Проблемы химической (предбиоллогической) эволюции. Концепции самоорганизации в химии и смежных науках

Вопрос о химической эволюции приобретает важное теоретическое и практическое значение, становится своеобразным стержнем, скрепляющим исследования в таких областях, как геохимия, космохимия, биохимия. В учении о катализе встает проблема освоения каталитического опыта живой природы - тех чрезвычайно тонких механизмов, посредством которых тысячелетиями осуществлялись химические процессы в растениях и животных. И наконец, с вопросом о химической эволюции связаны исследования процессов самоорганизации в нестационарных реакционных системах"[11].

 

4.Самоорганизация как основа эволюции

В настоящее время  концепция самоорганизации получает все большее распространение  не только в естествознании, но и  в социально гуманитарных разделах наук. Большинство наук изучает процессы эволюции систем и они вынуждены анализировать механизмы их самоорганизации. Мы под самоорганизацией будем подразумевать явления, процессы, при которых системы (механические, химические, биологические и т.д.) переходят на все более сложные уровни, характеризуемые своими законами, которые не сводятся только к законам предыдущего уровня.

Концепция самоорганизации  в настоящее время становится парадигмой. Обычно под парадигмой в науке подразумевают фундаментальную теорию, которая применяется для объяснения широкого круга явлений, относящихся к соответствующей области исследования. Примерами таких теорий могут служить классическая механика Ньютона, эволюционное учение Дарвина или квантовая физика. Сейчас значение понятия парадигмы еще больше расширилось, поскольку оно применяется не только к отдельным наукам, но и к междисциплинарным направлениям исследования. Типичным примером таких междисциплинарных парадигм являются возникшая полвека назад кибернетика и появившееся четверть века спустя синергетика. Под синергетикой в настоящее время подразумевают область научных исследований, целью которых является выявление общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравновесных системах различной природы (физических, химических биологических, экологических, социальных).

Кибернетика в основном занималась анализом динамического  равновесия в самоорганизующихся системах. Она опиралась на принцип отрицательной обратной связи, согласно которому всякое отклонение системы корректируется управляющем устройством после получения сигнала информации об этом.

Сам отец кибернетики  Н.Винер рассказывал, как возникла эта наука. Она возникла, когда стали изобретать самонаводящиеся зенитные системы. В этих системах встретились с такой ситуацией, когда неправильно поданный корректирующий сигнал приводил к выходу из строя всей системы наведения. В общем речь шла о том, что в системе, развивающейся по заданным законам, связь должна быть отрицательной.

В синергетике исследуются  механизмы возникновения новых  состояний, структур и форм в процессе самоорганизации, а не сохранения или поддержания старых форм. Она опирается на принцип положительной обратной связи, когда изменение, возникшее в системе, не подавляется или корректируется, а наоборот, накапливаются и приводят к разрушению старой и возникновению новой системы. С точки зрения приведенного Н.Винером примера процесс саморазрушения зенитного комплекса мог быть описан с синергетических позиций. В то время этот процесс считался сугубо отрицательным и его старались подавить[12].

Для характеристики самоорганизующихся процессов применяют различные термины, начиная от синергетических и кончая неравновесными и даже автопоэтическими или самообновляющимися. Однако, все они выражают одну и туже идею. В дальнейшем у нас речь пойдет о самоорганизующихся системах, которые являются открытыми системами, находящимися вдали от точки термодинамического равновесия.

Идеи эволюции систем (космогонические, биологические, физические) получили широкое признание в науке. Однако, вплоть до настоящего времени, они формулировались интуитивными понятиями. Терминологический и научный подход развивается только в настоящее время.

С точки зрения парадигмы  самоорганизации стало ясным, что  условием развития не только живых, но и динамических систем вообще является взаимодействие системы и окружающей среды. Только в результате такого взаимодействия происходит обмен веществом, энергией и информацией между системой и ее окружением. Благодаря этому возникает и поддерживается неравновесность, а это в свою очередь приводит к спонтанному возникновению новых структур. Таких как кристаллы или лазерное излучение.

Таким образом, самоорганизация возникает как источник эволюции систем, так как она служит началом процесса возникновения качественно новых и более сложных структур в развитии системы[10].

 

5.Синергетика и самоорганизация

В определенной части  своего смысла синергетика и такие  понятия как самоорганизация, саморазвитие и эволюция имеют общность, которая позволяет указать их все в качестве результатов синергетического процесса. В особенности самоорганизация устойчиво ассоциируются сегодня с синергетикой. Однако такие ассоциации имеют двоякое значение. С одной стороны, эффект самоорганизации является существенным, но, тем не менее, одним из компонентов, характеризующих синергетику, с другой — именно этот компонент придает выделенный смысл всему понятию синергетики и, как правило, является наиболее существенным и представляющим наибольший интерес.

Не только результаты, а и условия, причины и движущие силы самоорганизации имеют альтернативы. Так, в рассмотрении          И.Р. Пригожина применительно к диссипативным структурам речь идет о когерентной самоорганизации, альтернативой для которой является континуальная самоорганизация индивидуальных микросистем, разработанная и предложенная А.П. Руденко. Главным достоинством ''континуальной'' самоорганизации, предложенной А.П. Руденко, является то, что именно такой подход позволяет провести рассмотрение связи самоорганизации и саморазвития. В соответствии с развитыми взглядами сущность прогрессивной эволюции состоит в саморазвитии континуальной самоорганизации индивидуальных объектов. Показывается, что способностью к саморазвитию и прогрессивной эволюции с естественным отбором обладают только индивидуальные микрообъекты с континуальной самоорганизацией и что именно прогрессивная химическая эволюция способна быть основанием для возникновения жизни.

Итак, исходя из существующих традиций, опираясь на основополагающий замысел Г. Хакена и ранее приведенную мною формулировку, можно предложить следующее определение:

Синергетика— научное  направление, изучающее процессы образования и массовых (коллективных) взаимодействий объектов (элементов, подсистем):

1) происходящие в открытых  системах в неравновесных условиях;

2) сопровождающиеся интенсивным  обменом веществом и энергией  подсистем с системой и системы  с окружающей средой;

3) характеризуемые самопроизвольностью (отсутствием жесткой детерминации извне) поведения объектов (подсистем), сочетающейся с их взаимосодействием;

4) имеющие результатом  упорядочение, самоорганизацию, уменьшение  энтропии, также эволюцию систем.

Представляется целесообразным отклонится от стремления к определению именно синергетики и констатировать то, чем реально занимаются специалисты в связи с исследованиями по синергетике[13].

 

6.Синергетическая концепция самоорганизации

1. Объектами исследования  являются открытые системы в  неравновесном состоянии, характеризуемые интенсивным (потоковым, множественно–дискретным) обменом веществом и энергией между подсистемами и между системой с ее окружением.

Конкретная система  погружена в среду, которая является также ее субстратом.

2. Среда — совокупность составляющих ее (среду) объектов, находящихся в динамике. Взаимодействие исследуемых объектов в среде характеризуется как близкодействие — контактное взаимодействие. Среда объектов может быть реализована в физической, биологической и другой среде более низкого уровня, характеризуемой как газоподобная, однородная или сплошная. (В составе системы реализуется дальнодействие — полевое и опосредствованное (информационное) взаимодействие.)

3. Различаются процессы  организации и самоорганизации  Общим признаком для них является возрастание порядка вследствие протекания процессов, противоположных установлению термодинамического равновесия независимо взаимодействующих элементов среды (также удаления от хаоса по другим критериям).

(Организация, в отличие  от самоорганизации, может характеризоваться, например, образованием однородных стабильных статических структур.)

4. Результатом самоорганизации  становится возникновение, взаимодействие, также взаимосодействие (например, кооперация) и, возможно, регенерация динамических объектов (подсистем) более сложных в информационном смысле, чем элементы (объекты) среды, из которых они возникают. Система и ее составляющие являются существенно динамическими образованиями.

5. Направленность процессов  самоорганизации обусловлена внутренними свойствами объектов (подсистем) в их индивидуальном и коллективном проявлении, а также воздействиями со стороны среды, в которую ''погружена'' система.

6. Поведение элементов  (подсистем) и системы в целом,  существенным образом характеризуется спонтанностью — акты поведения не являются строго детерминированными.

7. Процессы самоорганизации  происходят в среде наряду  с другими процессами, в частности  противоположной направленности, и  могут в отдельные фазы существования системы как преобладать над последними (прогресс), так и уступать им (регресс). При этом система в целом может иметь устойчивую тенденцию или претерпевать колебания к эволюции либо деградации и распаду[10].

Самоорганизация может  иметь в своей основе процесс  преобразования или распада структуры, возникшей ранее в результате процесса организации.

Приведенное развернутое  определение является если и не вполне совершенным, то все–таки необходимым шагом на пути конкретизации содержания, которое относится к синергетике, и выработки критериев для создания моделирующей самоорганизующейся среды.

О соотношении синергетики  и самоорганизации следует вполне определенно сказать, что содержание, на которое они распространяются, и заложенные в них идеи неотрывны друг от друга. Они, однако, имеют и различия. Поэтому синергетику как концепцию самоорганизации следует рассматривать в смысле взаимного сужения этих понятий на области их пересечения[13].

 

 

Заключение

В настоящее время  общая методология науки переживает период, который совмещает в себе черты эволюции и кризиса. Современная наука, значительно укрепив свою базу за прошедшее столетие, может позволить себе более либеральный подход к включению в сферу своего рассмотрения содержания, не имеющего строгой объективной основы. Позитивный смысл этого действия заключается во включении в поле внимания существующих фактов и практик, реально нуждающихся в интеллектуальном анализе. Однако ввиду фактической неготовности науки к исследованию этого содержания объективными методами, процесс сопровождается появлением ''нетрадиционных'' и ''неклассических'' наук, симбиозов научного и ненаучного знания и других явлений, которые естественны сами по себе для человеческой познавательной деятельности, но далеки от именно научного знания. Важно то, что при этом происходит наработка подходов к малоисследованному, реально существующему содержанию. Можно указать, например, на крайне актуальную задачу объективного исследовании субъективной реальности, на подступах к которой трудятся психологи, нейрофизиологи и разработчики систем виртуальной реальности и компьютерной анимации. Сама постановки задачи выглядит терминологически противоречивой. Однако это реальная, крайне важная задача, в основе решения которой лежит изучение и осмысление процессов самоорганизации в нейробиологической, информационной и понятийной средах.

Современная наука достаточно сильна накопленным потенциалом  научного знания и имеет определенную устойчивость ввиду зависимости финансовых и интеллектуальных вложений в нее со стороны общества от практической полезности получаемых результатов. Тем не менее, смешение научного знания с элементами обывательского доверия и даже мистики может ослаблять в какой–то мере науку как форму общественного сознания. Сказанное имеет для синергетики значение, поскольку в нее более, чем в другие области происходит ''слив'' невостребованной обществом познавательной активности. Эта роль своеобразного отстойника имеет, очевидно, свои плюсы и минусы. Необходимо лишь отметить, что существующая ситуация должна ясно осознаваться авторитетными учеными, руководителями и спонсорами.

В заключении отметим  следующее. Проблематика, содержание, методы исследований и результаты, относимые к синергетике характеризуются неоднозначными оценками и неопределенностью. Вместе с тем, синергетика как научное направление исследований является востребованной обществом. Значительное количество результатов исследований в разных областях знания соотносится исследователями с синергетикой. Контекст синергетики дает возможность плодотворно взаимодействовать ученым разных специализаций на языке системного осмысления и поиска новых решений. Приведенные определения синергетики, полученные преемственным образом, могут конструктивно применяться при решении конкретных задач. Можно предположить, что в связи с существующими и грядущими результатами в кинетической химии, нейробиологии, транспьютерном нейрокомпьютинге и в других областях сформируется более определенный теоретический и аксиоматический базис синергетики, благодаря чему, в частности, и критика в ее адрес станет более конструктивной и продуктивной. Несомненно, при всем том, что синергетика полноценно ''работает'' сегодня как категория научного знания[13].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используемая  литература

1. Руденко А. П. Саморазвивающиеся каталитические систем СССР. 1964.

2. Крамаровский Я. М., Чечев В. Я. Синтез элементов во Вселенной. М., 1987.

3. Кузнецов В. И. Указ. соч. С. 63.

4. Руденко А.П. Роль химии в решении проблемы химической эволюции и биогенеза//Химия и мировоззрение. - М., 1986. С. 270--271.

5. Куковский Е. Г. Геохимические аспекты биогенеза// Там же. С. 294.

6. Вернадский В. И. Основы геохимии. - М.: 1983. С. 142.

7. Кузнецов В.И. Указ. соч. С. 19.

8. Урсул А. Д., Семенюк Э. П., Мельник В.П. Технические науки и интегративные процессы. - Кишинев, 1987. С. 116.

9. Башляр Г. П. Новый рационализм. - М., 1987. С. 215-216.

10. Пригожин И.Р., Стенгерс И . Порядок из хаоса. - М., 1986. С. 61.