Ч. Дарвин и его биологическая концепция. Характеристика самоорганизующихся систем

СОДЕРЖАНИЕ

1. Характеристика кибернетики, синергетики как общих наук о процессах управления и самоорганизации систем

2. Особенности дарвинской концепции биологического прогресса

Литература

1. Характеристика кибернетики, синергетики как общих наук о процессах управления и самоорганизации систем

Современное поколение является свидетелем стремительного развития науки и техники. Однако до середины XX века почти все создаваемые человеком механизмы предназначались для выполнения хотя и весьма разнообразных, но в основном исполнительных функций. Их конструкция предусматривала всегда более или менее сложное управление, осуществляемое человеком, который должен оценивать внешнюю обстановку, внешние условия, наблюдать за ходом того или иного процесса и соответственно управлять машинами, движением транспорта и т. д. Область умственной деятельности, психики, сфера логических функций человеческого мозга казались до недавнего времени совершенно недоступными механизации.

Однако современный уровень развития радиоэлектроники позволяет ставить и разрешать задачи создания новых устройств, которые освободили бы человека от необходимости следить за производственным процессом и управлять им, т. е. заменили бы собой оператора, диспетчера. Появился новый класс машин - управляющие машины, которые могут выполнять самые разнообразные и часто весьма сложные задачи управления производственными процессами, движением транспорта и т. д.

Наука, изучающая общие закономерности строения сложных систем управления и протекания в них процессов управления называется кибернетикой Кузин Л. Т. Основы кибернетики. - М.: Наука, 1973 . С. 22.. А так как любые процессы управления связаны с принятием решений на основе получаемой информации, то кибернетику часто определяют еще и как науку об общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах.

Появление кибернетики как самостоятельного научного направления относят к 1948 г., когда американский ученый, профессор математики Массачусетского технологического института Норберт Винер (1894 -1964гг.) опубликовал книгу «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». В этой книге Винер обобщил закономерности, относящиеся к системам управления различной природы - биологическим, техническим и социальным. Кибернетика возникла на стыке математики, теории информации, техники и нейрофизиологии, ее интересовал широкий класс как живых, так и неживых систем.

Со сложными системами управления человек имел дело задолго до кибернетики (управление людьми, машинами; наблюдал регуляционные процессы у живых организмов и т.д.). Но кибернетика выделила общие закономерности управления в различных процессах и системах, а не их специфику.

Можно выделить следующие задачи кибернетики:

1) установление фактов, общих для управляемых систем или для некоторых их совокупностей;

2) выявление ограничений, свойственных управляемым системам и установление их происхождения;

3) нахождение общих законов, которым подчиняются управляемые системы;

4) определение путей практического использования установленных фактов и найденных закономерностей.

Для систем любой природы понятие «управление» можно определить следующим образом: управление - это воздействие на объект, выбранное на основании имеющейся для этого информации из множества возможных воздействий, улучшающее его функционирование или развитие Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник М.: ИКЦ «Маркетинг», 2001. С. 114..

Управление включает возможность предвидеть те изменения, которые произойдут в системе после подачи управляющего воздействия (сигнала, несущего информацию). Всякая система управления рассматривается как единство управляющей системы (субъекта управления) и управляемой системы - объекта управления. Управление системой или объектом всегда происходит в какой-то внешней среде. Поведение любой управляемой системы всегда изучается с учетом ее связей с окружающей средой. Поскольку все объекты, явления и процессы взаимосвязаны и влияют друг на друга, то, выделяя какой-либо объект, необходимо учитывать влияние среды на этот объект и наоборот. Свойством управляемости может обладать не любая система. Необходимым условием наличия в системе хотя бы потенциальных возможностей управления является ее организованность.

Чтобы управление могло функционировать, то есть целенаправленно изменять объект, оно должно содержать четыре необходимых элемента:

1) каналы сбора информации о состоянии среды и объекта - информация -это «ресурс» управления, это связь между управляющей и управляемой системами, это преобразование сообщений, способность управлять физическими, химическими, биологическими и социальными процессами.

Там, где есть информация, действует управление, а там, где осуществляется управление, непременно наличествует и информация. Важное свойство информации - способность передаваться на расстоянии. Еще одно ее свойство - способность информации подвергаться переработке и способность сохраняться в течение любых промежутков времени и изменяться во времени. Кроме того, информация обладает способностью переходить из пассивной формы в активную, например, когда извлекается из «памяти» для построения тех или иных структур (синтез белка, создание текста на компьютере и т. д.);

2) канал воздействия на объект;

3) цель управления - цель определяется как внешней средой, так и внутренними потребностями субъекта управления. Цель должна быть принципиально достижимой, она должна соответствовать реальной ситуации и возможностям системы (управляющей и управляемой). За счет управляющих воздействий управляемая система может целенаправленно изменять свое поведение. Целенаправленность управления биологических управляемых систем сформирована в процессе эволюционного развития живой природы. Она означает стремление организмов к их выживанию и размножению. Целенаправленность искусственных управляемых систем определяется их разработчиками и пользователями;

4) способ управления, указывающий, каким образом можно достичь поставленной цели, располагая информацией о состоянии среды и объекта.

Теперь рассмотрим понятие самоорганизации. В современную науку это понятие вошло через идеи кибернетики. Процесс самоорганизации систем обусловлен таким неэнтропийным процессом, как управление (энтропия - мера неорганизованности, хаоса).

Термин «самоорганизующаяся система» ввел кибернетик У. Росс Эшби для описания кибернетических систем. Для самоорганизующихся систем характерны:

- способность активно взаимодействовать со средой, изменять ее в направлении, обеспечивающим более успешное функционирование системы:

- наличие определенной гибкости структуры или адаптивного механизма, выработанного в ходе эволюции;

- непредсказуемость поведения самоорганизующихся систем;

- способность учитывать прошлый опыт или возможность научения.

Использование понятий и идей кибернетики в вопросах физики, химии, биологии, социологии, психологии и других науках позволили глубоко продвинуться в сущность процессов, протекающих в неживой и живой природе.

Рассмотрим еще одно направление современного точного естествознания - синергетику. Создателем синергетического направления и изобретателем термина «синергетика» является профессор Штугггартского университета и директор Института теоретической физики и синергетики Герман Хакен.

По Хакену, синергетика занимается изучением систем, состоящих из большого числа частей, компонентов или подсистем, одним словом, деталей, сложным образом взаимодействующих между собой. Слово «синергетика» и означает «совместное действие», подчеркивая согласованность функционирования частей, отражающуюся в поведении системы как целого.

Синергетику можно определить как науку, целью которой является выявление, исследование общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравноценных системах различной природы (физических, химических, биологических, экологических и др.) Гусейханов М.К. Концепции современного естествознания: Учебник.- М.: Издательско -торговая корпорация «Дашков и К», 2004. С. 97..

Синергетика являет собой новый этап изучения сложных систем, продолжающий и дополняющий кибернетику и общую теорию систем. Если кибернетика занимается проблемой поддержания устойчивости путем использования отрицательной обратной связи, а общая теория систем - принципами их организации (дискретностью, иерархичностью и т. п.), то синергетика фиксирует свое внимание на неравновесности, нестабильности как естественном состоянии открытых нелинейных систем, на множественности и неоднозначности путей их эволюции. Синергетика исследует типы поведения таких систем, то есть нестационарные структуры, которые возникают в них под действием внешних воздействий или из-за внутренних - флуктуации (флуктуации - случайные отклонения от среднего значения физических величин, характеризующих систему из большого числа частиц).

Системы, составляющие предмет изучения синергетики, могут быть самой различной природы и содержательно и специально изучаться различными науками, например, физикой, химией, биологией, математикой, нейрофизиологией, экономикой, социологией, лингвистикой. Каждая из наук изучает «свои» системы своими, только ей присущими, методами и формулирует результаты на «своем» языке.

В отличие от традиционных областей науки синергетику интересуют общие закономерности эволюции (развития во времени) систем любой природы. Отрешаясь от специфической природы систем, синергетика обретает способность описывать их эволюцию на интернациональном языке, устанавливая своего рода изоморфизм двух явлений, изучаемых специфическими средствами двух различных наук, но имеющих общую модель, или, точнее, приводимых к общей модели. Обнаружение единства модели позволяет синергетике делать достояние одной области науки доступным пониманию представителей совсем другой науки и переносить результаты одной науки на, казалось бы, чужеродную почву.

Нужно сказать, что изучением систем, состоящих из большого числа частей, взаимодействующих между собой тем или иным способом, занимались и продолжают заниматься многие науки. Одни из них предпочитают подразделять систему на части, чтобы затем, изучая разъятые детали, пытаться строить более или менее правдоподобные гипотезы о структуре или функционировании системы как целого. Другие изучают систему как единое целое, предавая забвению тонко настроенное взаимодействие частей. И тот, и другой подходы обладают своими преимуществами и недостатками.

Синергетика наводит мост через брешь, разделяющую первый, редукционистский, подход от второго, холистического. К тому же в синергетике, своего рода соединительном звене между этими двумя экстремистскими подходами, рассмотрение происходит на промежуточном, мезоскопическом уровне, и макроскопические проявления процессов, происходящих на микроскопическом уровне, возникают «сами собой», вследствие самоорганизации, без руководящей и направляющей «руки», действующей извне системы.

Это обстоятельство имеет настолько существенное значение, что синергетику можно было бы определить как науку о самоорганизации.

Синергетика перекинула мост между неорганической и живой природой. Она пытается ответить на вопрос, как возникли те макросистемы, в которых мы живем. Во многих случаях процесс упорядочения и самоорганизации связан с коллективным поведением подсистем, образующих систему. Наряду с процессами самоорганизации синергетика рассматривает и вопросы самодезорганизации - возникновения хаоса в динамических системах.

Как правило, исследуемые системы являются диссипативными, открытыми системами. Открытые системы обмениваются веществом, энергией информацией со средой. В открытых системах тоже возникает энтропия, происходят необратимые процессы, но за счет получения материальных ресурсов, энергии и информации система сохраняется, а энтропию выводит в окружающую среду. Открытые системы характеризуются неравновесной структурой. Неравновесность связана с адаптацией к внешней среде (система вынуждена изменять свою структуру), система может претерпевать много различных состояний неопределенность и т.д. Переход от термодинамики равновесных процессов, к анализу открытых систем ознаменовал крупный поворот в науке, многих отраслях научных знаний. В открытых системах обнаружен эффект самоорганизации, эффект движения от хаоса к порядку. Синергетика исследует особые состояния систем в области их неустойчивого состояния, способность к самоорганизации, точки бифуркации (переходные моменты, переломные точки).

Рассмотрим, как синергетика объясняет процесс движения от хаоса к порядку, процесс самоорганизации, возникновения нового.

1. Для этого система должна быть открытой, обмениваться энергией, вещест -вом, информацией с окружающей средой.

2. Фундаментальным условием самоорганизации служит возникновение и усиление порядка через флуктуации.

3. В особой точке бифуркации флуктуация достигает такой силы, что организация системы не выдерживает и разрушается, и принципиально невозможно предсказать: станет ли состояние системы хаотичным или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности. В точке бифуркации система может начать развитие в новом направлении, изменить свое поведение. Под точкой бифуркации понимается состояние рассматриваемой системы, после которого возможно некоторое множество вариантов ее дальнейшего развития.

4. В точке бифуркации система встает на новый путь развития. Те траектории или направления, по которым возможно развитие системы после точки бифуркации и которое отличается от других относительной устойчивостью, иными словами, является более реальным, называется аттрактором. Аттрактор- это относительно устойчивое состояние системы, притягивающее к себе множество «линий» развития, возможных после точки бифуркации. Случайность и необходимость взаимно дополняют друга в процессе возникновения нового

Синергетика сыграла огромную роль в раскрытии механизмов самоорганизации сложных систем - природных и социальных, а также созданных руками человека. Вместе с синергетикой пришло понимание единства неорганического и органического мира, понимание того, что чередование хаоса и порядка является универсальным принципом мироустройства.

Синергетика выявила бифуркационный механизм развития, конструктивную роль хаоса в процессах эволюции самоорганизованных систем, механизм конкуренции виртуальных, т. е. допустимых, возможных форм структур, заложенных в системе. Синергетические понятия применимы к любым развивающимся системам. Они становятся инструментами социального мышления и анализа. Синергетика выявляет общие идеи, методы и закономерности процессов самоорганизации в самых различных областях естественнонаучного, технического и социально-гуманитарного знания.

2. Особенности дарвинской концепции биологического прогресса

Под эволюцией живого мира понимают процесс развития природы со времени возникновения жизни до настоящего времени. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Учебник. - М.: ИКЦ «Маркетинг», 2001. - С.612. В ходе эволюции менялись и возникали новые виды, появлялись все более сложные формы живых организмов, причем живое приспосабливалось к изменениям окружающей среды.

Идеи эволюции впервые возникли еще в XVIII веке у французского натуралиста Ж.Бюффона, который склонялся к мысли о постепенном совершенствовании живых организмов, а его соотечественник Ж.Ламарк впервые попытался создать стройную теорию эволюции жизни на земле. Примерно в то же время англичанин Ч.Лайель в результате своих геологических исследований вывел принцип униформизма, в соответствии, с которым медленные ничтожные изменения приводят к поразительным результатам, если происходят долго в одном направлении.

Идеи Лайеля оказали большое влияние на английского естествоиспытателя Чарльза Дарвина. В 1831 г. он отправился в кругосветное плавание, прихватив с собой только что вышедший первый том «Основ геологии» Лайеля, а через пять лет привез из путешествия огромное количество материалов об изменчивости организмов и видов и убеждение, что все животное и растительное царство, каким мы его знаем сегодня, - результат постепенного очень длительного развития сложного органического мира.

Главный труд всей жизни ученого, названный по традиции той эпохи многословно: «Происхождение видов путем естественного отбора или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», был издан 24 ноября 1859 года и разошелся тиражом в 1250 экземпляров. В 1868 году Дарвин публикует второй капитальный труд «Изменение домашних животных и культурных растений», который явился дополнением к основному труду. В этот труд вошла масса фактических доказательств эволюции органических форм, почерпнутых из многовековой практики человека. Третий большой труд по теории эволюции - «Происхождение человека и половой отбор» Дарвин опубликовал в 1871 году, а дополнением к нему явилась книга «Выражение эмоций у человека и животных».

Способность к размножению, свойственная всему живому, обеспечивает сохранение вида. Численность всех популяций на земле контролируется различными факторами среды (пространство, свет, пища, тепло). Исследуя и сопоставляя огромный материал, Дарвин начал понимать, что в условиях интенсивной конкуренции между членами популяции любые изменения, благоприятные для выживания в данных условиях, повышают способность особи к размножению и оставлению плодовитого потомства. Эти соображения послужили остовом для сформулированной им в 1839 году теории эволюции путем естественного отбора.

Опираясь на огромный фактический материал и практику селекционной работы по выведению новых сортов растений и пород животных, Дарвин сформировал основные принципы своей эволюционной теории:

1) изменчивость является неотъемлемым свойством всего живого. В природе нельзя обнаружить два совершенно одинаковых тождественных организма. Чем тщательней и глубже мы изучаем природу, тем больше убеждаемся во всеобщем принципе изменчивости.

Дарвин различал два типа изменчивости:

- «индивидуальная» - та, которая передается по наследству;

- «групповая» - ей подвержены те группы организмов, которые оказываются под воздействием определенного фактора внешней среды.

Материалом эволюции может служить только неопределённая изменчивость, основанная, как установлено современной биологией, на мутациях и их комбинациях, возникающих в результате скрещивания. Новые мутации обычно вредны: они нарушают уже достигнутую приспособленность.

2) следующий принцип заключается в раскрытии внутреннего противоречия в развитии живой природы. Оно состоит в том, что с одной стороны все виды организмов имеют тенденцию к размножению в геометрической прогрессии, а с другой - выживает и достигает зрелости лишь небольшая часть потомства.

3) принцип естественного отбора. Он играет фундаментальную роль в теории эволюции не только Дарвина, но и всех теорий появившихся позднее.

С помощью этого принципа удалось удовлетворительно объяснить, почему из громадного множества живых организмов выживают лишь немногие.

Суть естественного отбора состоит в следующем. Человеку с давних пор было ясно, что пищевые ресурсы для какого-либо вида животных (растений) в определенной местности ограничены. А способность к размножению? Она ведь не имеет границ. Цифры здесь столь же просты, сколь и поразительны. Если бы из всех яиц, отложенных одной птицей, вылупились птенцы, выросли и сами дали потомство, а потомство этого потомства тоже бы сохранилось полностью, и так продолжалось бы, скажем, 15 лет, то общее число потомков одной пары достигло бы десяти миллионов.

Однако так практически никогда не происходит. Количество птиц, животных, растений остается неизменным (или меняется в небольших пределах как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения) нередко на протяжении многих столетий. Это значит, что далеко не из всех яиц вылупляются птенцы, не все птенцы становятся взрослыми птицами и, наконец, не все взрослые особи оставляют потомство. Кому же везет, кому выпадает счастливый жребий? Очевидно, тем, кому удается захватить нужное количество пищи, уберечься от врагов - словом, тем, кому удается победить в борьбе за существование.

В борьбе за существование побеждают, таким образом, лучше приспособленные к жизни, к условиям окружающей среды. Например, часть деревьев в лесу угнетена: им не хватает места под солнцем, и здесь, как и в животном мире, тоже происходит отбор. Однако отбирает здесь уже не человек, а сама природа. Именно условия природной среды ведут отбор наиболее приспособленных - естественный отбор. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник. - М.: Высшая школа, 2003. - С.289. Этим объясняется и целесообразность органических форм. Устройство животного или растения не потому целесообразно, что кто-то приспособил данный организм для определенной цели, а потому, что из всего многообразия форм выживали и могли оставлять потомство особи, лучше других приспособленные к данным условиям.

Таким образом, в процессе борьбы за существование у особей, оказавшихся не приспособленными к данным условиям среды, снижается плодовитость или они погибают. Чем ближе по своей биологии организмы, живущие на одной территории, тем острее идущая между ними конкуренция и тем большее число их гибнет; гораздо чаще выживают особи, использующие разную пищу, обладающие различными средствами защиты т. п., иными словами, приобретающие разные свойства.

В результате в ряду поколений происходит расхождение признаков -дивергенция, что, в конце концов приводит к расщеплению исходного вида на разновидности, которые могут стать новыми видами Уклонения, не соответствующие условиям среды, не сохраняются: особи, которым присущи такие признаки, гибнут: но незначительные мутации комбинируются при скрещивании особей, прошедших отбор. Это приводит к изменению свойств организма. Так, благодаря гибели особей, обладающих резкими неадаптивными уклонениями, и скрещиванию выживших первично неадаптивные мутации в процессе отбора превращаются в новые приспособления.

Так как гибнут в борьбе за существование и выживают (проходят отбор) не отдельные признаки, а несущие эти признаки особи, эволюционировать может только популяция - группа принадлежащих к одному виду и постоянно скрещивающихся между собой особей, обитающих на одной территории. Идущее под контролем естественного отбора скрещивание приводит не только к преобразованию мутаций, но и к постепенному распространению новых приспособлений на все особи, составляющие популяцию.

Благодаря непрерывному действию отбора в процессе эволюции накапливаются новые адаптивные изменения тех признаков, по которым идёт отбор. Но все части любого организма теснейшим образом связаны между собой, поэтому в ходе эволюции возникает соотносительная, или коррелятивная, изменчивость. Постепенное изменение строения организмов в соответствии с факторами внешней среды в конечном итоге приводит к становлению новых видов.

Конкретное направление эволюции определяется с одной стороны действием естественного отбора, а с другой - наличием спектра неопределённых наследственных уклонений у составляющих популяцию организмов, которые могут подвергнуться отбору. Таким образом, наследственная изменчивость -это лишь материал для эволюции. Главным движущим фактором эволюции служит естественный отбор.

Т.о. естественный отбор - механизм эволюции. И не столь важно, какая конкуренция имеет место - внутри или межвидовая; решающим фактором, определяющим выживание, является приспособленность к среде. Любое, пусть самое незначительное физическое, физиологическое или поведенческое изменение, дающее одному организму преимущество перед другим, будет действовать в «борьбе за существование» как селективное преимущество. Благоприятные изменения будут передаваться следующим поколениям, а неблагоприятные - элиминироваться отбором, так как они не выгодны организму. Действуя, таким образом, естественный отбор ведет к повышению «мощности» вида, а в филогенетическом плане - обеспечивает его выживание.

Дарвин впервые в истории биологии построил теорию эволюции. Это имело большое методологическое значение и позволило не только наглядно и убедительно для современников обосновать идею органической эволюции, но и проверить справедливость самой теории эволюции. Это была решающая фаза одной из величайших концептуальных революций в естествознании. Самым главным в этой революции была замена теологической идеи эволюции как представления об изначальной целесообразности моделью естественного отбора.

Несмотря на ожесточенную критику, теория Дарвина быстро завоевала признание благодаря тому, что концепция исторического развития живой природы лучше, чем представление о неизменности видов, объясняло наблюдаемые факты. Для обоснования своей теории Дарвин в отличие от своих предшественников, привлек огромное количество доступных ему фактов из самых разных областей. Выдвижение на первый план биотических отношений и их популяционно-эволюционная интерпретация была важнейшим новшеством дарвиновской концепции эволюции и дает право на заключение, что Дарвин создал свою концепцию борьбы за существование, принципиально отличную от идей предшественников.

Заслуга Дарвина состоит и в том, что он открыл движущие силы органической эволюции. На основе дарвинизма перестраивались все отрасли биологической науки. Палеонтология стала выяснять пути развития органического мира; систематика - родственные связи и происхождение систематических групп; эмбриология - устанавливать общее в стадиях индивидуального развития организмов в процессе эволюции; физиология человека и животных - сравнивать их жизнедеятельность и выявлять родственные связи между ними. В начале 20 в. началось экспериментальное изучение естественного отбора, быстро развивались генетика, экология.

Дальнейшее развитие биологии углубило и дополнило представления Ч. Дарвина, послужившие основой современного дарвинизма.

ЛИТЕРАТУРА

1. Галл Я.М. Становление эволюционной теории Чарлза Дарвина. - М.: Наука, 1993 - 141 с.

2. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Курс лекций. - М.: Центр, 2002. - 208 с.

3. Гусейханов М.К. Концепции современного естествознания: Учебник.- М.: Издательско -торговая корпорация «Дашков и К», 2004. -692 с.

4. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник М.: ИКЦ «Маркетинг», 2001. - 832 с.

5. Канке В.А. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: Логос, 2002. - 368 с.

6. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 2003. - 488 с.

7. Кузин Л. Т. Основы кибернетики. - М.: Наука, 1973 - 185 с.

8.Лавриненко В.Н. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2001. - 303 с.

9. Потеев М.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - СПб.: Изд - во «Питер», 1999. - 352 с.

10. Рузовин Г.И. Коцепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1999. - 288 с.

11. Скопин А.Ю. Концепции современного естествознания: Учебник. -М.: ТК Велби Изд-во Проспект, 2003. - 392 с.