В Пушкин - Информатика, кибернетика, интеллект

• Название: Информатика, кибернетика, интеллект
• Автор: В Пушкин
• Жанр: Философия

---

Развитие биофизики и кибернетики детерминируется насущными задачами познания все более тонких и глубоких физических, кибернетических и биологических структур. Жизнь как совокупность веществ и функций определяет постановку биологических и физико-кибернетических задач. Необходимым становится физическое и кибернетическое исследование таких биологических процессов, как отбор и эволюция. Физика и кибернетика выступают в единстве при изучении структур и законов эволюции живого. Кибернетика и теория информации дают возможность строгого физико-математического анализа явлений жизни. Однако кибернетическим подходом, рассматривающим биологические организации на уровне кибернетических структур, проблема познания живого, конечно, не исчерпывается. Для изучения

101

сущности жизни наряду с кибернетикой и молекулярной биологией необходимы молекулярная биофизика, биофизика клетки и биофизика сложных систем. "Задачи биофизики состоят в познании явлений жизни, основанном на общих принципах физики, в изучении атомно-молекулярной структуры вещества" [27]. Проблема молекулярной биофизики в отличие от кибернетики - в нахождении конкретных молекулярных механизмов накопления, кодирования, передачи, перекодирования биологической информации, природы шумов, разрушающих эту информацию, регуляторных механизмов, обратной связи. Роль кибернетики является ведущей в изучении природы регуляторных процессов, организации и информации в аспекте молекуляторной физики и физической химии. Иначе говоря, молекулярная биофизика не противостоит таким наукам, как биокибернетика и термодинамика, а объединяется с ними.

Взаимодействие и взаимопроникновение наук физико-биолого-кибернетического направления важно в концептуальном отношении: оно позволяет вырабатывать научные стратегии большого методологического значения. Объединение концепции эволюции с концепцией структуры, выражая диалектическую природу научного познания, формирует вместе с тем понятийный аппарат, адекватный новым проблемам познания сущности жизни. Одной из таких проблем, выдвинутых на передний план бурно развивающейся биологической наукой, становится проблема самоорганизации живого как в смысле возникновения жизни, так и на уровне формирования структурных элементов современных живых систем [28].

Проблема самоорганизации была поставлена основоположниками кибернетики; идеи самоорганизации в различных вариантах впервые получили обоснование в работах Н. Винера, Дж. Неймана, Г. Паска, Р. Эшби, Ст. Бира. Н. Винер придавал большое значение разработке этой проблемы [29], понимая под самоорганизацией процесс втягивания в синхронизм, образования единого ритма работы многочисленных и разрозненных до этого элементов системы. Такой подход к самоорганизации как к достаточно специфическому принципу функционирования различных по природе систем открывает возможности его биофизического истолкования.

В современных теориях происхождения жизни концепция самоорганизации занимает важное место. Как пишут С. Фокс и К. Дозе, снабдив свою работу историческим обзором развития идей самоорганизации, "приблизительно с 1960 г. наступила новая эра в исследовании проблемы возникновения жизни. Исключительно возрос интерес к процессам самоорганизации, или самосборки, макромолекул, образующих микросистемы" [30]. Понятие самосборки рассматривается как понятие, служащее краеугольным камнем происхождения жизни. Показано, что эволюция шла и продолжает идти по пути самоупорядочения при образовании

102

макромолекул, самосборки этих молекул и самовоспроизведения собранной микросистемы. Все эти процессы теоретически не укладываются в рамки случайных явлений.

Самоорганизация, таким образом, представляет собой проблему для биофизики, кибернетики и молекулярной биологии. Ее концептуальное оформление позволяет соотнести принципы и понятия данных наук с их предметом и методом. По замечанию М. Бунге, "подобная контекстуальность, или относительность статуса основных идей, несомненно, желательна, поскольку открывает новые возможности для поиска все более плодотворных и глубоких идей, все более содержательных понятий и постулатов, из которых в свою очередь могут быть выведены понятия, бывшие первичными ранее" [31].

Современное естествознание в основном базируется на теории абиогенного происхождения жизни, впервые развитой А.И.Опариным (1924 г.). Согласно этой теории, информационные макромолекулы типа нуклеиновых кислот и белков могли возникать из сравнительно простых органических соединений, образовавшихся на Земле в условиях ее первичной восстановительной атмосферы. Успешный синтез важных для жизни биохимических соединений в условиях, имитирующих существовавшие ранее на Земле, подтверждает эту теорию. Характерным является следующее положение А. И. Опарина: "...Сейчас все более и более становится очевидным, что нельзя (как это было еще недавно) рассматривать возникновение жизни как какое-то внезапное, изолированное явление, как какую-то счастливую случайность. Оно представляет собой неотъемлемую составную часть общего закономерно протекающего процесса развития Вселенной" [32].

В прошлом при рассмотрении этой проблемы обычно предполагалось, что возникновение жизни - редкое и странное явление. Оно связывалось со специфическим переходом от углеродистых соединений к аминокислоте, от нее к белку, а затем путем естественного отбора и эволюции - к разумным существам.

Принципы кибернетики позволяют подойти к этой проблеме иначе. Теоретическое доказательство того факта, что самостоятельное развитие вероятно для машин, что кибернетика развития - жизнеспособная область, дает возможность отвлечься от строгой специфичности явлений возникновения жизни. Наиболее решительно эту точку зрения выразил У. Р. Эшби. "Я утверждаю, писал он, - что... поиски специфических условий совершенно ошибочны. Справедливо как раз обратное - каждая динамическая система дает начало своей собственной форме разумной жизни и является в этом смысле самоорганизующейся..." [33]. До недавнего времени не было опыта обращения с системами средней сложности. Современные вычислительные машины, будучи сложными системами, способствуют пониманию процессов возникновения жизни, так как в них складываются несколько более простые варианты тех же явлений.

103

Такой подход позволяет, по крайней мере, ввести кибернетические принципы самоорганизации в изучение пограничных между физикой и биологией вопросов. Поскольку кибернетика занимается системами на уровне их организации, то здесь, говоря методологически, она выступает как физика биологии. В аспекте кибернетики биологические процессы с их целесообразностью могут быть объяснены исходя из физических законов. Именно Н. Винер впервые определил информацию как новую физическую переменную [34].

В рамках молекулярной биофизики стало возможным акцентировать внимание на проблеме моделирования добиологической эволюции макромолекул. Несомненный интерес представляет теория М. Эйгена, в которой предложена концепция самоорганизации и феноменологически рассмотрены биологические процессы отбора и эволюции на основе неравновесной термодинамики и теории информации. М. Эйген показал, что для решения проблемы взаимоотношений между причиной и следствием в биологии "необходима теория самоорганизации, которую можно было бы применить к молекулярным системам, или, точнее, к некоторым особым молекулярным системам, находящимся в среде с определенными свойствами" [35]. Принципиальным в теории М. Эйгена является вывод, согласно которому для биологии важна ценность информации, а не ее количество. Информация, накопленная в процессе эволюции, - это "оцененная" информация, и число битов мало что говорит о ее функциональном значении. Поэтому нужна новая переменная, которая характеризовала бы уровень эволюции, - "ценность".

Комплементарность информации и энтропии ясно показывает ограниченную применимость классической теории информации к проблемам эволюции [36]. Для понимания процессов эволюции нужно знать не количество информации, а программу биологического развития, заложенную в генах, и способ ее реализации. Значит, встает вопрос о содержании информации, о ее ценности для развития. Информация возникает или приобретает ценность посредством отбора.

Самоорганизация зависит от определенных химических предпосылок, а также от специальных условий среды; то есть самоорганизация - это не "просто" свойство материи. По словам Ф. Энгельса, "...жизнь должна была возникнуть химическим путем" [37]. Предбиологическая фаза - это химия. В работе М. Эйгена показано, что наличие каталитических функций в сочетании с различными механизмами обратной связи, придающее системе способность к автокаталитическому росту, выступает одним из решающих предпосылок самоорганизации. Однако "автокаталитический рост" не может происходить в системе, которая находится в равновесии или вблизи равновесия. Это приводит к вопросу о том, какие условия среды необходимы для самоорганизации. Отбор и эволюция не могут происходить в равновесных или