Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительных свойств - Новосельцев В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
7. Когда мы говорим об общих принципах самосохранения, мы не должны упускать из виду преемственности многих основных черт сохранительных свойств у объектов живой и неживой природы. Конечно, объекты живой природы — биосистемы — в ходе эволюции приобрели и закрепили такие механизмы управления, которые позволяют им поддерживать стационарное неравновесное состояние во все более широком диапазоне условий внешней среды. Не последнюю роль в этом расширении диапазона сыграл процесс обогащения структуры регуляторов биосистемы за счет возникновения в нем новых элементов и связей, специфических только для биосистем, процесс наслоения или сочетания управляющих механизмов. Но самый нижний слой сохранительных механизмов в биосистемах — простейшие механизмы пассивной регуляции — является общим как для живых, так и для неживых объектов. Таковы, например, процессы пассивной регуляции темпов диффузии, когда концентрации веществ играют роль пассивных регуляторов, пассивная устойчивость положения тел в пространстве или, наконец, сохранительные механизмы молекулярного уровня, лежащие в основе устойчивости генетического кода [251].
Известный пример пассивных механизмов поддержания нормального положения у рыб (расположение центра плавучести выше центра тяжести [216]) показывает, что вклад механизмов, общих для живой и неживой природы, в процессы управления в биосистемах может быть достаточно весомым. Молекулярная биофизика уделяет большое внимание изучению физико-химических закономерностей, играющих ведущую роль на уровне молекулярной организации биосистем и сохраняющих свое значение и на более высоких уровнях (тем, впрочем, меньшее, чем этот уровень выше [44]). Такая позиция близка к представлениям, высказанным в работе [156] о процессах «квазиуправления» в неживой природе.
2.7. Гомеокинез, гомеорез и генетический гомеостаз
К концепции гомеостаза близки и некоторые другие общебиологические представления. Хотя они и выходят за рамки нашего рассмотрения, мы кратко упомянем их основные характеристики.
При рассмотрении гомеостаза биосистем основное внимание уделяется стабильности, постоянству переменных внутренней среды организма — свойству, изучение которого восходит еще к Клоду Бернару и И. М. Сеченову. Более поздние физиологические исследования показали, что все переменные в организме и в биосистемах других уровней подвержены закономерным циклическим изменениям. Этот факт лег в основу представлений о живой системе как о компактной системе, образованной совокупностью сопряженных осцилляторов с ограниченными циклами и связанных с ними управляющих механизмов. Эти осцилляторы имеют множество степеней свободы — химических, электрических, механических, гидравлических, так что величины концентраций, потенциалов (уровней) и потоков вещества и энергии (темпов) колеблются, совершая циклические движения. Управление такими циклами осуществляется посредством ингибирования или освобождения от торможения, так что средние значения частоты колебаний и их амплитуды поддерживаются в некоторых пределах. «Систему регулирования, посредством которой эти колебательные системы модулируются в пределах их нелинейного устойчивого рабочего диапазона, мы назовем го-меокинезом», — пишут А. Ибералл и У. Мак-Каллок [78, стр. 56].
С нашей точки зрения понятие гомеокинеза и концепция гомеостаза представляют собой очень близкие модели постоянства внутренней среды биосистем; различие между ними состоит единственно в том, что эти модели дают описание одного и того же явления в отличающихся временных масштабах. Модель гомеокинеза, обладая большей «степенью разрешения», улавливает ритмические изменения переменных, в то время как модель гомеостаза ограничивается рассмотрением лишь средних значений переменных внутренней среды. Концепция гомеокинеза носит пока методологический характер; работающих моделей конкретных биосистем на ее основе нет даже для организменного уровня, на материале которого эта концепция была создана.'Что касается колебательных процессов в биохимических и других системах, то они не связаны с концепцией гомеокинеза и исследуются специфическими методами [21, 23, 57, 75, 131а, 132].
Чем выше организация биосистемы, тем сложнее процессы ее становления и развития. Эти процессы должны быть скоординированы во времени и пространстве, т. е. должна существовать интегрирующая управляющая система, формирующая и объединяющая элементы, возникающие на каждой стадии развития
биосистемы на унаследованной основе генетической структуры. Процессы формирования и объединения развивающихся систем и структур в организме называются процессами эпигенетической (или онтогенетической) интеграции [213].
Для сложных организмов система корреляции эпигенетических процессов усложняется; создаются механизмы, обеспечивающие устойчивость и целостность развивающегося организма в его изменениях. Устойчивость путей развития особи или популяции в определенных условиях, т. е. поддержание внутреннего равновесия на каждой стадии развития, смещение равновесия при переходе от одной стадии к другой и восстановление равновесия на всех стадиях при его случайном нарушении, называется гомеорезом (или гомеорезисом) [213, 248]. Этот термин происходит от греческих слов гомойос — сходный, одинаковый, и рео — течь. Механизмы гомеореза обеспечивают сохранение нормального течения процессов онтогенеза при наличии возмущений во внешней или внутренней среде.
