Файл: Никита Николаевич МоисеевЧеловек и ноосфера.pdf

шения, как мне кажется, еще не настало время. Поэтому я сужаю свою задачу и постараюсь выделить лишь два класса механизмов эволюции, играющих важнейшую роль в явле- ниях самой различной физической природы.
К первому классу я отнесу «адаптационные» механизмы.
Это, конечно, прежде всего дарвиновские механизмы есте- ственного отбора. Но подобные механизмы действуют и в физических, и в химических процессах, используются и в технике, и в общественной сфере. Принятое название весь- ма условное и требует разъяснений, ибо, произнося слово
«адаптация», надо сказать о приспособлении, к чему идет речь. При изменении условий та логическая цепочка (или система процедур, или процесс), которая приспосабливала данную систему (организм в том числе), может уже перестать быть механизмом «адаптационного типа».
Основная особенность «адаптационных» механизмов со- стоит в том, что они позволяют нам в принципе предвидеть
(с определенной точностью, конечно) результаты действия механизма, то есть развитие событий. А значит, и прогнози- ровать эти события. Это происходит потому, что адаптация,
то есть самонастройка, обеспечивает развивающейся систе- ме определенную стабильность в данных конкретных усло- виях внешней среды. Значит, изучая эти условия, особенно- сти среды, мы можем предвидеть (предсказать) тенденции в изменении параметров системы, которые будут происходить под действием этих механизмов.

Другими словами, мы оказываемся способными заранее более или менее точно определить множество состояний
(совокупность параметров, которые будут обеспечивать ее устойчивость при данных условиях внешней среды). Этими обстоятельствами уже давно пользуются селекционеры, фор- мируя отбор надлежащим образом. В физике и технике ме- ханизмы самоорганизации, использующие к тому же прин- цип обратной связи (об этом мы еще будем говорить специ- ально), давно и широко используются для обеспечения адап- тации. Соответствующая теория позволяет при наличии над- лежащей информации об окружающей среде с большой уве- ренностью предсказывать результаты их действий.
Наверное, можно сказать и так: адаптационные механиз- мы обладают тем замечательным свойством, что ни внешние возмущения, ни внутренние пертурбации с помощью этих механизмов не способны вывести систему за пределы того
«обозримого канала эволюции», того коридора, который за- готовила природа для развития этой системы. Под действи- ем механизмов адаптационного типа границы этого коридо- ра, очерченные объективными законами нашего мира, более или менее близки друг к другу и достаточно обозримы в пер- спективе. Следовательно, путь развития в этом случае пред- сказуем со значительной точностью.
Но существует и другой тип механизмов эволюции. Он имеет уже совершенно иную природу, хотя, как мы увидим ниже, и для него дарвиновская триада полностью сохраняет

свой смысл. Для иллюстрации этого типа механизмов обсу- дим некоторые особенности течения жидкости в трубе, при- мер, к которому я еще не раз буду обращаться.
Пока расход жидкости мал, ее течение носит ламинарный характер, оно следует закону Пуазейля: частицы жидкости движутся параллельно оси трубы, а эпюра их скоростей име- ет параболический характер. Чтобы протолкнуть этот расход жидкости через трубу, требуется определенное усилие. Оно определяется разностью давлений, приложенных в различ- ных сечениях трубы. С ростом расхода эта разность до поры до времени будет расти по линейному закону, а эпюра скоро- стей жидких частиц будет сохранять свою параболическую форму.
Но достаточно потоку превзойти некоторый критический порог, как характер течения жидкости качественно изменит- ся. Ламинарное течение перестраивается, оно превращается в турбулентное. Разность давлений при этом начинает быст- ро расти.
Иными словами, существует некоторое критическое зна- чение внешнего воздействия, определяемое величиной рас- хода жидкости. Выше этого значения прежняя, ламинарная,
форма движения жидкости существовать уже не может, ста- рая организация системы разрушается. Вместо ламинарного движения жидкости возникает турбулентное.
Этот пример показывает, что физические системы обла- дают пороговыми состояниями, переход через которые ведет

к резкому, качественному изменению протекающих в них процессов – к изменению их организации. И очень важно за- фиксировать следующее положение: переход системы в но- вое состояние в этой пороговой ситуации неоднозначен, так же как и характер ее новой организации, то есть после би- фуркации существует целое множество возможных струк- тур, в рамках которых в дальнейшем будет развиваться си- стема, И предсказать заранее, какая из этих структур ре- ализуется, нельзя. Нельзя в принципе, ибо это зависит от тех неизбежно присутствующих случайных воздействий –
флюктуации внешней среды, – которые в момент перехода через пороговое состояние и будут определять отбор.
Эта особенность пороговых (бифуркационных или ката- строфических) механизмов играет совершенно особую роль в развитии нашего мира.
Поясним ее еще на одном примере.
Предположим, что мы взяли палку за два конца и начали ее изгибать. По мере увеличения силы, которую мы прикла- дываем, палка будет все больше и больше изгибаться. До по- ры до времени она будет все же оставаться палкой. Но в ка- кой-то момент сломается и перестанет быть палкой. Точно предсказать, в каком месте сломается и на сколько частей,
заранее мы не можем.
Вот эта неопределенность будущего и есть главная осо- бенность рассматриваемого типа механизмов. Она есть след- ствие того, что будущее состояние системы при переходе

ее характеристик через пороговое значение определяется прежде всего случайностью – флюктуациями.
А они присутствуют всегда! Важно сказать, что при пере- ходе через бифуркационное состояние система как бы забы- вает (или почти забывает) свое прошлое. В этой точке про- исходит как бы разветвление путей эволюции. И в силу веро- ятностного характера перехода через это пороговое состоя- ние обратного хода эволюции уже нет (точнее сказать, веро- ятность подобного события равна нулю)! Время, как и эво- люция, приобретет направленность, необратимость!
Объясняя особенности пороговых механизмов, я привел два примера процессов, происходящих в мире неживой ма- терии. Но пороговые механизмы свойственны и процессам,
протекающим в мире живой природы и общества. Но там их проявление, значительно сложнее. Вот почему, выбирая ил- люстративные примеры, характеризующие пороговые меха- низмы, я следовал известному высказыванию В. И. Вернад- ского: «…вполне позволительно и удобно воспользоваться здесь (то есть в биологии. – H. М.) аналогией между живым веществом и газовой массой».
Факт существования механизмов бифуркационного /ти- па заставляет вносить известные коррективы и в общую кар- тину эволюции жизни на Земле и реабилитировать, в из- вестной степени, теорию катастроф Кювье, Не только дар- виновское постепенное совершенствование видов определи- ло процесс развития, но и быстрые перестройки. Посколь-

ку и адаптированные и бифуркационные алгоритмы являют- ся типичными классами механизмов, реализующих самоор- ганизацию вещества, то нет никаких логических оснований исключать какие-либо универсальные механизмы из числа тех, что определяют эволюцию также и живого мира. Кажет- ся, что эти общие соображения, основанные на представле- ниях о единстве процессов развития, находят подтвержде- ние в наблюдениях естествоиспытателей.
В самом деле, как уже сейчас установлено геологами и па- леонтологами, на Земле более или менее регулярно возни- кало повышение фоновой радиации (возможно, что это свя- зано с прохождением Солнца через соответствующие зоны
Космоса). В результате резко интенсифицировался мутаге- нез и менялись условия жизни на Земле. Это, в свою оче- редь, стимулировало быстрое вымирание старых видов и по- явление новых. Поэтому вопрос: Дарвин или Кювье – мне кажется неправомочным. Не или, а и Катастрофические со- стояния биосферы, порождавшие бифуркации, были столь же естественными элементами эволюционного процесса, как и адаптация и внутривидовая борьба. Таким образом, изуче- ние общей логики развития нас неизбежно наводит на сооб- ражения вполне конкретного характера.
Рассуждения о механизмах, которые были приведены вы- ше, конечно, достаточно условны и схематичны. Реальные процессы развития – это всегда целая гамма различных ме- ханизмов (о некоторых из них я еще буду говорить). Тем

не менее приведенные соображения достаточно наглядны и позволяют дать разнообразные интерпретации единого про- цесса развития.
Законы физики, химии и другие принципы отбора уста- навливают определенные границы изменения состояний си- стемы, определяют, так сказать, «каналы», внутри которых и могут протекать эволюционные процессы. В свою очередь,
множество случайных факторов вне времени как бы пытают- ся вывести систему за эти «границы». Но до поры до време- ни этого не происходит – поток внутри «канала» следует ме- ханизму адаптационного типа. Границы адаптации («берега канала») эволюционного развития могут быть рассчитаны с большой степенью точности, если мы хорошо знаем принци- пы отбора, то есть законы развития.
Но вот однажды в силу тех или иных причин эволюцион- ный поток выходит на «площадь» – пересечение нескольких каналов эволюции. И теперь вступают в действие механиз- мы, которые, следуя терминологии А. Пуанкаре, мы назвали бифуркационными. На перекрестке каналов возникает би- фуркация (или катастрофа, если использовать язык Уитни и
Тома). Характер развития качественно меняется. Но самое главное – возникает несколько вариантов дальнейшего раз- вития эволюционного процесса. И этих вариантов столько,
сколько каналов эволюции выходит на их перекресток. И вы- бор нового канала неопределенен – какова будет новая орга- низация системы, предсказать невозможно!

Невозможно в принципе, ибо этот выбор зависит (окон- чательно определяется) от тех случайных факторов, кото- рые неизбежно присутствуют в момент выхода системы на перекресток каналов эволюции. Они в этот момент являют- ся фактором, определяющим последующее развитие. В этом одна из важнейших особенностей бифуркации, определяю- щая ее непредсказуемость.
Разложенная интерпретация характера эволюции делает наглядным один из общих законов самоорганизации мате- рии: процесс развития характеризуется непрерывным услож- нением и ростом разнообразия организационных форм ма- терии. Он носит название закона дивергенции и является справедливым в равной степени на всех трех этапах разви- тия материального мира – в мире неживой материи, в эволю- ции живых веществ и в обществе. Я о нем уже упоминал (в биологии этот закон часто называют законом цефализации).
Теперь хочу показать, что он является прямым следствием
«работы» механизмов бифуркационного типа.
Законы природы ограничивают множество возможных
(виртуальных) состояний материальных систем и форм их организации, которые я условно назвал «каналами эволю- ции». Подчас берега этих каналов оказываются очень близ- кими – поддержание большинства химических реакций или сохранение гомеостазиса некоего вида возможно только в уз- ком диапазоне параметров внешней среды. Тем не менее сто- хастический характер причинности и действие бифуркаци-

онных механизмов может развести сколь угодно далеко даже самые близкие, практически тождественные формы органи- зации.
Этот факт один из основных источников неустойчиво- стей, которые мы непрерывно наблюдаем в окружающем нас мире. Его легко интерпретировать на хорошо известном опытном материале.
Предположим, что две одинаковые круглые колонны на- ходятся под действием одинаковых, все возрастающих вер- тикальных нагрузок. Кроме того, на эти колонны непрерыв- но действуют порывы ветра. Поскольку механические свой- ства колонн одинаковы и вертикальная нагрузка одинако- ва, то они в один и тот же момент достигнут своего порога устойчивости, и согласно теории Л. Эйлера у них одновре- менно произойдет бифуркация: вертикальная форма равно- весия потеряет устойчивость, и вместо нее возникнет конти- нуум новых форм равновесия – поверхность вращения по- луволны синусоиды.
Однако поскольку порывы ветра никогда не бывают стро- го идентичными, то после бифуркации новые формы равно- весия обеих колонн будут разными. Это означает, что в но- вых условиях колебания колонн будут происходить в разных каналах эволюции, в данном случае в разных плоскостях. Ве- роятность же того, что при новой бифуркации равновесные положения колонн совпадут, равна нулю, так как форм рав- новесия бесчисленное множество.

С увеличением размерности системы, что всегда проис- ходит при увеличении ее сложности, количество состояний,
в которых могут происходить катастрофы (бифуркации),
быстро возрастает. Следовательно, с ростом сложности си- стемы растет и вероятность увеличения числа возможных путей дальнейшего развития, то есть дивергенции, а вероят- ность появления двух развивающихся систем в одном и том же канале эволюции практически равна нулю. Это и означа- ет, что процесс самоорганизации ведет к непрерывному ро- сту числа организационных форм.