Екологія: біологія взаємодії. 1.10. Властивості складних систем

Українська / Русский

1.09. Динамічна типологія біосистем

Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії

Розділ 1. Екологія і біосистеми, які вона вивчає

1.11. (доповнення) Універсальні властивості біосистем

1.10. Властивості складних систем

Коли я дивлюся на корову, що пасеться на лузі, все, що я бачу — лише скажений танець електронів.
Автор невідомий (квінтесенція світогляду редукціоністов від біології)

Чи можна при вивченні таких складних систем, як ті, які вивчає біологія, обійтися лише редукціоністским підходом? Чи можна обійтися без нього?

«Завдання визначення об'єкта науки — відділення його від об'єктів інших наук. У разі біології цьому заважали численні філософські забобони, до цих пір остаточно не подолані. Я говорю про зведення більш складних форм до більш простих і тенденцію вважати ці прості форми більш «істинними», «реальними», ніж більш складні. Перше — зведення складного до простого — цілком законний, більш того, необхідний науковий прийом. Друге — тенденція вважати продукти абстракції, прості форми більш реальними, ніж речі, з яких вони були абстраговані, — погана філософія, філософський реалізм понять, який люблять критикувати у середньовічних схоластів, але не бачать у себе. Тоді електрони, атоми, молекули, хімічні процеси вважають істинною реальністю, організму же, з них побудованому, дістається вже істотно менше реальності, він всього лише «епіфеномен», зовнішній прояв своїх цеглинок» (Я.Н. Данько, 2001).

Протягом кількох століть успіхи біології були пов'язані в основному з редукціоністским підходом (див. пункт 1.6). Зараз редукціоністська методологія великою мірою вичерпала свої можливості.

Один з проявів кризи редукціоністської методології — неможливість поелементного, мозаїчного опису складних систем, що характеризуються багатством внутрішніх взаємозв'язків.

Цілісність біосистем пов'язана не з наявністю у них цілих оболонок, а з взаємозалежністю їх частин. У XX столітті кілька великих учених (наприклад, радянський зоолог і еволюціоніст Іван Іванович Шмальгаузен, а також французький вчений і священик П'єр Тейяр де Шарден) зрозуміли, що цілісність будь-якої системи пов'язана з накопиченням функціональних відмінностей між її частинами.

Прості системи можуть бути описані досить легко. Для цього потрібно задати сукупність вихідних елементів, для кожного з яких вказати його роль у загальних властивостях цілого. Однак навіть коли мова йде про не дуже складні технічні системи, на перший план виходять їх цілісні властивості, обумовлені взаємодією частин. Коли ми розглядаємо, наприклад, властивості організму, його мозаїчний опис виявляється неможливим. Наявні в розпорядженні людини обчислювальні засоби, математичний апарат і навіть просто її логіка годяться лише для вирішення принципово простіших завдань.

Чим цілісніша система, тим складнішим стає її мозаїчний опис. Мозок настільки складний, тому що об'єднаний безліччю зв'язків (нейрон мозку людини може мати 100 000 синапсів). Можливо, що людський мозок є найскладнішим об'єктом у Всесвіті (в усякому разі, конкурувати з ним міг би лише мозок більш розвиненої істоти). Екосистеми менш цілісні, і їх емергентні властивості не настільки несподівані. Тим не менш, навіть досить прості системи здатні виявляти несподівані емергентні властивості, викликані взаємодією частин системи, що не розкладаються на окремі елементи. Прикладом може бути запропонована в 1979 році Дж. Лавлоком умоглядна модель планетарної регуляції, що отримала назву «Стокротковий світ» (рис. 1.10.1).

Рис. 1.10.1. Етапи розвитку «Стокроткового світу» за Дж. Лавлоком

Модель Лавлока побудована на припущенні, що зірки того ж класу, що і Сонце, згодом підвищують світність. Зараз Сонце має світитися на 40% сильніше, ніж 4,6 млрд. років тому. Це означає, що температура на планетах біля таких зірок, як Сонце, повинна зростати. Але в історії земної біосфери не видно проявів такого розігріву. Справа в тому, що якщо планети населені, організми можуть модифікувати вплив випромінювання зірки.

У моделі розглядається планета, що знаходиться біля зірки, що з часом розігрівається. На планеті — єдиний вид життя, стокротки (російською — маргаритки, Bellis perennis), що представлені двома формами — чорною та білою. Вони живуть лише в певному діапазоні температур. При температурі нижче оптимальної мають перевагу чорні стокротки (вони краще нагріваються), а при температурі вище оптимальної – білі, що краще охолоджуються. Ці квіти при сприятливих температурних умовах можуть покривати всю поверхню планети. Чорні стокротки темніше поверхні планети (і, поширюючись, збільшують нагрівання планети світлом зірки), а білі — світліше (і сприяють охолодженню планети).

Як тільки на екваторі температура досягає прийнятного для стокроток значення, там оселяються чорні рослини, що прискорюють розігрів планети. Після того, як вся планета виявиться покрита квітами, температура буде залишатися постійною, а у відповідь на зміни світності зірки буде лише змінюватися співвідношення двох форм стокроток. Чим більшим буде потік енергії від зірки, тим вищою буде частка білих стокроток, і тим менше буде нагріватися поверхня планети. Поки хоч десь на планеті будуть зберігатися умови для існування стокроток, вони будуть змінювати властивості середовища в бажаному для себе напрямку.

«Отже, навіть така надпримітивна біосфера, що складається з єдиного виду рослин, які всього лише і вміють, що варіювати колір своїх пелюсток, здатна створювати ефект цілком космічного характеру — глобально змінювати температуру поверхні планети. Однак більш істотним є не факт зміни температури, а те, що планета перетворюється в гомеостат, і підтримує свою температуру постійною всупереч зовнішнім змінам (світності Сонця). Чудово й те, що система як ціле працює з негативним зворотним зв'язком, хоча кожний з її елементів — з позитивним, це є характерною особливістю саме живих систем (згадаємо, наприклад, систему хижак-жертва)» (К.Ю. Єськов, 1999).

Емергентні властивості «Стокроткового світу» виникають, як здається, «з нічого». Задумайтеся: земна біосфера набагато складніше і має набагато більше ступенів свободи!

 

Додаткові матеріали:

Учебная модель: Маргаритковый мир

Колонка: Цепочка следов антилопы

Українська / Русский

1.09. Динамічна типологія біосистем

Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії

Розділ 1. Екологія і біосистеми, які вона вивчає

1.11. (доповнення) Універсальні властивості біосистем