Самоорганизация в неравновесных системах - Николис Г.
Скачать (прямая ссылка):
Выдающийся прогресс молекулярной биологии сьцрал чрезвычайно важную роль при формулировании нашего подхода к проблеме самоорганизации. В самом деле, необходимым условием изучения связи между структурой и функцией ннляется знание химического механизма рассматриваемого процесса во всех подробностях.
*) Рг^о^г'пе /., Щсъсг Ц., Goldbi.-li.-r Л., ИепсНкоиМг-Ка^таа М., Иа-("ге, 223, 913
12
Общее введение
При этом, однако, в нашем подходе делается акцепт па некоторых дополнительных вопросах. Например, неустойчивость может возникнуть лишь при выполнении соответствующих условий, касающихся размеров системы. Так, в то время как геном продуцирует морфогены, последние могут привести к возникновению полярности лпнп. при выполнении определенных условий дли клетки в целом. Если чти условия иыполняются, морфогены могут обратно воздействовать на геном, в результате чего произойдет морфогепстнческая дифферепцпровка.
Между «химией», изучаемой в молекулярной биологии, и «пространственно-временной структурой», определяемой математическими свойствами кинетических уравнений при выполнении различных условий, существует глубокая и неожиданная связь. Именно эта связь между химией, термодинамикой и математикой столь привлекательна при изучении проблемы самоорганизации.
Несомненно, что дшч'йнатнвные структуры нгракп существенную роль в функционировании жнвых систем,насколько мы .знаем их сегодня. Какова же роль диссипативных структур в процессе эволюции? Весьма заманчиво предположит и. что но существу предбиологическая эволюция соответствует последовательности неустойки воет ей, приводящей к возрастающему уровню сложности. Эти вопросы обсуждаются в гл. 17, [Де представление о конкуренции дано в молекулярных терминах. Такой подход близок к развитому в важной работе Энгена по эволюции взаимодействующих и самовоспроизводящихся макромолекул.
С весьма общей точки зрения эволюцию можно рассматривать как проблему структурной устойчивости. Здесь уже следует изучать флуктуации не концентраций или других макроскопических величин, а флуктуации механизмов химических процессов, приводящие к модификации кинетических уравнений. Чтобы пояснить это положение, рассмотрим процесс полимеризации поступающих н систему молекул Л и В- Пусть молекула полимера представляет следующую последовательность мономеров:
АВАВ . ..
Допустим, ггто исследуемая реакция полимеризации является антокаталитической. Если в результате некоторой ошибки возникнет полимер другого строения
АВААВВАВАВ ...
то рост иепи з системе может протекать цо модифицированному автокаталитичеекому механизму. Возникает вопрос: что будет с этим новым полимером — исчезнет ли он со временем или
Общее введение
23
сохранится (и тогда исчезнет исходный полимер)? В этом примере веа.ма наглядна важная роль флуктуации н структурной устойчивости. Вопросы о выживании тех или иных образований существенны для понимания эволюции экосистем, создания и распространения «нововведений» и других сходных явлений, примеры которых рассматриваются в гл. 18. Большинство остальных примеров, изучаемых в гл. 18, относится к выполнению коллективных задач в колониях общественных насекомых (например, постройка гнезда) и является яркой иллюстрацией концепции «упорядоченности через флуктуации».
Отметим, что всегда можно ввести флуктуации, приводящие к неустойчивостям и новым типам структуры и функции. Иными словами, ни одна система не является структурно устойчивой, причем эволюция диссипатииной структуры определяется последовательностью событий в соответствии со схемой
Функция =*=^ Структура Ч\
Флуктуации
Нам хотелось бы завершить настоящее введение несколькими замечаниями общего характера. Как мы уже отмечали, в нашем подходе объединяются как детерминистические, так и вероятностные элементы временной эволюции макроскопической системы. При этом вдали от точек бифуркации вполне применимы детерминистические уравнения, в то время как вблизи точек бифуркации существенными становятся случайные факторы.
Некоторое время назад аналогичное различие бы.-ю введено социологами- Например, Каркейро, следуя Спенсеру, подчеркивал различие между количественными п качественными изменениями культуры. Так, он отличал культурное развитие, характеризуемое внедрением в жизнь штрихов повои культуры, от культурного роста. Если использовать нашу терминологию, то культурному развитию должны соответствовать неустойчивости, в которых случайные факторы играют основную роль, а культурному росту должна соответствовать «детерминистическая стадия» развития. Более подробно эти вопросы здесь мы не рассматриваем *), поскольку они проанализированы в другой работе, где можно найти детальные ссылки на работы Кар-непро н Спенсера**).
*) Подробный анализ этих вопросон можно найти, например, в книге «О структуре марксистский шшгологпче.-кой теории», AV, 1970. — Прим. peu.
"*)" Prigogine !., А?len Р.^ Пытач R , в The evolution of complexity arid the Lavi-s of NaUtren. in Goals [or Mankind Report lo Ihe Club ol Rome, eds. ^ Laszlo, J. Bierman, 1977.
24
