Этот принцип требует централизации руководства и принятия решений (централизации информации).
Для природы и для любого отдельно взятого живого организма, правильнее сказать, в фило- и онтогенезе, в отличие от искусственно создаваемых систем, принцип централизации нехарактерен. У каждого живого организма в отношении различных экологических факторов существуют пределы выносливости, между которыми располагается его экологический оптимум [36].
Природа не ограничивает свободу поведения особей границами их индивидуальной физиологической обусловленности. Более того, своей пластичности и устойчивости природа обязана принципу децентрализации, когда каждому элементу биосферического сообщества не запрещается проявлять генетически обусловленную уникальность, заложенную в данном элементе, но... Природа ограничивает чрезмерную приспособляемость. Если бы биологические виды обладали неограниченной приспособляемостью, то ни экологические системы, ни биосфера планеты в целом не могли бы существовать.
Взаимодействие круговоротов веществ и потоков энергии в отдельных организмах и экосистемах создает самокорректирующий гомеостаз, для поддержания которого не требуется внешнего управления [4]. Например, контроль за ростом и развитием органов в любом живом организме (размножение и прекращение размножения клеток в органах) осуществляется халонаМи (белки), которые являются тканеспецифичными и вырабатываются самими же клетками [37]: когда клеток становится больше, растёт количество халонов, которые останавливают процесс размножения.
Можно сказать, что биологическим системам свойственен так называемый консорционный тип управления, когда все зависят друг от друга, но вольны в своих поступках - это касается и отдельных организмов и составляющих их молекул.
У организмов, способных к передвижению, возникают некоторые признаки «централизации управления» в сфере психоповеденческой адаптации, тогда как онтогенез, физиологическое становление организма и поддержание его гомеостаза являются процессами, не требующими центрального управления.
Мы не можем указать ни одного органа или системы, которые бы выполняли ведущую функцию в развитии организма. Более того, предположение о существовании некоего «центра управления» онтогенезом (индивидуальным развитием организма) возвращает нас к изжившей себя теории преформизма, господствовавшей в биологии до XYIII века.
Когда в 1677 г. Хэм и Левенгук впервые увидели через микроскоп сперматозоид, возникло представление, что в головке последнего вложен преформированный индивидуум (гомункулус). Из теории вложения следует абсурдный вывод, состоящий в том, что каждый миниатюрный организм должен содержать в себе еще более миниатюрный организм следующего поколения и т.д. - для всех тех поколений, на протяжении которых должен существовать данный вид. Словно природа заранее «программирует» для каждого вида строго определенное число поколений!
После открытия носителя наследственной информации - ДНК - было чрезвычайно легко предположить, что часть наследственной информации, закодированной последовательностью из 3-10^9 нуклеотидов, выполняет функцию управления, примерно, 10s генами, находящимися в ядре каждой клетки человеческого организма. Однако, в таком случае возникает, например, вопрос, как управляющая онтогенезом часть ДНК сама управляется. И т.д.
Поскольку же, как известно из теории АСУ, управляющая система должна быть не менее сложной, нежели система, которой она должна адекватно управлять, то все упомянутые предположения возвращают нас к представлениям XVIII века и к вышеуказанному абсурдному следствию. От того, что слово «гомункулус» мы заменим представлением об «управляющей онтогенезом генетической системе», нелепость данного представления не уменьшится. Попытаемся обосновать это подробнее.
Если предположить, что в генетическом аппарате существует структура (механизм) с функцией централизованного управления онтогенезом, то такая управляющая структура, очевидно, должна возникать заранее у менее сложного по своему эволюционному развитию организма, предшествуя появлению ее (управляющей структуры) у вида, стоящего на более высокой ступени развития. Но откуда может знать менее сложный организм, какой управляющий механизм Должен быть у вида, которого еще нет? В таком случае или, во-первых, мы должны признать существование некой «идеи», пронизывающей всю материю, идеи, которая заранее содержит в себе все сведения о будущем всей эволюции, и тогда мы отступим от естественнонаучного подхода; или, во-вторых, такая централизованно управляющая онтогенезом структура у менее сложного вида должна случайным образом появиться сразу у нескольких его представителей и быть в них одной и той же, причём, за время своей жизни такие, наделённые новым качеством, индивиды должны успеть встретиться с противоположным полом, чтобы можно было передать своим потомкам эту вновь образованную в них структуруи дать начало новому виду.
Наши рассуждения не меняются от предположения, что генетическая структура, управляющая дифференциальной активностью генов в онтогенезе, возникает не сразу в законченном виде, а формируется постепенно, по частям. В последнем случае весь процесс делается еще более неправдоподобно надуманным.
Действительно, вероятность возникновения простейшей структуры живого с минимумом информации в результате случайного возникновения благоприятной конфигурации равна 10^-255 [38]; подругам оценкам, вероятность самопроизвольного возникновения первичного нуклеопротеидного комплекса равна 10^-4000 [39]. Это чудовищно невозможные события. Достаточно сказать, что событие не происходит или происходит только один раз, если его вероятность менее 10-50. Если же создание управляющей структуры происходит постепенно, по частям, то такие маловероятные, проще говоря, невозможные события на лестнице эволюции от одноклеточного к человеку должны были повториться много тысяч раз.
Таким образом, гипотеза о случайности возникновения жизни на нашей планете или самой простой осмысленной организации нуклеотидной структуры не может быть причислена к лику научно обоснованных.
В действительности же в основе молекулярных механизмов прогрессивной эволюции лежит процесс саморазвития нуклеиновых кислот с общей тенденцией, направленной на увеличение количества (длины) нуклеиновых кислот в геноме вследствие дупликации в нём генов [40], что, в свою очередь, является следствием присущего нуклеотидам свойства полимеризации: как продемонстрировал М.Эйген, в растворах мономеров нуклеотидов может самопроизвольно в присутствии фермента полимеразы происходить синтез полимерных молекул РНК, способных к репликациям, мутациям и даже борьбе за существование. В свою очередь, Л. Орджел показал, что нуклеотидные мономеры полимеризуются, образуя в конечном счете РНК, и без полимераз, если в растворе имеются «образцы» молекул РНК -это не что иное, как проявление принципа «аналоговой редупликации» (см. ниже), присущего всей Природе.
Отсутствие же наблюдающейся строгой линейной зависимости между количеством ДНК в геноме и эволюционным усложнением видов, - например, у некоторых амёб геном в 200 раз превышает геном человека, - объясняется тем, что совершенные (завершенные) виды возникают из незавершенных видов, в которых, в связи с их плюрипотентностью, количество генетического материала, как правило, выше [41].
На связь эволюции с процессом удвоения (дупликации) генов указывали еще в 30-х годах русский биолог А.С. Серебровский и английский генетик Дж. Б. С. Холдейн. Процесс дупликации генов, ко всему прочему, позволяет избегать безжалостного давления естественного отбора, так как в результате дупликации создаются избыточные копии генов, что увеличивает надежность биосистемы.
Когда новые хромосомные изменения возникают у какой-либо особи, они (изменения) неизбежно оказываются в гетерозиготном состоянии. Новый вид может стать гомозиготным лишь в течение довольно продолжительного периода изоляции, например, географической, как это видно на популяции, скажем, оленьей мыши или сумчатых Австралии.
Первым на необходимость изоляции для видообразования указал М. Вагнер (1899 г.).
Естественный отбор - один из важнейших факторов эволюции. Но уже по самой этимологии выражения «естественный отбор», очевидно, что отбор отбирает из уже созданного, а не создает. К тому же эволюция может идти в направлении, которому отбор противодействует [42].
Различные виды животных, растений, микроорганизмов удобно рассматривать как фазовые состояния биосистем, подобно тому как устойчивы фазовые ансамбли элементарных частиц в элементах таблицы Менделеева. Однако продолжим наши рассуждения.
Если, напротив, допустим, что централизованной, управляющей онтогенезом, структуры в составе генетического аппарата нет, и представим себе, что в процессе онтогенеза структурные гены сцеплены между собой так, что активность одного гена жестко детерминировано ведет к активации последующего и т.д. в ряду временной экспрессии генов в онтогенезе, то подобное предположение логически не безупречно даже для одноклеточного организма.
Например, в случае изменения внешней среды (субстрата литания) должна активизироваться несколько иная последовательность генов. Но как это осуществить, если все гены уже жёстко сцеплены друг с другом?
При рассматриваемом предположении выходит, что в многоклеточном организме порядок сцепления структурных генов в каждой из имеющихся, примерно, 210 разновидностей дифференцированных клеток отдельного организма млекопитающего сугубо свой и отличается от другой дифференцированной клетки. Т.е. опять остается нерешенным, как и чем регулируется процесс дифференцировки: ведь генетический аппарат - один и тот же, как в изначальной оплодотворенной яйцеклетке, так и в любой дифференцированной ядросодержащей клетке многоклеточного организма.
Дифференцировка клеток многоклеточного организма не связана с утратой или добавлением генетического материала [43,44,45,46]. В процессе индивидуального развития геном постоянен [47]; в настоящее время в это утверждение внесены некоторые коррективы, не отражающиеся, однако, на наших рассуждениях. По крайней мере, суммарный состав азотистых оснований ДНК и РНК в онтогенезе не меняется [48,49]. И, вопреки исходному предположению, нам приходится возвращаться к представлению о необходимости существования централизованно управляющего онтогенезом механизма, которого, как мы пытаемся доказать, нет.
Другими словами, если жесткое сцепление всех генов теоретически еще как-то допустимо в геноме одноклеточных, то оно становится логически невозможным в многоклеточных организмах.
Теперь предположим, что управляющая онтогенезом структура состоит из блоков (групп нуклеотидов) и эти блоки находятся не в единой структуре, а разбросаны по всему геному.
Но такое отсутствие сцеплённости в блочной управляющей структуре делает ненужным существование такой разбросанной управляющей структуры. Точно так же разбросаны и жестко не сцеплены между собой структурные гены, и поэтому-то возникла необходимость привычно предполагать наличие стоящей над ними управляющей структуры, которая связывает, т.е. включает и выключает на определенном этапе в процессе жизнедеятельности, структурные гены.
Вновь предположим, что централизованно управляющая онтогенезом структура существует и представляет собой единое целое из сцепленных (последовательно друг с другом соединенных между собой) нуклеотидов.
Но тогда, во-первых, такое предположение, как уже сказано, возвращает нас к преформистским идеям. А, кроме того, поскольку (согласно У.Р. Эшби [50]) управляющая система (структура) для осуществления адекватного управления другой системой (из структурных генов) должна быть не менее сложной, чем сложность поведения системы, подлежащей управлению, то эта сложность должна отражаться в сложности, уникальности нуклеотид-ных последовательностей управляющей структуры генетического аппарата. И, кроме того, централизованно управляющая структура должна была бы состоять из некодирующих уникальных последовательностей, так как управляющей структуры из кодирующих уникальных последовательностей в достаточно большом количестве, чтобы управлять онтогенезом, из достаточно стабильных и жестко связанных последовательностей не найдена
При этом следует ожидать, что устойчивость такой управляющей структуры должна быть выше или, во всяком случае, не ниже устойчивости кодирующих последовательностей структурных генов. А это противоречит наблюдаемым фактам. Дело в том, что уровень изменчивости некодирующих уникальных последовательностей, примерно, на два порядка (т.е. в 100 раз) выше, чем кодирующих [51], что противоречит первоначальному допущению.
В конечном счете, если бы существовала генетическая централизованно управляющая онтогенезом структура, то неустойчивость и влияние на нее различных факторов было бы еще более выраженным, чем те последствия от внешних воздействий, которые к настоящему времени изучены, и эти изменения были бы соотнесены с определенным участком генома в значительно большей мере, чем с остальным геномом, что также не укладывается в экспериментальные факты.
В понятиях теории информации принцип, утверждающий что в фило- и онтогенезе биосистем отсутствует целевое, централизованное или внешнее управление, имеет и более конкретное обоснование.
Информация - это любой дифференцирующий признак, который может приводить к изменениям [52].
С другой стороны, сложность объекта оценивается (согласно А. Н. Колмогорову) по минимальному количеству информации в битах, необходимому для описания этого объекта.
Общее информационное содержание человеческого организма - 5*1025 бит, информационное содержание его генома -10^11 бит [53]. Столь огромное превышение (в 10м раз) информационного содержания организма над информационным содержанием его генетического аппарата очевидно еще и потому, что система организма в целом включает в себя 10|3 подсистем из отдельных клеток.
Известно, что у одноклеточных информационное содержание (наиболее сложного из них) не может превышать 1011-12 бит. При этом, в частности, у хорошо изученной Е. coli генетическая структура (набор нуклеотидов) с функцией центра регуляции активностью всех 3 тыс. ее структурных генов не обнаружена.
Если теперь использовать утверждение теории информации и системного подхода о том, что для адекватного управления (описания) некоторой системой необходимо, чтобы управляющая система была не менее сложной, чем та система, процессы в которой подлежат управлению, и если с этой позиции сравнить количество информации и соответствующего ей генетического материала в различных организмах, то окажется, что количественное нарастание информационного содержания в организмах в эволюции, например, от биосистем типа Е. coli до биосистемы человека - более чем на 13 порядков величины - не соответствует нарастанию в них количества генетического материала, который увеличился всего натри порядка (в 800 раз).
А это и означает, что если генетическая структура с функцией централизованного управления жизнедеятельностью через дифференциальную активацию генов отсутствует в Е. coli, то её тем более не должно существовать в наследственном аппарате человека.
Имеющегося количества ДНК в ядре яйцеклетки человека недостаточно даже для того, чтобы управлять процессом формирования иммунной системы организма. Для того, чтобы жестко закодировать 10^6 вариантов генов (соответственно обнаруженным 106 различным клонам лимфоцитов) в клетках зародышевого пути, потребовалось бы значительное увеличение имеющегося генома [54].
Кроме того, в случае существования генетической структуры, централизованно управляющей онтогенезом через дифференциальную активацию генов, стало бы невозможным функционирование чужеродных генов, вносимых генетическими манипуляциями. Тогда как опыт генной инженерии позволяет переносить гены и взаимно обмениваться ими между далеко отстоящими в эволюции видами.
Чтобы молекулярная структура могла централизованно управлять активностью (учитывать работу), помимо своих собственных, еще и любыми чужеродными генами, требуется, чтобы подобная всеобъемлющая структура управления была одной и той же у всех видов, способных к обмену генами, что физически невозможно.
Практика генной инженерии прямо доказывает автономность функционирования отдельных генов.
Сам по себе подход к изучению морфообразования на основе линейных взаимодействий только генетических факторов в значительной степени механистический, поскольку известна нелинейная комплексная иерархическая природа морфогенетических систем.
Показано, что гены не играют столь важной роли, как это принято считать. Эта точка зрения распространена и на более сложные процессы развития, такие как филлотаксису высших растений, морфогенез глаза у позвоночных животных. Возникает предположение, что морфология организмов является следствием особенностей родовой динамики морфогенетических полей [55]. Морфогены - это секретируемые белки, которые организуют окружающие ткани и определённые территории. Их действия, как полагают, базируются на порогах их концентрации. Предполагается, что инициальное воздействие необходимо, чтобы вызвать сигнальные изменения в клеточном контексте, которые в комбинации с продолжающейся активностью морфогена и обусловливают экспрессии новых мишеней [56].
Вообще-то говоря, геном только кодирует молекулы и закладывает в них возможности взаимодействий. Далее эти молекулы ведут себя как самообучающиеся системы и становятся автономными, хотя и имеющими обратные связи с геномом [57].
Остается добавить: вполне очевидно, что эволюция (филогенез) никем и ничем не направляется - это утверждал еще Ч. Дарвин в своем основном труде «О происхождении видов путем естественного отбора».
Итак, существование генетической структуры с функцией централизованного управления онтогенезом не имеет обоснования. Более адекватным является представление об относительной автономии работы отдельных генов или оперонов [58, 59, 60].
Заметим, кстати, что в современных структурах технического производства уже появилась тенденция к децентрализации управления, - тенденция, прямо противоположная существующей и направленная на ликвидацию традиционного звена «начальник-подчиненный» [61].
См. также:
3. Система является большой
4. Система является сложной
5. Системы, создаваемые системотехникой, являются полуавтоматическими
6. Внешние воздействия на искусственно созданные технические системы носят случайный характер
7. Системы, создаваемые человеком и изучаемые системотехникой, содержат элементы конкурентной ситуации
9. «Элементы биологических систем любого уровня сложности относительно автономны»
10. Мы можем констатировать общность принципа субоптимизации
11. Принцип исключения явлений с малой вероятностью
12. Можно ввести понятие фазового состояния системы
13. Из области физики можно перенести понятие колебательных процессов
...
Обсудить на форуме
