Оглавление

ФРАКТАЛЫ И ЦИКЛЫ В ЭВОЛЮЦИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ
Н.Р. Сухомлинов
Общественный экоцентр “Хинган”, Биробиджан

        Цель самоорганизации биологической материи - максимальная адаптация к внешним условиям как гарант самосохранения системы (Мехонцева, 1991). Создание новых систем предполагает передачу по наследству тех свойств, которые не входят в слишком явное противоречие с факторами среды. В противном случае они принимают вид филогенеза в онтогенезе. Каждая предшествующая система, элиминируясь, стремится остаться хотя бы в виде наследственных программ дочерних систем. Таким образом любой положительный опыт эволюции систем - это набор программ развития и функционирования системы. Чем больше такого опыта, тем обширнее набор различных программ, рассчитанных на различные условия. Эти программы либо активно управляют системой, осуществляя преемственность в пределах эволюционного ряда, либо находятся в скрытом состоянии, проявляясь виде филогенеза в онтогенезе.
         Если допустить, что это универсальное свойство систем, то напрашивается вывод о том, что циклы - это проявление программ, общих для систем данного эволюционного ряда. И чем длинней ряд, тем более цикличным будет наблюдаемое явление.
         Термин “фрактал” в общей теории систем не устоялся. Однако, если исходить из его признака самоподобия, из того, что это структура, отражающая свойства целого, то в свете вышесказанного логично предположить, что фракталы - это те программы и, соответственно, программные носители, которые являются наиболее общими, универсальными для всего эволюционного ряда систем. Естественно, не каждая программа фрактальна, но каждая фрактальная программа контролирует совокупность подобных систем. Именно по этой причине циклы могут быть фрактальны, то есть фракталы могут являться материальной основой цикличности явлений.
         Человек на сегодняшний день является как венцом эволюции биологической, так и начальным этапом нового типа эволюции – социально-экологической. Коль скоро в нем так или иначе заложены все программы предшествующей эволюции, в онтогенезе человека все эти программы должны проявляться в явном, или в скрытом виде. Причем, эволюция включает в себя развитие не только живых, но и предшествующих, не живых систем, если под эволюцией систем понимать непрерывный процесс появления дочерних систем от материнских с элиминацией последних как не соответствующих изменившимся условиям среды. Поскольку среда меняется в том числе в процессе функционирования систем (системы, меняют среду под себя), отбор систем на соответствие среде с какого-то момента начинает определяться самими системами. Не удивительно, поэтому, что у целого ряда систем, а живых в особенности, сформировался столь длинный филогенетический путь, который и делает развитие однотипных систем цикличным и, соответственно, фрактальным.
         Автор со всем смирением осознает, что все вышесказанное - не более чем гипотеза, которая, однако, не является всего лишь плодом больной фантазии, а основана на ряде аналогий в развитии живых систем различных иерархических уровней - от клетки до социума.
         Попытаемся проанализировать несколько подобных аналогий и в качестве первого примера рассмотрим газовый состав биосферы.
         Для любой открытой системы, а живой особенно, большую роль играет проблема отходов. Количество и качество отходов, выбрасываемых в окружающую среду, формирует качество этой среды. Когда однотипных систем немного, регулятором их состояния, и соответственно, эволюции, являются факторы той среды, в которой первоначально возникли эти системы. Когда однотипных систем становится много, они сами начинают формировать свою среду и определять направление отбора. В данном случае понятия “много” или “мало” определяют порог: мало - это когда системы еще не могут формировать параметры среды, много – это когда уже могут.
        Когда систем становится настолько много, что они своими отходами начинают формировать новые параметры среды, на арену эволюции выходит новый тип систем, для которого отходы предыдущего типа становятся ресурсами. Если этого не происходит, первоначальная система элиминируется, задохнувшись в собственных отходах. На этом принципе основана эволюция всех живых систем. Формируя внешнюю среду множество разных, но однотипных систем по сути дела формируют новую систему, которая по отношению к ним может выполнять функции надсистемы. Надсистема и подсистема не могут не находиться в состоянии коэволюции. Коэволюция – это развитие по сходным законам, что подразумевает и цикличность коэволюции.
        В первоначальный период развития жизни на планете углекислый газ в изобилии поставлялся вулканами, что, в свою очередь, стимулировало повышение биопродуктивности и видового разнообразия растений. Биомасса растений увеличилась и в конце концов они должны были задохнуться в собственных отходах – кислороде, поскольку вулканическая деятельность планеты пошла на спад. Этого не случилось по простой причине: появились гетеротрофные организмы, для которых ресурсом является кислород, а отходом - углекислый газ. В конце концов соотношение углекислого газа и кислорода в атмосфере стало постоянным и это заслуга исключительно экологических систем, сформированных организмами с помощью принципа обязательного перехода ресурсов в отходы и обратно (Риклефс, 1979, Рамад, 1981). Однако, став продуктом коэволюции организмов с разной пищевой специализацией, соотношение углекислого газа и кислорода, в свою очередь, стало контролировать в экосистеме оптимальное соотношение консументов и продуцентов, обеспечивая таким образом, способность экосистемы к устойчивости, то есть к адаптивному поведению как гаранту самосохранения.
         Такое впечатление, что несмотря на все увеличивающуюся роль животных и еще не прекратившуюся вулканическую деятельность, экосистемам все еще не хватало углекислого газа для создания, видимо, более комфортных условий для растений. Эволюция создала человека и это имело далеко идущие последствия. Человек возник в уже зрелой биосфере, где соотношение углекислого газа и кислорода соответствовало современному и имело тенденцию создания условий более комфортных для животных, чем для растений. Эта комфортность зрелой биосферы оказалась как нельзя кстати. Она позволила молодому, эволюционно незрелому виду встать на ноги и, подчиняясь всем законам прежней, биологической, эволюции, создать новый тип эволюции - эволюции одного вида, в водоворот которой втянута и вся биосфера. Парадокс этой эволюции состоит в том, что человек является одновременно её и объектом, и субъектом. Ее принципиальное отличие - в противоположности направления. Всю социально-экологическую эволюцию человека можно свести к наращиванию социального разнообразия за счет сворачивания разнообразия биологического, экологического и географического. Это означает, что все социальное развитие человека - это биологическая и экологическая эволюция, пущенная вспять. В этом, а точнее в повсеместном разрушении зрелых экосистем и состоит главная экологическая проблема развития человечества. Проблема усугубляется еще и тем, что в экологии, также как и в социологии, молодые системы менее предсказуемы, чем зрелые, что снижает возможность достоверного прогноза в развитии социоэкосистем и, соответственно, возможность управления процессом эволюции собственной и эволюции биосферы.
         Таким образом, эволюция человека на сегодняшний день - это отражение эволюции экосистем, которая, преломляясь через социум, принимает противоположное направление. Трудно сказать до каких пор будет проходить это омолаживание биосферы. Возможно до тех пор, пока соотношение углекислого газа и кислорода не изменится в обратную сторону, то есть не достигнет степени более комфортной для растений и менее комфортной для животных. Поскольку, несмотря ни на что, человек все же остается животным, такое изменение соотношения сыграет свою регулирующую роль и для человека, повлияв как-то на направление и характер его эволюции. Получается, что баланс между углекислым газом и кислородом - это еще и контролирующий механизм коэволюции социумов и экосистем.
         Итак, в живых системах наблюдается цикличность изменения соотношения углекислого газа и кислорода в атмосфере. Первоначальное состояние атмосферы планеты - абсолютное преобладание углекислого газа, сменяется в результате деятельности автотрофных организмов подавляющим преобладанием кислорода. Если бы человек остался тем, кем появился – всего лишь животным с повышенными способностями, все на том же и завершилось бы, но он взял на себя роль геологического фактора и начал дестагнацию углерода, доставленного некогда в биосферу вулканами и законсервированного в ней (уголь, нефть и т.п.). В результате ситуация стала приближаться к первоначальной, к той, когда за поступление углекислого газа в атмосферу несли ответственность главным образом вулканы, деятельность которых можно в этом смысле рассматривать как аналог деятельности человека. Круг, то бишь цикл, замкнулся, вернее, стал близок к тому. Однако, нельзя дважды войти в одну и ту же реку – новый виток циклической спирали начнется (если начнется, конечно), когда изменение соотношения углекислого газа и кислорода сработает на новом уровне. Однако, до тех пор, пока будет существовать биосфера как макроэкосистема, пока будет существовать трофическая пирамида как механизм саморегуляции экосистемы, соотношение углекислого газа и кислорода в атмосфере будет меняться в циклической закономерности.
         В качестве второго примера можно рассмотреть явление монополизма. Это явление, ставшее бичом жизни общества, отнюдь не является изобретением человека. Стремление к монополизму и неограниченной пространственной и ресурсной экспансии свойственно всем формам живой материи. В этом человек мало чем отличается от других биологических систем. Монополизм как сквозное биологическое, экологическое и социальное явление губителен не только для всей системы (биологической, экологической и социальной), но, прежде всего для самого монополиста, ибо сочетание ресурсной и территориальной экспансии позволяет любому виду-монополисту уничтожить всю основу своей жизни. В истории биологической и экологической эволюции примеров подобной элиминации монополистов, видимо, было немало. Социальная история не менее богата подобными примерами. Но и в том, и в другом случае претендентов на монопольное существование спасает только разнообразие, которое, в свою очередь, слагается из стремлений различных индивидуумов, особей и видов к монопольному существованию. Чем больше субъектов, стремящихся к монополизму, тем более разнообразны пути достижения этой цели. На этом постулате держится экосистема, в этом же залог устойчивости социума. Данное утверждение оставляет за бортом такие явления как плюрализм и терпимость к иному, которые свойственны не только социальным системам, и которые на первый взгляд противостоят монопольным устремлениям. Но, во-первых, они далеко не всегда противостоят монополизму, являясь чаще показателем монопольных устремлений системы более высокого ранга (расширение круга “своих” явлений и структур), а во-вторых, являются главным образом категорией социально-гуманитарной, оставаясь на обочине магистральных путей развития экономической жизни социальных систем.
         Энергетическая эффективность организмов очень низка. Весьма существенная часть потребляемой ими энергии либо удаляется с отходами, либо рассеивается с теплом. Все попытки биологических систем повысить свой КПД в конечном итоге сводятся к пищевой специализации и к соответствующим физиологическим и поведенческим приспособлениям, что, однако, всего лишь укрепляет организм в его экологической нише, но не изменяет его энергетики. Соответственно энергетическая эффективность экосистемы не может быть существенно выше организменной эффективности. В пользу этого утверждения говорит и отсутствие для экосистемы, не испытывающей на себе сильного антропогенного воздействия, понятия отходов как таковых, ибо все отходы как организмов, так и всей экосистемы в целом (мертвая органика) подвержены действию организмов-деструкторов, которые переводят отходы в категорию ресурсов. На уровне перехода из отходов в ресурсы углекислого газа и кислорода, как было показано выше, не нужны даже организмы-посредники. Тепловая же энергия, рассеиваемая организмами в масштабах экосистемы в лучшем случае играет средообразующую роль, в большей же степени также уходит за пределы экосистемы. Таким образом, большее совершенство экосистемы по сравнению с организмами состоит в ресурсной сбалансированности, в замкнутости ресурсного цикла.
         Что в этом случае может означать повышение КПД биологической системы, если это в принципе возможно? Следует ли рассматривать это повышение как стремление к монополизму? В рамках сформированных на сегодняшний день экологических систем это означало бы следующее.
         Во-первых, - уменьшение количества отходов. В условиях ресурсной сбалансированности экосистем это означало бы вымирание части организмов-деструкторов, то есть снижение уровня биоразнообразия.
         Во вторых, - снижение потребности в ресурсах. Это могло бы повлечь за собой нарушение баланса в экосистеме, но при большом разнообразии этот дисбаланс мог бы быть ликвидирован с помощью организмов-конкурентов, получивших в этом случае условия для проявления ресурсной и территориальной экспансии.
         В третьих, - вспышку численности данного вида. Этот вариант развития наиболее вероятен для пластичных видов с широким диапазоном приспособительных реакций. Особенно большое значение при этом приобретают генетически ненаследуемые поведенческие механизмы саморегуляции. В этом случае вид не только стремится, как и все живое на Земле, к монополизму, но и становится монополистом. Именно таким видом и стал человек, но не за счет повышения энергетического КПД своего организма, а за счет своей ресурсной суперпластичности и быстрых темпов социальной эволюции, что предполагает и относительную быстроту адаптивных реакций.
         Став видом-монополистом и положив начало новой эволюции, человек остался все той же биологической системой, унаследовавшей от своих предшествующих видов стремление к монополизму внутривидовому. Особенно ярко это проявляется в экономической жизни социума. Экономический монополизм - явление яркое и индикаторное. Общество, не имеющее хорошо налаженных антимонопольных механизмов, не может претендовать на звание прогрессивного и обладающего способностью к устойчивому развитию. Экономический монополизм, так же как и любой другой (биологический, экологический, политический и т.п.) подрывает основу своего существования путем снижения уровня функционального разнообразия не только в экономической сфере, но и в любой другой, производя в силу своего монопольного существования отбор на лояльность всех индивидуумов и структур социума, подконтрольного монополисту. Снижение функционального разнообразия любой системы означает снижение разнообразия и диапазона её адаптивных реакций в ответ на изменение внешних и внутренних условий. Таким образом экономический монополизм создает условия для формирования монополизма в других сферах жизни подконтрольного социума, что еще больше снижает его адаптивность, а следовательно, устойчивость и предсказуемость развития.
         Описанные последствия экономического монополизма ничем практически не отличаются от таковых (в самых общих чертах, разумеется) любой формы монополизма в любых системах. Биологический монополизм (вид-монополист в экосистеме) проявляется прежде всего в размерах трофической цепи. Вид-монополист в силу своего положения контролирует все звенья своей цепи. Это означает прежде всего снижение конкурентоспособности видов - не монополистов, существование которых напрямую связано с этой цепочкой, что ведет к их вымиранию и, соответственно, снижению видового и функционального разнообразия. Так же как и в случае с социумом, снижение разнообразия снижает и адаптивные реакции экосистемы, вмещающей вид-монополист, то есть снижает её устойчивость. Что касается поведенческих последствий, то в биологическом монополизме они возможны только на внутривидовом уровне в силу того, что поведение животных - это внутривидовые механизмы саморегуляции, на межвидовом уровне не работающие. Естественно, влияние монополиста на поведенческом уровне возможно только в случае внутривидового монополизма. При экономическом монополизме в социуме мы наблюдаем сочетание признаков как межвидового монополизма в экосистеме (подавление конкурентов, находящихся в сфере экономического влияния монополиста по аналогии с подавлением конкурирующих видов, включенных в одну трофическую цепочку с видом-монополистом в биологическом монополизме), так и внутривидового, выражающегося в политическом и социальном (то есть поведенческом) контроле всех сторон жизни подконтрольного социума.
        Монопольные устремления видов и особей гасятся в экосистеме с помощью трофической пирамиды. Социально-экономическая жизнь общества тоже устроена по пирамидальному принципу. Взаимоотношения между системами "население", "хозяйство", "территория" тоже строятся по пирамидальному принципу (Матрусов, 1995). Поток вещества и энергии в организме от входа ресурсов до выхода отходов тоже явно напоминает пирамидальные зависимости. Конечно, приведенных аналогий недостаточно для однозначных выводов, но может быть, достаточно для некоторых предположений.
        Поскольку пирамида является структурой, обеспечивающей устойчивость любой системе (организм, экосистема, социум), монополист разрушает пирамидальность организации системы, а стало быть её устойчивость и потому здоровая система вырабатывает механизмы противостояния в виде разнообразия, или разрушается. Таким образом, в данном примере стремление к монополизму можно считать фрактальным явлением, которое циклично проявляется в различных системах одного эволюционного ряда.

Литература

  1. Матрусов Н.Д. Региональное прогнозирование и региональное развитие России. М.: Наука, 1995. 221с.
  2. Мехонцева Д. Самоуправление и управление. Красноярск: издательство Красноярского университета, 1991. 248 с.
  3. Рамад Ф. Основы прикладной экологии. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1981. 544 с.
  4. Риклефс Р. Основы общей экологии. М.: Мир, 1979. 424 с

Оглавление