ых для ее возникновения. (Уровень сложности таков, что вероятность получить его путем случайной сборки ничтожно мала). То есть информация приобретает свой смысл только посредством функциональной корреляции. "Вследствие такой нестабильности, - пишет М. Эйген, - нуклеация этой функциональной корреляции (мы можем назвать ее возникновением жизни) оказывается неизбежным событием - если благоприятные условия существования потока свободной энергии поддерживаются в течение достаточно длительного времени. Это первичное событие не уникально. В любом случае код станет универсальным вследствие нелинейной конкуренции" [40].

Данный вывод, полученный в рамках молекулярной биофизической теории, относящейся к фазе самоорганизации как переходу от неживого к живому, по существу, подтверждает приведенный в начале параграфа тезис, построенный на достаточно общих биокибернетических принципах самоорганизации. Оба вывода получены благодаря рассуждениям, основывающимся на признании определяющей роли структурно-динамических (существенно неравновесных) принципов, распространяющихся на замкнутые системы, функционирующие в условиях относительно неизменной среды, где неизбежное следование одного события за другим создает совершенный "детерминистический мир". Проблема выживания в последнем сводится к отысканию ограничений, которые управляют переходами от предыдущего события к последующему. "Ясно, - замечает по этому поводу Г. Ферстер, - что

105

самым простым из всех таких детерминистских миров был бы мир, где вовсе не происходит переходов, т. е. где все находится в неподвижном и равномерном покое. Поэтому-то мировой океан, где колебания температуры, изменения концентрации химических элементов, колебания разрушительных сил и т.д. сохраняются на минимальном уровне, явился колыбелью жизни" [41].

Необходимость неравновесности процессов, приводящих к образованию первичных функциональных структур, обоснована, в частности, П. Гленсдорфом и И. Пригожиным [42], описавшими тип событий, ведущих к переходу от неживых объектов к живым. Показано, что разрушение структур есть ситуация, преобладающая вблизи термодинамического равновесия; наоборот, создание структур может осуществляться по определенным нелинейным кинетическим законам вне области стабильности состояний, отвечающих обычному термодинамическому поведению. Поэтому одной из наиболее интересных в этом отношении проблем статистической физики и термодинамики является распространение концепции порядка на неравновесные ситуации для систем, в которых появление упорядоченных структур при термодинамическом равновесии было бы маловероятным. Вблизи равновесия не реализуемы также периодические процессы, характерные для живых систем. Возникновение новой структуры (в теории И. Пригожина - диссипативной структуры) в открытой системе всегда есть результат нестабильности.

Важно заметить, что упорядоченность открытых систем возрастет или останется постоянной не вопреки второму началу термодинамики, а вследствие ее законов. Упорядоченность поддерживается оттоком энтропии в окружающую среду. Строгая количественная формулировка таких фактов требует построения термодинамики открытых систем, термодинамики неравновесных процессов. Поскольку в описание подобных процессов в явной форме входит время, речь идет уже не о термостатике, но о физической кинетике [43]. И. Пригожин и его сотрудники показали, что в результате химических нестабильностей автокаталитические гомогенные системы вдали от равновесия могут образовывать структурные неоднородности в пространстве и времени, в частности, создавать осциллирующие структуры. По И. Пригожину, отклонение от равновесия и характеризует уровень диссипации. Вдали от равновесия и за пределами неустойчивости флюктуации усиливаются. В этом отношении диссипативная структура является гигантской флюктуацией, стабилизированной потоком энергии и вещества из внешнего мира.

Открытие действующего в диссипативных структурах нового принципа упорядоченности - порядка через флюктуацию - свидетельствует о том, что при определенных условиях структуры могут образовываться спонтанно и сами себя поддерживать. Режим самоподдержания означает некоторую индивидуальность и определенную автономию от среды. В отличие от кристалла (рав-

106

новесной системы), который растет в неопределенность, если полагается на свое собственное "решение", диссипативная структура находит и поддерживает свою форму и величину независимо от ближайшего окружения. Диссипативная структура "знает на деле", что ей импортировать и экспортировать, чтобы себя содержать и обновлять. Такая автономия, по характеристике Э. Янча [44], является выражением основополагающей комплементарности структуры и функции, одного из важнейших законов самоорганизации: спонтанно возникшая структура соответствует своей функции и наоборот. Задаваемая этим законом пластичность служит основой достижения самоподдерживающегося баланса системы и среды, а также коэволюции системы с ее окружением. Самоподдерживающаяся стабильность представляет разновидность эволюирующих систем, при которой флюктуации поглощаются целостной системой; это создает возможность внутреннего самоусиления, без чего не может быть подлинной самоорганизации.

Л. Тьюринг показал, как в совершенно однородной системе может возникать весьма правильная структура при условии, что эта система неустойчива и в определенное время подвергается случайному воздействию [45]. Тем самым констатировалось возникновение порядка, могущего лежать в основе формирования биологических структур. Интересуясь специальными формами морфогенетических путей в ходе эмбрионального развития, А. Тьюринг полагал, что такого рода новообразования структур весьма специфичны. Однако развитие синергетики продемонстрировало [46], что появление упорядоченных структур вслед за неустойчивыми значительно более общее явление. Становится возможным заключить, что "образующаяся впоследствии диссипативная структура действительно является новым состоянием вещества, которое индуцируется потоком свободной энергии в неравновесных условиях. В этом новом состоянии мы имеем новую физическую химию на супермолекулярном уровне..." [47]. Вполне вероятно, что появление диссипативных структур на предбиологической стадии могло привести систему к условиям, далеким от равновесия, а также к сохранению этих условий, что необходимо для возникновения определенных ключевых реакций, обеспечивающих дальнейшую эволюцию.

Во взаимодействии самоподдерживающих структур различают два основных вида обмена - коммуникацию и симбиоз. Если с обеих сторон поддерживается полная автономия, то можно говорить о коммуникации. Она возможна лишь там, где область восприятия двух или нескольких систем достаточно совпадает. Коммуникация есть самопредставление системы, созвучное жизненным процессам в другой системе [48]. Следуя физической аналогии, коммуникацию правомерно сравнить с явлением резонанса, в котором осцилляторы стимулируются практически без передачи энергии другим осцилляторам с колебаниями одинаковой собственной частоты. Если же обмен между самоподдерживающими

107

структурами включает существенное взаимное использование продуктов превращения - в форме либо энергии, либо материи, либо информации, то мы можем говорить о симбиозе. При симбиозе каждая система отчасти жертвует своей автономией, но выигрывает участие в вышестоящей системе и в новом уровне автономии, на котором находится вышестоящая система. Все живые организмы характеризуются симбиозом, который может приводить к полной взаимной зависимости двух организмов одного или различных видов. Так как все организмы находятся в отношении симбиоза, эволюция всегда является коэволюцией. Коэволюирующие системы действуют между приспособленностью и неприспособленностью: полная приспособленность и полная неприспособленность смертельны.

Идеи, развитые в теориях М. Эйгена и И. Пригожина, имеют, несомненно, важное методологическое значение. Теория М. Эйгена дает общий принцип отбора и эволюции на молекулярном уровне, основанный на критерии устойчивости стационарных состояний в (нелинейной) термодинамической теории. Она показывает, что объяснение основных принципов эволюции как самоорганизации на молекулярном уровне не требует "новой физики". Скорее оно опирается на принципы, выводимые из уже известных законов и связывающие макроскопические явления с динамическим поведением на элементарном уровне [49]. В частности, введение параметра ценности позволяет развить общую теорию, которая рассматривает возникновение или самоорганизацию "ценной" информации, объединяя тем самым дарвиновскую теорию эволюции с классической теорией информации, а также - после приложения этой концепции к самоорганизации на молекулярном уровне - обеспечивая количественную основу для молекулярной биологии. Теория И. Пригожина о диссипативных структурах, в свою очередь, служит связующим звеном между теорией отбора и термодинамикой необратимых процессов. Рассмотренные в ней общие вопросы (возникновение порядка, роль вероятностных и каузальных событий, зависимость структуры от предыстории, иерархия структур) вытекают из неравновесной термодинамики, примененной к определенным типам нелинейных систем, далеких от равновесия.

Н. Винер развивал идеи самоорганизации применительно к тончайшим механизмам наследственности, прибегая при этом к аналогии с процессом кристаллообразования. Обнаружив, в частности, что организация кристалла - снежинки - обусловлена динамикой ее колебаний, и установив, что некоторые комплексы нуклеиновых кислот являются кристаллами, Н. Винер отметил, что вибрационные свойства играют большую роль в организации динамических систем более грубой текстуры. Он предположил, что вибрации молекул в комплексах нуклеиновых кислот ответственны за поведение этих комплексов как организованных систем. Рассмотрев процессы самоорганизации в некоторых сооб-

108

ществах животных, Н. Винер констатировал: "Эти явления "захватывания" (или объединения с вовлечением в структуру новых свойств) и "взаимного захватывания" имеют, по-видимому, широкий диапазон в жизненных процессах. Предположение, которое я сделал относительно самоорганизации комплексов нуклеиновых кислот, состоит в том, что молекулярная вибрация подвержена аналогичному "захватыванию"" [50].

Концепция самоорганизации Винера содержит в качестве основного элемента признание колебательно-ритмических процессов, которые в структурном отношении являются общими для различных систем, достигших уровня самоорганизации. Необходимо подчеркнуть, что качественный уровень процессов самоорганизации, происходящих, например, в технических, биологических или других системах, различен. Это обстоятельство, по-видимому, и послужило причиной дифференциации феномена самовоспроизведения у автоматов и кристаллообразования. Одна из трудностей в определении того, что понимать под самовоспроизведением, по мнению Дж. фон Неймана, заключается в том, что некоторые организации, такие, как растущие кристаллы, по любому наивному определению самовоспроизведения будут самовоспроизводящими, однако никому не хочется признавать их такими [51]. Чтобы обойти эту трудность, можно считать, что самовоспроизведение включает в себя не только способность создавать другой организм, подобный оригиналу, но и подвергаться наследственным мутациям.

Самовоспроизведение выступает разновидностью самоорганизации. Понятие самовоспроизведения в данном контексте употребляется для характеристики автоматов, дающих на выходе нечто похожее на них самих. Речь идет об автоматах, способных мидифицировать объекты, подобные себе, или осуществлять синтез, выбирая части и соединяя их друг с другом, или разбирать синтезированные объекты. В процессе самовоспроизведения решающую роль играет свойство сложности, проявляющееся в том, что для каждого автомата имеется критическое число элементарных частей, ниже которого процесс синтезирования вырождается, а выше (при условии правильной организации) приобретает характер взрыва. Другими словами, синтез автоматов может протекать так, что каждый автомат будет создавать другие автоматы, более сложные и обладающие большими, чем он, возможностями.

Самовоспроизведение, понимаемое таким образом, соотнесено с процессами самоусложнения и саморазвития. Действительно, если самовоспроизведение возможно лишь на определенном (критическом) уровне сложности, то система, решающая задачу воспроизведения себе подобных, должна быть "запрограммирована" на самоусложнение и, стало быть, на саморазвитие. Поэтому правомерен вопрос, поставленный в общей и динамической форме, "как может нечто, что кажется простым, самостоятельно стать

109

сложным" [52]. Этот подход показывает, что модели воспроизведения, предложенные Дж. фон Нейманом, содержат сильные ограничения, которые снимаются в процессах воспроизведения естественных автоматов. М. Аптер комментирует этот факт следующим образом: "В моделях фон Неймана новая машина хотя и строится постепенно, шаг за шагом, а не создается готовой в один момент, все же этот рост управляется полностью извне той машиной, которая ее строит. То есть одна машина строит другую машину, а не вторая машина строится сама на основе инструкций, данных ей первой машиной. Конечно, интересно, почему животные самовоспроизводятся не по способу фон Неймана, а развиваются автономно из чего-то на вид гораздо более простого, чем их родители" [53].

Самовоспроизведение как аспект самоорганизации необходимо рассматривать не только структурно, но и генетически. Феномен самовоспроизведения нельзя адекватно истолковать, не привлекая понятий самоусложнения и саморазвития. Последние выражают структурно-генетическое содержание развития определенных материальных форм, модельная идентификация которых в информационно-логическом плане осуществляется, в частности, в теории самовоспроизводящихся автоматов. Понятия самоусложнения и саморазвития, безусловно, имеют и структурный и генетический аспекты. Однако в научной теории определенный аспект того или иного понятия приобретает преобладающее значение. Так, в теории автоматов содержание понятия сложности ограничивается структурно-функциональным выражением.

Под функцией понимается свойство структуры, включающее в себя закономерные отношения между элементами структуры и основанные на них воздействия данной структуры на другие структуры целенаправленного поведения. Анализ соотношения функций и структур приводит к выводу о том, что чем выше уровень организации систем, тем сильнее зависимость структуры от функций. На относительно высоких уровнях организации усиливается самостоятельность и активность функции по отношению к структуре. Основой их единства служит функционирование системы в целом. В кибернетических системах одна и та же функция поведения может соответствовать внутренним структурам системы. Вместе с тем структура и функция системы в одинаковой мере формируют статус ее сложности.

Математическая интерпретация и физическое представление эволюционной теории Ч. Дарвина [54] позволяют считать эту теорию выводимым из физики законом, определяющим самоорганизацию живой природы. В такой интерпретации теория Ч. Дарвина оказывается оптимальным принципом, вытекающим из определенных физических предпосылок, а вовсе не "несводимым" феноменом, относящимся только к биосфере. Подчеркивая необходимость целостных структур развития в эволюционной биологии, Ч. Новиньский пишет: "Путь от положений общей теории

110

эволюции к их подтверждению или отклонению на основе эмпирического материала, а также экспериментальных результатов, идет через ряд редукционных ступеней абстракции" [55]. При этом считается, что непосредственное сведение положений эволюционной теории к генетическому уровню невозможно. Ибо механизмы биологической эволюции изменяются в ходе развития жизни на Земле. В качестве теории, представляющей эволюционный процесс как целостное развитие, называется теория И. И. Шмаль-гаузена [56]. Согласно ей весь процесс эволюции приобретает характер самоорганизации в том смысле, в каком последняя понимается в кибернетике.

Таким образом, современные теории самоорганизации материи на молекулярном уровне, описывающие механизмы перехода от неживой материи к живой, исходят из биофизических интегративных концепций, позволяющих с введением новых понятий модифицировать и формально обобщить те принципы дарвинизма, которые сложились в эволюционной биологии. Подобные теории, однако, построены на том, что достаточно высокая сложность биологически эволюционирующих систем - популяций живых организмов - пока делает проблематичным построение физической теории эволюции в целом. Поэтому реализуется возможность рассмотрения более простых моделей и прежде всего молекулярной добиологической эволюции. Появились также работы, дающие генетическую интерпретацию основных вопросов эволюционного учения. Одна из них - монография С. Оно [57]. В ней приведено, в частности, генетическое истолкование такого явления, как естественный отбор, основанное на изучении проблемы избыточности генетического материала в геноме высших организмов. Основная мысль С. Оно заключается в том, что появление новых функций в организме невозможно без избыточности генного материала в геноме. Концепция генетической избыточности в этой работе доминирует. Заметим, что понятие избыточности в современной литературе имеет общенаучный смысл. В точном значении оно возникло в теории информации. Первоначально этот термин относился к повторению знаков при передаче сообщений по каналу с шумом и обозначал степень помехоустойчивости этого процесса. Позднее кибернетика придала понятию избыточности предельно общий смысл, наделив его статусом системного понятия, применимого к любым достаточно сложным образованиям и обозначающего необходимые условия их надежного функционирования и развития.

В монографии С. Оно избыточность как понятие молекулярной биологии и генетики соотносится с ключевым вопросом эволюционной теории - о роли естественного отбора в эволюции. С. Оно соглашается с тем, что благодаря естественному отбору живые организмы могли приспосабливаться к изменяющимся условиям среды, и в результате адаптивной радиации от общего предка возникло множество новых видов. При этом он приходит

111

к выводу о том, что "естественный отбор, неся как бы охранительную функцию, по своей природе крайне консервативен. Если бы эволюция целиком и полностью зависела только от естественного отбора, то от бактерий произошли бы лишь многочисленные формы бактерий" [58]. Появление многоклеточных животных, позвоночных и, наконец, млекопитающих из одноклеточных организмов, как считает С. Оно, было бы в этом случае совершенно невозможно, поскольку для таких грандиозных эволюционных скачков необходимо возникновение новых генов с новыми, ранее не существовавшими функциями. Избежать безжалостного давления естественного отбора смогли только те цистроны, которые стали избыточными. Благодаря этому в них накапливались ранее запрещенные мутации, превращавшие их в новые гены [59]. В этом смысле эволюция есть не что иное, как результат постепенного накопления генетических изменений в геномах растений и животных. В то же время естественный отбор только потому и может действовать, что особи, входящие в состав отдельных популяций, обнаруживают некоторое генетическое разнообразие. Поэтому "в качестве основной движущей силы эволюции выступает дупликация генов. Только тогда, когда в результате дупликации возникает избыточный локус, появляется возможность накопления ранее запрещенных мутаций и возникает новый ген с ранее неизвестной функцией" [60].

Процесс дупликации генов дает возможность избежать давления естественного отбора. В результате дупликаций создаются избыточные копии генов. Естественный отбор часто игнорирует изменения в избыточных копиях, благодаря чему в них накапливаются ранее запрещенные мутации и возникает новый ген с не существовавшей ранее функцией. Оценить значение дупликаций генов стало возможно после того, как была выяснена природа генетического кода. Естественный отбор может элиминировать запрещенные мутации и эффективно охранять последовательнос