Каждая система более высокого уровня объединяет в единое целое, прямо или косвенно подчиняет своим закономерностям все нижележащие. Верхние и нижние границы такого иерархического ряда биологической организации определяются переходом к иным категориям форм движения материи. Например, если химический элемент системы обмена веществ в клетке в свою очередь представить как систему, организованную из атомов, то это уже не биологическая, а химическая система. С другой стороны, системы жизни, связанные с деятельностью человека, выходят из рамок чисто биологических, и на них накладывают свой отпечаток социальные закономерности.
Управление в биокибернетических системах как целесообразное саморегулирование
Сложная динамическая организация биокибернетической системы требует непрерывного управления, без которого система не может существовать. Особенность этого управления состоит в том, что оно происходит на основе самоорганизации и приобретает активный характер.
Активность живых систем
Возможность поддержания определенного состояния в условиях варьирования многих переменных в саморегулирующейся на основе обратных связей системе наглядно демонстрирует гомеостат (У. Эшби, 1962). В живых организмах способность противостоять внешним воздействиям достигает степени активного поведения.
Для живых систем, как мы уже видели выше, особенно характерны процессы саморегуляции за счет непрерывной внутренней работы создания негэнтропии и неравновесных структур. При этом система не только противодействует влиянию факторов, ведущих к ее дезорганизации, и облегчает действие факторов, благоприятствующих повышению ее организованности, но в отсутствие тех и других факторов, движимая громадным объемом внутренней организующей деятельности, может проявлять независимую от внешних условий, в данный момент обусловленную внутренними факторами так называемую спонтанную активность. Закрепление спонтанной активности во вновь возникающих структурах дает основу явлениям развития.
Это исключительное свойство живого долгое время служило поводом для виталистических рассуждений и лишь в свете концепции современной теоретической биологии и физиологии находит свое место среди естественнонаучных понятий. Исключительнаяструктурная сложность и множественность обратных связей в био-кибернетических системах превращает процессы управления ими в процессы внутреннего саморегулирования по собственным законам организации системы, а термодинамическая неравновесность ведет к их проявлениям в форме спонтанной активности развития.
Поскольку процессы управления в живых системах осуществляются главным образом как внутренние саморегуляторные, то они определяются в основном внутренними законами биокибернетической организации. Эти законы, как было выяснено выше, обусловливают преимущественное направление процессов преобразования системы в сторону возрастания упорядоченности и связаности ее элементов в структурном смысле и снижения значения энтропии в термодинамическом смысле. А. И. Берг (1963) считает даже, что все акты управления в кибернетических системах сопровождаются уменьшением энтропии.
Целесообразность саморегуляции
Из изложенного выше следует, что саморегулирование живой природы осуществляется не хаотично, а в определенном направлении, в виде решения задачи оптимизации ее биокибернетических систем. Большая сложность и вероятностное строение последних позволяют ей решать задачу оптимизации разными способами, а контроль решения через обратные связи стимулирует поиски новых способов до получения результата. С этой точки зрения получает биокибернетическое определение такое специфическое понятие биологии, как целесообразность, которому также долгое время придавали виталистический оттенок. По-видимому, в понятиях термодинамики целью живой системы следует считать оптимизацию ее поведения в данных условиях, которая достигается путем увеличения структурной и энергетической неравновесности со средой, выражаемой функцией отношения негэнтропии к энтропии. Однако ввиду сложности биологической эволюции не всегда можно точно определить критерии такой оптимизации. Целесообразная саморегуляция является основной формой процессов управления в живой природе.
Цели системы биосферы и ее подсистем
Представление о целесообразности саморегулирования в живых системах, как механизме их приспособления к конкретным условиям существования освобождает понятие цели от телеологических и антропоморфических толкований. Такой взгляд находит поддержку и среди философов (В. С. Украинцев, 1973). Исходя из этого представления цель биологической системы можно определить, как объективно проявляющееся направление активности, зависящее от ее организации и влияний окружающей среды.
Как уже было отмечено, общее направление активности биосферы в целом идет в сторону повышения уровня организации и накоп ления свободной энергии устойчивого неравновесия. Однако роль основных подсистем земной жизни в достижении этой цели оказывается весьма различной.
Зеленые растения, используя силы (солнечная энергия) и материалы (углекислота, вода, соли) неживой природы, создают первичные органические соединения, несущие энергию устойчивого неравновесия. Они создали и продолжают поддерживать атмосферу нашей планеты и являются базой для существования более высоких форм жизни. Поэтому направление активности или цель растительной подсистемы биосферы можно определить как первичный синтез биомассы из неорганических источников и создание исходного негэнтропийного материала.
Масса живого вещества, созданная растениями, используется животными прямо (травоядные) или вторично (плотоядные) для преобразований в более высокооргаяизованные структуры своего тела. На основе этих преобразований возникают такие новые высокоэффективные приспособительные функции, как двигательная и нервная, резко увеличивающие активность организмов. Общее
направление активности в животной подсистеме биосферы можно определить как прогрессивные преобразования биомассы, повышающие ее структурную организацию и уровень негэнтропии.
Принципиальная особенность человеческой деятельности состоит, как известно, в использовании орудий труда. Тем самым впервые в истории развития жизни на Земле создание негэнтропии и преобразование биомассы было вынесено за пределы живого организма и стало совершаться в искусственно организованных производственных процессах, использующими материалы и силы как живой, так и неживой природы. Если растения и животные ограничены в использовании природных ресурсов «пропускной способностью» обмена веществ в своих организмах, то человек снимает для себя эти ограничения и «всю природу превращает в его неорганическое тело» (К. Маркс, 1844) *. В отличие от растительной и животной цель человеческой подсистемы биосферы можно определить, как создание посредством орудий труда позволяющих создавать небиологическим техническим путем свободную энергию негэнтропии в искусственных системах, воспроизводящих процессы, осуще-
ствляемые до того лишь живой материей. Растения и животные вырабатывают термодинамическую и структурную энтропию в себе,
•человек вырабатывает ее машинами для себя.
Классификация механизмов саморегуляции
Классификация видов саморегулирования в живых системах
еще мало разработана. С. Н. Брайнес и В. Б. Свечинский (1963) предложили общую схему управления функциями организма на трех уровнях. Низший уровень нервной и гуморальной регуляции
«обеспечивает по интероцептивным сигналам постоянство основных
* См.: Маркс К., Энгельс Ф. Из ранних произведений. М., Госполит-/издат, 1956, с. 565.
(физиологнческих констант (кровяного давления, состава крови, температуры тела и т. д.). Средний уровень безусловнорефлектор-ного управления обеспечивает приспособительные реакции организма в связи с изменениями его состояния (например, поведение голодного и сытого животного). Высший уровень условнорефлектор-ного управления обеспечивает по сигналам внешнего мира приспособительные изменения вегетативной сферы и целостного поведения организма.
Анализ процессов управления с учетом термодинамических критериев привел к выделению семи уровней целесообразного саморегулирования в ответ на- внешние так называемые энтропийные-факторы, повышающие внутреннюю энтропию живой системы-(В. И. Черныш, 1968): 1. Стабилизация путем поддержания постоянными параметров системы при кратковременном действии слабых энтропийных факторов. 2. Адаптация путем перестройки внутренней структуры и функций системы при длительном или постоянном действии слабых энтропийных факторов. 3. Самовосстановление путем создания новых структур взамен разрушенных кратковременным действием сильных энтропийных факторов. 4. Размножение путем воспроизведения себе подобных для сохранения системы вида при действии факторов, уничтожающих отдельные особи. 5. Развитие путем объединения и реализации в одной системе всех предыдущих уровней саморегулирования при действии разнообразных энтропийных факторов. 6. Эволюция путем переключения на использование новых видов веществ и энергии при действии энтропийных факторов истощения окружающей среды 7. Соревнование путем формирования структур и развития функций, противодействующих влиянию энтропийных факторов, порождаемых деятельностью других биокибернетических систем.
В технике возможно четкое разделение управляющего устройства и объекта управления (В. В. Солодовников, 1961). Однако в живом организме они настолько переплетаются, что границу между ними бывает трудно провести. Например, когда образующиеся при переваривании пищи пептоны, всасываясь в кровь, вызывают усиленное выделение желудочного сока, который увеличивает образование пептонов, то белковые вещества выступают в роли управляющего устройства и в роли объекта управления. Более ясное разграничение управляющих и исполнительных структур имеет место в системе движений (А. А. Гидиков, 1964). В управляющих воздействиях предыдущих звеньев рефлекторного механизма на последующие проявляется принцип детерминирующей роли «станции отправления» (Г. Н. Крыжановский, 1975).