Значение общей теории систем в биологических науках

А.А. Малиновский

Опубликовано // ежегодник "Системные исследования" [*1].

Александр Александрович Малиновский (1909-1996) - видный российский ученый, крупный специалист в области биологии, теории и практики применения системного подхода. Основными направлениями его научной деятельности являлись разработка проблем генетики и теоретической биологии, а также философско-методологический анализ проблем системного подхода и разработка принципов тектологии, где он развивал идеи, выдвинутые его отцом - А. А. Богдановым (1873-1928), создателем тектологии, а также кибернетики.

Ряд важных положений в этой области, в том числе о роли и содержании положительных и отрицательных обратных связей в биологии, были обоснованы им впервые. В работах А. А. Малиновского разрабатывались проблемы типологии и классификации систем, дан анализ формирования их целостности и эффективности. Ценный вклад А.А. Малиновский внес в развитие теории структур и обоснование ее места в системном подходе. Работы А. А. Малиновского содержат яркие образцы творческого применения системного подхода не только в области биологии и медицины, но и в таких областях, как социология, исследование творческих процессов и др.

А. А. Малиновский многие годы вынашивал идею опубликовать обширную монографию с изложением полученных им основных результатов как в теоретической биологии, генетике и медицине, так и в разработке проблем философии и методологии науки. В какой-то степени может восполнить этот пробел. публикация книги Малиновского А. А. Тектология. Теория систем. Теоретическая биология. - М.: Эдиториал УРСС, 2000. 426 с.

ВВЕДЕНИЕ

Цель настоящей статьи - показать значение теории систем и системного подхода в исследовании сложных конкретных проблем и в решении теоретических и практических вопросов в биологии.

Несколько слов об исторических предпосылках общей теории систем. Многими авторами принято считать родоначальником общей теории систем крупного биолога Людвига фон Берталанфи, начавшего устные выступления в конце 30-х годов XX в., а в широкой печати в 40-х годах. Однако фактически первые концепции системного характера относятся к началу XX столетия. Первую известную мне книгу "Учение об аналогиях" опубликовал серб Михаил Петрович уже в 1906 г. на французском языке, а в 1921 г. появилась уже более четко формулирующая системные принципы его книга "Общие механизмы разнородных явлений"[62]. Еще более близкий по содержанию к современным взглядам труд "Всеобщая организационная наука: (Тектология)" в трех книгах (1913, 1917, 1922 и переизданных на русском и немецком языках в 20-х годах) опубликовал А.А. Богданов [9]. Краткое изложение самарского издания "Тектологии" (1921 г.) в 1980 г. вышло в серии системных монографий на английском языке [60]. Бесспорно, можно присоединиться к мнению одного из первых советских кибернетиков А.А. Ляпунова, который в кратком предисловии к статье автора настоящей работы, опубликованной в 1972 г. в журнале "Природа", писал, что "теория систем - это кибернетика без математики, а кибернетика - теория систем с применением математического аппарата" [24]. С этой точки зрения вполне законно системной концепцией считать идеи, изложенные Н.Винером в книге "Кибернетика" [11], тоже изданной раньше первых работ Л. фон Берталанфи, что, конечно, не умаляет значения работ последнего автора, признавая правильность постановки проблемы у Л. фон Берталанфи, указал, что в дальнейшем последний почти не развивал свои идеи и их приложения, а занимался в основном термодинамикой открытых систем.

Системные идеи имеют и более глубокие корни, В.П.Кузьмин глубоко проанализировал системные идеи в трудах К.Маркса [20]. Ч.Дарвин, сформулировавший (системный) принцип отбора, уже в своем основном труде рассматривал, вероятно впервые так полно, вид как систему [14, 40]. Большое количество системных идей мы находим в работах В.И.Ленина.

Необходимо отметить, что многие ученые XIX и особенно XX столетия разрабатывали отдельные системные идеи, не называя их системными, поскольку такой области знания еще не существовало. Среди ученых, разработавших системные концепции или отдельные системные принципы, большое место занимают биологи или близкие к ним специалисты: Н.А.Белов [5], Л. фон Берталанфи, А.А.Богданов, сотрудники Н.Винера Л.Розенблют и Дж.Б.С.Холдейн [53], В.А.Геодакян [12], конечно, Ч.Дарвин, М.М.Завадовский [15], Ю.Либих [17], К.А.Тимирязев [49], У.Р.Эшби [58] (психиатр и кибернетик) и многие другие. Чем это обусловлено?

Дело в том, что с развитием теоретической биологии в ней стала все шире применяться математика. Она внесла значительный вклад в теорию, однако из-за специфики биологии, связанной с неустойчивостью различных биологических параметров, с отсутствием пригодных одновременно для всех видов и функций всеобщих констант, оказалось, что математика не может занять в биологии то руководящее место, которое она занимает, например, в теоретической физике.

Напротив, выяснилось, что в биологии очень устойчивы системы, элементы которых изменяются количественно в большом диапазоне, но структура однотипна у очень различных организмов. Так (стандартный пример), крупнейший кит, весящий в 10 000 000 больше мыши, живущий в иной среде и внешние непохожий на мышь, по внутренней основной структуре сходен с нею. Если взглянуть шире, то очень много общего даже в структуре и функциях млекопитающих и насекомых и т.д. В то же время разнообразие типов систем в биологии очень велико. Очевидно, это и заставило многих теоретически мыслящих биологов обратить внимание на типы систем и закономерности, которые ими управляют. И не случайно эти закономерности оказались особенно плодотворными именно в биологии.

НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ЗАДАЧИ И СИСТЕМНЫЕ ПРИНЦИПЫ В БИОЛОГИИ

По мысли М.Петровича, А.А.Богданова, Л. фон Берталанфи, системные принципы почти одинаково применимы в самых разных науках. Но хотя это в основном и правильно, все же имеется определенная специфика их приложения в разных областях. Ниже мы будем говорить о них в общей форме, лишь отчасти указывая на специфику, относящуюся к биологии. Каковы - в рамках данной статьи - основные проблемы системного подхода?

Первостепенная задача - классификация систем по их структуре и выяснение тех особенностей их поведения, которые характерны именно для данного типа систем. Действительно, мы можем выделить какой-либо тип систем, скажем централизованный, где одно, основное звено находится организационно (не обязательно геометрически) в центре системы и связывает все остальные звенья или даже управляет ими. Это может быть звезда с планетами, ядро атома с электронами, нервная система, управляющая органами в организме, матка в пчелином улье, ядро в живой клетке и т.д. Такой тип систем не зависит от материала, из которого они построены. Все они имеют нечто общее между собой, которое мы можем выделить и использовать при анализе их поведения. (Конечно, наряду с этим имеют большое значение и разные размеры системы, и характер ее элементов). Ниже мы затронем лишь один из подтипов централизованных систем.

Вторая основная задача, связанная с первой, заключается в изучении тех принципов, согласно которым система, состоящая из ряда элементов, приобретает новый свойства, отсутствующие у элементов, еще не объединенных в данную систему. В ряде простейших случаев система, состоящая из двух (или более) взаимно дополняющих элементов, как, например, сетчатка глаза, воспринимающая изображение, падающее на нее, и хрусталик, создающий это изображение, понятным образом дают новый эффект, который по отдельности не могут дать ни тот, ни другая. Но еще интереснее случаи, когда совершенно однотипные элементы, организованные в систему определенным образом, тоже дают новый результат.

На какой же основе формулируются пока еще несовершенные, но научно очень важные системные принципы, позволяющие решать некоторые сложные задачи, решаемые иными методами с большими затруднениями? Эти принципы в основном являются законами, сформулированными в конкретных науках, если только они плодотворно применяются к решению проблем в ряде других наук.

Так произошло, например, с дарвиновским принципом естественного отбора, который К.А.Тимирязев еще в начале XX в. успешно использовал для понимания научного творчества [49], позже - У.Р.Эшби при объяснении работы "мыслящих" машин [58]. В модифицированном виде принцип отбора применялся к представлениям об эволюции изотопов, эволюции звездных систем и т.д. Физиологами Н.А.Беловым [5] и М.М.Завадовским [15] был точно сформулирован принцип взаимодействия органов в организме, который был позже обобщен в кибернетике под названием отрицательной обратной связи. Мы не будем здесь далее указывать источники различных системных принципов и закономерностей и изложим лишь те из них, которые потребуются для описания решения рассматриваемых задач из круга биологических наук.

При рассмотрении общих системных принципов мы остановимся пока на трех основных группах.

1. Классификации систем и их свойств. Рассмотрим два крайних типа (структуры) систем:

а) Первый, наиболее простой тип систем можно назвать "дискретным" или "корпускулярным". Это - сочетание в основном однотипных элементов, не связанных между собой, как правило, прямой связью, но объединенных только общим отношением к окружающей среде. Таковы в неживой природе, например, песчинки, которые увлекаются течением реки. Где течение быстрее, там оседают только наиболее крупные и одинаково тяжелые песчинки и образуют мель. Более мелкие оседают в местах более медленного течения. В принципе песчинки однотипны (хотя несколько варьируют), взаимозаменимы, свободно комбинируются. В живой природе организмы одного вида, приспособленные, как правило, к одинаковой внешней среде, и живут поэтому в одной местности. Таковы же клетки одной ткани - эритроциты и даже, например, неподвижные специфические клетки печени. Потеря или гибель части из них компенсируется до некоторого предела оставшимися. Пока этот предел не перейден, система не нарушается. Для одного вида живых организмов такое истребление части из них может быть даже полезным (естественный отбор), причем оставшиеся, более стойкие единицы, на биологическом уровне активнее размножаются и восполняют потери слабых уже лучшими особями. Для этого типа систем характерны свобода комбинирования, полезный отбор более устойчивых форм, взаимная компенсация, создающая сравнительно большую "непотопляемость" системы в целом.

Как видно из приведенных примеров, определенной категории этих систем свойственна высокая организация, но ее эффективность лимитируют слабые звенья. В то же время для активных систем этого типа характерно часто повышение жизнеспособности и за счет сильного звена. Так, небольшой паук каракурт с непрочными органами избегает, как правило, гибели, так как может своим ядом (сильное звено) убить крупное животное - поэтому оно избегает встречи с этим пауком. Суть в том, что противостоящий крупный организм (человек, верблюд) имеет "слабое звено" - поражаемость ядом. Заяц, если он бегает быстрее волка, этим показателем разрушает всю систему охоты хищника и "побеждает" его, сохранив свою жизнь и лишив волка добычи. Этот принцип "сильного звена" активных систем своего рода "перевернутый" принцип "слабого звена", поскольку в ряде случаев он опирается на разрушение "слабого звена" в противостоящей системе. Впрочем, иногда возможны и другие случаи, например, в жизни людей: слабый, болезненный человек получает преимущество за счет какого-либо выдающегося таланта.

Приведем примеры решающего значения "сильного звена" качественно иного типа. В организованной популяции часто преимущество одной особи распространяется на всю популяцию. Так, полезная мутация одной особи, распространившись на весь вид, повышает его жизнестойкость. И еще один пример. Одна самая чуткая птица в стае отдыхающих птиц, услышав раньше других приближение хищника, поднимает вовремя тревогу и спасает всю стаю.

2. Системы с обратной связью

а) Отрицательная обратная связь (+ -). Наиболее простые системы, влияющие количественно (усиление и ослабление). В биологии представление о роли систем с отрицательной обратной связью было теоретически заложено в 1912 г. Н.А.Беловым [5] и изучено экспериментально М.М.Завадовским [15]. Они показали их огромное распространение в организме как стабилизирующего механизма, но оба отрицали возможность существования там обратных положительных связей или двойных отрицательных как дестабилизирующих развитие и функции [*2]. Утверждение о дестабилизации верно. Но в организме есть и такие процессы, и хотя действия их ограничены во времени, однако не менее важны.

б) Обратная положительная связь, естественно, способствует взаимной стимуляции роста органов или усиления какой-либо функции. Первый пример - взаимная стимуляция роста ребенка и увеличения матки во время беременности. Явление временное, но очень важное. Действие обратной положительной связи кончается либо, как в случае родов, разрывом связи, либо, как увидим ниже, исчерпанием ресурсов, участвующих в этом взаимодействии.

в) Обратная связь типа взаимного угнетения (- -). Такой тип связи был обнаружен, например, в опытах Витчи при сращивании боками тритонов различного пола. Мужские железы угнетали своими гормонами женские, а женские угнетали мужские, пока не происходило небольшое отклонение в ту или другую сторону, далее автоматически нараставшее до "победы" одной из сторон (чаще мужской) [59].

Можно резюмировать значение этих связей. Отрицательная обратная связь ведет к устойчивому равновесию или колебаниям вокруг некоторого среднего положения (что мы видим в работах В.Вольтерра (Цитируется по А.Н.Колмогорову [61]), по взаимоотношениям хищника и жертвы в природе). Обратная положительная связь ведет к нарастанию каких-то органов или процессов. Обратная двойная отрицательная связь ведет к неустойчивому равновесию, кончающемуся дифференциацией, т.е. усилением одной стороны и подавлением другой. Подробнее мы это увидим при разборе ряда биологических проблем. Кроме того, возможны и комбинации обратных связей разного рода, что будет видно на конкретных примерах.

3. Возникновение новых функций при объединении элементов в систему. В некоторых, наиболее простых случаях это определяется взаимным дополнением частей в системе. Простой нож состоит из режущей металлической пластинки и ручки, без которой пользоваться ножом почти невозможно. В глазу имеется воспринимающая свет сетчатка и хрусталик. Без хрусталика и выпуклой роговицы сетчатка могла бы только воспринимать свет, но не могла бы воспринимать формы предметов. Хрусталик и роговицы обеспечивают создание изображения на сетчатке, и, таким образом, сетчатка воспринимает уже отчетливые формы предметов и присущую им окраску. По этому же принципу взаимного дополнения в основном построен наш организм, различные механизмы и т.д.

Но есть также большая категория систем, где из вполне однородных элементов, благодаря их расположению, возникают совершенно новые свойства системы.

Для простоты приведем пример из области неживых конструкций. Как создается замкнутое пространство, способное удержать воду или заключенных в него животных? Допустим, мы имеем в нужном количестве разбросанные кирпичи. Мимо них и между ними свободно протекает вода, проходят мелкие животные и т.д. Возьмем отдельный кирпич. Пусть он лежит поперек движения воды или животных. Мы можем условно назвать его длинную сторону "препятствующей", а торцевую - "проходной", поскольку вдоль нее идет движение. Если мы сложим два кирпича торцами, то препятствующие поверхности сложатся, а две проходных из четырех исчезнут. Будем рассматривать всего один ряд кирпичей, так как второй ряд (над первым), третий и т.д. будут такими же. Сложив целый ряд кирпичей, мы получим большую препятствующую поверхность и лишь две небольших проходных. Если мы окружим такой стеной четырехугольное пространство, то сомкнутся и исчезнут последние "проходные" поверхности. Отношение препятствующей поверхности к проходным станет равным отношению некоторой конечной величины к нулю, т.е. будет равно бесконечности. Возникает новое качество системы - полная замкнутость, не допускающая (без специальных дополнений) выхода из системы того, что в нее помещено [36].

Как же возникло здесь новое качество системы? Благодаря сложению одних субэлементов (препятствующих сторон) и взаимному вычитанию других (проходных) [*3]. В более общем случае, вероятно, надо говорить не просто о сложении и вычитании, а о неравномерном взаимодействии разных, неотъемлемых от элементов их свойств (в данном случае субэлементы - поверхности, которые не могут существовать без самих элементов - кирпичей).

Рассматривая далее один сложный вопрос (художественное впечатление), мы встретимся на биолого-психологическом уровне со сходной ситуацией.

Теперь вкратце приведем ряд примеров постановки или решения биологических задач, исходя из тех простейших системных принципов, которые только что были изложены.

МЕХАНИЗМЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИХ ПРОТИВОРЕЧИВЫЕ ОТНОШЕНИЯ С ПРОЦЕССАМИ ОНТОГЕНЕЗА

В период дискуссии между генетиками и их противниками последние выдвигали тезис, что дискретное строение генетических механизмов (когда одна мутация определяет один или немного признаков, почти не взаимодействуя с мутациями другого гена, и когда гены в хромосомах расположены "в цепочку") "не биологично" и не может существовать. Генетики возражали, что это эмпирически доказанные факты, но объяснения такой "механистической", как говорили их противники, картины не давали. Автором статьи было показано на не очень сложных моделях с соответствующими расчетами, что именно корпускулярное строение генетических механизмов является наиболее выгодным для дифференцированного действия естественного отбора, и поэтому виды с таким типом наследственности должны на протяжении всей эволюции лучше выживать и обгонять в эволюции все другие виды [25, 26]]. Это, кстати, было новым доказательством решающей роли естественного отбора в эволюции (раз такой важный и всеобщий признак оказался приспособлением к отбору).

Действительно, не вдаваясь в подробности, мы видим, что имеем дело с типичной "корпускулярной" системой. Чем избирательнее действие гена, тем меньше шансов, что под его влияние одновременно попадает и полезный для вида признак и вредный, ген таким образом прочно свяжет их. Все перечисленные особенности генетических механизмов облегчают свободную комбинаторику признаков, и благодаря этому полезные признаки, возникшие у разных особей, легко могут объединяться путем скрещивания, во много раз ускоряя этим эволюцию. Если когда-то механизмы наследственности и были иными, они, определяя ту или иную скорость отбора, должны были эволюционировать к таким формам, которые имеют место теперь. И не случайно, что у всех многоклеточных тип генетических механизмов по этим особенностям сходен: ведь все организмы одинаково нуждаются в благоприятных условиях для отбора. Чем меньше кирпичи - признаки, тем легче из них создать любые типы структур организмов. В 30-х годах нашего столетия в природе был найден кольцеобразный вид хромосомы, а Н.Н.Соколовым и И.Е.Трофимовым такой вид хромосомы был получен экспериментально. Однако такие формы затрудняют свободную комбинаторику генов и признаков, и когда они возникают, отбор устраняет их.

У разных животных при нарушениях в эмбриональном развитии, вызванных внешней причиной, наблюдается разная реакция. У многих позвоночных, включая человека, раннее полное распадение оплодотворенной и начавшей делиться клетки на части (бластомеры) приводит к тому, что каждый бластомер способен развиваться в новый организм ("регуляция", т.е. восполнение в развитии каждым бластомером утеренной части). Это явно очень полезно, так как бластомеры не погибают и не дают развития дефектного, "половинчатого" организма, а, напротив, появляется гармонично построенный лишний потомок. У человека то ведет к появлению так называемых однояйцевых близнецов, которые имеют совершенно одинаковую наследственность и которых часто даже родители не способны различать.

В большинстве случаев для крупных организмов, дающих не очень много потомков, это наилучший выход. Однако у других организмов, в частности у некоторых членистоногих, есть ряд видов, у которых дефект, нанесенный в довольно раннем периоде, не изглаживается и взрослый организм оказывается лишенным какого-то участка тела. Это так называемое "мозаичное" развитие. На первый взгляд оно очень невыгодно, поскольку сравнительно быстро наступает стадия, когда регуляции уже нет. Как же это можно объяснить с точки зрения приспособления?

Насекомые эволюционировали на протяжении более длительного биологического периода, чем позвоночные, так как у них идет быстрая смена поколений, а "часы эволюции" измеряются не астрономическим временем, а числом поколений [*4]. И если мы видим, что генетические механизмы являются "корпускулярными", т.е. каждый ген действует на узкую область организма, то становится понятным и смысл мозаичного развития: оно как раз облегчает такое узкое действие гена. При внешнем дефекте, конечно, это в известной мере плохо - развиваются дефектные особи. Зато действие гена при мозаичном развитии может быть узко локализовано: задев один орган, мутация чаще всего уже не задевает другой, и комбинаторика признаков является более совершенной.

Важно и то, что мозаичное развитие чаще наблюдается именно у видов, дающих очень много потомства, и поэтому даже если нанесенные дефекты приводят к сравнительно большому проценту гибели, то все равно оставшийся объем потомства оказывается достаточным, чтобы эти "неудачники" с дефектами, погибнув, не нанесли ущерба виду. Наоборот, у крупных животных, имеющих мало потомства, такое развитие было бы более неблагоприятным явлением и, по-видимому, встречается реже.

Академик А.А.Заварзин [16] обнаружил, что в ходе эволюции различные ткани (эпителиальная, нервная и т.д.), которые раньше имели многочисленные функции, на поздних стадиях эволюции распадаются на, так сказать, более частные, отдельные ткани, каждая уже с меньшим количеством функций.

Здесь мы опять видим прогрессивную эволюцию корпускулярности: если надо увеличить (или уменьшить) какую-то функцию в организме, то это легче сделать при более узкой специализации тканей, изолированно, не задевая других функций, которые раньше были связаны в единой ткани с данной функцией.

Таким образом, мы можем сформулировать специально для корпускулярных структур в биологических системах, что они позволяют приспособляться организму к любым самым разнообразным и заранее непредсказуемым новым условиям среды, как это необходимо в эволюции. В связи с этим стоит остановиться на другой системе животных организмов, которые служат той же задачей, но уже не в эволюционном разрезе, а в индивидуальном.

УЧЕНИЕ И.П. ПАВЛОВА О ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Учение о высшей неравной деятельности в основу положило данные о рефлексах, т.е. об отдельных, сравнительно независимых единицах поведения животного или человека. Э.Когхилл [18] и некоторые другие зарубежные физиологи возражали против этого положения, считая, что павловское учение является "корпускулярной" теорией поведения, а реально поведение - целостная функция. Что оно целостно - это, конечно, правильно, но И.П.Павлов того и не отрицал. Однако всякая целостность создается из отдельных "кирпичей", как создается и целостное здание. Э.Когхилл, в частности, мотивировал свою позицию тем, что личинки амфибий первоначально реагируют именно единой целостной реакцией на любое раздражение, а конкретно - толчком к движению вперед с открытым ртом, в который попадают съедобные мелкие организмы, и одновременно этим же движением осуществляется уход от возможной опасности. С возрастом эта реакция расчленяется на отдельные многочисленные рефлексы. Но Когхилл считал, что, по существу, это только внешне замаскированная, развитая, единая, целостная реакция. Прав ли он был?

По-видимому, нет, потому что, как мы говорили, именно расчлененность, например, отдельных генов по функциям или красных кровных шариков по расположению позволяет получить любые конструкции, такие, как сочетание полезных признаков на объединения разных генов, разной формы и ширины потоки эритроцитов (как в широких артериях, так и в узких капиллярах) и т.д. При анализе поведения именно расчленение рефлексов приводит к возможности их целесообразного комбинирования. Без этого ни животные, ни человек не могли бы так разносторонне приспособиться к любой внешней среде.

Человек идет по улице. Он передвигает ноги. Одновременно другие рефлексы позволяют ему сохранить равновесие, даже если его кто-то нечаянно толкнул. Он может в это время разговаривать со спутником. При падении яркого луча солнца на его лицо рачки сужаются, при переходе в тень - расширяются. Короче говоря, именно независимость друг от друга отдельных рефлексов создает адекватное поведение человека в самой разнообразной среде, так как эти рефлексы могут сочетаться самым разнообразным образом, а с другой стороны под влиянием внутренних интегрирующих факторов - свободнее складываться в целостные, последовательно связанные реакции.

Если же рассуждать, как Э.Когхилл, то все животные и люди должны были бы считаться одноклеточными, так как мы происходим из одной оплодотворенной яйцеклетки, которая потом дробится, как дробится и поведение личинки на сложные рефлексы взрослого животного или человека. И, конечно, не случайно, что развитой организм состоит из таких отдельных клеток и реагирует отдельными рефлексами. Корпускулярность здесь тоже выявляет свои положительные стороны.

Различные закономерности дискретных и жестких систем иногда не учитывались и крупными учеными. Так, А.Вейсман - предшественник современной генетики, допустил одну характерную ошибку: он предположил, что совершенствование организма может идти не только за счет естественного отбора {между} организмами, но и за счет отбора наследственных факторов ("ид" или "детерминант", соответствующих современным генам) внутри организма. Он не учел (не зная, конечно, теории систем), что в пределах жестко организованной системы, какой является клетка или уже сложившийся организм, такой отбор с положительными результатами невозможен, так как нет никакой гарантии, что первоначально более жизнеспособный в конкуренции внутри оплодотворенной клетки наследственный задаток будет и в будущем более полезным целому организму по признакам, которые он обусловливает.

Прочность гена и польза признака, который он обусловливает, - разные вещи. Яркой иллюстрацией этого различия может служить повышенная жизнеспособность внутри организма раковой опухоли, которая, однако, организму в целом приносит гибель и погибает сама вместе с ним.

Короче говоря, жизнеспособность внутри системы не означает еще пользу для системы, если та система не корпускулярна.

ОПТИМАЛЬНЫЕ СОЧЕТАНИЯ КОРПУСКУЛЯРНЫХ И ЖЕСТКИХ СИСТЕМ

В развитии отдельного организма, при усложнении его, начиная с единичной клетки до зрелой формы, основную роль играет взаимное влияние отдельных зародышевых органов, каждый из которых выделяемыми им веществами стимулирует появление других органов [28]. Например, зачаток сетчатой оболочки глаза индуцирует перед собой образование хрусталика - необходимого оптического элемента глаза, а в дальнейшем они же собирают вокруг себя клетки, образующие оболочку глаза. Если бы не было такой связи между будущей сетчаткой и хрусталиком, то они могли бы образоваться в разных местах организма и цельная система глаза не образовалась бы, а организм был бы лишен зрения. Возникает вопрос: как же может сочетаться независимость признаков друг от друга, комбинаторика которых нужна для естественного отбора, и - одновременно - координация признаков в развитии? В приведенном примере, координация, как видно, доминировала над независимостью признаков. Но удалось обнаружить в организме также системы, которые почти полностью удовлетворяют обоим требованиям: это - системы типа желез внутренней секреции.

Часто говорят, что витамины - это "внешние гормоны", а гормоны - "внутренние витамины". Но это неверно, хотя есть и исключительные случаи [*5]. Основное различие в том, что типичные витамины нужны для разных функций и органов, которые чаще всего не связаны между собой. Например, витамин "А" нужен для процессов роста, для зрения, для улучшения покровов и т.д., а типичный гормон (например, половой) тоже действует на целый ряд разных органов, однако уже не случайно связанных между собой. Так, у самок млекопитающих от половых гормонов зависит развитие половых органов и признаков, дальше - брачное влечение, после этого - обеспечение развития эмбриона и его рождение, появление молока в млечных железах и материнский инстинкт, охраняющий детеныша. Затронуты действием гормона (или гормонов) разные органы, но служат они все одной цели - функции размножения и все строго скоординированы гормонами между собой. То же касается мужской половой железы, щитовидной железы, надпочечников, гипофиза.

Как мы видим, вопреки привычным взглядам, гормоны и витамины очень различны и, что очень важно, один гормон влияет сразу на много функций и их координирует, но каждая функция уже может измениться мутацией, не мешая другим. Признаки жестко связаны между собой в развитии через всего одну железу, но сами, изменяясь под влиянием какой-нибудь мутации, железу не меняют. Поэтому эволюция их может идти свободно, и лишь одно звено, связывающее их, а именно гормон, эволюционирует с большим трудом. Это хорошо видно, например, на мужском половом гормоне. Под влиянием этого гормона у петуха развиваются гребень и шпоры, у благородного оленя - рога, у льва - грива, у человека - борода, у лягушек - приспособление на передних лапах для спаривания. Но сам гормон меняется в эволюции очень мало, потому что его изменение, полезное для одних признаков, было бы наверняка вредным для ряда других и, по принципу "слабого звена", нарушило бы всю систему. Поэтому все такие разнообразные признаки у очень отдаленных организмов - от птиц, млекопитающих и до амфибий и рыб могут быть вызваны гормоном, взятым, скажем, из железы быка.

Такой тип связей является оптимальным типом сочетания корпускулярной и жесткой систем. Его можно назвать условно звездным, соединяющим (находящимся в центре гормоном), как лучи, то, что нужно для индивидуального развития, и одновременно не препятствующим самостоятельной эволюции этих признаков - лучей. Не будем повторять аналогичные примеры, которые относятся к щитовидной железе, надпочечникам и т.д., - там закономерности те же. "Звездный" тип является одной из форм упомянутых во введении центральных систем.

Таким образом, рассматривая оптимальную по типу гормональную систему в целом, мы получаем сразу ряд важных специфически биологических и системных выводов: 1) выделены принципиальные отличия витаминов и гормонов (правда, не все, но здесь другие для нас несущественны); 2) объединенная гормонами система, рассмотренная как выполняющая в основном одну общую функцию организма (чего нет по большей части у витаминов); 3) "звездный" тип связей наиболее полно (хотя не абсолютно) удовлетворяет противоречивым требованиям, которые, с одной стороны, предъявляет к системам организма необходимость эволюционной гибкости при свободном комбинировании отбором разных признаков ("корпускулярность"), а, с другой стороны, потребность в жесткой координации органов в развитии и в функции - это вывод и общественный; 4) центральное звено такой "звездной системы" (сам гормон) может эволюционировать с большими препятствиями и медленно, что и подтверждается фактами: гормоны достаточно сходны даже у разных классов позвоночных, а признаки, на которые они влияют, различны даже у видов одного класса. Кроме "звездного" известны и другие типы, объединяющие ценные для жизни свойства обоих крайних типов систем. Уже получение этих выводов, как и выяснение роли "корпускулярности" генетических механизмов для эволюции, является свидетельством большой роли теории систем в познании.

УРОВНЕВО-ИЕРАРХИЧЕСКИЙ ТИП ОРГАНИЗАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Коротко скажем о другой, тоже по-своему оптимальной форме сочетания этих же противоположных типов систем: дискретного (корпускулярного) и жестко организованного.

Для возникновения новых ценных для организма свойств обычно необходимо, чтобы элементы системы, не имеющие по отдельности данных свойств, были жестко организованы, дополняя друг друга, и этим обеспечили возникновение нужных новых свойств. Мы видели это на примере глаза, где хрусталик создает возникновение изображения предмета, а сетчатка - его восприятие. Отдельный хрусталик вообще не нужен, а сетчатка без него могла бы только сигнализировать мозгу - есть освещение или нет, не давая другой информации - о расположении и форме предметов и т.д. Такая система - не гибка, и ослабление любой ее части ослабляет ее функцию вплоть до полной ее гибели. Корпускулярные системы, напротив, гибки, и выпадение части их элементов в широких пределах не отражается на системе в целом, но они очень мало вносят новых свойств по сравнению с суммой их элементов. Наблюдая в организме и в популяции разные иерархически расположенные уровни, мы увидим, как в них довольно правильно чередуются оба типа организации. В гаплоидном организме (т.е. в таком, где в каждом клеточном ядре каждый тип хромосом имеется только в одном экземпляре) выпадение даже небольшого участка хромосомы с взаимно дополняющими друг друга генами ведет чаще всего к дефекту или гибели организма.

Известно, что большинство организмов диплоидно, т.е. имеет в любой клетке (кроме половых) каждый тип хромосом в двух экземплярах. Это - простейшая ("минимальная") форма дискретности. И если в одной из пары хромосом есть дефект, то другая, нормальная, ее компенсирует, чем по большей части успешно страхует организм от гибели. Однако и такое диплоидное ядро в целом в клетке сочетается с плазмой. Они организованно создают новую систему - клетку. Но эта система по типу уже жесткая, с характерными слабыми сторонами жестких систем: выпадение плазмы губит ядро, а гибель ядра или делает безъядерную клетку неспособной размножаться (красные клетки крови), или вообще губит ее.

И так идет от уровня к уровню:

1. Гаплоидный уровень ядра - жесткая связь.

2. Диплоидный уровень ядра - простейшая дискретность.

3. Ядро и плазма в клетке - жесткая связь.

4. Клетки одной ткани - дискретная система (по большей части со способностью взаимной замены).

5. Взаимодополняющие ткани в одном "простейшем" суборгане (например, в дольке печени, в отдельной мышце) - система жесткая. (Выпадение одной ткани разрушает весь суборган).

6. Физиологическая система, сложенная из двух или многих простейших суборганов (зрение - два глаза [*6]; выделение - две почки; печень - множество сходных долек и т.д.), - система двойного или множественного обеспечения со взаимной заменой, т.е. в той или иной степени "коркускулярная", гибкая.

7. Организм, состоящий из физиологически дополняющих друг друга основных подсистем (скелетной, мышечной, пищеварительной, выделительной, кровеносной, нервной и т.д.), - является жесткой системой со всеми ее достоинствами и недостатками.

8. Особи одного пола в популяции и в виде вполне заменимы как элементы типичной дискретной (корпускулярной) системы.

9. Два пола (там, где это разделение обязательно) - опять взаимное дополнение, т.е. система жесткая.

Как видим, здесь тоже природа использует сочетание как жестких систем, поднимающих высоту организации, так и корпускулярных: их чередование по уровням иерархии. Этот путь объединения крайних по типу систем также позволяет соединить их достоинства, но иным образом, поскольку и "задача" природы в этом случае иная, чем в "звездной" системе: в случае "звездного" типа сочетание жестких и корпускулярных систем обеспечивает одновременную возможность и корреляции и независимого отбора признаков организма. В случае же чередования типов "жесткие" уровни, повышающие организацию системы, перемежаются с уровнями, обеспечивающими компенсацию потерь поврежденных элементов эквивалентными им сохранившимися. Интересно, что "жесткие" и "корпускулярные" системы выступают в несколько иных ролях, чем в "зведных" формах, где они обеспечивают отбор и координацию, а здесь - гибкость и повышение организации [33].

Учитывая сказанное выше о роли наиболее слабого звена в жестких системах и роли наиболее сильного - в жестких, но активных системах, можно высказать предположение (требующее, однако, проверки фактами), что в процессе эволюции самый интенсивный отбор и быстрота эволюции должны наблюдаться именно по этим двум категориям признаков, наиболее важным для активной борьбы за существование.

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ (ИНЕРЦИОННЫЕ) ПРОЦЕССЫ

В организме человека и животных имеется целый ряд процессов, которые можно назвать альтернативными, или инерционными. Таковы процессы бодрствования и сна. Человек бодрствует, скажем, с 8 часов утра до 24 часов, когда ложится спать. Затем он спит до 8 часов утра, ликвидируя утомление, полученное за время бодрствования. Но возникает естественный вопрос. Ведь в 7 часов утра утомление почти ликвидировано, однако человек еще как бы по инерции продолжает спать. В 23 часа утомление человека уже почти максимальное, но он тоже как бы по инерции еще час бодрствует. Чем же объясняется такая инерция, которая приводит или к одному крайнему состоянию (бодрствование) или - к другому противоположному (сон)?

Странным образом вопрос о механизмах такого рода процессов, идущих от одного состояния к другому, альтернативному и наоборот, насколько автору известно, даже не ставился, хотя предпосылки для его решения уже давно имеются [28].

Клинические данные показали, что выключение всех рецепторов (в первую очередь зрения, слуха и др.) приводит, как правило, к тому, что больной впадает в сон {Исключением, по-видимому, отчасти являются слепоглухонемые с детства, у которых доминирующим рецептом являются осязание и обоняние, если эти больные подверглись соответственному обучению.}. Напротив, при работающих рецепторах раздражения, идущие от них к центральной нервной системе, поддерживают ее рабочее состояние. Но состояние бодрствования поддерживает активное состояние рецепторов. Следовательно, создается система положительной обратной связи: активность рецепторов ->??? бодрствование ->??? активность рецепторов. Утомление центральной нервной системы за известными пределами приводит все же к ее торможению и сну, и тогда вступает в действие противоположная система обратной положительной связи: сон -> ???выключение рецепторов ->??? повышение порога прекращения сна. Иначе говоря, обратная положительная связь здесь работает кратковременно, но резко повышая порог для условий, приводящих к пробуждению (если сон уже наступил) и повышая порог утомления, обеспечивающий наступление сна (если организм бодрствует). Оба процесса, таким образом, приобретают ту "инерцию", которую мы наблюдаем.

Изложенные инерционные (или альтернативные) процессы, по-видимому, должны объясняться исходя из положительных обратных связей. Раз "запущенные в ход", они идут до того предела, который положен им - истощением субстрата или другим ограничением (как при сне или бодрствовании, где включением и выключением органов чувств достигается порог обратной реакции - от сна к бодрствованию, - или наоборот).

Правильность изложенного объяснения подтверждается простым физиологическим наблюдением: если разбудить человека, проспавшего не 8, а, например 4 часа, то включаются внешние восприятия, поддерживающие бодрствование, и в большинстве случаев человек опять работоспособен. Но, конечно, длительность бодрствования при этом короче, чем у человека, использовавшего свою норму сна. (Здесь мы не говорим о случаях вмешательства стрессовых состояний, которые могут продлить бодрствование включением других специальных механизмов). К таким же случаям с обратной положительной связью, кончающихся истощением ресурсов, надо отнести и эпилептические припадки. Пока удается избежать их начала, человек может быть вполне нормальным. Но раз начавшийся припадок уже, как правило, трудно остановить, и он кончается истощением ресурсов и сном.

Интересный пример приводит В.Н.Алешин. Известно, что введение гормона во взрослый организм приводит (из-за отрицательной обратной связи с другими эндокринными органами) к снижению собственной выработки этого гормона. Это - стремление отрицательной обратной связи установить равновесие в организме. Однако сам Алешин, давая в пище головастикам наиболее раннего возраста щитовидную железу, обнаружил, что этим не угнеталось развитие железы головастика, а, напротив, стимулировалось. В чем же здесь дело? Очевидно, что в ранний период развития преобладает обратная положительная связь, как и следует ожидать при интенсивном росте и развитии, но с переходом к полувзрослому стабильному состоянию она заменяется обратными отрицательными связями.

ПРОЦЕССЫ УРАВНОВЕШИВАНИЯ И ВОЛНООБРАЗНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Процессы такого рода хорошо известны. Они основаны на отрицательной обратной связи, достаточно широко освещенной как в приборах (термосах), так и в биологических системах, когда, например, повышение артериального давления, воздействуя на определенные нервные механизмы, приводит к снижению и к регуляции давления.

В биологии они были рассмотрены Н.А.Беловым и М.М.Завадовским, о чем уже упоминалось. В общей форме - в "Тектологии" А.А.Богданова ("бирегуляторы"). Интересе оптический метод борьбы с косоглазием, предложенный Ю.А.Утехиным [52]. Он обратил внимание на то, что имеется нормальная обратная отрицательная связь, регулирующая параллельную установку глаз. Если они, например, разошлись в горизонтальной плоскости (т.е. смотрят в разные стороны), то чем больше они расходятся, тем сильнее импульс к их сближению. Наружные глазные мышцы (по крайней мере, не в самом раннем возрасте) достаточно сильны, чтобы свести разошедшиеся оси таких глаз до нормального параллельного положения. Но у большинства лиц с расходящимся (в горизонтальной плоскости) косоглазием отмечается и расхождение осей по вертикали. Один глаз смотрит выше, другой - ниже. Вот это расхождение, напротив, регулируется плохо. Ю.А.Утехин пришел к заключению, что причина горизонтального косоглазия (глаза - врозь) чаще всего именно в наличии вертикального. Последнее приводит к тому, что изображение предмета в каждом из глаз падает на разные участки сетчатки и мозгу трудно воспринять эти несовпадающие изображения. Тогда один глаз отводится в сторону, так что изображение, падающее на наиболее чувствительный центр сетчатки другого глаза, у отведенного в сторону падает на слабо воспринимающую периферию сетчатки и уже не приходит в конфликт с другим, прямо смотрящим глазом. Значит это - приспособление, чтобы избежать конфликта. Однако один раз образовавшись, косоглазие само не может ликвидироваться. Надо устранить вертикальное расхождение зрительных осей, и тогда, сработает регулирующая горизонтальные оси обратная отрицательная связь и устранит уже ненужное расхождение осей глаз по горизонтали. Сделать это можно очками с призматическим элементом. Теория оправдалась, и у большинства косоглазых этот прием иногда за очень короткий срок (месяцы или даже недели) приводит к исправлению косоглазия по горизонтали. Дальше уж нужна тренировка мышц, работающих по вертикали, что делается постепенным ослаблением силы призм. Таким образом, учет обратных связей позволил выработать практически важный метод лечения без хирургического вмешательства.

На основе отрицательных обратных связей могут при дополнительных условиях возникать волнообразные процессы. Это было показано в работах Вольтерра и особенно А.Н.Колмогорова [61] по взаимоотношению хищника и жертвы.

Суть проблемы качественно можно изложить следующим образом. Хищник уменьшает численность пожираемых им жертв (подавление численности). Напротив, жертва, являясь его питательной средой, способствует увеличению численности хищника. Получается типичная обратная отрицательная связь, которая обычно создает равновесную, более или менее устойчивую систему. Однако здесь вмешивается дополнительное условие. Когда жертва (при малом числе хищников) размножается, она не сразу увеличивает численность хищников. Они должны улучшить свое состояние, пройти брачный период, затем время беременности и роста потомков и только тогда начнут, размножившись быстрее, уменьшать число жертв. В свою очередь, уменьшившееся число жертв (тогда реже встречающихся хищнику) не сразу приведет к сокращению числа хищников от голодания. Такое запоздание в реализации отрицательной обратной связи и приводит к широким колебаниям численности обоих видов, которые мы видим как волнообразный процесс вокруг некоторого среднего положения.

Такой механизм наталкивает нас на вероятное объяснение и ряда других циклических процессов - от месячных циклов женского организма, до циклически протекающего маниакально-депрессивного психоза, когда (в редко наблюдаемых, но классических случаях) месяцы возбуждения - после временно наступившего периода нормального состояния - сменяются противоположными, относительно длительными периодами депрессии, малоподвижности, мрачности и т.д. Этот механизм может быть различным по конкретным причинам, однако он требует детальной проверки, с учетом характера взаимодействия.

ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ПОЛОВ И ОРГАНОВ

Выше мы упоминали - как пример двойной отрицательной связи - опыты Витчи (по Е.Аллену). Когда разнополые особи тритона сращены боками и у них устанавливается обмен кровью и, следовательно, гормонами, то женские гормоны угнетают мужские половые железы, а мужские гормоны - угнетают женские половые железы. Небольшое отклонение от равновесия, т.е. случайно больше, угнетение, например, женских желез, далее автоматически ведет к тому, что эта случайность обусловит дальнейшее усиление этого различия, пока наконец более ослабленная железа (женская) не дойдет до предельного угнетения, а менее ослабленная (мужская) полностью выправится [*7]. Приспособительное значение такого процесса понятно. И самцы и самки - полноценные производители потомства у позвоночных. Но при наличии в организме одновременно и женских и мужских желез получился бы гермафродит, неспособный к размножению ни в качестве отца, ни в качестве матери. Данный механизм (- -) почти полностью исключает возникновение гермафродитов. В эмбриологии отмечались случаи, когда одна развивающаяся ткань, если в нее пересаживали небольшой участок другой (тоже не окончательно развившийся), "переделывала" последнюю по своему типу. Здесь мы видим тот же механизм взаимного угнетения, когда больший массив клеток подавлял меньший.

Ч.М.Чайльд [54] развил .теорию градиентов, согласно которой некоторые виды организмов имеют в разных точках своей длины (от головы до хвоста) разные потенциалы (по Чайльду, разные интенсивности обмена). На том конце, где этот потенциал оказался выше, образуется головной участок, а на противоположном - хвостовой. У некоторых организмов на первых стадиях этой дифференцировки направление градиента можно изменить внешними воздействиями, и тогда развитие пойдет в обратной направлении. Это тоже объясняется двойной отрицательной связью (преобладающий головной конец угнетает хвостовой, а последний, уже угнетенный, не может угнетать головной). Этим объясняется и один парадокс: если разрезать поперек плоского червя планарию, то головной участок, регенерируя, на месте разреза восстановит хвостовую часть, а хвостовой - головную. Если место разреза у другой особи провести ближе к головному участку, то произойдет то же. Но из того участка, который (в первом опыте) образовал хвостовую форм, теперь образуется регенерат головного типа.

Очевидно, что падение градиента по длине приводит ко все большему угнетению по мере приближения к хвостовому концу под давлением передней головной оконечности. Но когда разрез отделяет хвостовую половину от передней, то ее ранее наиболее близкий к голове участок, имеющий все же более высокий "потенциал", чем хвост, освободившись от подавления головой, поднимает свой уровень активности еще выше. Это происходит, в определенных пределах, независимо от места разреза. А это создает условия для развития морфологии по типу головы.

Таким образом, взаимное угнетение во всех перечисленных случаях ведет к дифференциации. Физической аналогией может служить предмет, находящийся в неустойчивом равновесии. В какую бы сторону его случайно ни отклонить, он будет далее отклоняться в ту же сторону до достижения устойчивого положения.

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ЭТИОЛОГИИ И ПАТОГЕНЕЗА НЕИНФЕКЦИОННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

Неинфекционные заболевания (сердечно-сосудистые, психические и др.) занимают все большее место в современном спектре болезней. Системный подход позволяет облегчить анализ их причин и течения, а также дать рекомендации к их лечению. Большую роль играет изучение корреляций возникновения заболевания со свойствами организма до заболевания, с условиями начала болезни и т.д. Следует обратить особое внимание на характер течения болезней и связь его с типом патологических обратных связей, которым часто обязаны эти заболевания. Кривые течения болезней могут быть различны:

1. Если заболевание связано с двумя факторами, которые взаимно усиливают друг друга, то происходит постепенное самоусиление процесса и кривая болезни будет идти вверх.

Примерами таких заболеваний могут быть гипертория, глаукома, прогрессирующая высокая близорукость; из психических заболеваний -шизофрения. Эти заболевания, как правило, имеют тенденцию к непрерывному прогрессированию, если не вмешиваются какие-либо посторонние факторы извне или реже - внутри организма.

2. Бывает так, что кривая заболевания, достигая определенного уровня, превращается в прямую. Человек продолжает болеть, но существенного прогрессирования, если нет внешних воздействий, не происходит. Таковы болезни типа язвы желудка, трофических язы, нейродермита, из психических заболеваний - невроз навязчивых состояний и т.д.

В данном случае мы имеем обычную, работающую на равновесие отрицательную обратную связь. Однако сила воздействия одного из факторов на другой оказывается нескоординированной, и равновесие, хотя и наступает, но на некотором патологическом уровне.

3. К третьему типу можно отнести уже упомянутый маниакально-депрессивный психоз. Здесь, возможно, работает хорошая отрицательная обратная связь. Но реакция (по крайней мере, одного из двух компонентов этой связи) оказывается замедленной. В результате получаются длительные отклонения от нормы. Однако эти отклонения не идут дальше определенного предела, а проходят как волны горизонтальной синусоиды. Здесь мы видим полную аналогию с нормальным механизмом хорошо разработанной теории системы "хищник-жертва".

Таким образом, мы видим, что по качественной кривой заболевания часто можно судить о взаимоотношениях основных факторов, обусловливающих течение болезни. Все факторы, не соответствующие данной кривой, отбрасываются, что резко сужает круг поиска причин болезни. Это, конечно, еще не дает окончательного знания о причинах, но значительно облегчает сам процесс дальнейшего поиска этих причин и условий развития многих неинфекционных заболеваний.

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К НЕКОТОРЫМ ПРОБЛЕМАМ ИЗУЧЕНИЯ ШИЗОФРЕНИИ

Рассмотрим проблемы, относящиеся к заболеванию, протекающему с положительной обратной связью. Проведем анализ шизофрении как одного из таких заболеваний [38]. Целый комплекс особенностей мышления шизофреников приводит к подтверждению идеи И.П. Павлова о том, что в основе болезни (или как важный фактор) лежит патологическое истощение нервной системы, с чего бы оно ни началось, которое и нарушает процесс мышления. Нарушение мышления, вызванное истощением нервной системы, приводит к патологическим конфликтам с окружающей средой, а конфликты усиливают истощение нервной системы. Процесс развивается по типу обратной положительной связи (в просторечии - порочный круг) и иногда может быть остановлен вмешательством в то или иной звено. Шизофреники, как правило, недоступны психотерапии, хотя на ранних стадиях заболевания формально понимают аргументацию врача. Поэтому в прошлом их практически не лечили, а лишь содержали в благоприятных условиях, если это было возможно. Затем были найдены медикаменты, вызывающие релаксацию (типа аминазина), применение которых приводит часто к излечению. Однако оказалось, что через несколько лет до 80% вылеченных снова попадают в клинику. Это получается аналогично втягиванию человека на ледяную гору, с которой он соскользнул, и с нее же после лечения он начинает скользить снова. На основании анализа болезни (подробности опускаем) был предложен метод, задерживающий больного на этой "ледяной горе"; добившись медикаментами временного излечения, рекомендовать в это время, уже доступному контактам больному, проводить психотерапию, которая может предохранить его от нового цикла заболевания. При довольно существенных исходных затратах на подготовку психотерапевтов и разгрузку их от большого числа больных, несомненно, в конечном счете именно такие мероприятия могут дать большой эффект для общества, снимая с него огромные затраты на содержание больных и, более того, включая этих бывших больных в полезную деятельность.

Каковы же особенности и причины возникновения той патологической психики, о которой говорилось выше. На ранних стадиях развития отдельных форм шизофрении практически все они в той или иной мере характеризуются формой мышления, которую А.Блейлер [8] назвал "аутистическим" (обращенным в себя). В нем загадочно объединены противоположные особенности. С одной стороны, в нем происходит как бы возврат к первобытным представлениям, например, что утренняя звезда и олень - две ипостаси одного и того же существа. Или - что одно тело может быть одновременно в разных местах. Например, ведьма, колдующая в Норвегии, если она убита в море, где удвоившись, наводила бурю на викинга, одновременно погибает и в Норвегии - как описано в саге о Фритьофе. В то же время, при аутистическом мышлении, в полную противоположность первобытному, очень сильна тенденция к мышлению не образами, а словами, не к запоминанию фактов, а к схемам и т.д. Причины этого видимого противоречия, однако, вскрываются при применении принципов теории систем.

Действительно, И.П. Павловым [44] было показано, что грубые симптомы шизофрении аналогичны симптомам при истощении нервной системы и запредельном торможении у животных. Роль истощения здесь явно или главная, или одна из главных. Однако более тонкие особенности мышления Павловым не объяснялись. А оно очень сходно на первых стадиях при разных формах шизофрении. Посмотрим, как реагирует ранимый человек на неприятные факты? Чаще всего отстранением от условий, где с ними сталкивается, т.е. в первую очередь от контактов с людьми. Отстранение может быть фактическое - сокращение внешних контактов или внутреннее - выработка неприятия чужих слов. И то и другое наблюдается у больных. Сокращаются социальные контакты (как у гальки в море обтесываются наиболее контактирующие со средой выступающие части и она округляется, приобретает минимальную поверхность). Также уменьшается поверхность соприкосновения больного с окружающей средой. Как это сказывается на мышлении? Надо учесть, что в своем социальном прогрессе человечество выработало запреты на неверные (хотя первоначально имевшиеся, стихийно создававшиеся) первобытные представления. Например, на представление, что человек (или любое тело) может быть сразу в двух местах, и т.д. Изолируясь от окружающей социальной среды и от ее критики, больной легко возвращается к этим древним (и аналогичным ранним детским) представлениям. У него возникает и малая доступность (аутизм), и ослабляются поэтому социально выработанные представления. Откуда же, однако, у него возникает чрезмерное усиление словесного мышления и схематизма? Истощаемость в умственной деятельности может или вообще ее снизить (что тоже бывает), или переводить ее на более экономные траты нервной энергии. А словесное мышление, заменяя одним словом целый комплекс образов, ассоциаций и т.д., как раз очень экономит умственную работу. То же делает и применение схем. Схема не только устанавливает ценные для науки связи, но в индивидуальном мышлении она является и мнемоническим средством, облегчающим запоминание. Система Коперника не только вернее птолемеевской. Она, кроме того, облегчает расчеты движения планет. Схема, утверждающая, что ближе к полюсам Земли климат холоднее, устраняет необходимость запоминать климат каждой страны как отдельный факт. Таблица Д.И. Менделеева облегчает детальное запоминание свойств разных элементов и т.д. И больные с истощенной нервной системой, естественно, инстинктивно ищут приемы, облегчающие их трудности в мышлении. Однако приемы эти полезны лишь до известных пределов. За этими пределами и чрезмерно словесное, и чрезмерно схематическое мышление, без коррекции (утерянными у них ассоциациями и образами), уже приводит их к ошибкам. Больная, исходя из слова "можно", которое имеет два значения: 1) физически возможно (например, поднять тяжесть) и 2) дозволяется (не наказывается), - говорит: "Я сумасшедшая, значит мне можно превратиться в черепаху". Параноидного типа бред создает ложную схему, которая приводит больного к столкновению с действительностью, и т.д. А это уже, как говорилось выше, ведет к новым перенапряжениям нервной деятельности, к ухудшению физиологического состояния больного, а следовательно, к дальнейшей изоляции его от социального окружения и к обострению всех патологических проявлений его психики. Таким образом, одна причина - истощаемость нервной системы создает и отбор, уничтожающий многие связи с внешним миром (отсюда - замкнутость, возврат к социально отсталым представлениям), и чрезмерно словесное мышление без его поправок опытом и ассоциациями.

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОТИВОРЕЧИЙ В СОЦИАЛЬНЫХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ ОБ ОСНОВНЫХ ПРЕДПОСЫЛКАХ ПРЕСТУПНОСТИ (СНЯТИЕ ЭТИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ)

Социальные причины, способствующие распространению преступности, издавна понимались многими учеными. В прошлом веке итальянским ученым Ч. Ломброзо была выдвинута гипотеза о наследственном характере преступных наклонностей. Впоследствии это представление потеряло свою значимость и казалось, что взгляды социологов и юристов о том, что преступность имеет чисто социальное происхождение (результат недавних войн, социального неравенства и т.д.), окончательно утвердились [*8]. Однако в последние десятилетия вопрос о биологических предпосылках преступности возник снова, так как обнаружилось, что по критерию "близнецового метода", принятого в медицинской генетике, преступные наклонности будто бы наследуются. Близнецы бывают двух типов: 1) однояйцевые (ОБ), произошедшие из одной оплодотворенной яйцеклетки, распавшейся на две (они обладают совершенно идентичной наследственностью и даже родители часто не могут их различить); 2) разнояйцевые (ДБ), произошедшие из одновременно созревших двух разных яйцеклеток (это два брата, две сестры или брат с сестрой, родившиеся одновременно, но различающиеся между собой).

Наследственный характер заболевания обычно определяют так: собирают данные о группе однояйцевых близнецов, где один болен этой болезнью, и о такой же группе разнояйцевых, где тоже один из близнецов болен. Если процент близнецов, пораженных тем же заболеванием, у ОБ и ДБ примерно одинаков (например, по кори - 95-97%), значит дело не в наследственности. Если же у однояйцевых близнецов брат (или сестра) процент сходства выше, чем у близнецов с разной наследственностью, значит наследственность определяет предрасположение к этой болезни. Так, например, при шизофрении у однояйцевых близнецов второй заболевает примерно в 70%, а у разнояйцевых - только в 14%. Значит, роль наследственности велика. Ведь растут они в одной семье, ходят в одну школу и т.д. и заболевают не от инфекции. И вот оказалось, что у преступников, имевших близнецов, их однояйцевые близнецы были преступниками гораздо чаще, чем разнояйцевые (58 и 28% соответственно) [57]. Возникли жаркие споры. И у социологов точные цифры и у биологов - тоже. Как согласовать их? Решение нашлось с системных позиций. Дело в том, что вопрос рассматривался без учета среды развития будущего преступника, т.е. без анализа соотношения "микромира", где он развивается, и "сверхсистемы", где он потом уже оценивается человеческим обществом.

Что такое уголовный преступник? Человек, сознательно нарушающий законы системы целого общества, государства. Развивается же он в микросистеме - в семье, школе, на улице. Среда может быть с плюсом (ортодоксальная) и с минусом (аморальная). Однако и вполне нормальные дети бывают и послушные, и почти в половине случаев "негативисты" (особенно в период формирования, в подростковом возрасте), т.е. непослушные, отталкивающиеся от своей семьи, школы. Если ребенок послушный, то он в ортодоксальной среде ("плюс на плюс") вырастет соответствующим нормам государства, т.е. тоже "ортодоксом". Зато в преступной среде (берем крайние случаи) легко и сам станет преступником. Подросток-негативист, напротив, в ортодоксальной среде, оттолкнувшись от нее, легко втянется в хулиганскую компанию или банду. Зато в среде аморальной, так же оттолкнувшись от нее, легче вырвется из нее.

Каков же вывод? Сами преступные наклонности не наследуются. Они возникают в период роста при взаимодействии темперамента (послушного или негативистичного) с окружающей ребенка или подростка средой. При этом темперамент послушного ребенка, особенно благоприятный в одной среде (ортодоксальной), даст худшие результаты в другой (аморальной). Противоположный темперамент прореагирует на окружающую среду наоборот: он даст лучшие результаты в неблагоприятной, аморальной среде и менее благоприятные в ортодоксальной. У близнецов (и ОБ, и ДБ) среда для пары одинакова, а темперамент одинаковый только у ОБ. Имея оба основных фактора сходными, ОБ, и дают результаты более похожие, чем разнояйцевые близнецы. У последних темпераменты при разной наследственности в какой-то степени различны, поэтому и сходство по преступности меньше. Таким образом, наследственность не определяет сама по себе (без сочетания со средой) развития преступных наклонностей, но определяет лишь повышенное {сходство} однояйцевых близнецов, у которых и темперамент и среда одинаковые. Кажущееся противоречие возникло из-за недоучета соотношения субсистемы, где идет развитие подростка, и большой системы, где проявляются результаты.

Так, на наш взгляд, разрешается это кажущееся противоречие между данными социологов и антропогенетиков [35]. На одном выступлении по этому поводу задали шутливый вопрос: "Что же, детей-негативистов надо отдавать на воспитание в преступную среду?" Конечно, это не так. При внимательном отношении к ребенку результаты будут хорошими при любом темпераменте.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ НОВЫХ СВОЙСТВ ПРИ ОБЪЕДИНЕНИИ ЭЛЕМЕНТОВ В СИСТЕМУ

Остановимся кратко еще на одной проблеме - возникновение принципиально новых качеств, которые отсутствуют в сумме элементов, не организованных в систему. Мы говорили об этом выше по поводу взаимного дополнения сетчатки и хрусталика глаза. Здесь два элемента дополняют друг друга, так как для зрения необходимо и получение изображения (что обеспечивает хрусталик) и способность его восприятия (сетчатка). Значительно чаще мы имеем несколько иной механизм появления новых свойств. Это - широко распространенный (возможно, не единственный) общий механизм возникновения новых свойств системы, не имевшихся у ее элементов. Данный принцип основан на неравномерном взаимодействии свойств этих элементов, когда, при организации в одно целое, одни свойства взаимно усиливаются, а другие взаимно гасятся. Подробнее он был рассмотрен нами ранее на примере двух неживых систем и на психологическом примере [36]. Остановимся на последнем примере. Речь идет о возникновении художественного впечатления от системы, состоящей из элементов, по отдельности не производящих практически никакого эмоционального впечатления. Самой простой для рассмотрения системой является литературная, а именно сравнение или метафора. В упомянутой статье производится такая метафора: "Седою гривой машет море", которую можно раскрыть полнее. В развернутом виде это было бы так: "Морские волны идут, как машущие седые гривы". Почему возникает яркое зрительное впечатление от такого сближения представления о волне и о седой гриве? Рассмотрим, какие ассоциации вызывает слово "волна". Они очень многочисленны и противоречивы. Огромная морская волна и рябь, волна на песке и радиоволна, волна волос, волна народного возмущения и т.д. Почти каждое отдельное понимание слова вызывает определенную эмоцию - от грозной силы (пенистая волна на море) до мягкого чувства, от сочувственного гнева или страха (народное возмущение) до чувства спокойного отдыха и т.д. Эта противоречивость эмоциональных ассоциаций взаимно гасит все эмоции. Слово "грива" менее многообразно по ассоциациям и все же неоднородно: зрительные образы и эмоции различны - будет ли это грива грозного льва или домашней лошади, "грива" длинноволосого священника или модная прическа и т.д. И вот когда мы, сближая, в известном смысле отождествляем представления о волне и гриве, то зрительные образы и эмоции, связанные с каждым из представлений, вступают в определенное взаимодействие. Несовместимые (например, любая форма гривы и рябь или радиоволна) гасят, исключают друг друга. Остаются лишь совместимые - образы больших с седою пеной волн и седой, машущей гривой лошади. Это достигается мгновенно, одним кратким приемом. И главное представление (о море) сохраняет эту форму и движение, но относится к широкой водной стихии. Из сознания вытесняется на время все остальное, несовместимое, а совпадающие ассоциативные образы и вызванная ими эмоция от свободной грозной силы моря целиком заполняют его, создавая этим то эмоциональное напряжение, которое и оставляет здесь суть художественного впечатления.

х х х

Подведем итоги. Приведены некоторые системные закономерности и показано, как с их помощью решаются сложные проблемы в области эволюции, строения и развития организма, психологии, взаимодействия социальных и биологических систем, анализа заболеваний и т.д. Понятно, что, кроме рассмотренных примеров успешного применения общей теории систем к конкретным проблемам, существует множество других аналогичных примеров. В частности, на основе системных идей удалось выдвинуть гипотезу о причинах возникновения наиболее распространенных психосоматических типов человеческого организма, провести анализ причин развития близорукости, разработать метод прогнозирования возникновения близорукости у детей и т.п. Сказанное позволяет сделать вывод о плодотворности теории систем вообще и в биологических науках, в частности, и, мы думаем, является основанием для предположения о ее большом будущем.

Литература

1. Маркс К. Тезисы о Фейербахе. - Маркс К., Энгельс Ф. Избранные сочинения в трех томах. т. 1. М.: Политиздат, 1980, с. 1-4.

2. Ленин В.И. Крепость цепи определяется крепостью самого слабого звена ее. - Полн.собр.соч., т.32, с. 201-202.

3. Аптер М. Кибернетика и развитие. М.: Мир, 1970. 215 с.

4. Арманд А.Д. Модели и информации в физической географии. М.: Знание, 1972. 60 с.

5. Белов Н.А. Физиология типов. Орел.: Красная книга, 1924, 156с.

6. Берталанфи Л. фон История и синтез общей теории систем. В кн.: Системные исследования. Ежегодник, 1973. М.: Наука, 1973, с. 20-37.

7. Блауберг И.В., Садовский В.Н., Юдин Э.Г. Системный подход: предпосылки, проблемы, трудности. М.: Знание, 1969. 51 с.

8. Блейер А. Аутистическое мышление. Одесса, 1929. 173 с.

9. Богданов А.А. Всеобщая организационная наука: (Тектология). М.: Книга. 1925, т. 1, 300 с.; т. 2. 1927, 269 с.; т. 3, 1929, 223 с.

10. Винер Н. Кибернетика и общество. М.: Сов. радио, 1958. 115 с.

11. Винер Н. Кибернетика. М., Сов. радио, 1969. 326 с.

12. Геодакян В.А. О структуре эволюционирующих систем. // В кн.: Проблемы кибернетики. М.: Наука, 1973, No 25, с. 71-91.

13. Гутнов А.Э., Лежава И.Г. Будущее города. М.: Стройиздат, 1977. 125 с.

14. Дарвин Ч. Происхождение видов.: Сельхозиздат, 1952. 482 с.

15. Завадовский М.М. Противоречивое взаимодействие между органами. М.: Изд-во МГУ, 1941. 80 с.

16. Заварзин А.А. Об эволюционной динамике тканей // Арх.биол.наук, 1934, т. 36, сер. В, вып. 1, с. 3-64.

17. Кирсанов А.Т. Теория Митчерлиха, ее анализ и практическое применение. М.; Л.: Сельхозиздат, 1930. 250 с.

18. Когхилл Э. Анатомия и проблема поведения. М. - Л.: Биомедгиз, 1934. 121 с.

19. Кречмер Э. Строение тела и характер. М. - Л.: Госиздат, 1930. 304 с.32

20. Кузьмин В.П. Принцип системности в теории и методологии К.Маркса. М.: Политиздат, 1980. 312 с.

21. Ландау Л. Руководство по физиологии человека. Берлин: Врач, 1921. Т. 1. 552 с.

22. Леви-Брюль Л. Первобытное мышление. М.: Атеист, 1930. 337 с.

23. Ляпунов А.А. Об управляющих системах живой природы // Пробл. кибернетики, 1963, No 10, с. 479-493.

24. Ляпунов А.А. Краткое введение к статье А.А.Малиновского "Наука об организации и организация науки" // Природа, 1972, No 3, с. 271.

25. Малиновский А.А. Роль генетических и феногенетических явлений в эволюции вида. Пнейотропия // Изв. АН СССР. Сер.биол., 1939, No 4, с. 575-614.

26. Малиновский А.А. Закономерности наследственности в свете дарвиновского учения об отборе // Успехи соврем.биол., 1941, т. 14, вып. 1, с. 174-176.

27. Малиновский А.А. Элементарные корреляции и изменчивость человеческого организма // Тр. Ин-та цитологии, гистологии и эмбриологии АН СССР. М.: Изд-во АН СССР, 1948, т. 2, вып. 1, с. 136-198.

28. Малиновский А.А. Типы управляющих биологических систем и их приспособительное значение // Пробл. кибернетики, 1960, No 4, с. 151-181.

29. Малиновский А.А. Значение качественного изучения управляющих систем для теоретической биологии // В кн.: Приложение математических методов в биологии. Л.: Изд-во ЛГУ, 1964, с. 115-127.

30. Малиновский А.А. Некоторые вопросы организации биологических систем // В кн.: Организация и управление. М.: Наука, 1960, с. 105-133.

31. Малиновский А.А. Пути теоретической биологии. М.: Знание, 1969. 62 с.

32. Малиновский А.А. Общие вопросы организации систем и их значение для биологии // В кн.: Проблемы методологии системного исследования. М.: Мысль, 1970, с. 146-183.

33. Малиновский А.А. Общие особенности биологического уровня и чередования типов организации // В кн.: Развитие концепции структурных уровней в биологии. М.: Наука, 1972, с. 271-277.

34. Малиновский А.А. Наука об организации и организация науки // Природа, 1972, No 3, с. 42-49.

35. Малиновский А.А. Биология человека. М.: Знание, 1973. 62 с.

36. Малиновский А.А. Механизмы формирования целостных систем // В кн.: Системные исследования. Ежегодник, 1973. М.: Наука, 1973, с. 52-62.

37. Малиновский А.А., Смирнова Е.Д., Швидченко Л.Г. Эффективность некоторых типов полужестких систем // В кн.: Системные исследования: Ежегодник, 1974. М.: Наука, 1974, с. 75-87.

38. Малиновский А.А. Роль обратных связей и системных изменений в развитии аутистического мышления у шизофреников и шизоидов // Пробл. кибернетики, 1977, No 32, с. 213-223.

39. Малиновский А.А. Основные понятия и определения теории систем (в связи с применением теории систем к биологии) // В кн.: Системные исследования: Методол.пробл. Ежегодник, 1979. М.: Наука, 1980, с. 78-90.

40. Малиновский А.А. Системная логика дарвинизма // Природа, 1983, No 10, с. 46-54.

41. Матковская И.Я. Проблема этики в трудах Г.В.Плеханова: Автореф. дис. канд. филос. наук. М., 1968, с. 14-16.

42. Месарович М. Точка зрения теоретика // В кн.: Теория систем и биология. М.: Мир, 1971, с. 90-128.

43. Нидхэм Дж. На рубеже морфологии и биохимии // Успехи соврем.биологии, 1936, т. 5, вып. 1, с. 36-51.

44. Павлов И.П. Пробная экскурсия физиолога в область психиатрии // Полн.собр.соч. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1951, т.3, с. 57-71.

45. Селье Г. Очерк об адаптационном синдроме. М.: Медгиз: 1960. 254 с.

46. Селье Г. На уровне целого организма. М.: Наука, 1972. 121 с.

47. Семенов Н.П., Малиновский А.А. Маршруты биологии // Изв., 1967, No 19.

48. Тахтаджян А.Л. Тектология: история и проблемы // В кн.: Системные исследования. Ежегодник, 1971. М.: Наука, 1972, с. 200-277.

49. Тимирязев К.А. Творчество человека и творчество природы // Соч. М.: Сельхозгиз, 1939. Т. 4. 472 с.

50. Тимирязев К.А. Чарльз Дарвин и его учение // В кн.: Памяти Дарвина. М.: Учпедгиз, 1940. 431 с.

51. Уемов А.И. Некоторые тенденции в развитии естественных наук и принципы их классификации // Вопр. философии, 1961, No 8, с. 66-75.

52. Утехин Ю.А. Явления гиперофорической обусловленности содружественного косоглазия и оптические средства коррекции // В кн.: Тез. XIX науч.-техн. конф. Ленингр. Ин-та точной механики и оптики (ЛИТМО). Л., 1969. 7 с.

53. Холден Дж. Факторы эволюции. М.; Л.: Биомедгиз, 1935. 123 с.

54. Чайлд Ч.М. Роль организаторов в процессах развития. М.: Изд-во иностр. лит., 1948. 146 с.

55. Шмальгаузен И.И. Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии. М.: Наука, 1982. 383 с.

56. Эфроимсон В.П. Введение в медицинскую генетику. М.: Медицина, 1964. 490 с.

57. Эфроимсон В.П., Калмыкова Л.Г. Успехи невропсихической генетики // В кн.: Генетики психических болезней. М., 1970, с. 186-291. (Тр. Моск. НИИ психиатрии МЗ РСФСР; Т. 60).

58. Эшби У.Р. Что такое разумная машина? // Зарубеж. электрон., 1962, No 3, с. 79-83.

59. Allen A., Jerkes R. Sex and internal secretion. Baltimore, 1932. 195 p.

60. Bogdanov A. Essays in tektology/Engl. transl. by G. Gorelik. Intersyst. Publ., 1980. 265 p. (syst. Inguiry Ser.).

61. Kolmogoroff A.N. Sulla teoria di Volterra della per l`esistenzo. - G. Inst. degli Attuari, 1936, a. 7, No 1, p. 74-80.

62. Petrovitch M. Mecanismes communs aux phenomenes disparates. P., 1921.

63. Weismann A. Uber Leben und Ton. Jeda, 1884. 310 S.

Примечания

[*1] Печатается по ежегоднику "Системные исследования", М.: 1984.

[*2] Формально двойную отрицательную связь (воздействия) можно представить как обратную положительную (переменить знак + на - у одного из взаимодействующих органов). Но в биологии удобнее и вернее оставить ее как особую форму.

[*3] Под субэлементами мы понимаем особенности, которые неотъемлемы от основных единиц (элементов). Элементы могут быть изъяты из системы и могут существовать как-то вне системы, напротив, субэлементы (протяженность, прочность, цвет и т.д.) не могут существовать без какого-то элемента, "носителя" этого субэлемента.

[*4] Например, по быстроте нервных реакций, по богатству пигментов насекомые далеко превосходят млекопитающих, однако их приспособляемость лимитируют малые размеры - мало число нервных клеток, имеются и другие следствия малых размеров.

[*5] Например, витамин "С", которые у человека и у морской свинки получается, как другие витамины, только извне, с пищей, а, скажем, у крыс может вырабатываться в организме (так как они эволюционировали в зонах, где пища не столь богата витамином "С").

[*6] Потеря одного глаза сужает охват зрением окружающей среды и лишает человека стереоскопического восприятия предметов и пространства, но при этом сохраняется основное: восприятие формы, размера, окраски, расположения окружающих предметов.

[*7] У Витчи так чаще и было, но он не провел сращивания самца с двумя самками, где скорее был бы обратный исход.

[*8] Сюда не относятся правонарушения, совершаемые психически больными людьми, которые не подлежат наказанию. Преступление - правонарушение, совершенное намеренно лицом психически здоровым и понимающим его противозаконность.