Текст книги "Универсум. Информация. Общество"

Мы сегодня в состоянии назвать несколько условий, которые необходимы для того, чтобы считать тот или иной объект наблюдения живым, но не можем назвать систему признаков достаточных, для того чтобы выделить живой объект из остального мира.

Многие авторы, преимущественно биологи (хотя и не только они), связывают феномен жизни с представлениями о метаболизме и редупликации, то есть потреблении вещества и энергии и о воспроизведении себе подобных, что вполне закономерно: мы не знаем ни одного примера, чтобы живой организм не обладал бы этими двумя особенностями. Но совсем недавно в 1960-х и 1970-х годах Манфред Эйген в серии работ, удостоенных Нобелевской премии и посвященных эволюции биологических макромолекул, явно не относящихся к миру живой материи, установил, что они обладают теми же двумя свойствами – потребляют вещество и энергию и способны воспроизводить самих себя.

Значит, и редупликация, и метаболизм являются лишь необходимыми, но не достаточными условиями для определения феномена жизни. Процесс воспроизведения подобных себе форм организации материи в среде биологических макромолекул, как показано Эйгеном, является следствием определенного физико-химического взаимодействия, свойственного, как оказывается, не только миру живого. Поэтому динамика биологических макромолекул является предметом химии (может быть, физикохимии), но никак не биологии.

В теории систем организмом называется система, обладающая собственными целями и определенной способностью им следовать. И трудно не согласиться с академиком Г. А. Заварзиным, который формулирует утверждение, аналогичное тому, которое приведено в заглавии этого раздела (см. его работу «Индивидуалистический и системный подходы в биологии» – «Вопросы философии», 1999, № 3). Природа не знает примеров живого вещества, не состоящего из организмов. Именно поэтому некоторые биологи избегают использовать введенное Вернадским словосочетание «живое вещество». Но я буду применять этот термин Вернадского, понимая, что всякий раз, когда я произношу словосочетание «живое вещество», я имею в виду некоторую совокупность организмов.

Мир по существу дискретен, и то, что жизнь проявляет себя только в форме дискретных образований, физику кажется естественным. Но то, что эти образования суть организмы, имеющие собственные цели и, прежде всего, сохранение своей целостности, делает подобное утверждение уже не тривиальным. Вот почему термин «живое вещество», который ввел В. И. Вернадский и который я широко использую в данной работе, означает некоторое множество живых организмов. Последнее обстоятельство не всегда принимается во внимание, особенно небиологами.

Однако и это важнейшее условие – живое может существовать только в форме организма – является лишь необходимым, но не достаточным условием для того, чтобы считать организм живым. По существу любой механизм, созданный человеком для достижения определенной цели, является организмом. Но такой пример вряд ли удовлетворит читателя, поскольку искусственные технические организмы, хотя и обладают метаболизмом, но не обладают метаболизмом и свойствами редупликации одновременно.

Однако лет десять тому назад я предложил модель некоторой системы элементов, не обязательно живых. Эта модель обладала и свойством редупликации, но, что еще важнее, она была способна формировать петли обратных связей, сохраняющих целостность системы, то есть обеспечивать достижение определенной цели. И это происходило за счет неточности редупликации, то есть некоторого случайного фактора (см. мою статью «Биота как регулятор и проблема sustainability» в «Журнале вычислительной математики и математической физики», 1994, т. 34, № 4). Таким образом, обладание свойствами редуплекации и метаболизмом еще не означает, что организм принадлежит живому веществу. То есть даже совокупность «организм – метаболизм – редуплекация» не является достаточной для отнесения изучаемого объекта к миру живого.

В 1840-х годах один из величайших представителей науки XIX века Луи Пастер обратил внимание на тот удивительный факт, что любое живое вещество или продукт его жизнедеятельности поляризует свет. Казалось, что появился еще один признак живого, еще одно свойство, которым живое должно обладать. Подчеркну: необходимое, но не достаточное, ибо кристаллы, например, тоже поляризуют свет. Объяснить причину этого удивительного свойства живого вещества Пастер тогда не смог.

Однако через тридцать с лишним лет Пьер Кюри, уже физик, а не биолог, объяснил причину подобного явления. Оказалось, что молекулы одного и того же вещества могут иметь разного типа симметрию в расположении атомов, и вещества одного и того же химического состава могут иметь различную геометрию молекул. Такие вещества химически не различимы. А живой организм несмотря на это отбирает и использует для своей жизнедеятельности молекулы только одного типа симметрии. И, может быть, самое удивительное, связанное с открытием Кюри, состоит в том, что живое способно выделять молекулы нужного типа симметрии, не обладая ни электронным микроскопом, ни другими средствами современного физического анализа. Как устроен механизм подобной селекции, мы не понимаем и по сей день! Благодаря этому открытию человечество получило в руки важнейший инструмент отбраковки веществ, не имеющих отношения к живому миру.

Прежде всего заметим, что сегодня закон Пастера – Кюри имеет очень важное значение для формирования «Картины мира». В самом деле, к настоящему времени человечеством накоплено достаточно большое количество космического материала, включая лунный грунт. И среди этого материала отсутствуют какие-либо вещества, способные поляризовать свет. Отсюда мы можем сделать естественное заключение о том, что во всяком случае в ближнем космосе не существует «живого вещества» или результатов его жизнедеятельности.

В конце XIX века, как я уже говорил, знаменитый шведский ученый Сванте Аррениус высказал гипотезу о том, что жизнь на Землю занесена из космоса. Этой гипотезы (сам Аррениус назвал ее гипотезой панспермии), хотя она и не объясняла происхождение жизни, придерживались многие известные исследователи, и в частности В. И. Вернадский, считавший жизнь, как и материю, вечной. Мне кажется, что сегодня от гипотезы Сванте Аррениуса разумнее всего отказаться. Земная жизнь, скорее всего, возникла на самой Земле. Но вот как это произошло пока остается одной из величайших тайн Природы. Хотя возможности панспермии нельзя игнорировать и, наверное, следует изучать, поскольку панспермия может быть одним из механизмов распространения живого вещества в космосе.

Еще в Средние века Реди сформулировал свой знаменитый постулат о том, что «всё живое происходит только от живого», который был принят научной общественностью в качестве аксиомы. Луи Пастер в средине XIX века серией тщательных экспериментов подтвердил справедливость постулата Реди. Благодаря этому Пастер и приобрел мировую известность. С тех пор этот принцип называют законом Пастера – Реди. Но сказанное выше по поводу гипотезы панспермии Аррениуса и закона Пастера – Кюри противоречит закону Пастера – Реди. Как преодолеть это противоречие?

По-видимому, преодолеть его нельзя. И так будет происходить до тех пор, пока человечество не постигнет тайны возникновения жизни, не установит ту эволюционную цепочку, которая связывает живое вещество с косной материей. Поэтому мне кажется разумным принять гипотезу, ограничивающую применение выводов из закона Пастера – Реди. Наиболее естественным и целесообразным мне представляется переформулировать закон Пастера – Реди и говорить о том, что в современных условиях всё живое на Земле происходит только от живого. Такое уточнение является эмпирическим обобщением и снимает указанное противоречие. Итак, описание «Картины мира» с участием живого вещества по существу требует введения новой и пока еще не проверяемой гипотезы!

Есть еще одна особенность живого вещества: невозможно описать жизнедеятельность организмов без введения нового понятия – «информация». Только законов физики и химии для этого оказывается недостаточно. Что же означает «информация»? Как определить это понятие, в котором нет необходимости при описании процессов, протекающих в неживой природе? Ответ на этот вопрос необходим, поскольку описать содержание процессов жизнедеятельности организмов без учета процессов информационной природы невозможно! Но понятие информации тоже неоднозначное, оно требует специального обсуждения, которому и будет посвящен один из разделов следующей главы.

Таким образом, вопрос об определении того, что означает жизнь, остается открытым. Может ли приблизить к ответу на этот вопрос введение и использование термина «информация»?

Итак, будем полагать, что однажды в Универсуме произошла грандиозная бифуркация. В результате действия механизмов самоорганизации, в результате непрерывного усложнения системы организации косного вещества возникла качественно новая форма организации материи, которую В. И. Вернадский назвал живым веществом. Замечу, что такую точку зрения разделяют далеко не все. Так, например, Сванте Аррениус считал и Вселенную, и жизнь во Вселенной вечными. Эту точку зрения, по-видимому, разделял и Вернадский. Поэтому высказанное мной утверждение – это некоторая гипотеза. Однако она не противоречит известным фактам, кроме, может быть, закона Пастера – Реди в его изначальной формулировке.

Да, мы не знаем того механизма, действие которого привело к возникновению живого вещества. Но я убежден в справедливости этой гипотезы, ибо она отвечает общей логике развития систем – логике универсального эволюционизма и позволяет выстроить непротиворечивое и стройное здание развития Универсума. Красота конструкции той или иной гипотезы или интерпретации всегда служила немаловажным аргументом в ее пользу. И, как правило, оправдывалась в последующих исследованиях.

Итак, я принимаю гипотезу о бифуркации, в результате которой возникло живое вещество. Эта перестройка имела и, можно думать, будет иметь глубочайшие последствия для развития Универсума. Универсума в целом, а не только биосферы! И хотя нам известен пока лишь один из островков жизни – планета Земля – этих сведений достаточно, чтобы понять, сколь мощным фактором является утверждение жизни, как ее появление изменило само существо Универсума.

Жизнь многократно ускорила все процессы развития неживой материи. Ее геохимические процессы стали превращаться в биогеохимические, стали возникать новые формы неживой материи, создаваемые живым веществом, и т. д. и т. п. Но, наверное, самый главный результат этой бифуркации для всего процесса развития Вселенной состоит в том, что появились реальные возможности, я бы даже сказал реальные предпосылки, для возникновения Разума и его носителя – человека – еще одного, качественно нового, этажа в структуре Универсума.

Глава 5
Система «геосфера + жизнь»

Как уже говорилось выше, живое вещество следует рассматривать как подсистему более общей системы «геосфера + жизнь». Последнее означает, что изменение геосферы и биосферы происходят во взаимодействии, хотя временные масштабы геохимических и биогеохимических процессов совершенно разные.

Но именно благодаря этому и следуя принципу выделения объекта изучения, о котором говорилось в одной из предыдущих глав, очень много полезных сведений о характере развития биосферы, и биоты в частности, мы можем получить и при локальном рассмотрении, считая геосферу фоном развития жизни.

А это, в свою очередь, означает, что мы в интересах наблюдателя пренебрегаем влиянием на содержание биотических процессов тех изменений, которые вносит в развитие геосферы живое вещество, то есть пренебрегаем рядом обратных связей.

Итак, оставим в стороне нерешенные вопросы о происхождении жизни, приняв гипотезу о бифуркации, и сосредоточим внимание на изучении процессов самоорганизации в живом веществе как подсистеме биосферы.

Законы, управляющие процессами жизнедеятельности, неизмеримо сложнее, чем те, которые управляют развитием косной материи. Но если мы присмотримся внимательно к процессам развития биоты, то обнаружим ту же логику самоорганизации, и для ее описания также подходит язык дарвиновской триады (изменчивость, наследственность, отбор), возникший впервые как язык описания эволюции именно живой Природы.

И что не менее важно для понимания процессов развития жизни, точнее, системы живых организмов, так это представление о развитии жизни как о некотором динамическом процессе. Череда бесконечных катастрофических перестроек, хорошо изученных эволюционистами, является тому наглядным доказательством.

Вот почему и на этом уровне организации вещества проявляются те же свойства РЫНКА, о которых шла речь в предыдущей главе. Только теперь понятие о стабильности должно быть расширено, и более правильно говорить не столько о стабильности или устойчивости, сколько о сохранении гомеостаза. Но и на этом уровне сохраняется отбор по характеристикам системы в данный момент, без прогноза будущего возможного состояния!

И отдельному живому организму, и системам организмов (например, популяциям) свойственны такие же периоды бифуркационных перестроек, как и тем динамическим системам, о которых речь шла выше.

Я еще вернусь к описанию некоторых особенностей механизмов самоорганизации в мире живого, а сейчас – одно важное отступление, посвященное проблемам, связанным с термином «информация». Ибо дальнейшее обсуждение процессов эволюции живого вещества уже невозможно без учета процессов информационной природы.

Если описание эволюции неживой материи не требует использования понятия об информации, информационном взаимодействии, то объяснение жизнедеятельности живых организмов, как мы увидим, невозможно без введения в язык термина «информация».

Информация – это очень сложное и многоплановое явление. И с моей точки зрения, оно относится тоже к первопонятиям, поскольку дать однозначное определение информации, опираясь только на другие первопонятия, мне представляется невозможным. Можно лишь описать те ли иные особенности того, что принято называть информацией (что интуитивно называется информацией) и информационным взаимодействием.

Удивительно: уже возникла обширная наука информатика, которая пронизывает многие (если не все) научные дисциплины, наука, которая является основой важнейших направлений развития современной техники, вторгается во все сферы нашей жизни, наука, от успеха которой во многом будет зависеть будущность человека, а между тем центральное понятие этой теории – «информация» – до сих пор не имеет четкого общепринятого определения. И это обстоятельство роднит его с такими фундаментальными понятиями, как материя или энергия.

Многие ученые, прежде всего философы и методологи информатики и кибернетики, считают информацию всеобщим свойством материального мира.

Я же убежден, что подобные взгляды не являются достаточно обоснованными, и склонен считать, что удовлетворяющего всех определения информации, то есть достаточно универсального определения, просто не может быть, ибо оно неотделимо от свойств субъекта, который нуждается не в информации вообще, а во вполне определенной информации, и отбрасывает ненужную ему информацию.

В основе понятия информации и информационного взаимодействия лежит сигнал, хотя он совершенно не эквивалентен понятию информации и может иметь любой источник, а главным в информационном взаимодействии является субъект, принимающий сигнал и формирующий соответствующую реакцию на этот сигнал.

Информация сама по себе ничего не стоит и ничего не означает. Мне кажется бессмысленным говорить о ценности информации как о некоторой абсолютной характеристике. Информация нужна субъекту (организму) для возможности выбора способа действий при стремлении к достижению некоторой цели. Поэтому по отношению к живому организму понятие качества информации вполне закономерно и может быть охарактеризовано ее соответствием тем целям, которые стремится достичь тот или иной субъект, его способностью воспринять информацию и его способностью ее использовать.

Основоположник теории информации К. Шеннон рассматривал простейший вариант информационных процессов: передачу определенного типа сигналов с помощью средств связи. Заметим, что для этой цели он мог бы и не употреблять термина «информация», поскольку и без него можно было бы оценить искажение сигналов случайными помехами и построить соответствующую математизированную теорию.

Субъективное значение информации ни Шеннон, ни его последователи не рассматривали. А это субъективное восприятие информации мне представляется самым важным в теории информации.

Я буду понимать слово «информация» в самом простом житейском смысле – как некоторую совокупность сведений. И не только из-за многообразия ее особенностей, но и в силу того, что необходимость введения этого понятия возникает тогда, когда мы начинаем изучать объекты, способные к целенаправленным действиям.

И по мере усложнения организации материального мира, по мере появления объектов всё большей и большей сложности и с более сложным набором целей потребность в сведениях у организма непрерывно возрастает, и значение информации в развитии биосферы непрерывно растет и усложняется.

Я постараюсь это продемонстрировать.

Заметим еще раз, что получение сведений связано с сигналом, то есть некоторым воздействием среды или некого субъекта на другого субъекта, принимающего сигнал. Этим термином («сигнал») мы можем обозначать некоторое внешнее воздействие на тот или иной объект. Оно может приводить к определенной реакции объекта. Если эта реакция определяется известными законами физики и химии, то в употреблении термина «информация» нет необходимости.

Заметим, что эта реакция вовсе не обязательно однозначна. Так, действие разряда на смесь газов порождает целый ряд химических элементов, как и порыв ветра – целую гамму волн разной длины и амплитуды.

Точно также мы все привыкли говорить о генетической информации и о ее переносе от одного живого организма к другому. Но, по большому счету, и в этом явлении мы можем избежать употребления термина «информация». В самом деле, оплодотворение клетки – это некоторый физико-химический процесс, а неоднозначность результата связана с неизбежным присутствием случайных факторов. И он может быть объяснен на основе этих законов.

Совершенно иное дело, когда реакция объекта на сигнал не может быть объяснена на основе законов физики и химии. Предположим, например, что в поле зрения животного попал хищник. Реакция животного будет зависеть от множества обстоятельств. На основе своего опыта и опыта, приобретенного в результате обучения, животное «проведет анализ полученных сведений». Оно должно будет оценить, сколь опасен для него этот хищник, и «принять соответствующее решение». Вот здесь обойтись уже без понятия «информация» нельзя.

И весь процесс от поступления сигнала до выработки соответствующей реакции мы должны отнести к числу информационных процессов, а связь между действиями обоих животных мы и будем называть информационной. Заметим, что она не однозначна и зависит, например, от степени обученности животного. И не только от этого!

Хотя передача сигнала и реакция на него не могут быть объяснены без использования законов физики и химии, одними этими законами объяснить информационное взаимодействие невозможно. Субъект обладает системой рецепторов, способных принять сигнал. Вот их действия и могут быть описаны на языке физики и химии. Но дальше начинается уже малопонятное: организм способен к селекции сигналов, выделению того, что ему «интересно», и игнорированию сигналов, несущих сведения, не влияющие на характер его жизнедеятельности.

Примечание. Но есть факты, которые до сих пор не поняты. В предыдущей главе я говорил о законе Пастера – Кюри, согласно которому живая клетка отбирает в процессе метаболизма вещества только одного типа симметрии. Каков механизм этого отбора? Ответа на этот вопрос пока нет!

На уровне селекции сигнала появляется и понятие о ценности информации, то есть об информативности сигнала как степени полезности сведений, которые с ним связаны, для обеспечения целей организма. Если сигнал, например, не вызывает никакой реакции, то это означает, что он и не несет никакой информации.

Сейчас порой без особой необходимости используется еще одно понятие информатики – «обратная связь». Его часто используют в тех случаях, когда в материальных системах живой или косной материи возникают компенсационные эффекты, аналогичные проявлению свойств устойчивости. Используя такое понятие, часто забывают о том, что термин «обратная связь» возник в теории регулирования при создании систем автоматического управления техническими системами. Принцип обратной связи позволяет автоматически учитывать новые сведения о состоянии объекта при его малых отклонениях от желаемого состояния и менять соответственно управляющие воздействия без вмешательства управляющего субъекта.

Без понятия об информации нельзя объяснить и действие принципа обратной связи. Он, конечно, согласуется с законами физики, но не является их следствием, ибо все его характеристики полностью определяются субъектом, проектирующим систему. Поэтому, употребляя термин «обратная связь», надо помнить о его происхождении.

Таким образом, на определенном этапе мирового эволюционного процесса возникает вещество, развитие которого уже не может быть объяснено классическими законами физики и химии. Проявляются самостоятельные законы, имеющие информационную природу. Объяснить их природу и механизмы возникновения и реализации информационного взаимодействия в большинстве случаев мы пока не можем.

После этого отступления вернемся снова к описанию механизмов самоорганизации в мире живого и постараемся выяснить те новые качественные изменения, которые связаны с этим уровнем организации материи.