Страница 7 из 12
Изучением клеток, построением моделей функционирования различных типов клеток различных типов живых организмов, имеющий клеточное строение, занимается цитология, раздел биологии, возможно, важнейший из всех. Цитология рассматривает клетку как сложную биомолекулярную систему, обладающую огромным количеством эмерджентных свойств, которые не могут быть сведены к сумме свойств биомолекул, из которых клетка состоит. Клетка – это открытая система, которая обменивается со средой, в которой она функционирует, материей, энергией и, как следствие, информацией.
Информационный обмен клеток со средой крайне интересен в такой технической науке, как теория многоагентных систем. Действительно, с точки зрения этой дисциплины многоклеточные организмы представляют собой многоагентные системы, состоящие из огромного числа агентов, зачастую автономных. И именно во взаимодействии этих агентов (в рассматриваемом случае – клеток) проявляются все системные свойства тканей, органов и организмов.
Для организации информационного обмена используются различные сигнальные молекулы, которые испускаются клеткой, а также рецепторы и каналы, располагающиеся на мембране клетки. И рецепторы, и каналы имеют сродство только к определённым молекулам или ионам, а потому сигнализация между клетками часто носит целенаправленный характер: один тип клеток сигнализирует другим типам клеток о каком-то событии. Общая схема такого взаимодействия выглядит следующим образом. Клетка-источник выпускает в среду сигнальные молекулы, которые присоединяются к рецепторам или проходят внутрь клеток-реципиентов, внутри которых начинается каскад биохимических реакций, результатом которых становится та или иная реакция клетки-реципиента на изменение состояния клетки-источника – изменение собственного состояния, в том числе отправка нового сигнала при помощи своих сигнальных молекул, старт деления клетки или даже запрограммированная смерть клетки (апоптоз).
Этим функциональным свойством клеток, кстати, пользуются вирусы – пограничная форма материи между жизнью (ещё не существо) и нежизнью (но уже и не вещество). Вирусы обладают так называемой тропностью к некоторым клеткам тех организмов, в которых происходит репликация вирусных частиц. Тропность позволяет вирусам присоединяться к рецепторным молекулам определённых клеток и при помощи них внедрять в клетку свой генетический материал для репликации.
Ещё одним важным свойством клетки является способность к размножению – деление клетки, отпочковывание от неё новой дочерней клетки с той же генетической информацией. И клетка также может стареть и, в конечном итоге, умирать, то есть разрушаться с потерей всех эмерджентных свойств, проявлявшихся на системном уровне. Но существуют и такие клетки, которые могут существовать неопределённо долгий период без потери своих системообразующих свойств. Это наводит на определённые идеи по поводу возможного бессмертия, проявляющегося на более высоких уровнях организации материи – раз может клетка, то почему не может организм?
Наконец, на этом уровне организации материи проявляется ещё одно важное свойство органической жизни – это метаболизм, то есть переработка и обмен веществ. Именно клетка начинает выступать в качестве этакой «кибернетической машинки», которая получает на вход ресурсы, перерабатывает их и отправляет на выход результаты переработки. Органическая жизнь характеризуется именно наличием метаболизма. и тот или иной вид «метаболизма» проявляется на всех высших уровнях организации жизни, начиная с клеточного.
Следующие два уровня можно рассмотреть одновременно, так как для целей этой книги в них особого различия нет. Эти уровни – уровень тканей и уровень органов. На этих уровнях проявляется эмерджентная функциональность, которую невозможно свести к функциональности клеток. Эти уровни изучают самые разные научные дисциплины, которые входят в комплекс физиологии. В целом, эти уровни можно назвать «обеспечивающими» или «поддерживающими», так как на них не проявляются системообразующие свойства жизни, но без них высокоорганизованная многоклеточная биологическая жизнь, похоже, не может существовать.
Вместе с тем в рамках физиологии можно рассмотреть два важных направления – эндокринологию и нейрофизиологию. Обе эти дисциплины изучают сигнализацию в организме, то есть передачу сигналов при помощи различных инструментов.
Эндокринология изучает эндокринную систему, которую можно рассматривать в качестве первой системы передачи информации в биологических организмах. Среди многоклеточных организмов зачатки эндокринных процессов наблюдаются уже в растениях. Собственно, в растениях сигнализация осуществляется только при помощи распространения специальных сигнальных молекул, что вполне сравнимо с деятельностью эндокринной системы в организме животных. Если искать функциональную аналогию этой системе в технике, то эндокринная сигнализация – это асинхронное межсистемное взаимодействие в интегрированных автоматизированных системах.
Нейрофизиология, в свою очередь, изучает деятельность нервной системы. Эта система сигнализации – уже полностью изобретение животных, поскольку для активно взаимодействующих с окружающей средой агентов потребовалась быстрая передача командной информации от центра управления к исполнительным устройствам, равно как и получение сигналов от сенсоров для быстрого принятия решений. Поэтому нервные пути стали прекрасным решением для организации связи между сенсорными системами, центральной системой управления и исполнительными устройствами в организмах животных. Так что в технике нервной системе соответствует синхронное межсистемное взаимодействие в интегрированных автоматизированных системах.
Кроме этого, нейрофизиология соприкасается с психологией, которая хоть и немного странная, но всё же наука. Несмотря на то, что в психологии все объекты исследования уникальны, всё же можно найти общие закономерности развития и функционирования человеческой психики. А психика сама по себе представляет собой супервентное свойство над динамикой функционирования нервной системы, которой занимается нейрофизиология. Поэтому и нейрофизиология, и психология с двух сторон движутся к одной цели – познанию природы человеческого разума. И если нейрофизиология делает это как бы «снизу вверх», разбираясь в глубинных причинах появления эмерджентных свойств в виде ментальных состояний центральной нервной системы, то психология пытается «дизассемблировать», выражаясь техническим языком, внешние поведенческие проявления и самоотчёты людей, стремясь через них спуститься к пониманию природы психики.
Фактически, психология является научной дисциплиной в дополнение к биологии. Если последняя рассматривает закономерности, свойственные жизни в целом, то первая – изучает отдельных индивидуумов. Обе науки как бы дополняют друг друга для целостного описания жизни. И психология должна в своих исследованиях опираться на модели и методы всех других наук, использующихся для исследования жизни.
Психология интересна ещё и тем, что является связующим звеном между нейронауками и философией сознания. Последняя рассматривает в фокусе своего интереса феноменологическое сознание, квалитативные состояния восприятия – те неуловимые с научной точки зрения феномены, которые каждый человек (и, скорее всего, другие животные, как минимум, позвоночные) испытывает в каждый момент времени, если только не находится в глубоком сне или коме. Психология как научная дисциплина может принести в философию сознания научный метод.
И таким же образом психология может стать дополнительной наукой к биологии в целом. Действительно, весь комплекс биологических наук рассматривает живые организмы и их подсистемы вплоть до биохимического уровня лишь как материю. А психология вносит в эту механистическую точку зрения модели для психики. И абсолютно неважно, как в итоге будет разрешена психофизическая проблема философии сознания – психология продолжит изучать психику как отдельный объект изучения, каким-то образом связанный с биологическим телом. И именно наличие психики у высших животных позволяет назвать таких животных «живыми».