Паутина жизни. Новое научное понимание живых систем - Капра Фритьоф

Изучая Вселенную в целом и, в частности, нашу Галактику, астрономы обнаружили, что характерные химические компоненты, встречающиеся во всех проявлениях жизни, присутствуют там в избытке. Для того чтобы из этих компонентов смогла возникнуть жизнь, требуется тонкий баланс температур, атмосферных давлений и содержания воды. В ходе долгой эволюции Галактики такой баланс с большой вероятностью мог быть достигнут на многих планетах миллиардов планетарных систем, содержащихся в Галактике.

Даже в нашей Солнечной системе, как на Венере, так и на Марсе, в период их ранней истории, возможно, существовали океаны, в которых могла зародиться жизнь50. Однако Венера была слишком близка к Солнцу, чтобы обеспечить неторопливую эволюцию. Ее океаны испарились, и в конце концов водород был выбит из молекул воды мощным ультрафиолетовым излучением и исчез в космосе. Мы не знаем, каким образом потерял свою воду Марс, нам лишь известно, что это действительно произошло. Лавлок высказывает по этому поводу догадку, что, возможно, на Марсе существовала жизнь на ранних стадиях его развития, но он потерял ее в результате некоей катастрофы; или же водород пропал там быстрее, чем на ранней Земле, из-за гораздо более слабой силы гравитации на Марсе.

Как бы то ни было, похоже, что жизнь на Марсе почти зародилась и что, по всей вероятности, она действительно зародилась и процветает на миллионах других планет по всей Вселенной. Таким образом, хотя в рамках современной науки концепция Вселенной как единой живой системы проблематична, мы уверенно можем сказать, что жизнь с большой вероятностью присутствует в космосе в избытке.

Структурное сопряжение

Где бы мы ни наблюдали жизнь, от бактерий до широкомасштабных экосистем, мы видим сети с компонентами, которые взаимодействуют друг с другом таким образом, что вся сеть регулирует и организует себя. Поскольку эти компоненты, за исключением элементов клеточных сетей, сами являются живыми системами, реалистичная картина автопоэзных сетей должна включать описание того, как живые системы взаимодействуют между собой и, в общем случае, с окружающей средой. В сущности, такое описание является неотъемлемой частью теории автопоэза, разработанной Матураной и Варелой.

Главная особенность автопоэзной системы заключается в том, что она проходит непрерывные структурные изменения, одновременно сохраняя свой паутиноподобный паттерн организации. Компоненты сети непрерывно производят и преобразуют друг друга, и осуществляют они это двумя различимыми способами. Один тип структурных изменений представляют изменения самообновления. Всякий живой организм постоянно обновляет себя, клетки разрушаются и восстанавливаются, ткани и органы заменяют свои клетки в непрерывных циклах. Несмотря на эти непрекращающиеся изменения, организм постоянно поддерживает свою общую идентичность, или паттерн организации.

Многие из этих циклических изменений происходят гораздо быстрее, чем это можно представить. Например, наша поджелудочная железа заменяет большинство своих клеток каждые двадцать четыре часа, клетки внутренней оболочки желудка воспроизводятся каждые три дня; наши белые кровяные тельца обновляются за десять дней, а 98 процентов протеина в нашем мозге сменяются меньше чем за месяц. Что еще более поразительно — клетки нашей кожи заменяются со скоростью 100 000 клеток в минуту. Фактически основная часть пыли в наших домах состоит из мертвых клеток кожи.

Второй тип структурных изменений в живой системе представляют изменения, посредством которых создаются новые структуры — новые связи в автопоэзной сети. Изменения второго типа — эволюционные, а не циклические; они тоже совершаются непрерывно, либо как последствия влияния окружающей среды, либо как результат внутренней динамики системы. Согласно теории автопоэза, живая система взаимодействует со своей окружающей средой через структурное сопряжение, т. е. через повторяющиеся взаимодействия, каждое из которых запускает структурные изменения в системе. Например, клеточная мембрана непрерывно вводит вещества из своего окружения в метаболические процессы клетки. Нервная система организма изменяет свою внутреннюю связность с каждым сенсорным восприятием. Тем не менее эти живые системы автономны. Окружающая среда лишь запускает структурные перемены, но не определяет и не направляет их51.

Структурное сопряжение, как его определяют Матурана и Варела, устанавливает четкое различие между тем, как взаимодействуют со своей окружающей средой живые и неживые системы. Пнуть камень и пнуть собаку — это две совершенно разные истории, как любил отмечать Грегори Бэйтсон. Камень будет реагировать на пинок согласно линейной причинно-следственной цепочке. Его поведение может быть просчитано на основе фундаментальных законов ньютоновской механики. Собака ответит структурными изменениями, согласно своей собственной природе и (нелинейному) паттерну организации. Результирующее поведение, в общем случае, непредсказуемо.

Поскольку живой организм отвечает на влияния окружения структурными изменениями, то и эти изменения, в свою очередь, влияют на его последующее поведение. Другими словами, структурно сопряженная система — это обучающаяся система. Пока организм остается живым, он будет структурно сопрягаться со своим окружением. Его непрерывные структурные изменения в ответ на события — и, следовательно, его непрерывное приспособление, обучение и развитие — это и есть ключевые характеристики поведения живых существ. Благодаря его структурному сопряжению, мы называем поведение животного разумным, но мы не применяем этот термин к поведению камня.

Развитие и эволюция

Продолжая взаимодействовать со своей окружающей средой, живой организм проходит последовательность структурных изменений и со временем формирует свой собственный, индивидуальный путь структурного сопряжения. В каждой точке этого пути структура организма представляет собой запись предыдущих структурных изменений и, следовательно, предыдущих взаимодействий. Живая структура — это всегда запись предыдущего развития, и онтогенез — ход развития индивидуального организма — это история структурных изменений организма.

Таким образом, поскольку структура организма в любой точке свое-I го развития представляет запись его предыдущих структурных изменений и поскольку каждое структурное изменение влияет на последующее поведение организма, то из этого следует, что поведение живого организма определяется его структурой. Так, с разных сторон, живая система определяется своим паттерном организации и своей структурой. Паттерн организации определяет своеобразие системы (т. е. ее существенные черты); структура, сформированная последовательностью структурных изменений, определяет поведение системы. По терминологии Матураны, поведение живых систем структурно детерминировано.

Эта концепция структурного детерминизма бросает новый свет на старые философские споры о свободе и детерминизме. Согласно Мату-ране, поведение живого организма детерминировано. Однако оно детерминировано не внешними силами, а самой структурой организма — структурой, образовавшейся через последовательность автономных структурных изменений. Получается, что поведение живого организма и детерминировано, и свободно.

Больше того, факт структурной детерминированности поведения не означает, что оно предсказуемо. Структура организма просто «обусловливает ход своих взаимодействий и ограничивает структурные изменения, которые могут быть вызваны этими взаимодействиями»52. Например, когда живая система достигает точки бифуркации, как это описано у Пригожина, ее история структурного сопряжения будет определять новые ставшие возможными направления; но по какому направлению пойдет система, остается непредсказуемым.

Как и пригожинская теория диссипативных структур, теория автопоэза показывает, что творчество — создание все новых и новых конфигураций — является ключевым свойством всякой живой системы. Особая форма такого творчества — порождение разнообразия через воспроизведение, начиная от простого деления клетки и вплоть до чрезвычайно сложного танца полового размножения. Для большинства живых организмов онтогенез — это не линейный путь развития, но Цикл, и воспроизведение является жизненно важной частью этого Цикла.

Миллиарды лет тому назад объединенные способности живых систем к воспроизведению и созданию новизны естественным образом привели к биологической эволюции — творческому раскрытию жизни, которое в виде непрерывного процесса продолжается до сих пор. От самых архаических и простых форм жизни до самых запутанных и сложных современных форм — на этом поле жизнь развернула непрерывный танец, никогда не нарушая основной паттерн своих автопоэзных сетей.