проект ПЕРПЕТУУМ галактика
  • Электроника, информатика, эволюционная информатика
  • Технические решения с использованием эволюционных процессов
  • Машинное моделирование элементов разумного поведения
планета

Книга "Закономерная случайность"

Снесла курочка яичко

[Предыдущая глава] | [Оглавление] | [Следующая глава]

Мы знаем, что огромные энергии сосредоточены в сравнительно просто организованных системах. Ими наполнена Вселенная. Но на Земле организованные системы, обладая маленькими энергиями, значительно усложнились, в результате чего возникла биосфера. Как это оказалось возможным? Какие закономерности поддерживают столь хрупкие организмы, заставляют их обновляться и совершенствоваться? Ответы могут помочь нам лучше понять свою роль и своё место в этом мире, понять причины несовершенства нашего общества и отыскать пути его более гармоничного развития. Понимание основных природных механизмов поможет многое улучшить и в медицине, и в технологиях. По мере того, как мы познаём законы Вселенной, нас ещё больше дразнят тайны биологической жизни. Но вместе с тем растут и наши возможности находить ответы.

Тайны биологических форм жизни издавна овладевают умами людей. Началось это, видимо, с тех пор, когда люди впервые обратили внимание на принципиальное различие между грубой стихией и тонко устроенным миром растений и животных. Кому-то может показаться, что в природе существует некая сила, способная оживить даже камень: чего бы ни коснулась эта сила - всё расцветёт. В таком случае она и ответственна за существование биологической жизни. Однако поиски этой "силы" упрямо ведут к выявлению закономерностей, не требующих для своего объяснения ни чуда, ни мистики. Но… романтикам это может не понравиться.

Возьмём для примера курицу. Мы не будем касаться чисто биологических аспектов: нас пока интересуют более общие принципы. Мы рассмотрим её как систему, выполняющую преобразование энергии и материи, иначе говоря - как машину. На "входе" у этой "машины" - корм и вода. На "выходе" - яйца и "отходы производства". Курицу можно признать открытой организованной системой: она выполняет преобразование материи и энергии, которые поступают в неё из окружающей среды, и возвращает продукты переработки во внешнюю среду. Сама курица в некотором интервале времени почти не меняется (небольшими изменениями можно пренебречь), что является признаком высокой организации. Если же увеличить интервал времени наблюдения, то курица превратится в хаотическую систему, в цикле которой присутствуют необратимые процессы развития (превращения цыпленка во взрослую особь) и увядания (старения). Если рассматривать не одну курицу, а цикл воспроизводства в масштабах популяции, то снова получим организованную систему (но с элементами хаоса в виде эволюции).

Вернёмся к отдельно взятой курице и пронаблюдаем за её яйцом. По мере развития оно подвергается значительным изменениям, а это значит, что в нём преобладают необратимые процессы, свойственные хаотическим системам. Но и признать его исключительно хаотической системой тоже нельзя, потому что яйцо имеет в своём составе стабилизирующие элементы, препятствующие некоторым необратимым изменениям. Простой тому пример - скорлупа, защищающая от повреждений. Но самое главное - это, конечно, не скорлупа, а предопределённость процессов в яйце, однозначно указывающая на присутствие высокой организации. Предопределённость свидетельствует о наличии цикла обратимых процессов, хотя эти процессы в данном случае выходят за пределы одного яйца. Это полный цикл воспроизводства организма. Таким образом, преимущественно хаотическое яйцо входит в состав более сложной и более организованной системы.

Строение цыплёнка абсолютно не похоже на первоначальное строение яйца. Причём цыплёнок не может превратиться обратно в яйцо. Эти факты заставляют признать яйцо преимущественно хаотической системой. Может показаться, что здесь какая-то ошибка. Мы же знаем, что из куриного яйца вылупится цыпленок, а не лягушка, и даже не утёнок. Как уживаются вместе хаос и предопределённость? Здесь начинается самое интересное.

Полноценное яйцо содержит зародыш цыплёнка, в каждой клетке которого имеется молекула ДНК. Эта молекула - стабильная структура, потому что в норме она не подвергается изменениям. ДНК предопределяет ход развития хаотических процессов в каждой клетке зародыша. Это тот случай, когда необратимые процессы протекают под влиянием фактора отбора, который внедрён в хаотическую систему вышестоящей организованной системой. Такое сотрудничество хаоса и организации объединяет качества этих принципиально разных систем, что проявляется новым качеством - способностью к предопределённому развитию. По-отдельности ни хаотическая, ни организованная системы этого не могут.

Остановимся подробнее на принципе предопределённого развития. Такое развитие системы является частным случаем направленно-хаотического развития с тем лишь отличием, что направление (отбор необратимых процессов) при этом формируется вышестоящей организованной системой. Принцип направленно-хаотического развития объясняется очень просто. Энергия, осуществляющая необратимые изменения в системе и поэтому ответственная за её развитие, стремится к преобразованию всеми возможными путями. При отсутствии отбора все эти пути в итоге и будут реализованы, что подобно взрыву. В этом случае ни о каком направленном развитии речи быть не может. Но строение реальных систем почти никогда не допускает абсолютно неограниченного преобразования энергии. В действительности из всего множества возможных путей преобразования энергии свободными бывают лишь некоторые. Остальные пути оказываются в некотором смысле "заблокированными" из-за особенностей строения данной системы. В связи с этим энергия преобразовывается только доступными путями, попутно производя необратимую перестройку системы. Иначе говоря, особенности строения системы - это и есть фактор отбора необратимых процессов. Этот фактор может иметь различное происхождение (даже случайное), но в том или ином виде присутствует практически в любой системе. Именно он хаотическое развитие системы превращает в направленно-хаотическое. Если же хаотическая система (яйцо, например) является подсистемой, входящей в состав организованной системы (цикл воспроизводства птицы), то фактор отбора внедряется этой организованной системой в развивающуюся подсистему. Наличие цикличности в поведении организованной системы позволяет нам легко и с высокой точностью предсказать ход развития необратимых процессов в подчинённой хаотической системе (яйце). Поэтому такой вариант направленно-хаотического развития можно с полным правом назвать предопределённым.

Итак, организованная система путём формирования фактора отбора навязывает направление необратимым процессам в подчинённой хаотической системе, что обеспечивает преопределённый результат её развития. Вот почему мы так уверены, что из куриного яйца вылупится цыплёнок.

При отсутствии отбора события в системе развиваются по всем возможным направлениям, иначе говоря, непредсказуемо. Бывает, что так и нужно. На этом, в частности, основана лотерея. Условия лотереи требуют, чтобы все события имели равные шансы. Но это тот случай, когда неконтролируемый хаос оставляет след лишь в информационном пространстве, ничего существенно не меняя в мире физическом. А вот если события в подобной системе касаются физического мира, то это уже случай разрушительного хаоса. Самый простой пример - взрыв. Именно этот вариант хаоса многие считают единственно возможным, что и порождает ошибочное понимание природы хаотических процессов. Но стоит только ввести в систему фактор отбора, за которым в некоторых случаях "присматривает" организованная система, как хаос из разрушителя превращается в строителя. Например, в поршневом двигателе внутреннего сгорания тоже периодически происходят взрывы, но организованная механика цилиндра и поршня оставляют из всех возможных вариантов распространения энергии взрыва лишь один вариант - поступательное движение поршня. Это тоже пример фактора отбора, навязанного организованной системой хаотическому процессу.

Мы часто встречаемся с разновидностями направленного хаоса в повседневной жизни, даже не задумываясь об этом. Допустим, мы решили просеять толчёные сухари через сито. В данном случае сито является стабильной структурой, формирующей фактор отбора в хаотической системе. Ячейки сита имеют одинаковый размер, благодаря чему пройти через него могут только крошки меньше этого размера. Заметим, что в процессе просеивания перемещение крошек по поверхности сита имеет случайный характер, но результат, тем не менее, получается вполне предсказуемым благодаря фактору отбора. Так условия среды, в которой протекает хаотический процесс, предопределяют его эволюционный результат. Иначе говоря, даже случайные события вполне могут давать заранее известный результат, если они происходят в среде, где действует фактор отбора.

Подобные "технологии" работают и на уровне молекул. При этом ДНК управляет отбором процессов в своём микромире, и, тем самым, предопределяет свойства клетки. Именно по этой причине хаотические процессы в курином яйце развиваются не как попало, а в строго заданном направлении. Возникает даже иллюзия развития по программе. Но никакой программы в явном виде не существует - только необратимые случайные события, "просеиваемые" через "сито" фактора отбора, которым управляет ДНК.

Можно найти множество других, в том числе и более сложных примеров взаимодействия организации, хаоса и отбора. Возьмём сферу торговли. Покупатель в магазине - это, бесспорно, элемент случайности, потому что никто не знает, когда он придёт и что ему будет нужно. Кроме того, покупатель - это ещё и фактор отбора, ведь он в буквальном смысле выбирает товар. Каждый владелец магазина, заботясь об увеличении продаж, предпринимает действия, по сути своей сводимые к созданию фактора отбора. Во-первых, он формирует ассортимент, исходя из востребованности тех или иных товаров, производя тем самым предварительный отбор товара. Во-вторых, он даёт рекламу, позволяющую из множества потенциальных покупателей отобрать тех, которым этот товар может понадобиться. Происходит в некотором роде отбор фактора отбора. В итоге, несмотря на прежнюю случайность каждой покупки, торговля в целом идёт активнее, чем если бы фактора отбора не существовало. Здесь мы снова видим, как организованная система, используя фактор отбора в своих целях, направленно влияет на течение хаотических процессов. А давайте всё же представим себе магазин, в котором начисто отсутствует фактор отбора. Получится нечто вроде свалки, где имеется всё подряд, а покупатели - случайные прохожие, которым ничего особенно-то и не нужно.

И всё-таки трудно так быстро отделаться от мысли, что развитие биологического организма - это исполнение некоего алгоритма. Уж очень велико сходство. В таком случае будет нелишним подробнее рассмотреть суть алгоритма. Любой алгоритм в более общем виде представляет собой описание правил перехода системы из одного состояния в другое. В этом смысле любую детерминированную систему можно рассматривать, как алгоритмическую машину - все изменения в ней также подчиняются правилам. Правила эти могут предусматривать обратимые и необратимые переходы, благодаря чему система-исполнитель имеет в своём распоряжении, как элементы организации, так и элементы хаоса. Причём хаос для алгоритма очень важен, и его роль не второстепенна. Это можно увидеть на примере компьютерной программы. Как поведёт себя программа, представляющая собой идеально организованную систему полностью свободную от хаоса? Такая формулировка вопроса наверняка вызывает ассоциации с тщательно отлаженной и очень надёжной программой. Но на деле всё обстоит иначе: программа, не содержащая хаоса - это зависшая программа, потому что все процессы в ней обратимы. В такой программе повторяются одни и те же действия, и нет шанса на её завершение. Выход из этого бесконечного цикла возможен только при некотором условии. Но условие не выполняется из-за того, что каждый очередной цикл никаких изменений в системе не оставляет (в силу обратимости процессов). Чтобы выполнилось условие, должно произойти необратимое событие, а это значит, что программа должна содержать элемент хаоса. Речь не идёт о чём-то случайном. Элементом хаоса является в данном случае любой оператор, после исполнения которого состояние системы необратимо меняется. Это может быть даже изменение значения какого-либо счётчика. Можно проанализировать любую реальную программу и убедиться, что она представляет собой "переплетение" обратимых и необратимых процессов. Причём и те и другие необходимы.

Никого не должно вводить в заблуждение то, что компьютер, формально являясь идеально организованной системой, выполняет программы, в которых происходят необратимые события. В данном случае важно учитывать масштабы системы и интервал времени наблюдения. Системные ресурсы, выделяемые компьютером конкретной программе на время её выполнения, действительно могут образовывать в определённой степени хаотическую систему, что является необходимым условием для получения от программы хоть какого-то результата. Ведь исполнение программы - это тоже своего рода эволюционный процесс, в котором должно что-то развиваться. Но после завершения программы и получения результатов системные ресурсы возвращаются обратно в систему без последствий. При этом все необратимые в пределах исполнения программы процессы теряют свою необратимость.

Теперь можно проследить интересную аналогию. Во-первых, исполнение алгоритма во многом основано на необратимых (хаотических) процессах. Во-вторых, исполнение алгоритма всегда преследует вполне конкретную цель, так как любой алгоритм имеет своё назначение. Следовательно, и здесь хаос помогает в достижении заранее определённой цели. Но тогда, может быть, алгоритм - это ещё один способ "заставить" хаос делать то, что нужно? Чтобы понять, так ли это, нужно посмотреть, как происходит исполнение алгоритма. Исполнение алгоритма в любой системе происходит путём взаимного ограничения степеней свободы элементов системы, что представляет собой частный случай всё того же управления фактором отбора. В данном случае происходит отбор следующего состояния системы. Её переход в какое-либо другое состояние при этом исключается. Данное утверждение справедливо и для механических, и для электронных систем. В механических можно воочию увидеть, как это работает. Если же рассматривать электронный цифровой автомат, то его всегда можно разбить на составные элементы и убедиться, что к ним применимы те же закономерности. Например, двухвходовый логический элемент "И" в традиционном виде представляется как функция, принимающая истинное значение только при истинном значении на обоих входах. Но этот же элемент можно рассматривать и как "выключатель", запрещающий прохождение истинного значения с одного из входов на выход при ложном значении на другом входе. В такой интерпретации отчётливо просматривается взаимное ограничение степеней свободы элементов системы (в данном случае - возможных логических состояний). Это позволяет сделать вывод, что исполнение алгоритма основывается всё на том же принципе формирования отбора, который направляет течение хаотических процессов и предопределяет их конечный результат. Этим объясняется и сходство между развитием биологического организма и исполнением алгоритма. Но позволяет ли это утверждать, что ДНК - это тоже алгоритм? Нет, конечно. Алгоритм и ДНК разными способами формируют фактор отбора и работают в разных средах.

Говоря о законах развития биологических организмов, нельзя обойти стороной и тему старения. Каждому хотелось бы знать причины той несправедливости, которая рано или поздно заставляет нас обнаруживать в себе изменения, напоминающие о том, что мы не вечны. С течением времени эти изменения накапливаются. Постепенно они ведут к старости, увеличивают восприимчивость к болезням. Так разрушается некогда молодой, цветущий организм.

В течение всей жизни организм подвергается воздействию необратимых процессов. Среди них всегда имеются те, которые стремятся разрушить организм. Назовём их негативными. Но есть и позитивные. Они компенсируют действие негативных, а до некоторого возраста даже заметно превосходят их по своему влиянию на организм. Причина старения кроется в изменяющемся соотношении позитивных и негативных необратимых процессов. Суть этого соотношения проще пояснить на примере искусственных систем - машин.

Электронное оборудование машины нуждается в электропитании для компенсации потерь энергии. Потери возникают из-за сопротивления проводников и по некоторым другим причинам. Можно сказать, что позитивный процесс (электропитание) устанавливает нулевой баланс с негативным (потери энергии). Постоянное восполнение потерь устраняет необратимость преобразования энергии в пределах данного электронного оборудования. Благодаря взаимной компенсации двух процессов, система становится организованной. Так же и изношенные механические детали машин мы заменяем новыми, устанавливая нулевой баланс между негативными необратимыми процессами (износ) и позитивными (замена). И в этом случае система оказывается вполне организованной. Копируя цифровую информацию, мы, даже не задумываясь об этом, выполняем регенерацию её носителя. Таким путём мы компенсируем постепенное разрушение носителя, делая информацию практически вечной. Если же машина совершает механическую работу, то и эти потери компенсируются притоком внешней энергии. Куда ни посмотри - сплошная защита от разрушения. Машины в этом смысле вечны. А что же у нас?

Преобладание позитивного (направленного) хаоса в системе ведёт к её развитию, а преобладание негативного - к увяданию. У людей, как и у всех многоклеточных организмов, с рождения преобладают позитивные необратимые процессы, действующие по принципу предопределённого развития, описанному в этой главе. Благодаря этим процессам мы растём, развиваемся, другими словами, меняемся в лучшую сторону. Значит ли это, что на начальном этапе отсутствуют разрушительные необратимые процессы? Конечно, нет, но они с избытком компенсируются позитивными процессами, устраняющими повреждения. С возрастом активность позитивных процессов снижается. На каком-то этапе наступает нулевой баланс (как у машин). Мы просто перестаём меняться. Но снижение активности позитивных процессов продолжается. В результате баланс смещается в сторону негативных, что неуклонно ведёт нас к старости. Мы снова меняемся, но уже не так, как хотелось бы.

Почему позитивный хаос поступает с нами так "предательски"? Очевидно, причина в том, что заложенная в нас система, формирующая фактор отбора для необратимых процессов и тем самым направляющая хаос в нужное русло, просто "не знает", что делать дальше, когда мы достигаем определенного возраста. Нравится нам это, или нет, но машины нас кое в чём превзошли, хотя они всё ещё в полной зависимости от нас.

Существует ли способ остановить старение, или даже повернуть его вспять? В обозримом будущем на это лучше не рассчитывать, хотя теоретически законы природы такого запрета не устанавливают. Мы же не собираемся изобретать вечный двигатель. Никакая энтропия здесь не может служить поводом для обоснования невозможности идеи. Мы уже знаем, что биологические организмы умеют понижать собственную энтропию. А раз так, то работает принцип: всё, что не запрещено, то - разрешено. Но задача непростая. Для её реализации потребуются технологии, до которых нам пока далеко. Если же всё-таки попробовать заглянуть в будущее, то можно представить, как будет выглядеть борьба со старением.

Старение в будущем будет рассматриваться, примерно как системное заболевание. Вопросами лечения старости (сейчас это даже глупо звучит) будет заниматься, конечно, медицина. При этом методы диагностики и лечения подавляющего большинства болезней, включая и борьбу со старением, будут предельно автоматизированы и довольно-таки однообразны. Человеку-врачу останется мало работы уже просто по той причине, что диагностика будет включать сбор и обработку огромного объема информации об организме пациента. Никакому человеку в белом халате это просто не под силу. Сегодняшние анализы в поликлинике станут бессмысленными из-за их крайне низкой информативности. В будущем даже капля слюны, исследованная роботом, даст на несколько порядков больше информации. Из современных и достаточно распространённых методов обследования, пожалуй, только магниторезонансная томография приближается по информативности к технологиям будущего. Но и это лишь малая часть необходимого для борьбы со старением обследования. Большая работа будет проводиться на уровне исследования ДНК пациента. Целью всей этой невероятно сложной по сегодняшним меркам диагностики будет детальное установление причин сбоев в организме и выявление всех повреждений, причинённых организму болезнью (или старостью).

Тактика лечения, как и сейчас, будет нацелена на решение двух задач: устранение причин заболевания и устранение его последствий. Но то, какими методами это будет делаться, абсолютно не похоже на то, что мы видим сегодня. Обычные лекарства почти выйдут из употребления. Одним из основных методов лечения будет искусственный синтез и внедрение в организм пациента антител, вирусов и бактерий с нужными свойствами. Обычные вирусы можно будет изгнать из организма с помощью синтезированных антител. Если обычный вирус, попав в организм, приносит разрушения, то специально синтезированный будет действовать строго по заданной "программе". Он сможет, например, меняя свойства клеток в соответствии с разработанным планом лечения, восстановить повреждённый орган. Это одно из возможных искусственных применений всё того же принципа направленно-хаотического развития. Задача синтезированного вируса будет состоять в том, чтобы скорректировать отбор необратимых процессов, происходящих в клетках, в результате чего клетки сами осуществят необходимые исправления нездорового органа.

Почти все синтезированные лекарственные биопродукты смогут подойти только одному человеку, и только на определённой стадии лечения. Поэтому в аптеке их не будет. Ожидаемая эффективность таких методов столь велика, что с их помощью можно будет не только остановить старение организма, но и развернуть этот процесс в обратную сторону. Возможности медицины будущего в отношении тела станут почти безграничны. А вот что касается заболеваний нервной системы, особенно центральной, то здесь успехи будут существенно скромнее. В этом направлении многие заболевания останутся, скорее всего, непобеждёнными.

Сейчас такие методы - это, конечно, фантастика, но фантастика, не требующая чуда, не вступающая в противоречие со здравым смыслом и законами природы.

[Предыдущая глава] | [Оглавление] | [Следующая глава]



Использование материалов данного сайта в публикациях допустимо только при условии сопровождения этих материалов ссылками на источник - сайт projectveka.ru с указанием автора: Е.А.Котов.   Авторские права защищены законами РФ. Евгений Котов. 2017г.
Яндекс.Метрика