Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительных свойств - Новосельцев В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, проблема анализа целей в биосистемах в нашем контексте оказывается весьма близкой задаче изучения характеристик и свойств биосистем в их «конечных» состояниях. Однако, характеристики конечного состояния, достигаемого в живых системах, настолько разнообразны, что вопрос о целях в теории биосистем все еще недостаточно ясен.
Живые системы — многоцелевые в том смысле, что при их анализе можно указать множество полезных свойств, которые достигаются в различных ситуациях и при разнообразных внешних воздействиях. Анализ целей в живых системах усложняется и тем, что эта проблема может обсуждаться на разных уровнях организации, и рассмотрение часто не связывается с конкретными условиями окружения биосистем и условиями их функционирования. Относительно мало внимания уделяется и таким вопросам, как иерархия целей в живой природе, хотя в сложных многоуровневых структурах, характерных для биосистем, анализ глобальных целей системы и целей ее подсистем может оказаться полезным и интересным. При построении «дерева целей» живой природы можно было бы с успехом использовать идеи и результаты исследований сложных технических систем [73, 93, 127].
Здесь мы рассмотрим только один аспект проблемы целей в живых системах, связанный с зависимостью результата функционирования системы от условий окружающей среды. Биосистема при этом будет рассматриваться как целостное структурное образование на данном этапе эволюционного процесса. Поэтому, если считать, что целью живой природы является получение «эволюционной пластичности и организменной устойчивости» [248], то мы будем иметь дело только со второй компонентой этой цели — устойчивостью сложившейся биосистемы. В частности, мы не будем касаться представлений о наилучшей приспособленности биосистем к среде как максимальной скорости размножения организмов, что восходит еще к идеям Дарвина (см., например, [77, 161, 190, 233]).
Остановимся сначала на некоторых основных представлениях о целесообразных свойствах биосистем в рассматриваемом аспекте. В наиболее общем виде цель биосистемы можн/э представить, вероятно, как «сохранение и продолжение ее жизни и
жизни коалиции аналогичных систем» [82]. «Нам представ"'-ляется, что в качестве такой цели живой природы в целом можно принять стремление к самосохранению», — писал А. А. Ляпунов [110].
Но достижение цели самосохранение определяется, во-первых, способностью обеспечить свою жизнь необходимыми для этого средствами и, во-вторых, защитой выполняемых жизненных функций от неблагоприятных внешних воздействий [248]. Эти две стороны сохранительных свойств тесно связаны между собой и лежат в основе всех классических представлений о самосохранении биосистем.
Первая сторона сохранительных свойств биосистем обычно связывается с представлениями Клода Бернара. Клод Бернар писал, что организм имеет внешнее окружение и внутреннюю среду, и подчеркивал, что «именно постоянство «внутренней среды» является условием свободной и независимой жизни,... все жизненные механизмы, как бы разнообразны они ни были, имеют только одну цель, сохранение постоянства условий жизни во внутренней среде...» ([270], см. также [3]). Эти представления легли в основу концепции постоянства внутренней среды организмов и биосистем вообще — концепции гомеостаза.
Другая сторона сохранительных свойств биосистем связана с необходимостью обеспечить адекватный приток веществ и энергии в биосистему извне, чтобы уравновесить их расход внутри системы, обеспечивая тем самым стационарное неравновесное состояние.
Оперируя понятиями темпов и уровней, рассмотренными в предыдущем разделе, можно уточнить, что речь идет, с одной стороны, о сохранении постоянства условий внутренней среды — о поддержании неизменных уровней вещества и энергии внутри системы, а с другой — о регулировании темпов потоков вещества и энергии, которыми система и ее элементы обмениваются со средой.
В биокибернетике обычно основное внимание уделяется постоянству внутренней среды; регулированию потока веществ отводится относительно малая роль, и зачастую проблема регулирования скоростей и темпов потоков в биосистемах выпадает из поля зрения исследователей.
«Сохранение высокой степени организации у живых систем возможно лишь благодаря их способности извлекать энергию извне и управлять ее расходованием внутри», — этими словами начинается книга Дж. Милсума [130]. Следующая фраза, казалось бы, должна содержать сведения о том, что живые системы могут эффективно регулировать эти потоки энергии, должным образом обеспечивая свои потребности. Однако вместо этого мы читаем: «В связи с этим естественно ожидать, что все живые
системы «умеют» эффективно регулировать свою внутреннюю среду». Недооценка процессов управления темпами вообще характерна для многих работ в области биокибернетики.
В то же время в классической физиологии регуляции темпов поступления веществ придавалось большое значение, начиная с работ И. М. Сеченова. «Посмотрим теперь на регуляцию прихода с расходом... Механизмов, поддерживающих равновесна между этими двумя величинами, в животном теле очень много», — писал он в I860 г. [193, стр. 529].
