Синергетическая концепция самоорганизации

    3) Различаются процессы организации и самоорганизации Общим признаком для них является возрастание порядка вследствие протекания процессов, противоположных установлению термодинамического равновесия независимо взаимодействующих элементов среды (также удаления от хаоса по другим критериям). Организация, в отличие от самоорганизации, может характеризоваться, например, образованием однородных стабильных статических структур.

    4) Результатом самоорганизации становится  возникновение, взаимодействие, также  взаимосодействие (например, кооперация) и, возможно, регенерация динамических  объектов (подсистем) более сложных  в информационном смысле, чем  элементы (объекты) среды, из которых  они возникают. Система и ее составляющие являются существенно динамическими образованиями.

    5) Направленность процессов самоорганизации  обусловлена внутренними свойствами  объектов (подсистем) в их индивидуальном  и коллективном проявлении, а  также воздействиями со стороны  среды, в которую «погружена»  система. 

    6) Поведение элементов (подсистем)  и системы в целом, существенным  образом характеризуется спонтанностью  — акты поведения не являются  строго детерминированными.

    7) Процессы самоорганизации происходят  в среде наряду с другими  процессами, в частности противоположной  направленности, и могут в отдельные  фазы существования системы как  преобладать над последними (прогресс), так и уступать им (регресс). При этом система в целом может иметь устойчивую тенденцию или претерпевать колебания к эволюции либо деградации и распаду.

    Самоорганизация может иметь в своей основе процесс преобразования или распада  структуры, возникшей ранее в  результате процесса организации.

    Приведенное развернутое определение является если и не вполне совершенным, то все–таки необходимым шагом на пути конкретизации содержания, которое относится к синергетике, и выработки критериев для создания моделирующей самоорганизующейся среды.

    О соотношении синергетики и самоорганизации  следует вполне определенно сказать, что содержание, на которое они  распространяются, и заложенные в  них идеи неотрывны друг от друга. Они, однако, имеют и различия. Поэтому синергетику как концепцию самоорганизации следует рассматривать в смысле взаимного сужения этих понятий на области их пересечения.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. ОРГАНИЗАЦИЯ  В ЖИВОЙ И НЕЖИВОЙ ПРИРОДЕ

2.1  Иерархия уровней организации живого

Представления о неравновесности живого организма  развил биолог фон Берталанфи, введя  термин «открытые системы», ныне широко используемый в синергетике. Он рассматривал стационарные состояния в неравновесной  живой системе, которые, определил  как «текущее равновесие». На основе обобщения физических, в частности  термодинамических, представлений  он разработал свою теорию биологических  организмов, рассматривая организм как  целостную сложную иерархическую  систему.

По существу в применении к биологии он предложил  и использовал метод системного анализа, активно применяемый сейчас в науке и технике. В частности, им высказана идея, что системная  организация — основа точной биологии. А как метко сказал Н. В. Тимофеев-Ресовский, системный анализ — «это когда сначала думают, а потом делают». Организм — пространственное целое, проявляющееся во взаимодействии частей и частных процессов. Процессы в живом организме обусловливаются целостной пространственной системой, подчиненной жесткой иерархии.

Концепция структурных  уровней позволяет не только описать  живые организмы по уровням их сложности и закономерностям  функционирования, но и расположить  в иерархическом порядке, при  котором каждый предыдущий уровень  входит в последующий, образуя единое целое живой системы. Тем самым представление уровней организации хорошо сочетается с целостностью организма. Критерием выделения основных уровней выступают специфичные дискретные структуры и фундаментальные биологические взаимодействия.

Различают следующие уровни организации биологических структур: самоорганизующиеся комплексы, биомакромолекулы, клетки, многоклеточные организмы Н. В. Тимофеев-Ресовский приводит другую классификацию уровней: клеточный, молекулярно-генетический, организменный, популяционно-видовой и биогеоценозный . Существует и такая градация: молекулярный, клеточный, тканевой, органный, онтогенетический, популяционный, видовой, биогеоценотический и биосферный На каждом уровне выделяют элементарную единицу и элементарные явления.

Элементарная  единица — это структура, закономерное изменение которой приводит к  элементарному явлению. Элементарной единицей на молекулярно-генетическом уровне является ген, на клеточном — клетка, на организменном — особь, на популяционном — совокупность особей одного вида — популяция. Совокупность элементарных единиц и явлений на соответствующем уровне отражает содержание эволюционного процесса.

Эти уровни организации  будут подробно рассмотрены в  соответствующих разделах, а здесь  отметим их аналогию с физической шкалой размеров и масс, дискретностью энергетических уровней в квантовой механике.

Переход от одного уровня к другому происходит скачкообразно, дискретно, в соответствии с основными  принципами квантовой механики, и  такие переходы в физике представляют собой неравновесные фазовые  переходы, которым в синергетике  соответствуют бифуркации. Механизм перехода в понятиях синергетики  реализуется через хаотические  состояния, и через него реализуется  связь разных уровней организации. В точках бифуркации малое случайное  изменение может привести к сильному возмущению системы, и возникает  фазовый переход. В таком представлении  гибель живого организма можно рассматривать  как фазовый переход «жизнь —  не жизнь».

Понятия о целом  и части, используемые не только в  системном анализе, но и в философии, можно применять к физике живого, поскольку живым организмам присущи  гармоническая иерархичность и  целевая функция1. Действительно, рассматривая любые явления и свойства живой и неживой природы, мы обязательно касаемся проблемы  целого и части — все наблюдаемые объекты являются частями более общего понятия целого и, в свою очередь, состоят из каких-то частей. Эти представления применимы к эволюции любой сложной неравновесной системы с нелинейной динамикой ее развития в процессах самоорганизации. Гармонизация этих процессов в живых организмах и шире — во всей природе находит свое отражение в понятиях «ян» и «инь» восточной философии и в идее «золотого сечения». 

2.2 Метод Фибоначчи как фактор гармонической самоорганизации

Математическим  обоснованием гармонического соотношения  частей организма, его соразмерности, порядку и необходимому организму  хаосу, обусловленности пространственно-временного и функционального взаимодействия органов (например, человека и процессов  в его организме) является метод Фибоначчи. На основе большого количества эмпирических обобщений было установлено, что числа ряда Фибоначчи нужно сопоставить с параметрами жизненных процессов. Оказалось,

что они отражают не только изменение и устойчивость живого организма, но и энергетический баланс, определяющий его развитие.

Различие в  процессах самоорганизации в  неживых и живых системах, как  отмечали И. Пригожин и И. Стенгерс , заключается в том, что молекулы неорганического мира, участвующие в сложных химических реакциях, просты, а в биологической самоорганизации, наоборот, реакции просты, а молекулы укрупняются, усложняются и становятся макромолекулами. Это обусловлено тем, что структура реакций переходит в структуру элементов — молекул, т.е. процесс закрепляется в структуре. Взаимоотношение между структурой и процессами отражает известный закон единства и борьбы противоположностей, закон единства сохранения и изменения сущности, который составляет суть развития самоорганизующихся систем. И здесь третий член золотой пропорции Фибоначчи снимает противоречие между сохранением (устойчивостью) и изменением через развитие, которое включает и то и другое — состояние и процесс. Многие физиологические процессы в организме человека, гармонизируются по «золотому сечению» (методу Фибоначчи), Так, биолог В. Д. Цветков из Пущинского биологического центра установил, что оптимизация артериального давления и ритмов сердечно—сосудистой системы происходит по соотношению, «золотого сечения».

Ряд Фибоначчи  становится системообразующим фактором гармонической самоорганизации  живого организма. В этом смысле эволюция — не просто адаптация организма  к внешним условиям, а его стремление к гармонии, соразмерности развития всего организма как целого и  функционирования его внутренних органов  как частей. Структурно-функциональная организация человеческого тела и его организма в процессе эволюции отражает эту гармонию по методу Фибоначчи и в опыте  человечества. Рекурсивный1 характер этого гармоничного ряда в применении к живым организмам позволяет учитывать память о предыдущих поколениях.

С гармонией  развития организма, как целого, так  и его частей, хорошо согласуется  универсальный для всего современного естествознания принцип дополнительности Бора. Применительно к рассматриваемой  проблеме он отвергает возможность понимать жизнь и ее эволюцию путем вычленения и исследования отдельных частей организма: определяя более точно одну сторону живого объекта, мы теряем определенность в понимании другой.

Согласно этому  же принципу, можно высказать и  парадоксальную мысль: познание жизни  и сама жизнь несовместимы! Например, при хромосомном анализе определения  дозы радиации, полученной человеком  давно (так называемой реконструированной дозы), лазерный луч убивает усики  хромосом, тем самым убивает саму хромосому. Относительно живого организма  как целостной системы В.А. Энгельгардт  выделял три признака, характеризующих  взаимоотношения между целым  и частями:

— возникновение  в системе взаимодействующих  связей между целым и частями;

— утрата некоторых  свойств u1095 астей при вхождении их в состав целого;

— появление  у возникающего целого новых свойств, определяемых свойствами

__основных частей и возникновением новых связей между частями.

Организация живых  систем обусловливает их эволюцию, а основным критерием их организации  является эффективность использования  энергии, причем эволюция должна идти как по сложности и организованности, так и по степени их функциональности, и эта функциональность играет более  активную роль в эволюции, чем структура. Поэтому, организация включает в  себя не только структуру, но и связи  между элементами и их взаимодействие.

Так как эволюция живого идет через развитие его организации, то ее можно связать с общим  законом самоорганизации материи: процесс развития характеризуется  непрерывным усложнением и ростом разнообразия организационных форм материи. Это биологический закон  дивергенции (его можно сравнить с физическим законом дивергенции  — расходимостью), который понимают как «расходимость» видов. На это  указывал В.А. Энгельгардт, подчеркивая, что энергетика биологических систем характеризуется двумя как будто  противоположными чертами — наличием элементов многообразия, с одной стороны, и наличием элементов унификации, с другой. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сейчас можно  считать общепринятым положение, что  живые организмы являются открытыми  неравновесными системами, и, естественно, поэтому хочется применить к  ним те же физические законы, которые  используются для объяснения физико-химических процессов в объектах неживой  природы и даже управления ими. В  этом направлении на базе синергетики  были получены некоторые конкретные результаты, однако построить окончательную  физическую модель живого не удалось, хотя такое желание, конечно, есть. Синергетический подход пока очень хорошо вписывается в холистическое восприятие и объяснение мира и позволяет в какой-то мере с общих позиций описывать и живую, и неживую природу и говорить об их единстве. Антропный принцип может быть использован как универсальный инструмент в исследовании сложных систем любой природы. Он оказывается принципом существования сложного в нашем мире: чтобы на макроуровне было возможно образование сложных систем, элементарные процессы на микроуровне должны проходить очень избирательно, т.е. в соответствии с «подгонкой» фундаментальных констант по антропному принципу, в том числе и констант — параметров, определяющих жизнедеятельность организма.

Пределы изменения  этих параметров очень узки (вспомним, например, диапазон температур, давлений и других условий, в которых может  существовать человек): достаточно небольшого изменения, их и жизнь становится невозможной.

Используя принцип  дополнительности Бора, можно считать, что нельзя судить о содержании общих  биологических закономерностей, оставаясь  только в рамках чисто биологических  воззрений, тем более что биология сообщает множество интересных и  важных подробностей о человеке, упуская, тем не менее, нечто принципиальное. Нужно, по Бору, дополнение в лице физики! Бор считал, что познание живого организма в виде атомно-молекулярной системы принципиально дополнительно  к изучению этого организма как целостной системы и ни один результат биологического исследования не может быть однозначно трактован, если не использовать представления физики и химии. Именно в этом смысле следует понимать, что лишь одними законами биологии или физики невозможно объяснить феномен живого. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЛИТЕРАТУРА:

1. Горбачев В.В. Концепции современного естествознания, Уч-к для ВУЗов, М, 2003.
2. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах М: Мир, 1979.
3. Пригожин И.Р., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986.
4. Князева Е.Н. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем.-М., 1994.