Страница 15 из 17
Самая трудная для понимания функция системы управления – это акт принятия решений. Именно он ответствен за образование обратных связей, существующих в организме и связывающих организм и среду. Благодаря этой функции нервной системы организм способен не только оценивать свое положение по отношению к границе гомеостазиса, но и вырабатывать определенную. совокупность действий, компенсирующих нежелательные отклонения.
Хотя природа сформировала цепочки обратных связей еще на заре истории жизни, люди поняли их принципиальное значение и начали сознательно использовать относительно недавно – при проектировании технических систем. Наверное, интуитивно люди уже давно прибегали к принципу обратной связи – вспомним поведение рулевого на любом судне. Но первой технической системой, в которой принцип обратной связи был не только реализован, но и послужил источником специальной теории, стал регулятор Уатта. Создателями этой теории принято считать И. А. Вышнеградского (бывшего при Александре II министром финансов Российской империи) и Дж. К. Максвелла. Они разработали теорию регулятора независимо друг от друга в конце 40-х годов прошлого века. Теорию управления техническими системами можно было бы назвать, не делая большой ошибки, теорией отрицательной обратной связи. Главные задачи, которые она долгое время решала, так или иначе были связаны с отысканием такой обратной связи, которая позволила бы компенсировать возникающие помехи и обеспечивать устойчивость некоторых избранных состояний или движений системы. Лишь в последние десятилетия возникли новые разделы теории управления, значительно расширившие область ее применения.
Н. Винер еще в 40-х годах нашего века утверждал, что существование отрицательных обратных связей у живых существ является одной из основных (может быть, и главной) особенностей, отличающих живую природу от неживой, если исключить технические системы, обладающие обратной связью по воле их создателя – человека. Это утверждение Н. Винера получило широкую известность. И в литературе нередко высказывается убеждение, будто факт существования отрицательных обратных связей как основное отличие живых существ от неживых предметов является открытием Н. Винера. Более того, Н. Винера иногда называют «отцом биокибернетики». Однако, несмотря на все заслуги этого выдающегося ученого в области кибернетики, подобное утверждение вряд ли оправданно. Еще за 15 лет до Винера П. К. Анохин также утверждал, что наличие отрицательных обрвтных связей, обеспечивающих устойчивость организмов, – это то самое главное, что присуще жизни, что создает у живых существ целеполагание – стремление к сохранению гомеостазиса, что отличает жизнь от процессов, протекающих в неодушевленной природе. Ученики П. К. Анохина считают именно его зачинателем современной биокибернетики. Но, по-видимому, ни П. К. Анохин, ни Н. Винер не были правы. Правильную точку зрения первым высказал, скорее всего, А. А. Богданов, который еще в 1911 г. занимался проблемами организационных структур. Его книга «Всеобщая организационная наука, или Тектология» написана довольно архаичным языком, и, конечно, самого термина «обратная связь» у автора просто нет, да и не могло быть, поскольку он появился лишь в 20-х годах в лексиконе технических специальностей. Однако, если перевести рассуждения А. А. Богданова на современный язык, можно будет сказать, что он утверждал, что для развития организации любой природы необходимы не только отрицательные, но и положительные обратные связи. Любая организованная система, любое живое существо в частности, если присмотреться внимательно к его деятельности, проявляет способности реализовывать оба типа обратных связей. Ведь одни только отрицательные обратные связи, доведенные до своего логического конца, приводят к застою, к деградации организации, к прекращению всякого развития и к исчезновению той вариабельности, без которой никакая эволюция живого невозможна. Прекращение эволюционного процесса вовсе не означает потерн живой системой устойчивости и способности сохранять гомеостазис. Природа демонстрирует удивительные примеры стабильности, когда на протяжении десятков, а то и сотен миллионов лет организмы того или другого вида – как растительного, так и животного царств – остаются практически неизменными. Поэтому для «прогрессивной» эволюции, т. е. такого процесса, который ведет к появлению новых качеств, к росту сложности организмов, к повышению уровня разнообразия, необходимы и положительные обратные связи. Они позволяют расширить поиск, полностью использовать потенциальные возможности изменчивости. В частности, тенденция к повышению эффективности использования внешней энергии вряд ли может быть реализована без использования положительных обратных связей.
В последующем изложении наряду с термином «организованная система» мы будем использовать в большей степени понятие «организм». Под организмом, следуя терминологии теории управления, будем понимать любую систему, которая не только имеет собственные цели, но и обладает определенными возможностями следовать им. Живое существо всегда является организмом, поскольку оно не только имеет цель – сохранение гомеостазиса, но и обладает определенными возможностями ее достижения. Организмами являются и многие сообщества живых существ. Используя эту терминологию, мы можем сказать, что любой организм обладает способностью реализовывать как отрицательные, так и положительные обратные связи.
Редупликация, метаболизм, возникновение и устойчивость неравновесных с точки зрения термодинамики структур – все это укладывается в более или менее понятные схемы, и мы сталкиваемся с этими процессами уже на предбиологическом уровне развития вещества. Работы М. Эйгена и его последователей уже наметили определенные пути их математического моделирования. Что же касается механизмов обратных связей обоих типов (которые необходимо присущи всему живому), то их возникновение пока остается для нас «тайной за семью печатями». Это ведь такое изобретение природы, для понимания которого у нас еще нет никаких аналогий. Мы пока еще очень далеки от того, чтобы представить себе модель процесса, который мог бы привести к появлению какого-либо подобного механизма. Следуя терминологии В. И. Вернадского, факт существования сложных механизмов обратной связи следовало бы назвать главным «эмпирическим обобщением» в той науке, которая занимается изучением развития Земли и жизни на Земле. В процессе естественной эволюции планеты на ней возникли живые структуры, обладающие механизмами обратной связи, – это мы можем только констатировать!
Сегодня часто употребляют выражение теоретическая биология». В попытках расшифровать его говорят о необходимости создания теоретической биологии (на манер теоретической физики) и нередко сходятся на том, что такой науки пока еще нет. И это справедливо. Объем накопленного эмпирического материала действительно требует создания стройной теоретической системы, связанной единым становым хребтом, который подобен законам Ньютона в классической механике. Но такой фундаментальной основы в биологии пока еще нет. Поэтому мне представляется, что альтернативой царствующей эмпирии и разрозненным концепциям и теориям, являющимся результатом озарения гениев (а не следствиями дедуктивного анализа), суждено будет сделаться модели, описывающей возникновение обратных связей.
На этот путь нам указывает и опыт последнего десятилетия – М. Эйгену удалось построить модель редупликации биологических макромолекул. Если бы удалось сделать следующий шаг и построить нечто подобное для объяснения отрицательных обратных связей, сохраняющих гомеостазис, и положительных обратных связей, которые обеспечивают рост эффективности использования внешних энергии и вещества, то мы могли бы заменить сформулированное выше «эмпирическое обобщение» стройной логической схемой и тем самым заложить фундамент теоретической биологии.
2. Рефлексное управление и нервная система
Итак, в процессе эволюции живые организмы обзавелись системой обратных связей, которая помогает нм обеспечивать собственную стабильность и дальнейшее развитие. Носителями реакций обратных связей являются нервная и гормональная системы. Эволюционируя как система управления организмом, нервная система непрерывно усложняется и в результате превращается в систему, содержащую сложнейшие блоки переработки информации и выработки команд исполнительным органам.