|
|
|||
|
БІОСИСТЕМИ. БІОСФЕРА
ЕКОСИСТЕМИ. ПОПУЛЯЦІЇ
ОРГАНІЗМИ У ДОВКІЛЛІ
ЛЮДСТВО ТА ЙОГО ДОЛЯ
|
|||
|
← I-4. Структура екології та її місце серед галузей біології |
I-5. Добір як причина доцільності біосистем |
||
I-5. Добір як причина доцільності біосистем
Тигр! О, Тигре! Як огнисто
Ти гориш у хащах млистих!
Хто створив твій досконалий
Обрис жахно-величавий?
В чиїм взорі ти роджений?
Ч’їм звелінням утілений?
Де, в яких глибинах, висях
Огнь очей цих запалився?
...
Не́вже, хто створив ягня,
Є творцем твого вогня?
Тигре, Тигре, що гориш
Вогнисто в лісах нічних,
Позір вічний чий і сила
Твою звершеність сформили?
Вільям Блейк (переклад О. Здір)
Ми встановили, що характерною особливістю біологічних систем є ієрархічність їх організації (пункт I.3). Біосистеми кожного рівня демонструють доцільність своєї організації; наведемо кілька прикладів:
— характерні біологічні макромолекули, як-от, ферменти, у своїй структурі демонструють фантастичну пристосованість для регульованого проведення певних хімічних реакцій;
— типові організми, наприклад, організм людини, утворені десятками трильйонів клітин сотень різних типів, які узгоджено забезпечують виживання та розмноження усієї сукупності;
— унікальна, єдина відома нам біосфера достатньо ефективно підтримує сталість умов на перетвореній нею планеті, попри безперервну зміну свого складу.
Що є причиною такої доцільності біосистем? Доцільність — це узгодженість між властивостями системи, що ми розглядаємо, та її відносинами з її середовищем. Організми є доцільними у разі, якщо вони ефективно виживають та відтворюються у тому середовищі, з яким вони взаємодіють характерним для них способом, відповідно до їх способу життя. З загального погляду, доцільність систем, що ми їх розглядаємо, може бути отримана від іншого джерела або виникнути при становленні цих систем. Коли людина конструює механізм, що успішно виконує певну роботу, доцільність цього механізму є наслідком доцільної роботи мозку людини, її творця. Саме така аналогія підштовхувала до того, щоб розуміти доцільність біосистем як наслідок задуму її Творця. Вільям Пейлі (1743–1805), автор так званого «природного богослов'я» та ідеї «розумного задуму» вважав, що доцільність природи може стати ключем для розуміння особливостей її Творця. Чарльз Дарвін (1809–1882), який у молоді роки перебував під впливом ідей Пейлі, зробив вагомий внесок у розуміння іншого, набагато ефективнішого механізму. Саме цей механізм, як є вагомі підстави переконатися, є «відповідальним» за усі цікаві та досконалі системи, що ми можемо спостерігати. Цей механізм, який є, по суті, головним архітектором Всесвіту, це — природний добір.
Чи намагаємося ми у попередніх реченнях заперечити існування Бога? Ні. На наш погляд, віра у найкращому випадку є результатом індивідуального вибору, що не вимагає природничо-наукових аргументів. У поширенішому і, на жаль, гіршому випадку віра є результатом нав'язуваних соціумом норм та вимог, але і в цьому випадку вона також не спирається на наукові аргументи. Поки Пейлі здавалося, що досконалість світу вимагає досконалого Творця, спостережувані особливості систем у навколишньому світі пояснювалися через посилання на творчий задум; особливості спостережуваних систем трактувалися як аргументи, що дозволяли зрозуміти цей задум. Коли ми почали розуміти, що досконалість біосистем може бути наслідком добору і побачили в біосистемах риси, що пов'язані з саме таким шляхом їх становлення, посилання на чийсь задум стали зайвими. Крім іншого, про це свідчить величезна кількість особливостей біосистем.
«Наша мова і спосіб мислення поділяють світ на дві категорії: то, що задумано і створено людиною, і то, що створила природа і що не має призначення. ... Для опису еволюційних явищ у нас навіть немає відповідного слова. Парасолька, що захищає від дощу, є продуктом людського планування і людської діяльності, а злива, яка вимочить до нитки, якщо вийти з дому без парасольки, не є ані тим, ані іншим. Але куди віднести систему, в якій існують магазини, де можна купити парасольку, в якій існує саме слово «парасолька» і правила поведінки, які рекомендують нахилити парасольку, щоб розійтися на тротуарі із зустрічним пішоходом? Ці явища — ринок, мова, звички — створені людиною, але жодне з них не було сплановано. Вони виникли без жодного плану.
...загальна теорія еволюції може бути застосована до розвитку суспільства, грошей, технології, мови, законів, культури, музики, насильства, історії, освіти, політики, релігії, моралі. ...всі на світі предмети і явища змінюються ... поступово, але неминуче, залежать від траєкторії власних змін, «передаються з модифікаціями» методом спроб і помилок і піддаються добору». Метт Рідлі (Меттью Вайт, 5-й віконт Рідлі; Matt Ridley). «Еволюція усього»
Як цілком розумно визначив Метт Рідлі, мова, ринок та звички розвиваються «самі собою», внаслідок добору, тобто збереження, модифікації та поширення таких станів, які краще відповідають своєму середовищу. «Диво» добору відбувається внаслідок взаємодії того, що еволюціонує, із селективним (не байдужим; таким, що краще підтримує одні варіанти, ніж інші) середовищем. Перелічені явища можна описати; для цього треба використати певну кількість інформації (від лат. informatio — роз'яснення, уявлення, поняття про що-небудь, від лат. informare — надавати вигляд, форму, навчати, мислити, уявляти), тобто відомостей незалежно від форми їх подання. До появи цих феноменів, що еволюціонували, цієї інформації не було, а після того, як вони виеволюціонувалися, ця інформація з'явилася. Відкіля вона з'явилася?
На поставлене питання дає чітку відповідь теорія інформації, розділ математики. Інформація — результат збереження результатів випадкового вибору. Це збереження може бути вибірковим (селективним), або не вибірковим. Внаслідок неселективного збереження результатів випадкового вибору виникає шум; в ньому випадковим чином можуть виникати ті або інші структури. Внаслідок селективного (залежного від взаємодії з середовищем) збереження виникає інформація, яка виеволюціонувалася. Внаслідок цього, автори цього підручника вважають, що проблема добору є саме екологічною, має розглядатися у межах науки про взаємодію.
А чим від мови, ринку та звичок відрізняється виникнення парасольки, про яку також пише Рідлі? Парасолька створена людиною. Ми не знаємо, як це відбувалося, але впевнені, що колись людина, яка на практиці знала, що водонепроникна поверхня може захищати від дощу, зрозуміла, що цю поверхню краще підняти над головою за допомогою якоїсь конструкції, що буде її розтягувати. Поширилися певні конструктивні рішення у будові парасолей, але спочатку ці рішення з'явилися у чиїйсь голові, були придумані відповідно до певного задуму. Інформація, що відбита у будові парасольки, є наслідком інформаційної складності мозку її творця. А як виникали ці рішення в цьому мозку? Нервова система тварин, включно з людиною, є засобом для моделювання середовища (детальніше про моделювання у пункті I-9, про роботу психіки — у пункті VI-19). Первинний перебір спроб і помилок при створенні парасольки відбувався не в зовнішньому середовищі, а в його моделі, що була створена психікою людини. І в цій моделі також відбувався випадковий вибір («...а якщо зробити так?») і його селективне збереження («..так має бути зручно!»).
Таким чином, природний добір за Дарвіном (sensu stricto, тобто у вузькому розумінні) — це переважне виживання та відтворення організмів, які краще відповідають своїм зв’язкам з середовищем. Такий добір може бути позитивним (переважне збереження та відтворення певних форм) або негативним (переважне знищення або відсторонення від відтворення інших форм). Але такий добір є лише одним з прикладів виеволюціоновування систем, які ми можемо спостерігати. Штучний добір працює подібним чином, але при штучному добору рішення про збереження або відкидання одиниць добору приймає не безособисте середовище, а мозок селекціонера. Рішення, що приймає мозок, впливають не лише на інші організми. Навчання шляхом спроб та помилок, творчість реалізують той самий механізм виникнення нової інформації.
Еволюція організмів пов'язана з їх розмноженням. Пристосовані організми поширюються, непристосовані — зникають. Чи може виеволюціонуватися об'єкт, який не утворює свої копії, а просто змінює свої стани? Так. Прикладом може бути ускладнення мозку окремої людини. Мозок розв'язує важливі для нього задачі, вчиться на цьому і стає більш пристосованим. Як це відбувається? Поки задача не розв'язана, відбувається пошук її рішення — перебір різних станів мозку, різних дій, які здійснює людина. Коли рішення знайдене, певний варіант дій спрацював, відбувається його закріплення. Нестійкі стани змінюють один одного, стійкий стан залишається, саме тому, що є більш пристосувальним (таким, що відповідає взаємодії з середовищем). Від аналізу збереження і розмноження (копіювання) систем, що еволюціонуються шляхом змін однієї на іншу, ми перейшли до розгляду станів однієї системи, що можуть змінювати один іншого. У такому разі нам потрібне поняття стійкості, як здатності зберігати свій стан (детальніше — у пункті I-8). З іншого боку, ми можемо побачити, що навіть «типова» біологічна еволюція за Дарвіном має розглядатися як розвиток у бік більшої стійкості. Щоб зрозуміти це, слід змінити погляд на самі організми. Будь-який організм принципово відрізняється від неживої системи тим, що він є етапом більш тривалого процесу (рис. I-5.1).
Рис. I-5.1. Організми — це не статичні структури. Кожен з них — частина процесу відтворення певного життєвого циклу. Для нашого спостереження є доступними ті процеси, які виявилися стійкими (відповідно до схеми Вальтера Циммермана)
Якщо ми спостерігаємо певний організм, ми бачимо лише одну зі стадій тривалого процесу. І справа не в лише в тому, що цей організм виник у ході онтогенезу; цей онтогенез є частиною тривалого процесу, у ході якого онтогенези предків цього організму забезпечували появу подібних до них онтогенезів. Ми дивимось на якусь істоту, припустимо, на жабу; нам здається, що ми бачимо відносно стійку структуру, а насправді ми бачимо один з етапів виеволюціоновування величезної кількості життєвих циклів, послідовностей онтогенезів, кожен з яких забезпечує розвиток ікринок у пуголовків, пуголовків у жаб, що утворюють нові статеві клітини. Те, що ми дивимося на жабу, свідчить що процес самовідтворення онтогенезів є стійким, таким, що забезпечує своє повторення зі збереженням своїх унікальних рис.
«Те, що називається структурою, є повільним процесом великої тривалості; то, що називають функцією, є швидким процесом короткої тривалості» (Людвіг фон Берталанфі)
Відповідно до сказаного, класичний дарвінівський відбір можна описати і таким чином. Серед мінливих одиниць, які здатні до відтворення подібних до себе, з часом залишаються такі, які більш стійко зберігаються та відтворюються. Природний добір — один з низки прикладів витіснення нестійких процесів стійкими.
Як ми встановили при розгляді феномену людської творчості, одиницями добору на стійкість можуть бути не лише окремі системи, а й певні стани однієї системи. Звісно, людський мозок не є найкращою системою для аналізу таких процесів; вони можуть йти поза усілякого цілеполагання. Так, ймовірно, саме таким чином забезпечується стійкість процесів, що відбуваються у біосфери (детальніше — пункт II-3).
Один з яскравіших вчених, класик термодинаміки, Людвіг Больцман (1844–1906), вказував, що концепція природного добору має дуже широкий фізичний зміст. Друге начало термодинаміки, у вивчення якого Больцман вніс видатний внесок, можна, крім іншого, сформулювати так. Відкриті системи самовільно переходять у більш стійкі (більш ймовірні) стани. Один з наслідків такого формулювання другого начала термодинаміки може показатися досить простою думкою, що добре відповідає здоровому глузду: процеси, які стійко підтримують свій стан та здатні поширюватися, витісняють нестійкі та менш здатні до поширення процеси. Прикладом поширення більш стійкого процесу за рахунок менш стійкого може бути конкурентне витіснення більш пристосованою популяцією менш пристосованої.
Сказане дозволяє сформулювати принцип природного добору sensu lato (у широкому розумінні): більш стійкі процеси (такі, що з вищою ймовірністю зберігають, відновлюють або поширюють свій стан) витісняють нестійкі. Одним з багатьох наслідків цього феномену є доцільність біологічних систем, які вивчає екологія.