О ДАРВИНИЗМЕ И НОМОГЕНЕЗЕ: КИБЕРНЕТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ презентация

проблем информатики РАН sgrinchenko@ipiran.ru

Современный кибернетический аппарат моделирования природных систем (5 слайдов).

3. Иерархическая модель системы живого (4 слайда).

4. Метаэволюция системы живого (9 слайдов).

5. Дарвинизм и номогенез в терминах поведения механизма адаптивной поисковой оптимизации энергетики в системе живого (10 слайдов).

на заре кибернетики.
«Способность к авторегуляции жизненных проявлений – наиболее характерная особенность всех живых существ, причем регуляторные системы организмов – наиболее сложные, наиболее совершенные кибернетические устройства» [академик АН СССР И.И.Шмальгаузен (1884-1963). Кибернетические вопросы биологии. Новосибирск: Наука, 1968, С.21].
«Управление можно объявить характеристическим свойством жизни в широком смысле» [член-корр. АН СССР А.А.Ляпунов (1911-1973). Проблемы теоретической и прикладной кибернетики. М.: Наука, 1980, С.208].

// Зоол. ж., 1958, том 37, С.9] может быть представлен в виде следующего цикла:

Этот "кибернетический" цикл является лишь перефразировкой дарвиновского понимания эволюции» ([Шмальгаузен И.И. Кибернетические вопросы биологии. Новосибирск: Наука, 1968, С. 177]).

60-х гг. является недостаточная разработанность к этому времени базиса самой кибернетики.
Впрочем, идея отрицательной обратной связи в контуре управления, реализующей устойчивость этого процесса, широко использовалась при моделировании биообъектов.
Этого нельзя сказать об идее положительной обратной связи, которая моделирует процессы взрывного развития. Взрыв и эволюционное развитие имеют мало общего, что и привело к выводу о недостаточности самого кибернетического подхода в данной предметной области.

изменилась: в её рамках были развиты существенно более эффективные и универсальные механизмы самоуправления. В том числе и те, которые опираются и на отрицательную, и на положительную обратную связь (попеременно).

Появился аппарат адаптивной поисковой оптимизации, включающий аппарат случайно-регулярного, или рандомизированного, поиска. Этот аппарат получил широкое распространение в области технической кибернетики, – и, кстати, в промышленности, – но, к сожалению, остался практически неизвестным в биокибернетике.

наиболее энергетически предпочтительным для них состояниям.
Адаптивная поисковая оптимизация – процесс движения к цели.

связь», «контур управления», «вход», «выход», «черный ящик» и т.п.), но и более агрегированными понятиями («поисковая оптимизация», «целевой критерий поисковой оптимизации», «алгоритм адаптивного случайно-регулярного поиска» и др.).

его проявления и организации. И, во всяком случае, могут служить удобной и конструктивной моделью этих процессов» – д.т.н., проф. Л.А.Растригин [Случайный поиск. М.: Знание, 1979].
«По-видимому, всю историю развития жизни на Земле можно было бы изложить на языке многокритериальной оптимизации» – академик АН СССР/РАН Н.Н.Моисеев [Алгоритмы развития. М.: Наука,1987].

и целенаправленных. При этом важнейшие их цели имеют энергетический характер:

где: – поток энергии, затрачиваемой на обеспечение специфической функциональной активности биообъекта; – поток дополнительной энергии, вырабатываемой во время переходных процессов в биообъекте и затрачиваемой на перестройку (оптимизацию) его внутренней структуры.

системы:

Подобный «энергетический» подход – применительно к организменному и биогеоценотическому ярусам в иерархии живого – активно развивают д.т.н., проф. М.А.Ханин, д. б. н., проф. Н.С.Печуркин, академик РАН А.С.Бугаев и др.

природной системе.
Этот термин является фактически обобщением предложенного В.Ф.Турчиным термина «метасистемный переход» [Турчин В.Ф. Феномен науки. Кибернетический подход к эволюции. М.: ЭТС, 2000 (1977)] – поскольку метаэволюция подразумевает последовательность таких метасистемных переходов.

лишь к приспособительным процессам, происходящим на уже сформировавшихся «верхних» ярусах в системной иерархии.
Метаэволюция же приспособительным процессом не является, и развивается по своим собственным законам (частью специфическим, частью общим с законами метаэволюции неживой природы и метаэволюции социально-технологической природы).

метафазах своей метаэволюции, различные формы своей системной организации.
Метафазы метаэволюции живого составляют триады, с нарастанием их сложности и эффективности.

Тенденция усложнения структур, находящихся иерархически «внутри» вновь возникающих, постоянна.
Важно, что все старые иерархические структуры с появлением новых продолжают «параллельно» существовать, коэволюционируя с вновь возникающими.

пяти контурах, иерархически вложенных друг в друга и образующих в результате этот целостный процесс.
Поисковую активность проявляют представители всех ярусов в иерархии, а в качестве целезадающих выступают биообъекты, относящиеся к «основным уровням биологической интеграции». Это: 1) «элементоны» (прокариотические ячейки и ультраструктурные внутриклеточные элементы эвкариот), 2) одноклеточные эвкариоты (сложные клетки), 3) многоклеточные организмы, 4) биогеоценозы и 5) Биогеосфера в целом.
Процессы поисковой оптимизации в контурах ярусов 1-3 обычно называют адаптацией (соответственно клеток или организмов). Процессы в контурах ярусов 4-5 целесообразно называть биогеоценотической эволюцией и Биогеосферной эволюцией. Все процессы в контурах ярусов 1-5 происходят одновременно и параллельно, но каждый в своих типичных пространствах и типичных темпах времени!

ареалом – радиусом условного круга – порядка 15 км), в рамках которой этот вид существует и развивается.
Макроэволюция, протекающая на надвидовом уровне, является частью Биогеосферной эволюции, в которой выделяются характерные размеры (порядка 222 км, 3370 км и 51 тыс. км), к которым тяготеют ареалы существования биомов, природных зон и живого на Земле как целого.

тенденцию изменения приспособительного поведения субъектов S в направлении экстремума общегруппового энергетического целевого критерия Q),
2. селекция канализирующая (задающая предпочтительные варианты приспособительного поведения субъектов P в составе группы согласно общегрупповому целевому критерию G),
3. селекция ограничивающая (запрещающая нежелательные варианты приспособительного поведения субъектов R в составе группы согласно общегрупповому целевому критерию H),
4. селекция посредством внешнего дополнения W (никак не связанная с проявлениями активности субъектов S, P, R в составе группы – например, катастрофические влияния),
5. канализируемость структурная (посредством параметрических влияний системной памяти М на все перечисленные 4 типа селекции).

приспособленные к каким-то конкретным свойствам внешней среды», а наиболее приспособленные энергетически, т.е. интегрально к внешней и внутренней среде биообъекта.

оптимизационного механизма – системной памяти – в рамках описываемой дарвинистской схемы нет.

процесс онтогенеза, отражающий «наследственность»;
3 – проявление специфического поведения организмов в рамках соответствующих популяций;
4 – селектор получаемого на базе конкурентной борьбы между особями результата, определяемый целевой функцией (в данном случае только ограничениями типа равенств и типа неравенств), т.е. «естественный отбор» на базе критерия «приспособленности»;
5 – процесс сообщения отрицательного результата селекции на организменный уровень;
6 – процедура «изъятия» организма из популяции (его гибель или, как минимум, лишение возможности дать новое потомство);
7 – «внешнее дополнение», т.е. внешнее неспецифическое воздействие на организм (например, катастрофического характера: пожар, наводнение, извержение вулкана, резкое похолодание и т.п.), также приводящее к его устранению из популяции.

теорий эволюции живого как альтернативных, объединяя их модифицированные версии в рамках единой схемы иерархической поисковой оптимизации живой природы.
Это даёт возможность с единых позиций объяснить эмпирические факты, часть из которых противоречит дарвинизму, а часть - номогенезу.

Связь возникающих при этом проблем с языком описания процесса осознаётся редко, и большей частью они считаются содержательными; в результате возникают длительные, ожесточенные, но совершенно бесплодные дискуссии о том, какая модель эволюции лучше соответствует действительности (...) Корректная же теория, описывающая поведение морфологических структур во времени, по-видимому, должна быть существенно номогенетической (изменения частей подчиняются законам целого), и дискуссия между сторонниками номогенеза и дарвинистического подхода основана на непонимании того, что эти концепции дополнительны, а не взаимоисключающи» [д.б.н. Жерихин Владимир Васильевич, Раутиан Александр Сергеевич. Филоценогенез и эволюционные кризисы, 1997]

.

и “недарвиновская” эволюции взаимно не противоречивы» [член-корр. РАН Н.Н.Воронцов. Развитие эволюционных идей в биологии. М.: МГУ, Прогресс-Традиция, 1999, С.606].

«Селектогенез не только не отрицает закономерность и направленность эволюции, но и вскрывает биологические причины этих явлений.» [д.б.н., проф. А.С.Северцов. Теория эволюции. М.: ВЛАДОС, 2005, С.351].

процесс эволюции.
2. Основными переменными иерархического механизма системы живой природы являются: а) поисковая приспо-собительная активность его элементов; б) целевой критерий энергетического характера; в) системная память – память структур о прошлом приспособительном поведении.
3. Разделяются понятия «метаэволюция» (процесс последовательного наращивания числа уровней/ярусов в иерархии) и «эволюция» (процессы приспособительного поведения на «верхних» ярусах в системе живого).
4. Дарвинистские и номогенетические теории эволюции живого – их модифицированные версии – объединяются, как непротиворечивые, в рамках единой схемы иерархической поисковой оптимизации живой природы.

структуры). М.: ИПИРАН, “Мир”, 2004, 512 с.

Литература