новости  материалы  справочник  форум  гостевая  ссылки Поиск с Яндексом  
Новости
Материалы
  Логические подходы
  Нейронные сети
  Генетические алгоритмы
  Разное
  Публикации
  Алгоритмы
  Применение
Справочник
Форум
Гостевая книга
Ссылки
О сайте
 

Самоорганизация организма

Организм также является диссипативной системой. Организм самоорганизуется в контексте наследственной детерминанты и взаимодействия со средой. Каждая структура организма — это сложная упорядоченная динамика веществ и химических реакций с системно–динамическими связями разнородных компонентов. Так как упорядочение — это появление информации, то каждая структура организма может быть представлена как тот или иной опыт — как задающий «потребности», так и определяющий «способности» организма. Начинающийся в момент начала эволюции живого вообще и не имеющий итога, так как процесс эволюции, приспособления итога не имеет.

Согласно наиболее распространённой гипотезе возникновения жизни — гипотезе мира РНК, первой «жизнью» были ансамбли молекул рибонуклеиновых кислот, способных к самокопированию. РНК выполняла как функцию хранения генетической информации, так и катализа химических реакций собственного синтеза. Затем молекулы РНК были окружены мембраной из веществ самоорганизующихся в пузырьки (липосомы), которые могут проходить циклы роста и деления. В результате такого объединения самоорганизации и самокопирования возникла первая клетка. Дальнейшая эволюция всех живых существ заключалась уже только в усложнении функции самоорганизации и самокопирования — самосохранения и размножения — применительно к условиям среды. Например, в дальнейшем возникла современная ДНК-РНК-белковая жизнь, где РНК сохранилась как посредник между ДНК, которая содержит информацию о структуре белков, и белками, из которых состоят клетки организма.

До недавнего времени проблемой гипотезы мира РНК было то, что вероятность естественного синтеза молекулы РНК казалась практически равной нулю. Однако исследования самых последних лет, в частности «Common origins of RNA, protein and lipid precursors in a cyanosulfidic protometabolism» 2015 года, показали, что это не так. Более того, около 4 млрд лет назад условия на Земле были таковы, что и синтез РНК, и веществ необходимых для дальнейшей эволюции клетки, был закономерен и проходил совместно в древних водоёмах с соответствующим эпохе составом веществ.

Более конкретно самоорганизация организма происходит следующим образом. В результате деления оплодотворённой клетки (зиготы) образуется скопление клеток (бластоциста), которое прикрепляется к стенке матки, при этом внешние клетки скопления, взаимодействуя с внутриматочной средой, приобретают свойства внешнего слоя зародыша. Вещества-морфогены, выделяемые клетками внутри зародыша, взаимодействуют друг с другом, при этом одни из них является активаторами, то есть усиливают собственное производство, а также активируют другие вещества — ингибиторы, которые, наоборот, подавляют активность первых. В результате возникают определённые узоры концентрации веществ в пространстве зародыша, то есть происходит самоорганизация — упорядочение его внутренней среды.

В свою очередь, возникшая упорядоченность в концентрации приводит к тому, что на ДНК делящихся клеток влияют разные вещества. В результате клетки соответствующим образом дифференцируются, становясь зачатками разных органов, и выделяют уже другие вещества, упорядочение которых уже определяет устройство конкретного органа. Таким способом начале возникает общий план организма, который постепенно усложняется, детализируется, то есть происходит дифференцировка клеток в соответствии с необходимой организацией животного. В итоге благодаря самоорганизации относительно простыми средствами кодируется сложный организм — молекулам ДНК, несущим наследственную информацию и одинаковым во всех клетках, достаточно лишь реагировать на вещества, а не иметь его «чертёж».

Тем не менее, несмотря на кажущуюся простоту, есть понимание общего механизма самоорганизации организма — предложенное знаменитым математиком Аланом Тьюрингом в 1952 году в работе «Химические основы морфогенеза», но не точной конкретики. Что в целом следует из невычислимости процессов самоорганизации. Например, исследования ДНК сами по себе не дадут какого-либо представления об организации животного — ведь в ДНК нет его «чертежа». Молекула ДНК не имеет смысла вне контекста среды — от среды клетки, среды организма и до окружающей среды. Другими словами, будущие особенности организма зависят в том числе и от среды, а не только от детерминанты генетического кода. Поэтому в ходе самоорганизации наследственный фактор может быть средой непредсказуемо как более или менее нивелирован, так и масштабирован. Из-за чего и смысл тех или иных факторов для будущего организма, включая и значение элементов ДНК, может быть установлен только «более или менее», с некоторой вероятностью.

В диссипативной системе все события приобретают смысл в контексте динамики всей системы как единого целого, а не существует отдельно и заранее. Это значит, что благодаря самоорганизации случайные мутации ДНК сами по себе не разрушают организм, внося в него нечто отдельное и чужеродное, а изменяют организм в целом — более в одном, менее в другом, возможно, улучшая применительно к условиям внешней среды. При этом так как организм развивается от общего к частному, то при детализации некой его системы в составе веществ-морфогенов достаточно произойти всего одному изменению, чтобы изменилась сразу вся система — например, длина всех четырёх конечностей, причём изменилась взаимосвязанно с остальными системами организма. Например, известно, что к формированию пяти пальцев приводит совместная работа всего трех морфогенов. В итоге некоторая «минимальная» мутация ДНК может привести к значительным изменениям в будущем организме, а одно и то же изменение в ДНК в сочетании с другими мутациями и факторами среды может принести как пользу, так и вред.

Как следует из предыдущей главы, если система существует в процессе активного взаимодействия со средой, то предсказание её поведения сильно ограничены. Среда возмущает систему, вызывая в системе множественные флуктуации, которые делают упорядоченное в целом поведение системы в конкретных реакциях непредсказуемым — скачкообразным, нелинейным, неустойчиво колеблющимся около некоторого среднего направления, некоторой общей сути реакций. Мелких флуктуаций в системе происходит больше чем крупных, поэтому по мере уточнения предсказаний закономерности упорядоченного поведения становится всё сложнее отличить от случайных событий, и требуется всё более точное понимание устройства системы. Но так как поведение каждого элемента в диссипативной системе гораздо больше зависит от всех остальных элементов, чем в равновесной системе, то по мере уточнения количество значимых факторов начинает стремительно возрастать, из-за чего становится всё сложнее сузить круг поиска и выработать конкретную проверяемую гипотезу.

В результате в стремлении точнее понять и улучшить собственный организм или создать новый с новыми функциями придётся всё более «повторять эволюцию» — как было рассмотрено в первой главе, всё больше заменять мысленный анализ количеством экспериментов. Но превзойти природу в этом невозможно, так как природа экспериментирует сразу на множестве вариантов, каковым можно считать каждое животное, и не связана временем. Не поможет и случай, так как без соответствующего уровня технологий и теоретических знаний нельзя ни угадать верную гипотезу, ни тем более проверить её. Например, если диссипативная система существует в активном взаимодействии со средой, то создать жизнеспособный, но качественно отличный от нынешнего организм, более или менее случайным образом манипулируя элементами наследственной информации, по-видимому, невозможно. Вероятное «везение» не имеет смысла вне столь же качественно новой среды — от среды клетки или среды материнского организма, до обучающей среды, которая позволит организму проявить свой потенциал, а исследователю его заметить.

Таким образом, количество вариантов неисчислимо, значительные качественные переходы невозможны, эксперименты чрезвычайно длительны, а вмешательство в наследственную информацию может непредсказуемо проявиться и только в последующих поколениях, например, показав, что некоторая «улучшенная» функция в перспективе несёт, наоборот, вред. Есть, очевидно, и этические аргументы. В итоге невозможность алгоритмизации диссипативных систем, по сути, означает и то, что всегда придётся исходить или из слишком общих, или из слишком частных представлений о развитии и функционировании организма, но не формализовать морфогенез и гомеостаз в целом.

***

Итак, из глав про самоорганизацию понятно почему на роль жизни могли претендовать только диссипативные системы. Вместе со сложностью и возможностью усложняться их естественной сутью является гомеостаз — то, что можно назвать стремлением системы к «самосохранению» — активным поведением, направленным на поддержание своей упорядоченной организации. При этом в диссипативных системах поведение элементов системы определяет сама система как целое. Поэтому можно сказать, что «обобщая» уровень элементов или «над» уровнем элементов системы возникает качественно новый «объект», характеризуемый порядком и сложностью, — информация, уже непосредственно и определяющая поведение системы. То есть возникает субъект.


Предыдущая Оглавление Следующая