Принципы универсального эволюционизма

18.принципы универсального эволюционизма.

18.1  Два полюса эволюции.

К.А. Тимирязев был солидарен с Л. Больцманом, который в 1886 году говорил: «Всеобщая борьба за существование, охватившая весь органический мир, не есть борьба за вещество: химические элементы органического вещества находятся в избытке в воздухе, воде и земле; это также не борьба за энергию, – она, к сожалению, в непревратимой форме теплоты щедро рассеяна во всех телах; это борьба за энтропию, становящуюся доступной при переходе энергии от пылающего Солнца к холодной Земле». Можно сказать, что жизнь – это борьба и за организацию.

Организация высших животных и человека связана с формированием у них условных рефлексов. Последнее, по И.П. Павлову (1935) происходит по принципу динамического уравновешивания организма со средой. Сюда входит принцип невризма (всеми реакциями внутри организма управляет нервная система) и свойство противопоставлять свою внутреннюю сферу внешней среде, и способность нервной системы изменять черты поведения при приспособлении к изменяющейся среде. Чтобы условный рефлекс возник, нужно чтобы старая система реакций разрушилась.

Условный рефлекс – микрочастица поведения. Из нее слагается взаимоотношение организма со средой. При этом все решает нервная система. Наблюдая процессы обмена организма со средой в основном на клеточном уровне, Бауэр (1935) пришел к выводу, на первый взгляд, противоречащему тому, что говорил И.П. Павлов!

По Бауэру все живые системы никогда не бывают в равновесии со средой и выполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии. Бауэр подчеркивал, что равновесие в организме постоянно нарушается на уровне вещества и энергии, а Павлов имел ввиду поведение живого организма в среде. Бауэр исследовал изменение состояния в клетках организма на уровне энергии и вещества, а Павлов – на более тонкой составляющей материи – организации. Эти два принципа лишь дополняют друг друга, но не противоречат один другому, что и составляет два полюса эволюции.

Павлов предложил метод расчета силы условного рефлекса (как степени приспособления организма к среде). Однако количественно он был реализован после возникновения кибернетики, позволяющей оценивать меру сложности системы (по Эшби и Ферстеру). Одна из таких мер – логарифм числа состояний, характеризующих максимальную неопределенность состояния системы. Мы уже говорили, что абсолютная организация системы , где Н - реальная неопределенность состояния системы. Отсюда .

Это мера относительной организации системы по Ферстеру (1960), хотя в 1947 г. Шеннон предложил ее определение, но в более узком смысле для оценки избыточности канала связи. Итак, R_max = 1 для максимально организованной системы, а для полностью дезорганизированной системы R = 0. Эта величина (R) очень удобна для полной характеристики поведения любой (и биологической тоже) системы.

Градацию систем по сложности предложил С. Бир: простые системы имеют до 1000 (микро)состояний, а сложные от тысячи до миллионов состояний, очень сложные – свыше миллиона состояний. По величине R можно сказать, что жесткие и недетерминированные системы имеют R от 1 до 0,3, а при R от 0,3 до 0,1 – системы вероятностно-детерминированные. При 0 < R < 0,1 - вероятностные системы.

С таким же успехом по величине R можно оценивать сложность организма и биосистемы, и организацию среды их обитания. Эшби считал, что по числу состояний биосистема должна соответствовать среде. Он говорил о необходимости разнообразия в системе, характеризующего ее сложность. Второй показатель системы – организация. Используя такие параметры системы как сложность и организация, можно изложить принципы уравновешивания организма со средой.

Рекомендуемые материалы

Он звучит так: биосистема должна быть адекватной среде по сложности и уровню организации. Это значит, что если среда изменяется, то и биосистема должна все время к ней приспосабливаться, изменять свою сложность и организацию смены своих состояний и тем самым выходить на некоторый уровень адекватности со средой. В этом ключ к разгадке изменчивости биосистем и их эволюции.

Примером является жизнь любого человека с процессами воспитания, обучения, труда, взаимодействия с людьми и техникой. В процессе эволюции все изменяется: организм и среда. Подходы Павлова и Бауэра это два полюса описания эволюции биосистем, дополняющие друг друга.

18.2 Эволюция материи на биологическом уровне. Иерархия биосистем.

Хотя и достаточно условно, но можно разделить эволюцию материи на этапы. Начинают с уровня макромолекул (более ранний этап нет смысла рассматривать для биосистем). После возникновения атомов трудно определить где объект, а где среда? Миллионы лет жизнь накапливала силы перед новым скачком. Наконец, возникают условия, при которых возможно образование молекул аминокислот и оснований. Когда уже была Земля с океанами, со сменой времен года, днем и ночью, с теплом и стужей, то на ней из каждого цикла геологических эпох материя планеты выходила под действием Солнца эволюционно уже на другой уровень во всех отношениях.

В океане возникают сложные молекулы, появляются аминокислоты и органические основания. В этой среде взаимодействие атомов между собой уже иное. Появляются боковые пептидные связи молекул и их цепочки, к ним присоединяются комплиментарные основания – зачатки редупликации. Образуются молекулы белков, РНК и  ДНК. При усложнении систем усложняется и среда.

Макромолекул много, они «вступают» в борьбу за энергию АТФ и аминокислоту: кто ближе при этом, тот и захватывает вещество. Есть уже короткие и длинные цепочки молекул, происходит их отбор (по Дж. Берналу). «Выживают» молекулы наиболее адекватные среде и среда тоже им соответствует. Иногда происходит скручивание молекул в спираль, иногда они наоборот разворачиваются группой, чтобы совместно удержать плывущие мимо основания. Достижению адекватности макромолекулы среде отвечают и мутации.

Мутации – нарушения в конструкции молекулы, возникающие в силу сходности составляющих её соединений. Это механизм, служащий удовлетворению принципа адекватности. С появлением клетки можно четко говорить, что всё кроме неё – это среда ее обитания.

Клеточный уровень организации материи показал силу мембраны и необходимости структурирования системы. Возникает обмен веществом, энергией и генной информацией. Клетка живет уже сама. Когда же клеток стало много, им стало трудно «жить» в смысле обеспечения энергией и веществом. Возникает новый механизм – рекомбинация (воспроизведение) молекул.

Отбор в мире клеток привел к образованию механизма противодействия среде (за счет вирусов и бактериофагов – разрушителей клеток, бактерий, меняющих структуру белков). В результате остались простейшие организмы, ушедшие с арены борьбы, в адекватном себе окружении.

Второй механизм – объединение клеток в колонии, а колоний в организм с новой мембраной из спецклеток, контактирующих со средой. Усложнение колоний клеток до организма - это грандиозный скачок в эволюционном возникновении мира животных и человека.

У организма, как целого, появились анализаторные системы: зрительная, слуховая и так далее. Двигательный анализатор - это мускулатура, когти, ногти, руки, зубы и прочее.

Из гигантского числа видов организмов выделились те, которые активно взаимодействовали со средой. Внутри видов стало необходимым разнообразие, так появился мужской и женский пол. Такое (половое) разделение обеспечивает оплодотворение в яйце за счет рекомбинации хромосом. Это дает новое сочетание генов. Вырастает организм, отличный от родителей, что порождает изменчивость, поскольку происходит перемешивание генов и выборка новых. Организм с плохой наследственностью ликвидируется самой природой. Выживают лучшие. Удачный выбор партнера дает удачное потомство.

Но на уровне клетки вероятность удачной рекомбинации ДНК может достигать 50%. Возникают новые варианты «мембран» – обособления в стада, но это уже после того, как появились живые организмы – индивидуумы. Появляется социальная черта поведения. Коллективные «идеи» воспитывают потомство. Эти элементы организации имеют новую сложность. Они необходимы для достижения адекватности со средой.

И в природе, и в биосфере, в частности, действует великий закон адекватности организма и среды. В биосфере адекватность устанавливается на уровне сложности и организации. Вещество и энергия биосистемы расходуются в процессе приспособления к среде для изменения взаимодействия между ними. Гибкая перестройка биосистемы возможна лишь на основе закона эквивалентности между веществом, энергией и организацией (информацией).

При усложнении биосистемы материя использует все свойства ионов и молекул, их групп, пептидных связей, пленок из них и так далее. Увеличению разнообразия реакций способствуют мутации и кроссенговер (получение нового кода ДНК внутри одной клетки за счет разъединения молекул ДНК).

Мутация какого-либо гена в ДНК через кодирование может изменить белок, может произойти утрата или перестройка части информации. Мутации вызываются ошибками копирования генетического материала, воздействия вредных веществ или излучений. Оказалось, что не все нуклеотиды равноценны, то есть система как-то подстраивается, обеспечивая свою устойчивость. Хотя обычно мутации редки, но они чрезвычайно важны для эволюции (первый этап её – изменчивость) как первоначальный источник формирования генетической изменчивости.

Для синтеза белка необходимы транспортные тДНК, матричная ДНК, аминокислоты, рибосомы и различные ферменты (инсулин). Рибосомы построены из белка и рибосомной РНК, к каждой из них поставляет аминокислоту свой вид тРНК, а присоединение осуществляется с помощью фермента.

Белки – это основа жизни и через мутации в них закрепляется наследственность. У белков множество функций: они катализаторы (управляющие всеми химическими процессами в организмах - от бактерии до человека), они переносят кислород и запасают его, они служат основой движения как внутри организма, так и организма как целого, они являются опорными веществами для тканей и защищают организм от болезней (бактериофаги). Ф. Энгельс писал по этому поводу: «Жизнь – это способ существования белковых тел существенным моментом которой является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой».

Информация, накопленная в организме посредством ДНК точно передаётся на уровне клеток всего организма и, следовательно, обеспечивает наследственность данного вида организмов. Это вторая стадия великого закона биосферы – эволюции.

И последнее звено эволюции – отбор - понимается так.

На уровне клетки происходит рекомбинация хромосом, на уровне организации – двуполая любовь. Решает все механизм отбора. Система, обладая запасом разнообразия, может в данной среде и не использовать все свои возможности (реакции). Она более выживаемая при возрастающей сложности среды. Такая биосистема для других является средой, то есть она может победить другие системы. Биосистемы, перегнавшие в своем развитии другие по сложности, задают тон в эволюции. Они – движущая сила эволюции. Механизм отбора здесь «карает» отстающих. Таковы вкратце этапы эволюции материи.

Рассмотрим уровни иерархии эволюции материи от элементарных частиц до биосистем с помощью таблицы 7

Таким образом, происходит развитие материи во Вселенной.

18.3 Проблемы формирования и развития ноосферы.

Естественнонаучное и философское представление о единстве человека и природы, об их глубочайшей взаимосвязи и взаимозависимости составило суть учения о ноосфере, у истоков которого стоял В.И. Вернадский.

В буквальном переводе с греческого ноосфера - это сфера (шар) разума, то есть это сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития. Понятие ноосферы как облекающей земной шар идеальной, «мыслящей» оболочки, формирование которой связано с возникновением и развитием человеческого сознания, ввели в начале XX века Тейяр де-Шарден и Э. Леруа. Под геохимическими, геотектоническими, геобиологическими пульсациями всегда можно узнать один и тот же глубинный процесс - тот, который, материализовавшись в первых клетках, продолжается в созидании нервных систем, - писал Тейяр де Шарден. - Геогенез, сказали мы, переходит в биогенез, который в конечном счете не что иное, как психогенез... Психогенез привел нас к человеку. Теперь психогенез стушевывается, он сменяется и поглощается более высокой функцией - вначале зарождением, а затем последующим развитием духа - ноогенезом.

В.И. Вернадский развил концепцию ноосферы, впервые обосновав, что весь облик Земли, ее ландшафты, химизм океана, структура атмосферы - все это порождение жизни. К 1900 году Вернадский подытожил многолетний опыт исследований, и возникла новая научная дисциплина - биогеохимия. В книге с таким же названием он развернул широкую программу эволюции биосферы с момента ее возникновения до настоящего времени.

По Вернадскому наша планета и космос представляются как единая система, в которой жизнь, живое вещество связывают в единое целое процессы, протекающие на Земле, с процессами космического происхождения.. На протяжении всей истории Земли количество живого вещества в биосфере согласно оценкам гениального ученого было практически постоянным. За счет энергии Солнца возникли так называемые геохимические циклы, или круговорот веществ в природе, в который вовлекались все новые и новые массы первичной материи. Начали возникать толщи осадочных пород, которые преобразовались затем геологическими и геохимическими процессами.

Эта грандиозная картина общепланетарного развития включала в себя и появление человека - носителя разума, который многократно ускорил все процессы, протекающие на планете. Развитие окружающей среды и развитие общества сделаются неразрывными. Биосфера перейдет в сферу разума - ноосферу. Произойдет великое объединение, в результате которого развитие планеты сделается направленным - направляемым силой разума.

Лекция "Эрих Фромм - Искусство любви" также может быть Вам полезна.

Заметим, что сам термин «ноосфера» Вернадскому не принадлежит: его предложил в 1924 году на семинаре Бергсона в Париже французский исследователь Э. Леруа во время обсуждения доклада Вернадского об эволюции биосферы. Впоследствии он широко использовался Тейяр-де-Шарденом. Сам Вернадский стал употреблять термин «ноосфера» только в последние годы своей жизни.

Можно отметить, что мировосприятие большинства русских философов и естественников, при всем их различии во взглядах - от крайних материалистов до идеологов православия, было направлено на отказ от «сухого» рационализма, согласно которому человек во Вселенной всего лишь наблюдатель. Мол, он существует сам по себе, а Вселенная, подобно хорошо отлаженному механизму, действует сама по себе, по своим собственным законам. Вернадский «угадал» антропный принцип, а вернее предвосхитил его, утверждая, что человек есть часть некой более общей единой системы, в которой он активный исследователь, ее неотъемлемая часть.

Таким образом, переход биосферы в ее новое состояние, которое теперь принято называть ноосферой, то есть вступление человечества в новую эру своего развития, в эпоху ноосферы, обеспечение коэволюции человека и биосферы не могут произойти автоматически. Это будет мучительный и нескорый процесс выработки новых принципов поведения и нравственности. Другими словами, это потребует перестройки всего нашего уклада жизни, бытия в целом, смену стандартов, жизненных норм и идеалов?

На основе идей Вернадского об эволюционном ряде от первичного «живого вещества» до биосферы родилась органицистская познавательная модель, основывающаяся на системном подходе и идеях самоорганизации. Такой органицистский подход задавал новую исходную систему отсчета для рассмотрения природной реальности. Здесь уже центральное место занимали принцип органической целостности, применительно и ко всей природе, и к ее различным подсистемам. Органицизм, соединенный с эволюционизмом, привел к формулировке единого эволюционного ряда, в начале которого лежит «праорганизм», или первичное живое вещество, а затем следуют организм и вид.

Достижения экологии в XX веке позволили расширить этот эволюционный ряд, включив в него биоценоз и биогеоценоз. Рассмотрение этих уровней эволюционного ряда с точки зрения организации жизни позволяет считать организм, вид, биоценоз и биогеоценоз основными формами организации жизни, которые, возникнув, по-видимому, одновременно, проходят определенные и в каждом ряду разные стадии эволюции - этапы повышения собственной организации. Выдвинутое В.И. Вернадским понятие ноосферы позволило закончить этот эволюционный ряд от первичного «живого вещества» до биосферы. И в структуре живого организма, и в структуре биосферы вычленяются различные уровни и подсистемы. В организме, выделяются тканевый, клеточный и молекулярный уровни, а в структуре биосферы - ряд подсистем со своими функциями и процессами взаимообмена веществом и энергией. Изучение интегративных уровней ноосферы - одна из важнейших задач эволюционной теории.

Говоря о все возрастающей мощи цивилизации, Вернадский пришел к выводу о том, что человечеству придется взять на себя всю ответственность за развитие будущей ноосферы. В ноосфере изменится все - и геохимические циклы биосферы, и ее способность обеспечивать потребности человечества в сочетании с изменением самого общества, а может быть, и природы самого человека. Все это должно сделаться объектом целенаправленной деятельности. Такое взаимодействие человека и биосферы все чаще называют коэволюцией природы и общества. Переход человечества в эпоху ноосферы Вернадский рассматривал как один из актов «приспособления», которое реализуют в силу своих возможностей все живые виды. Но человечество включает в этот процесс присущий ему разум. «С появлением на нашей планете одаренного разумом живого существа, - писал Вернадский, - планета переходит в новую стадию своей истории. Биосфера переходит в ноосферу. Но такой переход будет означать коренную перестройку всей эволюции человечества, а не только его общественных структур. Это не просто создание и использование новых технологий. Человечеству предстоит научиться согласовывать свои потребности с убывающими возможностями планеты. Людям придется привыкнуть к жестким ограничениям, создав, по сути дела, новую нравственность, и духовный мир превратится в определяющий фактор развития человечества как вида».