Естественные технологии биологических систем - Александр Уголев

Итак, деятельность кишечного эпителия имеет много «смыслов», что требует многостороннего описания. Принцип мультиэссенциальности позволяет понять особенности адаптации и эволюции, которые зависят от того, что каждая «специализация» кишечной клетки находится под контролем различных факторов эволюции, включая естественный отбор. Изменение одной из функциональных характеристик кишечной клетки может быть позитивным селективным признаком, но может оказаться негативным по отношению к другим характеристикам. Из принципа мультиэссенциальности вытекают важные следствия. В частности, для полной характеристики биологической системы необходимо несколько независимых и дополняющих друг друга описаний.

Описание организма еще сложнее, чем клетки, так как свойства организма определяются свойствами его элементов и их взаимоотношениями, а также тем, что организм является не только высшей структурой, но и как элемент входит в состав популяции, биогеоценоза и биосферы. Принцип мультиэссенциальности охватывает многие стороны биологических процессов, систем и даже жизни в целом во всем ее многообразии и подчеркивает важность этого многообразия.

Принципы управления. Многообразие и пластичность функций служат отражением различных сочетаний ограниченного, хотя и большого числа функциональных блоков и прямо указывают на первостепенную роль систем управления в организации естественных технологий. В основе принципов управления лежат законы управления, основные законы кибернетики. Управление достигается с помощью программ (прежде всего генетических), определяющих алгоритм процесса, т.е. последовательность операций в пространстве и времени. Другим существенным свойством управления являются процессы регуляции и саморегуляции, обеспечивающие инициацию, завершение или поддержание определенной скорости биологического процесса.

Общность функциональных блоков в регуляторных и исполнительных системах различных структур одного и того же организма создает потенциальную возможность образования различных регуляторных путей я перестройку уже существующих в более или менее широких пределах. Это обстоятельство важно для понимания приспособительных и компенсаторных механизмов. Общность между организмами обеспечивает возможность регуляции на уровне популяции, экосистемы и биосферы.

Принцип сигнальности, возрастание сигнальности в ходе эволюции, принцип обратной связи и другие принципы управления имеют большое значение для технологических подходов к функционированию биологических систем.

Принцип компромисса. Адаптивность является важнейшим свойством биологических систем, но возможность адаптации ограничена многими факторами. Один из наиболее существенных — необходимость сочетания множества свойств, или мультиэссенциальность. С ограничением адаптивных процессов тесно связан и принцип компромисса, необходимость которого для мультиэссенциальных систем была показана выше. Принцип компромисса, заключающийся в невозможности одновременного поддержания всех функций и подсистем целостного организма на оптимальном уровне, позволяет лучше понять регуляцию отдельных органов и систем этого организма. Принцип оптимального компромисса чрезвычайно широк и дает возможность интерпретировать многие особенности деятельности живых систем. Он полезен также для понимания свойств популяции и экосистем, где каждый член осуществляет меньший объем работы и имеет меньшее значение, чем это могло бы иметь место при увеличении биологического пространства. Принцип компромисса объясняет неустойчивость, неспособность к длительному существованию искусственных систем, где он не соблюдается.

Рассмотрим принцип компромисса более подробно. Так, увеличение поверхности тонкой кишки, полезное как нутритивная адаптация, снижает надежность или во всяком случае повышает риск нарушения барьера кишечного эпителия. Поэтому реальная поверхность кишки отражает компромисс, обеспечивающий выполнение нутритивных функций, что достигается тенденцией к увеличению ее поверхности, и барьерной функции, что достигается уменьшением поверхности тонкой кишки. Интересно, что у холоднокровных животных, энергетические потребности которых примерно на порядок ниже, чем у теплокровных, кишечная поверхность примерно во столько же раз меньше. Следует подчеркнуть, что компромиссная реакция не является очень хорошим приспособлением к строго определенному фактору. Однако в условиях неопределенностй внешних воздействий такая реакция означает некоторую приспособляемость к различным факторам, с которыми может встретиться данная система.

Принцип компромисса отчетливо проявляется при взаимодействии нескольких систем. В большинстве случаев между ними возникает компромиссное взаимодействие, ограничивающее чрезмерное развитие каждой из них и создающее гомеостатированный механизм. К сожалению, механизмы биологических компромиссов не изучены. В некоторых случаях показано, что взаимодействие частей одной системы или компромиссное взаимодействие различных систем происходит с помощью химических мессенжеров.

В этой главе кратко охарактеризованы основные принципы, характеризующие жизнь с позиций естественных технологий. Одни из этих принципов хорошо известны, другие сформулированы впервые. Когда основные принципы естественных технологий были представлены мною в детальной сводке в 1985 г., некоторые коллеги справедливо обратили внимание на неполноту их списка. Другие замечания сводились к тому, что жизнь основывается на слишком большом числе принципов. Это обстоятельство позволяет предполагать существование некоторых других, еще более глубоких принципов. Замечание, что принципов слишком много, также справедливо. Однако следует отметить, что большое количество принципов отражает не столько недостаточность наших знаний, сколько сущность жизни. Вероятно, уникальность жизни как наиболее сложно организованного процесса зависит от того, что жизнь есть область, где взаимодействуют (как бы пересекаются в сверхпространстве) упомянутые и многие другие принципы.

Все попытки охарактеризовать жизнь на основе какого-либо одного принципа до сих пор оставались лишь попытками, не более. По-видимому, они сводились лишь к образному и яркому парадоксу. Именно в этом смысле следует рассматривать определение жизни как процесса гомеостатирования (устойчивого неравновесия).

Жизнь, как гласит один из принципов множественности, — «многосущностный» процесс. Из этого, возможно, наиболее глубокого принципа вытекают многие фундаментальные закономерности, из которых каждая — необходимый атрибут живого.

Глава 9.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Мы завершили краткий и далеко не полный очерк естественных технологий, в котором сделана попытка охарактеризовать новые подходы к живым системам, их фактическую обоснованность, теоретическую плодотворность и практическую значимость.

Любая развивающаяся наука рассчитана на прогнозирование, которое тем больше, чем перспективнее область знаний. В этом отношении моделирование естественных технологий в условиях производства имеет захватывающие перспективы и будущность, базирующиеся на прочном научном фундаменте. Сам автор особенно остро ощущает такие возможности в области проблем, касающихся ассимиляторных процессов на всех уровнях организации жизни, а также в области связанных с этим глобальных практических проблем: экологии и управления экосистемами, пищевых ресурсов и оптимизации питания, охране окружающей среды в целом и организмов различных видов и т.д.

Вероятно, наибольшие достижения вытекают из объединения технологии и естествознания, что важно для научного прогресса. Более того, развитие представлений о естественных технологиях и применение технологических подходов к естествознанию имеют ряд других важных, часто неожиданных аспектов. Прежде всего речь идет о влиянии естественных технологий на многие науки. Из этих наук лишь некоторые, относящиеся главным образом к биологии, медицине, биосфере, были затронуты автором. Но, конечно, читатель не мог не почувствовать связь естественных технологий с различными областями многих других наук, в том числе физики, химии, математики и ряда аспектов философии. Речь идет также о формировании новых элементов в общей системе этических, эстетических и других взглядов. Я далек от мысли упрощать эти и другие фундаментальные категории и влияющие на них процессы. Однако нельзя не видеть существенных различий в этических и эстетических оценках явлений и закономерностей, наблюдаемых в мире, со стороны естествоиспытателей и тех, кто олицетворяет дух производственных технологий.

Несколько слов о классификации технологий и практической деятельности человека. В 1985 г. мною предложена следующая классификация взаимодействующих технологий: 1) производственные технологии, связанные с закономерностью процессов производства; 2) биотехнологии, в которых живые системы используются в качестве звеньев, реализующих производственные процессы; 3) естественные технологии, возникшие в ходе эволюции, которые являются характеристикой живых систем и отражают наиболее важные особенности их существования и эволюции; 4) синтетические технологии, или синтехнологии, в которых сочетаются производственные и естественные технологии. Следует подчеркнуть важность таких сочетаний, которые применяются, например, для получения продуктов питания человека и сельскохозяйственных животных. Синтетические технологии часто используются и в случаях взаимодействия человека с окружающей средой (например, применение инсектицидов, пестицидов, гербицидов и т.д.). Комплекс этих четырех типов технологий может быть объединен под названием «всеобщая технология».