02-01 Свойства живых систем

* 02-01. Свойства живых систем, важные для управления

* 1. УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ

Итак, мы выяснили, что живые системы существуют благодаря вложенным друг в друга иерархически подчинённым процессам, которые протекают во вложенных друг в друга структурах. Эти структуры и представляют собой уровни организации живых систем.

org levels

С какого наиболее простого уровня организации материи можно обнаружить ключевой признак живого – способность структурировать пространство вокруг себя? Этот уровень – молекулярный, уровень отдельных биологических молекул.

Некоторые авторы даже определяют жизнь, привязываясь к материальному носителю – белкам и нуклеиновым кислотам.

Определение Ф.Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка»

Определение М.В.Волькенштейна (советский физико-химик и биофизик): «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот»

Действительно, в клетке одна молекула белка может структурировать вокруг себя окружающую воду и ионы из расчёта 8800 молекул воды и 20 связанных ионов калия на 1 сайт связывания АТФ (Gilbert Ling — Гилберт Линг, теория ассоциации-индукции, краткое изложение http://www.ling1.net/articles/289).

Далее мы будем постоянно проводить параллель между материальной структурой и процессом, который в ней происходит, и ставить вопрос о смысле и назначении этого процесса – то есть, о функции, которую эта структура выполняет для иерархически вышестоящей системы.

Так, белки в клетке могут обеспечивать элементарные алгоритмы, связанные с обменом веществ (например, катализ), поддержанием структурной целостности (например, белки цитоскелета и соединительной ткани), самовоспроизводством (например, белковый аппарат хромосом), восприятием информации из среды (например, рецепторы), обменом информацией с другими элементами (например, гормоны) и др.

Процесс, обеспечиваемый данным белком, чаще всего является этапом в сложном каскадном процессе. Структурами, обеспечивающими протекание каскадных процессов в клетке, являются органеллы. Органеллы – это структурно-функциональные элементы клетки.

Клетка – это первый уровень организации живых систем, на котором реализована возможность самовоспроизводства. Каждый многоклеточный организм при половом размножении проходит стадию одной клетки. Существует множество одноклеточных форм живых систем, что указывает на развитое самоуправление на этом уровне организации. Разумеется, автономность отдельных клеток очень относительна, и даже бактерии формируют сложные сообщества со специализацией, разделением функций и подчинением каждой клетки целям всего сообщества.

Интересно, что на уровне отдельной клетки реализованы практически все ключевые алгоритмы (функции), присутствующие у многоклеточных организмов, поэтому, выявив закономерности управления процессами на уровне клетки, потенциально возможно понять логику организации процессов на уровне организма. И наоборот, неправильные представления о физиологии клетки препятствуют пониманию процессов управления в организме.

Двигаемся дальше вверх.

В многоклеточном организме наблюдается высокая специализация клеток по функциям, и чаще всего о функциях отдельных клеток можно судить по их структуре (это к связи и взаимной обусловленности структуры и функции).

Клетки существуют и функционируют в определённом микроокружении, активном взаимодействии и кооперации с другими клетками. Совокупность клеток разной специализации образует ткань, ткани составляют органы, органы составляют целый организм.

На уровне организма реализованы значительные автономность и самоуправление. Обычно организм является носителем практически всех признаков живых систем, перечисленных ранее.

Но является ли организм наивысшим, конечным уровнем организации живых систем? Ответ однозначен – НЕТ, не является. (Отдельно следует напомнить, что человек – не исключение).

Никакой организм не существует сам по себе, он не самодостаточен. Организм – это всегда лишь элемент более крупной живой системы: популяции, вида.

Благодаря фрактальным свойствам живых систем вполне уместны аналогии между клеткой в составе организма и организмом в составе вида. Разумеется, в контексте медицины нас особенно будет интересовать вид Homo sapiens (Человек разумный). Для человека следующим уровнем организации живой системы является общество, или социум. Человеческое общество обладает абсолютно всеми признаками живых систем, но при этом имеет много черт, отличающих человеческое общество от сообществ организмов других видов. Отличия эти обусловлены, прежде всего, качественно более высоким уровнем развития сознания у человека. Как мы увидим далее, сознание имеет непосредственное отношение к управлению поведением организма.

Так можно ли считать человеческое общество живой системой или нет? Ответ на этот вопрос является принципиальным для переноса закономерностей, выявленных в других живых системах, на общественные процессы.

По определению, используемом в философской литературе,

«Человеческое общество — это высшая ступень развития живых систем, главные элементы общества — люди, формы их совместной деятельности, прежде всего труд и его продукты, сферы человеческого духа, различные формы собственности, политика и государство и т.д. Общество можно определить и как самоорганизованную систему поведения людей и их взаимоотношений друг с другом и с природой» (Спиркин А.Г. Философия. 2-е изд. — М.: Гардарики, 2006. — 736 с, также см. Философская Энциклопедия. В 5-х т. — М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Ф. В. Константинова. 1960—1970, цит.по dic.academic.ru/dic.nsf/enc_philosophy/2866/ОБЩЕСТВО ).

Таким образом, официальная философия признаёт общество живой системой.

Как известно, изучением человеческого общества занимается отдельная наука – социология. Рассматривает ли социология общество – объект своего изучения – как живую систему? Не рассматривает – по крайней мере, прямо об этом не говорит (см., например, Социология. Основы общей теории: Учебник для вузов. Отв.ред.Осипов Г.В., Москвичев Л.Н. М.: Норма, 2003).

Изучают ли будущие социологи живые системы – например, в рамках изучения биологии, физиологии клетки или организма в целом? Не изучают (см.образовательный стандарт специальности «социология» — http://eduscan.net/standart/040201). Учебный предмет «Концепции современного естествознания», предусмотренный программой подготовки социологов, содержит раздел «биосферный уровень организации материи», где всем вопросам биологии отводится менее 50 страниц (см., например, Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Академический Проект, 2000. Изд. 2-е, испр. и доп. – 639 с. http://www.gumer.info/bibliotek_Buks/Science/karpenk/index.php). Возможно ли при подобном подходе адекватное, системное восприятие общественных процессов и управление ими?

Об обществе как живой системе почему-то больше пишут не социологи, а люди, работающие в других междисциплинарных областях. Далее мы разберём состояние вопроса в подходе к обществу как живой системе – теоретические разработки психолога Джеймса Гриера Миллера (James Grier Miller), кибернетика Франсиса Хейлигена (Francis Heylighen) и эволюционного биолога Элизабет Саторис (Elizabeth Sahtouris).

 

Итак, общество в случае человека, популяция и вид – в случае других животных можно рассматривать как следующий уровень организации живых систем.

Можно ли считать этот уровень наивысшим? Поставим вопрос иначе: может ли любой вид, в том числе человек, существовать отдельно, независимо от других видов? Очевидно, что не может.

По мнению ряда учёных, жизнь является, скорее, свойством экосистемы, чем отдельного организма или даже вида (Morowitz, Harold J. (1992). Beginnings of cellular life: metabolism recapitulates biogenesis. Yale University Press.), и определять жизнь через понятие экосистемы более адекватно, чем через сугубо биохимические или физические понятия. Robert Ulanowicz (2009) подчёркивает, что понимание системных упорядочивающих свойств жизни и экосистем невозможно без представления о мутуализме (Ulanowicz, Robert W.; Ulanowicz, Robert E. (2009). A third window: natural life beyond Newton and Darwin. Templeton Foundation Press.)

Мутуализм: Форма сожительства двух организмов, при котором один приносит какую-нибудь пользу другому. (Толковый словарь иноязычных слов, 2004); форма симбиоза, выгодная для обоих симбионтов, при которой объединение двух популяций облигатное (ни одна из сторон не может существовать без другой) (Экологический словарь, slovari.yandex.ru/мутуализм/значение/).

Из всех экосистем складывается биосфера Земли. Частью чего является биосфера – мы пока не знаем.

Важный вывод: любую живую систему можно представить себе, с одной стороны, как элемент более сложной, иерархически высшей системы, а с другой – как вложенные друг в друга самоуправляемые элементы.

Низший уровень организации живых систем – это молекула белка, наивысший уровень из известных нам – это биосфера Земли. Человеческое общество также является живой системой, т.е. подчиняется всем принципам строения, функционирования и управления в живых системах.

 

* 2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ (введение)

Выше мы рассматривали живые системы как чисто материальные структуры. Но ведь любая структура существует для чего-то определённого, для чего же? Ответ на этот вопрос можно найти в содержании и смысле процесса, протекающего в данной структуре.

Здесь мы подошли к понятию «функция» как к неотъемлемому проявлению любого элемента живой системы.

В контексте взаимоотношений системы и элемента, функция элемента – это полезный результат (роль, назначение), который приносит данный элемент всей системе, которой он принадлежит.

 

Итак, живые системы можно рассматривать с точки зрения материальной структуры (вложенные иерархически подчинённые структуры), а можно – с точки зрения процессов, или функций (вложенные иерархически подчинённые процессы).

Структура – это то, что можно увидеть, пощупать. А функция – это способность обеспечивать протекание процесса, и таким образом приносить определённый полезный результат всей системе, которой принадлежит эта структура.

Функцию каждого отдельного элемента системы может быть очень сложно оценить. Измерению обычно доступны косвенные интегральные параметры функций, выполняемых множеством элементов. Например, количество и качество продукта, вырабатываемого данной структурой.

 

* 2-1. Как взаимосвязаны структура и функция?

Примерно так же, как соотносятся между собой структура и протекающий в ней процесс. Процесс невозможен без определённой структуры, которая его обеспечивает. Структура, в свою очередь, образуется и существует лишь постольку, поскольку обеспечивает протекание соответствующего процесса.

В этом взаимодействии и появляется понятие «функция» — это полезный результат, который обеспечивает структура системе, которой она принадлежит, за счёт протекающего в этой структуре процесса.

Зададимся любимым вопросом философов: «Что первично: структура или функция?»

Функция невозможна без структуры, структура не имеет смысла без функции, она появляется и существует для выполнения функции.

В живых системах этот вопрос о первичности решается благодаря наличию и при участии иерархически более высокого уровня организации – системы, которой принадлежит данная структура в качестве элемента.

Структура не может возникнуть «сама собой», она всегда является продуктом иерархически высшей системы. Как это происходит, мы детально разберём позже, подробно обсуждая функциональные системы.

* 2-2. Как появляются структуры в живой системе?

Если вкратце, то события развиваются следующим образом:

1) У иерархически высшей системы появляется проблема или потребность чём-либо;

2) Она формирует запрос своим элементам;

3) Из элементов образуется структура, призванная решить данную проблему;

4) Эта структура обеспечивает некую функцию, которая так или иначе решает эту проблему. Такую структуру в общем случае и можно назвать функциональной системой.

Таким образом, первичным является ЗАПРОС иерархически высшей системы на определённый полезный результат – то есть на ФУНКЦИЮ. Под этот запрос формируется СТРУКТУРА, подчинённая задачам выполнения этой функции и способная обеспечивать процесс, лежащий в основе функции.

Функциональная система – это ключевое понятие в управлении живыми системами.

Управление любой живой системой, организм это или общество, всегда включает работу существующих или формирование новых функциональных систем. В этом знания из биологии очень полезны для управления в целом.

Хорошо известно, что СТРУКТУРНАЯ и ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ организация любой системы тесно взаимосвязаны.

Зададимся наивными, на первый взгляд, вопросами:

Каким образом материальная структура, совокупность элементов, может выполнять определённую функцию?

Почему и как элемент «слушается» свою иерархически высшую систему?

Что «заставляет» элементы системы подчиняться запросу «сверху», взаимодействовать и даже сотрудничать между собой в выполнении функции?

 

Эти вопросы подразумевают наличие в живых системах некоего третьего начала, помимо МАТЕРИАЛЬНОЙ структуры и ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ структуры. На наш взгляд, это третье начало – УПРАВЛЕНЧЕСКАЯ структура (организация).

Управленческая организация (структура) — это алгоритм, связывающий деятельность элементов структуры в единый процесс. Она отвечает за то, чтобы «заставить материю выполнять функцию». Её можно сравнить с программным обеспечением, благодаря которому компьютерное «железо» решает разнообразные и сложные задачи. Одна и та же материальная структура при разном управлении может обеспечивать различный набор функций.

Получается следующая триада:

* 2-3. Структурная триада живой системы

1) материальная структура – 2) управленческая структура – 3) функциональная структура.

 

Ответы на перечисленные выше «наивные» вопросы позволят нам разобраться, как устроена и как работает эта управленческая структура. А разобравшись с механизмами управления на одном уровне организации, мы сможем предсказывать ещё неизвестные механизмы на другом уровне организации.

Почему возможен такой перенос? Потому, что живые системы обладают свойствами САМОПОДОБИЯ, или фрактальности. Об этом – дальше.

Наверх

К содержанию

К следующему разделу курса