбарджером [201J.
7 Зак. 387
193
оказываются измененными. Жакоб и Моно считают,
что вообще в основе каждого ингибирования конечного
продукта лежит специфическая белковая структура
(«конформация»); определенные группы молекул при
каждом ингибировании располагаются различным обра¬
зом, что и объясняет в каждом случае наличие или
отсутствие определенных биохимических реакций.
Ингибирование через обратную связь представляет
собой регуляторный процесс на уровне ферментативной
активности. Некоторый конечный продукт обмена ве¬
ществ воздействует на фермент как на белок, специа¬
лизированный для данной регуляторной цели. Конечные
продукты обмена веществ, выступающие при этом во
взаимодействии со специализированной белковой струк¬
турой, можно рассматривать как специфические мета¬
болические сигналы. Эти сигналы информируют клетку
о содержании различных метаболитов в цитоплазме и
делают возможной регуляцию обмена веществ в соот¬
ветствии с функциональными требованиями и условия¬
ми среды. Здесь представлены, таким образом (говоря
языком техники управления), обратная связь, передача
и переработка информации. Следовательно, отдельная
клетка также может рассматриваться в качестве кибер¬
нетической системы.
8.5. Индукция и ингибирование
синтеза белков
Изменения в ферментативном синтезе под действием
индукции и ингибирования позволяют микроорганизмам
приспосабливаться (посредством выработки новых фер¬
ментов) к питанию, чуждому их нормальному режиму,
или же не образовывать определенных ферментов в тех
случаях, когда вещества, для синтеза которых нужны
эти ферменты, уже имеются в питательной среде. Весь
этот механизм, чрезвычайно важный для «экономики»
клетки, регулируется генетически и основан на взаимо¬
отношениях, с одной стороны, между различными участ¬
никами молекулы нуклеиновой кислоты, а с другой
стороны, между молекулами нуклеиновой кислоты и
цитоплазмой.
Если рассматривать отношение между последова¬
тельностью оснований ДНК и последовательностью ами¬
нокислот в белке только как прямое (одностороннее),
194
то есть считать, что наследственность регулирует обмен
веществ по принципу прямого управления (пользуясь
термином техники управления), трудно найти достаточ¬
ное объяснение для пространственно-временной коорди¬
нации и относительной адаптивности обмена веществ.
Мы уже говорили, что только переход от мышления в
терминах линейных (открытых) причинно-следственных
цепей к мышлению в терминах циклических связей
(закрытых причинно-следственных цепей или, точнее,
телеономических связей — см. разд. 4.1) ведет к по¬
ниманию координации между механизмами, опреде¬
ляющими адаптацию и целесообразность процессов в
организме. Принятие односторонней связи от гена к
обмену веществ поднимает ряд важных проблем, свя¬
занных с накоплением информации, ее кодированием
и т. д. Исследование этих проблем выдвигает на пер¬
вый план структурный аспект отношения между геном
и белком. С точки зрения общей динамики обмена ве¬
ществ рассмотрение с позиций такой односторонней
связи выступает как необходимая и плодотворная аб¬
стракция, но все же именно как абстракция, затрагиваю¬
щая лишь один аспект проблемы.
Ген следует рассматривать как узловой пункт всей
системы регуляции обмена. Все больше данных под¬
тверждают, что гены не только обусловливают опреде¬
ленные метаболические способности клетки (посредст¬
вом так называемых структурных [98] или информа¬
ционных [164] генов), но и влияют на многие процессы
регуляции обмена (через так называемые гены-регуля¬
торы). Речь здесь идет о регуляции генетических потен¬
ций, в рамках спектра которых действие гена может
выражаться весьма.различным образом.
Клетка способна регулировать специфический синтез
белка (следовательно, и многих важных метаболитов)
в соответствии со своими функциональными потребно¬
стями и условиями среды. Для этого необходимо нали¬
чие точно действующих регуляторных механизмов,
качественно и количественно детерминирующих феноти¬
пическую реализацию (транскрипцию и трансляцию)
генетической информации. Необходимо изучить отноше¬
ния взаимозависимости между генетическим материалом
и цитоплазмой и выяснить, каким образом функцио¬
нальные потенции генов находят свое фенотипическое
выражение, или проявление.
7*
195
Анализ генетических аспектов регуляторных меха¬
низмов биосинтеза белков привел Жакоба и Моно
к выявлению новых типов генетических единиц. Эти
данные требуют построения новой модели действия
гена. Они несовместимы с господствовавшими до на¬
стоящего времени представлениями («линейное рассмот¬
рение») о переносе структурой специфичности генов на
белки.
На основании экспериментов над микроорганизмами
принимается, что ДНК как накопитель информации
состоит из функционально различных участков, влияю¬
щих друг на друга.
Деятельность определенного участка ДНК (струк¬
турного гена), детерминирующего специфическую струк¬
туру молекулы белка (последовательность аминокислот
в полипептидной цепи), контролируется другим участ¬
ком (геном-регулятором), который и в пространствен¬
ном отношении четко отделен от контролируемого
участка. В отличие от структурного гена ген-регулятор
определяет не специфическую структуру ферментов и
структурных белков, но синтез некоторого вещества в
цитоплазме, репрессора, который блокирует активность
контролируемого структурного гена. Поскольку фер¬
менты, участвующие в некотором метаболическом пути,
находятся друг к другу в постоянном отношении, пред¬
полагается, что уже на первом этапе передачи инфор¬
мации (на этапе транскрипции) молекула ДНК осу¬
ществляет какую-то регуляцию обмена веществ.
Ген-регулятор может оказывать влияние на синтез
различных белков, причем репрессор, вырабатываемый
под воздействием данного гена, сам воздействует на
так называемый ген-оператор. Это делает более ясной
функцию гена-оператора как исходного пункта для
считывания информации, содержащейся в структурном
гене.
Перенос последовательности оснований ДНК на
РНК и синтез белка начинаются только тогда, когда
блокировка оператора снимается путем изменений в
генетическом материале (мутации могут изменить чув¬
ствительность оператора к репрессору) или путем об¬
щего изменения в ходе обмена веществ (индукция).
Можно выделить ряд ситуаций, оказывающих воз¬
действие на деятельность гена-оператора: например,
оператор может быть столь изменен, что он уже не
196
блокируется репрессором; или синтезируемый репрес¬
сор сам по себе может оказаться неактивным; или бло¬
кированным может оказаться синтез репрессора. Под
ингибированием мы понимаем блокирование синтеза
фермента, при котором ранее синтезировавшийся фер¬
мент более не образуется.
Например, бактерии в результате цепи ферментативных процес¬
сов синтезируют аргинин. Если добавить аргинин к питательной
среде бактериальной культуры, то синтез различных ферментов,
участвующих в синтезе аргинина, а значит, и производство самого
аргинина, замедляется. В этом случае бактерии используют для
своего метаболизма аргинин питательной среды. Здесь наблюдается
ингибирование ферментативного синтеза.
Для клетки нецелесообразно, неэкономично синтези¬
ровать вещество, в избытке представленное в окружаю¬
щей среде. Это не означает, что имеется какое-то созна¬
тельное целеполагание, целесообразное поведение; регу¬
ляторные механизмы выработались в процессе приспо¬
собления, поскольку они давали преимущество в борьбе
за существование.
В случае репрессии считается, что имеется прежде
всего один неактивный репрессор (апорепрессор). Он
переходит в активное состояние только под действием
некоторого конечного продукта одного из путей метабо¬
лизма. В комплексе с этим продуктом апорепрессор
становится собственно репрессором. Пока уровень дан¬
ного конечного продукта в цитоплазме невысок, проис¬
ходит синтез ферментов. Однако синтез прекращается
в тот момент, когда концентрация конечного продукта
достигает определенного уровня, то есть когда клетка
уже располагает достаточным количеством ферментов.
Как видно из примера с синтезом аргинина, конечные
продукты метаболических путей способны подавлять
действие некоторых ферментов, включающихся в цикл
один за другим, например ацетилорнитазы и орнитин-
транскарбамилазы.
Если же соответствующее вещество представлено в
среде в достаточном количестве и апорепрессор, таким
образом, блокирован, то ген не получает своего феноти¬
пического выражения, количество матрицируемой на
нем РНК (и соответственно ферментов) снижается, и
вообще весь данный метаболический путь перекрыва¬
ется. Благодаря этому падает концентрация конечного
продукта данного метаболического пути, апорепрессор
197
частично деблокируется и оказывает уже меньшее тор¬
мозящее воздействие. Если отсутствует фактор, вызы¬
вающий ингибирование, мы говорим об индукции, в
этом случае синтезируются ферменты, характерные для
ранее перекрытого пути обмена веществ.
В примере с бактериями синтез большинства их
ферментов, воздействующих на внешний субстрат, явля¬
ется индуцируемым, то есть само присутствие опреде¬
ленных субстратов делает бактерии способными к
использованию соответствующих ферментов.
Регуляция синтеза белков предполагает, таким об¬
разом, наличие системы внутриклеточной сигнализации,
состоящей из двух частей: во-первых, имеются сигналы,
исходящие из гена, и, во-вторых, сигналы, «осведомляю¬
щие» клетку о концентрации различных метаболитов
в цитоплазме. Благодаря этой системе клетка получает
возможность приспосабливать процессы происходящего
в ней синтеза к требованиям момента.
Таким образом, ген можно рассматривать как регу¬
лятор, а обмен веществ в клетке — как канал управле¬
ния. Относительно связи генетического материала с
обменом веществ мы располагаем целым рядом дан¬
ных. Напротив, о функции обмена веществ как регуля¬
тора действия генов мы знаем мало. Однако важно
констатировать здесь наличие тесных двусторонних
связей между генами и метаболизмом.
Необходимо отметить, что развитые Жакобом и
Моно представления об индукции и ингибировании во
многих пунктах остаются гипотетичными. В частности,
ни в одном случае не удалось пока достаточно точно
охарактеризовать репрессор с химической точки зре¬
ния. Противоречивыми являются и данные о его хи¬
мическом составе, полученные косвенными методами
[171, 190].
Зависимость синтеза определенных ферментов у
микроорганизмов от наличия соответствующего субстра¬
та Карлстрём в 1938 году назвал «энзиматической
адаптацией» [107]. В это понятие включалось указание
на приспособление к изменениям среды. В настоящее
время чаще употребляют понятие «энзиматической
индукции», выдвинутое в 1952 году Моно и Коном
[142]. Моно показал, что кишечная палочка стимули¬
руется к синтезу р-галактозидазы не только добавле¬
нием галактозы, но также и путем добавления к суб¬
198
страту некоторых веществ, которые не синтезируются и
не используются бактериями.
Эти проблемы неоднократно обсуждались. Введено различие
между обычными и адаптационными ферментами: первые всегда
образуются в живой клетке при нормальных условиях, в то время
как вторые обнаруживаются только при воздействии специфических
раздражителей. Понятие об адаптационных ферментах было под¬
вергнуто серьезной критике Севагом [35]. Уточненный анализ по¬
казал,, что деление клетки может сопровождаться генетической му¬
тацией. Если же абстрагироваться от явлений клеточного размно¬
жения, то обнаруживается, что почти во всех ранее наблюдавшихся
случаях представлены соответствующие специфические ферменты, и
тем не менее их действие тормозится в неблагоприятных условиях
среды, «адаптация» же проявляется в виде снятия ингибирования.
Относительно механизма, лежащего в основе энзи¬
матической индукции, только в последнее время полу¬
чены уточненные данные. Сегодня мы можем опреде¬
ленно утверждать, что само по себе начало синтеза
того или иного фермента еще не ведет к каким-либо
совершенно новым процессам в клетке, но изменения
во внешней среде могут повлечь за собой блокировку
синтеза фермента в клетке. При добавлении определен¬
ных веществ к питательной среде сразу же начинается
образование соответствующих ферментов, то есть инги¬
бирование снимается. Скорость синтеза индуцирован¬
ного фермента при добавлении к питательной среде
таких веществ-стимуляторов может увеличиться более
чем в 1000 раз. Этим объясняется необычайная приспо¬
собляемость бактериальных клеток.
«Бактерии, — отмечал Хиншелвуд, — содержат ферменты, спо¬
собные вызывать множество химических изменений. При возникно¬
вении новых жизненных условий у бактерий наблюдаются порази¬
тельные явления адаптации... Чрезвычайно интересно исследовать,
позволяют ли принципы химической кинетики предсказать подобное
поведение» [89].
В качестве такой адаптации Хиншелвуд рассматривал и способ¬
ность бактерий к выживанию в присутствии ядов. Однако это пред¬
ставление неверно. Ферменты, определяющие невосприимчивость к
яду, встречаются не у всей массы клеток, подвергнутых его дей¬
ствию, но в результате спонтанной мутации, приблизительно в од¬
ной клетке из ста миллионов [130, с. 399].
Заслуга Хиншелвуда заключается в том, что он обратил вни¬
мание на проблемы адаптации. Тем самым он выдвинул на перед¬
ний план вопрос о способности клетки к индивидуальному приспо¬
соблению.
Исследование адаптивного поведения отдельной клетки сталки¬
вается с рядом трудностей как практического, так и теоретико¬
199
Познавательного плана. Раньше каждое приспособление возводилось
к мутации и последующему отбору; при этом недостаточно учиты¬
валась возможность индивидуального приспособления. Однако оба
варианта (селективное и индивидуальное приспособление) не явля¬
ются взаимоисключающими. Нельзя не учитывать возможности их
перекрывания или взаимопроникновения, однако способ осущест¬
вления этой возможности сегодня еще не выяснен.
Давно известно, что различные клетки одного и того
же организма обладают различным «энзиматическим
профилем», хотя есть все основания полагать, что по
своему геному они тождественны. То же самое можно
сказать и о бактериях, которые принадлежат к одному
штамму, но растут на различных питательных средах.
Видимо, существуют специфические механизмы, регу¬
лирующие осуществление генетических потенций в отно¬
шении к синтезу белков. С точки зрения философского
анализа, особенно важны клеточные механизмы, управ¬
ляющие синтезом белка и генетическими потенциями.
Наличие этих механизмов указывает, что поразитель¬
ные явления адаптации бактериальных клеток следует
рассматривать не как наследование приобретенных
признаков, но как индукцию и ингибирование, как
кибернетическую реакцию на изменения во внешней
среде. Действие регуляторного механизма при этом
сводится к устранению тормозящего аппарата, задер¬
живающего считывание информации. После добавления
индуцирующего вещества к питательной среде бактерии
сразу же (через несколько секунд) начинается образо¬
вание соответствующего фермента. Из этого следует
тот важный вывод, что потенциальная способность к
образованию фермента (управляющий его синтезом
структурный ген) уже имелась налицо, и поэтому здесь
нет какого-то совершенно нового процесса. Клетка вы¬
бирает из различных возможностей, которыми она рас¬
полагает, ту, которая подходит к соответствующей эко¬
логической ситуации. Если бы специфические фермен¬
тообразующие системы возникали только на основе
информации, полученной из внешней среды, нельзя
было бы ожидать столь внезапного их возникновения.
Предполагалась бы по меньшей мере аутокаталитиче¬
ская фаза, как это доказывает Парди [150, с. 295—304],
ссылаясь на вышеизложенные гипотезы Жакоба и Моно
(согласно которым клетка всегда располагает система¬
ми для образования всех ферментов, которые она может
200
продуцировать). Скорость, с которой данная ферменто¬
образующая система производит необходимый фермент,
зависит от концентрации в клетке соответствующих ин¬
дукторов и репрессоров; в свою очередь эта концентра¬
ция определяется составом ростовой среды.
. Здесь мы сталкиваемся с диалектикой отношений
между внешними и внутренними факторами, охаракте¬
ризованной применительно к живой природе еще Геге¬
лем; внешнее выступает как определяющий, но уже (в
отличие от низших форм движения материи) не как един¬
ственно определяющий момент. В свете приведенных
данных представляется неверной ламаркистская интер¬
претация возникновения «адаптационных ферментов»
как результата прямого воздействия среды на структу¬
ры, несущие наследственную информацию.
В настоящее время отсутствуют указания на воз¬
можность действия рибосомального механизма синтеза
белка в обратном направлении, то есть на какое-либо
специфическое матрицирование ДНК или РНК на бел¬
ковых молекулах. Предполагать, что воздействие суб¬
страта или, скажем, антигена может вызвать настоящий
информационный процесс на молекулярном уровне,
значило бы выдвигать спекулятивную гипотезу. Вместе
с тем столь же маловероятно, чтобы в процессе эволю¬
ции для огромного разнообразия антигенов, включая
искусственные, оказалась «предкодированной», или
преформированной, программа биосинтеза всех возмож¬
ных антител. Более вероятной представляется гипотеза,
согласно которой имеет место составление программы
из различных «предкодированных» отрезков программ,
то есть что на молекулярном уровне существует обу¬
чающий механизм. Несомненно, что все эти гипотезы
требуют дальнейшего обоснования. Правомерен вопрос,
достаточна ли проведенная здесь схема регуляции
генетических потенций для объяснения всех адаптив¬
ных явлений, связанных с обменом веществ в клетке.
Как мы видели, речь идет о выражении уже наличных
генов. Но является ли образование антител под воз¬
действием совершенно чуждых данной клетке или орга¬
низму антигенов лишь проявлением уже имевшихся
генов? Достаточно ли для ответа на этот вопрос
привлечь понятие соматических мутаций? Можно ли
мыслить наличие на молекулярном уровне обучающего
механизма, сравнимого по своему действию с обучаю¬
201
щими автоматами? Несомненно, что в ходе исследова¬
ний будут поставлены и другие вопросы, предложены
новые экспериментальные подходы для разрешения этих
вопросов. Некоторые из таких возможных вопросов мы
рассмотрим в следующем разделе. Прежде всего вы¬
скажем несколько замечаний относительно проблемы
целесообразности.
8.6. Проблема целесообразности
в свете кибернетики
Как уже было отмечено, целенаправленно действую¬
щий механизм индукции и ингибирования ферментатив¬
ного синтеза играет чрезвычайно важную роль в эко¬
номике клетки. Эти процессы, целесообразные с точки
зрения «бюджета клетки», делают возможным приспо¬
собление отдельных клеток к изменениям в окружаю¬
щей среде. Например, способность разлагать лактозу
выгодна для клетки только в том случае, когда это
вещество присутствует в питательной среде. При отсут¬
ствии лактозы в среде синтез ферментов блокируется;
необходимые ферменты индуцируются лишь тогда, ко¬
гда это вещество имеется в наличии. Наряду с этим для
баланса веществ нецелесообразно, «неэкономично» син-'
тезировать какое-либо соединение (например, аргинин),
если оно может быть взято клеткой в достаточной мере
из питательной среды. В этом случае синтез данного
соединения ингибируется, в чем опять-таки проявляется
целесообразность поведения системы. Что же представ¬
ляет собой эта целесообразность? Имеем ли мы право
использовать понятие целесообразности, если клетка не
имеет сознания, чтобы ставить перед собой цели или
осуществлять их? Биологи давно убедились, что они
не могут обойтись без понятий целесообразности,
функционального значения, потребности, нормы орга¬
низации и т. д. Поскольку в течение долгого времени
содержание этих понятий не находило точного истолко¬
вания, их часто считали идеалистическими. Телеологи¬
ческое рассмотрение природы выступало как отрицание
строгого каузального анализа и довольствовалось
утверждением: «Данное явление таково потому, что это
представляется целесообразным».
Это плоское понимание пользы в природе было остроумно вы¬
смеяно Гейне. Он описал бюргера из города Гослара, который рас¬
20?
сказывал ему всяческие истории с привидениями: «Он обратил так*
же мое внимание на целесообразность и полезность всего в природе.
Деревья зелены потому, что зеленый цвет полезен для глаз. Я со¬
гласился с ним и добавил, что бог сотворил рогатый скот потому,
что говяжий бульон подкрепляет человека; что ослов он сотворил
затем, чтобы они служили людям для сравнений, а самого чело¬
века он сотворил, чтобы он питался говяжьим бульоном и не был
ослом. Спутник мой пришел в восхищение, найдя во мне едино¬
мышленника, лицо его расцвело еще радостнее, и, прощаясь со
мной, он растрогался» [8, с. 32].
Уже Кант решительно высказывался против плоской
телеологии вольфовского типа и в своих сочинениях
«критического периода» подверг уничтожающей критике
«телеологическое доказательство бытия бога». Согласно
представлению Канта [10], проблема телеологического
доказательства заключается в том, что мы в самом де¬
ле повсюду находим в мире упорядоченность, соответ¬
ствующую определенному плану. Окружающая нас
действительность представляет собой необозримое зре¬
лище многообразия, порядка, красоты и целесообраз¬
ности. Но решающая ошибка в предпосылках телеоло¬
гического доказательства лежит, по Канту, в том, что,
согласно этому доказательству, целесообразность чуж¬
да вещам, как бы случайно привнесена в них. Из этой
ошибочной посылки делается вывод: должна существо¬
вать некая возвышенная причина мира в целом, кото¬
рая не есть слепо действующая природа, но разум в
его свободе.
Кант не только полемизирует против мнимого дока¬
зательства бытия бога, но пытается также определить,
что в действительности следует понимать под природ¬
ной целесообразностью. Он пишет: «Пока что я бы
сказал: вещь существует как цель природы, если она
сама собой есть (хотя и в двояком смысле) и причина
и действие» [10, с. 395].
Очевидно, что предлагаемое Кантом решение пробле¬
мы весьма близко к рассматриваемой здесь точке зре¬
ния. Кант подчеркивает: «.Органический продукт при¬
роды — это такой, в котором все есть цель и в то же
время средство. Ничего в нем не бывает напрасно,
бесцельно и ничего нельзя приписать слепому механиз¬
му природы» [10, с. 401]. На это диалектическое пони¬
мание, в дальнейшем углубленное в ходе развития
классической немецкой философии (Шеллинг и Гегель),
должно ориентироваться и диалектико-материалистиче¬
203
ское решение проблемы целесообразности [110, 113,
114].
В этом отчетливо выступает связь понятий самодви¬
жения, взаимодействия и целенаправленности. Эта
связь представляет собой основу для материалистиче¬
ского понимания вопроса.
Решающая ошибка сторонников телеологического до¬
казательства бытия бога, начиная с Аристотеля, заклю¬
чалась в слишком упрощенном понимании материи.
Материя рассматривалась в телеологической концеп¬
ции только как пассивное вещество.
Кибернетический подход вносит ясность в проблему
целесообразности. Понятие обратной связи позволяет
уточнить определение целесообразности и соответствен¬
но целенаправленного поведения живой системы. «Фор¬
ма поведения,— пишет Эшби,—адаптивна, если она
удерживает существенные переменные в физиологиче¬
ских пределах» [27, с. 101]..
Эвристические возможности кибернетического под¬
хода для материалистического объяснения целесооб¬
разности живых систем одним из первых использовал
Хиншелвуд. Так, в одной из работ, написанной в соав¬
торстве с Дином, он отмечает: «Для клетки характерна
исключительная приспособляемость, «целесообразность».
Речь идет, в сущности, не о «целесообразности», а
о кибернетическом поведении» [57, с. 311—328].
Следует различать, таким образом,целесообразность,
постановку целей (к которой способен только человек)
и целесообразное поведение в смысле кибернетики.
С позиций кибернетики Визер пишет: «В линейной
цепй реакций последовательность отдельных звеньев мо¬
жет быть полностью описана в каузальном плане. Для
циклических цепей реакций каузальное описание приме¬
нительно к отдельным стадиям процесса реакции также
сохраняет значимость. Но в этом случае для описания
состояний системы в целом необходимо применять те¬
леологическую форму описания, которая ни в коей мере
не противоречит каузальному описанию» [213, с. 16].
«Телеологическое» описание отличается от каузаль¬
ного только точкой зрения, в соответствии с которой
описывается процесс реакции. Эта мысль сформулиро¬
вана впервые в 1943 году в статье Розенблюта, Винера
и Бигелоу [170]. И тем не менее двумя годами позже
Э. Рассел писал: «В философском отношении материа¬
204
лизм бессмыслен, как же можно строить на нем био¬
логию?» [177, с. 8]. И далее: «Для требуемого нами
независимого построения биологии необходимо призна¬
ние целенаправленности как не сводимой ни к чему осо¬
бенности живого, не объяснимой ни в смысле механиз¬
ма, ни сознательным целеполаганием» [177, с. 11].
Это писалось в то самое время, когда математи¬
кам, инженерам и физиологам в тесном сотрудничестве
удалось наконец реализовать принцип целесообразности
также и в технических системах и, таким образом,
воспроизвести формы поведения, ранее наблюдавшиеся
только у живых существ. Тем самым свойство целена¬
правленности было прослежено и на физических (в об¬
ласти техники), и на физико-химических (в области
биологии) процессах (и соответственно механизмах), где
оно связано с наличием обратной связи. Развитие ис¬
следований в этом направлении, приведшее в дальней¬
шем к рождению кибернетики в 1948 году, не случайно
начиналось с обсуждения понятий поведения, целе¬
сообразности и телеологии. Розенблют, Винер и Биге¬
лоу [170] в своей совместной статье предложили инте¬
ресную классификацию способов поведения. Они трак¬
туют категорию целесообразности как объективную
категорию и показывают, что целесообразное поведение
имеет предпосылкой активность материи, ее самодви¬
жение, и основано на наличии в природе принципа
отрицательной обратной связи.
Энгельс писал (применительно к другому периоду
развития естествознания): «Коперник в начале рассмат¬
риваемого нами периода дает отставку теологии;
Ньютон завершает этот период постулатом божествен¬
ного первого толчка. Высшая обобщающая мысль, до
которой поднялось естествознание рассматриваемого
периода,— это мысль о целесообразности установленных
в природе порядков, плоская вольфовская телеология,
согласно которой кошки были созданы для того, чтобы
пожирать мышей, мыши — чтобы быть пожираемыми
кошками, а вся природа — чтобы доказывать мудрость
творца. Нужно признать величайшей заслугой тогдаш¬
ней философии, что, несмотря на ограниченность совре¬
менных ей естественнонаучных знаний, она не сбилась
с толку, что она, начиная от Спинозы и кончая вели¬
кими французскими материалистами, настойчиво пыта¬
лась объяснить мир из него самого, предоставив
205
детальное оправданне этого естествознанию будущего»
В этом детальном оправдании важную роль сыграла
кибернетика. Используя термин кибернетики, можно
сказать, что живая система ведет себя целесообразно,
если она удерживает свои существенные переменные в
физиологических пределах.
Исследование телеономических механизмов обмена
веществ в клетке показывает, что закономерности регу¬
ляции на клеточном уровне также вполне познаваемы
и не оставляют места для энтелехии или для телеоло¬
гической точки зрения.
Теология, плоское понимание явлений полезности в
природе, названное Гегелем «могилой всякой здравой
философии», есть логический идеалистический вывод из
механистической концепции. В соответствии с механи¬
стическим представлением о детерминизме необходимо
сводить всю природную действительность к линейным
(открытым) причинным цепям, а эти последние отож¬
дествлять с абсолютной необходимостью. Механистиче¬
ское мышление не в состоянии понять объективной
целесообразности в живых системах. Мышление в тер¬
минах обратной связи представляет собой существенный
шаг на пути к пониманию биологической целесообраз¬
ности. В то же время это мышление еще не ведет
к преодолению механистического детерминизма во
всех его аспектах, поскольку оставляет не решенным
вопрос о роли объективной случайности и объективной
возможности, основополагающий вопрос при рассмотре¬
нии проблем детерминизма в биологии (см. разд. 6.3).
Тезис о существенной роли объективной случайности
для протекания жизненных процессов долгое время
оставался одним из важнейших в ходе дискуссии по
философским вопросам молекулярной биологии. В осо¬
бенности подчеркивал роль случая в биологических
процессах Моно. Эйген, выступавший против абсолюти¬
зации роли случая и связанных с этим выводов по во¬
просу эволюции человека, отмечал: «Моно пришлось
подчеркнуть роль случая, поскольку роль необходи¬
мости и так уже является общепризнанной» [141,
с. XIV). Вообще в биологии объективная случайность
получила признание позже, чем в физике.
1 К. Маркс нФ. Энгельс. Соч., т. 20, с. 350.
206
Требование осмыслить роль случая в биологии не
означает какой-либо абсолютизации этой роли, посколь¬
ку развитие современной физики и философии в доста¬
точной мере расширило горизонты наших представлений
о единстве необходимости и случайности. Исходя из
диалектического материализма, противостоящего недо¬
оценке как случайного, так и необходимого, можно
утверждать, что жизнь не сводится ни к «чистому»
процессу передачи информации, ни к «чистому» разви¬
тию, она есть нечто третье; пользуясь терминами Моно
(но в опровержение его точки зрения), можно сказать,
что жизнь не есть ни чистое «проявление», ни чистый
«результат», но нечто третье, единство того и другого.
Диалектический материализм дает возможность ре¬
шить проблему целесообразности, преодолев односторон¬
ность мышления в категориях линейно-необходимых
связей (однонаправленной регуляции, если употребить
термин из области техники управления). Однако многие
авторы, стоящие на позициях диалектического материа¬
лизма, избегают пользоваться понятием целесообразно¬
сти, полагая, что марксистская трактовка категории це¬
лесообразности исчерпывается отрицанием концепции
«естественной пользы» и что уже самое применение
понятия целесообразности в биологии есть идеализм.
Конечно, следует заметить, речь здесь не может идти
о сознательной целесообразности. Применительно к по¬
нятию целесообразности сохраняют силу слова Энгельса
по поводу гегелевского понятия «внутренней цели». Эн¬
гельс подчеркивал, что в понятии внутренней цели, то
есть «такой цели, которая... заложена в необходимости
самого предмета», заключается определенная опасность,
поскольку это понятие «постоянно приводит людей, не
прошедших основательной философской школы, к бес¬
смысленному подсовыванию природе сознательных и на¬
меренных действий» *.
Избежать этой опасности помогает то объяснение,
которое дает понятию целесообразности кибернетика.
Сегодня мы можем сказать, что принцип обратной свя¬
зи вполне сознательно применяется в физиологии, так
что в определенном смысле допустимо говорить о про¬
тивопоставлении «физиологии обратных связей» «линей¬
ной физиологии» (см. также рис. 1).
1 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 20, с. 67.
207
На ранней стадии развития кибернетики еще исполь¬
зовалось понятие телеологичности, хотя и с новым содер¬
жанием, но все же отягощенное идеалистическими пе¬
режитками. В дальнейшем Винер отказался от этого
понятия. Поэтому не имеет смысла характеризовать
целенаправленное поведение кибернетических систем
как «материалистическую телеологию», как это предла¬
гали некоторые марксисты [105, ПО].
Понятие телеологии выступает в истории философии
как обозначение идеалистического взгляда на природу,
и именно так его и следует употреблять. С этой точки
зрения понятие «материалистической телеологии» пред¬
ставляется противоречивым. Скорее, следовало бы поль¬
зоваться термином «телеономия», который (впрочем, без
достаточно строгого определения *) употребили Жакоб
и Моно для обозначения механизмов регуляции на кле¬
точном уровне. Указывая на объективную закономер¬
ность, этот термин подчеркивает существенную сторону
вопроса.
Под телеономической связью следует' понимать
объективную закономерность (nomos, греч.— закон),
совокупность причинных связей, которые с необходи¬
мостью (учитывая при этом, что необходимость нахо¬
дится в диалектическом единстве со случайностью)
образуют некоторый циклический процесс, лежащий в
основе целенаправленного (telos, греч. — цель) поведе¬
ния или вообще направленность жизненных функций,
как это имеет место, например, при эмбриогенезе.
Жизнь характеризуется, во-первых, репродуктивной
автономией, что включает как автономное самоподдер-
жание организма в онтогенезе, так и размножение; во-
вторых, эволюционной телеономичностью, внутренней
закономерностью, направляющей развитие биосферы.
1 Ж. Моно дал определение понятия телеономии в своей ра¬
боте «Случайность и необходимость». Он различает три существен¬
ных признака живого организма: «телеономию, автономный морфо¬
генез и репродуктивную инварианту» [141, с. 21].
Телеономия при этом понимается как характеристика объектив¬
ной целесообразности или деятельности, ведущей к осуществлению
некоторой биологической программы. Однако в дальнейшем Моно
применяет термин «телеономия» также и к подходу, который мы
выше называли телеологическим, что, к сожалению, снижает цен¬
ность предложенного им (и включенного теперь в изданный в ГДР
«Философский словарь») различения понятий телеологии и телео¬
номии.
2Q8.
В этой связи встает вопрос: имеет ли эволюция
смысл, следует ли она некоторому плану? Кибернетика
дает нам доводы в пользу существования телеономиче-
ских механизмов. Связанный с опровержением телеоло¬
гического доказательства тезис о том, что целесооб¬
разность не чужда природе вещей, может привести так
же к признанию существования в вещах некоего имма¬
нентного смысла, некоего внутренне присущего им
эволюционного плана, то есть к тому, что Моно спра¬
ведливо определяет как анимизм. Решение этого вопро¬
са в соответствии с данными современного естествозна¬
ния состоит в признании того, что телеономичность не
есть изначальное свойство, что она достигается только
системами, способными к самовоспроизведению. Целе¬
сообразность достигается благодаря взаимодействию
между белками и нуклеиновыми кислотами в эволю¬
ционном процессе (регуляция темпа мутирования) и в
процессе приспособления к изменяющимся факторам
среды посредством включения и выключения механиз¬
мов молекулярного синтеза, причем в отдельности ни
белки, ни нуклеиновые кислоты не играют доминирую¬
щей роли. Относительно эволюционной телеономии
можно утверждать, что в каждой системе, продуцирую¬
щей собственную телеономичность, возможны парал¬
лельные или дивергирующие пути развития; таким
образом, вопреки предположениям Тейяра де Шардена
целенаправленная эволюция невозможна.
9. Взаимоотношения между
наследственностью и обменом
веществ в кибернетическом
и биологическом плане
9.1. Приспособление через обучение
(инвариантность и телеономия)
До сих пор мы обсуждали философские проблемы
молекулярной биологии, опираясь на уже достигнутый
уровень знаний. Обратимся теперь к еще не вполне
выясненным и стоящим сейчас в центре оживленной
дискуссии вопросам приспособительного поведения жи¬
вых систем. Может ли отдельная клетка или молеку¬
лярная система накапливать опыт? Существуют ли мо¬
лекулярные процессы, которые воспринимают внешние
воздействия и сами оказывают влияние на накопление
информации в системе ДНК — РНК — белок? Как осу¬
ществляется накопление информации в центральной
нервной системе и существуют ли в ней информацион¬
ные связи на молекулярном уровне?
На эти вопросы пока еще нельзя дать окончатель¬
ного ответа. Их нельзя решить теоретическим путем.
К решению ведет только эксперимент. В задачу фило¬
софа входит (при отсутствии экспериментальных дан¬
ных) суммировать материал, подтверждающий ту или
иную концепцию, и наметить возможные междисципли¬
нарные подходы для возможных направлений исследо¬
вания в целях разумного ограничения числа этих на¬
правлений.
Перечисленные здесь вопросы так или иначе каса¬
ются предпосылок так называемой «центральной дог¬
мы» молекулярной биологии.
Согласно «центральной догме» молекулярной биоло¬
гии, в основе любой формы жизни лежит регуляторная
схема, структурная и функциональная информация ко¬
торой содержится в нуклеиновых кислотах, белки же
обеспечивают работу механизма идентичного или поч¬
ти идентичного воспроизведения нуклеиновых кислот.
Центральная догма равносильна утверждению, что по¬
ток информации имеет однонаправленный характер.
210
СуЩёсТвyet и обратное влияние белков на Нуклеиновые
кислоты, но оно не является информационным воздей¬
ствием и ведет только к более или менее удовлетвори¬
тельному качеству репликации и к вариациям во внеш¬
нем проявлении генов [172, с. 22—23].
Эта так называемая «центральная догма молеку¬
лярной биологии» внесла в отношения между ДНК,
РНК и белком, во взаимоотношения между наслед¬
ственностью и обменом веществ момент всеобщей зако¬
номерности. Однако в дальнейшем центральную догму
пришлось видоизменить, включив в нее возможность
информационного потока от РНК к ДНК и направлен¬
ной передачи информации на ДНК, осуществляемой ви¬
русами.
Диалектически мыслящие биологи всегда считали,
что к «центральной догме» не надо подходить как
к чему-то «застывшему», поскольку между белками и
нуклеиновыми кислотами существуют многообразные
взаимовлияния и процессы взаимодействия. Для них не
был потрясением тот факт, что существует и синтез
ДНК, регулируемый РНК; больше того, некоторые из них
предвидели это открытие [194, 195]. Впрочем, основной
ход информационных отношений между белками и ну¬
клеиновыми кислотами данное открытие не затрагивает.
Диалектическая позиция проявилась, в частности, в
трактовке «центральной догмы» Эйгеном (примени¬
тельно к ныне существующим формам жизни). Он не
фиксирует (как это нередко имеет место) односторон¬
него или главного направления потока информации, но
отмечает многообразные способы взаимодействия меж¬
ду белками и нуклеиновыми кислотами (см. рис. 6),
указывая тем самым, что в современных формах жиз¬
ни наследственность осуществляется в основном через
систему обратных связей, включающую в себя и белки,
и нуклеиновые кислоты.
Белки, оказывающие воздействие на нуклеиновые
кислоты, несут энзиматическую функцию и прямо или
косвенно участвуют в синтезе биополимеров. Другие
белки, о которых мы еще очень мало знаем, несут мно¬
гочисленные иные регуляторные функции. Имеется и
третья группа белков, образующих совместно с нукле¬
иновыми кислотами структуры, различимые под элект¬
ронным или оптическим микроскопом. В функциональ¬
ном отношении эти структуры еще почти не изучены.
211
Регуляторный
фактор
РНК-полиме-
раза
ДНК-полимераза
ДНК юооаюосххюоос
т-РНК
го-РНК
ДНК
ДНК
эоооооооооооосх
Аминокислоты
Рибосома
Активирующие
ферменты
цепь
Аминоацил-
т-РНК
Рис. 6. Интерпретация взаимодействия нуклеиновых ки¬
слот и белков по Эйгену [63].
Общая для всех трех групп белков специфическая
функция заключается в их способности вступать в ре¬
акцию с молекулами нуклеиновых кислот (ДНК и
РНК) или с участками этих молекул, образуя при
этом более или менее высокоспецифичные нуклеопроте¬
иновые комплексы различной степени устойчивости.
В этих процессах, насколько они сегодня изучены, ин¬
формационное воздействие между нуклеиновой кисло¬
той и белком отсутствует, так что передача информа¬
ции носит однонаправленный характер, то есть функ¬
циональные цитологические сдвиги и изменения в
строении белков не вызывают адекватных изменений в
ядерной ДНК.
Действительно, в настоящее время не подтверждает¬
ся наличие обратного потока информации от белка к
ДНК или какого-либо специфического программирова¬
ния структуры ДНК и РНК на белковой матрице.
Если такого потока нет, то направленное, адекватное
212
среде изменение наследственной информации, а значит,
и наследование приобретенных признаков невозможно.
Рассматривая механизмы регуляции обмена веществ
в клетке, мы видели, как велика способность изолиро¬
ванной бактериальной клетки к приспособлению. Так,
если в среде, в которой клетка растет, заменить глю¬
козу как источник углерода на лактозу, то через срав¬
нительно короткий отрезок времени клетка оказывает¬
ся в состоянии продуцировать фермент, разлагающий
лактозу. Важным достижением Моно было доказатель¬
ство того, что при этом клетка не вырабатывает в себе
отсутствовавшую способность к реакции, лактоза лишь
включает уже зафиксированную ранее в генетическом
материале программу.
Это фундаментальное открытие не дает ни малей¬
шего основания оспаривать диалектический характер
жизни или вообще диалектику природы, ибо объектив¬
ная диалектика жизненных процессов не зависит от
того, исходят ли «инструкции», управляющие синтезом,
из внешней среды или не исходят. Приведенные факты
подтверждают объективность и позитивную роль слу¬
чайности и тот факт, что прогрессивное развитие жи¬
вых существ имеет имманентные причины (ср. гл. 6, а
также разд. 10.7).
Инструкционалистская гипотеза основывается по
меньшей мере на трех механистических предпосылках:
на принятии прямого воздействия внешних причин, на
недооценке значения случайности, а также (в целом
ряде аргументов) на допущении механического спосо¬
ба накопления информации в живом организме. Поэто¬
му опровержение гипотезы «внешних инструкций» сле¬
дует считать не опровержением диалектики, но, скорее,
ее подтверждением.
Некоторые исследователи полагают, однако, что ре¬
шение вопроса о наличии в природе объективной диа¬
лектики зависит только от того, существует или нет
обратная передача информации от белка на нуклеино¬
вую кислоту. Для сторонников такой точки зрения па¬
дение инструкционалистского принципа предстает как
фактическое опровержение объективной диалектики.
В этом случае исследователь должен поставить под
сомнение также и «центральную догму» молеку¬
лярной биологии и продолжить поиски возможностей
экологического «инструктирования». Но при этом не за¬
213
трагивается вопрос о том, может ли объективная диа¬
лектика жизненных процессов найти свое выражение в
иных взаимосвязях, прежде всего в реальном эволю¬
ционном процессе.
Для понимания объективной диалектики жизненных
процессов гораздо большее значение имеют данные мо¬
лекулярной генетики, касающиеся мутагенеза и под¬
тверждающие, что структура и функция ДНК-полиме-
разы являются одним из факторов, определяющих
спонтанное мутационное давление; данные по селектив¬
ным (а не инструктивным) процессам обучения и дан¬
ные о том, что организм способен устранять поврежде¬
ния в генетическом материале, вызванные радиацией
или другими факторами [39, 192, 196].
По вопросу об эволюции имеет место полемика меж¬
ду неоламаркистами и неодарвинистами, то есть соот¬
ветственно между инструкционалистами и селекциони-
стами. Впрочем, дарвиновская теория естественного от¬
бора, дополненная представлениями о структуре гена,
получила почти всеобщее признание в вопросе о фак¬
торах эволюции. Инструкционалистская постановка
вопроса преобладает в связи с проблемами иммуноло¬
гии и памяти.
Непосредственная причина этого кроется не в раз¬
личии философских позиций. Речь идет о решении
конкретных естественнонаучных проблем, в частности о
том, что в иммунологии инструкционалистская концеп¬
ция в течение последних пятидесяти лет играла суще¬
ственную роль. С философской же точки зрения, проб¬
лемы иммунитета и памяти представляют интерес по¬
стольку, поскольку некоторые исследователи полагают,
что нашли здесь почву для компромисса между «гипо¬
тезой хаотичных изменений наследственности, при ко¬
торых в живых остаются наиболее приспособленные
особи», с одной стороны, и «гипотезой направленных,
обусловленных средой наследственных изменений» — с
Другой.
Однако подобная промежуточная позиция не ведет
к диалектическому решению вопроса. Диалектика —
это не подход с позиции взаимоисключения («или —
или»), но и не решение типа «как... так и...»; чаще все¬
го это подход по принципу «и не... и не...». Так же и в
данном случае решение вопроса заключается не в том,
чтобы допустить обратную передачу информации на
214
ДНК, но и не в признании абсолютной случайности;
решением является более глубокое понимание случай¬
ных процессов и роли отбора.
Компромисс, предлагаемый инструкционалистами,
неприемлем также и с той точки зрения, что момент
случайности (в единстве с необходимостью, то есть в
форме объективно возможного) может быть источником
новой информации. Накопление информации через не¬
посредственное влияние «обучения» не доказано ни для
филогенеза, ни для онтогенеза, ни, наконец, для имму¬
нологических реакций, применительно к которым этот
вопрос обсуждался в последнее время.
Вероятное решение проблемы заключается (приме¬
нительно к иммунологии) в том, что момент обучения
отнюдь не обязателен, поскольку здесь процесс самоор¬
ганизации сам по себе заключается в производстве ин¬
формации. При накоплении же информации в мозге
речь, несомненно, идет об усвоении информации из
внешнего мира, о самоорганизации через обучение. Та¬
ким образом, в этом случае накопление информации
достигается, видимо, не в соответствии с «центральной
догмой».
Моно в работе «Случайность и необходимость» сде¬
лал философские выводы из достижений молекулярной
биологии, в значительной мере связанных с его именем.
Исходя из представления о том, что поток информации
от ДНК к РНК и далее к белковому синтезу пол¬
ностью консервативен, то есть замкнут в себе и недо¬
ступен никакого рода «инструкциям» из внешней среды,
Моно приходит к заключению, что в жизненных про¬
цессах принцип диалектического противоречия не осу¬
ществляется и в живом организме все процессы проте¬
кают механистично, а не диалектично или, как он
выражается, «согласно картезианскому, а не гегельян¬
скому принципу». Эти выводы Моно подытоживает в
гипотезе — по его мнению, «единственно приемлемой для
современной науки»,— согласно которой в организме
«устойчивость необходимым образом предшествует те-
леономии» [141, с. 35].
С точки зрения Моно, эта гипотеза является свое¬
го рода «центральной догмой» для общей биологии.
Однако общий тезис Крика о том, что поток информа¬
ции идет всегда в одном направлении, от нуклеиновых
кислот к белкам (центральная догма молекулярной
215
биологии), не ставит под сомнение взаимодействия нук¬
леиновых кислот с репродуцируемыми на них белками.
Гипотеза же Моно о том, что устойчивость всегда и не¬
обходимо предшествует телеономии, притязает на неч¬
то большее, выдвигая недиалектический вопрос о при¬
оритете. Моно пытается расширить сферу действия
своего тезиса за пределы той области, в которой он воз¬
ник, и подвести под него также проблемы иммунитета,
памяти и абиогенеза.
Общность между всеми этими областями исследова¬
ния заключается в том, что в них способность организ¬
ма к приспособлению выступает, по-видимому, более
явно, чем в ранее рассмотренных биологических систе¬
мах. В данном случае мы имеем дело с приспособляе¬
мостью высшего порядка, которую можно назвать «при¬
способляемостью второго рода», или самоорганизующим¬
ся поведением системы. Встает вопрос, какова природа
такого поведения, связанного с обучением. Обычно под
обучением имеют в виду восприятие информации из
внешнего мира. Применительно ко всему кругу явлений,
связанных с обучением, рядом исследователей были
предложены теории инструкционалистского типа.
Адекватное понимание всех этих явлений может
быть достигнуто только при условии более глубокого
познания процессов самоорганизации как в фило- и он¬
тогенезе, так и в процессе предбиотической эволюции.
Мы должны исходить из того, что многие элементы
онтогенетического развития преформированы, в про¬
тивном случае на свет появлялось бы гораздо больше
неприспособленного к жизни потомства, чем приспособ¬
ленного, или вообще дело не доходило бы до рождения.
Из зародышевых клеток человека в нормальных усло¬
виях появляются все новые и новые функционально
полноценные человеческие организмы. Однако пред¬
ставляется бессмысленным искать в этом какое-то
противоречие с диалектикой, поскольку тезис об уни¬
версальности диалектики вовсе не требует, чтобы в
объективной действительности не имелось областей с
относительным преобладанием консерватизма, при ис¬
следовании которых мы в первом приближении можем
отвлечься от диалектических взаимосвязей. Впрочем, и
здесь более глубокое рассмотрение показывает, что он¬
тогенез не абсолютно преформирован и что в процес¬
сах развития следует искать влияния взаимодействия
216
белков друг с другом, с высшими структурными еди¬
ницами и с продуктами метаболизма.
Анализ этой проблематики сталкивается с опреде¬
ленными теоретико-познавательными трудностями. Не
только теоретические аргументы, но и ряд наблюдений
побуждают нас к дальнейшему исследованию, к поиску
новых схем и моделей, поскольку на базе абсолютной
преформации нельзя полностью объяснить образование
антител или возникновение опухолей. Из современной
ситуации можно сделать лишь тот вывод, что следует
ожидать ряда новых открытий; но для них необходимо
создать и новые теоретические предпосылки. Моно об¬
суждает в этом плане идею «генетической рулетки»,
Эйген выдвигает иные теоретические представления.
Необходимым для решения этого вопроса, как и вооб¬
ще для науки, является диалектико-материалистиче-
кий подход, поскольку перед наукой во все возрастаю¬
щей мере встает задача не просто накапливать факты,
но и вскрывать закономерности, на базе которых мож¬
но было строить предсказание и решать народнохозяй¬
ственные задачи. Для искомого теоретического синтеза
естествоиспытатели нуждаются в диалектике в ее
функции систематизирующего и упорядочивающего прин¬
ципа: в диалектике как теории и как методе. Негибкая
метафизическая позиция взаимоисключающего «или —
или» затрудняет адекватное истолкование эксперимен¬
тальных данных. В то время как для метафизики суще¬
ствует только тезис либо антитезис, а для релятивиз¬
ма — позиция «как... так и ...», диалектика как фило¬
софский метод научного познания учитывает различ¬
ные, противоречивые стороны процесса в их единстве
и взаимопроникновении.
Материалистическая диалектика представляет собой
результат обобщения научных достижений, благодаря
которым установлено, что материя находится в процес¬
се непрерывного изменения и развития. В то же время
диалектика есть наука о наиболее общих связях и за¬
кономерностях развития в природе, в обществе и в
процессах индивидуального и общественного познания.
Во всех этих трех областях имеются диалектические
связи, которые по конкретным формам своего проявле¬
ния могут быть весьма различными, но по своей сущ¬
ности сходны друг с другом в том отношении, что все
217
они являются общими связями или законами. Соответ¬
ственно следует различать объективную диалектику в
природе и обществе и ее отражение в человеческом
сознании — субъективную диалектику. Вся система
марксистско-ленинской теории представляет собой еди¬
ное целое. Попытки отвергнуть какую-либо из ее ча¬
стей, в том числе и диалектику природы, ведут к отри¬
цанию марксизма-ленинизма в целом. Это неоднократ¬
но отмечал Ленин в ходе борьбы против позитивизма и
эмпириокритицизма. На примере физики Ленин пока¬
зал, как прогресс науки под влиянием идеалистических
и метафизических концепций может привести к миро¬
воззренческому и методологическому кризису в есте¬
ствознании.
Что касается современных концепций естествозна¬
ния, направленных против научного марксистско-ленин¬
ского мировоззрения, отрицание ими диалектики в при¬
роде есть важнейший пункт, по которому должна ве¬
стись с ними идеологическая полемика. При этом на
передний план выдвигается вопрос о том, существуют
ли в природе независимые от мышления и деятельно¬
сти человека объективные противоречия и развитие. Те,
кто рассматривают дух как первичную движущую силу
развития, исходят из того, что в природе .не может быть
противоречий в собственном смысле слова. С таких по¬
зиций выступал одно время Лукач, а в недавнее вре¬
мя также и Сартр [183]. Как известно, эти авторы
не являются естествоиспытателями; однако в 60-е годы
Моно, лауреат Нобелевской премии, крупный исследо¬
ватель в области молекулярной биологии, выступил с
отрицанием диалектики в природе.
По его мнению, против наличия объективной диа¬
лектики в биосфере могут быть выдвинуты два основ¬
ных аргумента, базирующиеся на абсолютизации опре¬
деленных проблем молекулярной биологии: 1) консер¬
ватизм, константность при передаче наследственной
информации; 2) случайность мутационного процесса.
Консерватизм наследственности, конечно, существует.
Однако его следует понимать только в том смысле, что
при соответствующих, изменяющихся случайным обра¬
зом условиях внутренней и внешней среды организма
без изменений может передаваться только та информа¬
ция, которая способствует оптимальному приспособле¬
нию организма к условиям среды. При этом факторы
218
среды действуют в качестве факторов отбора и сами по
себе не оказывают инструктивного воздействия на на¬
следственную информацию.
В самом деле, мутации осуществляются случайным
образом, однако, как неоднократно указывал и сам
Моно [141], они играют роль фактора эволюции толь¬
ко тогда, когда проходят через «сито» отбора. Видя
эту решающую роль отбора, Моно, однако, не осознает,
что тем самым он уже включает в эволюционный про¬
цесс момент необходимости. Речь идет, таким обра¬
зом, о взаимодействии, об опосредовании различных
сторон процесса — о вопросах, которые подверг глубо¬
кому анализу сам же Моно как выдающийся исследо¬
ватель в области молекулярной биологии. Только с
учетом этого опосредования можно преодолеть абсолю¬
тизацию консервативной стороны наследственности и
увидеть объективную диалектику жизненных процессов.
Такая позиция следует из ряда проблем, встающих
перед современной биологией и связанных с развитием.
Молекулярно-биологические открытия позволили оха¬
рактеризовать структуру и функцию ДНК как носите¬
ля наследственной информации, биосинтез белка и со¬
путствующую ему передачу генетической информации
на структуры белковых молекул, молекулярные меха¬
низмы, регулирующие внешние проявления генетиче¬
ских потенций. Все эти данные явственно свидетель¬
ствуют об относительном консерватизме жизненных
процессов и поэтому выступают в качестве одного из
центральных моментов дискуссии по поводу диалекти¬
ки в биологии. Упомянутые открытия объясняют ход
материальных процессов, служащих для поддержания
специфического качества индивида и его потомства.
Они объясняют и необходимо присущий жизни консер¬
ватизм, показывая, каким образом жизненные процес¬
сы могут сохранять свою качественную определенность,
несмотря на многообразные влияния среды. Однако од¬
носторонний учет только этой константности и строгой
детерминированности биологических систем приводит к
отрицанию объективной диалектики жизненных процес¬
сов и вообще природы.
Объяснив столь важные для жизни явления ее ус¬
тойчивости, молекулярная биология должна вскрыть
соотношение константности и изменчивости, показать
взаимосвязи между белком и нуклеиновыми кислотами
219
и решить проблемы биологического развития. Успеш¬
ным началом решения этих задач явились, например,
исследования Эйгена [63].
.Стремление односторонне подчеркнуть момент ус¬
тойчивости или, наоборот, слепой случайности может
привести к мировоззренческому и гносеологическому
кризису. Для преодоления односторонности необходимо
детальнее исследовать взаимоотношения белков и нук¬
леиновых кислот и возможность процессов обучения по¬
средством отбора, поскольку эти процессы позволя¬
ют включить в рассмотрение эволюционных закономер¬
ностей как момент изменчивости, так и объективную
регулярность.
9.2. Основные типы процессов
переработки информации
в биомолекулярных системах
Можно выделить четыре типа процессов переработ¬
ки информации:
1. Связывание различных сведений в элементарные
комплексы как приспособление для простейших опера¬
ций по идентифицированию и классификации, а также
для расчленения сложных операций.
2. Связывание отдельных высказываний согласно ло¬
гико-математическим принципам в рамках программы
переработки информации со статичной и заранее за¬
данной структурой, в целях оптимизации поведения си¬
стемы.
3. Связывание отдельных высказываний согласно
логико-математическим принципам в рамках заранее
заданной и наследственной программы оптимизации и
преобразования содержания системы.
4. Связывание и генерация информации согласно
логико-математическим и (или) эвристическим принци¬
пам (рост информации) для формирования новых спо¬
собов поведения в новых ситуациях.
Каждый последующий из этих четырех типов содер¬
жит в себе предыдущие в качестве элементов своей ло¬
гической структуры. Последний, четвертый тип свой¬
ствен не автоматам самим по себе, но осуществляется
лишь в диалоге между автоматом и человеком. Следу¬
ет попытаться найти и в живых системах механизм, ко-.
220
торый реализует процесс этого типа без участия созна¬
ния. При этом мы должны признать объективность
случая, возникновения все новых эволюционных воз¬
можностей с последующим отбором.
Рассмотрим, каким образом оба первых типа про¬
цессов переработки информации осваиваются уже на
молекулярном уровне и какие специфические проблемы
встают в связи с возможностью реализации также и
высших типов на этом уровне.
При этом мы будем исходить из наиболее элемен¬
тарных взаимодействий, лежащих в основе естественно¬
го отбора. Эволюционирующая система может осуще¬
ствлять различения, необходимые для такого отбора,
в том случае, если она вообще способна выполнять
элементарные акты отождествления и классификации,
то есть акты опознавания. Целый ряд молекулярных
механизмов удовлетворяет условиям, выдвигаемым оп¬
ределением 1-го типа. В особенности это можно ска¬
зать о механизмах считывания, отождествления и вос¬
произведения информации, соответствующих простей¬
шим опознавательным функциям. Далее, при 2-ом типе
речь идет о проблеме оптимизации тех же опозна¬
вательных функций на фоне механизмов регуляции
обмена веществ в клетке. В связи же с проблемой реа¬
лизации высших типов процессов переработки инфор¬
мации встают пока еще не решенные вопросы о суще¬
ствовании системы, которая сама способна строить или
хотя бы модифицировать свою опознавательную прог¬
рамму, исходя из данных своего опыта, то есть способ¬
на обучаться. При этом следует отличать инструктив¬
ное обучение от явно более вероятного для молекуляр¬
ных систем селективного обучения.
При анализе гносеологических трудностей, сопря¬
женных с этими проблемами, возникла оживленная
полемика по философским вопросам молекулярной био¬
логии. Кроме того, философские вопросы связаны и с
тем обстоятельством, что при формулировке ранее об¬
суждавшихся соотношений приходится переносить на
материальные процессы понятия, заимствованные из
сферы отражения на психологическом уровне. Мы
должны поставить вопрос о правомерности такого пере¬
носа, то есть выяснить, в каком обобщенном смысле и
с какими ограничениями подобные понятия могут
221
использоваться в молекулярной биологии. Неверное
понимание ситуации привело некоторых ученых к пред¬
ставлению, что уже на молекулярном уровне организа¬
ции живых систем мы имеем дело с духовными процес¬
сами. Мы стоим на точке зрения, что понятие познава¬
тельного процесса необходимо употреблять в обобщен¬
ном смысле. Эта точка зрения вводит нас в круг про¬
блем, связанных с отражением как всеобщим свойством
материи. Далее мы рассмотрим более подробно следую¬
щие четыре процесса переработки информации.
1. Процесс информационного взаимодействия, яв¬
ляющийся единственным на ранних стадиях эволюции
и характерный для состояния, в котором возможны
только взаимовлияния на молекулярном уровне, изу¬
чаемые квантовой физикой и химией (вандерваальсовы
взаимодействия, водородные мостики, силы дисперсии,
гидрофобные и ковалентные химические связи). Такие
взаимовлияния лежат в основе любого селективного
молекулярного процесса: химической реакции, электри¬
ческой поляризации, магнетизма и т. д. Не каждое
взаимодействие содержит в себе аспект отражения; в
качестве отражения можно рассматривать только взаи¬
модействия, влекущие за собой внутренние изменения
во взаимодействующих телах и связанные с тем, что
внешние влияния воспроизводятся в виде внутренних
изменений реагирующей на них системы.
Имеются некоторые типы молекул, способные на
нечто большее, чем простое взаимодействие с другими
молекулами. К таким типам принадлежат, например,
ферменты, имеющие определенную специфичность и
«различающие» один субстрат от другого на основании
структурных свойств молекул этих субстратов. Эта
элементарная способность к распознаванию, или разли¬
чению, представляет собой высокоспециализированный
тип взаимодействия, в пределах которого могут быть
выделены различные подтипы. Так, простейшая форма
данного взаимодействия, как известно, есть реагиро¬
вание по принципу «да — нет». В химии такое реагиро¬
вание может осуществляться, например, с помощью во¬
дородных мостиков, при спаривании комплементарных
оснований ДНК или при образовании комплексов «фер¬
мент — субстрат», при реакциях антигенов с антитела¬
ми и т. д. В этих случаях в специфических участках
белковой молекулы благодаря сложным процессам
222
Взаимодействия происходят адекватные структурные из¬
менения.
Транскрипция и трансляция, передача информации
с ДНК как первичного носителя информации на РНК,
а с РНК на аминокислотную последовательность поли-
пептидной цепи — это типичный пример процесса счи¬
тывания накопленной информации. Для считывания акт
различения также является необходимым; для реплика¬
ции необходимо беспрепятственное считывание инфор¬
мации и затем вновь ее накопление. Однако именно
при считывании и повторном накоплении информации,
то есть тогда, когда информация представлена в ла¬
бильной форме, на уровне ДНК могут произойти му¬
тации. Иная форма мутационного процесса представле¬
на в тех случаях, когда внешние условия нарушают ус¬
тойчивую форму накопления информации. Узнавание
же представляет собой комбинацию различных видов
различения, являясь, таким образом, его высшей
формой.
2. Ко второму типу процессов переработки инфор¬
мации относятся процессы, при которых задана систе¬
ма изменений, последовательно включающих одну ста¬
дию реакции за другой. На основе фиксированных
алгоритмов среди этих изменений могут быть отобраны
те, которые соответствуют направленности процесса.
При отклонениях протекания процесса от заданных
норм система автономно избирает такое воздействие,
при котором компенсируется отклонение и достигается
оптимизация функционирования системы.
Так, отдельная клетка может приспосабливать свой
обмен веществ к определенным функциональным по¬
требностям, возникающим как реакция на сдвиги в
среде: например, при адекватном «опознании» клеткой
определенного субстрата начинается усиленный био¬
синтез в соответствующем этому субстрату направ¬
лении. Здесь имеет место, таким образом, не только
считывание и накопление информации, но также и оп¬
тимизация функции различения и опознавания. Это
особенно заметно в случае регуляторного механизма
ферментативной активности на примере аллостериче¬
ских эффектов и так называемого ингибирования при
обратной связи, а в случае механизмов, управляющих
синтезом ферментов, — на примере индукции и ингиби¬
рования (работы Жакоба, Моно, Амбарджера).
223
В данного типа сложных системах приспособление
осуществляется через выбор из строго определенного
числа возможных форм поведения, поскольку система
располагает конечным числом фиксированных алгорит¬
мов, из которых с помощью некоторого алгоритма вто¬
рого порядка выбирается наиболее пригодный в сло¬
жившейся ситуации. Таким образом, система способ¬
на избрать такой способ переработки информации, при
котором обеспечивается наилучшее функционирование.
Осуществляемые при этом оптимизированные формы
поведения простых, технических, биологических и со¬
циальных систем не представляют собой в собственном
смысле слова обучения. Имеется существенное разли¬
чие между системой, способной лишь совершенствовать
свои уже имеющиеся способности, например обучае¬
мость, и системой, которую можно научить реагировать
принципиально по-новому.
3-й и 4-й типы. До сих пор мы обсуждали системы,
выполняющие свои функции при заранее заданных ус¬
ловиях и реагирующие на внешние изменения согласно
фиксированным правилам, однако неспособные автома¬
тически настраиваться на любые изменения в регуля¬
торных процессах или во внешней среде. Системы же,
способные изменять свои параметры для оптимизации
режима, могут учитывать не только отклонения факти¬
ческого хода регуляции от требуемого, но (что особен¬
но важно) и возможные изменения в условиях среды.
Изменяя структуру своих программ, система автоматиче¬
ски приспосабливается к изменениям. Так, техническая
система данного (третьего) типа может отыскивать и
проверять допустимые программы своего функциониро¬
вания, оптимизировать их и их оценку соответственно
поставленным задачам и заданной системе ценностей
(критериев целесообразности) и реализовать способ по¬
ведения, отвечающий сложившимся условиям. Поэтому
процесс адаптации системы данного типа основан на
целенаправленном изменении лежащего в ее основе
комплекса алгоритмов. Помимо основных правил этого
комплекса, для адаптации необходимо общее правило,
которое задает изменение упомянутых основных правил
сообразно внешним условиям.
Приспособление технических автоматов, например
обучающей матрицы Штейнбуха или перцептрона Ро¬
зенблатта, к функциям автоматического распознавания
224
образов и решения задач осуществляется их строителя¬
ми (людьми) в ходе конструирования автоматов. Из
самой структуры систем с алгоритмизированным само¬
обучением ясно, что для реализации самообучения не¬
обходимо выполнение ряда предварительных условий.
Такое предпрограммирование необходимо, в частности,
для того, чтобы системы справились с задачей регули¬
рования сложных процессов. Однако у человека слож¬
нейшие процессы решения задач могут осуществляться
и без «подсказки» извне. В этом заключается различие
последнего (четвертого, человеческого) типа процессов
переработки информации и более простых и алгоритми¬
зированных форм поведения технических систем.
Уже отдельная клетка использует сложные механиз¬
мы регуляции, дающие ей возможность развивать мно¬
гообразные формы приспособительного поведения, отно¬
сящиеся к первому из перечисленных типов. Однако ис¬
пользует ли клетка такие приспособительные механиз¬
мы, которые контролируются генами только частично и
специфицируются во взаимодействии со средой? Пред¬
ставляет ли клетка систему, способную обучаться, то
есть детализировать свою программу на основе инди¬
видуальных актов опыта?
Для клеточного уровня организации, предшествую¬
щей ступени, на которой появляется познание, ответ на
эти вопросы может быть лишь относительно конкрет¬
ным, поскольку мы не знаем, как возникают в системе
соответствующие программы. Следующим шагом иссле¬
дования является анализ проблемы воспоминания и
памяти на молекулярном уровне. Здесь мы встречаем¬
ся с большими трудностями, так что может показаться,
что возможности познания исчерпаны. Встает вопрос,
каким образом, используя уже известные данные, мы
можем строить умозаключения в требуемом направ¬
лении.
Исходя из логической структуры общих типов про¬
цессов переработки информации, мы прежде всего мо¬
жем сказать, что в связи с процессами обучения дол¬
жен быть исследован процесс встраивания отдельных
сведений или воспоминаний в систему, которая способ¬
на сама совершенствовать или по крайней мере моди¬
фицировать свою программу. Для этого необходима об¬
ратная связь. Концепция химической обратной связи
имеет существенное значение для адаптивных процес¬
8 Зак. 387
225
сов первого типа, равно как и для алгоритмизованных
процессов при самоорганизации, при процессах обуче¬
ния второго и третьего типов. Особый интерес при этом
представляют ранее упоминавшиеся аллостерические
ферменты. Представляя более высокую фазу развития,
они позволяют информации «извне» — от иных метабо¬
лических путей — влиять на реакционную способность
ферментов. При этом белковая молекула проявляет
свойства, которые ранее содержались в ней лишь в по¬
тенции.
Накопление опыта путем столкновений со средой
играет необходимую роль регулятора, ведущего к опти¬
мизированному реагированию, и задает нормативную
шкалу, делающую возможным отбор в смысле элемен¬
тарных дарвиновских процессов на молекулярном
уровне.
Механизм иммунизации содержит явные черты про¬
цесса обучения. Происходят ли при этом соответствую¬
щие процессы на молекулярном уровне? Представляет
ли собой молекулярный процесс синтеза специфическо¬
го антитела при инфекции просто выработку определен¬
ного свойства или же это обучение? Если предпо¬
ложить, что это обучение, то необходимо тщательно
различать понятия инструктивного и селективного ме¬
ханизма.
9.2.1. Иммунобиологическая память
Говоря о «биологической памяти» на молекулярном
уровне, мы должны учитывать, что эта проблема тес¬
но связана с фактом наличия биологической специфич¬
ности. Можно считать, что решающее значение для
накопления информации на молекулярном уровне име¬
ет полимеризация макромолекул. Особенно отчетливо
эта решающая роль специфичности макромолекул ил¬
люстрируется данными молекулярной генетики [96] и
иммунологии [80], первая из которых исследует явле¬
ния «генетической памяти», а вторая, если так можно
выразиться, «иммунобиологической памяти».
Гены заключают в себе предпрограммированную
«память» организма, с помощью которой в ходе эволю¬
ции он оказывается в состоянии реализовать посред¬
ством мутаций и отбора так называемое долгосрочное
226
филогенетическое обучение. Однако и при гораздо бо¬
лее быстрых процессах обучения на уровне отдельной
клетки (онтогенетическое обучение через отбор) важ¬
ную роль играют молекулярные процессы, как это по¬
казывает пример выработки иммунитета.
В качестве первого приближения можно принять
достаточно распространенную гипотезу обучения через
получение внешних «инструкций». Исходящая из прин¬
ципа восприятия информации из внешнего мира модель
обучения такого типа сыграла существенную роль в
первых пробных попытках биохимического исследова¬
ния вопроса о способах накопления полученной инфор¬
мации.
Некоторые естествоиспытатели, считая фактический
материал молекулярной биологии совершенно недоста¬
точным, утверждали, что иммунизация возможна толь¬
ко на основе полной перемены в направлении потока
информации, то есть на основе движения информации
от белка к нуклеиновым кислотам. В противоположном
случае, по их мнению, невозможно согласовать мно¬
гообразие антигенных структур с ограниченной инфор¬
мационной емкостью генетического аппарата. Впослед¬
ствии были получены данные, показывающие, что
структура коротких и длинных цепей иммуноглобули¬
на детерминируется m-РНК. В настоящее время биоло¬
ги исследуют нуклеотидную последовательность этого
типа РНК. Многообразие же антигенов, видимо, явля¬
ется следствием ряда специфических процессов реком¬
бинации, молекулярный механизм которых пока еще
полностью не выяснен, но вполне согласуется с цент¬
ральной догмой молекулярной биологии и проявляется
на генетическом и эпигенетическом уровнях. Опровергая
инструкционистскую гипотезу, мы можем сослаться на
следующие факты.
1. Структурный анализ иммуноглобулинов показы-
' вает, что варьируемые участки L- и Н-цепей с их пунк¬
тами связывания для антигенов согласуются с опреде-
деленной закономерностью расположения аминокислот¬
ных групп. Было выяснено также, что пептидные цепи
белков одного типа у мыши и у человека проявляют
больше сходства друг с другом, чем пептидные цепи
антител человека различного типа. Этот факт можно
удовлетворительно интерпретировать только с точки
в*
227
зрения филогенетического развития соответствующих ге¬
нов, кодирующих данные пептидные цепи.
2. С точки зрения инструкционистской гипотезы
трудно объяснить, почему молекула антитела имеет
всегда два идентичных центра связывания антител.
3. Клетки, образующие антитела, и онтогенетические
предшественники этих клеток несут на своей поверхно¬
сти иммуноглобиновые рецепторы антигенов. Устране¬
ние клеток этого типа из общего состава клеточной по¬
пуляции с помощью методов избирательного связыва¬
ния антигеном ведет к тому, что организм обогащается
иммунокомпетентными клетками других (оставшихся)
типов, а его способность образовывать антитела против
данного антигена резко снижается, в то время как спо¬
собность к реакции по отношению к прочим антигенам
остается нормальной.
С точки зрения теоретической, исторической и мето¬
дологической большой интерес представляют различные
гипотезы и попытки объяснения процесса образова¬
ния антител, приблизившие нас к решению этой про¬
блемы.
Одним из первых ею занялся Эрлих, исходивший из
предположения, что вся информация, касающаяся об¬
разования антител, уже заранее представлена в клет¬
ках, продуцирующих антитела. Образование антитела в
информационном отношении, так сказать, уже преде-
терминировано. Антигену остается только выбрать со¬
ответствующее ему антитело из имеющегося набора
возможных антител, после чего молекулы антитела, не
претерпевая изменений в смысле своей специфичности,
только увеличиваются в числе. Это же представление
мы вновь находим в более поздней «естественной тео¬
рии отбора» Иерне и в «теории клонального выбора»
Бюнье. В основе всех этих взглядов лежит вышеупомя¬
нутое понимание процесса опознавания и поиска ин¬
формации. Оно свойственно и инструкционной концеп¬
ции, хотя в других отношениях она противостоит селек-
ционистской. В этом случае под «инструкцией» следует
Понимать восприятие любого рода информации, высту¬
пающей в виде воздействия факторов внешней среды,
например макромолекул, которые отдают содержащую¬
ся в них информацию процессам макромолекулярного
синтеза клетка нуждается в этой информации, по¬
скольку не получает ее генетическим путем).
^28
В инструкционистских представлениях Полинга, Го¬
ровица и других авторов, испытавших влияние Ланд¬
штейнера, принимается, что антиген действует как мат¬
рица, вызывая образование комплементарных себе ве¬
ществ и тем самым специфичных антител. Согласно
этому представлению, антиген несет в себе инструкцию
для синтеза некоторого белка со специфической функ¬
цией. Из этого же представления исходит и полингов-
ская теория расщепления. Полинг считал, что все ан¬
титела имеют одинаковую первичную структуру, то есть
что в полипептидных цепях всех антител последова¬
тельность аминокислотных остатков идентична; различа¬
ются же антитела между собой только конфигурацией
молекул. Однако от этой гипотезы приходится отка¬
заться, поскольку при более тонкой технике анализа
удалось найти различия в аминокислотных последова¬
тельностях между различными по своей специфичности
антителами, так что дело не сводится к одной форме
молекул.
До настоящего времени, таким образом, мы не рас¬
полагаем указаниями на «обратный ход» механизма
белкового синтеза на рибосомах, то есть на сколько-ни¬
будь специфическое программирование структуры ДНК
или РНК посредством белковой матрицы. Допущение
какого-то чисто информационного процесса на молеку¬
лярном уровне, определяемого субстратом или, напри¬
мер, антигеном, остается чисто умозрительной возмож¬
ностью.
Вместе с тем маловероятно, чтобы в процессе эво¬
люции для огромного множества антигенов, в том чис¬
ле и для искусственно синтезированных, в генотипе су¬
ществовала заранее закодированная, то есть преформи-
рованная программа синтеза всех соответствующих им
антител. Понятно, что в столь сложной гносеологиче¬
ской ситуации естествоиспытатель вынужден предпри¬
нять поиск новых моделей для объяснения. В подобных
случаях некоторые ученые обращаются порой к старым
и отжившим философским концепциям. Достаточно со¬
слаться на теории Шрамма, который иТцет опоры в
платоновском учении об идеях.
Однако возможно иное истолкованйёРЧфактов, при¬
веденных в ходе дискуссии по проблема^ФЛетерминиз-
ма, особенно тех, которые касаются призн^ня объек¬
тивной роли случая, возникновения все новых9йоз-мож-
229
ностей, выражающих диалектическое единство необхо¬
димости и случайности.
Одна из альтернативных возможностей заключается
в обучении через отбор. Противопоставление прямого
«инструктирования» со стороны внешней среды и пре¬
формации не соответствует действительности. Имеет
место, скорее, комбинация различных заранее закоди¬
рованных частичных программ. Это означает, что обу¬
чение на молекулярном уровне, например при процес¬
сах иммунизирования, основывается на отборе и осуще¬
ствляется на базе унаследованных или заложенных в
ранний эмбриональный период (при статистическом
взаимодействии весьма разнообразных, лишь отчасти
наследственных структур антител и при последующем
отборе) программ, как генетически обусловленных, так
и вновь образуемых.
Способность отдельной клетки к объединению ча¬
стичных программ в комплексы, соответствующие оп¬
ределенным функциональным нормам, есть некая выс¬
шего рода способность к обучению и адаптации. Сог¬
ласно данной гипотезе, эта способность экстраполиру¬
ется и на молекулярный уровень, причем решающей
является (в эволюции и при комбинации частичных
программ) возможность чисто вероятностного возникно¬
вения различных структур, обусловливающих собой
специфичность реакции. Основой для этого вероятност¬
ного процесса служит отбор, а не прямое «инструкти¬
рование» со стороны среды.
Отмечая специфичность реагирования антител, мы
подчеркивали, что число дифференцированных специ¬
фических защитных веществ не может быть меньше,
чем число возможных болезнетворных агентов, а, ско¬
рее всего, гораздо больше этого числа. Практически
организм в состоянии вырабатывать специфические ан¬
титела против огромного числа антигенов, включая ис¬
кусственно синтезированные продукты, то есть веще¬
ства, которые ранее никогда не встречались в природе.
Долгое время полагали, что эта проблема может
быть решена с помощью инструкционистской гипотезы,
путем допущения, что проникающий в организм анти¬
ген несет с собой информацию, соответствующую выра¬
ботке специфических антител. Однако современные дан¬
ные убедительно показывают несостоятельность этой ги¬
потезы. Означает ли это, что верен противоположный
230
тезис — изначальной преформации? В случае дилеммы
«инструкция или преформация» следует точно устанав¬
ливать, о каком уровне организации и моменте физио¬
логического цикла идет речь (включая молекулярный
уровень и момент, связанный с биосинтезом белка).
Во избежание недоразумений следует подчеркнуть
справедливость общепринятого в настоящее время по¬
ложения, что по крайней мере к моменту синтеза бел¬
ков весь ход дальнейшего синтеза уже предкодирован,
или преформирован. В соответствии с селекционистской
гипотезой это означает, что выбор с этого момента при¬
обретает однозначный характер. Именно так обстоит
дело в момент синтеза белка. Однако в философском
смысле преформация означает допущение, что те или
иные структуры имеются в наличии с самого начала,
и именно в этом смысле преформационистский тезис
ошибочен. Возникает вопрос, не может ли быть содер¬
жанием ранних стадий онтогенеза раскрытие или раз¬
множение уже имеющейся генетической информации с
участием соматических мутаций или рекомбинаций.
Стремясь избежать такой полной или абсолютной
преформации, Моно предложил свою гипотезу «рулет¬
ки»: «...Вообще говоря, организм способен образовы¬
вать антитела в ответ на воздействие веществ практи¬
чески с любой пространственной конфигурацией моле¬
кул. Возможности в этом отношении, в сущности, не¬
ограниченны. Долгое время считалось, что источником
информации для синтеза специфичных ассоциативных
структур служит сам антиген. Сегодня мы знаем, что
структуру антитела нельзя вывести из антигена; уни¬
кальной способностью осуществлять случайный процесс,
определяющий (с помощью точно фиксированного уча¬
стка генетических сегментов) структуру антител, обла¬
дают специализированные клетки, в большом числе
продуцируемые организмом. Каким образом действует
эта специализированная и сверхскоростная «генетиче¬
ская рулетка», пока еще не совсем ясно, однако веро¬
ятно, что здесь играют роль как рекомбинационные,
так и мутационные процессы. И те и другие каждый
раз возникают случайным образом, поскольку клетка
ничего не знает о структуре антигена. Следовательно,
антиген вызывает некий отбор и преимущественное раз¬
множение клеток, вырабатывающих антитела, на кото¬
рые он (антиген) реагирует» [141, с. 155—156],
231
Несомненно, что употребленная здесь метафора «ру¬
летки» опирается на принципы случайного функциони¬
рования (оперативная случайность). Однако в данном
тезисе содержится философская гипотеза, требующая
опровержения или подтверждения, согласно которой
высокоорганизованная живая система может оградить
себя защитным барьером только с помощью случайных
процессов, то есть только при участии случайности ор¬
ганизм приобретает соответствующую потенцию.
Если исходить из этой гипотезы, то становится оче¬
видно, что обучение здесь по своей сути заключается
вовсе не в получении информации из пространственной
среды. Организм стремится к состоянию повышенной
организации, но не «реактивно», как это имеет место
у технических систем (обучающихся автоматов), а,
наоборот, активно, отправляясь от условий, существую¬
щих в самом организме как системе. Поэтому здесь
следует говорить не просто об обучении, но о некото¬
рой качественно новой форме поведения, надстраивае¬
мой над простым обучением в смысле извлечения ин¬
формации из окружающей среды.
Таким образом, при рассмотрении явлений иммуни¬
тета нам пришлось выйти за пределы представлений о
моделировании, связанных с техническими автоматами,
потому что наглядные модели не дают возможности от¬
разить внутреннюю противоречивость материи, играю-
шую важную роль в процессах, связанных с повышением
уровня организации, с развитием, с возникновением ин¬
формации.
9.2.2. Память в нервной системе
Исследование функций обучения и памяти, анализ
записи информации и лежащих в ее основе молекуляр¬
ных и цитологических процессов представляет собой
существенную предпосылку для понимания деятельно¬
сти высокоразвитой нервной системы.
Человеческая жизнь по своей специфике, выделяю¬
щей ее среди всех видов онтогенеза, тесно связана со
способностью нервной системы накапливать данные
опыта и в соответствии с накопленной информацией не
только изменять поведение человека в направлении его
приспособления к среде, но и активно влиять на
последнюю. Данные молекулярной биологии способ¬
232
ствуют все более отчетливому пониманию того, какие
специфические функции нервных клеток важны для выс¬
шей нервной деятельности, какие нейронные эффекты
образуют основу психических процессов и познаватель¬
ных актов, основу сложных процессов переработки ин¬
формации в высокоразвитой нервной системе.
В последние годы предметом обсуждения стал воз¬
можный биохимический базис долговременной памяти.
Какие изменения имеют место в нервной системе, ког¬
да из столкновения с внешним миром организм извле¬
кает некоторый опыт? В чем заключаются функцио¬
нальные основания процесса сохранения информации в
нервной системе в течение длительного времени?
Гипотеза, отстаиваемая в настоящее время Матти¬
сом [137, 138], исходит из того, «что при определен¬
ной комбинации внешних раздражителей и условий
внутренней среды организма на уже существующие
сети связей нервных клеток накладывается простран¬
ственно-временная мозаика возбуждения. Эта систем¬
ная активность и связанное с ней возбуждение контакт¬
ных участков, синаптическая активность, проявляются
в виде биохимических процессов, то есть в виде хими¬
ческого переноса возбуждения от одного нейрона к дру¬
гому. В ходе этого процесса наблюдаются изменения
концентрации и перемещения веществ-медиаторов и
продуктов их метаболизма. Эти последние известны как
«информационные метаболиты». Возможно, что они не¬
посредственно (например, путем сдвигов в активности
ферментов, участвующих в обмене медиаторов, и затем
в функциональных свойствах белков клеточной оболоч¬
ки) ведут к изменению функциональных свойств сты¬
ковых участков между нейронами — синапсов. Эту ре¬
гуляцию мы называем синаптосомальной, потому что
она непосредственно осуществляется в синапсах. Весь
этот процесс проходит относительно быстро, но его ре¬
зультаты, вероятно, недолговечны. Однако информа¬
ционные метаболиты могут воздействовать и на спосо¬
бы внешнего проявления генов клеточного ядра, а сле¬
довательно, вызывать количественные или качествен¬
ные изменения транскрипции. Такая форма воздей¬
ствия, называемая «ядерной регуляцией», проходит че¬
рез ступень синтеза РНК и белка, а потому в целом
протекает медленнее, чем синаптосомальная регуляция.
Однако она ведет к более долговременным изменениям
233
Комплекс
раздражителей
Внешняя
среда
Внутренняя
среда организма
| Реакция-]
[Рецепторная активность] [Мотивация] [ Оперативная программа[
| Внимание |
Модель
внешней среды
>1 Ассоциация |=
| Синаптические связи
Пре- и постси¬
наптическая
активность
Рецепторный
белок
Системная
активность
♦[Синаптическая активность]
| Синтез медиаторов | | Информационные метаболиты"]
[фермент-медиатор]
СинАптоСомаль-
ная регуляция
| Белок мембран Ц
| Белок-фермент^
I Регуляторный белок
Конфигурационные
изменения молекул
Белковый синтез,
определяемый РНК
\
| Аминокислоты |
Перенос
через аксоны
Ядерная
регуляция
Рибосомальная
регуляция
Самоподдержива-
ющая система
Оротовая
кислота
| Азаурацил |
РНК
РНК,
ойределяемый
ДНК
Рис. 7. Внутриклеточная регуляция синаптического соединения
нервных клеток как основа процессов накопления информации
в нервной системе по Маттису [137, 138].
Верхняя часть схемы представляет процессы, участвующие
в переработке информации на уровне системной организации. Био¬
логический субстрат этих процессов — нервные клетки в их про¬
странственной и временной связи, осуществляемой через синапсы.
Получение информации нервной системой ведет к активизации опре¬
деленных, соответствующих именно данной комбинации раздражений
нервных сетей и связывающих их синапсов. Синаптическая актив¬
ность сопровождается биохимическими процессами на клеточном
уровне биологической организации, изображенными в нижней части
схемы. Эти процессы определены прежде всего изменениями концен¬
трации и размещения некоторых веществ («информационных мета¬
болитов»), происходящими в процессе синаптической активности.
При соответствующих условиях упомянутые изменения могут вы¬
зывать два вида регуляторных процессов.
1. «Синаптосомальная регуляция» характеризуется изменениями
в форме молекул белков клеточной оболочки или ферментов, кото¬
рые относительно быстро внедряются в активированные синапсы
и ведут к непродолжительным сдвигам в их функциональных свой¬
ствах. Эти сдвиги воздействуют на пути, по которым распростра¬
няется возбуждение в нервных сетях, активированных первичными
комбинациями раздражений, и таким образом создают функциональ¬
ный базис краткосрочной памяти.
2. «Ядерная регуляция» характеризуется воздействием «инфор¬
мационных метаболитов» на транскрипцию генетической информации.
Этот вид регуляции ведет к количественным и (или) качественным
сдвигам в синтезе РНК и в зависящем от него протеиновом синтезе.
Изменения в строении ферментативных, мембранных, регуляторных
и рецепторных белков ведут к замедлению (по одной из временных
составляющих макромолекулярного синтеза) соответствующих изме¬
нений в функциональных свойствах первично активированных ней¬
ронов и их синапсов. При этом происходит длительная фиксация
путей распространения возбуждения, которая, возможно, образует
биологическую основу долговременной памяти, особенно в случаях
возникновения необратимых изменений в транскрипции.
Содержание информации не определяется спецификой протекаю¬
щих в синапсах элементарных биохимических процессов или специ¬
фикой образуемых в результате этих процессов макромолекул.
Содержание информации, поступающей «на хранение», определяется
специфичностью пространственно-временных схем возбуждения нерв¬
ных сетей, возникающей в результате образования преимуществен¬
ных связей между некоторыми нейронами (по сравнению с другими).
Сокращения: ЦТФ — цитодинтрифосфат; УТФ — уридинтрифосфат;
УМФ — уридинмонофосфат.
23В
синаптической функции посредством перестройки си¬
наптических мембран или путем усиленного продуци¬
рования рецепторных белков» [137 , с, 22].
Новые данные молекулярной биологии относительно
накопления и передачи информации, а также регуляции
обмена веществ в клетке оказались плодотворными для
развития физиологии мозга и вообще нервной системы.
Они послужили исходным пунктом для решения целого
ряда проблем.
В этой связи требует ответа вопрос о том, како¬
го рода процессы определяют длительный характер за¬
поминания и инвариантность накопленной информации;
лежит ли в основе кратковременной памяти тот же ме¬
ханизм, что и в основе долговременной памяти, или же
в этих двух видах накопления информации мы имеем
дело с различными физиологическими процессами. От¬
вет на этот вопрос приблизит нас к пониманию меха¬
низмов памяти в нервной системе.
Маттис с сотрудниками исследовали, наблюдается
ли в результате эксперимента с обучением усиление
синтеза РНК. В определенных участках мозга им уда¬
лось обнаружить усиленную инкорпорацию меченых
предшественников РНК; из этих участков наблюдается
усиленный отток меченой РНК к телам и отросткам
нейронов. Помимо этого, в тех же участках мозга на¬
блюдается усиленный белковый синтез. При прочих
равных условиях синтез белка происходит тем интен¬
сивнее, чем быстрее животное обучается.
Выяснилось, что синтез РНК явно играет опреде¬
ляющую роль по отношению к скорости и объему про¬
цессов, регулирующих запоминание. При завершении
определенных ступеней синтеза РНК скорость включе¬
ния РНК в клетку в эксперименте с обучением воз¬
растала, причем достигалось также ускорение перехо¬
да информации в долговременную память (см. рис. 7).
Память как сохранение усвоенных способов поведе¬
ния, видимо, обеспечивается этими процессами, связан¬
ными с РНК, поскольку до настоящего времени не
было обнаружено никакого иного вещества, которое
могло бы объяснить запоминание. Животные, обрабо¬
танные после эксперимента биохимическими предше¬
ственниками пиримидиновых нуклеотидов, даже через
200 дней после обработки реагировали на раздражите¬
ли так, как были обучены в эксперименте; в'то же вре¬
236
мя необработанные животные забывали реакции, кото¬
рым были обучены, уже через 10—14 дней. Отсюда
можно заключить, что наличие или отсутствие пирими¬
диновых нуклеотидов, необходимых для ядерного син¬
теза РНК, представляет собой лимитирующий фактор
для процессов обмена веществ, ведущих к образованию
следов в памяти. Можно также сделать вывод, что бо¬
лее интенсивный синтез этих нуклеотидов, инициирую¬
щих метаболизм нейронной РНК, ведет к усилению
процессов, лежащих в основе обучения и запоминания.
Такое представление способствует лучшему пониманию
физиологической основы этих процессов.
Целый ряд гипотез и предположений связан с воз¬
можностью синтеза макромолекул (рибонуклеиновых
кислот и белков), происходящего в нервной системе при
накоплении информации. В этом направлении интер¬
претировались результаты различных опытов, поставлен¬
ных в течение последних лет. Выдвигавшиеся ранее в
истории науки объяснения были конкретизированы и
согласованы с экспериментальным материалом. В пер¬
вую очередь это относится к прямому кодированию ин¬
формации, поступающей из внешнего мира, на макро¬
молекулах нервных клеток. В этой связи были выдви¬
нуты такие понятия, как «молекула памяти» или «ве¬
щество, определяющее специфику обучения».
Однако подобный способ рассмотрения со всей оче¬
видностью обнаруживает свою односторонность, при¬
водя к преждевременному и необоснованному отож¬
дествлению процессов обработки и накопления инфор¬
мации на различных уровнях биологической органи¬
зации.
Маттис подчеркивает: «Нередко не замечают, что
сложные системы на высших уровнях биологической
организации обладают свойственными им принципами
функционирования, своими закономерностями и струк¬
турами и только частично опираются на системы низ¬
ших уровней и их функционирование» [138]. Учет фи¬
логенетических аспектов и точки зрения информатики,
а также диалектическое мышление, ориентированное
на учет закономерностей соответствующих ступеней ор¬
ганизации материи, будет способствовать преодолению
односторонности рассмотрения.
Филогенетически новая способность к обработке ин¬
формации у многоклеточных организмов реализуется,
237
конечно, на основе взаимодействий между клетками и
их связей с внешней средой. При этом, однако, функ¬
циональные принципы, господствующие на молекуляр¬
ном и цитологическом уровнях, не теряют своего значе¬
ния, но включаются в систему этой более высокой спо¬
собности и в ее рамках получают дальнейшее развитие.
Односторонняя молекулярная интерпретация памяти
сомнительна также и потому, что принятие прямого
кодирования сигналов из внешней среды на макромо¬
лекулах ставит целый ряд новых проблем. Возникает
вопрос, достаточно ли для запоминания структурной
модификации белка или же система нуклеиновых кис¬
лот, в особенности РНК, также вовлечена в этот про¬
цесс. Поскольку белок не является устойчивым и не
способен к репродуцированию, рано или поздно он дол¬
жен разрушиться, так что приходится предполагать об¬
ратный перенос информации с белка на нуклеиновые
кислоты.
Степень константности функции обусловливается сте¬
пенью устойчивости белков, которая в свою очередь
определяется устойчивостью РНК и далее ДНК, по
принципу ДНК-> РНК-> белок-> функция. Изменения
в структуре белков (Р) ведут к изменению в функции
(F) по принципу Pi =/= Р —> Fi #= F.
Изложенные соображения по поводу сохранения ин¬
формации в нервной системе основываются на пред¬
ставлении о корреляции между сохранением информа¬
ции и механической стабильностью субстрата этой ин¬
формации, то есть на механистическом представлении.
При многих процессах в нервной системе приспособле¬
ние к внешним факторам меняет функционирование
клетки и сказывается на длительности существования
молекул белка. Этот факт, по-видимому, может быть
объяснен только тем, что новая функция становится
возможной благодаря изменению не одного лишь белка
(Р->Р1 =^=), но также и РНК (PHKi = РНК) [186].
Утверждение о том, что влияния внешней среды,
вызывающие изменения в белках, попутно могут гене¬
рировать и генетическую информацию, предполагает
наличие двух механизмов, не находящих фактического
подтверждения: во-первых, любой фактор внешней сре¬
ды должен адекватным образом изменять аминокислот¬
ную последовательность белка и, во-вторых, должна
существовать система, обеспечивающая обратную пере¬
238
дачу преобразованной в белке информации на последо¬
вательность нуклеотидов.
Однако «центральная догма» молекулярной биоло¬
гии гласит, что поток информации идет только от нук¬
леиновых кислот к белкам, но не в обратном направ¬
лении. Механизм трансляции строго необратим. Это
как бы улица с односторонним движением, и, хотя в
теоретическом отношении могут существовать другие
позиции по данному вопросу, нет никаких эмпириче¬
ских свидетельств движения в противоположную сто¬
рону.
Таким образом, и в случае с памятью в нервной
системе следует признать, что информация хранится
не на молекулярном уровне, потому что на макромоле¬
кулах не могут быть закодированы сложные информа¬
ционные комплексы, содержащиеся в памяти. Быстрота
процессов восприятия, воспоминания и запоминания у
человека также свидетельствует против допущения, что
в центральной нервной системе все виды сигналов из
внешнего мира накапливаются на специфических бел¬
ках и нуклеиновых кислотах. По существу, здесь можно
говорить лишь о специфических схемах возбуждения в
нервных сетях, — о схемах, основанных на процессах
обучения и на возникновении (на базе внутриклеточ¬
ной регуляции) тех или иных предпочтительных связей
между нейронами.
Возможности регуляции клеточных процессов, рас¬
смотренные в предыдущей главе, сводятся к индукции
или ингибированию врожденных генетических потен¬
ций. Способность организмов к приспособлению значи¬
тельно повышается, если они оказываются в состоянии
сохранять в своей памяти факты собственного индиви¬
дуального опыта. Молекулярная биология может ока¬
зать существенную помощь для объяснения этой спо¬
собности, если удастся экспериментально вызвать (пу¬
тем стимуляции или ингибирования) стабильные во
временном отношении, но не наследуемые проявления
генов. Речь идет об одном из неясных пока еще клю¬
чевых вопросов исследования процессов дифференциа¬
ции (см. разд. 10.5), который, возможно, важен и для
понимания функционирования нервных клеток.
Наличие механизма обратной передачи информации
на нуклеиновые кислоты не подтверждается. Нет так¬
же окончательного ответа на вопрос о том, действитель¬
но ли информация, хранимая организмом в памяти,
записана на молекулярном уровне и, соответственно,
используются ли возможности переключения и реаги¬
рования нейронных сетей только для распространения
и переработки информации или же стыковые участки
этих сетей сами способны к первичной записи инфор¬
мации и используют молекулярные программы только
для образования более или менее специфичных пере¬
ключающих элементов. В настоящее время признанной
является вторая возможность. Эспериментальное иссле¬
дование процессов самоорганизации на молекулярном
уровне, в филогенезе и онтогенезе, вероятно, приведет
к углублению наших знаний в этой области.
Применительно к исследованию явлений живой при¬
роды собственно биологические закономерности явля¬
ются более глубокими, разносторонними и вместе с тем
более конкретными, чем закономерности и принципы
действия техники автоматов. Следует ожидать, что и
принцип тесной корреляции между степенью стабильно¬
сти носителя информации и устойчивостью самой ин¬
формации, ориентированный на технико-автоматическое
мышление, подвергнется в дальнейшем модификации и
будет углублен. Не исключено также, что именно в
этой области следует ожидать появления новых рабо¬
чих гипотез. Возможно, например, что живой организм
часто как бы избегает использования стабильных меха¬
нических и химических структур для записи инфор¬
мации.
При поиске материальных основ процессов, связан¬
ных с обучением и памятью, не следует, по-видимому,
искать специфических молекул (подобных тем, с кото¬
рыми имеет дело иммунология); скорее, надо поставить
вопрос о механизмах, определяющих внутреннюю орга¬
низацию нервных клеток, их функциональную активи¬
зацию и вытекающие из нее сдвиги в их простран¬
ственно-временных связях.
Если признать, что специфической базой накопле¬
ния и переработки сложной информации служит про¬
странственно-временное расположение нейронов и их
функциональные состояния, то для анализа процессов
обучения необходимо исследовать механизмы регуля¬
ции, обеспечивающие варьирование способов соедине¬
ния нейронов. Следует предпринять поиск внутриней-
ронных регуляторных процессов, которые протекают на
240
базе предшествующей им синаптической активности и
ведут к более или менее длительным сдвигам в функ¬
циональных характеристиках синапсов, к изменению их
пороговых значений, а тем самым и к изменениям весов
функций на входах нейронов, участвующих в образова¬
нии данных синапсов. Идея о наличии таких процессов
была сформулирована еще в 1949 году К. Хеббом.
Важный в философском отношении аспект пробле¬
мы материального субстрата памяти связан с тем, что
исследования этой проблемы позволяют надеяться на
целенаправленное воздействие на познавательные и
психические функции (например, при их нарушении
или в целях их интенсификации). Такое воздействие
открыло бы новые перспективы перед медициной, педа¬
гогикой и психологией. Ответ на поставленные в на¬
стоящем разделе вопросы имел бы большое значение
как в плане знания человека о себе самом, так и в пла¬
не основного вопроса философии, вопроса об отноше¬
нии между бытием и сознанием.
Вопрос о процессах запоминания, вопрос о причинах
способности человека и животного накапливать данные
опыта и изменять соответственно им свое поведение от¬
носится к числу интереснейших и наиболее животрепе¬
щущих проблем современной биологии. Анализ этой
проблематики непосредственно подводит нас к изучению
проблем перехода от биологической к социальной фор¬
ме движения материи.
9.3. Информационные и биосинтезирующие
связи между нуклеиновыми кислотами
и белками
Взаимосвязь между нуклеиновыми кислотами и бел¬
ками основывается на том, что нуклеиновые кислоты
содержат в себе код для синтеза белков, а сам процесс
синтеза как белков, так и аминокислот осуществляется
посредством белков-ферментов: репродукция РНК и
ДНК происходит с помощью ферментов, которые сами
синтезируются с помощью нуклеиновых кислот. Белки
участвуют в синтезе ДНК и РНК именно как ферменты.
Специфичность белка, то есть его аминокислотная
последовательность, согласно Коммонеру, определяется
не только опосредованной РНК последовательностью
241
оснований на отрезке ДНК, но и видовой специфич¬
ностью синтетазы. Коммонер добавляет, что некоторое
влияние на аминокислотную последовательность, воз¬
можно, оказывает и специфический характер транспорт¬
ной РНК и рибосом. По данным Фридмана и Вайн¬
штейна, добавление в синтезирующую систему спермина,
спермидина или дигидрострептомицинполиуридиновой
кислоты также оказывает воздействие на включение
изолейцина, серина, валина и тирозина в полипептиды.
Это показывает, что кодирующие свойства определяются
не только последовательностью нуклеотидных триплетов
в информационной РНК, но в какой-то мере также и
структурой рибосом или иными подобными факторами.
На основании этих данных была сформулирована
гипотеза, согласно которой система информационных
связей, включающая в себя как белки, так и нуклеи¬
новые кислоты, в своей основе имеет циклическую при¬
роду. По мнению Коммонера, тезис о ДНК как единст¬
венном и полном источнике всей информации, которая
затем поступает в структуру белковых тел или новооб-
разуемых нуклеиновых кислот, оправдан только в том
случае, «если система, передающая специфичность, яв¬
ляется монофилетичной и работает линейно, без всяких
разветвлений и обратных связей, в направлении от
ДНК к белку» [54]. Решающий вывод, к которому
приходит Коммонер, состоит в том, что специфичность,
воплощенная в нуклеотидной и аминокислотной после¬
довательностях, связана с молекулами различной при¬
роды, входящими в состав единой системы, характери¬
зуемой циклическими взаимодействиями по типу обрат¬
ной связи.
В то же время и в рамках центральной догмы мо¬
лекулярной биологии в известной мере признается на¬
личие обратных связей. Впрочем, эти обратные связи
ведут только к модификациям, хотя такие модификации
могут оказаться весьма значительными. К ним отно¬
сится, например, воздействие на темпы мутирования,
исправление повреждений в молекулах ДНК, амплифи¬
кация генов; регуляторные изменения в репликации,
транскрипции и трансляции; ликвидация последствий
точечных мутаций при трансляции. Тем не менее неиз¬
вестны случаи возникновения информации путем пере¬
дачи сигнала от аминокислотной последовательности
242
белка на нуклеотидную последовательность в Молекуле
нуклеиновой кислоты.
Резюмируя вышесказанное, отметим, что расхожде¬
ния существуют в основном по вопросу о значении про¬
цессов обмена веществ и информации для понимания
природы живого, об отношении обмена веществ к обме¬
ну информации. Представляет ли инвариантность
нуклеиновых кислот относительно белка центральную
проблему биологии или же основную роль играет более
общая проблема соотношения информации и обмена
веществ?
С точки зрения естественно-исторической перспек¬
тивы по данному вопросу следует различать несколько
возможных позиций.
1. Природа ДНК и биологической информации счи¬
тается неизвестной, изучается пока только обмен ве¬
ществ. Эта позиция представлена, например, Варбургом.
2. Признается необходимым изучение как информа¬
ционных процессов, так и обмена веществ, однако в
дальнейшем подчеркивается преимущественная роль
обмена веществ, информации же уделяется недостаточ¬
ное внимание. Представителем данной точки зрения
был, например, Хиншелвуд, исследовавший возникнове¬
ние (в присутствии некоторого антибиотика) резистент¬
ности бактериальной популяции к антибиотикам. Иссле¬
дование проводилось исходя из предпосылки, что имеет
место прямое воздействие антибиотика на бактериальную
клетку, причем считалось доказанным, что антибиотик
непосредственно делает клетку резистентной. В дейст¬
вительности, однако, в любой крупной популяции бак¬
терий присутствует небольшое число резистентных кле¬
ток, возникших путем спонтанных мутаций, и в резуль¬
тате появления антибиотика такие клетки получают
внезапное преимущество перед всеми остальными. Этот
момент подчеркнут Леем, справедливо заметившим, что
«опыт Хиншелвуда не объясняет, каким образом осу¬
ществляется направленная адаптация» [132, с. 1329].
Ошибочно также данное Хиншелвудом объяснение ме¬
таболического поведения бактериальной популяции
при добавлении веществ, способствующих отклонению
обмена веществ в ту или иную сторону. В этом случае
он также предположил у клетки способность прямого
обучения выработке необходимых для ее метаболизма
ферментов. Эта способность возникает якобы как реакция
243
на контакт с видоизмененным субстратом, тогда как,
скорее, здесь действует предложенная Жакобом и
Моно модель переключения вариантов генетической
информации. Впрочем, поскольку работы Хиншелвуда
относятся ко времени открытия генетической роли ДНК,
точнее сказать, что он занимал позицию, промежуточ¬
ную между первым и вторым из рассматриваемых на¬
правлений.
Ко второму направлению принадлежат также иссле¬
дователи, для которых «центральная догма» молеку¬
лярной биологии в своей первоначальной интерпретации
неприемлема, поскольку не учитывает роли обмена ве¬
ществ и функции белков. Эти исследователи справед¬
ливо подчеркивали, что белки клетки и субстрата долж¬
ны оказывать влияние на структуру и функцию синте¬
зируемых веществ. Они предсказывали, что структура
синтезируемой клеткой ДНК окажется в зависимости
от структуры полимеразы. Эта идея верна, и мы еще
вернемся к ней при рассмотрении четвертой из возмож¬
ных позиций.
Однако исследователи, стоящие на второй позиции,
заходят слишком далеко в своем оправданном стремле¬
нии разработать проблему взаимоотношений между
белками и нуклеиновыми кислотами. Они представляют
дело так, как если бы белки содержали информацию в
том же смысле, что и нуклеиновые кислоты, то есть не
учитывают адаптивных и функциональных различий
между теми и другими. Поэтому им кажется возмож¬
ным обратнонаправленный поток информации, переко¬
дировка последовательности аминокислотных остатков
прямо в последовательность нуклеотидов. Отсюда сле¬
дует вывод, что проникающие в клетку молекулы белка
вносят вклад в фонд ее генетической информации.
Однако это столь же опасно для жизни, как если бы
никакой информации вообще в клетку не поступало.
Если бы структурная информация, которая содержится
в макромолекулах, попадающих в клетку в ненарушен¬
ном виде, вливалась в генетический аппарат, результа¬
том был бы хаос. Жизнь не могла бы удерживаться в
своем специфическом качестве. В клетке отсутствует
механизм, посредством которого она может как бы на¬
щупать последовательность аминокислотных остатков
в проникшей в клетку белковой молекуле. Исходя из
современных представлений о надежности, нельзя пред¬
244
полагать, чтобы подобный механизм «нащупывания» и
перекодирования мог возникнуть в ходе эволюции и
имел преимущество с точки зрения отбора. Современ¬
ные устройства для переработки информации, в кото¬
рые информация закладывается извне, должны снаб¬
жаться специальными приспособлениями, обеспечиваю¬
щими их надежность, защищающими их против опас¬
ности перегрузки избыточной информацией. Белки не
могут быть в этом смысле носителями полезной для
клетки информации, и этот факт не меняется ни отто¬
го, что они в своем взаимодействии с нуклеиновыми
кислотами играют активную и даже модифицирующую
роль, ни оттого, что белок может приобретать новые
или видоизмененные информационные свойства. Эта
способность белка связана с направленной деятель¬
ностью и ведет к наследственным изменениям только
посредством случайных мутаций.
Белки могут активно влиять также на трансляцию,
изменяя либо ингибируя действие тех или иных кодо-
нов. Однако и в этом случае (как и в случае приоб¬
ретения белком новых информационных свойств) для
того, чтобы результаты такой активности, вызывающие
мутации или воздействующие на трансляцию, оказались
в данной среде выгодными или хотя бы безвредными,
необходимо прежде всего, чтобы они не привели сра¬
зу же к гибели индивида или вида.
Хотя изложенные выше соображения Коммонера по
вопросу об информационной роли белков содержат в
себе неточности, тем не менее он, несомненно, является
одним из первых исследователей, обративших внимание
на несостоятельность догматического понимания «цент¬
ральной догмы» молекулярной биологии.
Следует отметить, что критические замечания по
поводу взглядов Коммонера были высказаны Рапопор¬
том. Он подверг критике предпосылку, что определен¬
ные ферменты и конфигурация их молекул могут
иметь существенное значение для воспроизведения
последовательности нуклеотидных оснований, а следо¬
вательно, и аминокислотных остатков. По мнению Рапо¬
порта, эта предпосылка приводит к новым затрудне¬
ниям, если принять во внимание следующее: «Молекула
ДНК регулирует образование многих, допустим 100,
молекул фермента. Для того чтобы изменение, коснув¬
шееся молекул фермента, нашло генетическое выражение,
245
большинство молекул фермента должно измениться од¬
новременно и в одном и том же направлении. Однако
это гораздо менее вероятно, чем изменение лишь в од¬
ной молекуле ДНК. Поэтому, скорее, именно ДНК
определяет последовательность аминокислотных остат¬
ков и строение ферментов, участвующих далее в син¬
тезе ДНК и РНК, то есть получается порочный круг»
[165]. Рапопорт считает, что для выяснения механизма
Экологических воздействий необходима новая постанов¬
ка вопросов и эксперименты.
Его взгляды также заслуживают внимания как одно
из возможных направлений в исследовании интересую¬
щей нас проблемы. Ее диалектика заключается не
в признании полного равноправия белков и нуклеино¬
вых кислот, но, скорее, в выявлении противоречия (как
в области структуры, так и в области функции), имею¬
щегося между этими двумя составными частями клетки
и снимаемого в их взаимодействии в процессах воспро¬
изведения и эволюции [172, 173].
3. Третья возможная позиция исходит из признания
ведущей роли информации. Чрезмерное подчеркивание
роли информации ведет к принижению обмена ве¬
ществ, поскольку последний выступает в роли лишь вто¬
ричной (производной) функции. Функционирование ДНК
и взаимодействующих с ней белков в таком случае рас¬
сматривается уже не как единый процесс: приоритет
отдается ДНК как носителю информации.
Акцентирование роли генетической информации и
константности как единственно существенных основ
наследственности ведет (см. разд. 10.7) к рассмотрению
также и процессов возникновения жизни и новых био¬
логических свойств только с точки зрения случайных
изменений ДНК. Однако в действительности такой
абсолютной случайности в появлении (на базе интен¬
сивных взаимодействий белков и нуклеиновых кислот)
новых комплексов генетической информации не сущест¬
вует. Система протеиново-нуклеиновых взаимодействий
осуществляет в процессе эволюции как бы оценку слу¬
чайно возникающих мутаций. К числу последствий
чрезмерного подчеркивания роли информации следует
отнести также признание самостоятельного духовного
принципа (информация как нечто заранее данное ин¬
терпретируется антропоморфно, а не химически) и
представление об обмене веществ как всего лишь о
246
реализации некоей идеи. Одним из видных представи¬
телей этого направления является Моно.
4. Выдвигается требование исследовать (в рамках
так называемой центральной догмы молекулярной био¬
логии) многосторонние взаимосвязи между макромоле¬
кулярными процессами и структурами. Информация
порождает белки, которые в свою очередь размножают
информацию и регулируют ее поток; как белки без
информации, так и информация без белков теряют свою
функцию и значение. Правильность именно такой точки
зрения подтверждается соображениями Эйгена по по¬
воду процессов самоорганизации при возникновении
жизни (см. разд. 10.8).
Понятие «центральной догмы» молекулярной биоло¬
гии сохраняет здесь свое значение, однако на фоне
новых экспериментальных данных (см. разд. 9.1) воз¬
можные философские истолкования этой «догмы» в зна¬
чительной мере могут освободиться от своего догмати¬
ческого содержания.
Центральная догма молекулярной биологии в основе
своей правильно характеризует информационные отно¬
шения между нуклеиновыми кислотами и белками.
Существует некий разрез жизненных явлений, в кото¬
ром выступает разделение на информацию и процесс,
и такое разделение служит руководящей нитью для
понимания биологических явлений и их самоподдер-
жания.
Диалектика — не в одностороннем отрицании, но
(в данном случае) в осознании различий между инфор¬
мацией и процессом. Эти различия образовались на
самом раннем этапе происхождения жизни и служат
основой для выживания биологической системы в абио¬
генной среде. Снятие противоречия происходит благо¬
даря тому, что ни один из противостоящих моментов не
может существовать без другого, и в своей отдельности
они не породили бы жизни (см. разд. 10.7). Необходимой
предпосылкой эволюции было одновременное формиро¬
вание и белков, и нуклеиновых кислот. Этим полностью
исключается догматическое истолкование центральной
догмы в плане приоритета нуклеиновых кислот. Однако
новые данные о природе белково-нуклеинового взаимо¬
действия позволяют отказаться еще от одного односто¬
роннего истолкования той же догмы: если первоначаль¬
но думали, что, например, ДНК-полимеразы • могут
247
соединять друг с другом структурные элементы ДНК
только на основе уже имеющейся матрицы, то теперь
выяснено, что сама структура фермента оказывает зна¬
чительное влияние на точность репликации. Поскольку
со своей стороны структура полимеразы также испыты¬
вает воздействие со стороны генных мутаций, можно
говорить о системе обратной связи, обеспечивающей
точность репликации. В ходе эволюции сохранились
только такие взаимодействия, которые обеспечивали
достаточную гибкость реагирования и вместе с тем до¬
статочно точную репликацию. Определенные циклы
обратной связи должны существовать также и примени¬
тельно к другим, весьма разнообразным белково-нуклеи-
новым взаимодействиям, регулирующим начало и завер¬
шение процессов репликации, транскрипции и трансля¬
ции, а также структуру и сохранность генетической
информации.
9.4. Саморегуляционные свойства
ферментативных цепей:
динамически обусловленная стабильность
и пластичность
В живой клетке наблюдаются две формы химиче¬
ской специфичности: 1) химическая специфичность
в форме молекулярных структур и 2) химическая специ¬
фичность в форме молекулярных реакций.
Первая, сравнительно статичная форма специфич¬
ности находит выражение в относительной стабильности
расположения структурных элементов в макромолеку¬
лах, например в последовательности нуклеотидов в мо¬
лекуле ДНК или в строгой фиксации расположения
аминокислотных остатков в белке.
Вторая форма специфичности, специфичность биохи¬
мических процессов, проявляется (в противоположность
относительно статичной специфичности макромолекул)
в особых схемах обмена веществ, например в цикле
Кребса, в цикле жирных кислот, в цепи дыхательных
процессов. В этих случаях на основе динамически
обусловленной стабильности возникают структуры, так
сказать, «без стропил». Рассмотрим более подробно
соответствующие этим структурам саморегуляторные
свойства ферментативных цепей, а также стабильность
243
й пластичность метаболизма, динамически обусловлен*
ные этими свойствами.
Одна из существенных особенностей промежуточного
обмена веществ заключается в том, что он представляет
собой многоступенчатую динамическую систему подвиж¬
но уравновешенных процессов. В живом организме как
открытой системе химические реакции протекают не
так, как в закрытой системе замкнутого или изолиро¬
ванного типа. В закрытой системе по окончании реак¬
ции наступает независимое от фактора времени состоя¬
ние равновесия, при котором количество свободной
энергии в системе минимально, а энтропия системы
максимальна. В открытой же системе достижению рав¬
новесия между веществами А и В непрерывно препят¬
ствует приток вещества А. При постоянном поступле¬
нии и оттоке энергии и вещества системы удается
избежать термодинамически равновесного состояния,
обусловленного максимальным нарастанием энтропии.
При постоянном притоке и оттоке вещества и энергии
достигается не состояние термодинамического равнове¬
сия, но некоторое другое состояние, которое Берталанфи
называл «подвижным равновесием» или «устойчи¬
востью». Стационарное состояние открытой системы
отличается тем, что в этом случае скорости химических
реакций и диффузии постоянны, то есть что увеличение
скорости химического реагирования влечет за собой
увеличение притока реагирующих веществ, в результате
которого система вновь оказывается в стационарном
состоянии с ограниченной энтропией. В частности, от¬
личие открытой системы от закрытой заключается в
том, что устанавливающееся в ней равновесие зависит
не только от химического потенциала реагентов, но и
от количества имеющихся ферментов.
Если ферменты представлены в большом количестве,
то скорость перехода вещества А в вещество В соответ¬
ственно велика. При сохранении повышенного содержа¬
ния ферментов в течение длительного времени живая
система приспосабливается к сложившимся условиям, в
ней развиваются силы, противодействующие нарушению
ее стационарного состояния. Усиливающиеся катаболи¬
ческие процессы система стремится выровнять с по¬
мощью более интенсивного поглощения соответствующих
веществ из внешней среды, вновь достигая, таким обра¬
зом, состояния подвижного равновесия.
249
Таким образом, для исследования процессов регуля¬
ции обмена веществ чрезвычайно важно установить,
какими возможностями для изменения концентрации
ферментов располагает живая система.
Для установления подвижного равновесия в ходе
промежуточного обмена веществ существенную роль
играет многоступенчатость этого обмена. Под многосту¬
пенчатостью имеется в виду, что определенное вещество
А превращается в конечный продукт В не непосредст¬
венно, но через большое число промежуточных продук¬
тов XI, Х2, Хз, ... . При этом для достижения состояния
подвижного равновесия характерно, что расход вещест¬
ва А есть в то же время прирост вещества В, тогда
как свойственная стационарному состоянию концентра¬
ция промежуточных продуктов остается постоянной.
Стационарные концентрации промежуточных продук¬
тов обратно пропорциональны специфическим констан¬
там скорости реакции. На этом основано еще одно
важное свойство промежуточного обмена веществ: его
латентность, которая связана с тем, что даже при кар¬
динальных и очень быстрых сдвигах в обмене веществ
изменения стационарных концентраций остаются неза¬
метными.
Многоступенчатость подвижного равновесия пред¬
ставляет здесь для нас интерес с точки зрения одного
из важных аспектов обсуждавшейся выше проблема¬
тики. На современном уровне знаний складывается
впечатление, что живая клетка во всех случаях, когда
это возможно, оперирует только обратимыми реак¬
циями. В то время как отдельные промежуточные
биохимические реакции по большей части являются
вполне обратимыми, их цепи вследствие наличия энер¬
гетических барьеров представляют собой необратимые
процессы, которые могут быть сделаны обратимыми
только при условии, что эти барьеры будут как-то
обойдены. Вот пример диалектики обратимости и необ¬
ратимости: вследствие энергетического перепада неко¬
торый цикл превращений выступает как необратимый
процесс, то есть протекает только в одном направле¬
нии; однако благодаря циклическому характеру этого
процесса вновь достигается обратимость на более высо¬
ком уровне. Если же взять еще более высокий уровень
сложного процесса, происходящего в организме как
целом, здесь обратимость снова снимается, поскольку
250
такой процесс в своей целостности является необрати¬
мым. У развития зародыша, у болезни и любого друго¬
го жизненного явления есть начало и конец. Как рост,
так и смерть необратимы.
Таким образом, можно сказать, что промежуточные
циклические процессы в своей совокупности образуют
почву для проявления процессов развития. Если же мы
говорим об отношениях между входом и выходом био¬
логической системы, то имеем в виду под входом и вы¬
ходом обычно соответственно концентрацию некоторого
продукта («вход») и скорость изменения этой концент¬
рации («выход»). Таким образом, в промежутке между
входом и выходом основным параметром, подлежащим
изменению, является интенсивность реагирования. При
этом следует отметить, что: 1) регуляция обмена ве¬
ществ в клетке осуществляется с помощью изменений
интенсивности реагирования примыкающих одна к
другой реакций; 2) основная проблема, возникающая в
связи с их анализом, заключается в выяснении факто¬
ров, влияющих на интенсивность реагирования; 3) необ¬
ходимо определить факторы, которые в свою очередь
оказывают воздействие на инициаторов реакции.
В качестве подобного фактора, ограничивающего
скорость реагирования, можно назвать, например, ко¬
личество субстрата. Оно может выступать в качестве
фактора внешней среды, определяющего скорость мно¬
гих реакций промежуточного обмена, хотя и не всех,
поскольку есть реакции, скорость которых зависит от
других факторов. Г. Кребс называл такие реакции
«инициаторами» обмена, считая, что исследование ре¬
гуляции обмена веществ должно быть направлено преж¬
де всего на наиболее медленные промежуточные реак¬
ции, определяющие итоговую скорость осуществления
цикла обмена веществ; при этом мы приближаемся к
решению вопроса: «каким образом происходит приспо¬
собление обмена веществ в клетках и тканях к функ¬
циональным потребностям?» [122].
Поведение каждой цепи ферментов задается началь¬
ными условиями, определяемыми авторегуляторными
свойствами данной цепи, а также инициирующей реак¬
цией [161]. Инициирующие факторы определяют как
бы параметры клеточного метаболизма и соответственно
характеризуются чрезвычайной константностью.
281
Из того факта, что образование какого-либо проме¬
жуточного продукта, входящего в последовательность
реакций, осуществляется в несколько шагов, можно
заключить, что продукт каждого предыдущего шага
представляет собой субстрат для следующего шага.
Если скорость последующей ступени реакции равняется
скорости на предыдущей ступени, то никакие специаль¬
ные механизмы ограничения скорости реакции не нуж¬
ны: только некоторые ступени метаболизма, в особен¬
ности его инициирующие стадии, должны каким-то об¬
разом регулироваться. Должна существовать возмож¬
ность регуляции конечного продукта метаболической
цепи, чтобы этот продукт мог быть координирован с
продуктами других путей обмена веществ. Необходима
также регуляция разветвляющихся (альтернативных)
или перекрещивающихся путей обмена веществ. Ини¬
циирующие реакции представлены при переключении
клетки с аэробного на анаэробный обмен, при выборе
подлежащего окислению субстрата (углевод, жир или
белок), вообще при выборе из нескольких альтернатив¬
ных процессов или при выборе между различными
возможными направлениями в пределах одного метабо¬
лического цикла, например между синтезом или дис¬
социацией жирных кислот. Процесс выбора между раз¬
личными субстратами представляет собой конкуренцию
этих субстратов за один и тот же катализатор.
Таким образом, мы можем сказать, что основными
факторами, участвующими в образовании кинетической
биохимической специфичности, а следовательно, и ин¬
формационных процессов, являются:
1) ранее рассмотренные нами чрезвычайно различ¬
ные регуляторные свойства ферментов. Их активность
или концентрация может ускорять частные биохимиче¬
ские процессы;
2) концентрация промежуточных продуктов. Этот
фактор играет важную роль при выборе между суб¬
стратами или альтернативными путями обмена ве¬
ществ;
3) концентрация коферментов. Величины этих кон¬
центраций нередко играют решающую роль в точках
разветвления метаболических путей и определяют собой
выбор, производимый на тех или иных стадиях обмена
веществ;
252
стимулирования активности фер-
торможения активности ферментов
ингибировании через обратную
4) свободные нуклеотиды, в особенности входящие в
систему АДФ-АТФ или в циклы превращений ДФН и
ТФН. Они имеют важное регуляторное значение;
5) активность ферментов тесно связана с образова¬
нием определенных конечных продуктов промежуточных
реакций. В соответствии с концентрацией этих конечных
продуктов возникают различные виды систем с обрат¬
ной связью. Согласно изложенному выше, регуляция
образования и действия ферментов может осуществ¬
ляться четырьмя различными способами:
а) посредством
ментов;
6) посредством
(например, при
связь);
в) посредством стимулирования (индукции) фермен-
тообразования;
г) посредством торможения (ингибирования) фер-
ментообразования.
Как уже говорилось в предыдущем разделе, крас¬
ные кровяные тельца представляют собой весьма пер¬
спективную модель [160] для изучения явлений онто¬
генеза, старения, приспособления и развития организма.
Принятие эритроцита в качестве модели связано с до¬
пущением, что изучение закономерностей функциониро¬
вания высокоспециализированных клеток может дать
больше информации, касающейся высокодифференци¬
рованных организмов, чем изучение простых бакте¬
риальных клеток. Результаты, полученные на бакте¬
риальных клетках, информируют об исходном уровне
регуляции, обеспечиваемой новообразованием и рас¬
падом ферментов, в то время как эритроциты явились
первой из биосистем, на которых была исследована
регуляция путем индуцированной ферментами диссо¬
циации (здесь следует сослаться на работы С. Рапо¬
порта).
Мы отметили, что скорость некоторой цепи реак¬
ций, входящей в обмен веществ, определяется ско¬
ростью наиболее медленной из реакции данной цепи.
Ограничивающую роль могут играть ферменты, суб¬
страты, коферменты и некоторые другие факторы, на¬
пример ионы. Рапопорту [160, с. 105] удалось показать,
что для гликолиза, происходящего в красных кровяных
тельцах, ограничивающим фактором служит гексокиназй.
253
В пользу этого говорят факты соответствия между
порядками величин скорости гликолиза и концентра¬
ции гексокиназы в красных кровяных тельцах различ¬
ных видов животных, а также данные, касающиеся ки¬
нетики гликолиза и гексокиназы в процессе созревания
ретикулоцитов. Другие ферменты, участвующие в раз¬
ложении глюкозы, имеют, как оказалось, большую
абсолютную ферментную емкость, и с этим фактом пре¬
имущественно и связана ограничивающая роль, которую
реакция с гексокиназой играет в данном метаболиче¬
ском пути. Так, ферментная емкость фосфоглицератки-
назы на два порядка выше, чем соответствующий пока¬
затель для процесса гликолиза в целом.
Теперь мы должны попытаться диалектически увя¬
зать друг с другом рассмотренные нами моменты жизни
как природного процесса, включая моменты покоя и
движения, постоянства и изменчивости, статики и ди¬
намики, пребывания и текучести. Явление может быть
правильно отражено только тогда, когда мы усмотрим
в нем единство противоположностей. В этом и заклю¬
чается сущность диалектики.
В данном случае два противоположных исходных
пункта, которые в метафизическом мышлении остаются
разделенными и лишенными связи друг с другом, могут
быть сформулированы так:
1. Организм есть статичная, определенная струк¬
тура.
2. Организм живет.
Если второе положение истинно, то первое должно
быть ни истинным, ни ложным; или, точнее, объектив¬
ные связи, существующие в действительности, могут
быть отражены только через связь обоих положений.
Первое положение представляет собой результат отра¬
жения процесса жизни в некоторый момент, в который
.мы прерываем его непрерывность. Второе положение
рассматривает жизненный процесс в его непрерывности.
Если же мы хотим умозаключить от постоянства про¬
цесса к его будущему, мы должны связать воедино оба
положения, чтобы в своей совокупности они отразили
объективно существующие связи. Результат этого отра¬
жения на данном этапе может быть сформулирован
только в виде суждения вероятности, поскольку, пока
имеет место обмен веществ, пока организм живет, ме¬
таболическая активность оказывает влияние на струк-
264
турныё свойства макромолекул, и это влияние в' свою
очередь равнозначно функциональному изменению об¬
мена веществ, поскольку и прямое и обратное влияние
суть моменты единого процесса; на это все более от¬
четливо указывают достижения биохимии. В конечном
счете положение вещей можно будет сформулировать
таким образом, что живой организм в момент времени
t с вероятностью w будет иметь данную строго опре¬
деленную микроскопическую структуру и динамику,
10. Проблема развития От низшего к высшему
и возникновения информации
10.1. Общие формы биологического процесса
Исходя из рассмотренной выше диалектики струк¬
туры и процесса, мы можем утверждать, что ни в про¬
цессе онтогенетического развития, ни во взрослом орга¬
низме, вследствие динамической стабильности организ¬
ма, не существует косных, окончательно и четко фикси¬
рованных структур. Здесь наблюдается диалектическое
единство моментов покоя и движения, постоянства и
изменчивости динамического и статического.
Эти особенности биологической структуры и динами¬
ки делают возможным поведение, выходящее за преде¬
лы того, что обычно называют обучением, как бы «над¬
страиваемое» над обычным обучением, которое служит
для него предпосылкой. Встает вопрос, основана ли
данная форма поведения только на получении инфор¬
мации из внешней среды или также и на воспроизве¬
дении информации в ходе самого биологического про¬
цесса.
Функционирование подобного типа, то есть в собст¬
венном смысле самоорганизацию материи, мы наблю¬
даем, например, уже в предбиологической эволюции, а
также в филогенезе и в онтогенезе, хотя по своему
типу соответствующие процессы могут несколько разли¬
чаться.
А. При самоорганизации на ступени предбиологиче¬
ской эволюции информация возникает как результат
процесса «самоотбора». Самоорганизация в живой при¬
роде достигается не (или не только) посредством полу¬
чения соответствующей информации из внешнего мира,
как у обучающихся автоматов (см. разд. 10.8), но пу¬
тем возникновения и идентичного воспроизведения био¬
логических или предбиологических макромолекулярных
256
систем, которые конкурируют друг с другом и, взаимо¬
действуя таким образом, генерируют информацию
(см. разд. 10.7).
В. Для самоорганизации, осуществляемой в филоге¬
незе, предпосылкой служит неидентичное воспроизведе¬
ние организмов при размножении. «Копии» организмов,
возникающие в процессе их размножения, отражают
изменения, происшедшие вследствие воздействия среды
или вследствие внутренних причин и закрепленные пу¬
тем отбора (см. разд. 10.6).
В то время как в предбиологической эволюции мы
имеем дело с возникновением биологически значимой
информации вообще, при филогенетической самоорга¬
низации речь идет прежде всего о различных возмож¬
ностях, используемых живыми существами для измене¬
ния «встроенной» в них информации и для получения
новой.
В. Самоорганизация, осуществляемая в онтогенезе,
в свою очередь имеет иную природу. Здесь также пред¬
ставлен (если не принимать преформизма) процесс
воспроизведения информации. Решающее значение для
этого типа самоорганизации имеет то обстоятельство,
что речь здесь идет прежде всего не о генетической ин¬
формации, но об информации, которая как с химической
точки зрения, так и по своей функции имеет другой ха¬
рактер, нежели однозначно заданная генетическая ин¬
формация.
Принимая во внимание это решающее различие, мы
должны констатировать, что проблема воспроизведения
информации, проблема возрастания дифференцирован¬
ности и интегрированности организма представляет со¬
бой одну из центральных проблем теории онтогенеза и
теории филогенеза. Согласно Опарину [17], различ¬
ные стадии сложного процесса онтогенеза характери¬
зуются качественными перестройками в обмене веществ,
ведущими ко все более высокой степени дифференциро¬
ванности клеток, тканей и органов, что напоминает по¬
степенное усложнение органов в ходе их филогенетиче¬
ского становления.
В числе проблем, связанных с ростом информации,
наибольшую сложность представляет проблема онтоге¬
нетического развития. Соответствующие теоретические
проблемы до сих пор не обсуждались, а порой даже не
9 Зак. 387
257
фиксировались как таковые. Так, К. Ротшу, заявив об
отказе от преформизма, тут же добавляет: «Филогенез
как отличное от онтогенеза и более сложное явление
представляет собой не воспроизведение заранее задан¬
ных программ, но в подлинном и первичном смысле
процесс возрастания многообразия частей организма
и их совершенствование» [174, с. 143].
Однако, признавая диалектическое единство префор¬
мации и эпигенеза, не следует утверждать, что в
макромолекулярных структурах зародышевых клеток
изоморфно представлено информационное содержание
взрослого организма. Напротив, необходимо признать,
что и здесь имеет место самоорганизация и что инфор¬
мация частично вновь образуется в ходе онтогенетиче¬
ского развития. Неизбежно возникает вопрос, откуда
же берется эта дополнительная информация? Принято
считать, что она поступает из окружающей среды.
Действительно, отдельная клетка, как и организм в
целом, получает информацию из внешнего мира и пере¬
рабатывает ее. Вопрос, однако, в том, происходит ли
это в достаточном масштабе для того, чтобы оправдать
тезис, получивший распространение под влиянием Шре¬
дингера и гласящий, что организм питается отрицатель¬
ной энтропией. Проблема в том, может ли само по се¬
бе представление об «импорте» информации служить
исчерпывающим объяснением роста информации. Сле¬
дует определить, в какой мере живой организм сам
продуцирует свою собственную структурную негомоген-
ность на основе интенсивного взаимодействия со сре¬
дой и в какой мере процесс роста информации запро¬
граммирован заранее. Организм способен к поведению,
основанному на диалектическом единстве унаследован¬
ной информации (в ее трансформированном виде) с
информацией экзогенной и с процессом роста инфор¬
мации, порождаемой динамикой противоречий, имма¬
нентно присущих организму как системе. Подобные
формы поведения можно назвать «эпигенетическими»,
то есть «творческими», но точнее употребить здесь тер¬
мин «действительно самоорганизующее поведение».
Автоматические процессы в организме можно отделить
от этих «творческих» самоорганизуемых процессов, но
последние не могут осуществляться вне связи с теми
или иными формами автоматизма.
258
Утверждение о наличии в организме процессов само¬
организации есть в то же время высказывание о неко¬
торой возможной всеобщей структурной форме жизнен¬
ного процесса. Рассмотрим подробнее эту всеобщую
форму, в которой протекают биологические процессы.
Диалектическая противоположность покоя и движения,
структуры и изменчивости отражается также и на раз¬
личных формах методологического подхода к предмету
биологии, включая формы эксперимента и биологическо¬
го закона. Различаются законы, относящиеся к струк¬
туре и к движению (развитию).
1. Методы исследования результатов биологических
процессов направлены на постижение моментальной,
фиксированной структуры как образа наличного в дан¬
ный момент состояния живой системы. Мы познаем
структуру как совокупность относительно константных
отношений между частями целого (см. разд. 1.5). Эта
константность находит в понятии структуры свое выра¬
жение, которое (вследствие абсолютности движения и
относительности покоя) само является лишь относи¬
тельным.
2. При исследовании самого процесса в центре вни¬
мания стоят движение и развитие в их непрерывности.
В этом случае методологический анализ направлен на
понимание процесса как такового, который также обла¬
дает некоторой структурой (иначе не имело бы смысла
говорить о законах движения и развития). При стрем¬
лении, с одной стороны, к построению наиболее точной
картины состояния объекта в данный момент, а с дру¬
гой — к наиболее точному определению того, как про¬
текают биологические процессы, мы снова сталкиваемся
с дополнительностью, выступающей в данном случае
через одновременное наличие прерывности и непрерыв¬
ности движения. Таким образом, не обязательно пред¬
ставлять себе развитие в собственном смысле как
серию следующих друг за другом «снимков», поскольку
подобное представление подразумевает жесткий гомо¬
морфизм и приуроченность определенной структуры к
данному моменту времени.
Здесь мы имеем дело с противоречием, присущим
любому движению вообще. Ленин пишет, критикуя ме¬
тафизические представления о движении: «Движение
есть нахождение тела в данный момент в данном месте,
в другой, следующий, момент в другом месте — таково
возражение, которое Чернов повторяет... вслед за
всеми .«метафизическими» противниками Гегеля.
Это возражение неверно: (1) оно описывает резуль¬
тат движения, а не само движение; (2) оно не показы¬
вает, не содержит в себе возможности движения;
(3) оно изображает движение как сумму, связь состоя¬
ний покоя, т. е. (диалектическое) противоречие им не
устранено, а лишь прикрыто, отодвинуто, заслонено,
занавешено» '.
Можно различить три основных типа протекания
биологических процессов:
1) процессы с повышением энтропии;
2) процессы с постоянной энтропией;
3) процессы с понижением энтропии.
1- й тип. Под биологическим процессом с повыше¬
нием энтропии мы понимаем процесс, который ведет
от более высокой ступени дифференцированности, него-
могенности к возрастанию однородности. Подобного ро¬
ла процесс имеет место, например, когда бактериаль¬
ная клетка «забывает» о своих предшествовавших
столкновениях с внешней средой, скажем с ядами.
В смысле понижения организованности, то есть в
смысле дезорганизации, могут быть истолкованы пато¬
логические процессы. Процессами с повышением энтро¬
пии являются и процессы, ведущие (у человека) от
высокого уровня психической дифференцированности к
все большей деструкции; феномены, связанные со ста¬
рением, распад красных кровяных телец и т. д. Пони¬
жение организации и дифференцированности соответст¬
вует повышению физической энтропии, уменьшению
величины негэнтропии.
2- й тип. К процессам с постоянной энтропией от¬
носятся преобразования информации, производимые
при условии идеальности канала, передающего инфор¬
мацию. С точки зрения анализа структурных типов
биологического процесса такие преобразования высту¬
пают как пограничный случай структуры процесса,
имеющий место в абстрактной системе, при идеаль¬
ности канала. Здесь становится очевидным, что все
формулируемые нами высказывания о преобразовате¬
лях информации исходят из обобщенной трактовки вто¬
рого начала термодинамики.
1 В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 29, с. 232.
260
Путем усиленного повышения энтропии во внешней
среде живые организмы способны поддерживать в себе
низкий уровень энтропии. В качестве примеров под¬
держания в живой природе энтропии (в обобщенном
смысле этого понятия) на постоянном уровне можно
привести врожденные формы поведения, стереотипы, а
также индукцию и ингибирование генетических потен¬
ций при синтезе белков.
3-й тип. Биологические процессы с понижением
энтропии коренным образом отличаются от процессов
первых двух типов. Это — процессы, ведущие от отно¬
сительной гомогенности к повышенной гетерогенности,
следовательно, к более высокой дифференцированности,
многообразию в степени организации. К процессам с
понижением энтропии и с увеличением информации
относятся все формы обучения и развития, равно как и
творческая деятельность человека. Различие между
преобразованиями информации и процессами, в кото¬
рых информация возрастает, основано в конечном счете
на многократно дискутировавшемся в философии проти¬
воречии между имеющими место обесцениванием инфор¬
мации (по Кельвину) и прогрессом (по Дарвину), меж¬
ду законом рассеяния энергии в физике и законом эво¬
люции в биологии.
10.2. Эволюция как процесс оптимизации
В отличие от понятия развития в термодинамике по¬
нятие развития применительно к биологии и обществен¬
ным наукам выступает в связи с ростом организован¬
ности, со структурообразованием, с генезисом инфор¬
мации, с формированием все более сложных функций.
На первый взгляд рост информации, образование высо¬
коупорядоченных структур несовместимы со вторым на¬
чалом термодинамики, в соответствии с которым при
развитии любой макроскопической системы может
иметь место только увеличение энтропии.
Согласно второму основному закону термодинамики,
в любой закрытой системе все возможные процессы
протекают так, что энтропия системы увеличивается
или по крайней мере не уменьшается. При этом энтро¬
пия представляет собой меру существующей в системе
неупорядоченности. Например, для объема газа, все
261
молекулы которого сконцентрировались в одном углу
сосуда, величина энтропии будет меньше, чем для та¬
кого же объема, молекулы которого в беспорядке рас¬
пределены по всему доступному для них пространству
сосуда. Поэтому если данный газ предоставить самому
себе, то, согласно второму закону термодинамики, он
перейдет из первого состояния во второе, но ни в коем
случае не наоборот. Второй закон термодинамики
можно сформулировать как принцип максимизации:
в любой замкнутой системе энтропия стремится достичь
максимума.
Отбор представляет собой выживание наиболее
приспособленных к внешней среде организмов или ви¬
дов. Живые существа с большей скоростью размноже¬
ния, то есть с большей численностью потомства, спо¬
собного к размножению, в пересчете на одну особь и
единицу времени, имеют преимущество перед организ¬
мами с меньшей скоростью размножения и (при прочих
равных условиях) их вытесняют. Благодаря механизму
наследственности с его случайными отклонениями (му¬
тациями) возникают все новые живые существа, отли¬
чающиеся от своих предков в благоприятную или не¬
благоприятную сторону. Воздействия случая и отбора
в совокупности объясняют собой эволюцию как процесс
перехода организмов к все более и более высокой орга¬
низации.
Как второй закон термодинамики, так и принцип
отбора в эволюции представляют собой высказывания
о направлении процесса: в чисто физических процессах
упорядоченность падает, в биологических — возрастает.
В этом многие естествоиспытатели и философы видели
кардинальное различие между физикой и биологией.
Виталисты же гипертрофировали это различие, утверж¬
дая, что в организмах присутствует особая жизненная
сила, способная уничтожить действие второго начала'
термодинамики.
По утверждению Моно, Энгельс на основе диалекти¬
ки природы пришел к отрицанию двух крупнейших от¬
крытий своего времени, второго начала термодинамики
и дарвиновского объяснения эволюции через отбор.
В действительности, однако, Энгельс не только не от¬
вергал этих фундаментальных достижений физики и
биологии, но понимал их глубже, чем его современ¬
ники, Его критические замечания в «Диалектике при¬
262
роды» направлены против плоского признания «чистой»
случайности при истолковании как второго начала тер¬
модинамики, так и принципа отбора и помогают рас¬
познать в обоих случаях диалектику случайности и
необходимости. В отношении второго начала термоди¬
намики мы должны в данном случае упомянуть работу
Тредера [197]. Автор подчеркивает гениальность Эн¬
гельса и глубину его прозрений в вопросах, связанных
с развитием физики: десятилетием раньше других уче¬
ных Энгельс открыл логическую необходимость чисто
статистического характера второго начала термодина¬
мики, в то время как ведущие физики того времени
(Планк в 1895 году) были склонны признавать его
абсолютную значимость как закона природы и потому
скептически относились к атомистике.
В сущности, речь идет о том, что живые существа
представляют собой энергетически открытые системы,
способные выбирать и концентрировать в себе нужные
им компоненты внешней среды. Планетную систему,
например систему Земля — Солнце, мы можем с боль¬
шой степенью приближения и для весьма продолжи¬
тельного периода времени рассматривать как закрытую
систему. Для такой системы второе начало термодина¬
мики сохраняет силу, в то время как в отдельном жи¬
вом существе и в биосфере в целом упорядоченность с
течением времени возрастает. Организм или биосфера
не являются закрытыми системами; термодинамика же
открытых систем и необратимых процессов развилась
только в последние десятилетия, причем именно под
влиянием углубившегося биофизического понимания
жизненных процессов.
Как показал М. Эйген [63], дарвиновский принцип
отбора не представляет собой феномена, принадлежа¬
щего одной биосфере и недоступного дальнейшему ана¬
лизу. Этот принцип можно рассматривать как принцип
оптимизации, основанный на определенных физических
предпосылках. Выявляя эти предпосылки, Эйген исхо¬
дит из термодинамики открытых систем. И. Пригожин
и П. Глансдорф [81] показали, что существуют откры¬
тые системы, в которых энтропия снижается, если они
приближаются к состоянию подвижного равновесия.
В особенности это характерно для тех открытых си¬
стем, -в которых протекают аутокаталитические реакции.
Поскольку энтропия снижается, подвижное равновесие
263
оказывается неустойчивым, и система стремится к до¬
стижению (за счет среды) некоторого состояния с
уменьшенной энтропией, то есть с повышенной упо¬
рядоченностью. Здесь, таким образом, в противополож¬
ность термодинамике закрытых систем, к максималь¬
ным значениям стремится не энтропия, но уровень
организованности.
На основе этих представлений такие понятия, как
«давление отбора» и «ценность с точки зрения отбора»,
могут быть заданы как физически объективные и коли¬
чественно определенные. Соответственно дарвиновский
принцип отбора выступает как принцип оптимальности,
преломленный в определенных физических условиях.
Благодаря возможности количественной формули¬
ровки понятия «ценности с точки зрения отбора» и на
основании представления об эволюции как о процессе
оптимизации вопросы эволюции конкурирующих и
взаимоподдерживающих видов оказались доступными
для исследования методами теории игр и математиче¬
ской теории оптимального поведения в конфликтных
ситуациях. Эйген называет теорию игр «ключом к даль¬
нейшему обобщению эволюционной теории» [63].
Согласно Г. Бремерманну [43], явления эволюции мо¬
гут исследоваться как процессы оптимизации, с по¬
мощью теории оптимального регулирования процессов,
которая в настоящее время, подобно теории игр, полу¬
чила глубокую математическую разработку.
10.3. Развитие от низшего к высшему
и проблема фактора времени
Вопрос о возникновении новой информации, упоря¬
доченности и организации представляет собой один из
центральных пунктов философской борьбы с витализмом
и прочими идеалистическими направлениями, вводящи¬
ми специальные нематериальные упорядочивающие силы
и утверждающими, что материя сама по себе неспособ¬
на повысить свою дифференцированность и степень раз¬
нообразия.
Рассматривая регуляторные процессы и феномены
приспособления современных организмов к их среде,
начиная с субклеточного уровня, то есть явления, ко¬
торые Ротшу подводит под понятие «биномиальная
264
организация», мы приходим в конечном счете к вопро¬
су: «Можно ли генетически объяснить возникновение
целесообразной упорядоченности и выяснить факторы,
создавшие эту упорядоченность?» [174, с. 134].
П. Леконт де Ноюи [129] попытался оценить ве¬
роятность спонтанного возникновения жизнеспособных
структур при определенных физико-химических усло¬
виях. Он пришел к выводу, что вероятность спонтан¬
ного возникновения макромолекул с молекулярным ве¬
сом 20 000 почти равна нулю. Однако подобные оценки,
фактически отрицающие возможность подлинного про¬
гресса в плане биопоэза, противоречили новым данным
науки. Миллер [140] экспериментально доказал, что
спонтанное возникновение таких структурных элемен¬
тов белка, как гликокол, аланин и аспарагин, возмож¬
но в условиях «праатмосферы».
Дальнейшие исследования, осуществленные в раз¬
личных странах, привели к моделированию спонтанного
синтеза не только отдельных аминокислот, но и полиме¬
ризованных аминокислот и альбуминоидов, содержащих
18 важнейших аминокислот. В этих экспериментах про¬
слеживаются также явления возрастания уровня орга¬
низованности и многообразия молекул.
В этой связи встает вопрос, как более высокая
организация может возникнуть из более низкой. Пред¬
ставляется едва ли возможным, чтобы в бесчисленном
ряду попыток атомы и молекулы «случайно» вступили
между собой именно в ту чрезвычайно редкую комби¬
нацию, которая необходима для создания структуры и
функции жизнеспособного организма. Бесперспектив¬
ность подобного предположения иллюстрирует так на¬
зываемый «гулливеровский эксперимент», когда один
из персонажей Свифта пытался получить путем слу¬
чайных комбинаций слов, образуемых перетряской
шрифта, законченную систему всех искусств и наук.
Относительно проблемы «случайного» синтеза макромо¬
лекул правомерен аналогичный вопрос: «Как долго
надо трясти около 1032 молекул металла, чтобы полу¬
чить в результате годный к употреблению автомобиль?»
Чтобы подобным путем возникла макромолекула, до¬
пустим молекула нуклеиновой кислоты, состоящая из
1 000 000 структурных единиц, должно произойти,
в сущности, неправдоподобное совпадение, чудо. Однако
практически возникновение таких макромолекул вполне
265
возможно, и современная наука, как мы видели, под¬
тверждает наличие перехода от отдельных атомов к
простым молекулам, а от них — к молекулам все более
сложным. При этом особенно важно наличие большого
числа промежуточных ступеней между атомом и само¬
организующейся молекулой. Согласно Опарину, форми¬
рование этих промежуточных ступеней протекало в три
этапа:
1) формирование органических веществ;
2) формирование полимеризованных амино¬
кислот;
3) формирование белковых тел.
Прогресс в развитии техники движется от систем с
однонаправленной связью, представляющих собой про¬
стые приспособления или односторонне регулируемые
цепи, к системам, стабилизируемым с помощью обрат¬
ной связи, и далее от этих систем к системам ультра-
стабильным, характеризуемым ступенчатым функцио¬
нированием, которые способны уже не только к при¬
способительному поведению, но и к некоторой форме
выбора из ряда альтернатив. При рассмотрении анало¬
гичного типа систем (в том числе ультрастабильных
биологических систем) мы сталкиваемся с проблемой
фактора времени. Если живой организм затрачивает
слишком много времени на то, чтобы приспособиться к
внезапным изменениям внешней среды, то такой орга¬
низм окажется вытесненным в процессе борьбы за су¬
ществование.
Эшби [27] характеризует живой организм как
«мультистабильную систему», то есть как систему, ко¬
торая состоит из ряда ультрастабильных подсистем,
связанных друг с другом таким образом, что каждая
выполняет некоторую частичную функцию. Под частич¬
ными функциями имеются в виду такие функции, кото¬
рые выполняются определенными элементами структу¬
ры в соответствии с константными нормами и благодаря
этому препятствуют смешению различных типов пове¬
дения системы в процессе их взаимодействия. В соот¬
ветствии с пониманием Эшби появление мультистабиль-
ных систем возможно только тогда, когда отдельные
частичные функции выполняются относительно незави¬
симо одна от другой и последовательно одна за другой.
Только объединение таких функций позволяет системе
выполнять необходимые для ее самосохранения приспо¬
266
собительные’ реакции в течение требуемого отрезка вре¬
мени, то есть-делает систему мультистабильной.
Как показал Клаус [11], эта концепция позволяет
отвергнуть также представления Веттера, основанные
на статистической концепции П. Леконта де Ноюи.
Согласно этим представлениям, для возникновения
жизни понадобилось бы около 10243 миллиардов лет,
в то время как по астрономическим данным возраст
Земли не превышает трех миллиардов лет, так что за
столь краткий сравнительно отрезок времени естествен¬
ное возникновение жизни немыслимо.
Согласно Эльзассеру [64], ни для какого определен¬
ного класса биологических объектов мы не располагаем
достаточным числом экземпляров, чтобы исследовать
все мыслимые для этого класса структурные комбина¬
ции. С нашей же точки зрения, ни одна жизнеспособ¬
ная биологическая система не располагает достаточным
количеством времени для возникновения всех подобного
рода «мыслимых» комбинаций своих структурных эле¬
ментов. В том же случае, когда отдельные подсистемы
могут быть стабилизированы последовательно и в то же
время относительно независимо друг от друга, время,
необходимое для приспособления, значительно сокра¬
щается и такая ступенчатость в стабилизации оказы¬
вается вполне возможной.
Таким образом, возникновение жизни в реальном
масштабе времени возможно, если не упускать из виду,
что развитие биологических систем осуществляется пу¬
тем смены последовательных ступеней. Здесь мы нахо¬
дим также и дополнительный аргумент против приве¬
денного тезиса Эльзассера. Следует анализировать не
всю сверхсложную систему сразу, но сначала ее опре¬
деленные структурные блоки и возможности их взаимо¬
действия, затем структурные блоки более дробного
порядка с присущими им возможностями взаимодейст¬
вия и т. д. Очень часто для того, чтобы понять функ¬
цию, достаточно бывает остановиться на сравнительно
крупных структурных блоках. Особенно важно здесь,
что в реальном масштабе времени имеется объективная
возможность осуществления реакций, ответственных за
данную функцию,
267
10.4. Термодинамическая возможность
эндогенного роста информации
Классическая физика ограничивалась рассмот¬
рением закрытых систем. Поскольку изучение
одних лишь закрытых систем не может пролить
свет на существенные свойства организмов, а также
животных сообществ и тем более социально-экономиче¬
ских систем, существующие физические мыслительные
модели должны быть расширены. Концепция открытой
системы, находящейся (в противоположность закрытой
системе) в процессе постоянного обмена веществом и
энергией со своей средой, представляет собой весьма
важную обобщенную модель для понимания живого
организма и многих жизненных явлений. Открытая
система характеризуется следующими существенными
признаками:
1) она стремится к подвижному равновесию;
2) она обеспечивает свою константность посредством
обмена веществом и энергией со средой;
3) перерабатывая и преодолевая влияния внешней
среды, открытая система стремится к состоянию, неза¬
висимому от начальных условий и определенному только
ее собственными системными параметрами (эквифи-
нальность);
4) она воспринимает из внешней среды негативную
энтропию (информацию);
5) она способна повышать уровень своей органи¬
зации.
Таким образом, открытая система, если рассматри¬
вать ее свойства в термодинамическом плане, способна
поддерживать себя в весьма маловероятном статисти¬
ческом состоянии и переходить к еще более маловеро¬
ятным состояниям, то есть достигать все более высо¬
кого уровня организации. Концепция открытой системы
показывает несостоятельность виталистического тезиса
о том, что биологические явления противоречат физиче¬
ским законам. Однако, указывая на все эти возмож¬
ности организмов, теория открытых систем еще не
объясняет тем самым, что происходит с организмами в
действительности. Для естественнонаучного понимания
биологической эволюции и явлений прогрессивной диф¬
ференциации необходим некоторый синтез термодина¬
268
мики необратимых процессов и открытых систем с
теорией информации, с познанием свойств ДНК как
носителя генетической информации, репродуцируемой
в ходе эволюционного процесса.
• Как возможен рост информации без нарушения фи¬
зических законов природы, в особенности второго нача¬
ла термодинамики? Такова основная проблема, рас¬
сматриваемая в настоящем разделе.
Для ее решения важно ориентироваться на внутрен¬
нюю противоречивость живых систем. При изучении
жизненного процесса мы сталкиваемся с глубоким диа¬
лектическим единством целого и части, структуры и
изменчивости, специфических и неспецифических фено¬
менов. Диалектика необходимости и случайности в
объективно возможном представляет собой прямое
выражение внутренней противоречивости биологиче¬
ского объекта. На основе внутренней противоречивости
живой материи в ней открываются все новые и новые
возможности развития. В ходе реального развития эти
возможности подвергаются ограничениям, результатом
которых является повышение информационной емкости
биосистем. В филогенезе выбор из множества возмож¬
ностей одной, наиболее адекватной, осуществляется
после осуществления иных возможностей, в то время
как в онтогенезе эти альтернативные возможности
вообще не реализуются, то есть выбор осуществляется
до их реализации. Таким образом, в онтогенезе, как и
в филогенезе, имеется как бы заранее заданная воз¬
можность повышения информационной емкости орга¬
низма как системы, и притом это повышение будет
осуществляться ценой отказа от возможностей, неадек¬
ватных сложившейся экологической ситуации. Тогда
приращение информации немыслимо без каких-либо на¬
рушений физических законов и в опровержение гипоте¬
зы, согласно которой такое приращение может осу¬
ществляться исключительно за счет пространственной
среды в обычном смысле этого термина.
Как пишет Опарин, опровергая точку зрения Винера, сопостав¬
ление автомата с живым существом неудовлетворительно, в част¬
ности потому, что способ, которым осуществляется повышение орга¬
низации, видимо, неодинаков для автоматов и для организмов; при¬
менительно к последним вполне рациональное объяснение этого
способа дается теорией открытых систем, развитой Берталанфи [17,
269
Закономерности, характеризующие открытые систе¬
мы, в то же время задают термодинамические предпо¬
сылки для естественного повышения организации в
ходе развития живых систем; возрастание энтропии
имеет место только в закрытых системах. Мир в целом
представляет собой открытую систему, позволяющую
избежать выравнивания энергетических потенциалов,
которое неизбежно только для закрытой системы, где
уровень энтропии неизбежно возрастает. Живому орга¬
низму удается приостановить тенденцию к максималь¬
ному нарастанию энтропии, задержать ее рост на срав¬
нительно низком уровне, благодаря тому что организм
представляет собой открытую систему, находящуюся в
непрерывном обмене энергией, веществом и информа¬
цией с окружающей средой. Организм воспринимает из
этой среды отрицательную энтропию. Шредингер писал:
«Отрицательная энтропия —это то, чем организм пита¬
ется. Или, чтобы выразить это менее парадоксально,
существенно в метаболизме то, что организму удается
освобождаться от всей той энтропии, которую он вы¬
нужден производить, пока жив» [24, с. 101]. Поэтому
поддержание упорядоченности в организме основывает¬
ся на его способности извлекать из среды жизненно
необходимые ему питательные вещества, богатые сво¬
бодной энергией и обладающие высокой степенью мо¬
лекулярной упорядоченности, и замещать этими вещест¬
вами другие, менее организованные, содержащие мало
свободной энергии компоненты. Однако эти замещаемые
вещества все же обладают известной степенью органи¬
зованности, которая может быть далее повышена при
их освоении растениями, использующими для этой цели
свободную солнечную энергию.
Животный организм воспринимает из питательных веществ в
основном именно свободную энергию и, видимо, некоторое количе¬
ство упорядоченности (информация); это возможно благодаря тому,
что в процессе пищеварения происходит полная деградация белко¬
вых молекул, имевших высокую степень упорядоченности [66, с. 37;
67, с. 188 и сл.; 19].
В процессе развития, однако, организация живого
организма не только поддерживается на одном уровне,
но и совершенствуется: происходит рост информации.
Концепция Шредингера объясняет, как организму удает¬
ся удерживать на сравнительно низком уровне ту энтро¬
270
пию, которую он неизбежно продуцирует, пока живет;
однако эта концепция не объясняет снижения энтропии
в ходе развития.
Представление о том, что возрастание информации
в организме происходит за счет ее извлечения из внеш¬
ней среды, в значительной мере неприемлемо уже по¬
тому, что эмбрион относительно экранирован от воздей¬
ствий внешней среды и тем не менее даже в птичьем
яйце, защищенном плотной оболочкой, происходит раз¬
витие. Конечно, отдельная клетка получает также и
экзогенную информацию, содержащую специфические
сведения о наличии, скорости движения и ориентации
тех или иных молекул. Однако бактерии, а также расте¬
ния могут выращиваться на питательных средах, содер¬
жащих только некоторые простые соли и (в случае
бактерий) углерод. У животных организмов белки,
усваиваемые в процессе обмена веществ, разлагаются
первоначально на свои составные части, простые ами¬
нокислоты, благодаря чему чуждые белки не вызывают
иммунологической реакции в организме. Собственно го¬
воря, «задачей» обмена веществ и является разложение
поглощаемых белков и превращение их в вещества,
свойственные данному организму. Таким образом, асси¬
милируемые вещества по сравнению с ассимилирующим
их организмом относительно гомогенны и содержат да¬
леко не так много информации для построения высо¬
косложного живого организма, как это предполагают,
видимо, под влиянием концепции Шредингера.
При этом мы не рассматриваем психических процессов, которые,
несомненно, по своей сути основываются на восприятии информа¬
ции из внешнего мира. Любой живой организм, конечно, также на¬
ходится в постоянном обмене информацией с внешней средой, и
вышеприведенные соображения об ограниченном характере этого
обмена нельзя абсолютизировать. Они представляют собой лишь
указание на то, что рассматриваемая нами проблематика должна
быть глубже продумана.
В контексте теории открытых систем на первый план
должно быть выдвинуто рассмотрение с точки зрения
энергетического обмена. Тот факт, что живые организ¬
мы представляют собой открытые системы, имеет реша¬
ющее значение для понимания структуры и динамики
организма, однако взятый сам по себе этот факт еще не
достаточен для решения проблемы развития от низшего
к высшему.
271
В отношении метаболизма вещества и энергии живой
организм представляет собой открытую систему, то есть
находится в процессе постоянного обмена веществом и
энергией с окружающей средой. В частности, этот про¬
цесс, который в своей совокупности и есть метаболизм,
удерживает организм в состоянии «подвижного равно¬
весия» (по Берталанфи). Если закрытые системы харак¬
теризуются более или менее быстрым движением к мак¬
симальной энтропии (положительной), к максимальной
неупорядоченности, то системы, находящиеся в состоя¬
нии подвижного равновесия, способны препятствовать
этому движению с помощью усвоения «отрицательной
энтропии», упорядоченности, из внешней среды. Мы
здесь говорили об энергетическом аспекте, но и для ин¬
формационного аспекта действительны аналогичные за¬
кономерности, и, таким образом, живой организм пред¬
ставляет собой систему, способную усваивать, накапли¬
вать, перерабатывать, передавать и (если наша гипоте¬
за справедлива) увеличивать имеющуюся в ней инфор¬
мацию.
Для понимания проблем, встающих в этой связи,
особенно важно проводимое диалектическим материа¬
лизмом различение между внутренними и внешними за¬
кономерностями. При внутреннем противоречии оба про¬
тиворечащие друг другу начала лежат как бы в рамках
одного и того же определенного качества. В случае же
внешнего противоречия, например противоречия между
организмом и средой, обе противостоящие друг другу
стороны качественно различны. Внутренние и внешние
противоречия тесно взаимосвязаны и не могут быть от¬
делены друг от друга, однако именно внутренние проти¬
воречия следует рассматривать как определяющие сущ¬
ность и развитие вещей.
Недостаточно знать, что развитие живых систем, об¬
разование высокоупорядоченных структур сопровожда¬
ется увеличением энтропии во внешней среде, а потому
принципиально согласуется с требованиями второго на¬
чала термодинамики. Хотя этот тезис очень важен для
опровержения виталистических представлений, он еще
ничего не говорит о развитии самой живой системы, о
процессах, ведущих к увеличению молекулярной орга¬
низованности.
Пригожин поставил вопрос о возможности термоди¬
намического в собственном смысле описания процессов
272
развития живых систем и пришел к выводу, что для та¬
кого описания необходимы дальнейшие исследования
термодинамики неравновесных состояний.
Мы уже говорили о необходимости различать два типа
биологической специфичности и соответственно биологи¬
ческой упорядоченности. С одной стороны, существует
относительно статичная, архитектоническая упорядочен¬
ность, образуемая механизмами, координирующими мно¬
гие миллионы взаимосвязанных реакций. Упорядочен¬
ность второго типа цементируется целым рядом струк¬
тур и функций, благодаря чему в процессе возрастания
сложности системы формируется столь характерная для
биологической упорядоченности иерархия (см. разд. 9.4).
Эти факты имеют решающее значение для термоди¬
намики живой природы. Они позволяют прийти к выво¬
ду, что функциональная упорядоченность и тем самым
основные биологические структуры не определяются
принципом упорядоченности Больцмана, выведенным из
второго начала термодинамики и говорящим о статисти¬
ческом распределении молекулярных состояний, то есть
к выводу, что в случае функциональной упорядоченности
мы имеем дело с какими-то иными принципами.
Если система достаточно далеко отошла от состоя¬
ния подвижного равновесия, в ней возникают коопера¬
тивные структуры нового типа. Пригожин и Глансдорф
ввели для лучшего понимания биологической упорядо¬
ченности понятие «диссипативной структуры». Они по¬
казали, что такого рода структуры возникают вследст¬
вие нестабильных колебаний системы около состояния
термодинамического равновесия.
Конкретные системы передачи информации имеют
тенденцию потреблять информацию (негативная энтро¬
пия) и приближаться к состоянию максимальной энтро¬
пии. Возникает вопрос, имеет ли этот общий закон при¬
роды значение (и какое) применительно к живому ор¬
ганизму. В процессе решения этого вопроса было вы¬
яснено, что извлечение упорядоченности из внешней
среды есть решающая предпосылка для жизни вообще.
Таким образом, обмен веществом и энергией с окружа¬
ющей средой есть важнейшее средство для обеспечения
существования живого организма, которое препятствует
его переходу в кратчайшее время к формам безжизнен¬
ной материи. Является ли эта предпосылка достаточной
для объяснения развития от низшего к высшему: ины¬
273
ми словами, продуцирует ли живой организм (на осно¬
ве интенсивного взаимодействия со средой) сам свою
собственную структурную негомогенность или он ее
«импортирует» из среды? Этот вопрос связан также с
вопросом о предпосылках применения концепции энтро¬
пии и информации. Мы здесь ограничимся выдвижени¬
ем этих вопросов, ответ на которые — дело будущего.
Для применения понятия энтропии в рамках макро¬
скопической, то есть феноменологической, термоди¬
намики необходимо такое расчленение системы, чтобы
каждый ее компонент оказался в состоянии локального
Дермодинамического равновесия. Это означает, что для
каждой подсистемы (клетки) должны быть определены
термодинамические параметры ее состояния, например
температура или давление, причем эти параметры варь¬
ируют для различных подсистем.
Таким образом, энтропия есть статистическое поня¬
тие, характеризующее систему с большим числом более
или менее однородных элементов. В «Теоретической био¬
химии» Неттера мы находим следующее важное заме¬
чание: «Сущность энтропии связана со статистическим
подходом, но в то же время этот подход указывает и на
границы ее применения. Он исчерпывает себя там, где
оказывается неприемлемой статистика: в области объек¬
тов, состоящих из небольшого числа молекул. Здесь все¬
гда имеются нарастающие в непредвидимых направле¬
ниях отклонения, и измерения энтропии теряют свою
точность, а применительно к единичной молекуле — и
свой смысл» [147, с. 409—410].
Для высокосложных систем характерны не только
большая интегрированность различных структурных
уровней и специфические отношения целостности, но в
особенности также ярко выраженная неоднородность и
дифференцированность элементов. Благодаря этим
свойствам живая система способна противостоять ста¬
тистическому выравниванию отдельных молекулярных
отклонений. Для живых систем, напротив, типично, что
единичные молекулярные отклонения оказывают суще¬
ственное воздействие на поведение системы в целом.
Отсюда можно заключить, что высокая сложность и мо¬
лекулярная специфичность, вероятно, не представляют
собой какого-то случайного свойства жизненных явле¬
ний, но необходимо присущи им и образуют первичные
биологические формы поведения, делающие возможным
274
развитие и дифференциацию. Как мы уже говорили, не¬
обходимой предпосылкой для применения понятия
энтропии служит наличие произвольно расчленяемого
пространства. Эта предпосылка позволяет решать мно¬
гие проблемы, пока число входящих в состав изучаемого
объекта молекул остается чрезвычайно большим. Одна¬
ко в настоящее время уже не считают, что в процессах,
происходящих в клетке, обязательно должно участво¬
вать огромное число молекул, достаточное для действия
статистических закономерностей. В живой природе ор¬
ганизация контролируется специальными, весьма высо¬
коупорядоченными группами атомов.
В живом организме достаточно бывает замены не¬
скольких атомов, чтобы вызвать изменения во всей си¬
стеме. Небольшая группа атомов, слишком малочислен¬
ная, чтобы на ней могли проявиться точные статистиче¬
ские закономерности [24], контролирует поведение
органических молекул, определяет существенные свойства
живой системы и содействует проявлению строгой био¬
логической закономерности. Таким образом, мы возвра¬
щаемся к исходному пункту, к тезису об эффективном
воздействии молекулярной организации на общее пове¬
дение живой системы. Представляется, будто организм
состоит из столь большого числа отдельных молекул, и
притом не из обычных молекул и атомов, с которыми
имеют дело физика и химия, но из высокоиндивидуали-
зированных макромолекул, именно потому, что только
на базе этой негомогенности организма как открытой
системы он может избежать строгого следования прин¬
ципу возрастания энтропии. Сомнительно, может ли во¬
обще понятие энтропии привести к биологически значи¬
мым высказываниям в приложении к одной клетке, к
единичным молекулам, к индивидам. Законы термодина¬
мики значимы для любой системы, поскольку она со¬
стоит из достаточно большого числа компонентов, по¬
этому с точки зрения термодинамики понятие энтропии
приложимо и к клетке, и вообще к биологическим систе¬
мам. Чрезвычайно важно, однако, что это понятие не¬
релевантно для специфически биологических процессов,
если не считать возможностей наиболее общего термо¬
динамического рассмотрения живых существ. Только
обобщенная термодинамика необратимых процессов ве¬
дет к постановке существенных для биологии проблем.
Помимо этого, общезначимость законов энтропии может
275
быть оспорена и применительно к системам, состоящим
из многих компонентов, если взаимодействие между
этими компонентами достаточно интенсивно или обла¬
дает сравнительно большим радиусом действия [202,
с. 32; 157, с. 550].
В настоящее время решается вопрос о том, опреде¬
ляются ли биологические структуры больцмановским
принципом упорядоченности или же здесь мы сталки¬
ваемся с иными принципами.
В соответствии с современными представлениями о
физико-химических процессах, происходящих в организ¬
мах, взаимодействия внутри клетки или между не¬
сколькими клетками в развивающемся организме пред¬
ставляют собой взаимодействия с малым радиусом
влияния. Таким образом, по этому признаку природа
сил, действующих внутри клетки, не противоречит при¬
менению классической термодинамики. Однако этого еще
недостаточно для понимания явлений биологической
упорядоченности.
Если открытая система располагает доступным ей
резервом вещества и энергии во внешней среде, доста¬
точным для поддержания ее в определенном констант¬
ном состоянии, то такая система может стремиться к
некоторому стационарному уровню функционирования,
не являющемуся подвижным равновесием. Этот уровень
представляет собой состояние устойчивого неравновесия.
В отличие от изолированной системы, которая стре¬
мится к равновесной, например кристаллической струк¬
туре, открытая система, достигшая состояния подвиж¬
ного равновесия, например клетка, стремится далее
принять состояние, названное Пригожиным и Глансдор-
фом «диссипативной структурой».
Отсюда следует, что в данном случае уже неприме¬
ним больцмановский принцип упорядоченности, удов¬
летворительно описывающий равновесную фазу. Дис¬
сипативные структуры, то есть относительно стабильные
состояния, удаленные от равновесия, основаны совер¬
шенно на другом принципе упорядоченности, а именно
на принципе, который (по предложению Глансдорфа и
Пригожина) можно назвать «упорядоченность через ко¬
лебания». Это — упорядоченность, возникающая как
следствие протекания необратимых процессов. Диссипа¬
тивные структуры могут возникать на основании усили¬
вающихся случайных колебаний в открытых системах:
276
их наличие экспериментально доказано также и в не¬
биологических системах.
Пригожин отмечает: «Пространственные или времен¬
ные диссипативные структуры встречаются в тех слу¬
чаях, когда благодаря воздействиям со стороны среды
поддерживается неравновесное состояние, так что воз¬
можно усиление амплитуды колебаний системы и пере¬
ход к более высокоорганизованным состояниям на мак¬
роскопическом уровне» [157].
Чтобы понять возникновение диссипативной и вооб¬
ще неравновесной структуры, необходимо принять во
внимание природу колебаний, вызывающих необрати¬
мые явления. Таким образом, мы приходим к обобщен¬
ной термодинамике, разработанной Пригожиным и
Глансдорфом.
Говоря о значении диссипативных структур в биоло¬
гии, следует различать вопрос о значении этих струк¬
тур в поддержании жизненного процесса и вопрос,
к которому мы вернемся позже, об их роли в происхож¬
дении жизни.
Между диссипативными структурами и служащими
для поддержания биологической упорядоченности
функциями имеется тесная связь. Очевидно, что функци¬
онирование живых организмов осуществляется именно в
условиях неравновесия. Так, можно, например, пока¬
зать, что реакции обмена веществ или волны мозговой
активности могут быть интерпретированы как времен¬
ные диссипативные структуры.
Обращаясь к результатам исследований гликолиза,
мы видим, что концентрации веществ, принимающих
участие в реакции, подвержены незатухающим колеба¬
ниям. В настоящее время механизмы реакций и
свойства ферментов гликолитической системы уже на¬
столько хорошо изучены, что оказалось возможным
описать гликолиз с помощью математических моделей.
Детальное изучение этих моделей показывает, что упо¬
мянутые колебания можно истолковать как устойчи¬
вые во времени пограничные циклы: они имеют постоян¬
ную длину волны и постоянную амплитуду и возникают
независимо от нестабильности существующего в систе¬
ме стационарного неравновесия. Иными словами, как
убедительно показал Пригожин, гликолиз представляет
собой временную диссипативную структуру. Известно
большое число примеров и других незатухающих
277
колебаний на клеточном уровне (при метаболических реак¬
циях, синтезе белков и т. д.).
Пригожин и Глансдорф показали также, что суще¬
ствуют открытые системы, в которых энтропия снижает¬
ся по мере приближения к состоянию подвижного рав¬
новесия, в особенности в тех случаях, когда в них раз¬
вертываются автокаталитические реакции.
Когда энтропия снижается, состояние подвижного
равновесия нестабильно. Извлекая негэнтропию из сре¬
ды, открытая система стремится к состоянию с умень¬
шенной энтропией и повышенной упорядоченностью.
В противоположность тому, что имеет место в термоди¬
намике закрытых систем, здесь к максимуму стремится
не энтропия, а организация.
Это имеет большое значение для биологии, посколь¬
ку подчеркивает необходимость возникновения опреде¬
ленных «структур» и тенденцию движения от неупоря¬
доченности к порядку в открытых системах, весьма да¬
леких от термодинамического равновесия.
Все сказанное не противоречит второму началу тер¬
модинамики, имеющему силу только для закрытых сис¬
тем, энтропия которых возрастает даже в том случае,
если они включают в себя живые организмы. Это огра¬
ничение сферы действия второго начала было известно
уже давно, однако тезис «так должно быть» представ¬
ляет значительный прогресс по сравнению с высказыва¬
нием типа «это не исключено».
В то время как Пригожин интересовался преимуще¬
ственно возникновением пространственных структур,
Эйген исследовал возникновение биохимических циклов,
лежащих в основе жизни. В дальнейшем мы покажем,
что существует некий многоступенчатый процесс, веду¬
щий к образованию, по терминологии Эйгена, «гипер¬
циклов» (см. ниже, с. 319).
Из работ Эйгена и Пригожина можно сделать важ¬
ный вывод о несостоятельности представлений, будто
жизнь не следует законам физики или в жизненных яв¬
лениях надо искать нечто вроде борющегося против вто¬
рого начала термодинамики «демона» Максвелла. Жизнь
оказывается прямым результатом законов физики, а ее
особенная пластичность, диалектика постоянства и из¬
менчивости вытекает из химического состава живых
тел и кинетических закономерностей, свойственных это¬
му составу.
278
Следовательно, чтобы понять биологические струк¬
туры, надо существенно отойти от больцмановского
принципа упорядоченности; учитывая, что феномены,
характеризующие жизнь, развертываются в системах,
далеких от состояния термодинамического равновесия.
Поскольку же резких границ между живой и нежи¬
вой природой нет, существуют и системы, промежуточ¬
ные в термодинамическом отношении между жизнью и
не-жизныо. Итак, мы вернулись к исходному тезису:
все возможное биологически возможно и физико-хими¬
чески, но не все возможное физико-химически возможно
и биологически. В случае биологических объектов мы
имеем дополнительную детерминацию биологическими
принципами и законами, открывающими новые возмож¬
ности для развития. Особенно важен здесь типичный
для биологических структур принцип упорядоченности.
Объяснение качественного скачка от неживого к жи¬
вому сделало пока только первые шаги. Нам известны
лишь некоторые этапы процесса перехода от неживого
к живому, и поэтому неоправданными являются всякие
слишком упрощенные представления и поспешные вы¬
воды. В этом вопросе следует ожидать дальнейших и
решающих данных современной науки.
10.5. Диалектическое единство
«преформации» и «эпигенеза»
Биология развития с самого своего возникновения
стремится к преодолению противоположности концепций
преформации и эпигенеза. Имеются экспериментальные
данные, частично подтверждающие и ту и другую кон¬
цепцию. Экспериментальные данные, полученные при
исследовании, с одной стороны, регуляторных процессов
в развитии яйца и, с другой стороны, мозаичности яйце¬
клетки, позволяют представить обе концепции как край¬
ности, соединенные длинной шкалой переходов. Аль¬
тернативные постановки вопросов и ответы редко
оправдываются в биологии. Если представители префор¬
мизма понимают жизнь как развертывание уже вполне
оформленного зародыша, то эпигенетики отстаивают
мнение, что зачатки организма образуются из неоргани¬
зованного, аморфного материала, который только в ходе
дальнейшего развития приобретает расчлененность и
279
структуру, вообще свое информационное содержание под
воздействием некоей божественной упорядочивающей
жизненной силы, vis essentialis. В подтверждение приво¬
дился тот факт, что не все органы формируются у заро¬
дыша одновременно, но, наоборот, они закладываются
один после другого «эпигенетически». Под влиянием
романтической натурфилософии статическое учение о
преформации уступило место динамическому учению об
эпигенезе, и, как отметил Баргманн, это последнее по¬
пало «сразу в водоворот виталистических теорий, опери¬
рующих с таинственным жизненным принципом... По¬
надобилось много усилий естествоиспытателей, чтобы
втянуть учение об эпигенезе в диалог с природными
объектами и поставить его на твердую почву, чтобы от¬
делить факты от умозрений» [30, с. 31].
Основная проблема, лежащая в основе исследования
процесса развития, состоит, в сущности, в том, чтобы
выяснить, каким образом все многообразие специфиче¬
ских признаков, наследуемых организмом, возникает из
такого в высшей степени недифференцированного внеш¬
не предшественника, как оплодотворенное яйцо. Эм¬
бриология возникла в результате попыток разрешить
глубокие противоречия, содержащиеся в этом порази¬
тельном явлении. При этом речь идет о том, чтобы по¬
нять противоречащие друг другу стороны сложного
процесса развития, их взаимный переход и изменяю¬
щиеся в ходе эмбрионального развития условия этого
процесса.
В этой связи следует привести высказывание Лени¬
на о том, что «с принципом развития» в XX веке (да
и в конце XIX века) «согласны все».— Да, но это по¬
верхностное, непродуманное, случайное, филистерское
«согласие» есть того рода согласие, которым душат и
опошляют истину.— Если все развивается, значит все
переходит из одного в другое, ибо развитие заведомо
не есть простой, всеобщий и вечный рост, увеличение...
надо точнее понять эволюцию как возникновение и
уничтожение всего, взаимопереходы» *.
Характеризуя диалектическую концепцию развития,
Ленин подчеркивает, что лишь она «дает ключ к «са¬
модвижению» всего сущего; только она дает ключ к
«скачкам», к «перерыву постепенности», к «превраще-
1 В. И. Л е и и н. Поли. собр. соч., т. 29, с. 229.
280
нию в противоположность», к уничтожению старого й
возникновению нового»*.
Успешная расшифровка генетического кода и рас¬
крытие его общих свойств принадлежат к числу наи¬
более блестящих достижений современной науки. В этой
области молекулярно-биологическое и биохимическое
исследование (подобно тому, как ранее это имело место
с исследованиями механизмов регуляции клеточного
метаболизма) получило сильные импульсы (по крайней
мере в концептуальном плане) со стороны кибернети¬
ки. Так, процесс транскрипции — трансляции от ДНК
к РНК и белку был уподоблен передаче сообщения че¬
рез информационные каналы.
В ходе индивидуального развития организма растет
информация, однако не генетическая информация от¬
дельной клетки. Поэтому можно понять высказывания
Моно, перекликающиеся с идеями Рейвена [167], по¬
скольку и у Моно речь идет не об одной только гене¬
тической информации: «Количество информации, необ¬
ходимое для того, чтобы полностью определить трех¬
мерную структуру некоторого белка, гораздо больше
(и это имеет решающее значение), чем количество ин¬
формации, необходимое, как считается, для того, чтобы
определить последовательность аминокислот в этом
белке... Можно усмотреть противоречие в том, что,
с одной стороны, ген «всецело определяет» функцию
белка, а с другой стороны, эта функция связана с трех¬
мерной структурой, информационное содержание кото¬
рой значительно превосходит ту совокупность сигналов,
которая составляет генетическую детерминацию данной
структуры. Неудивительно, что это противоречие при¬
влекло к себе внимание некоторых критиков современ¬
ных биологических представлений, прежде всего Эль-
зассера, который усматривает в эпигенетическом развитии
(макроскопических) структур в организмах феномен,
необъяснимый физически, поскольку этот феномен,
по-видимому, свидетельствует о «беспричинном увели¬
чении информации». Однако это противоречие разре¬
шается, как только мы обращаемся к более детальному
рассмотрению механизмов молекулярного эпигенеза:
накопление информации, отвечающее условиям форми¬
рования трехмерной структуры белка, ведет к тому, что
1 В. И. Л е н и н. Поли, собр.'соч., т, 29, с, 317,
281
генетическая информация (записанная на аминокислот¬
ной последовательности) достигает своего внешнего вы¬
ражения, в сущности, при уже строго заданных началь¬
ных условиях: в условиях большого содержания воды,
в определенных температурных границах, при данной
концентрации различных ионов и т. д. Поэтому из всех
возможных структур, которые могут быть реализованы
с помощью данной информации, оказываются осуще¬
ствимыми только немногие. Таким образом, начальные
условия развития вносят свой вклад в онтогенетиче¬
скую информацию, которая в конечном счете закреп¬
ляется в структуре белка, хотя непосредственно началь¬
ные условия не специфицируют этой информации: они
только элиминируют все другие возможные на базе
данной информации структуры и тем самым вынужда¬
ют к однозначной интерпретации сигнала, по своей при¬
роде многозначного» [141, с. 118—119].
Моно подчеркивает, что он рассматривает данный
процесс как модель эпигенетического развития и добав¬
ляет: «Процесс структурирования глобулярного белка
может рассматриваться как микроскопическое отобра¬
жение и в то же время как причина спонтанного эпиге¬
нетического развития организма».
Следовательно, движущей пружиной онтогенетиче¬
ского развития является генетическая информация, за¬
писанная на структуре ДНК- Под воздействием началь¬
ных условий эта информация становится интерпретиро¬
ванной и профильтрованной. Определенную роль для
детерминации онтогенеза играют и случайные колеба¬
ния начальных условий, причем случайность следует
здесь понимать не только в смысле теории вероятно¬
стей, но и как воздействие случайно совпадающих сти¬
мулов, которые сами по себе определены в конечном
счете однозначно. Однако с точки зрения дальнейшего
развития данного индивида это различение двух типов
случайности не обязательно является существенным.
Следует подчеркнуть, что вероятностные закономер¬
ности неизбежно участвуют и в морфогенетических про¬
цессах, но проявляются они обычно только в особен¬
ностях, несущественных с точки зрения бытия вида, на¬
пример различным может быть конкретное положение
клеток в тканях относительно друг друга или же выраже¬
ние индивидуальности организма в отпечатках пальцев.
Утверждение, что в процессе онтогенеза господствует
282
преформация, неоправданно. В некоторых случаях ве¬
роятностные моменты, находящие выражение в целом
ряде индивидуальных отклонений, могут оказаться ре¬
шающими. Конечно, нельзя понять структуры и функции
индивида, опираясь исключительно на сведения, кото¬
рыми мы располагаем о ДНК. Поскольку к индиви¬
дуальным различиям ведет как случайность в субъек¬
тивном смысле, так и объективная пробабилистика, по¬
стольку количество информации в организме больше,
чем в макромолекулярной структуре ДНК. Однако к
такому выводу нельзя прийти, если рассматривать толь¬
ко информационное содержание зародышевой клетки и
противопоставлять его информационному содержанию
взрослого многоклеточного организма, как это делают,
например, Квастлер и примыкающий к нему в этом во¬
просе Эльзассер. Поэтому онтогенез — это не просто раз¬
вертывание заранее заданного многообразия, подобно
тому, как филогенез — это не чистое творение заново.
Каждая ступень развития содержит в себе условия для
своего дальнейшего развития, и от ступени к ступени
создаются все новые и новые условия.
Новая генетическая информация, возникающая в
процессе-онтогенеза, может быть сохранена только пу¬
тем размножения. При этом мы снова попадаем в об¬
ласть филогенеза. Существенным для вероятностного
аспекта онтогенеза (в том, что касается наследственной
информации) является момент взаимосвязи между он¬
тогенезом и наследственной информацией.
В противоположность преформизму теория эпиге¬
неза (в ее модернизированной форме) должна доказать,
что в структуре органических макромолекул в зиготе
отсутствует изоморфное представление информацион¬
ного содержания взрослого организма, то есть отсутст¬
вует оператор F, который задавал бы изоморфное ото¬
бражение X (информация, содержащаяся во взрослом
организме) на Y (информация, содержащаяся в зи¬
готе) .
Для создания теории диалектического единства пре¬
формации и эпигенеза необходимо принять, что в отно¬
шениях между зародышевой клеткой (К) и организмом
(О) весьма вероятен только гомоморфизм, проявляю¬
щийся в регулярном одномерном отображении К и О
или некоторой подсистемы К на О. Возможно даже,
как мы уже говорили, что здесь имеет место общий
283
гомоморфизм в виде многомерного отображения неко¬
торого подмножества К на О.
Развитие в собственном смысле есть продуцирование
многообразия, а не превращение невидимого многооб¬
разия в видимое. Происходит не только трансформация
уже имеющихся сведений, но и образование информа¬
ции в ходе самого развития, в том числе и генетиче¬
ского. Из чего же образуется эта дополнительная ин¬
формация? Прежде всего организм получает ее из
среды. Однако достаточно ли этого? Данные молеку¬
лярной биологии, касающиеся сложного механизма пе¬
редачи информации от ДНК как матрицы через РНК
к белкам, в настоящее время более уже не оспарива¬
ются. Этим в значительной мере оправдывается приня¬
тие гипотезы «один ген — один фермент», принятие изо¬
морфизма, однозначного соответствия между системой
генов и системой ферментов. Это означает, что гомо¬
морфизм (всеобщий), предполагаемый теорией диалек¬
тического единства преформации и эпигенеза, впервые
проявляется только на уровне динамики клетки, во
взаимоотношениях системы ферментов с другими моле¬
кулярно-морфологическими структурами организма.
Как пример самоорганизации в процессе онтогенеза,
можно указать иммунологические реакции, в основе
которых лежит, по всей вероятности, процесс обучения
через отбор.
Какой механизм так точно определяет начало и ко¬
нец роста? Каким образом организм координирует во
времени и пространстве различные этапы развития?
Как следует понимать механизм дифференцирования
клеток, тканей и органов, имеющих столь точно испол¬
няемые, но различные функции? Таковы вопросы, встаю¬
щие перед современной биологией в плане исследования
механизмов развития.
Еще в прошлом столетии биология развития зани¬
малась исследованием процессов дифференцирования,
однако только в последние годы ей удалось подойти к
выяснению молекулярных механизмов детерминации и
дифференцировки в процессе онтогенеза.
В настоящее время на основании успехов молекуляр¬
ной биологии можно утверждать, что репликация, транс¬
крипция и трансляция генетического материала регу¬
лируются взаимодействием белков с нуклеиновыми ки¬
слотами, и это взаимодействие должно рассматриваться
284
как процесс, лежащий в основе размножения, роста,
дифференциации и старения биологических систем
[172]. К числу наиболее изученных сложных биологи¬
ческих процессов относится развитие (дифференциация
и созревание) красных кровяных телец [162].
Процесс дифференцирования какой-либо специфиче¬
ской группы клеток, вероятно, протекает по сходным
принципам на любой стадии онтогенетического разви¬
тия. Индуктор прямо или косвенно воздействует на
клетку, способную к делению и дифференцировке, и это
воздействие ведет к образованию некоторого ограничен¬
ного числа молекул белков, типичных для клетки в ее
новом состоянии, и к подавлению синтеза других бел¬
ков. В ходе этого процесса клетка несколько раз делит¬
ся. Вновь образовавшиеся клетки, с одной стороны, от¬
личаются от других по набору своих белков и соответ¬
ственно по своим специфическим функциям, а с другой
стороны, сходны друг с другом в том отношении, что
располагают функционально однородными белковыми
комплексами.
Некоторый пространственно-временной разрыв меж¬
ду синтезом РНК и обнаружением белков, типичных
для данного типа клеток, характерен для всех процес¬
сов дифференцирования и созревания животных клеток.
Этот разрыв представляет собой проявление «вставоч¬
ных» регуляторных процессов, следующих за синтезом
РНК и включающих целый каскад актов индукции фер¬
ментативного и вообще белкового синтеза.
Со сходными проблемами мы сталкиваемся в тех
случаях, когда стремимся понять межклеточные меха¬
низмы коммуникации и ассоциации. Если бы не было
межклеточных связей, высший организм распался бы
на отдельные клетки и более не отличался бы от
одноклеточных форм жизни. Мы пока очень мало зна¬
ем о способах, посредством которых вступают во взаи¬
модействие миллионы и миллиарды клеток, образуя
структуру, например, нервной системы.
Одной из важнейших задач сегодняшней (и за¬
втрашней) биологии является ответ на вопрос, каким
образом клетки могут организовать себя в морфологи¬
чески различимые структуры, например в лист расте¬
ния или мускул животного. Ответ, видимо, не может
быть получен просто из исследования процессов
285
накопления информации в ДНК и трансформации в спе¬
цифические инструкции, указывающие, каким образом
должны осуществляться цитологические функции. До¬
статочно сослаться здесь на чрезвычайно интенсивную
в настоящее время дискуссию по вопросу о структуро-
образовании. Ход этой дискуссии подтвердил выдвину¬
тый в данной работе тезис о том, что наиболее реали¬
стичным будет допустить, что содержащаяся в яйце¬
клетке генетическая информация определяет - общие
принципы, по которым должен быть построен взрослый
организм, но не дает полного описания (изоморфного
отображения) взрослого организма.
Если бы индивидуальные гены или их комбинации
определяли любой оттенок структуры или формы орга¬
низма, это была бы, как заметил Лоренс, слишком
большая затрата для организма, нечто чрезмерно «до¬
рогостоящее».
Биология развития должна стремиться к раскрытию
этих сравнительно простых общих принципов. При этом
в настоящее время оживленно дискутируется вопрос
о том, «знает» ли клетка в силу своего расположения
в организме о том, что она должна делать. Если
«знает», то дифференцирование клетки до структуры,
например, мускульной клетки детерминируется путем
индукции и ингибирования содержащейся в данной
клетке генетической информации. Однако процесс инте¬
грации этой клетки вместе с соседними клетками
в мускул, вероятнее всего, определяется с помощью
более общего механизма, задаваемого релевантной
информацией, относящейся к расположению клетки.
Группа клеток, для которой подобная «позиционная
информация» однородна, образует позиционное поле и
составляет онтогенетическое единство, из которого разви¬
вается орган, например рука. Имеется ряд эксперимен¬
тальных наблюдений, указывающих на возможное суще¬
ствование таких позиционных полей, хотя о механизме
«позиционной сигнализации» пока еще ничего не изве¬
стно.
Однако здесь существенно уже то, что могут быть
указаны информационные процессы, продолжающие про¬
цесс генетической передачи информации и связанные с
проблемой онтогенетической самоорганизации.
Большое значение, несомненно, имеет в этой связи
исследование клеточных клонов, этой промежуточной
286
между клетками и органами ступени организации, важ¬
ность которой' впервые была раскрыта молекулярной
биологией. Под клонами понимаются в данном случае
группы клеток, которые порождаются факторами, проду¬
цируемыми клеточным сообществом на ранних стадиях
эмбриональной дифференцировки, начинающейся с перво¬
го деления зиготы.
Для понимания коммуникации между клетками в про¬
цессе формирования структур может быть использован
тот факт, что ряд известных одноклеточных организмов
в онтогенезе объединяется в колонии, в которых может
наблюдаться примитивная дифференциация между клет¬
ками, как это имеет место, например, у одного семей¬
ства амёб — у акразалий. Процесс объединения амёб в
многоклеточное скопление опосредуется специальным
химическим веществом (акразином, циклическим адено¬
зинмонофосфатом), продуцируемым клетками.
Процесс самоорганизации, увеличения информации в
организме опирается, как мы видели, на определенные
термодинамические предпосылки. Поэтому особенно ва¬
жен факт, выясненный Келлером и Зегалем, что начало
процесса агрегации амёбных клеток может быть истол¬
ковано как результат термодинамической нестабильности
состояния равномерной распределенности амёб по зани¬
маемому ими пространству. Келлер и Зегаль допускают,
что выделение клетками акразина есть процесс, проте¬
кающий посредством ряда практически необратимых эта¬
пов, то есть удаляющийся от термодинамического равно¬
весия.
Согласно Пригожину, по меньшей мере первые эта¬
пы агрегации могут быть истолкованы как простран¬
ственные диссипативные структуры. В этой связи он пи¬
шет: «Соблазнительно попытаться экстраполировать
данное наблюдение и предположить, что наблюдаемые
у акразалий явления могут нечто сообщить о развитии
высших организмов. Если это так, то интерпретация
посредством диссипативных структур могла бы слу¬
жить объединяющим принципом для изучения исклю¬
чительно разнообразного и сложного процесса онто¬
генеза» [157].
В целом можно считать, что биологическим процес¬
сам свойственна нестабильность, возможная только при
значительном удалении от состояния термодинамиче¬
ского равновесия. Здесь мы имеем пример той роли,
287
которую диссипативные структуры могут играть
В функционировании живого организма и в поддержа¬
нии жизни. Далее мы вновь обратимся к диссипативным
структурам при решении вопроса о их роли в предбио-
логической эволюции.
10.5.1. Диалектика части и целого
К утверждению о том, что целое есть нечто большее,
чем сумма его изолированных частей, в естествознании
подходят с осторожностью, поскольку на нем основы¬
вался целый ряд идеалистических спекуляций [160].
В действительности живая клетка есть, конечно, нечто
большее, чем сумма ее отдельных составных частей и
квантов энергии, орган — нечто большее, чем сумма
клеток, а сообщество — нечто большее, чем простое
скопление индивидов. Целое содержит в себе отноше¬
ния, которые не могут быть адекватно выражены через
представление о частях (клетка, например,— отноше¬
ния, связанные с ее историческим становлением в ходе
миллионов лет эволюции).
Если взять определенные элементы, скажем числа
1, 2, 3, 4, 5, 6, то из них можно составить некую струк¬
туру, целое, в котором будут заданы отношения между
элементами: в нашем случае это будут, например, та¬
кие отношения между числами, как 4 ф 1 = 5 или
2 X 3 == 6 и т. д. Так и в словах языка к их элементам
(буквам) добавляется нечто отсутствующее в них (упо¬
рядоченность). Общее информационное содержание це¬
лого равно сумме информационных содержаний частей
только в том случае, если при описании каждой части
учтены все ее возможные связи с другими частями.
Таким образом, в рамках теории информации имеет¬
ся возможность точного определения этого «превосход¬
ства» целого над его частями, которое так много обсуж¬
далось и так часто идеалистически искажалось в биоло¬
гических и психологических учениях о целостности и в
гештальтпсихологии.
К сожалению, мы не можем вполне удовлетвориться
этими соображениями. Так, имеет смысл различать це¬
лостность соответственно, например, характеру (более
или менее глубокому) отношений между частью и це¬
лым.
288
1. Механическое целое разложимо на части, причем
можно исследовать в отдельности как каждую из ча¬
стей, так и взаимоотношения между ними или их отно¬
шения с окружающей средой; после такого анализа из
отдельных частей можно вновь собрать целое.
2. Диалектическое целое имеет решающее значение
для определения свойств частей. В этом случае выделе¬
ние элементов из общей связи путем анализа ведет к
их существенному изменению, поскольку при таком вы¬
делении (если анализируются только части и их взаи¬
моотношения) не учитывается существенное свойство
данной системы, наличие в ней воздействия целого на
развитие его частей.
При этом необходимо выяснить, не может ли в под¬
линно диалектическом целом информация целого быть
больше, чем информация частей. Следует также обсу¬
дить (до настоящего времени это еще не сделано), не
заключена ли в приведенных выше соображениях, сде¬
ланных на базе статистической теории информации,
скрытая предпосылка о том, что рассматриваемое целое
является механическим.
Как мы сказали, на основе теории информации можно прийти
к заключению, что общая информация целого тогда, и только тогда,
равняется сумме информаций частей, когда описание каждой части
включает в себя все ее возможные связи с другими частями. При
этом, однако, надо принимать во внимание оговорку относительно
обусловленности упомянутого равенства. Информационный процесс
рассматривается как выбор из определенной серии альтернатив при
условии, что известны все предоставляющиеся для выбора возмож¬
ности. Именно это условие нельзя упускать из виду. Мы неодно¬
кратно подчеркивали, что в живой природе мы имеем дело не с
абсолютно определенной структурой, то есть не с определенной
совокупностью заранее заданных отношений между частями целого,
но с вероятностными структурами. У таких структур не известны
заранее все их возможные связи. Отсюда, вероятно, и возникает
большой информационный потенциал, на котором основаны эпигене¬
тические формы поведения. Генетическая информация оставляет
простор для изменчивости, связанной с эпигенетическим приростом
информации, то есть для высших форм поведения, основанных на
обучении. J
Представляется также несомненным, что в пределах
общего отношения между целым и частью имеются ка¬
чественные различия, качественно различные отношения
целостности и различные формы дифференцирования
элементов. Так, И. Б. Новик пишет: «Не говоря уже о
том, что в машине и целостность и дифференциация
10 Зак. 387
289
развиты слабее, чем в мозгу, следует подчеркнуть, что
они как бы положены рядом. В отличие от этого в моз¬
гу имеется органическое неразрывное диалектическое
единство целостности всей системы и поразительной
дифференциации ее элементов» [15, с. 47—48]. В жи¬
вой системе решающую роль для отношений целостно¬
сти играют неспецифические коллективные взаимодей¬
ствия, например при процессах, связанных с действием
ферментов: неспецифические взаимодействия или инте¬
гральные, возбужденные состояния целых нейронных
полей в мозге.
10.5.2. Диалектическое единство специфических
и неспецифических взаимодействий
Если процесс обмена веществ осуществляется на ба¬
зе исключительно высокой специфичности ферментов и
поэтому строго детерминирован, то как мы вообще мо¬
жем ожидать в этой области наличия закономерностей,
связанных с категорией возможного как диалектическо¬
го единства случайности и необходимости?
Очевидно, что без высокой химической специфично¬
сти компонентов организм не может существовать.
Именно благодаря своей специфичности ферменты яв¬
ляются высокочувствительным средством регуляции.
Неорганические же катализаторы не обладают соответ¬
ствующей специфичностью, а потому неспособны участ¬
вовать в регуляции биологических процессов. Так, пла¬
тина катализирует самые различные окислительные
процессы независимо от того, какое вещество окисляет¬
ся. Напротив, фермент будет расщеплять, например,
только молочный сахар или только тростниковый сахар.
Жизнь не может ни поддерживаться, ни воспроизводить¬
ся без продуцирования все более специфичных реакций.
Специфичность при этом означает, что некоторое веще¬
ство в точности соответствует структурным и химиче¬
ским свойствам своего партнера по реакции.
Отношение между реагирующими веществами обыч¬
но наглядно представляют как отношение между клю¬
чом и замком. Однако такое отношение, очевидно, мож¬
но мыслить только как функциональное. Если изменить
форму «замочной скважины», то субстрат уже не будет
специфичным для данного фермента, и последний не
окажет действия. Условие специфичности требует, что¬
290
бы в субстрате наличествовал как бы негатив молекулы
фермента и чтобы, таким образом, обе молекулы в точ¬
ности подходили друг к другу; благодаря выполнению
этого условия осуществляются строго детерминирован¬
ные реакции.
Иногда, например при денатурации белка фермента,
«ключ» больше не подходит к «замку». В этом смысле
денатурацию (соответственно этимологии этого терми¬
на) можно рассматривать как нечто противоречащее
естественному, «натуральному» ходу жизненных явле¬
ний, поскольку она оказывает разрушительное действие
и ведет к нарастанию энтропии. Вопрос в том, справед¬
лива ли метафора «ключа», даже если белок находится
в полностью нативном состоянии. Согласно наблюдени¬
ям, молекулы фермента проявляют максимальную ак¬
тивность после небольших сдвигов в кислотности среды,
вызывающих структурные изменения в молекулах, и
только более сильные сдвиги приводят к денатурации
фермента. Таким образом, динамика организма на мо¬
лекулярном уровне имеет двойной аспект. Как специ¬
фичность, так и неспецифичные изменения оказываются
существенными для жизненного процесса.
Неспецифические процессы основываются на коллек¬
тивных взаимодействиях, к которым способны белки
вследствие больших размеров их молекул. Электриче¬
ские силы также играют роль при определении специ¬
фики химических превращений, а также при неспецифи¬
ческих коллективных взаимодействиях, способствуя тес¬
ной связи между обоими видами динамики, специфич¬
ностью и эргодизацией, что отмечал, в частности, Эль-
зассер [67]. Рапопорт пишет в этой связи о «диалекти¬
ческом единстве специфичности и статистичности». «Со¬
хранение SH-группы — результат цепи ферментативных
реакций, представляющих специфический процесс обме¬
на веществ, в то время как денатурацию следует рас¬
сматривать как процесс статистический, сопряженный с
изменением белковой структуры» [161, с. 480].
Рассмотрим подробнее это диалектическое единство
на материале действия ферментов. При этом мы можем
конкретизировать сформулированное ранее (см. 9.4) по¬
ложение о том, что метаболическая активность не толь¬
ко связывает друг с другом различные уровни актив¬
ности живого организма, но и оказывает постоянное
влияние на структурные свойства молекул. Их компо¬
10*
291
ненты подвергаются изменениям, и при этом колебания
кислотности оказывают особое влияние на химическую
устойчивость и активность макромолекул.
Таким образом, в живом организме в момент време¬
ни t мы можем лишь с определенной вероятностью w
ожидать наличия некоторой точно определенной микро¬
скопической структуры и динамики.
Мы затронули выше вопрос об электрической актив¬
ности молекулы белка. Молекула глобулярного белка
представляет собой длинную полипептидную цепь, более
или менее регулярно скрученную или свернутую; ее от¬
дельные витки удерживаются друг подле друга разно¬
образными химическими связями. Остальные валентно¬
сти (в большом числе) остаются свободными, так что
молекула может связывать катионы и анионы соответ¬
ственно состоянию внешней среды. В молекуле имеет
место непрерывная флуктуация электрического заряда.
Боковые цепи приобретают и теряют протоны, опять-
таки сообразно составу среды. Колебания заряда бел¬
ковой молекулы могут вести к резким изменениям в ее
поведении по отношению к воде, а также к значитель¬
ной деформации лабильной структуры молекулы глобу¬
лярных белков. Как отмечает Эльзассер, эти явления
можно представить как начало обратимой денатура¬
ции [67].
Таким образом, становится все более ясно, что наря¬
ду с чисто статическим аспектом каталитического дей¬
ствия (этот аспект иллюстрируется трехмерной структу¬
рой белка и связью типа «ключ — замок») надо прини¬
мать во внимание также и динамический аспект.
Как мы уже говорили, вполне возможно, что в дан¬
ном случае вообще ни один «ключ» не подходит в точ¬
ности к «замку», когда белок находится в полностью на¬
тивном состоянии. Можно допустить, что во многих
случаях каталитическому действию фермента на опреде¬
ленный субстрат способствует деформация молекул фер¬
мента, то есть окружающая среда может иметь столь
специфический характер, что содержащаяся в ней де¬
формирующая система может способствовать образова¬
нию специфичности действия фермента.
Кроме того, между специфическими и неспецифиче¬
скими процессами имеется тесная связь, благодаря ко¬
торой могут создаваться все новые и новые регуляции.
292
Это становится очевидным, если мы вспомним, что фер¬
менты, содержащиеся в клетке, отнюдь не малочислен¬
ны: существуют тысячи совместно действующих фермен¬
тов, причем между близко друг от друга расположен¬
ными молекулами белка имеет место также и электро¬
статическое взаимодействие.
Как мы уже сказали, фермент часто сначала должен
быть деформирован таким образом, чтобы «подойти» к
субстрату. Получение информации вообще означает при¬
ведение упорядоченности системы, получающей инфор¬
мацию, в некоторое определенное соответствие с упоря¬
доченностью других материальных процессов. Информа¬
ция получает смысл только тогда, когда имеется
налицо получатель информации. Мы можем уподобить
отношение между ферментом и субстратом отношению
между источником и получателем информации, напри¬
мер ситуации разговора, когда говорящий что-то сооб¬
щает слушателю. Слушающий полностью понимает со¬
общение в том случае, если он способен сопоставить на¬
правленную ему и упорядоченную серию звуков с неко¬
торым значимым предметным содержанием.
В случае, когда множество значений совпадает с
множеством возможных состояний параметров инфор¬
мации, дальнейшего разъяснения сообщения не требует¬
ся. Если же мы предположим, что слушатель не может
непосредственно установить однозначное соответствие
между тем, что имеется в виду, и тем, что он понима¬
ет, между звуковой последовательностью и значением,
то в этом случае он получит информацию об этом со¬
ответствии, задавая вспомогательные вопросы. Так воз¬
никает речь и ответ, информация и ответная информа¬
ция; отношение между подразумеваемым и понимаемым
выправляется с помощью корректирующего канала до
тех пор, пока сообщение не оказывается полностью по¬
нятым. Процесс стремится к некоторому конечному со¬
стоянию, при котором источник сообщения и его полу¬
чатель достигают общей для них и однозначной упоря¬
доченности сигналов. Таким образом, это процесс с по¬
нижением энтропии.
Обобщая, можно сказать, что каждый сигнал есть
не просто носитель информации, но что он есть носитель
информации всегда для определенного получателя этой
информации, который может перевести данный сигнал
в действие или в накапливаемую информацию, то есть
293
опять-таки в источник действия, но для более позднего
момента времени. В этом заключается существенное с
точки зрения техники автоматов отличие от классиче¬
ской теории информации. Итак, изменение структуры
фермента может привести к тому, что именно после это¬
го изменения данный белок становится получателем
сигналов из среды, и тем самым обмен веществ направ¬
ляется по новому пути.
Информационный потенциал, заключенный в моле¬
кулярной организации, может быть использован только
тогда, когда создана соответствующая ему система при¬
ема информации. Можно считать, что информационный
потенциал не есть нечто вводимое извне, но создается
в процессе обмена веществ и, что особенно важно, со¬
здается непрерывно. Этот тезис опять-таки предполага¬
ет чрезвычайно тесную связь организма со средой. В не¬
органических телах также заключен большой информа¬
ционный потенциал, однако он обычно не проявляется
в их макроскопическом поведении.
Система, способная к развитию в собственном смыс¬
ле слова, должна удовлетворять по крайней мере четы¬
рем важнейшим предпосылкам:
1) случайный характер выбора и связи элементов в
системе;
2) тесное и чрезвычайно интенсивное взаимодействие
с окружающей средой;
3) высокий информационный потенциал, постоянно
поддерживаемый и воссоздаваемый;
4) наличие внутренних противоречий.
Эффективное воздействие молекулярной организации
на общее поведение живой системы возможно только
на основе обмена веществ и наличия информационного
потенциала, основанного на структурной конфигурации
макромолекул. Можно показать, что эта конфигурация
действительно влияет на макроскопические формы пове¬
дения, участвуя в многообразных системах, регулирую¬
щих динамику организма.
Регуляторные механизмы, открытые в индивидуаль¬
ных клетках, оказываются как бы «тропами», по кото¬
рым, с одной стороны, информация о внешнем мире
просачивается вплоть до уровня тонкой молекулярной
структуры, а с другой — тончайшие молекулярные
структурные единицы взаимодействуют с общей систе¬
мой клетки в соответствии с принципом структурирован¬
294
ности на всех уровнях и с принципом всепроникающего
динамизма. Поэтому информация, отражающая струк¬
турированность макромолекул, существенна и для обще¬
го поведения организма как системы, причем важными
могут оказаться даже изменения единичных молекул.
В силу принципа динамического состояния организ¬
ма становится ясным, что поведение отдельной белко¬
вой молекулы также может быть понято только в един¬
стве с окружающей средой. Молекула подвержена по¬
стоянному движению и изменению, так что и ее связи
со средой нельзя рассматривать как статичные и за¬
стывшие. Наоборот, для белковых молекул характерна,
с одной стороны, специфичность, а с другой — именно
огромная гибкость связей и вариабельность.
Если рассматривать комбинации элементов, которые
меняют только свое расположение, то теоретически мож¬
но заранее рассчитать любое состояние системы, состоя¬
щей из этих элементов. Если имеется фиксированное
число таких стабильных элементов, то тем самым импли¬
цитно заданы все их возможные комбинации. Однако
если дано хотя бы ограниченное число чрезвычайно гиб¬
ких в своих взаимосвязях элементов, то воможности их
комбинирования становятся практически беспредельны¬
ми. Связи между ними уже не заданы заранее, но фик¬
сированы только в возможности. Они конкретизируются
лишь на основе определенной экологической ситуации
или внутренних причин.
При «аллостерическом эффекте» представлены, на¬
пример, специфические изменения в белковой молекуле,
используемые в процессах регуляции клеточного метабо¬
лизма. Связывая этот специфический эффект с другим
ранее упомянутым аспектом регуляции, заключающим¬
ся в неспецифических воздействиях и изменениях, мы мо¬
жем понять возникновение новых связей и новых регуля¬
торных систем, способствующих дальнейшей стабилиза¬
ции организма.
Подобное единство специфических и неспецифиче¬
ских связей мы находим также при синаптических пере¬
ключениях в мозге. Существование в мозге неспецифи¬
ческих связей представляет собой важнейшую особен¬
ность, отличающую мозг от современных технико-кибер¬
нетических систем. В машинах представлены однород¬
ные элементы, соединенные в цепи столь же однородны¬
ми связями, В случае обучающейся системы автоматы
295
могут изменять свою параметрическую настройку («по¬
роги возбудимости») в соответствии с теми или иными
воздействиями среды. Мозг же представляет собой
сверхсложную систему, то есть в нем имеются качест¬
венно иные отношения целостности при чрезвычайной
гетерогенности и дифференцированности элементов. Ко¬
гда мозг принимает сигналы, то они, как пишет
И. Б. Новик, «оказывают, во-первых, специфическое воз¬
действие на соответствующие участки мозга, например
на те, которые связаны со зрением и слухом, и, во-вто¬
рых, неспецифическое воздействие, возбуждающее мозг
в целом. Если в машине все процессы идут последова¬
тельно по цепи, то у человека благодаря способности
к неспецифическому возбуждению могут вступать в дей¬
ствие сразу в форме вспышки целые нейронные поля»
[15, с. 47].
На синапсах, представляющих собой исключительно
высокочувствительную систему передачи информации,
можно наблюдать изменения их свойств как передатчи¬
ков информации уже при небольших изменениях их сре¬
ды, вызванных упомянутыми неспецифическими стиму¬
лами. Структура синапсов под действием этих стимулов
постепенно изменяется, в результате чего импульсы на¬
правляются по новым каналам. При этом возможно
скачкообразное возникновение нейронных ассоциаций,
благодаря которым в мозге всегда присутствуют как бы
относящиеся к фону сознания неосознаваемые идеи, об¬
разующие информационный потенциал. Подобные скач¬
кообразные переходы способствуют преобразованию од¬
ной системы представлений в другую.
Таким образом, неспецифические взаимодействия в
мозге не только не препятствуют внезапным ассоциаци¬
ям и творческому мышлению, но, наоборот, представля¬
ют собой необходимую предпосылку для того и для дру¬
гого. Стимулы, относящиеся к мозгу как к целому, да¬
ют человеку возможность преодоления непрерывности
познавательного процесса. Тем самым создаются пред¬
посылки для творческой интеллектуальной деятель¬
ности.
Посредством неспецифических взаимодействий могут
создаваться все новые и новые комбинации элементов
системы. Из числа этих комбинаций осуществляются те,
которые имеют наибольшее преимущество перед други¬
ми комбинациями. Из всех возможных молекулярных
296
структур (информационный потенциал) в клетке всегда
реализуется только незначительная часть. Однако и на
материале реализованной части возможно повышение
информационного содержания клетки. Очевидно, таким
образом, что для понимания данной проблемы необхо¬
димо исследование самоорганизации в ходе фило- и он¬
тогенеза: самоорганизации, обусловленной не только
(как у обучающихся автоматов) воздействиями внеш¬
ней среды, но и внутренней противоречивостью
системы.
Относительно гипотезы эндогенного роста информа¬
ции в ходе жизненного процесса на данном этапе мы
можем сформулировать следующие тезисы:
1. Характеризуя живой организм как высокослож¬
ную систему, следует подчеркнуть, что в организме от¬
дельные изменения на молекулярном уровне могут ока¬
заться существенными для общего поведения системы,
и это положение типично для жизненного процесса во¬
обще. Биологически важные реакции часто зависят от
единичных групп активных молекул. Незначительные
отклонения в структуре той или иной макромолекулы
могут иметь решающее значение для поведения организ¬
ма. Тот факт, что отдельные молекулярные изменения
могут оказаться существенными для поведения целого,
приобретает особое значение, если рассматривать его с
точки зрения интересующей нас здесь проблемы разви¬
тия от низшего к высшему (и соответственно роста ин¬
формации). Понятие энтропии—статистическое поня¬
тие, и как таковое оно применимо только в определен¬
ных границах. По всей вероятности, эти границы прохо¬
дят там, где статистика становится неприменимой, то
есть где число участвующих в реакции молекул стано¬
вится слишком малым. Здесь, при рассмотрении функ¬
циональной упорядоченности живых систем, вступает в
силу другой, небольцмановский принцип упорядочен¬
ности — упорядоченность через колебания.
2. Следует учитывать не только чисто статический
аспект каталитического действия, но и динамический.
Вместе с тем надо принимать во внимание и то, что
оба аспекта связаны друг с другом, так что структур¬
ные изменения белковой молекулы, основанные на кол¬
лективном взаимодействии молекул-, могут содейство¬
вать формированию ее специфичности. Однако неспеци¬
фические взаимосвязи также позволяют реализовать все
297
новые и новые возможности в связях между отдельны¬
ми этапами метаболизма.
В этом процессе имеет место постоянная диверсифи¬
кация. При одновременном осуществлении большого
числа возможностей в различных конкретных случаях
эта диверсификация может привести к утрате специ¬
фичности, к статистическому распределению, к повыше¬
нию энтропии и к потерям информации. Однако вполне
можно допустить, что (как это имеет место при филоге¬
нетическом развитии) в некоторых случаях происходит
и рост информации, а именно в тех случаях, когда ди¬
версификация сопровождается действием механизма
отбора.
3. В чрезвычайной вариабельности белковых тел за¬
ключен огромный информационный потенциал, который
сам по себе образует основание для роста информации,
исходя из внутренней противоречивости динамики жиз¬
ненного процесса.
На основе интенсивных взаимосвязей со средой этот
информационный потенциал поддерживается и воссозда¬
ется посредством обмена веществ на молекулярном
уровне. Здесь действует принцип межуровневой струк¬
турированности, всеобъемлющей динамики и единства
специфических и неспецифических взаимосвязей. Эпиге¬
нетические формы поведения основываются на вероят¬
ностном характере микроскопической структуры и дина¬
мики и, следовательно, на диалектическом единстве не¬
обходимости и случайности в объективно возможном,
специфических и неспецифических взаимодействий, ста¬
тических и динамических аспектов каталитического дей¬
ствия. Путем неспецифических взаимодействий реализу¬
ются новые и новые возможности связей между отдель¬
ными этапами метаболизма.
4. Рассмотренный процесс можно связать с механиз¬
мом отбора, поскольку онтогенетическое развитие отли¬
чается от филогенетического в том отношении, что при
филогенезе выбор одной наиболее удачной возможности
осуществляется после испытания других возможностей;
при онтогенезе же выбор осуществляется ранее испыта¬
ния других возможностей. Эти последние вообще не
осуществляются до акта выбора. В результате из всех
возможных микроскопических структур в клетке реали¬
зуются лишь немногие. Однако как в филогенезе, так
и в онтогенезе в некоторой обособленной части реаль-
298
його мира осуществляется рост информации за счет ис¬
ключения неадекватных данной ситуации возможностей.
Итак, процесс роста информации может быть объяс¬
нен без нарушения физических законов (второго начала
термодинамики). Предпосылкой для такого объяснения
служит преодоление механистических представлений о
детерминизме, учет вероятностных закономерностей и
возникновения в процессе развития все новых и новых
возможностей.
10.6. Причины изменчивости
и значение внутренних причин
для развития от низшего к высшему
Проблема развития от низшего к высшему, эволюции
живых систем была и остается в центре мировоззренче¬
ских споров. Как осуществляется повышение уровня ор¬
ганизованности, усовершенствование взаимодействия
структурных элементов или частей системы? Факт эво¬
люции в современной науке не оспаривается; он отвер¬
гается только фанатическими приверженцами религиоз¬
ных догм. Что же касается научного спора в собствен¬
ном смысле слова, его предметом является «механизм»
развития.
По этому вопросу предложены два классических ва¬
рианта ответа: ламаркизм и дарвинизм. Ламаркизм
исходит из предпосылки, что живой организм непосред¬
ственно приспосабливается к своей среде и может пере¬
давать приобретенные при этом изменения своим потом¬
кам. Дарвинизм исходит из того, что случайно возника¬
ющие вариации могут дать виду преимущество; путем
отбора живых систем, лучше приспособленных к среде,
и происходит развитие, важнейшим регулятором кото¬
рого служит борьба за существование и (как ее резуль¬
тат) естественный отбор. Факт отбора в настоящее вре¬
мя не отрицают ни неодарвинисты, ни неоламаркисты;
предметом спора служат причины изменчивости.
Классическая генетика доказала, что наследования
приобретенных признаков в понимании Ламарка не су¬
ществует. Заметные внешне изменения наследственных
свойств (мутации) вообще не могут быть поставлены в
какую-либо определенную связь с внешними условиями
среды, в которых находится живая система.
299
Развитие от низшего к высшему представляет собой
появление новой информации в определенном классе
систем. Если, однако, все в организме в информацион¬
ном плане предетерминировано, то ничего принципиаль¬
но нового возникнуть не может. Если же встать на про¬
тивоположную крайнюю позицию, то надо признать, что
все новое возникает из необъяснимой спонтанности.
С точки зрения диалектического материализма необ¬
ходимо преодолеть обе крайности и признать, что мате¬
риал в своей противоречивости содержит в себе раз¬
личные возможности развития, в том числе и способ¬
ность к развитию от низшего к высшему, и что лежа¬
щие в основе этого развития закономерности принципи¬
ально познаваемы.
Итак, одним из важнейших факторов эволюции жи¬
вых систем является наличие мутаций. Мутация — это
процесс, ведущий с определенной вероятностью к изме¬
нению наследственной информации (диалектическое
• единство случайности и необходимости). О том, что му¬
тации имеют именно такой характер, свидетельствует
экспериментальный материал, накопленный современ¬
ной генетикой. В особенности же об этом говорят не¬
давние достижения молекулярной биологии, доказав¬
шие, что факторы, ведущие к изменению последователь¬
ности оснований, действуют неспецифично по отноше¬
нию к возникающей новой информации, воздействующей
на белковый синтез. Поэтому если свойства потомства
данной клетки изменены по сравнению со свойствами
клетки, то изменены они случайным образом. И, одна¬
ко, эволюция организмов представляет собой упорядо¬
ченный процесс, хотя бы это была того типа природная
упорядоченность, которая подчинена вероятностным за¬
конам. Здесь представлено диалектическое единство не¬
обходимости и случайности, а также специфического и
неспецифического. Этот процесс является в точности
предсказуемым и направленным не в смысле классиче¬
ского детерминизма, но в смысле вероятностных за¬
конов.
Современная теория эволюций исходит из взаимосвя¬
зи мутации и отбора и противостоит метафизическим
истолкованиям эволюции, которые даются финализмом
и механистическим эволюционизмом. Эта теория (нуж¬
дающаяся в дальнейшем углублении) основана на диа¬
лектическом подходе [139], на комплексном объяснении
300
и понимании фактического материала филогенетики
[187]. Благодаря этой теории эволюционный процесс
может быть объяснен без привлечения виталистических
сил. Это требует, однако, понимания (более глубокого,
чем то, которое возможно в рамках механистического
эволюционизма) сущности мутации и отбора, а также
отношений между геном и признаком, диалектики необ¬
ходимости и случайности, структуры и изменчивости.
Обсуждение факторов филогенетического развития
продолжается. Так, Ротшу пишет: «До настоящего вре¬
мени филогенетическое исследование еще не может дать
удовлетворительного ответа на многие существенные во¬
просы, например на вопрос о том, как возникла слож¬
ная психофизическая организация человека; не может
объяснить фактически имеющее место возрастание орга¬
низованности и совершенства в согласовании частей ор¬
ганизма, переход к менее вероятным состояниям» [174,
с. 142—143].
Он считает, что дальнейшие исследования приведут
к новым теориям. Такое критическое отношение к со¬
временным теориям, касающимся факторов филогенети¬
ческого развития (неоламаркизму и упрощенно трактуе¬
мому неодарвинизму), и требование новой, более глу¬
бокой теории представляются оправданными. Ссылки
на недостаточность нынешних филогенетических пред¬
ставлений при объяснении возрастания уровня органи¬
зации встречаются часто. Решение проблемы нередко
усматривают в том, чтобы занять какую-то промежуточ¬
ную позицию между неоламаркизмом, с одной стороны,
и неодарвинизмом и классической генетикой — с другой.
Однако здесь следует подчеркнуть другой существенный
момент.
В биологической форме движения материи действи¬
тельно имеет место развитие от неупорядоченности к
порядку, от примитивных форм организации к чрезвы¬
чайно высокоразвитым формам. Предпосылкой этого
развития служит весьма интенсивное взаимодействие
живой системы с ее средой. Однако сами по себе внеш¬
ние влияния еще не обусловливают развития, поскольку
внешние причины скорее способствуют неупорядочен¬
ности, чем порядку в системе. Развитие от низшего к
высшему в большей мере обусловлено внутренней сущ¬
ностью самой живой системы, специфически биологиче¬
скими закономерностями.
301
Этот тезис имеет первостепенное значение. Он явля¬
ется выводом из детерминистской концепции и соответ¬
ствующего ей методологического подхода к решению
обсуждаемой проблемы. В классических теориях эволю¬
ции, равно как и в господствующих сейчас представле¬
ниях, решающими признаются внешние факторы. Поэто¬
му и в настоящее время представляется справедливой
та критика, которой уже более трех десятилетий назад
М. С. Навашин подверг это широко распространенное
среди генетиков понимание. Навашин подчеркнул, что
генетика имеет дело только со стабильными структура¬
ми. Если же она желает объяснить мутационный про¬
цесс, она должна обращаться к внешним причинам. Од¬
нако последние приносят нечто новое лишь постольку,
поскольку превращают стабильные гены в новые, также
стабильные гены. Поэтому и в неодарвинизме, и в нео¬
ламаркизме в качестве адекватных причин эволюции
указываются причины внешние.
Навашин же считает, что мутация не есть нечто
внешнее для живой системы. Скорее, напротив, это про¬
цесс, относящийся к самой сущности живой материи,
процесс, осуществляемый в живой клетке. Он пишет:
«Многолетние наблюдения над явлениями мутации ук¬
репили меня в мнении, что причина этих явлений лежит
не в каких-либо специфических внешних влияниях, но
во внутренних биологических закономерностях соответ¬
ствующей живой системы. Это не значит, что внешняя
среда вообще не играет роли. Мы хотим лишь подчерк¬
нуть, что каждый внешний фактор (излучения, темпера¬
тура, химические воздействия), даже если он оказыва¬
ет сильнейшее влияние на скорость мутирования и воз¬
никновения новых наследственных качеств, может быть
эффективным только при условии его включения в цепь
внутренних закономерностей данной материальной жи¬
вой системы. Стабильность или лабильность того или
иного признака определяется структурами, возникшими
в ходе эволюции» [144, с. 123] *. В то же время Нава¬
шин вынужден был констатировать, что биологические
и физические принципы действия внешних и внутренних
факторов, вызывающих мутирование, неизвестны; однако
теперь в этот вопрос уже внесена ясность.
1 К этому выводу М.. С. Навашина привлек внимание Р. Лётер
[134].
302
Каждый объект имеет свою «внешнюю» и «внутрен¬
нюю» сторону. Если в классической механике можно
было абстрагироваться от «внутренней» стороны и рас¬
сматривать только внешние причины и если квантовая
физика могла зайти еще дальше в этом направлении,
то при построении теории элементарных частиц невоз¬
можно избежать понятия внутренней причины. В осо¬
бенности важное значение приобретает это понятие в
теории агрегационных феноменов, приведших к возник¬
новению жизни. Эта теория требует более глубокого
подхода.
Здесь важно подчеркнуть, что для адекватного по¬
нимания внутренней противоречивости материи, необхо¬
димого для анализа процесса развития, уже нельзя ис¬
ходить из наглядных моделей. Кажущиеся наглядными
модели могут быть подобраны равным образом и для
эмпирически правдоподобной, но совершенно ложной
концепции неоламаркизма, и для гораздо лучше обосно¬
ванной концепции неодарвинизма.
Сегодня уже невозможно оспаривать сам факт раз¬
вития от одноклеточных до человека. Однако по-преж¬
нему требует решения вопрос о причинах этого разви¬
тия. Можно считать доказанным, что попытки анализи¬
ровать факторы эволюции односторонне, в отрыве от
имманентных причин, от взаимодействий в эволюциони¬
рующей системе в ее всеобщих связях, не могут полно¬
стью объяснить развития и приводят в конце концов к
допущению факторов духовного порядка независимо от
того, идет ли речь об онтогенезе или же о движущих
силах филогенетического развития.
Если исходить из понятия материи в классической
физике — из концепции, не отражающей внутренней
противоречивости материи, то все развитие предстает в
виде предетерминированного процесса. Ничто новое в
собственном смысле этого слова появиться не может,
разве что в результате вмешательства сверхъестествен¬
ных сил.
Поэтому такая концепция находит свое логическое
дополнение в противоположной крайности, в учении о
возникновении нового путем непостижимой спонтанно¬
сти: любой переход на следующую ступень развития
остается чем-то необъяснимым.
Тот факт, что весьма трудно выяснить причины
спонтанного мутационного процесса, непосредственно
303
привел к попыткам абсолютизации случайной стороны
мутаций. Отсюда возникла концепция индетерминизма,
беспричинности мутационного процесса [22, 101, 102,
103].
С точки зрения позитивистской теории познания
внутренняя обусловленность и причинность отвергается
и принимается якобы абсолютно случайный, беспричин¬
ный мутационный процесс. Так, Йордан утверждает:
«Мы должны признать, что концепции сотворения и эво¬
люции уже не являются взаимопротиворечащими и про¬
тивоположными и что полное принятие дарвинизма не
препятствует рассмотрению с позиций веры, не мешает
видеть деятельность Творца в этом чудесном разверты¬
вании форм жизни в продолжение миллионов лет исто¬
рии Земли» [101, с. 255].
В действительности же мутационный процесс пред¬
ставляет собой диалектическое единство необходимости
и случайности. Сошлемся в этой связи на пример, при¬
водимый Беме [38]. В результате реакции азотной кис¬
лоты с нуклеиновой кислотой отдельные азотные осно¬
вания последней оказываются дезаминированными. Это
может привести к изменениям в последовательности ос¬
нований и, таким образом, к мутации. Момент необхо¬
димости в этом процессе заключается в том, что имеет
место дезаминирование, а не какая-либо еще реакция,
что реагируют именно азотные основания, а не фосфор¬
ная кислота или сахар. Случайность же проявляется в
том, что из большого числа однородных оснований де¬
заминируются только некоторые, а из них лишь немно¬
гие преобразуются таким образом, чтобы произошла
мутация. В своих поздних работах Н. В. Тимофеев-Ре¬
совский [22] уже не применяет понятия «недетермини¬
рованности», но говорит о «статистическом поведении».
Беме считает это не просто заменой термина. Недетер¬
минированность означает отсутствие закона, разрыв в
цепи закономерностей, как это видно из выводов Иор¬
дана, который в своих работах часто ссылается на идеи
Тимофеева-Ресовского. Тот факт, что последний стал
говорить уже не о «недетерминированности», но о стати¬
стическом поведении, означает переход к более высокому
уровню рассмотрения, предполагающему закономерные
связи другого типа, нежели в классической физике, а
именно вероятностные закономерности, выражающие
304
диалектическое единство необходимости и случайности
в объективно возможном.
В споре о ведущих материальных причинах процес¬
са развития неодарвинистам противостоят неоламарки¬
сты. Они принимают прямую механическую связь между
средой и организмом по типу «причина — действие». Од¬
нако уже сам факт естественного отбора, предпосылкой
которого служит ненаправленная изменчивость, опровер¬
гает механическую детерминацию индивидуальной из¬
менчивости со стороны среды. Одностороннее отображе¬
ние объективной действительности ведет к абсолютиза¬
ции механических, внешних отношений между организ¬
мом и средой, упускает из виду имманентные организму
системные связи и причины, которые не поддаются меха¬
нической детерминации, но требуют учета взаимодейст¬
вий с обратной связью. Согласно диалектической
концепции детерминизма, внешние причины оказывают
воздействие только через посредство внутренних систем¬
ных условий и внутренних причин. Недооценка внутрен¬
них причин, условий и целостных взаимоотношений оз¬
начает в то же время и отказ от принципа взаимодей¬
ствия и всеобщей связи. Поэтому допущение неоламар¬
кизма в качестве концептуальной модели (если считать
такое допущение вообще возможным) также открывает
пути к идеализму. Дополнением к ламаркизму служит
психоламаркизм, принимающий внутренние связи, одна¬
ко в качестве факторов не материальных, а духовных.
Факторы, ведущие к изменению последовательности
оснований в молекуле ДНК и тем самым к возникно¬
вению новой информации для белкового синтеза, ока¬
зывают неспецифическое (по отношению к этой инфор¬
мации) воздействие; изменения в потомстве данной
клетки оказываются случайными. Если бы существовало
наследование приобретенных признаков, на молекуляр¬
ном уровне должно было бы обнаруживаться направ¬
ленное, специфическое изменение последовательности
оснований в молекуле нуклеиновой кислоты. До настоя¬
щего времени никаких подтверждений этого не получено.
Однако и признание сформулированного Дарвином
принципа отбора само по себе еще не означает понима¬
ния эволюции как диалектически детерминированного
процесса. Следует осознать, что основой эволюции яв¬
ляется диалектическое взаимодействие мутации и от¬
бора, изменчивости и структурированности. При этом
305
важно, что случайность не является чем-то присущим
только мутационному процессу: в отборе также имеется
статистический момент, а с другой стороны, и в мутаци¬
онном процессе, благодаря регуляциям на молекуляр¬
ном уровне, содержится определенный момент необхо¬
димости.
Диалектико-материалистический подход требует пре¬
жде всего признания всеобщей связи и принципа вза¬
имодействия как между организмом и средой, так и
внутри организма. Диалектический материализм пони¬
мает организм как относительно самостоятельную,
высокосложную систему, элементы которой в свою оче¬
редь представляют собой сложные системы, функцио¬
нально и структурно стоящие в противоречивых отноше¬
ниях как друг к другу, так и к системе в целом.
Вследствие четкого разделения функций между нукле¬
иновыми кислотами и белками, вследствие необратимо¬
сти молекулярно-биологической транскрипции информа¬
ционные связи в организме являются однонаправлен¬
ными. Взаимодействия между белками и нуклеиновыми
кислотами находят выражение в вариабельности выра¬
жений генов и в точной или неточной репликации.
Живая система способна регулировать спонтанное
мутирование и устранять повреждения в своем генети¬
ческом материале. Отсюда следует, что мутации (слу¬
чайные изменения) не являются чем-то внешним для
жизни, но принадлежат самой ее сущности.
Взаимодействия белков с нуклеиновыми кислотами
регулируют репликацию, транскрипцию и трансляцию
генетического материала, а потому служат ключевым
процессом для размножения, роста, дифференциации и
изменения организма, как сложной системы, равно как
и для явлений стабильности и изменчивости на генетиче¬
ском уровне, лежащих в основе эволюции живой природы.
Попытка объяснить возрастание информационного
содержания живого организма через одно лишь получе¬
ние информации из среды несовместима с изложенными
здесь представлениями. Если бы действительно новой
информации не возникало, то пришлось бы допустить,
что информация извечно существовала на Земле и да¬
же в скоплении материи, из которого образовалась
Земля. Конечно, в ходе эволюции имеются моменты, ко¬
гда информация действительно воспринимается из внеш¬
него мира и затем преобразуется в структурную органи¬
30Q
зацию живого организма. Однако сводится ли эволюция
к этим моментам? Очевидно, значительная часть инфор¬
мации, содержащейся в живом организме, имеет эндо¬
генное происхождение.
Эволюция (филогенетическое развитие) подразуме¬
вает появление нового информационного содержания в
группах организмов. Автоматы не могут породить новой
информации. Поэтому относительно простые механиче¬
ские модели не дают полного понимания процессов, про¬
исходящих в организме. Ротшу [174] с полным основа¬
нием указывает на необходимость создания более глу¬
бокой теории, которая объяснила бы филогенетическое
развитие.
Информационное содержание живого организма свя¬
зано с окружающей средой, однако проблема заключа¬
ется не просто в том, чтобы удовлетворительным обра¬
зом отразить эту связь в понятиях. Решающую роль
играют внутренние причины. Возможно, что часть ин¬
формации приходит из внешнего мира; однако следует
признать, что преобладающая часть информации имеет
эндогенное происхождение.
Эта точка зрения следует из развитой здесь концеп¬
ции детерминизма, в которой решающую роль играет
категория «нового», и из признания объективного суще¬
ствования случайности, которая в диалектическом един¬
стве с необходимостью дает категорию объективно воз¬
можного. Вероятностные закономерности, основанные на
категории возможности, отражают внутреннюю противо¬
речивость материи, способной к самодвижению; творче¬
ские возможности материи неисчерпаемы.
Исходя из этого, вполне естественным представляет¬
ся тот факт, что в ходе эволюции непрерывно осущест¬
вляются все новые и новые возможности. В различных
конкретных случаях это может привести к потере специ¬
фичности, к статистическому распределению, к возрас¬
танию энтропии и к утрате информации. Если же про¬
цесс осуществления новых эволюционных возможностей
протекает по принципу отбора, то в отобранных груп¬
пах организмов происходит возрастание информации и
соответственно снижение уровня энтропии.
Активно функционирующие организмы, лучше ис¬
пользующие для своей жизни, роста и размножения ре¬
сурсы окружающей среды, вытесняют (путем более ин¬
тенсивного размножения) менее активные организмы.
307
Более устойчивые организмы, способные удерживать
свои существенные параметры в физиологических гра¬
ницах вопреки отклоняющим воздействиям среды, вы¬
тесняют менее стабильные. Как показал Эшби, может
быть установлено строгое соответствие между концеп¬
цией выживания наиболее приспособленных и понятием
стабильности системы.
В обоих случаях, как у более активных, так и у более
стабильных живых систем, форма организации с более
низким уровнем энтропии вытесняет форму с более вы¬
соким уровнем энтропии, так что, в сущности, отбор ве¬
дет к дифференциации регуляторных систем и тем са¬
мым к повышению стабильности и снижению эн¬
тропии.
Следовательно, прогрессивная эволюция основана на
осуществлении все новых и новых возможностей в про¬
цессе отбора тех из них, которые наиболее соответ¬
ствуют условиям борьбы за существование.
В этой связи мы должны вкратце остановиться на
отношениях, существующих между представителями од¬
ного и того же вида, и в особенности на соотношении
между индивидом и видом.
Это соотношение может рассматриваться:
а) как абстракция (например, при конструировании
определений вида систематиками, когда, исследуя неко¬
торую серию индивидов, таксономисты в целях их луч¬
шего определения и классификации описывают прото¬
тип вида, конкретно не существующий в природе, но
реальный как общее в отдельном);
б) как объективная реальность (в смысле некоторо¬
го специфического надындивидуального уровня органи¬
зации жизни).
Для высших организмов конкретный вариант распре¬
деления индивидов по видам может быть обоснован и
молекулярно-биологически, поскольку, например, только
организмы одного и того же вида могут скрещиваться,
давая способное к размножению потомство. Принятие
объективной реальности вида как основной формы су¬
ществования жизни основано на признании существова¬
ния качественно различных уровней организации живо¬
го. Эти уровни образуют иерархию, благодаря чему
становится возможным понимание вида как самостоя¬
тельно надындивидуального уровня организации, как
носителя и результата эволюции.
308
Для понимания эволюции, вообще говоря, отнюдь не
обязательно рассматривать только индивиды, хотя ее
пусковым механизмом служат именно молекулярные
сдвиги в отдельных организмах. Дальнейшие этапы
процесса осуществляются в ряду поколений потомков
первичных мутантов, путем перераспределения многооб¬
разных взаимосвязей между индивидами данного вида.
Среди способов перераспределения можно упомянуть
половые и рекомбинационные процессы, а также «апро¬
бирование» аллелей в новых генных комбинациях и свя¬
занную с этим процессом оценку наследственных изме¬
нений в плане их полезности или вредности для размно¬
жения вида в течение длительных отрезков времени.
Основные причины прогрессивной эволюции заключают¬
ся во взаимоотношениях между формами живой мате¬
рии. В то же время, конечно, и сами биологические
взаимоотношения представляют собой непосредственный
результат отбора. С этой, точки зрения понятно, что
сравнение отбора с ситом, задерживающим полезные
генетические вариации и пропускающим вредные, пред¬
ставляет собой лишь грубую механическую аналогию.
Отбор — это творческий фактор, действие которого на
протяжении ряда поколений приводит к образованию
новых видов.
Мутационный процесс и отбор представляют собой
два тесно связанных друг с другом процесса, определя¬
ющих возникновение новых форм жизни. Чтобы понять
взаимоотношение мутаций и отбора, необходимо учесть
и их объективное различие, и взаимозависимость их за¬
кономерностей как на уровне вида, так и на уровне ин¬
дивидуального организма; необходимо глубже проанали¬
зировать специфику и взаимообусловленность обоих
процессов. Мутирование как процесс, осуществляющий¬
ся на уровне отдельного организма, представляет собой
источник наследственных вариаций. Вариации — необ¬
ходимый источник эволюции. Дарвин принимал это по¬
ложение как самоочевидный факт. Переход генетиче¬
ской вариабельности в эволюционный процесс в своей
сущности представляет собой переход от динамики пре¬
имущественно индивидуальных объектов низшего уров¬
ня организации к динамике, специфичной именно для
вида: к динамике чисто вероятностного характера. Вид
есть носитель и основная единица эволюционного про¬
цесса. В последнее время это было вновь показано
309
Ф. Чижеком и Д. Ходановой [53]. Системы, фиксиро¬
ванные на уровне отдельного организма, не способны к
самостоятельному эволюционному развитию. На этом
уровне организации имеет место другой процесс— гене¬
тические вариации.
Хотя организм представляет собой носителя жизни,
сам по себе он не является носителем эволюции. Вид
не существует помимо индивидов, однако как особая
реальная форма организации систем он не может быть
сведен к уровню индивидуального организма. В этом
заключается одно из проявлений диалектики общего и
отдельного, части и целого в эволюционном процессе.
Абсолютизация той или другой стороны противоречия
между видом и индивидом может иметь далеко идущие
и в конечном счете пагубные теоретические и методоло¬
гические последствия.
Связь между индивидом и видом и другие подобные
связи, возникающие в результате «снятия предшествую¬
щего обособления» [175], относятся к сфере диалекти¬
ки. Диалектика не изучает абстрактных связей: они ис¬
следуются в основном математикой и математизирован¬
ными отраслями естествознания. Требование изучать
одни абстрактные соотношения не способствует обнару¬
жению подлинно диалектических связей в жизненных
процессах, в особенности же таких сложных эволюцион¬
ных связей, как те, которые существуют между видом
и индивидом и т. д.
Для полного понимания жизненных процессов необ¬
ходимо преодолеть ограниченность абстрактного подхо¬
да. Если же конкретно рассматривать эволюцию как
процесс самоорганизации, то случайность и необходи¬
мость выступают как две противостоящие друг другу
стороны этого процесса в его единстве.
Итак, подчеркнем еще раз: в настоящее время уста¬
новлено, что структура ферментов, с помощью которых
синтезируется ДНК, сама в значительной мере варьиру¬
ет в ходе наследственных изменений; вместе с тем эта
структура влияет на частоту мутаций. Однако до сих
пор при рассмотрении развития значение придается од¬
ним внешним факторам.
При анализе мутационного процесса должен прини¬
маться во внимание момент возможности, а не только
представление о чистой случайности. Частота и локали¬
зация генетических изменений в организме в определен¬
310
ных пределах могут регулироваться и стремиться к опти¬
муму в ходе эволюции. Это подтверждает выдвинутый
выше тезис о том, что развитие от низшего к высшему
в живой природе определяется прежде всего внутрен¬
ними факторами данной живой системы и специфиче¬
скими биологическими законами. Поэтому исследование
должно ориентироваться не только на внешние, но так¬
же (и преимущественно) на внутренние противоречия,
на внутреннюю динамику организма, служащую с диа¬
лектико-материалистической точки зрения решающим
фактором развития.
Случайные изменения на молекулярном уровне, взя¬
тые сами по себе, недостаточны для преобразования
наследственных свойств в преобладающей или хотя бы
значительной части популяции. Для такого преобразо¬
вания необходим дополнительный и весьма комплексный
фактор, отбор организмов, наиболее приспособленных к
меняющейся среде благодаря унаследованным ими из¬
менениям. Об этом говорит Эйген в своем предисловии
к немецкому переводу книги Моно: «Здесь отчетливо
выступает ограниченность роли случая в эволюции...
Только первичное возникновение той или иной индиви¬
дуальной формы подвержено случайности. То же, что
именно эта форма, а не другие, конкурировавшие с ней,
оказывается отобранной, означает ограничение, умень¬
шение роли случая, поскольку отбор следует четко фор¬
мулируемым критериям, хотя в отдельных случаях эти
критерии и допускают (как в термодинамике) колеба¬
ния; отбор выступает как великая необходимость, оп¬
равданная в той же мере, что и случайность, посколь¬
ку для изменений, подлежащих отбору, выполняется
вероятностное распределение, которое может быть опи¬
сано (как и в физике макроскопических систем) с по¬
мощью законов больших чисел... Насколько первичное
возникновение каждой данной индивидуальной формы
является случайным, настолько же процесс отбора и
эволюции представляет собой итог строгой необходимо¬
сти» [141].
В целом, таким образом, достижения молекулярной
биологии подтверждают объективное диалектическое
единство необходимости и случайности и ни в какой
мере не противоречат диалектическому характеру раз¬
вития в природе и в обществе, равно как и диалектике
мышления,
311
10.7. Самоорганизация
и эволюция макромолекул
В настоящее время мы близки к пониманию возник¬
новения жизни. Этому в немалой степени способствова¬
ла работа Эйгена по теории начальных стадий эволю¬
ции [63], дающая строгое физико-математическое обо¬
снование дарвиновской теории эволюции. Несомненно,
наряду с этой работой должны быть упомянуты и ре¬
зультаты, достигнутые другими авторами, в частности
инициаторами исследований в этой области Опариным
[18], а также Шраммом [181].
Одной из основных заслуг Опарина является то, что
он указал на роль высокомолекулярных веществ в пред-
биологической эволюции еще тогда, когда это отнюдь
не являлось самоочевидным. Если бы живые системы
не включали высокомолекулярных веществ, их взаимо¬
действие друг с другом было бы слишком слабым, и
они рассеялись бы в окружающей среде в результате
диффузии. Отсюда следовало, что для понимания жиз¬
ненных процессов существенное значение имеет факт
накопления информации в нуклеиновых кислотах, и по¬
этому особенно важно выяснить, как возникла основная
схема строения организмов.
В настоящее время мы уже можем создать себе оп¬
ределенное представление о том, как действует элемен¬
тарный механизм отражения на молекулярном уровне.
Однако пока еще трудно ответить, как возникли про¬
граммы, определяющие появление молекул, служащих
субстратом этого отражения. По этому поводу
Г. Шрамм пишет: «Все живые существа возникают по
некоторому заданному плану. Никакая гипотеза о про¬
исхождении жизни не может оказаться удовлетвори¬
тельной, если она не объясняет, как может возникнуть
этот план» [181, с. 12].
Если мы хотим исследовать, как возник план строе¬
ния живого существа, мы должны прежде всего разли¬
чать две возможные постановки вопроса:
1. Как в первобытных геологических условиях нукле¬
отиды могли синтезироваться в высокомолекулярные по¬
линуклеотиды?
2. Как в этих последних возникла целесообразная
упорядоченность — структура, обладающая информаци¬
онной значимостью?
312
На первый вопрос благодаря опытам Шрамма с со¬
трудниками уже получен удовлетворительный ответ. Их
работы о бесферментном синтезе полинуклеотидов пред¬
ставляют значительный шаг к решению вопроса о про¬
исхождении жизни. Они обнаружили простой химиче¬
ский способ, с помощью которого нуклеотиды могут объ¬
единяться в нуклеиновые кислоты. Способ этот столь
несложен, что вполне мог соответствовать геологическим
условиям древнейшей истории Земли. Правда, как со¬
общает Шрамм, в опытах с соответствующими реаген¬
тами в пробирке получается пока еще только случай¬
ная последовательность нуклеотидов, бессмысленная с
биологической точки зрения. В связи с этим возникает
вопрос: как можно направить поликонденсацию, чтобы
получить требуемую последовательность нуклеотидов?
В настоящее время удалось получить упорядоченную
полимеризацию нуклеотидов при условии добавки соот¬
ветствующих комплементарных оснований. При этом
оказалось, что случайные, незначительные преимущест¬
ва в скорости образования определенных матричных пар
ведут к предпочтительному синтезу именно соответ¬
ствующих матриц; иными словами, что свойства моле¬
кул, дающие им преимущество в этом синтезе, являются
в определенной мере наследственными. Тем самым по¬
лучена молекулярная система, способная к накоплению
наследуемой информации и к повышению уровня своей
организованности.
Что касается первого круга проблем, то есть образо¬
вания биологически ценных полимеров (которые могут
выполнять функции, нереализуемые на мономерах, на¬
пример служить матрицей для репликации или синтеза
новых молекул), то эти проблемы получают объяснение
в работах целого ряда авторов.
Проблемы второго круга, связанные с выяснением
дальнейшего развития однажды возникшей системы би¬
ологически ценных и способных к репликации молекул,
получили существенный стимул для своего решения в
упоминавшейся работе Эйгена. Чтобы понять, каким
образом на стадии предбиологической эволюции возник¬
ла информация, необходимо исходить из элементарных
положений дарвинизма, спроецированных на молекуляр¬
ный уровень. Информация возникает в процессе отбора.
На молекулярном уровне характерный для живых сис¬
тем отбор проявляется как свойство материи, выражаю¬
313
щееся в особых комплексах реакций. Принцип отбора
не является ни к чему не сводимым феноменом, свой¬
ственным лишь биосфере. Однако нельзя переносить
этот принцип без ограничений на неживую материю.
Отбор не есть общее и всегда присутствующее свойство
материи: он встречается только в определенных систе¬
мах и при определенных условиях. Для того чтобы от¬
бор был возможен, система должна быть способна к
росту и самовоспроизведению; главное же, что она не
должна достигать состояния химического равновесия, а
для этого должна постоянно снабжаться свободной
энергией. Если же эти условия выполняются, то и пред-
биологические формы материи способны к самооргани¬
зации путем отбора.
Материя, обладающая определенными свойствами,
может подвергаться отбору; выживают отдельные, слу¬
чайным образом возникшие носители информации; ин¬
формация же, несущественная с точки зрения отбора,
«вымирает». Поэтому если специфические и неспецифи¬
ческие взаимодействия в макромолекулярных системах
подвержены такого рода механизму отбора, то в систе¬
мах, получивших селективное преимущество, осущест¬
вляется процесс роста информации.
Таким образом, процесс развития (роста информа¬
ции) может быть объяснен в полном соответствии со
вторым началом термодинамики (см. 10.5.2). Однако
для такого объяснения необходимо преодолеть механи¬
стическую концепцию детерминизма и учитывать как
наличие вероятностных законов, так и непрерывное
возникновение новых возможностей в процессе эво¬
люции.
Важным достижением молекулярной биологии явля¬
ется то, что удалось связать эволюцию организмов с
эволюцией их фонда генетической информации. На на¬
чальных стадиях эволюции генотипы организмов содер¬
жали меньше информации, чем теперь, но в ходе эво¬
люции происходил непрерывный рост информации.
Таким образом, для понимания эволюции необходима
теория, которая объяснила бы процесс возникновения
информации, а также начавшийся уже па самых ранних
стадиях эволюции процесс ее роста.
В предыдущих разделах мы указали несколько воз¬
можных способов, с помощью которых организмы могут
изменять свое информационное содержание и выигры¬
314
вать в информации. Однако применительно к возникно¬
вению жизни проблема выглядит иначе: речь здесь идет
не о модификациях информации, но о возникновении
биологической информации как таковой. С какого мо¬
мента нуклеиновые кислоты стали носителями инфор¬
мации?
Эйген [63] выдвинул эффективную физико-химиче¬
скую теорию возникновения и развития предбиологиче-
ских взаимодействий между нуклеиновыми кислотами и
белками, направленную на то, чтобы показать эволюци¬
онный характер и внутреннюю (инициирующую разви¬
тие) динамику этих элементарных взаимодействий
между макромолекулами. В целом процесс развития
представляется приблизительно следующим образом.
В водной фазе праокеана нуклеотиды первично возник¬
ли без участия белков как катализаторов. Бесфермент-
ное возникновение нуклеотидов столь же проблематично
(или столь же несомненно), как аналогичное допущение
для прочих органических соединений. Образование поли¬
мерных молекул нуклеиновых кислот из множества мо¬
номеров происходило в первичном океане подобно тому,
как аналогичная полимеризация шла у полипептидов.
В результате образовались молекулы, способные слу¬
жить матрицами для комплементарных двойных нитей,
причем между стерически дополнительными химически¬
ми компонентами.
На этой стадии развития стабильность структуры
нуклеиновых кислот вряд ли проявлялась (как это яв¬
ляется обычным сейчас) в их способности к воспроиз¬
ведению; скорее, она находила проявление в повышен¬
ной вероятности их сохранения как отдельных компо¬
нентов.
Во всяком случае, очевидно, что в первичном океане
имелась достаточная возможность для образования мо¬
лекул нуклеиновых кислот как с одиночной, так и с
двойной спиралью. Поскольку эти молекулы имели кис¬
лотный характер, то уже имевшиеся в той же среде по¬
липептиды с основной реакцией (они также возникали
преимущественно случайным образом) наслаивались на
них, образуя стабильные агрегаты. Надо подчеркнуть,
что в применении к данной стадии понятие «генетиче¬
ской информации» в том смысле, в котором его упот¬
ребляют сейчас, может быть привлечено только в очень
ограниченном смысле, потому что в этой предбиологи-
315
ческой системе еще отсутствовал аспект «значения».
Информация же может быть понята только в единст¬
ве трех ее компонентов: носителя, структуры и значе¬
ния. Для генетической информации значение является
функциональным: нуклеиновая кислота содержит пред¬
писания как относительно своей собственной идентич¬
ной репликации, так и относительно синтеза белков.
Как только возникли комплементарные двойные спира¬
ли нуклеиновых кислот, стала возможной репликация,
хотя еще и не регуляция биосинтеза белков. Тем не ме¬
нее образование способной к самообучению и автоката¬
лизу комплементарной двойной спирали нуклеиновой
кислоты, взаимодействующей с белком и быстро воспро¬
изводящейся, само по себе было кульминационным до¬
стижением данного этапа развития.
Чрезвычайно трудно представить себе, как могли
впервые возникнуть программы для биосинтеза белков.
Однако с определенностью можно допустить, что пер¬
воначально закодированным оказался синтез именно
тех белков, которые уже соприкасались и взаимодейст¬
вовали с нуклеиновыми кислотами. В течение длитель¬
ного периода распознавание и вычленение определенных
последовательностей нуклеотидов в соответствии с по¬
следовательностями аминокислот представляло собой
настоящий «природный эксперимент», грандиозную
«игру с природой».
В этой «игре», считает Эйген, постепенно образова¬
лись все известные ныне высокоспециализированные
распознающие механизмы: распознавание (с помощью
нуклеиновых полимераз) начала и конца подлежащих
копированию участков нуклеиновых кислот; распознава¬
ние специфических нуклеотидных последовательностей с
помощью репрессоров; установление структурированных
взаимодействий между рибосомальными белками и ри¬
босомальной РНК- Возникшие в результате образова¬
ния этих распознавательных процессов структуры сде¬
лали возможным биосинтез белков.
Таким образом, следующим кульминационным мо¬
ментом предбиологической эволюции был синтез специ¬
фически взаимодействующих белков непосредственно на
стабильных нуклеотидных последовательностях. Это был
важный этап на пути использования информации био¬
логическими системами в целях биосинтеза белков;
вместе с тем это был подлинный период становления
316
генетической информации, поскольку белок с этих пор
при своем образовании кодируется последовательностя¬
ми нуклеотидов. Пространственное разделение между
ДНК и аппаратом белкового синтеза (в том виде, как
это имеет место сейчас), видимо, возникло позже.
Следовательно, многие соображения, касающиеся
эволюции организмов, сохраняют смысл и применитель¬
но к предбиологическим процессам. Роль чистой случай¬
ности в становлении начальных этапов того, что позд¬
нее стало жизнью, теперь (начиная с упомянутого
второго кульминационного пункта) подвергается ограни¬
чению благодаря развитию взаимодействий между нук¬
леиновыми кислотами и белками, ведущих к стабилиза¬
ции, репликации и обратной связи. Белки при этом
обогащают образовавшуюся систему свойственной им
высокочувствительностью и каталитическими потенция¬
ми, а нуклеиновые кислоты — специфической способ¬
ностью к самообучению. В отдельности ни одна из этих
двух категорий молекул не могла бы выполнить тех
функций, которые они могут нести благодаря своему
взаимодействию.
Элемент случайности в развитии макромолекулярных
систем ограничивается и в силу того, что вследствие
каталитически-концентрирующего действия белков уз-
колокализованные резервы свободных нуклеотидов ока¬
зываются доступными преимущественно для соответст¬
вующих им молекул нуклеиновых кислот, так что эти
последние могут реплицироваться быстрее и интенсив¬
нее всех других нуклеиновых молекул. Всеобщая игра
абсолютного «чистого случая» ограничивается игрой по
правилам, при которой выигрывает всегда тот нуклеи¬
ново-белковый комплекс, который может преобразовать
максимальное количество неупорядоченности из своей
среды в максимальное количество упорядоченности, осно¬
ванной на репликациях этого же комплекса.
Происхождение жизни связано с рядом свойств ма¬
терии, которые могут быть физически однозначно оха¬
рактеризованы. Эти свойства образовались шаг за ша¬
гом, так что «происхождение видов не в большей мере,
чем происхождение жизни, может быть представлено
как единичный и завершенный творческий акт» [63,
с. 522]. Взаимодействие нуклеиновых кислот и белков
занимает в теории Эйгена центральное место. Он исхо¬
дит из того, что возникновение структур, ведущих к
317
Рис. 8. Самообучающийся каталитический гиперцикл. Точки I со¬
ответствуют носителям информации, то есть отдельным комплемен¬
тарным нитям РНК. Кружки около этих точек соответствуют само-
индуктивным свойствам 1-комплексов, обладающих обеими компле¬
ментарными нитями. Пункты Е, кодируемые I, изображают катали¬
тические функции. Каждая ветвь, отходящая от Е, может вклю¬
чать различные функции (направление), одной из которых яв¬
ляется и связь с носителем информации I. Если набор связей задан
полностью, то цикл должен замкнуться, то есть должно существо¬
вать Еп, стимулирующее образование IIt Гиперцикл описывается
системой нелинейных дифференциальных уравнений [63].
становлению жизни, приурочено к особенным условиям
действия механизма отбора, причем эти условия не вы¬
полняются удовлетворительно ни для нуклеиновых кис¬
лот, ни для белков, взятых в отдельности. Только при
соединении этих категорий веществ преимущества как
белков, так и нуклеиновых кислот могут быть использо¬
ваны для устойчивого процесса отбора: нуклеиновые
кислоты дают дополнительные инструкции для самовос¬
произведения, белки же вносят вклад в виде своего ко¬
лоссального разнообразия и специфичности (в отноше¬
нии своих способностей к функционированию и реаги¬
318
рованию). Благодаря каталитической активности белков
нуклеиновые носители информации могут объединяться
в более крупные блокй; с другой стороны, одни белки
не могут использовать преимуществ, доставляемых ка¬
кой-либо «мутацией», потому что белки совершенно не
способны к обучению. Построенный Эйгеном самообу¬
чающийся каталитический «гиперцикл» — модель систе¬
мы, способной к эволюции (рис. 8),— пример эффектив¬
ного развития идеи взаимодействия нуклеиновых кислот
и белков. Эту модель уже только один шаг отделяет от
схемы перехода к клеточной жизни, подобной той, ко¬
торую построил Опарин на примере образования коа¬
церватов.
Гиперцикл Эйгена представляет собой схему в виде
круга, состоящего из ряда различных молекул РНК и
кодируемых ими белков. Все эти элементы взаимозави¬
симы благодаря тому, что информация, необходимая
для репликации любой молекулы РНК, по меньшей ме¬
ре частично вносится в систему другой молекулой РНК
из того же круга. Таким образом, в круге образуется
внутренняя связь, которая делает возможными как вре¬
менную последовательность актов синтеза, так и их ре¬
гулируемую задержку и активацию.
Динамическое взаимодействие различных видов мак¬
ромолекул с их различными свойствами в гиперцикле
показывает, что и в биологии новые результаты дости¬
гаются не на основе механистических представлений о
материи, признающих взаимодействие только между не¬
изменными частями и отрицающих возникновение у си¬
стемы новых свойств. Более глубокое знание процесса
развития может быть достигнуто только в свете диалек¬
тико-материалистического понимания материи и внут¬
ренних взаимосвязей между частями системы, только
при подходе, в основе которого лежит анализ противо¬
речий, возникающих в процессе функционирования этих
взаимосвязей. Предпринятая Эйгеном попытка предста¬
вить связи между элементами биологической системы в
виде внутренне противоречивого и самовосполняющего-
ся комплекса служит удачным примером такого подхо¬
да. Эйген показывает, каким образом способности нук¬
леиновых кислот к самообучению должны быть связа¬
ны с каталитическими свойствами белков и каким об¬
разом эта связь создает предпосылки для происхожде¬
ния и дальнейшей эволюции жизни.
319
Кибернетика дает нам модели (как материальные,
«в металле», так и мысленные), с помощью которых
могут быть поняты определенные свойства организации.
Применяя эти модели в биологии, мы должны прини¬
мать во внимание принципиальное различие между тех¬
нико-кибернетическими системами и системами живыми,
или же непосредственно приводящими в своем развитии
к возникновению жизни. Технические самоорганизую¬
щиеся системы, например такие, которые имеет в виду
Эшби [27], сами по себе не могут в собственном смыс¬
ле «самоорганизоваться». Причина их изменения заклю¬
чена не во множестве их внутренних состояний, но толь¬
ко во внешней среде, действующей на систему через ее
входы. Такого рода машина не может самоорганизо¬
ваться на основе своей внутренней противоречивости;
она обязательно должна быть соединена с некоторой
другой машиной.
Развитие основано на внутренней противоречивости
материи, способной к самодвижению и самоорганизации.
Поэтому моделирование, ориентированное на технико¬
кибернетические системы, для своего биологического
применения должно быть значительно углублено: без
этого оно не может способствовать решению проблемы
прогрессивной дифференциации и развития в природе.
Самоорганизация не может быть достигнута путем
восприятия уже имеющейся во внешнем мире информа¬
ции (одним лишь этим путем), но лишь с помощью
процесса возникновения и идентичного воспроизведе¬
ния — процесса, ведущего к увеличению информации
путем оптимизации селективных качеств организмов в
ходе их взаимной конкуренции.
Для дальнейшего углубления эволюционного мышле¬
ния и понимания процессов прироста и утраты инфор¬
мации надо принимать во внимание не только селектив¬
ные качества и давление отбора, не только конкуренцию
между организмами, но и их взаимопомощь. По¬
скольку изменения в условиях среды предоставляют воз¬
можность для сохранения соответствующих новым усло¬
виям мутантов, следует учитывать филогенетическую
роль внешних факторов и их изменений; при этом усло¬
вии процесс отбора выступает как процесс оптимизации,
направленный к «компромиссу» или динамическому рав¬
новесию между многими факторами селективного дав-
320
ления. При возникновении и развитии новых видов ча¬
сто можно наблюдать, что вид с более высокими селек¬
тивными качествами может биологически процветать
только тогда, когда одновременно с ним размножаются
виды со сравнительно низким потенциалом отбора. Воз¬
можно, что такие сочетания являются общераспростра¬
ненными или даже обязательными, и нечто подобное
имело место на наиболее ранних стадиях эволюции.
В этом случае равновесие эволюционирующей системы
поддерживалось, вероятно, не с помощью цепочки сме¬
няющих друг друга поколений и ответвляющихся от нее
дочерних цепочек, но с помощью многочисленных па¬
раллельных цепочек, связанных друг с другом и вос¬
принимающих информацию из внешней среды.
Как показал Т. Рапопорт, только при условии, что
когда-то имелись такие цепочки, связанные в общую
растущую систему, можно объяснить, каким образом до
наших дней сохранились низшие формы жизни наряду
с высшими.
Сравнительно недавно Кун [126] привлек внимание
к значению периодических флуктуаций среды и форм
кооперации на молекулярном уровне для эволюции са¬
моорганизующихся предбиологических систем.
Клаус подчеркнул, что «одной из заслуг кибернети¬
ки является выдвижение на первый план категории ор¬
ганизации. Классическое естествознание, возникшее в
острой и непримиримой борьбе с теологическо-идеали¬
стическими взглядами схоластики на науку, противопо¬
ставляло схоластическим рассуждениям о форме и ма¬
терии, в которых ударение делалось на форму, олице¬
творяющую духовный принцип, рассуждения о материи
и движении. Проблематика материи и структуры ото¬
шла на задний план. Сейчас настало время подчеркнуть
равноценность и единство обеих проблем в философском
анализе. Наряду с положениями: вся материя движима;
движение материально; нет никакого движения без ма¬
терии — так же обоснованы и находятся на такой же
ступени положения: вся материя организована; орга¬
низация (или структура) материальна; нет ника¬
кой организации (структуры) без материи» [11,
с. 131—132].
Такие понятия, как план и организация, до настоя¬
щего времени не исследованы в достаточной мере в их
наиболее общем значении. Причина этого в том, что
Vail Зак. 387
321
они воспринимаются как специфически социальные ка¬
тегории, поскольку одним из основных отличий человека
от животного служит именно то, что человек осознанно
планирует и организует. Человек как создатель плана
переводит мысленную схему в материальное исполне¬
ние. Отсюда легко прийти к ошибочному выводу, будто
всегда, когда речь идет о плане, предполагается нали-:
чие планирующего субъекта, который создал мыслен¬
ную схему. Это понимание неверно, потому что материя
существует в структурированных формах и определен¬
ные структурные планы могут возникнуть естественным
путем. Об этом убедительно свидетельствуют данные о
возникновении генетической информации, ее росте и ка¬
чественном обогащении в процессе эволюции.
10.8. Закономерность развития
и ее отражение в эволюционном мышлении
10.8.1. Законы развития
и положение человека в природе
Важнейшим для любого миросозерцания является
вопрос о том, как человек может осмыслить свое суще¬
ствование и полностью развернуть свои физические и
духовные способности в рамках данных условий. Со¬
гласно мировоззрениям, ориентированным на религию,
источником гармонии человека со средой служит в ко¬
нечном счете только бог, а согласно идеалистической;
философии — некий духовный принцип; механистиче¬
ский материализм делает человека полностью зависи¬
мым от изменений окружающей среды. Только диалек¬
тический и исторический материализм достиг понимания
того, что человек развивается в ходе своей практиче¬
ской деятельности, основанной на законах действитель¬
ности, подвергая прогрессирующему изменению объек¬
тивные условия своего бытия,-
Мы стремимся выявить закономерный характер эво¬
люции, наличие в ней всеобще-необходимой связи, вы¬
ступая против тезиса о происхождении жизни (и челове¬
ческого существования) в результате слепой случайно¬
сти. При этом необходимо руководствоваться не потреб¬
ностью в абсолютном объяснении, но исключительно це¬
лями объективности научного познания. Из принятых
322
нами положений отнюдь не вытекает некое, как утверж¬
дает Моно, тотализирующее учение о развитии природы,
исходя из которого можно дедуцировать, объяснить и
обосновать все происходящие в мире конкретные процес¬
сы развития. Речь идет не о том, чтобы развить диалек¬
тику природы с целью обосновать все происходящие в
мире конкретные процессы развития или построить мар¬
ксистско-ленинское учение об обществе на фундаменте
законов природы (согласно Моно, именно для этой цели
Маркс и Энгельс прибегали к «анимистической проек¬
ции», поставив с головы на ноги идеалистическую диа¬
лектику Гегеля» [141, с. 46]).
Речь идет, скорее, о выработке общеэволюционного
мышления, о признании наличия универсальных законо¬
мерностей развития в природе и обществе.
«Подобно тому как Дарвин открыл закон развития
органического мира, Маркс открыл закон развития че¬
ловеческой истории» ',— сказал Энгельс в речи на мо¬
гиле Маркса. По словам Энгельса, оба великих мысли1-
теля и исследователя, Маркс и Дарвин, подняли эволю¬
ционное мышление на новую, невиданную прежде высо¬
ту. Маркс открыл закон развития общества и указал
пролетариату путь к освобождению. Открытие Маркса,
как подчеркивал Энгельс, должно «для истории иметь
такое же значение, какое для биологии имела теория
Дарвина» 1 2.
Слова Энгельса нашли свое подтверждение как в
прогрессе науки, так и в объективном ходе обществен¬
ного развития. Буржуазия, для которой признание за¬
кономерности исторического развития означало призна¬
ние ее собственного конца, делает все для того, чтобы
попытаться опровергнуть объективность этой закономер¬
ности. В этом основной корень пропаганды индетерми¬
низма, абсолютной случайности, а также тезисов, свя¬
занных с телеологией и с воздействием нематериальных
сил и сущностей.
В настоящее время едва ли какой-нибудь исследо¬
ватель может игнорировать сам факт эволюции биосфе¬
ры. После тщетных, но упорных попыток опровергнуть
дарвинизм он теперь является общепризнанным. Одна¬
1 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 19, с. 350.
2 К. М а р к.с .и Ф. Энгельс. Соч., т. 21, с. 367.
’ДИ*
323
ко не прекращаются усилия оторвать дарвинизм от его
материалистических предпосылок, то есть опровергнуть
объективность закономерного характера эволюционного
процесса или же материальность его причин. Это дела¬
ется с целью подорвать эволюционное мышление вооб¬
ще, в частности же — поставить под сомнение законо¬
мерность процесса социального развития. Однако для
того, чтобы понять человека как субъекта, творящего
себя самого, необходимо рассматривать его в аспекте
его деятельности, преобразующей объективно-законо¬
мерную реальность.
Карл Маркс писал: «Критика религии завершается
учением, что человек — высшее существо для человека,
завершается, следовательно, категорическим императи¬
вом, повелевающим ниспровергнуть все отношения, в
которых человек является униженным, порабощенным,
беспомощным, презренным существом...»
В этих словах заключена сущность марксистского
понимания человека. С марксистской точки зрения че¬
ловек рассматривается как итог предшествующей исто¬
рии природы, хотя и не как абсолютно и изначально не¬
обходимое, «предопределенное» существо. Человек дол¬
жен изучаться всегда исторически конкретно, как часть
природы и в то же время как общественное существо.
Человек есть высшее существо для человека. Этот гу¬
манизм не абстрактен, он является следствием борьбы
за гуманистическое применение достижений науки, борь¬
бы за освобождение человека от эксплуатации и угне¬
тения, за все, что помогает человеку добиться подлин¬
ного развертывания своих творческих сил и осуществить
свое реальное содержание. История человека должна
стать его собственным деянием. Люди формируют свое
будущее по объективным и принципиально познаваемым
законам, которые в ходе дальнейшего научного и соци¬
ального прогресса будут все в большей мере познавать
и использовать. Ставится цель познать (на основе об¬
щественной собственности на средства производства)
законы социального развития в той же мере, как и за¬
коны природы. С точки зрения диалектического матери¬
ализма (которад тем самым противопоставляется пони¬
манию прогресса на основе непознаваемой спонтанно¬
’К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 1, с, 422.
324
сти, механического предопределения или, наоборот, фи-
нализма и трансцендентной цели) для дальнейшего про¬
гресса человечества вредны любое сомнение или мисти¬
фикация идеи развития.
Обобщая данные современного естествознания, эво¬
люционное мышление выступает как мировоззренческая
позиция, исходящая из того, что материя содержит в
формах своего движения бесконечные возможности раз¬
вития. Потенции прогресса каждой взятой в отдельности
формы движения материи ограниченны. Однако эта огра¬
ниченность подрывается внутренней противоречивостью
материи; в результате происходит переход к более вы¬
сокой ступени развития материи, с новыми закономер¬
ностями и принципиально новыми возможностями даль¬
нейшего развития [70]. Например, это имеет место при
переходах от физико-химической формы движения ма¬
терии к биологической и от биологической к социаль¬
ной. Реальное развитие в природе и обществе может
быть объяснено только концепцией, которая не основы¬
вается ни на косной необходимости, ни на «чистой» или
«слепой» случайности, но усматривает единство необхо¬
димости и случайности в объективно возможном. Такая
концепция ориентирует человеческую деятельность на
разрешение противоречий, на оценку объективно реаль¬
ных возможностей изменения мира и тем самым на до¬
стижение более высоких ступеней развития человеческо¬
го общества.
Моно [141] предпринимает попытку «опровергнуть»
диалектический материализм на основе данных молеку¬
лярной биологии. Согласно Моно, марксизм-ленинизм
представляет собой идеологию «анимизма», воскрешаю¬
щую старые мифы. Этот абсурдный тезис выдвигается
Моно потому, что он, в сущности, подставляет на место
марксизма-ленинизма предетерминистские воззрения и
критикует их затем с точки зрения концепции чистой
случайности или индетерминизма. Однако для любого,
кто действительно знаком с марксистской философией,
очевидно, что истинная позиция марксизма-ленинизма
не имеет ничего общего ни с механическим детерминиз¬
мом, ни с индетерминизмом, но исходит из понимания
диалектического единства необходимости и случай¬
ности.
11 Зак. 387
325
10.8.2. Необходимость эволюции
Признавая, что биологическую эволюцию следует по¬
нимать как процесс самоорганизации, предпосылкой ко¬
торого служит существование объективной случайности
в естественном мутационном процессе, рассмотрим про¬
блематику, связанную с самоорганизацией в ходе эволю¬
ции. Существует мнение (см. разд. 2.1.2), что биосфера
принципиально не может быть дедуцирована во всех
своих формах из одних физических законов и в связи
с этим фактическое состояние биосферы представляет
собой лишь одну из многих биосфер, которые могли бы
развиться из ранней фазы биосферы и все одинаково
отвечали бы физическим законам. Это мнение вытекает
из признания существенной роли объективной случай¬
ности в эволюции. С формальной точки зрения это
означает, что если бы весь эволюционный процесс, на¬
чиная с таких же в точности неорганических начальных
условий, был повторен, то возникшая в результате это¬
го процесса биосфера не была бы тождественна ныне
существующей биосфере во всех своих основных момен¬
тах. Этот вывод отличается от того, который может
быть сделан с позиций принципов и законов классиче¬
ской физики.
Что касается эволюции как целого, ее следует рас¬
сматривать (как это делают Эйген и Пригожин в отли¬
чие от Моно) как процесс неизбежный и потому зако¬
номерный в существовавших некогда геологических ус¬
ловиях. Следовательно, возникновение биосферы на
Земле не представляет собой, как считает Моно, некое¬
го исключительного единичного события, в котором не
было необходимости и которое вполне могло бы и не
случиться.
Моно пишет: «Тезис, отстаиваемый мною здесь, гла¬
сит, что биосфера не содержит в себе доступного прог¬
нозу класса объектов или явлений, но представляет со¬
бой исключительное, единичное событие, конечно совме¬
стимое с фундаментальными законами природы, но не
выводимое из них и потому по своей сущности непред¬
сказуемое» [141, с. 57].
Философы — представители диалектического матери¬
ализма, а также материалистически мыслящие естество¬
испытатели подчеркивают закономерный характер эво¬
люции. Напротив, основная идея Моно заключается в
326
признании жизни результатом серии маловероятных со¬
бытий. И, однако, противоположный тезис, убеждение
в необходимом характере эволюции, отнюдь не основы¬
вается на анимистической проекции, на чуть ли не био¬
логически заложенной в человеке потребности в абсо¬
лютном разъяснении. Этот тезис подтверждается новей¬
шими достижениями физики, которых Моно (как
доказал Пригожин [28] !) не учитывал. Пригожин обра¬
щается к рассмотренному Моно примеру с кремнем [28,
с. 403] и показывает, что все существенные свойства
кремня как минерала могут быть выведены из принци¬
пов термодинамики и механики устойчивых сред, то
есть из больцмановского принципа упорядоченности.
Конечно, подробности конфигурации данного куска
кремня (конкретное расположение атомов, которые об¬
разовали его в определенный момент времени) не могут
быть высчитаны, исходя из этого принципа. Вопрос, од¬
нако, в том, хотим ли мы знать именно это, или же,
напротив, цель науки заключается и может заключать¬
ся только в том, чтобы вскрывать всеобщие и необходи¬
мые связи. В примере с кремнем физика интересуется
общими свойствами распределения атомов и тем, можно
ли их научно воспроизвести хотя бы в определенном
аспекте. Физика может вывести общие свойства и из
познания отдельных частей и их взаимодействия.
Что касается характера закономерности, то и в раз¬
витии биосферы мы имеем, видимо, аналогичную ситуа¬
цию. Здесь также можно допустить, что специальную
форму, которую имеет данный организм, нельзя деду¬
цировать. Однако следует признать наличие всеобщих
и необходимых взаимосвязей, которые определяют все¬
общее направление и структуру развития организ¬
мов.
Если мы отстаиваем закономерный характер эволю¬
ции, то не должны утверждать, что закономерность опре¬
деляет все детали развития. Только существенное в
структуре и развитии организмов определяется закона¬
ми и отражается познанием. Уже универсальность гене¬
тического кода указывает на то, что существует всеоб-
1 Мы опираемся здесь на высказывание Пригожина в диалоге
с Амери: «В сущности, я уверен, что Моно не принял во внимание
недавнего развития физики. В этом отношении особенно важны ра¬
боты Эйгена, публикуемые в журнале «Натурвиссеншафтен», по¬
скольку в них прекрасно учтены новейшие результаты» [28].
11*
327
щая и необходимая связь, определяющая существенные
свойства жизни.
Если ввести понятие диссипативных структур и со¬
ответственно представить себе эволюцию как серию сле¬
дующих одно за другим нестабильных состояний, то
следует признать, что существенные свойства жизни мо¬
гут быть выведены из «первых принципов». Несмотря
на наличие случайных колебаний, самоорганизация
Представляет собой необходимость, вытекающую из не¬
стабильности исходной ситуации.
В данном случае мы имеем очевидный пример того,
как случайность (посредством системы, в которой она
действует) производит необходимость. Однако эта не¬
обходимость не представляет собой, как в классической
физике, полной детерминированности процесса во вре¬
мени, но является необходимостью возникновения опре¬
деленного качества.
Это мы и называем всеобще-необходимой связью.
Эволюции соответствует серия нестабильных состоя¬
ний, постоянное усиление колебаний системы. Много¬
ступенчатый процесс ведет к состоянию, регулируемому
макромолекулами и достаточно стабильному по отноше¬
нию к этим колебаниям. Только при взаимодействии
белков и полинуклеотидов возможно достижение конеч¬
ного состояния, характеризуемого наличием генетиче¬
ского кода и соответственно стабильного по отношению
к ошибкам репликации. Как до этого состояния, так и
позже двигателем многоступенчатого процесса развития
служат случайные мутации, подвергаемые отбору.
В этой связи целесообразно вернуться к вопросу о
роли случайности в эволюции [72]. Относительно роли
случайности в макроскопических процессах можно вы¬
делить четыре принципиально возможные позиции.
1. На микроскопическом уровне господствует случай¬
ность, ведущая на более высоких уровнях к чистой де¬
терминированности.
2. Несущественные стороны макроскопических про¬
цессов носят случайный характер.
3. Существенные стороны макроскопических процес¬
сов могут носить случайный характер.
4. Бытие или небытие любого явления представляет
собой результат случайности.
В системах, детерминированных механически (как,
например, пушки, которые могут стрелять только одним
828
и тем же образом), мы встречаемся только с первым
из перечисленных вариантов. В эволюции, конечно, слу¬
чайность тоже может играть подобную роль, скажем,
если речь идет о мутациях, рассматриваемых как мас¬
совый процесс. Однако другие варианты отпали бы толь¬
ко в том случае (и весь эволюционный процесс оказал¬
ся бы строго детерминированным), если бы для каждой
отдельной популяции в каждом поколении могли осу¬
ществиться все возможности, то есть все мыслимые ну¬
клеотидные последовательности. Но это совершенно не¬
возможно, поскольку в таком случае для популяций
понадобилось бы столько места, что биосфера не поме¬
стилась бы и во всем известном нам мировом прост¬
ранстве.
Так, уже для полипептида, состоящего из ста амино¬
кислот, число возможных структур равно примерно
10130. Учитывая такие порядки величин, можно ска¬
зать, что и вообще возможность возникновения жизни
была бы практически равна нулю, если бы каждый
пункт этого процесса должен был характеризоваться
строго определенной последовательностью компонентов.
С точки зрения материалистического понимания эволю¬
ции весьма важное значение имеет подчеркиваемый Эй-
геном тезис о том, что между аминокислотной последо¬
вательностью и функцией белка нет однозначной связи.
Многие последовательности способны исполнять сход¬
ные функции, так что появление в процессе эволюции
определенной функции на много порядков более вероят¬
но, чем появление определенной последовательности
аминокислот. В дальнейшем мы можем исходить из то¬
го, что в качестве материала для отбора всегда имеет¬
ся достаточно качественно и количественно различных
функций, выбор между которыми осуществляется сог¬
ласно критерию и селективной ценности, то есть в до¬
статочной мере детерминированно. Тогда случайности
подлежат только несущественные стороны процесса
(в смысле второго из перечисленных вариантов), напри¬
мер конкретный вид той последовательности, с помощью
которой будет случайным образом реализована уже
отобранная необходимым образом функция. Конечно,
этот момент случайности играет роль в эволюции. Моно
пишет: «Рассматриваемые структуры случайны в том
смысле, что невозможно сформулировать никакого тео¬
ретического или эмпирического правила, посредством
329
которого удалось бы предсказать свойства, скажем,
двухсотого компонента белка, если мы уже точно'знаем
предыдущие 199 компонентов» [141, с. 121]. В дейст¬
вительности, однако, такие правила существуют, но
только они связаны с необходимостью изучения функ¬
ции белка в зависимости от каждого возможного из
этих предыдущих компонентов. Если с помощью какого-
либо из этих компонентов искомая функция выпол¬
няется, то можно (с учетом действия отбора) предска¬
зать пригодность именно этого компонента. В противо¬
положном случае испытываемый компонент является
лишь случайным, однако случайность эта несуществен¬
на (в смысле того же второго из перечисленных вариан¬
тов) и не может служить подтверждением философской
позиции Моно.
Молекулярно-биологические исследования эволюции
также подтверждают эту точку зрения. Так, проведен¬
ное Дейвисом и Хайманом [56] сравнение (с помощью
методов гибридизации) определенных отрезков молекул
нуклеиновых кислот, содержащихся в бактериофагах
ТЗ и Т4, показало, что имеются как очень изменчивые,
так и очень стабильные отрезки. Последние, видимо,
тождественны промоторным и операторным регионам.
В этом примере случайность элиминируется там, где
имеет место осуществление функции.
Ранее [72] мы задавались вопросом, исчерпывается
ли роль случайности данными, ранее полученными для
микроскопического уровня; при этом мы пришли к по¬
зиции, соответствующей третьему из перечисленных ва¬
риантов. Полная детерминация во всем, что касается
существенных сторон эволюционирующей системы, пред¬
полагала бы, что в каждый момент эволюции и в каж¬
дой популяции одновременно реализуются с достаточ¬
ной частотой все объективно имеющиеся возможности
возникновения новых функций. Тогда при воспроизведе¬
нии той же ситуации с необходимостью был бы сделан
тот же выбор. Однако подобное допущение совершенно
ошибочно в свете всего вышесказанного. Как показал
Эйген, нелинейный характер отбора ведет к тому, что,
как только в определенный момент времени объективно
складывается несколько возможностей появления отли¬
чающихся друг от друга новых функций, обладающих
повышенной селективной ценностью, осуществляется та
из них, которая случайным образом возникла ранее
330
других. Ее возникновение создает новые условия, при
которых другие имевшиеся возможности часто уже во-
обще не имеют места.
Вероятно, в филогенезе было много подобных реша¬
ющих пунктов, когда дальнейший ход эволюции объек¬
тивно нельзя было предсказать, хотя бы в принципе.
Одним из таких моментов, несомненно, было возникно¬
вение генетического кода. Моно пишет по этому пово¬
ду: «Уже на основании универсального характера струк¬
тур биосферы, начиная с генетического кода, можно по¬
лагать, что она представляет собой результат некоторо¬
го однократного события. Конечно, эта однократность
сама могла явиться следствием того, что многие другие
попытки или варианты оказались исключенными отбо¬
ром. Однако это объяснение отнюдь не является обяза¬
тельным» [141, с. 178]. Действительно, такое объясне¬
ние не обязательно. Возможно, что сегодняшняя био¬
сфера распространилась по Земле из одной географиче¬
ской точки, в которой впервые возник аппарат биоло¬
гической трансляции со свойственным ему специальным
кодом. Однако и такая однократность не означала бы,
что этого события могло не произойти. Где-то и когда-
то оно все равно должно было случиться на основании
своей априорной вероятности, величина которой была
оценена Эйгеном, исходя из функциональных (а не ли¬
нейно-статистических) соображений. Конкретная форма
кода, вполне вероятно, могла бы быть иной, но тем не
менее жизнь должна была возникнуть, поскольку она
(так же и по мнению Моно) не связана обязательно с
кодом одного определенного вида. В таком случае уни¬
версальность кода, видимо, представляет собой только
следствие невозможности того, чтобы код возник вто¬
рой раз. Эту невозможность следует предполагать, по¬
скольку после того, как код возник впервые, условия
отбора радикально изменились.
Итак, мы можем утверждать, что объективная слу¬
чайность играет существенную роль в эволюции. В от¬
ношении к необходимости случайность представляет со¬
бой существенный элемент, а не просто помеху, причем
не только случайность служит формой проявления необ¬
ходимости, но и необходимость — формой проявления
случайности. Однако, хотя акт возникновения биосферы
и был основан на молекулярных случайных процессах,
он сам все же был не случайным, а необходимым.
331
Поэтому мы должны исключить четвертый из перечис¬
ленных выше мыслимых вариантов роли случайности.
Моно проводит различие между виталистами типа
Бергсона, Вводящими для объяснения жизненных про¬
цессов некий духовный принцип («жизненный порыв»),
и «научными виталистами», к которым причисляет, на¬
пример, Дриша, Бора, Эльзассера, поскольку они в до¬
полнение к физико-химическим процессам признают
наличие собственно биологического процесса’. Если ви¬
талисты первого типа непосредственно противопоставля¬
ют живую материю неживой, то «научные виталисты»
принимают принцип дополнительности и две стороны
материи, одновременно исключающие и дополняющие
друг друга [141, с. 106 и сл.]. Помимо этих двух типов
витализма, Моно выделяет еще «анимистов», причисляя
к ним П. Тейяра де Шардена и (без всякого основания)
также диалектических материалистов. Согласно Моно,
анимисты проецируют человеческую сущность на все
явления природы, как одушевленной, так и неодушев¬
ленной, мысля человека в качестве ее единственной и
от века заданной цели. Борясь против, как он выража¬
ется, «антропоцентристской иллюзии», Моно выступает
прежде всего (и в этом он прав) против телеологиче¬
ской концепции П. Тейяра де Шардена, который счита¬
ет всякое развитие направленным в конечном счете к
появлению человека на Земле и далее через человече¬
ство к «пункту Омега» [193].
Моно дает критику тейяровского идеализма, в общем
совершенно правильную, хотя и не вполне отражающую
значение тейярдизма для католической мысли [115].
Однако вместе с тем Моно утверждает, что сходные с
тейяровскими воззрения представляли центральную
идею «прогрессизма» XIX столетия, представителями ко¬
торого он считает Спенсера, а также Маркса и Энгель-
1 Не имея возможности рассматривать здесь этот вопрос более
подробно, заметим все же, что, в частности, сближение представле¬
ний Дриша, с одной стороны, и Бора и Эльзассера — с другой, не
является оправданным. Если отстаиваемая двумя последними авто¬
рами концепция обобщенной дополнительности и не дает действи¬
тельного разрешения спора между механицизмом и витализмом,
все же их позиция отнюдь не является витализмом, близким взгля¬
дам Дриша. Она основывается именно на признании ошибочности
И витализма и механицизма. Эльзассер, очевидно, согласен с Дри-
шем только в признании нефизического принципа, управляющего
материей, если она находится в живом состоянии [65].
332
са. Моно выступает против концепции диалектики при¬
роды, поскольку она, по его мнению, неоправданно под¬
черкивает центральное положение человека.
Выступая против представления о том, что все раз¬
витие с самого начала было направлено к тому, чтобы
произвести человека, Моно прав. Но он ошибочно при¬
писывает такую преформистскую или телеологическую
концепцию диалектическому материализму. Так, еще в
1861 году Маркс писал Лассалю: «Очень значительна
работа Дарвина... здесь впервые не только нанесен
смертельный удар «телеологии» в естествознании, но и
эмпирически объяснен ее рациональный смысл»Эн¬
гельс также утверждал, что признание объективной слу¬
чайности в биологических явлениях несовместимо с те¬
леологическими концепциями.
Вывод о якобы антропоцентрической и телеологиче¬
ской позиции основоположников марксизма неправоме¬
рен, как и приписывание им идеи о воспроизведении в
эволюции Вселенной одних и тех же схем, о происхож¬
дении человека как «высшей цели» развития материи
и т. д. Моно ссылается при этом на отдельные цитаты,
например на слова Энгельса о том, что «материя при¬
ходит к развитию мыслящих существ в силу самой сво¬
ей природы, а потому это с необходимостью и происхо¬
дит во всех тех случаях, когда имеются налицо соответ¬
ствующие условия (не обязательно везде и всегда одни
и те же)»1 2. Ни в этих, ни в других приводимых Моно
высказываниях Энгельса3 не содержится никакой ан-
тропоцентристской или телеологической позиции, идеи
воспроизведения в мировом процессе предопределенных
схем; не содержится в них и представления о том, что
происхождение человека являлось единственной целью
или «высшим назначением» развития материи.
Моно выступает против диалектической концепции,
считая, что эта концепция проецирует на природу моде¬
ли, порожденные человеческой психикой. Однако с точки
1 К. Маркс и Ф. Э н г ел ь с. Соч., т. 30, с. 475.
2 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 20, с. 524.
3 Например, относительно того, «что материя во всех своих
превращениях остается вечно одной и той же, что ни один из ее
атрибутов никогда не может быть утрачен и что поэтому с той же
самой железной необходимостью, с какой она когда-нибудь истре¬
бит на Земле свой высший цвет — мыслящий дух, она должна
будет его снова породить где-нибудь в другом .месте и в другое
время» (К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 20, с. 363).
333
зрения диалектического материализма диалектика
мышления представляет собой отражение существую¬
щих в действительности объективных диалектических
отношений и связей. Одним из важнейших достижений
диалектического материализма в области теории позна¬
ния является то, что он отчетливо указывает на способ¬
ность человеческого мозга к субъективному отражению
объективной реальности и со всей определенностью
подчеркивает, что эта способность к восприятию и пере¬
работке информации филогенетически развилась из
низших форм организации материи.
Из этого следует, что данная способность хотя бы
частично определяется законами биологического при¬
способления и что материальный субстрат, развивший¬
ся через различные ступени взаимодействия со средой,
оказывается в состоянии познавать сложнейшие мате-
риальныё диалектические взаимодействия и процессы.
В этой связи следует вспомнить гипотезу В. И. Ленина,
согласно которой отражение, возможно, представляет
собой всеобщее свойство материи '. Уже данные моле¬
кулярной биологии, касающиеся регуляторных процес¬
сов при обмене веществ, способности макромолекуляр¬
ных систем к узнаванию, а также данные кибернетики
по проблемам получения и обработки информации яв¬
ственно подтверждают эту гипотезу (см. 10.8). Решаю¬
щее же доказательство факта отражения объективной
диалектики в человеческом мышлении заключается, ко¬
нечно, в прогрессе лабораторных и индустриально-тех¬
нических исследований, во все большем овладении при¬
родными и социальными процессами.
Моно не понял принципиальной разницы между ма¬
териалистической диалектикой Маркса и Энгельса и
идеалистической диалектикой Гегеля. Не видит он и
различия между диалектико-материалистической кон¬
цепцией развития и телеологической, мистифицирован¬
ной концепцией развития Тейяра де Шардена: обе кон¬
цепции он рассматривает параллельно.
В действительности же именно для Тейяра де Шар¬
дена высшая цель эволюции заключается в происхож¬
дении человека и тем самым сознания, причем (со¬
гласно его концепции) сознание должно быть представ-
1 См.: В. И. Л е н и и. Поли. собр. соч., т. 18, с. 40.
334
лено и на низших ступенях развития, хотя бы только
в зачаточной форме.
Если исходить из сформулированной в рамках диа¬
лектического материализма гипотезы о том, что отра¬
жение, возможно, есть всеобщее свойство материи, то
следует признать, что это свойство развивалось поэтап¬
но, в диалектическом единстве необходимости и случай¬
ности, пройдя через ряд качественных скачков ко все
более высоким формам отражения, вплоть до самой
высокой (идеальной) формы.
10.9. Информация и отражение
Жизнь как явление основывается на качественно
специфическом взаимодействии между элементами це¬
лостной системы физико-химических процессов, проте¬
кающих в условиях определенной структурной и биохи¬
мической организации. Жизнь есть химия молекул, спо¬
собных избирательно относиться к другим молекулам
(то есть проявлять элементарные функции отождествле¬
ния и распознавания) и тем самым обладающих свой¬
ством приспосабливаться к среде и отбирать те или
иные ее компоненты (или подвергаться отбору). Отсю¬
да непосредственно следует, что поскольку феномен
информации уже известен химии и является, очевидно,
фактором, способствовавшим происхождению биологи¬
ческого уровня организации из химического, то для вы¬
яснения существенных качественных особенностей био¬
логического уровня надлежит исследовать информа¬
ционные отношения в системе. В этой связи тезис
В. И. Ленина о способности к отражению как о воз¬
можном всеобщем свойстве материи приобретает осо¬
бое значение.
Этот тезис указывает, в частности, путь (как в гене¬
тическом, так и в онтогенетическом отношении) к
объяснению взаимосвязи между материей и созна¬
нием. Ленин пишет: «Материализм в полном согласии
с естествознанием берет за первичное данное материю,
считая вторичным сознание, мышление, ощущение, ибо
в ясно выраженной форме ощущение связано только
с высшими формами материи (органическая материя)
и «в фундаменте самого здания материи» можно лишь
предполагать существование способности, сходной с
335
•ощущением. Таково предположение, например, извест¬
ного немецкого естествоиспытателя Эрнста Геккеля,
английского биолога Ллойда Моргана и др., не говоря
о догадке Дидро...» 1
Это предположение, касающееся способности к от¬
ражению как всеобщего свойства материи, указывает на
первостепенное значение исследования процессов ус¬
воения, накопления и переработки информации для
управления и регулирования биомолекулярных систем.
С. Рапопорт так характеризует процессы регуляции об¬
мена: «Они представляют собой специфически биоло¬
гическую форму свойственного материи отражения и
образуют сущность постоянного процесса приспособле¬
ния организмов к среде» [161, с. 286].
Гипотеза об отражении как всеобщем свойстве ма¬
терии дополняется в диалектическом материализме тези¬
сом о том, что это свойство в своем развитии, вклю¬
чающем количественное приращение и качественные
скачки, проходит ряд этапов по направлению ко все
более высоким формам отражения. Таким образом,
диалектико-материалистическое понимание не имеет
ничего общего с панпсихизмом, постулирующим всеоб¬
щую одушевленность материи, то есть считающим, что
вся материя обладает сознанием. Диалектический ма¬
териализм представляет собой основу для преодоления
панпсихистских, холистских и неоламаркистских кон¬
цепций.
В восходящем ряду форм отражения последующие
формы генетически связаны с предыдущими. Как созна¬
ние, так и все прочие формы отражения отображают
объективно реальные предметы и явления.
В процессе биологической эволюции вместе с диф¬
ференциацией структур и способов поведения осуще¬
ствляется и развитие форм отражения, специфичных
для живой материи. Тот или иной характер отражения
принадлежит к числу факторов эволюции. Таким обра¬
зом, можно утверждать, что специфически человече¬
скому отражению объективной реальности предшество¬
вали определенные предварительные виды и элементы
отражения на уровне более простых систем.
Следует исходить из того, что отражение развилось
из специфических форм взаимодействия, то есть что не
1 В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 18, с. 39—40.
336
всякое элементарное взаимодействие содержит в себе
аспект отражения. Система, которой свойственно отра¬
жение, характеризуется способностью «репродуциро¬
вать» внешние воздействия посредством внутренних из¬
менений своей структуры и специфически реагировать на
эти воздействия в соответствии со своими внутренними
системными условиями.
Рассматривая процессы отражения в сложной био¬
логической системе, мы видим, что нельзя говорить об-
отражении в отрыве от информации. Неизменная связь,
между информацией и отражением объясняется истори¬
ческим ходом развития биологических систем: в про¬
цессе эволюции они оптимизировались в направлении
формирования информационных процессов.
На каком же этапе отражение переходит в информа¬
цию? По-видимому, это имеет место, когда при восприни¬
мающих системах организма сигнал начинает подвергать¬
ся многоступенчатому процессу переработки. При этом
сигнал (благодаря качественному повышению уровня
структурно-функционального поведения воспринимающей:
системы) превращается в информацию; воспринимающая
система оказывается в состоянии использовать сигнал.
Этот сигнал (информация) преобразуется в телеономи-
ческий способ поведения воспринимающей системы.
Тем самым устанавливается важная связь понятия-
информации с понятием операциональной системы.
Процессы управления реализуются впервые на уровне
живых систем, и на этом же уровне результаты про¬
цессов отражения начинают подвергаться обработке,,
то есть сигналы из внешней среды могут использовать¬
ся (по типу отражения объективной реальности) для-
самодвижения и самоорганизации системы. Таким об¬
разом, понятие информации подчеркивает определен¬
ную сторону определенного класса процессов отраже¬
ния, а потому оно не должно отождествляться с поня¬
тием отражения как такового. Отражение переходит
в информацию в тех случаях, когда структурному из¬
менению может быть поставлено в соответствие некото¬
рое значение, благодаря чему реализуется телеономи-
ческое поведение системы.
Информация существует уже в чисто физической
области как потенция, однако на этом уровне еще нет
систем, которые могли бы преобразовывать структурные
изменения в управление, в телеономические формы
337
поведения. Это предполагает относительно высокую
дифференцированность системы, располагающей по
меньшей мере несколькими путями реагирования (сте¬
пенями свободы) и возможностью выбора между ними.
Для биологических систем характерна способность
к распознаванию сигналов, полностью лишенных напра¬
вленности, к интерпретации синтаксических аспектов
информации. У высших животных к этому прибавляется
еще способность к интерпретации семантической инфор¬
мации. Созданные до настоящего времени человеком
искусственные системы, напротив, способны только
к восприятию синтаксической информации и к ее чисто
структурной переработке. Они не находятся в обмене
веществ со средой и не обладают ни способностью вос¬
принимать и распознавать ненаправленные сигналы, ни
способностью к подлинной самоорганизации. Сознание
как высшая форма психического отражения объектив¬
ной реальности развилось с появлением человека, вы¬
кристаллизовавшись из способности к переработке семан¬
тической информации как из предварительной ступени.
Для биологических систем, а также и для человека
как общественного существа и в то же время биологиче¬
ской системы можно, таким образом, выделить следую¬
щие ступени развития взаимодействия со средой (каче¬
ственные ступени связи «передатчик — приемник») и со¬
ответственно основные типы отражения.
А. Типы взаимодействия, лишенного элементов отра¬
жения:
— взаимодействие как таковое, служащее общим
основанием и пограничным случаем для отражения;
— взаимодействие, влекущее за собой физико-хими¬
ческие изменения участников взаимодействия (этот тип
взаимодействия представляет собой молекулярную ос¬
нову отражения).
Над этими двумя типами надстраиваются дальней¬
шие качественные ступени отражения (и соответственно
отношений «передатчик — приемник»),
Б. Получение и переработка сигналов и синтаксиче¬
ской информации, а также истолкование семантической
стороны информации ее получателями, способными толь¬
ко к переработке синтаксической информации:
— распознавание как восприятие и переработка не¬
направленных сигналов (во взаимодействии «среда —
макромолекулы — организм»);
338
— интерпретация как восприятие и переработка син¬
таксической информации (во взаимодействии «среда —
макромолекулы — организм»);
— истолкование как восприятие семантической ин¬
формации, инициирующей и направляющей синтаксиче¬
скую обработку информации (во взаимодействии высоко¬
дифференцированных живых организмов с человеком).
В. Восприятие и переработка сигналов, содержащих
как синтаксическую, так и семантическую информацию,
со стороны получателей, способных к семантической об¬
работке информации, к операциям со значимыми струк¬
турами и соответственно с понятиями:
— познание (физическое) как восприятие и перера¬
ботка ненаправленных сигналов в системе взаимодей¬
ствия «человек — природа»;
— понимание (Verstehen) как восприятие и перера¬
ботка синтаксической информации в системе взаимо¬
действия «человек — машина»;
— понимание (Verstandnis) как творческое и углуб¬
ленное восприятие и переработка семантической инфор¬
мации в процессах общения между людьми.
Первые из перечисленных типов взаимодействия (по
крайней мере до распознавания и интерпретации) мы
находим уже на уровне простейших организмов. С точки
зрения диалектического материализма каждая низшая
форма движения материи отрицается высшей. Таким об¬
разом, следует принять, что в каждой высшей форме
отражения диалектически содержатся низшие. В соот¬
ветствии с этим можно было бы ожидать, что описание
способов синтаксической переработки информации с по¬
мощью одной лишь теории информации, с помощью ин¬
формационно-технических моделей представляет собой
составную часть описания высшей формы отражения.
Однако проведенное нами выше обсуждение этого во¬
проса показывает, что в этом случае недопустима ни
редукция одного уровня к другому, ни схематизирую¬
щий перенос понятий с одного уровня на другой *.
1 Различные аспекты критики редукционизма полно представле¬
ны в работах советских философов А. Д. Урсула [22а], Р. С. Кар¬
пинской [10в], Н. Т. Абрамовой [1] и др. В естественнонаучном
плане интересный материал об эволюции информации, ее качествен¬
но различных ступенях развития, несводимых друг к другу, содер¬
жится в концепциях А. Б. Руденко [20а] и С. Э. Шноль [23а].
339
Ряд исследований подтверждает принципиальное
различие между процессами семантической и синтакси¬
ческой обработки информации и необходимость более
глубокого анализа взаимоотношений между этими дву¬
мя типами процессов [74, 75, 76]. Поэтому мы можем
точнее определить рассматриваемую проблему как про¬
блему соотношения между функционирующими на чисто
синтаксическом уровне техническими автоматами и
людьми, способными к семантической обработке ин¬
формации, то есть между системами, осуществляю¬
щими преобразование готовой информации, и систе¬
мами, обладающими способностью к увеличению ин¬
формации.
Основной теоретической, философской и методологи¬
ческой проблемой современной информатики является
вопрос об отношении технических автоматов к обще¬
ственной среде их применения. Эта проблема связана,
в частности, с вопросом о том, как человек должен
понимать окружающую его действительность и себя
самого для того, чтобы верно понять принципы дей¬
ствия автоматических устройств и механизм их инте¬
грации в различных общественных трудовых процессах.
Особенно же важен здесь вопрос о том, возможно
ли в конечном счете свести всю объективную реаль¬
ность, природу, общество и человеческое мышление
к некоторому множеству поддающихся формализации
процессов. Если бы такое сведение было осуществимо,
то в принципе можно было бы объективно и формали¬
зованно представить человека и человеческое мышле¬
ние, а затем и заменить последнее автоматами, пере¬
рабатывающими информацию.
Автоматизированная переработка информации пред¬
ставляет собой продукт развития и концентрированное
выражение осуществляющейся в настоящее время на¬
учно-технической революции. Поскольку проблематика,
связанная с автоматизированной переработкой инфор¬
мации, является новой, неудивительно, что она не на¬
шла еще исчерпывающего философского осмысления.
Вместе с тем эта проблематика связана и с некоторы¬
ми традиционными, в какой-то мере уже раскрытыми
темами давних философских дискуссий.
Механистическое мышление стремится и всегда стре¬
милось представить объективную реальность исключи¬
тельно как агрегат машин и механизмов. Поэтому оно
340
постулирует, что все материальные, энергетические и
информационные процессы совершаются согласно пол¬
ностью объективируемым, формализуемым (а значит,
и программируемым) законам. Отсюда понимание объ¬
ективной реальности, природы, общества и мышления
как мира изолированных атомов и вообще элементар¬
ных блоков, стоящих друг к другу в формализуемых от¬
ношениях. Этот механистический подход был последова¬
тельно проведен представителями атомистической ло¬
гики, например Б. Расселом и Л. Витгенштейном.
Разъяснение философских оснований обработки ин¬
формации представляет чрезвычайно актуальную зада¬
чу. Земанек [219] неоднократно подчеркивал, что кри¬
тика логического позитивизма, и прежде всего филосо¬
фии Витгенштейна, требует решения философских
проблем переработки информации, потому что Витген¬
штейн в своем «Логико-философском трактате» исходит
именно из «компьютерного мира». Признанный отчасти
и им самим впоследствии кризис его философии, а
также преодоление неопозитивизма диалектико-мате¬
риалистической философией [13, 14, 92, 176] дают
нам некоторые эвристические указания по поводу то¬
го, в каком направлении должны развиваться тео¬
рия и практика автоматизированной обработки ин¬
формации.
Мы исходили из того, что рассматриваемые нами
автоматы подчиняются только физическим законам и
в своем функциональном поведении гомоморфны опре¬
деленным логико-математическим операциям. Иными
словами, современные цифровые вычислительные маши¬
ны построены на логике высказываний, развитой Рас¬
селом и Уайтхедом в «Principia Mathematica», и поэтому
реализуют структуру витгенштейновского «Трактата».
Все процессы, происходящие в автоматах, представляют
собой вполне определимую логическую комбинацию
«элементарных предложений», которые (если не считать
возможных функциональных ошибок) являются принци¬
пиально верифицируемыми. Рассматривая философские
основания витгенштейновского «Трактата», часто забы¬
вают о том, что в его логико-математическую схему
хорошо укладываются именно процессы автоматизиро¬
ванной обработки информации. В то же время принци¬
пиальная ограниченность «Трактата» свидетельствует
о том, что с помощью одних только закономерностей
341
физики и электронной техники невозможно объяснить
или смоделировать человеческое мышление.
Витгенштейновский тезис о существовании далее не¬
разложимых элементов познания (элементарных пред¬
ложений) является фикцией. Атомистическая лингви¬
стика, исходящая из изолированных слов, столь же
неверна, как и развитая Расселом и Витгенштейном
атомистическая логика. Исследуя ассоциативные (семан¬
тические) сети, исходящие из изолированных слов, мы
можем прийти к определенным результатам. Однако
в конечном счете эти результаты неудовлетворительны,
поскольку [31] в тех случаях, когда семантический
аспект мышления может быть прослежен вплоть до
определенных фундаментальных отношений, последние
представляют собой отношения между предложениями,
а не между словами.
Может быть автоматизирована алгоритмическая об¬
работка данных, а также подмножество множества
возможных сообщений, определяемое тем, что присущее
ему предметное отношение и область вариации оценки
Этого отношения могут быть точно заданы. Только при
этом , условии информация может быть однозначно от¬
ображена на экстенсионально определенные структуры.
Всякая творческая деятельность человека в той
мере, в какой она основывается на производстве, отбо¬
ре и переработке информации, по своей сущности пред¬
ставляет единство семантической и синтаксической об¬
работки информации. Поэтому человеческое творчество
как один, из процессов обработки информации и реше¬
ния задач не принадлежит к тем из этих процессов, ко¬
торые могут быть полностью автоматизированы. Диа¬
лектика семантической и синтаксической обработки,
определяя возможности и границы формализуемости
информации, непосредственно демонстрирует возмож¬
ность и необходимость разделения функции между че¬
ловеком и автоматом.
- В развитии науки находит выражение тенденция
перехода от интенсиональных отношений к экстенсиональ¬
ным. Для достижения вполне определенных целей экс¬
тенсиональные языки науки и программирование пре¬
доставляют большие возможности, они допускают при¬
менение электронных решающих устройств, они вообще
точнее и нагляднее, чем интенсиональные средства опи¬
сания. Однако последние не элиминируются с разви¬
342.
тием экстенсиональных языков. При исследовании из¬
менений интенсиональных отношений всегда должен
учитываться семантический аспект.
Сходные лингвистические структуры могут весьма
различаться в семантическом отношении. Различные
значения не проявляются в данной структуре как нечто
неожиданное: они исходно в ней заключаются, но лишь,
как потенция, как то существенное в этой структуре,
что проявляется при ее рассмотрении в тех или иных
аспектах. Так, специальные языки, используемые инже¬
нерами, врачами или юристами, возникли из обиходно¬
го. языка с его общей структурой в результате редук¬
ции этой структуры путем соответствующего уточнения
и интерпретации.
Переход от классификационных, сравнительных и
метрических понятий научного языка к формализуемо¬
му языку науки и далее к языку кодовых знаков, при-,
годных для ЭВМ, также связан с некоторым процессом
семантической редукции. Редукция значения какого-
либо понятия от того объема, который это понятие
имеет в повседневном языке, до значения этого понятия
в специальном языке и далее до его же значения
в формализованном научном языке и исчислении ведет
к фиксации значения и тем самым дает возможность
отобразить это значение на структурах, потенциально
поддающихся моделированию с помощью ЭВМ. Однако
надо учитывать, что нередко понимание целого и свя¬
зей важнее, чем возможность вычислить отдельные:
детали структуры.
Имеется ряд философских, науковедческих и кон-,
кретно-научных доводов в пользу того, что семантиче--
скую обработку информации в целом нельзя свести
к синтаксической. В основе процессов семантической
обработки информации лежит, прежде всего, способ¬
ность учитывать (при восприятии информации) общий
контекст, в который поставлена воспринимаемая инфор¬
мация и который придает специфическую окраску зна¬
чению этой информации [76]. Семантическая обработка
информации связана с оценкой и сравнением различных
аспектов этого же общего контекста. Поэтому язык не
может быть механически вычленен из всего комплекса
явлений социальной среды.
Изменчивость и динамичность языка представляет
собой проявление его жизнеспособности, и, хотя при
343:
этом остается возможность неправильного выражения
и понимания, тем не менее эта динамичность дает язы¬
ку возможность служить орудием прогресса в духовной
области. Вследствие жизненного характера языка, его
изменчивости и динамичности в общем случае неосуще¬
ствимо изоморфное отображение процессов семантиче¬
ской обработки информации на множество процессов
синтаксической обработки информации. Однако там,
где такое отображение имеет смысл, моделирование
семантической обработки информации представляет со¬
бой реальный путь к развитию и применению научных
знаний и методов для постановки и решения как прак¬
тических, так и теоретических задач.
Разделы кибернетики, ориентированные на практи¬
ку, изучают функциональное воздействие высших форм
движения материи на низшие. При этом ключевая про¬
блема состоит в том, чтобы эффективно смоделировать
движение высокоорганизованной материи с помощью
более низких уровней ее организации. Как показали
исследования в этом направлении, возможно отображе¬
ние некоторого четко ограниченного множества функ¬
циональных форм поведения высокоорганизованной ма¬
терии на уровне низших форм движения материи, хотя,
разумеется, и для этого множества отображение будет
лишь приблизительным. Этот вывод представляется все
более реальным по мере прогресса исследований
в области кибернетики [104, с. 389—402]. Конечно,
приближение, с которым осуществляется упомянутое
отображение, может постепенно становиться все более
точным; однако нет оснований говорить о живых или
творчески мыслящих машинах. Здесь следует еще раз
подчеркнуть, что (если не считать химической регуля¬
ции через закон действующих масс) регуляция обмена
веществ в клетке осуществляется именно с помощью
специфической структуры и активности высокоспеци¬
ализированных белковых молекул, о вариабельности
которых мы уже говорили. Это вновь подтверждает
справедливость определения жизни как специфической
формы движения биополимеров, связанной с обменом
веществ между протоплазмой и окружающей средой.
Подтверждается с кибернетической точки зрения и
тезис о том, что субстратом мышления служит мозг
как высокоорганизованная живая материя, поскольку
только она (то есть материя, приобретшая соответствую¬
344
щую специфику, динамичность и организацию) обла¬
дает способностью к творческому мышлению на основе
биологических процессов. Живая материя — это каче¬
ственно весьма высокая форма существования материи,
приходящая на своей высшей ступени (в лице созна¬
тельно мыслящих и действующих социальных индиви¬
дов) к осознанному преобразованию среды и своего
собственного бытия. Творческое поведение человека
шчинается там, где он перестает удовлетворяться дан¬
ными отношениями и просто приспосабливаться к ним,
начиная думать об их улучшении и активно их изме¬
нять. В принципе исключено, что человеку удастся
создать живую или даже мыслящую материю. Однако
это в любом случае не будет «живая машина», с кото¬
рой мы сможем сопоставлять живые организмы: полу¬
чатся лишь две различные категории живых существ,
природные и искусственные. Машины, или технические
автоматы, неизменно остаются связанными с низшими
формами движения материи, на материале которых че¬
ловек осуществляет соответствующие функциональные
принципы, причем эти принципы нередко уже ранее вы¬
работаны путем наблюдения над живыми организмами
и представляют собой опредмечивание сущностных сил
человека. Маркс пишет: «Природа не строит ни машин,
ни локомотивов, ни железных дорог, ни электрического
телеграфа, ни сельфакторов, и т. д. Все это — продукты
человеческого труда, природный материал, превращен¬
ный в органы человеческой воли, властвующей над при¬
родой, или человеческой деятельности в природе. Все
это — созданные человеческой рукой органы человече¬
ского мозга, овеществленная сила знания. Развитие
основного капитала является показателем того, до
какой степени всеобщее общественное знание [Wissen,
knowledge] превратилось в непосредственную произво¬
дительную силу, и отсюда — показателем того, до какой
степени условия самого общественного жизненного про¬
цесса подчинены контролю всеобщего интеллекта и пре¬
образованы в соответствии с ним; до какой степени
общественные производительные силы созданы не
только в форме знания, но и как непосредственные
органы общественной практики, реального жизненного
процесса» *.
1 К. М а р к с и Ф. Э н г е л ь с. Соч., т. 46, ч. II, с, 215.
12 Зак. 387
345
Таким образом, в состав человеческого организма и
деятельности не входят автоматы в техническом смысле:
автоматы представляют собой опредмеченные сущ¬
ностные силы человека. Понимая автоматы как орудие
духовного производства и говоря об опредмечивании
сущностных сил человека, о переносе духовной деятель¬
ности человека на систему машинных процессов, мы не
превращаем автомат в субъект этой деятельности: субъ¬
ектом деятельности остается человек.
Автомат только выполняет операции, представляю¬
щие собой опредмеченную, или объективированную, че¬
ловеческую деятельность. У него нет субъективных мо¬
тивов; то, что он выполняет, не имеет для него никако¬
го смысла: он лишен сознания.
Возникновение способности к семантической обра¬
ботке информации, развитие человеческого языка как
инструмента символического познания объективной
действительности сделало знания сообщаемыми, благо¬
даря чему стала возможной социально-культурная пре¬
емственность. Наряду с биологической эволюцией,
в основе которой лежат биологические закономерности,
началась социальная эволюция, основанная на передаче
социального опыта от поколения к поколению. В ре¬
зультате этой второй эволюции каждый вновь появля¬
ющийся на свет индивид уже не должен осваивать все
ранее накопленное предметное содержание знания.
Биологическая эволюция основана на отборе среди ге¬
нетических структур, различных по своей репродуктив¬
ной эффективности. Эволюция человека основана на
социальной передаче знания, являющегося эффектив¬
ным средством при создании новых орудий труда или
при повышении дифференцированности организации
труда [70]. Различные аспекты соотношений между
этими двумя типами эволюции и значение этих соотно¬
шений отмечалось в работах Н. П. Дубинина [62],
а также М. Штеенбека и В. Шелера [188] *.
Возможность опредмечивания информации способ¬
ствует социальному развитию. Даже на том этапе,
когда человек еще не может освободиться от влияния
закономерностей биологической эволюции, они все
больше оттесняются на задний план. Приспособление
1 По ряду оснований понятие социальной передачи (gesell-
schaftliche Oberlieferung) кажется мне более удобным, чем понятие
социального наследования (soziale Vererbung), — Прим, авт.
346
человека к среде достигается уже не путем изменения
генетического аппарата человека как вида, но путем из¬
менения среды и соответственно постановки новых чело¬
веческих целей. Как подчеркивает Энгельс, «вместе с
человеком мы вступаем в область истории. И животные
имеют историю, именно историю своего происхождения
и постепенного развития до своего теперешнего состоя¬
ния. Но они являются пассивными объектами этой исто¬
рии; а поскольку они сами принимают в ней участие, это
происходит без их ведома и желания. Люди же, наобо¬
рот, чем больше они удаляются от животных в узком
смысле слова, тем в большей мере они делают свою
историю сами, сознательно, и тем меньше становится
влияние на эту историю непредвиденных последствий,
неконтролируемых сил, и тем точнее соответствует
исторический результат установленной заранее цели»1.
Качественный скачок осуществляется путем пере¬
хода к более высокому уровню свободы. У человека
вместо чисто рефлекторных действий и автоматических
видов поведения, свойственных животным, мы находим
сознательное принятие решений и сознательную регуля¬
цию собственного поведения.
Некоторые формы поведения человека могут быть
подобны автоматическим, например в случае выработки
условных рефлексов или при выполнении налагаемых
извне точных правил. Сознательное принятие решений
и сознательная регуляция собственного поведения
могут способствовать преодолению автоматизма, встре¬
чающегося у человека больше в силу его биологической
природы, чем в собственно человеческом и социальном
плане.
Каждый переход к более высокой форме движения
материи связан с усилением внутренней детерминации
в носителях соответствующей формы движения. Таким
же образом при переходе от биологической к социаль¬
ной форме движения материи и в ходе дальнейшего
развития социальной формы человек в своем проявле¬
нии все больше определяется собственной сущностью,
становясь человеком среди людей. Здесь, как и при
возникновении жизни (связанном с установлением диа¬
лектических отношений между биологическим целым
и его частями), выступает новый, дополнительный де¬
терминирующий фактор.
* К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 20, с. 358.
12’
847
Сознательное принятие решений и сознательная ре¬
гуляция собственного поведения представляют собой
тем более эффективный фактор социальной эволюции,
чем более разносторонним становится познание челове¬
ком закономерностей природы и общества, чем глубже
человек понимает людей вообще и свою социальную
сущность.
Итак, мы можем утверждать, что психические опе¬
рации, соответствующие информационным процессам,
поддаются автоматизации только тогда, когда инфор¬
мация, лежащая в основе этих операций, носит харак¬
тер набора данных и операции могут быть заданы
с помощью этих данных и алгоритмов (по принципу
машины Тьюринга) полностью и без отклонений. По¬
скольку изоморфное отображение семантических про¬
цессов обработки информации на синтаксические невоз¬
можно, невозможно свести свойственные человеку спо¬
собы переработки информации к машинной обработке
данных, то есть заменить человека автоматом.
Процесс жизни отличается от процессов, происходя¬
щих в автоматах, по крайней мере обычных, способом
накопления и переработки информации, а также мето¬
дами поддержания стабильности: в живых системах
единичные молекулярные изменения могут оказаться
существенными для общего поведения системы. Можно
считать (если подтвердится гипотеза о росте информа¬
ции), что живая материя отличается от любых возмож¬
ных автоматов способностью к спонтанному росту ин¬
формации. Эта способность живого вещества предста¬
вляется решающим доводом в пользу существования
закономерностей, специфических только для жизни.
Человек как субъект деятельности способен к соб¬
ственно творческому труду, и способен к нему тем
больше, чем больше ему удается в ходе научно-техни¬
ческой революции освободиться от механических видов
умственного труда, передав их автоматам. Поэтому
центральной силой научно-технической революции
являются не роботы, преобразующие информацию, но
люди с их индивидуальностью и коллективным взаимо¬
действием [217, с. 21], полностью развертывающие свои
духовные и физические способности в условиях социа¬
листического общества. Человек как мыслящее, соци¬
альное существо способен к сознательному преобразо¬
ванию своей среды и своей собственной сущности.
348
С этой целью он создает орудия, в том числе и авто¬
маты. Только тот, кто отрицает эту способность чело¬
века и ограничивается одной лишь интерпретацией
внешней природы, может считать, что человек может
быть превзойден или побежден собственным творением.
Автоматы — это орудия человека, результат его способ¬
ности творчески преобразовывать мир и господствовать
над ним.
Можно ли установить пределы для моделирования
человеческих действий и вообще функциональных форм
поведения живых организмов с помощью сложных сис¬
тем автоматов? Ответ на этот вопрос представляется
нетрудным, поскольку мы уже говорили, что невозмож¬
но построить живущие и думающие машины, что функ¬
ции мозга, как и все функциональные способы поведе¬
ния живого, только до определенных границ поддаются
моделированию с помощью статичных, жестких по своей
структуре машин. Однако здесь нет абсолютных границ.
Автомату могут быть переданы только выделенные из
субъективной мыслительной деятельности человека и
опредмеченные функции. Однако этот процесс частич¬
ного преобразования духовной, психической деятельно¬
сти человека в систему операций, которые могут выпол¬
няться и одними лишь автоматами, совершается посто¬
янно и бесконечно. То, что сегодня представляет собой
открытие, творческое достижение, завтра станет опера¬
цией, которую можно передать машине. Процесс, сего¬
дня еще недоступный автоматам, завтра будет форма¬
лизован, а потом и автоматизирован. Однако одновре¬
менно и к творческому мышлению человека будут
предъявляться все новые требования. По аналогии
с иерархией теорий (теория, метатеория, мета-метатео¬
рия...) здесь можно выделить некоторую иерархию
познавательных процессов. К познавательным процес¬
сам первого уровня относятся те, посредством которых
отражаются только свойства и закономерности среды,
окружающей гносеологический субъект. К познаватель¬
ным процессам второго уровня отнесем те, посредством
которых в сознании гносеологического субъекта отра¬
жаются не только свойства и закономерности окружаю¬
щей среды, но также и свойства и закономерности по¬
знавательных процессов первого уровня. Так же опре¬
деляются познавательные процессы третьего, уровня
н т. д.
349
С элементарными познавательными процессами пер¬
вого уровня мы, очевидно, сталкиваемся уже в молеку¬
лярной биологии. Соответствующие процессы интерпре¬
тации могут быть реализованы с помощью устройств
для машинной обработки информации. На этом уровне
нельзя ожидать проявления способности системы к твор¬
ческой оптимизации ее собственных познавательных
функций, поскольку эти функции здесь еще не служат
объектом отражения. Познавательные процессы, нося¬
щие творческий, активный и соответственно сознатель¬
ный характер, должны относиться по меньшей мере ко
второй ступени иерархии.
В настоящее время известны уже попытки техниче¬
ского моделирования таких высокосложных человече¬
ских действий, как восприятие (распознавание знаков и
образов), образование понятий (процесс выделения
инвариант), а также некоторые эвристические процеду¬
ры, осуществляемые людьми (решение задач). Устрой¬
ства для подобных видов моделирования должны быть
готовы для того, чтобы будущие автоматы смогли осу¬
ществлять познавательные действия некоторого, допу¬
стим n-го, уровня. В то же время проектирование уст¬
ройств с перечисленными функциями, опредмечивание
духовной деятельности на данном уровне требует
осуществления познавательного процесса по меньшей
мере (п + 1)-го уровня. Таким образом, даже положи¬
тельный ответ на вопрос, может ли человек передать
автоматам ту или иную группу мыслительных процессов,
не изменит особую роль человека в гносеологическом
процессе. Отношение человека к автоматам останется
отношением субъекта труда к инструменту труда [29].
В своем дальнейшем структурном развитии технико¬
кибернетические системы, вероятно, будут становиться
все более «биологичными». Так, например, усовершен¬
ствования в технологии ведут ко все меньшим разме¬
рам вычислительных устройств; в их конструкцию пы¬
таются также ввести отдельные биологические элемен¬
ты. В дальнейшем структура ЭВМ будет, видимо, все
больше напоминать строение мозга. Несомненно, что
с дальнейшим прогрессом техники это сходство будет
возрастать, однако это не означает, что уже нельзя
будет найти различий в функциональном поведении
технических и биологических систем. Допустим, то или
иное познанное функциональное различие между ними
350
будет преодолено; однако в усовершенствованной тех¬
нико-кибернетической системе вновь проявятся функ¬
циональные отличия от биосистем и т. д., поскольку
структура живой материи, в особенности белков, по
своим функциональным возможностям гораздо измен¬
чивее, чем технические системы. Кроме того, в ходе
дальнейшего технического прогресса найдут дальнейшее
развитие также и специфические особенности машин.
Возможно, машины все больше будут отличаться от
живых организмов, например, по соотношению интегри¬
рованности и дифференцированности. Впрочем, и искус¬
ственные живые организмы, которые в будущем, несом¬
ненно, создаст человек, во многом будут отличны от
естественных живых существ. Развитие технических
автоматов (преобразователей информации) будет спо¬
собствовать уменьшению разницы между живыми орга¬
низмами и автоматами только в теоретическом плане:
автоматы в руках человека будут все более эффектив¬
ным рабочим инструментом для познания объективной
реальности. Следует предусмотреть также дальнейшее
совершенствование биохимических «автоматов», отча¬
сти напоминающих «гомункулусов». Эти «автоматы»
уже сейчас в состоянии осуществлять in vitro, согласно
заданным программам, синтез компонентов вирусных
частиц и репликацию генетических инструкций.
Следовательно, мы подошли вплотную к созданию
«жизни в пробирке». Но и рассматривая биохимические
«автоматы», мы все же сопоставляем не технические
автоматы с живыми существами, но лишь искусственно
созданные живые существа с уже существующими в
природе.
Биология второй половины XX века, тесно связанная
с физикой, химией, кибернетикой и математикой, ста¬
новится одной из ведущих наук. Познание объективной
действительности никогда не будет окончательным,
однако в процессе познания мы получаем принципиаль¬
но важные относительные истины. Это подтверждается
уже тем фактом, что за чрезвычайно короткий (по мас¬
штабам биологической эволюции) отрезок времени
человек из безоружного, находившегося во власти стихий
существа стал властелином Земли и уже устремляется
к звездам. Однако, как подчеркнул Энгельс, «лишь
сознательная организация общественного производства
с планомерным производством и планомерным распре¬
351
делением может поднять людей над прочими животны¬
ми в общественном отношении точно так же, как
и в специфически биологическом отношении подняло
производство вообще. Историческое развитие делает
такую организацию с каждым днем все более необхо¬
димой и с каждым днем все более возможной» *.
Только сознательная организация производства на
основе общественной собственности на средства произ¬
водства дает человеку возможность осуществить свою
человеческую природу. Общественный прогресс и про¬
летариат, являющийся его носителем в наши дни, ведут
науку и ученых к дальнейшему участию в перестройке
человеческого общества, к использованию науки не
только для истолкования, но и для преобразования
мира.
*.. К. Мар к с и Ф, Эн г е л ь с. Сот.,- т. 20, с. 359.
Литература
I. Абрамова Н. Т. Целостность и управление. М., 1976.
1а. Анохин П. К. Физиология и кибернетика. — В: Философ¬
ские вопросы кибернетики, М., 1961.
2. Бор Н. Атомная физика и человеческое познание. М., 1961.
3. Б о р н М. Физика в жизни моего поколения. М., 1963.
4. Винер Н. Кибернетика или управление и связь в живот¬
ном и машине. М., 1958.
5. Витгенштейн Л. Логико-философский трактат. М., 1958.
6. Волькенштейн М. В. Молекулы и жизнь. Введение в
молекулярную физику. М., 1965.
7. Гейзенберг В. Физика и философия. М., 1963.
8. Гейне Г. Путешествие по Гарцу. — В: Гейне Г. Собр.
соч. Т. 4. М., 1957.
9. Гераклит. Фрагменты. — В: Материалисты Древней Гре¬
ции. Собрание текстов Гераклита, Демокрита и Эпикура. М., 1955.
10. Кант И. Критика способности суждения. — В: Кант И.
Соч. Т. 5. М„ 1966.
10а. Карпинская Р. С. Внешнее и внутреннее в биологии.—
В сб.: «Философские проблемы современной биологии». М. — Л.,
1966.
106. Карпинская Р. С. Молекулярная биология и детер¬
минизм.— В сб.: «Современный детерминизм. Законы природы». М.,
1973.
10в. Карпинская Р. С. Биологический редукционизм и миро¬
воззрение.— «Вопросы философии», 1979, № 11.
II. Клаус Г. Кибернетика и философия. М., 1963.
12. Колмогоров А. Н. Три подхода к определению понятия
«количество информации». — В: Проблемы передачи информации.
Т. 1, вып. I, 1965.
13. Корн фарт М. Наука против идеализма. Критический
анализ «чистого эмпиризма» и современной логики. Ч. 1—2. М.,
194.8.
1'4. Нарский И. С. Современный позитивизм. Критический
ояерк. М., 1961.
15. Новик И. Б. О некоторых методологических вопросах
кибернетики. — В; Кибернетику на службу коммунизму. Т. 1.
М, —Л., 1961.
16. Омельяневский М. Э. Философские вопросы кванто¬
вой механики. М., 1956.
17. Опарин А.. И. Жизнь, ее природа,, происхождение и раз¬
витие, М., 1968..
18. Опарин А. И. Возникновение жизни на Земле. М., 1957.
19. Па сын ск ий А. Г. Биофизическая химия. М., 1968.
20. Полетаев И. А. «Трудный период» кибернетики и аме¬
риканские роботы. — В: Человеческие способности машин. М., 1971.
20а. Руденко А. Б. Теория саморазвития открытых катали¬
тических систем. М., 1969.
21. Сэв Л. О структурализме. — «Проблемы мира и социализ¬
ма», 1971, № 5—6.
22. Тимофеев-Ресовский Н. В. и Ромпе Р. Р. О ста-
тистичности и принципе усилителя в биологии. — «Проблемы кибер¬
нетики», 1959, вып. 2.
22а. Урсул А. Д. Проблемы информации в современной науке.
М., 1975.
23. Фок В. А. Об интерпретации квантовой механики (мате¬
риалы к Всесоюзному совещанию по философским вопросам есте¬
ствознания). М., 1957.
23а. Ш н о л ь С. Э. Физико-химические факторы биолгической
эволюции. М., 1979.
24. Ш р е д и и г е р Э. Что такое жизнь с точки зрения физи¬
ки? М., 1972.
25. Ш т е й н б у х К. Автомат и человек. Кибернетические фак¬
ты и гипотезы. М., 1967.
26. Эшби У. Р. Введение в кибернетику. М., 1959.
27. Э ш б и У. Р. Конструкция мозга. Происхождение адаптив¬
ного поведения., М., 1964.
28. Amery J. und Р г i g о g i n е. I. Die tragische Philosophic
Jacques Monods.— «Sinn und Form», 1972, H. 2.
29. Bar D. Entscheidbarkeit und Erkennbarkeit (unveroff.).
30. В a r g m a n n W. Vom Bau und Werden des Organismus.
Hamburg, 1957.
31. В a r - H i 11 el G. Wesen und Bedeutung der Informations-
theorie. — In: Information uber Information. Hamburg, 1971.
32. Bellmann K-, В 611 n e r R., Knijnenburg A. and
Neumann H. Computer Simulation Models of Genexpression. Pro¬
ceedings of the 27. FEBS Advanced Course about Models of Meta¬
bolic Regulation. Dobogoko, 1974.
33. Bellmann K., L1 n d i g k e i t R. and Schulz R. A Com¬
puter Simulation Model for Analysis of Conformation of Nuclear
Chromatin .and of the Transcription Process. — «Biosystem», 1975, 5/2.
34. В e r n h a r d t D. Zum Charakter der Gesetze im Organi-
schen. — «Wiss. Z. Humboldt-Univ.», Math.-nat. Reihe, 1963, H. 3.
35. В e r s i n Th. Kurzes Lehrbuch der Enzymologie. Leipzig,
1951, S. 47.
36. В e r t a 1 a n f f у L. Biophysik des Fliefigleichgewichtes.
Braunschweig, 1953.
37. Bertalanffy L. Allgemeine Systemtheorie. — «Deutsche
Universitatszeitung Gottingen», 1957, 12, H. 5/6.
38. В 6 h m e H. Zu einigen Problemen des Determinismus in der
modernen Genetik. — «Wiss. Z. Humboldt-Univ.», Math.-nat. Reihe,
1963, H. 3.
39. В 6 h m e H. Phenotypic characterization of UV-sensitive mu¬
tants of Proteus mirabiles. — In: Mutation as cellular process. Lon¬
don, 1969.
40. В о n i s c h S. Ordnung als philosophisches Problem. Diss,
Humboldt-Universitat, Berlin, 1965 (unverSff.)
354
41. Bonner D. M. Heredity. Foundation of modern biology.
New Jersey, 1961.
42. В 6 11 n e r R. Mathematisch-kybernetische Modellierung der
Genexpression. Diss, Berlin, 1976 (unveroff.).
43. В r e m e r m a n n Й. J. On the Dynamics and Trajectories of
Evolution Processes. Wien — Heidelberg — New York, 1972.
44. Bremermann H. J. Quantum Noise and Information.—
In: Proceedings of the 5. Berkeley Symposium on Mathematical Sta¬
tistics and Probability. Berkeley — Los Angeles, 1967.
45. Bremermann H. J. What mathematics can and cannot do
for pattern recognition. — In: Zeichenerkennung in biologischen und
technischen Systemen. Heidelberg, 1971.
46. Brillouin L. Science and Information Theory. New York,
1956.
47. Cairns J., Stent G. S. und Watson J. D. Phagen und
die Entwicklung der Molekularbiologie. Berlin, 1972.
48. C h a n с e B. General Discussion. CIBA Foundation Sympo¬
sium on the Regulation of Cell Metabolism. London, 1959.
49. Chance B. — «J. Biol. Chem.», 1960, 235, 2440.
50. Chance B., G a r f i n к e 1 D., Higgins J. and Hess В.—
«J. Biol. Chem.», 1960, 235, 2462.
51. Chance B. Control characteristics of enzyme systems.—
Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology. New York,
1961, vol. 26.
52. C h a r g a f f E. and Davidson J. N. The nucleic acid.
New York, 1955.
53. C i I e к F. und Hodanova D. Evolution als Selbstregula-
tion, Jena, 1971.
54. С о m m о n e r B. Desoxyribonucleic acid and the molecular
basis of self-duplication. — «Nature», 1964, 203, 486—491.
55. D a n с о f f S. M. and Q u a s 11 e r H. The Information Con¬
tent and Error Rate of Living Things. — In: Information Theory in
Biology. Urbana, 1953.
56. D a v i s R. W. and Hyman R. W. A Study in Evolution!
the'DNA Base Sequence Homology between Coliphages T 7 and 3.—
«J. Mol. Biol.», 1971, 62, 287.
57. Dean A. C. R. and Hipshelwood C. Automatic adjust¬
ment mechanisms in bacterial cells. CIBA Foundation Symposium on
the Regulation of Cell Metabolism. London, 1959.
58. D e 1 b r ti с к M. Das Begriffsschema der Molekular-Genetik.—
«Nova Acta Leopoldina N. Y.», Biochemische und klinische Probleme
der Molekular-Genetik. 1963, № 165.
58a. D r i e s c h H. Der Mensch und die Umwelt. Leipzig,
1928.
59. Drischel H. Bausteine einer dynamischen Theorie der ve-
getativen Regulation. Eine Anwendung der Theorie der selbsttatigen
Regelung auf organische Regulationssysteme. — «Wiss. Z. Univ. Greifs¬
wald», Math.-nat. Reihe, 1952—1953, H. 2.
60. Drischel H. Die Bedeutung des kybernetischen Modells des
«Regelkreises» fur die Biologie. — «Biologie in der Schule», 1963, H. 2.
61. Drischel H. Einfflhrung in die Biokybernetik. Berlin,
1972.
62. D u b i n i n N. P. Neue Kategorien der Evolution des Men-
schen. — In: Philosophische und ethische Probleme der Molekular¬
biologie. Berlin, 1974.
355
63. Eigen M. Selforganization of Matter and the Evolution of
Biological Macromolecules. — «Naturwissenschaften», 1971. H. 10.
64. El sasser W. The Physical Foundation of Biology. Oxford,
1958.
65. E1 s a s s e r W. Atom and Organism a new approach to
theoretical biology. — «Princeton University Press», 1966.
66. E 1 s a s s e r W. Quanta and the concept of organismic law.—
«J. theoret. Biol.», 1961, 1, 27—58.
67. E 1 s a s s e r W. Physical aspects of non-mechanistic biological
theory. — «J. theoret. Biol.», 3, 164—191.
68. Fe 1 d t к el 1 e r R. und Z wicker E. Das Ohr als Nach-
richtenempfanger. Stuttgart, 1956.
69. F r e i f e 1 d e г D. and Davidson P. F. Physicochemical
studies on the reaction between formaldehyde and DNA — «Biophys.
J.», 1963, 3, 19—63.
70. Fuchs K. Moderne Physik und marxistisch-leninistische Phi¬
losophie.— «DZPh», 1965, Sonderheft.
71. Fuchs K. Uber die Kategorie der Moglichkeit und die Ent-
wicklungsstufen der Materie. — «DZPh», 1972, H. 4.
72. Fuchs-Kittowski K. und Gunther K- Probabilistische
GesetzmaSigkeit. Selbstorganisation und Evolution. — In: III. Kuh-
lungsborner Kolloquium zu philosophischen und ethischen Problemen
der Molekularbiologie. Berlin, 1974.
73. Fuchs-Kittowski K. und Reich J. G. Zur Darstellung
von Regulationsprozessen des Zellstoffwechsels auf elektronischen
Rechenautomaten. — «Rechentechnik Datenverarbeitung», .1970, 1. Bei-
heft.
74. Fuchs-Kittowski K-, Wenzlaff B. und T s c h i r-
schwitz R. Zu Problemen der Gestaltung von automatisierten In-
formationsverarbeitungssystemen (AIVS). Berlin, 1971 (als Manuscr.).
75. Fuchs-Kittowski K., Tschirschwitz R. und Wenz¬
laff B. Mensch und Automatisierung. — In: Proceedings of the XVth
World Congress of Philosophy 17th to 22nd September 1973. Varna
(Bulgaria), Sofia, 1973, Bd. 1.
76. Fuchs-Kittowski K., Kaiser H., Tschir¬
schwitz R. und Wenzlaff B. Automatisierung und Informatik.
Bd. 1. Berlin, 1976.
77. Fuchs-Kittowski K. und Rosenthal H. A. Selbst¬
organisation und Evolution. — «Wissenschaft und Fortschritt», 1972,
H. 7.
78. Fuchs-Kittowski M. und Lother R. Zum Verhaltnis
von geistiger, wissenschaftlich-theoretischer und praktischer Tatig-
keit. — «DZPh», 1962, H. 9.
79. Gamow G. and Ydas M. The cryptographic approach to
the problem of protein synthesis. — In: Symposium on Information
Theory in Biology. London — New York — Paris —Los Angeles, 1958.
80. G i 11 i n D. Basic mechanisms of antibody synthesis. — In:
Macromolecular Specificity and Biological Memory. Cambridge
(Mass.), 1962.
81. G 1 a ns d or f f P. and Prigogine I. Thermodynamic
theory of Structure, Stability and Fluctuations. London, 1971.
82. G о о d w i n В. C. The temporal organization in cells. Lon¬
don — New York, 1963.
83. G о о d w i n В. C. An entrainment model of timed, enzyni
synthesis in bacteria. — «Nature», 1966, 209, 479—48k
356
84. G r u m m t F. und В i e 1 к a H. Neue Ergebnisse der Mole¬
kularbiologie.— «Wissenschaft und Fortschritt», 1965, H. 9.
85. Haas J. Monods Zufall und Notwendigkeit. — «Stimmen der
Zeit», 1972, H. 1.
86. Hassenstein B. Biologische Kybernetik. Jena, 1972.
87. Heinrich R. and Rapoport T. A. A Linear Steady-State
Treatment of Enzymatic Chains. — «Eur. J. Biochem.», 1972, 40, 85—
95; 1974; 42, 97—105.
88. Heisenberg W. Das Naturbild der heutigen Physik. Ham¬
burg, 1955.
89. Hinshelwood C. N. The chemical kinetics of bacterial
cell. Oxford, 1946.
90. Hoff F. Steuerungseinrichtungen des Organismus. — In; Ge-
sundheit und Krankheit. Leipzig, 1943.
91. Holst E. Biologische Regelung. Eine kritische Betrach-
tung. — In: Regelungsvorgange in lebenden Wesen. Miinchen,
1961.
92. H о r s t m a n n H. Der Physikalismus als Modellfall positi-
vistischer Denkweise, Berlin, 1973.
93. H б r z H. Zum Verhaltnis von Kausalitat und Determinis-
mus. — «DZPh.», 1963, H. 2.
94. Horz H. Die Entwicklung der Auffassungen von W. Heisen¬
berg zur objektiven Realitat. — In: Naturwissenschaft, Tradition,
Fortschritt, Berlin, 1963.
95. Hyden H. A. A molecular basis of neuro-glia interaction. —
In: Macromolecular Specificity and Biological Memory. Cambridge
(Mass.), 1962.
96. Ingram M. The precision of the genetic control over the
synthesis of protein hemoglobin. — In: Macromolecular Specificity and
Biological Memory. Cambridge (Mass.), 1962.
97. Jacob F. und Mono d J. Die Logik des Lebenden. Von der
Orzeugung zum genetischen Code. Frankfurt a. M., 1972.
98. Jacob F. and M о n о d J. On the regulation of gene acti¬
vity. — In: Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology.
New York, 1961, Vol. 26.
99. J а с о b a s c h G. Regulation des glykolytischen Stoffwechsels
in roten Blutzellen. Diss. Berlin, 1971, (unveroff.).
100. Jerne N. K. — «Proc. Nat. Acad. Sci.», 1955, 41. 849.
101. Jordan P. Forschung macht Geschichte. Frankfurt a. M.,
1954.
102. Jordan P. Das Bild der modernen Physik. Berlin. 1958.
103. Jordan P. Wie sieht die Welt von morgen aus? Miinchen,
1958.
104. К a 1 m 4 r L. Einige philosophische Probleme der Kyberne¬
tik.— In: Naturwissenschaft und Philosophie. Berlin, 1960.
105. Kamaryt J. Die Dialektik der Natur und das Problem der
organischen Zweckmfifiigkeit. — «Wiss. Z. Humboldt-Univ.». Math.-nat.
Reihe, Berlin, 1963, H. 3.
106. Kdmmerer W. Ziffern-Rechenautomaten. Berlin, 1963.
107. Karlstrom H. Enzymatische Adaptation bei Mikroorga-
nismen. — In: Ergebnisse der Enzymforschung. Bd. 7. Leipzig, 1938.
108. Keidel W. Grenzen der Obertragbarkeit der Regellehre
auf biologische Probleme. — «Naturwiss.», 1961, 48, 264—276.
109. Klaus G. Jesuiten, Gott, Materie. Berlin, 1958.
357
110. Klaus G. Das VerhSltnis von Kausalitat und Teleologie in
kybernetischer Sicht. — «DZPh», I960, H. 10.
111. Klaus G. Bemerkungen des Herausgebers. — In: Rowen-
ski, Ujomow, Ujomowa. Maschine und Gedanke, 1962.
112. Klaus G. Fiir und wider die Kybernetik. — «DZPh», 1962,
H. 5.
113. Klaus G. und Thiel R. Uber die Existenz kybernetischer
Systeme in der Gesellschaft. — «DZPh», 1962, H. 1.
114. Klix F. Uber einige Beziehungen zwischen Kybernetik und
Psychologic. — «Probleme und Ergebnisse der Psychologie». Berlin,
1962, H. 6.
115. Klohr O. und Trebs H. Beitrage zur Deutung von T. de
Chardin. Der Mensch im Kosmos. Berlin, 1959.
116. К nor re W. A. Oszillationen in biologischen Systemen und
die Moglichkeit ihrer Beschreibung durch die «talandische» Tempe-
ratur nach Goodwin. — «Studia biophysica», 1966, Suppl. 1, 33.
117. Knorr e W. A. Mathematische Modelie der Enzymsynthese
in Bakterien. — «Studia biophysica», 1969, 14, 29.
118. Knijnenburg A. Algorithmisches Simulationsmodell
der RNS-Bakteriophagen-Vermehrung. Diss. Berlin, 1974 (unver-
off.).
119. Knijnenburg A. and Kreischer U. A new Aspect of
the RNA-Bacteriophagn Translation control mechanism. — In: Biosy¬
stems, 1975.
120. Kolmogorow A. N. Drei Methoden zur Bestimmung des
Begriffs «Informationsmenge».— In: Probleme der Informationsiiber-
tragung, Bd. 1, Teil 1, 1965.
121. Korch H. Das Problem der Kausalitat. Berlin, 1965.
122. Krebs H. A. Die Steuerung der Stoffwechselvorgange.—
«Disch, med. Wschr.», 1956, 81, 4—8.
123. Krebs H. A. Chairman’s introductory address. Rate limiting
factors in cell respiration. — In: CIBA Foundation Symposium on the
Regulation of Cell Metabolism. London, 1959.
124. Kornberg A. Biologic Synthesis of Desoxyribonucleic
Acid. — «Science», 1960, 131, 1503.
125. К ii p f m й 11 e r K. Die nachrichtenverarbeitende Funktion
der Nervenzellen. — In: Aufnahme und Verarbeitung von Nachrichten
durch Organismen. Stuttgart, 1961.
126. Kuhn H. Zur Evolution eines sich selbst organisierenden
praebiotischen Systems. — «Evolution, Nova acta Leopoldina», № 218,
Bd. 39/1.
127. Lai t ко H. Zum Verhaltnis von Chemie und Physik.—
«DZPh», 1965, Sonderheft.
128. Lasker L. 1st die moderne Biologie mechanisch? —
«DZPh», 1963, H. 2.
129. Lecomte du Noiiy P. L’homme devant la science. Pa¬
ris, 1939.
130. L e d e r b e r g J. and Lederberg E. — «J. Bact.»
1952, 63.
131. Ley H. Damon Technik? Berlin, 1961.
132. Ley H. Einige erkenntnistheoretische Probleme in Natur¬
wissenschaft und Technik. — «Wiss. Z. Technische Univ. Dresden II»,
1962, H. 4, H. 5.
133. Ley H. Materialitat und Modell. — «Wiss, Z, Humboldt-
Univ.», Res.-und Sprachwiss. Reihe, 1964, 13, H. 7.
358
134. Lot her R. Die Vererbung und die Materialist.— «DZPh»,
1966, Sonderheft.
138. March A. Das Denken der modernen Physik. Hamburg,
1957.
136. Matthaei H. J. Wege zur experlmentallen Analyse des
Ribonucleinsaure-Code fur die Proteinsynthese. — «Nova Acta Leopol-
dina N. F.», Biochemische und klinische Probleme der Molekular-
Genetik, 1963, 165.
137. M a 11 h i e s H. Grundlagen der Informationsspeicherung im
Nervensystem. — «Spektrum», H., 1972.
138. M a 11 h i e s H. Die intrazellulare Regulation der interneu-
lalen Konnektivitat — eine Grundlage von Lern- und Geddchtnlspro-
zessen. — In: Biocybernetics. Jena, 1972, vol. IV.
139. Mayr E. Zufall oder Plan, das Paradox der Evolution.—
In: Evolution und Homonisation. Stuttgart, 1968.
140. Miller S. L. A production of amino acids under possible
primitive earth conditions. — «Science», 1953, 117, 528.
141. Monod J. Zufall und Notwendigkeit. Philosophische Fra-
gen der modernen Biologie. Miinchen, 1971.
142. M о n о d J. et С о h n M. La biosynthese induite des enzymes.
Adaptation enzymatique. — In: Advances in Enzymology. New York,
1952, vol. 13.
143. Monod J. and Jacob F. General conclusions: Teleonomic
mechanisms in cellular metabolism, growth, and differentiation. — In:
Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology. New York,
1961, vol. 26.
144. Nawaschin M. S. Untersuchungen fiber die Natur der
Mutation. — In: Probleme der theoretischen Biologie. Moskau,
1935.
145. Nayrac P. Les bases cybernetics de la medicine nouvql-
le. — In: Medicina cibernetica, atti del 1 congresso internazionale.
Napoli, 1960.
146. N e i d h a r d t P. Informationstheorie und automatische In-
formationsverarbeitung. Berlin, 1964.
147. Net ter H. Theoretische Biochemie. Physikalisch-chemische
Grundlagen der LebensvorgSnge. Berlin — Gottingen — Heidelberg,
1959.
148. Neumann J. The general and logical theory of automata,
cerebral mechanism. — In: Behavior. New York, 1951.
149. N i r e n b e r g M. W. and Matthaei H. J. The dependence
of cellfree protein synthesis in E. coll upon naturally occurring or
synthetic polyribonucleotides. — «Proc. Nat. Acad. Sci.», 1961, 47,
1588—1602.
149a. Ochoa S. Synthetic polynucleotides and the genetic code.—
«Fed. Proc.», 1963, 22 I, 62—74.
150. Pardee A. B. Mechanisms for control of enzyme synthesis
activity in bacteria. — In: CIBA Foundation Symposium on the Re¬
gulation of Cell Metabolism. London, 1959.
151. Pasternak G. Determiniertheit immunbiologischer Prozes-
se. — In: Philosophische und ethische Probleme der Molekularbiologie.
III. Kilhlungsborner Kolloquium. Berlin, 1974.
152. Pauli W. Wahrscheinlichkeit und Physik. — «Dialectica»
1954, 8, 112—124.
153. Peil J. Einige Bemerkungen zu Problemen der Anwendung
369
des Informationsbegriffs in der Blologie. — «Blom. Z.», 1973, Bd. 15,
H. 2, H. 3.
154. P e s c h e 1 M. Regelkreise mit PID-Reglern. Berlin,
1963.
155. Peschel M. Kybernetik und Automatisierung.— «Wiss. Z.
Humboldt-Univ.» Math.-nat. Reihe. Berlin, 1963, 12, H. 12.
156. Peschel M. Kybernetik und Automatisierung. — «Auto-
matisierungstechnik», Berlin, 1964, H. 30.
157. Prigogine I. La Thermodynamique de la vie. — «La re¬
cherche», 1972, № 24.'
158. P r i m a s H. Probleme der Interpretation der Quantenme-
chanik grofier Systeme. Vorl. Zurich, 1970 (unveroff.).
159. Quastler H. The measure of specificity. — In: Information
Theory in Biology. Urbana, 1953.
160. Rapoport S. M. Reifungs- und Alterungsvorgange in
Erythrozyten. — In: III. Internationales Erythrozyten-Symposium. Ber¬
lin, 1960. Leipzig, 1960.
161. Rapoport S. M. Zur enzymatischen Regulation des Zell-
stoffwechsels. Forschen und Wirken. Festschrift zur 150-Jahr-Feier
der Humboldt-Univ. Berlin, 1960.
162. Rapoport S. M. Blut. Leipzig — Jena — Berlin, 1962.
163. Rapoport S. M. Gibt es eiweififreies Leben? — «Forum»,
1962, № 19.
164. Rapoport S. M. Medizinische Biochemie. Berlin, 1962.
165. Rapoport S. M. Uber molekulare Grundlagen der Organi¬
sation lebender Systeme. Referat auf dem II. Symposium fiber philo-
sophische Fragen der Medizin vom 5—7. Nov. 1964. Berlin (unver-
3ff.).
166. Rapoport T. A., Heinrich R., Jacobasch G. and
Rapoport S. M. A Linear Steady-State Treatment of Enzymatic
Chains — A Mathematical Model of Glycolysis of Human Erythrocy¬
tes.— «Eur. J. Biochem.», 1974, 42, 107—120.
167. Raven С. P. Oegenesis: The Storage of Developmental In¬
formation. London — New York, 1961.
168. Reich J. G. — «Wiss. Zschr. d. Friedrich-Schiller-Universi-
tat Jena.» Math.-nat. Reihe, 1967, Jg. 16, H. 4.
169. Reich J. G. and Selkov E. Mathematical Analysis of
Metabolic networks. — «FEBS-Letters», 1974, vol. 40 suppl., 119—127.
170. Rosenblueth A., Wiener N. and Bigelow J. Beha¬
vior, purpose and teleology. — «Philosophy of Sci.», 1943, 10, 1.
171. Rosenthal H. A. Uber die Wirkung von Bromuracil und
5-Floururacil auf die Virusinduktion lysogener Bakterien durch ultra-
violette Strahlen. Diss, (unveroff.).
172. R о s e n t h a 1 S., Rapoport S. M., Rosental H. A.
und Fuchs-Kittowski K. Zu einigen aus den Erkenntnissen der
Molekularbiologie ableitbaren theoretischen Verallgemeinerungen.—
In: III. Kiihlungsborner Kolloquium zu Philosophischen und ethischen
Problemen der Molekularbiologie. Berlin, 1974.
173. R о s e n t h a 1 S., Fuchs-Kittowski K. und Li¬
ck e r t G. Zu einigen ausgewahlten Fragen der Umweltproblematik
vom Standpunkt der prognostischen Studie des Forschungsrates «Op-
timierung menschlicher Lebensprozesse». — «Wissensch. Thesen der
AdW der DDR», 1972, H. 3.
174. Rothschuh K. W. Theorie des Organismus. Bios т
Psyche — Pathos. Miinchen — Berlin, 1963.
360
175. Ruben P. Die materialistische Dialektik und ihre Grund-
gesetze. — In: Gesetz, Erkenntnis, Handeln. Berlin, 1972.
176. Rumi V. Der logische Positivismus. Berlin, 1965.
177. Russell E. S. Lenkende Krafte des Organischen. Bern,
1945.
178. Sachsse H. Die Erkenntnis des Lebendigen. Braunschweig,
1968.
179. Scharf G. H. Gegenstandliche Zellmodelle. — In: Ergeb-
nisse der experimentellen Medizin. Bd. 13. Berlin, 1973.
180. Schmidt H. Regelungstechnik. Die technische Aufgabe und
ihre wirtschaftlichen, sozialpolitischen und kulturpolitischen Auswir-
kungen. Vortrag 1940. — «ZVDF», 1941, № 85, 81.
181. Schramm G. Idee und Materie in der modernen Biologie.
Bremen, 1963.
182. Schwarze G. Grundbegriffe der Automatisierungstechnik.
Berlin, 1961.
183. Sartre J.-P. Existentialismus und Marxismus. Frank¬
furt a. M., 1965.
184. Segal J. Die besonderen Gesetzmafiigkeiten der Bewe-
gungsform «Leben». — In: Naturwissenschaft und Philosophie. Berlin,
1960.
185. Segal J. Kritische Bemerkungen zur Anwendung der Ky-
bernetik in der Biologie. — <DZPh», 1962, H. 3.
186. Segal J. Das Leben — ein Ratsel? Berlin, 1972.
187. Stebbins G. L. Evolutionsprozesse. Grundbegriffe der mo¬
dernen Biologie. Stuttgart, 1968.
188. S teenbeck M. und Scheier W. Essay fiber den Ein-
flufi von genetischem und gesellschaftlichem Erbe auf das Verhaltnis
Mensch — Gesellschaft. — «DZPh», 1973, № 21, 7.
189. Steinbuch K- Bewufitsein und Kybernetik. — In: Ky-
bernetik Briicke zwischen den Wissenschaften. Frankfurt a. M.,
1962.
190. Stent G. S. The operon: on its third anniversary. — «Sci¬
ence», 1964, 144, 816.
191. S у 1 m - R a p о po r t I., Strasburger I. und Rapo¬
port S. M. Glykolyse von Erythrozyten bei Magnesiummangel. — In;
III. Internationales Erythrozyten-Symposium. Berlin, 1960. Leipzig,
1960.
192. Theile M. Zur Rolle der Dialektik im molekularbiologi-
schen Denken. — In: Philosophische und ethische Probleme der Mole-
kularbiologie. Berlin, 1972.
193. Teilhard de Chardin P. Der Mensch in Kosmos.
Miinchen, 1959.
194. Tern min H. M. — «Virology», 1964, 23, 486.
195. Temmin H M. und Mizutami S. — «Nature», 1970,
221, 1211.
196. Thomas E. Philosophische/methodologische Probleme der
Molekulargenetik. Jena, 1966.
197. T r e d e r H. J. Friedrich Engels’ Kritik an der absoluten
Giiltigkeit des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik. — «Spek-
trum», 1972, H. 2.
198. T r i n t s c h e r K. S. Biologie und Information. Leipzig,
1967.
199. Turing A. M, On computable numbers with an application
861
to the Entscheidungsproblem. — «Proc. bond. Math. Soc.», 1937, (2) 42,
230.
200. U e x к fl 11 J. Streifzflge durch die Umwelten von Tieren und
Menschen. Hamburg, 1956.
201. Umbarger E. Evidence of negative feedback-mechanisms
in the biosynthesis of isoleucine. — «Science», 1956, 123, 848.
202. V о j t a G. Statistische Physic and Chemie. — In: Sitzungs-
berichte des Plenums und der problemgebundenen Klassen der Deut-
schen Akademie der Wissenschaften. Berlin, 1970, № 3.
203. Vossious G. Die Anwendung der Systemtheorie in der
Biologie. — «Studium Generale», 1965, 18, 5.
204. Wagner R.. Probleme und Beispiele biologischer Regelung
Stuttgart, 1954.
205. Wasmuth E. Der Mensch und die Denkmaschine. Koln
1955.
206. Watson J. D. and Crick F. H. C. A structure for des¬
oxyribose nucleic acid. — «Nature». London, 1953, 171, 73.
207. Weizsacker C. F. Zum Weltbild der Physik. Stuttgart,
1958.
208. Weizsacker C. F. Gedanken uber das Verhaltnis der
Biologie zur Physik. — «Nova Acta Leopoldina. N. F.», 31, № 177.
209. Weizsacker E. Unterschiede zwischen genetischer und
Shannonscher Information. — In: Philosophische und ethische Pro¬
bleme der modernen Genetik. II. Kflhlungsborner Kolloquium. Ber¬
lin, 1972.
210. Wessel H. Viren, Wunder, Widerspriiche. Berlin, 1961.
211. Westphal W. Physik, ein Lehrbuch. Berlin, 1937.
212. Wiener N. Mensch und Mensch-Maschine. Frankfurt a. M.,
1958.
213. Wieser W. Organismen, Strukturen, Maschinen. 1959.
214. Wfl st neck K. D. Zur philosophischen Verallgemeinerung
und Bestimmung des Modellbegriffs. — «DZPh», 1963, H. 12.
215. Grundlagen der marxistischen Philosophic. Lehrbuch. Berlin,
1959.
216. Simposion Determinismus und Gesetzmafiigkeit in der mo¬
dernen Naturwissenschaft (11. bis 13. Oktober 1962). — «Wiss. Z.
Humboldt-Univ.». Math.-nat. Reihe, Berlin, 1963, H. 3.
217. Thesen der Sektion Philosophie bei der Deutschen Akademie
der Wissenschaften zu Berlin: Die marxistisch-leninistische Philosophie
und die technische Revolution, 1963.
218. Zetnanek H. Philosophische Konsequenzen und zukflnftige
Moglichkeiten der Kybernetik-Diskussion. — In: Information fiber In¬
formation. Hamburg, 1971.
219. Zemanek H. Philosophie der Informationsverarbeitung.—
«Nachriehtentechn. Z.», 1973, Bd. 26, H. 3.
Именной указатель
Абрамова Н. Т. 339
Авенариус Р. 119
Амбарджер 184, 192, 223
Амери Ж. 327
Анохин П. К. 87, 88
Аристотель 204
Баргманн В. 280
Беллманн К. 116
Беме Г. 180, 181, 304
Бергсон А. 332
Берталанфи Л. 28, 186, 187,
269, 272
Беттнер Р. 115
Бигелоу И. 51, 204, 205
Билки Г. 177
БиркХоф Г. 134
Больцман Л. 93, 147, 273
Бор Н. 38—41, 56, 57, 70, 75,
80, 332
Борн М. 151, 152, 160
Бремерманн Г. 264
Бриллюэн Л. 82, 93—95
де Бройль Л. 79, 80
Вагнер Р. 30, 87
Вайнштейн И. Б. 242
Варбург О. 189
Вейцзеккер К. Ф. 31, 38, 47, 56,
94, 152—155
Велер Ф. 65
Бессель Г. 181
Веттер Г. А. 267
Визер В. 73, 74, 132, 152 204
Винер Н. 51, 87, 93, 94, 145,
152, 204, 205, 208, 269
Витгенштейн Л. 341, 342
Волльманн Э. Л. 181
Волькенштейн М. В. 54
Вюнш Г. 87
Габор Д. 93
Гамов Г. 175
Гарфинкель Д. 15, 111, 113,
114
Гегель Г. В. Ф. 105, 120, 201,
203, 206, 260, 334
Гедель К. 136, 137
Гейзенберг В. 55, 57, 80, 145,
152—154, 163
Гейне Г. 202
Геккель Э. 336
Генрих Р. 114
Гесс Б. 15, 28, 111, 113, 114
Гиббс В. 93, 145, 147
Глансдорф П. 263, 273, 276—
278
Горовиц Ф. 229
Груммт Ф. 177
Гудвин Б. К. 115
Гюйгенс X. 80, 82
Дарвин Ч. 10, 261, 309, 323,
333
Дейвис Р, 330
Дельбрюкк М. 21, 22, 38, 41,
181
Демокрит 141
Джермер Л. 79
Дидро Д. 336
Дин А. 204
Дриш Г. 52, 332
Дришель Г. 87
Дубинин Н. П. 346
Дэвисон К. 79
363
Жакоб Ф. 38, 115, 181, 192,
194, 196, 198, 200, 208, 223,
244
Заксе Г, 94
Зегаль И. 287
Земанек Г. 341
Иерне Н. К. 228
Икскюль И. 87
Иордан П. 13, 14, 69, 77, 118,
162, 304
Ичас М. 175
Кант И. 107, 117, 153, 203
Карлстрем Г. 198
Карпинская Р. С. 182, 339
Квастлер Г. 62, 283
Келлер В. 133, 287
Кельвин В. 261
Кеммерер В. 99
Клаус Г. 31, 61, 86, 87, 154,
267, 321
Книйненбург А. 116
Кнорре В. 114
Колмогоров А. Н. 87, 93, 95
Коммонер Б. 242, 245
Кон М. 198
Коперник Н, 205
Корнберг А. 176
Крамер К. 87
Кребс Г. 98, 187, 188, 191, 248,
257
Крик Ф. 22, 215
Кун Г. 321
Лайтко Г. 50
Ландштейнер К- 229
Ламарк Ж. Б. 10, 299
Лаплас П. С. 71, 72
Лассаль Ф. 333
Левкипп 141
Лей Г. 116
Леконт де Ноюи П. 265, 267
Ленин В. И. 16, 82, 92, 105,
107, 119, 120, 147, 156, 157,
218, 259, 260, 280, 281, 334—
336
Леонардо да Винчи 30
Лескер Л. 51
Липманн Ф. 176
Лоренс П. 286
Лукач Г. 218
Майкельсон А. А. 53
Максвелл Д. К. 278
Марков А. А. 136
Маркс К. 29, 34, 82, 83, 112,
119, 123, 129, 206, 207, 323,
324, 332—334, 345, 346, 352
Марх Э. 125, 126
Маттеи Г. 176
Маттис Г. 233, 235—237
Мах Э. 119
Миллер А. 265
Миттельштедт Г. 87
Моно Ж. 36, 115, 162, 181, 192,
194, 196, 198, 200, 206—209,
213, 215—219, 223, 231, 244,
247, 262, 281, 282, 311, 323,
325—327, 329—334
Морган Л. 336
Навашин М. С. 302
Найрак П. 72
Нейгардт П. 95
фон .Нейман Дж. 52, 115
Нернст В. 20
Неттер Г. 80, 274
Ниренберг М. 176
Новик И. Б. 52, 289, 296
Ньютон И. 80, 205
Опарин А. И. 26, 45, 257, 266,
269, 312
Очоа С. 176, 177
Павлов И. П. 133
Парди А. Б. 200
Пастер Л. 111, 189
Пейль И. 46
Пешель М. 108, 132
Планк М. 21, 203
Полинг Л. 229
Пост Л. Э. 136
Пригожин И. 263, 272, 273,
276—278, 287, 326, 327
Примас Г. 161, 162
Рапопорт С. М. 114, 245, 301,
307
Рапопорт Т. 114, 321
Рассел Э. С. 51, 204, 341, 342
Рашевский Н. 95
Рейвен К- 54, 281
Реймон Д. 64
Рейх Д. 114
Розенблют А. 51, 204, 205, 224
Ротшу К. 258, 265, 301, 307
Руденко А. Б. 339
364
Сартр Ж -П. 218
Свифт Дж. 265
Севаг М. 199
Селков Е. 114
Спенсер Г. 332
Спиноза Б. 205
Стент Дж. С. 19, 22
Сцилард Л. 93, 94
Тейяр де Шарден П. 10, 209,
332, 334
Тимофеев-Ресовский Н. В. 304
Тредер Г. 263
Тренделенбург В. 87
Тринчер К. С. 24
Тьюринг А. М. 52, 348
Уайтхед А. 340
Уолтер В. 132—134, 152
Уотсон Дж. 22
Урсул А. Д. 339
Фейербах Л. 82, 107, 119
Фельдткеллер Р. 98
Фок В. А. 166
Фоссиус Г. 88
Фридман В. Е. 5
Хаймен Р. 330
Хартли Р. 93
Хебб К. 241
Хиггинс Дж. 15, 111, 113
Хиншелвуд С. Н. 199, 204, 243,
244
Хинчин А. Я. 93
Ходанова Д. 310
Хольст Э. 87
Хофф Ф.87
Цвиккер Э. 98
Чаргафф Э. 176
Черч А. 136
Чижек Ф. 310
Чэнс В. 15, 111, 113, 114
Шелер В. 346
Шеллинг Ф. В. Й. 203
Шеннон К. 93—95, 133
Шмидт Г. 87
Шноль С Э. 339
Шрамм Г. 229, 312, 313
Шредингер Э. 19—23, 26, 38,
41, 94, 176, 258, 270, 271
Штеенбек М. 346
Штейнбух К. 63—65, 75, 90,
132, 135, 151, 224
Штраус М. 166
Эйген М. 10, 33, 36, 38, 45, 46,.
66, 94, 206, 211, 217, 220„
247, 263, 264, 278, 311—313,,
316, 317, 319, 326, 327, 330;.
331
Эльзассер В. 13, 14, 20, 24, 26';,
38, 40—42, 53, 54, 56, 70—
78, 80, 81, 83, 126, 133, 134,,
139, 140, 152, 153, 267, 281„
283, 291, 292, 332
Энгельс Ф. 29, 30, 34, 83, 109;,
119, 122, 123, 129, 156, 165„
205—207, 262, 263, 323, 324„
332—334, 345—347, 351, 352!
Эренштейн Г. 176
Эрлих П. 228
Эшби У. Р. 52, 123, 124, 128,
131, 132, 137, 152, 204, 266,
308, 320
Якобаш Г. 114
Яух Б. 94
Предметный указатель
Автомат 11, 13, 15, 20, 21, 26,
31, 32, 52, 56, 58, 59, 63, 64,
99—101, 126, 129, 133—139,
143, 150
— абстрактный 86, 99—101,
115
— и жизнь 15, 26, 37, 39, 65,
99
— и окружающая среда 134—.
135
— конечный 100, 126
— конкретный 99 и сл.
— обучающий 129, 135—137,
202
— программированный 98 и сл.,
136
— простой («низший») 135,150
— с жесткой динамикой 127,
128
— сложный («высший») 135
— стохастический 100, 135
— .строго детерминированный
100
— теория автоматов 23, 59, 74,
159
— техника автоматов 56, 58—
60, 67, 86, 100, 126, 129,
130—133
— технический 12, 26, 31, 37,
62, 126 и сл., 127, 224
Агностицизм 70, 73—75, 83, 107,
119, 159, 163
Адаптация 128—130, 198—200
— энзиматическая 198
— направленная 243
Аденозиндифосфат (АДФ) 186,
188—191, 253
Аденозинтрифосфат (АТФ) 114,
186, 189—191, 253
Дкаузальность 13, 125, 304 и сл,
Алгоритм 130, 131, 136—137,
224
Аллостерический эффект (фер¬
менты) 113, 115, 192, 223,
226, 295
Аминокислоты 35, 96, 97, 175—
177, 179—180, 194, 241—
242, 244—246, 265—266
Антиген 201, 227—228, 229,231
Антитело 227, 228—231
Априори 153—155
Аппроксимация 59
Атомистика 141
Ауторедупликация 20, 24
Бактерии 13, 70, 72, 85, 186,
199—200, 243, 253
Бактериофаг 41, 115, 116
Белок 10, 11, 17, 22, 25, 29—36,
49, 57, 96, 97, 116, 179—
181, 192, 194 и сл., 199—200,
210 и сл., 220, 233, 237,
241—242, 244—248, 261, 266,
281—282, 284—285, 291—292,
295, 316—317, 319
Биокибернетика 28, 85, 185
Биосфера 48, 162
Биофизика 49
Биохимия 22, 33, 60, 66
Борьба за существование 299,
308
Вероятность (понятие, теория)
140—141, 147-149, 157—
158, 160—161, 166—169,
254—255, 300
Витализм 28, 38, 40, 51, 58, 67,
75, 264, 268
Внутреннее и внешнее 107—
109, 201, 301, 302, 305
867
Возможность (диалектическое
единство необходимости и
случайности)
— объективная, потенциальная
48, 49, 68, 84, 117, 119, 139
и сл., 140, 145, 155 и сл.,
167 и сл., 290
— данная 200, 288, 295
Выбор 92, 97, 252
Гемоглобин 13
Ген 19—22, 25, 41, 115, 181,
182, 195 и сл., 281, 284, 301,
302
Генетика 22, 41, 53, 115, 181,
182, 299 и сл., 302
Гликолиз 111, 113, 114, 188 и
сл., 253 и сл.
Гомеостаз 128, 187
Гомеостат 52, 132, 152, 158, 166
Гомогенность 62, 63, 72, 92
Гомоморфизм (гомоморфия)
21, 22, 104—106, 109, 127,
283, 284
Дарвинизм (неодарвинизм) 168,
214, 299, 301, 303, 305
Движение (собственное, само¬
движение) 17, 27, 120, 204,
205, 254, 256, 259, 260, 280,
321
Денатурация (белок) 17, 291
Детерминизм 117 и сл., 119,
187
— классический механистиче¬
ский 66—69, 117, 120, 131,
145 и сл., 150 и сл., 159,163,
169, 206, 299, 305
— диалектико-материалистиче¬
ский 117—119, 140, 146 и сл.,
158, 168 и сл., 301, 302,305
Деятельность 164, 261
Диалектика 217—219, 246—247,
310-311
Динамика (принцип всеобщей
динамики) 17, 25, 26, 29,
295
— покой и движение 258—259
Дезоксирибонуклеиновая кис¬
лота (ДНК) 11, 19—25,33—
35, 55, 96, 97, 194, 196, 201,
211, 212, 214, 215, 219,222—
223, 229, 238, 241—248, 269,,
281—284, 286, 305
Дыхание внутреннее 114, 188,
191,248
— и гликолиз 114, 188, 191
Жизнь (жизненный процесс,
живой организм) 9—10, 25,
29—31, 50 и сл., 63 и сл.,
157, 183—185, 254-255,
268 и сл., 335
— без белка 29
— возникновение 10, 45, 264—
267, 303 и сл., 312, 315
— определение 29, 32, 33
— специфика 67—69, 74, 139
Жизненная сила 49, 74, 280
Зависимость 121—124, 141—
143
Закон (закономерность) 41, 80,
117 и сл., 124 и сл., 142,145
и сл., 156 и сл., 158, 165
и сл., 170, 307, 323, 326 и сл.
— биологический 39, 43, 73 и
~ сл., 75, 80, 259, 275, 301 и сл.
— динамический 118, 148 и сл.,
159, 164 и сл., 169
— квантовофизический 80
— пробабилистический 118,148
и сл., 163 и сл., 169, 170,
300, 304 и сл., 307
— статистический 118, 141, 144,
147 и сл., 158, 159, 164 исл.,
169, 275
— физико-химический 73 и сл.,
81, 265, 278, 299
«Игра с природой» 316
Идеализм («биологический»,
объективный, субъективный,
«физический») 107, 118,119
и сл., 170
Избыточность 100, 141, 175
Иммунология 214, 226 и сл.,
240
Индетерминизм 14, 117, 118,
125, 139, 150, 152, 153,
304
Индивид и вид 308—310
Индукция (ферментная) я ин¬
гибирование 181, 194 и СЛ1„
198, 261
«Инструкция» 213, 227, 230
Инструкционалисты 214 и. сл..
Интеграция 16
868
Качество (жизнь, жизненный
скачок) 30, 33, 37, 66, 92,
272
Квантовая статистика 43, 44
Класс, конечный (принцип клас¬
са) 70 и ел., 75, 78, 84, 140,
152
Код 175 и сл., 241, 281
— генетический 175 и сл., 281,
328
Кодовое слово 175—177
Кодирование 62, 175 и сл., 239
Комплексность 44, 58, 60, 96
Комплементарность (обобщаю¬
щая, ее принцип) 140
Компьютер см. Автомат
Ламаркизм (неоламаркизм)
214, 299, 303, 305
Материя (диалектико-материа¬
листическая, механическая,
ее понятие), см. также Фор¬
мы движения материи 16,
18, 27, 42 и сл., 79, 80, 84,
117, 119, 167, 303, 321, 334
и сл.
— неисчерпаемость 42 и сл.,
167
— и сознание 16
— самодвижение 117, 138, 167,
204, 280, 307
— структурность 16, 321
Матрица 19, 284
Махизм 16
Метод (аналитический, синте¬
тический) 101, 185
Механика, классическая 129,
151, 154, 303
— статистическая 72, 93, 94,
134
Механицизм и витализм (спор)
40, 50, 51, 64—67, 75—80
Модель 13, 101—104, 108—115,
118
— кибернетическая 47, 85
— техническая 74, 81
— канала связи 86, 90
— контура обратной связи 86
Моделирование 34, 85, 90,
101—109, 111—115, 127, 132
Мозг 52, 65, 70—72, 92, 137,
290, 295, 296
— свойства (см. также Отра¬
жение) 65, 92
Морфогенез 208
Мутация (теория мутаций) 13,
25, 41, 47, 176, 196, 200, 242,
243, 299—302, 304, 306, 309,
310
— соматическая 201, 231
— спонтанная 25, 199, 303, 308
Наследственность 10, 11, 19,
35, 41, 53, 201, 210 и сл.,
299—300, 302
— ее механизм 19, 20
Нейроны (нейронная цепь) 63,
236, 290
Необходимость, категория (об¬
щая и прямая), см. также
Возможность 45, 55, 69, 117,,
118
— и случайность (диалектиче¬
ское единство) 117, 142, 145,
146
Нервы (нервная сеть, система,
клетки) 63, 183, 232 и сл.,
237
Нуклеиновая кислота 15, 29,
33—36, 210 и сл', 215 и сл.
Обмен веществ 15, 17, 20, 26,
27, 30—33, 47, 68, 72, 97,
180, 183—186, 188, 192 и сл.,
206, 210 и сл., 243, 244, 250
и сл., 254 и сл., 271, 290
и сл., 298
— пути обмена веществ 97, 98,
192, 252
Обратная передача информации
214 и сл., 238 и сл.
Обратная связь 32, 51, 68, 88,
115, 123, 124, 132, 136, 187
и сл., 192, 204, 205, 242 и
сл., 250, 253, 255, 266
Онтогенез 33, 36, 53—55, 138,
208, 256 и сл., 282 и сл.,
297, 303
Опыт 130
Память 19, 56, 57, 214, 232
и сл.
— биологическая 19, 56, 57,
226, 233
— генетическая (филогенетиче¬
ская) 19, 226 и сл.
— иммунобиологическая 226
и сл.
Панпсихизм 336
369
Параметры (скрытые) 163
Поведение (его образ) 35, 40,
47, 48, 58—59, 62, 65, 66,
70—72, 76, 101, 106—109,
115, 142, 157, 170, 204 и
сл., 258, 274, 298, 304
Позитивизм 83, 118, 119, 139,
сл., 258, 274, 298, 304
Познание (знание) 16, 37, 50,
60 и сл., 76, 77, 82—84, 102,
119, 121, 140, 147, 156, 217,
225
— границы (пределы) 61, 64,
77, 75, 150, 152, 156, 163,
165
— отказ от познания 40, 76
— процесс 77, 81 и сл., 101,
103
— теория 82, 83, 107, 119, 139
и сл., 156
Познаваемость мира 83,84,
140
Покой (относительный) 17, 27,
121, 254, 260
Потенция (активность) генети¬
ческая 181, 195, 200
Прагматизм 95
Практика 82—84
Преформизм (преформация) 22,
23, 27, 229, 279 и сл., 283
и сл.
Рринцип
— самодвижения материи 119
и сл., 168
-г познания мира 107
— материального единства
мира 107, 119, 176
— всеобщей взаимосвязи 107,
118, 146, 168
Принцип причинности 117,' 125
й сл,, 169
Приспособление 28, 47, 194,
198-200, 202
— механизмы регуляторные 17,
181, 183, 194 и сл., 199,200
Причинность 3, 36, 82, 87,117—
126, 146, 150
— цак объективная взаимо¬
связь 125 и сл.
— механистическая (ньютонов¬
ская) 13, 14, 36, 125
Программа (программирова¬
ние) 111, 130, 136, 225,312
Протеин см. Белок
Противоречие (противоречи¬
вость) диалектическое
(внешнее и внутреннее) 37,
47, 69, 78, 120, 137, 148, 218
Протоплазма 29, 30
Процесс (общие формы проте¬
кания) 256 и сл., 260
Психическое и физическое 64,
65
Равновесие, термодинамическое
Развитие (его процесс, высшее
развитие) 18, 40, 42—45,48,
55, 66, 69, 114, 145, 256
и сл., 267 и сл., 279 и сл.,
299 и сл., 303, 313 и сл.,
320
— единство противоречий 138
— и возникновение нового 303
— его возможности 120
— принцип (идея развития) 9
Регенерация 28
Редукция 38, 42, 51
Рекомбинация 25, 231
Рефлекс (условный, теория
рефлексов) 86—88, 131
Рибонуклеиновая кислота
(РНК) 25, 33-35, 115, 116,
176, 180, 201, 238, 241—
242, 246, 281, 284, см. так¬
же ДНК
— синтез РНК 223, 235—237,
285
Рибосома (полисома) 229, 242
«Рулетка генетическая» 231
Самодвижение 84, 119, 138,320
Самоорганизация 33, 85, 89,
132, 137, 138, 256 и сл., 320
Самоотбор 256, 257
Саморегулирование 186, 188
и сл.
Свойства, каталитические 34
Селекция 43, 200, 214, 219, 221,
227, 231, 311, 318
Сигнал 33, 93, 99, 109, 126, 194
Случайность (см. также Воз¬
можность) 142, 143
Структура 9—36, 39, 42—48,
51, 55, 57, 68, 70, 85, 92
и сл., 97, 119, 130, 140, 142,
158, 168, 254, 258 и сл., 287
и сл., 298
370
— диссипативные 276 и сл.,
287, 328
— принцип сквозной структуры
9, 10, 11 и сл., 142, 294, 298
Структура и процесс (функ¬
ция) 18, 27, 34—36, 38, 65,
138, 258, 291
— их диалектическое единство
9, 11, 18
— их комплементарность 140
Субъективизм 40, 67, 70, 78,
81, 82, 107
Сущность жизни 29, 30, 33
— и явление 77, 107, 147
Телеология 14, 28, 118,- 202,
208 и сл.
Телеономия 36, 48, 208 и сл.,
249
Теория усилителей 13
Термодинамика 19, 46, 49, 97,
141
— ее законы 14, 32, 92, 143,
147, 148
Узнавание 223
Упорядоченность (свойство
структуры) 14, 28 и сл.,
264 и сл. \
Упорядочивание 36
Фаг 41
Фактический материал 48
Ферменты (их система) 15, 22,
24, 77, 106, 109, 111, 113,
114, 116, 251—254, 290 и сл.
— активность 186, 254 и сл.
— цепь 248 и сл.
— кинетика 106, 116
— структура 15, 16
— комплекс фермент — суб¬
страт 15
— синтез 15, 186, 199 и сл.
Физика, классическая 41, 56,
60, 78, 83
— «новая» 40, 41, 42
— и биология 40, 41, 46, 47,
54, 66
Физикализм 38, 47, 49, 50, 66
Физиология 34, 66, 87, 91
Филогенез 33, 55, 138, 298 и сл.
Формы движения материи 42,
44, 47, 68, 85 и сл.
— биологическая 37, 42, 44, 46
— физико-химическая 37, 39,
40, 42, 45, 60
Хромосомы 19, 20, 53
Целое и часть (их диалекти¬
ческое единство) 28, 52, 60
и сл., 67, 69, 75, 79, 80, 101,
119
Целостность 28
Цина Кребса (лимонной кис¬
лоты) 98, 248
Черный ящик 108, 154
Шумы 91, 96, 101, 146, 147
Эволюция 24, 25, 36, 46—48,
66, 138, 183, 214, 219, 245,
261 и сл., 299—303, 305
Эксперименты с лабиринтом
133
Энергия 30—33, 41, 60
Энтропия 32, 91—97,268,270—
275, 293, 307—308
— информативная концепция
32, 91—94, 96
Эфир 53
Эффект 1
— Крабтри 111
— Пастера 111, 189, 191
Содержание
От издательства 5
Часть I. Проблема детерминизма и отношения между
автоматом и живым организмом
1. Диалектика структуры и процесса на молекулярном уровне 9
1.1. Макромолекула и жизнь 9
1.2. Влияние биомолекулярных структур на поведение живых
систем и принцип сквозной структурности 11
1.3. Постоянство и изменчивость. Накопление информации
и проблема устойчивости структуры на молекулярном
уровне 17
1.4. Организация и сущность жизни 27
1.5. Диалектика структуры и функции 33
2. Физика и биология 37
2.1. Квантовая физика и биологические законы 37
2.1.1. «Новая» физика и прогресс современной биологии . 39
2.1.2. Объективная возможность, информация и биологиче¬
ская форма движения материи 42
2.2. Физические аспекты нефизикалистской и невиталист-
ской биологической теории . 50
2.2.1. Спор между механицизмом и витализмом .... 50
2.2.2. Проблема морфологической стабильности живого ор¬
ганизма и принцип соответствия 55
2.2.3. Понятие структуры и понятие высокосложной си¬
стемы 60
3. Проблема преодоления субъективизма и агностицизма в фи¬
зике и биологии 70
3.1. Принцип конечных классов 70
3.2. Дуализм волны-частицы и понятие всеобщей взаимосвязи 77
3.3. Деятельность как интегрирующая составляющая процес¬
са познания 81
'4. Значение общих кибернетических моделей и имитационных ме¬
тодов в биологии 85
373
4.1. Модель кибернетического контура 86
4.2. Модель канала связи 90
4.3. Программированный автомат как универсальная модель 98
4.4. Значение моделирования 101
5. Проблемы детерминизма в технической и живой системе . .117
5.1. Понятие причинности и его отношение к понятию закона 117
5.1.1. Причинность и взаимодействие 118
5.1.2. Причинность и закон 124
5.2. Детерминизм и переработка информации в технических
автоматах 126
5.3. Самоорганизующиеся системы в технической кибернетике
и проблема случайности 129
6. Диалектика необходимости и случайности 139
6.1. Случайность и информация — случайность как помеха,
как периферийная несущественная связь 140
6.2. Случайность как ограниченность нашей способности по¬
знания высокосложных систем 149
6.3. Диалектическое единство случайности и необходимости
в объективно возможном — проблема вероятностного за¬
кона 158
Часть. II. Клетка как кибернетическая система. Про¬
блемы детерминизма и регуляции в отдельной клетке
и в процессе биологического развития
7. Молекулярные основы накопления и передачи информации . 173
7.1. Генетический код 174
7.2. Необходимость исследования кибернетических механиз¬
мов, управляющих жизнедеятельностью клетки . . .180
8. Телеономические механизмы обмена веществ в клетке .... 181
8.1. Преодоление разрыва между молекулярной биологией
и биологией целостного организма 183
8.2. Саморегуляция—элементарная система с возвратным
действием 186
8.3. Управление реакциями со стороны системы АТФ-АДФ . 189
8.4. Ингибирование при обратной связи 192
8.5. Индукция и ингибирование синтеза белков 194
8.6. Проблема целесообразности в свете кибернетики . . . 202
9. Взаимоотношения между наследственностью и обменом веществ
в кибернетическом и биологическом плане 210
9.1. Приспособление через обучение (инвариантность и телео-
номия) 210
9.2. Основные типы процессов переработки информации в
биомолекулярных системах 220
9.2.1. Иммунобиологическая память 226
9.2.2. Память в нервной системе 232
9.3. Информационные и биосинтезирующие связи между нук¬
леиновыми кислотами и белками 241
9.4. Саморегуляционные свойства ферментативных цепей: ди¬
намически обусловленная стабильность и пластичность . 248
374
10. Проблемы развития от низшего к высшему и возникновения
информации . . . 256
10.1. Общие формы биологического процесса 256
10.2. Эволюция как процесс оптимизации 261
10.3. Развитие от низшего к высшему и проблема фактора
времени 264
10.4. Термодинамическая возможность эндогенного роста ин¬
формации 268
10.5. Диалектическое единство «преформации» и «эпигенеза» 279
10.5.1. Диалектика части и целого 288
10.5.2. Диалектическое единство специфических и неспеци¬
фических взаимодействий 290
10.6. Причины изменчивости и значение внутренних причин
для развития от низшего к высшему 299
10.7. Самоорганизация и эволюция макромолекул .... 312
10.8. Закономерность развития и ее отражение в эволюцион¬
ном мышлении 322
10.8.1. Законы развития и положение человека в природе 322
10.8.2. Необходимость эволюции 326
10.9. Информация и отражение 835
Литература . . 353
Именной указатель 363
Предметный указатель 867
К. Фукс-Киттовский
ПРОБЛЕМЫ ДЕТЕРМИНИЗМА И КИБЕРНЕТИКИ
В МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ
ИБ № 7314
Редактор Н. В. Вербицкая
Художник А. О. Семенов
Художественный редактор А. Л. Сальников
Технический редактор В. Ю. Никитина
Корректор Л. С. Филиппова
Сдано в набор 25.10.79. Подписано в печать 28.03.80. Формат 84ХЮ8’/зъ
Бумага типографская № 1. Гарнитура литературная. Печать высокая.
Условн. печ. л. 19,74. Уч.-изд. л. 20,61 Тираж 4000 экз. Заказ № 387
Цена 1 р. 50 к. Изд. № 29377.
Издательство «Прогресс» Государственного комитета СССР по делам изда¬
тельств, полиграфии и книжной торговли.
Москва, 119021, Зубовский бульвар, 17.
Ордена Трудового Красного Знамени Ленинградская типография № 2
имени Евгении Соколовой «Союзполиграфпрома» при Государственном коми¬
тете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
198052, Ленинград, Л-52, Измайловский проспект, 29
Ip. 50 к.