Структурное сопряжение

Где бы мы ни наблюдали жизнь, от бактерий до широкомасштабных экосистем, мы видим сети с компонентами, которые взаимодействуют друг с другом таким образом, что вся сеть регулирует и организует себя. Поскольку эти компоненты, за исключением элементов клеточных сетей, сами являются живыми системами, реалистичная картина автопоэзных сетей должна включать описание того, как живые системы взаимодействуют между собой и, в общем случае, с окружающей средой. В сущности, такое описание является неотъемлемой частью теории автопоэза, разработанной Матураной и Варелой.

Главная особенность автопоэзной системы заключается в том, что она проходит непрерывные структурные изменения, одновременно сохраняя свой паутиноподобный паттерн организации. Компоненты сети непрерывно производят и преобразуют друг друга, и осуществляют они это двумя различимыми способами. Один тип структурных изменений представляют изменения самообновления. Всякий живой организм постоянно обновляет себя, клетки разрушаются и восстанавливаются, ткани и органы заменяют свои клетки в непрерывных циклах. Несмотря на эти непрекращающиеся изменения, организм постоянно поддерживает свою общую идентичность, или паттерн организации.

Многие из этих циклических изменений происходят гораздо быстрее, чем это можно представить. Например, наша поджелудочная железа заменяет большинство своих клеток каждые двадцать четыре часа, клетки внутренней оболочки желудка воспроизводятся каждые три дня; наши белые кровяные тельца обновляются за десять дней, а 98 процентов протеина в нашем мозге сменяются меньше чем за месяц. Что еще более поразительно — клетки нашей кожи заменяются со скоростью 100 000 клеток в минуту. Фактически основная часть пыли в наших домах состоит из мертвых клеток кожи.

Второй тип структурных изменений в живой системе представляют изменения, посредством которых создаются новые структуры — новые связи в автопоэзной сети. Изменения второго типа — эволюционные, а не циклические; они тоже совершаются непрерывно, либо как последствия влияния окружающей среды, либо как результат внутренней динамики системы. Согласно теории автопоэза, живая система взаимодействует со своей окружающей средой через структурное сопряжение, т. е. через повторяющиеся взаимодействия, каждое из которых запускает структурные изменения в системе. Например, клеточная мембрана непрерывно вводит вещества из своего окружения в метаболические процессы клетки. Нервная система организма изменяет свою внутреннюю связность с каждым сенсорным восприятием. Тем не менее эти живые системы автономны. Окружающая среда лишь запускает структурные перемены, но не определяет и не направляет их51.

Структурное сопряжение, как его определяют Матурана и Варела, устанавливает четкое различие между тем, как взаимодействуют со своей окружающей средой живые и неживые системы. Пнуть камень и пнуть собаку — это две совершенно разные истории, как любил отмечать Грегори Бэйтсон. Камень будет реагировать на пинок согласно линейной причинно-следственной цепочке. Его поведение может быть просчитано на основе фундаментальных законов ньютоновской механики. Собака ответит структурными изменениями, согласно своей собственной природе и (нелинейному) паттерну организации. Результирующее поведение, в общем случае, непредсказуемо.

Поскольку живой организм отвечает на влияния окружения структурными изменениями, то и эти изменения, в свою очередь, влияют на его последующее поведение. Другими словами, структурно сопряженная система — это обучающаяся система. Пока организм остается живым, он будет структурно сопрягаться со своим окружением. Его непрерывные структурные изменения в ответ на события — и, следовательно, его непрерывное приспособление, обучение и развитие — это и есть ключевые характеристики поведения живых существ. Благодаря его структурному сопряжению, мы называем поведение животного разумным, но мы не применяем этот термин к поведению камня.

Развитие и эволюция

Продолжая взаимодействовать со своей окружающей средой, живой организм проходит последовательность структурных изменений и со временем формирует свой собственный, индивидуальный путь структурного сопряжения. В каждой точке этого пути структура организма представляет собой запись предыдущих структурных изменений и, следовательно, предыдущих взаимодействий. Живая структура — это всегда запись предыдущего развития, и онтогенез — ход развития индивидуального организма — это история структурных изменений организма.

Таким образом, поскольку структура организма в любой точке свое-I го развития представляет запись его предыдущих структурных изменений и поскольку каждое структурное изменение влияет на последующее поведение организма, то из этого следует, что поведение живого организма определяется его структурой. Так, с разных сторон, живая система определяется своим паттерном организации и своей структурой. Паттерн организации определяет своеобразие системы (т. е. ее существенные черты); структура, сформированная последовательностью структурных изменений, определяет поведение системы. По терминологии Матураны, поведение живых систем структурно детерминировано.

Эта концепция структурного детерминизма бросает новый свет на старые философские споры о свободе и детерминизме. Согласно Мату-ране, поведение живого организма детерминировано. Однако оно детерминировано не внешними силами, а самой структурой организма — структурой, образовавшейся через последовательность автономных структурных изменений. Получается, что поведение живого организма и детерминировано, и свободно.

Больше того, факт структурной детерминированности поведения не означает, что оно предсказуемо. Структура организма просто «обусловливает ход своих взаимодействий и ограничивает структурные изменения, которые могут быть вызваны этими взаимодействиями»52. Например, когда живая система достигает точки бифуркации, как это описано у Пригожина, ее история структурного сопряжения будет определять новые ставшие возможными направления; но по какому направлению пойдет система, остается непредсказуемым.

Как и пригожинская теория диссипативных структур, теория автопоэза показывает, что творчество — создание все новых и новых конфигураций — является ключевым свойством всякой живой системы. Особая форма такого творчества — порождение разнообразия через воспроизведение, начиная от простого деления клетки и вплоть до чрезвычайно сложного танца полового размножения. Для большинства живых организмов онтогенез — это не линейный путь развития, но Цикл, и воспроизведение является жизненно важной частью этого Цикла.

Миллиарды лет тому назад объединенные способности живых систем к воспроизведению и созданию новизны естественным образом привели к биологической эволюции — творческому раскрытию жизни, которое в виде непрерывного процесса продолжается до сих пор. От самых архаических и простых форм жизни до самых запутанных и сложных современных форм — на этом поле жизнь развернула непрерывный танец, никогда не нарушая основной паттерн своих автопоэзных сетей.

ПРИМЕЧАНИЯ К ГЛАВЕ 9

1.См. выше, с. 105.

См. выше, с. 114.

См. выше, с. 124 и далее.

См. выше, с. 100— 101.

Von Neumann (1966).

См. Gardner (1971).

В каждом квадрате (3x3) имеется центральная клетка, окруженная 8 соседями.

Если три соседние клетки черные, центральная клетка становится черной на следующем шаге («рождение»); если две соседние клетки черные, центральная клетка остается без изменений («выживание»); во всех других случаях клетка становится белой («смерть»).

См. Gardner (1970).

Великолепный отчет по истории и применению клеточных автоматов см. в Farmer, Toffoli and Wolfram (1984), в особенности предисловие Стивена Вольфрама. Более позднее собрание технических статей см. в Gutowitz (1991).

Varela, Maturana, and Uribe (1974).

Эти передвижения и взаимодействия могут быть формально выражены как математические правила перехода, применяемые одновременно ко всем клеткам.

Некоторые из соответствующих математических вероятностей служат переменными параметрами модели.

Вероятность распада не должна превышать 0,01 за временной шаг, чтобы вообще могла быть создана жизнеспособная структура, а граница должна со держать не менее 10 звеньев; подробности см. в Varela, Maturana and Uribe (1974).

См. Kauffman (1993), pp. 182ff; краткое резюме см. в Kauffman (1991).

См. выше, с. 145 и далее. Заметьте, однако, что, поскольку значения двоичных переменных изменяются дискретно, то и их фазовое пространство тоже будет дискретным.

См. Kauffman (1993), р. 183.

Самосозидание

См. там же, p. 191.

См. там же, pp. 441 ff.

См. выше, с. 83 и далее.

Varela et al. (1992), p. 188.

Kauffman(1991).

22. См. Kauffman (1993), p. 479. 23.Kauffman(1991).

Cm. Luisi and Varela (1989), Bachmann et al. (1990), Walde et al. (1994).

Cm. Fleischaker (1990).

26.Недавние дискуссии по вопросам, обсуждаемым ниже, см. в Fleischaker (1992), а также Mingers (1995).

Maturana and Varela (1987), p. 89.

См. ниже, с. 307 и далее.

Maturana and Varela (1987), p. 199.

См. Fleischaker (1992); Mingers (1995), p. 119.

Mingers (1995), p. 127.

Cm. Fleischaker (1992), pp. 131— 141; Mingers (1995), pp. 125— 126.

Maturana (1988); см. также ниже, с. 310— 312.

Varela (1981).

Luhmann(1990).

См. выше, с. 121.

См. выше, с. 117 и далее.

Lovelock (1991), pp. 31 ff.

См. выше, с. 227— 228.

См. выше, с. 110— 111.

См. Lovelock (1991), pp. 135— 136.

Harding (1994).

См. Margulis and Sagan (1986), p. 66.

Margulis (1993); Margulis and Sagan (1986).

См. ниже, с. 256 и далее.

Margulis and Sagan (1986), pp. 14, 21.

Там же, р. 271.

Цитируется по Сарга (1975), p. 183.

См. ниже, с. 253 и далее.

См. Lovelock (1991), р. 127.

См. Maturana and Varela (1987), pp. 75ff.

Там же, р. 95.

Глава 10

Раскрытие жизни

О дна из самых замечательных особенностей зарождающейся теории живых систем — необходимо вытекающее из нее новое понимание эволюции. Взгляд на эволюцию как на результат случайных мутаций и естественного отбора сменяется признанием творческого раскрытия Жизни, непрерывно возрастающего разнообразия и сложности — этих неотъемлемых характеристик всякой живой системы. Хотя мутация и естественный отбор по-прежнему признаются важными аспектами биологической эволюции, основное внимание ученых теперь сосредоточено на творчестве, непрерывном стремлении Жизни к обновлению.

Чтобы глубже понять фундаментальное различие между старыми и новыми взглядами на эволюцию, рассмотрим кратко историю эволюционной мысли.