книги / Системный подход в современной науке

Обнаруженные простые механизмы физиологической интеграции организма, не требующие высокой централизации, прямого управле­ ния, наличия мощных центров переработки и анализа информации, представляют общенаучный интерес. Есть основания предполагать, что принципиально такие же механизмы саморегуляции и самоорга­ низации действуют на различных уровнях организации материи: от атомного и молекулярного до социального, включая происхожде­ ние и эволюцию жизни, возникновение высших форм сознания, раз­ витие государств и цивилизаций.

Действительно, в основе всех этих систем лежит в той или иной форме и степени взаимосогласование относительно независимых элементов целого, достигаемое на основе в значительной мере слу­ чайного взаимодействия, будь то движения атомов, или формирова­ ние нейронной сети в мозгу позвоночных животных, или поведение членов социума10. Механизм интеграции подобен взаимосогласованию множества ничтожных пульсаторов в колонии гидроидов, порож­ дающему сильный, можно сказать «синергический», эффект — про­ тяженное течение жидкости в длинном и разветвленном трубчатом теле колонии.

Эффект от взаимодействия может быть нелинейным, т. е. резуль­ тат непропорционален воздействию, что связано с нелинейным ха­ рактером изменения степени взаимосогласования активности эле­ ментов. Также и в социуме — не столь важно количество энергии и продукции, созданной множеством людей, как взаимное соответст­ вие их деятельности. Используем этот пример для пояснения роли не­ централизованной саморегуляции. Казалось бы, что разумные дирек­ тивы из центра способны в наибольшей степени усилить эффектив­ ность совместной работы и жизнедеятельности коллектива. Однако жесткая централизация ограничивает личную инициативу. Возможны два варианта последствий. Первый — подавление инициативы рядо­ вых членов общества тормозит прогресс, так как всякое отклонение от привычного, в том числе и признание всякого нововведения, сдер­ живается громоздкой процедурой согласований для принятия реше­ ния. Второй — личная инициатива находит иные формы выражения и самореализации — вне плоскости общегосударственных задач, что также снижает эффективность планируемой совместной деятельно­ сти. Оптимальный вариант организации социума предполагает сво­ боду личной инициативы при условии подчинения каждого общим для всех правилам поведения, предусматривающим безвредность по­

следствий частной деятельности для остальных членов общества. Это означает некоторое ограничение степеней свобод элементов, как необходимое условие самоорганизации. Важно, однако, подчеркнуть, что самоорганизация основывается на сохранении самостоятельнос­ ти элементов, объединенных общей средой и едиными правилами взаимодействия.

Примером может быть поведение муравьев, стремящихся коопе­ ративно перетащить тяжелый предмет. Результирующая согласован­ ность действий достигается не передачей команд или централизован­ ным руководством, а подчинением каждого муравья простым прави­ лам поведения, ориентирующимся на доминирующий импульс. Такое поведение у социальных перепончатокрылых в англоязычной лите­ ратуре получило название «Collective или Swarm Intelligence» («кол­ лективный разум»). Оно в значительной мере основывается на мето­ де «проб и ошибок». Оказалось, что эффективность кооперации за­ висит в том числе и от размеров колонии, возрастая в больших му­ равейниках11.

Поведение колониальных насекомых послужило примером для со­ здания моделей коллективной работы роботов, в основе которых ока­ зались сходные с нашими принципы относительной независимости действий роботов, способность к переключению нескольких алгорит­ мов в зависимости от локальной ситуации12.

Не надо думать, что только низшие беспозвоночные демонстри­ руют не столь высокую, как предполагается, внутреннюю взаимоза­ висимость частей. Яркое описание способности сложнейшей систе­ мы функционировать после множественного нарушения связей меж­ ду ее основными подсистемами дано еще нейрофизиологом Р. Спер­ ри на примере мозга кошки: «В некоторых работах, проведенных в на­ шей лаборатории, мы буквально изрешетили зрительную и соседнюю с ней области коры мозга кошки с помощью иголок и булавок из тан­ таловой проволоки. Мы втыкали в ткань коры дюжины иголок, пока она не стала похожа на густо истыканную подушечку для булавок

ипока наше терпение не истощилось. Так как эти иголки были био­ логически инертны, мы их просто оставили в мозгу. И несмотря на это, в последующих тестах на околопороговое различение образов характеристики зрения были практически такими же хорошими, как

ираньше. ...Насколько резко с этим сохранением в живом мозге ор­ ганизованных функций контрастирует положение, наблюдаемое в по­ строенных человеком цепях, когда одна единственная перегоревшая

лампа или одна сломанная проволочка производят разрушительный эффект!»13

Р. Сперри далее перечисляет главные условия такой поразитель­ ной саморегуляции сложной системы, а именно: 1) фактор множест­ венного соединения; 2) широкое перекрытие связей соседних эле­ ментов; 3) множественное подкрепление любой данной функции из многочисленных и разнообразных источников, каждый из которых способен самостоятельно поддерживать свою активность; 4) дубли­ рование органов.

Как, исторической справедливости ради, не вспомнить И.И. Шмальгаузена, подчеркивавшего особую роль в регуляторных процессах по­ лимеризации и многократного дублирования на всех уровнях органи­ зации биологической системы! Обратим внимание, что главным усло­ вием самоорганизации нормальной работы мозга оказывается дубли­ рование элементов и процессов, а вовсе не точность передачи и пере­ работки информации, столь необходимые в автоматах.

Основоположник синергетики Г. Хакен привлек внимание к сход­ ству кооперативных явлений в неравновесных системах, используя накопившиеся к этому времени знания о фазовых переходах, гидро­ динамических неустойчивостях и автокаталитических реакциях.

Эти идеи получили особенно впечатляющее развитие в нейроин­ форматике и более всего в той ее области, которая занимается со­ зданием искусственного интеллекта, или «нейрокомпьютеров». В ос­ нову теории были положены принципы работы нейронных сетей — со­ вокупности равнозначных элементов, взаимосвязанных друг с другом наподобие сети. Каждый элемент (имитирующий нейрон) принимает сигналы от множества входов, суммирует с учетом их «удельного ве­ са», может трансформировать нелинейно выходной сигнал, который в общем случае может поступать на множество таких же искусствен­ ных «нейронов». Обычно исходные сигналы одновременно поступа­ ют на множество «нейронов» и параллельно обрабатываются, а за­ тем могут взаимодействовать на выходе. Если сигналы далее посту­ пают к следующей совокупности «нейронов», то такая сеть становит­ ся многослойной. В подобной системе практически невозможно точ­ но предсказать характер прохождения сигналов в различных частях устройства. Однако именно такие «нейрокомпьютеры» лучше обыч­ ных способны решать разнообразные задачи без перенастройки, «самообучаться» путем изменения параметров трансформации сигна­ лов «нейронами» и сравнения получаемого результата с эталоном.

В последние 15 лет теория нейронных сетей находит все более ши­ рокое применение на практике: для распознавания образов, в эконо­ мике для предсказания развития рынка, при решении разнообразных научных задач, требующих не точных вычислений, а синтеза разно­ образных данных, в том числе при постановке медицинских диагно­ зов, а также в психиатрии, в педагогике и многих других направлени­ ях, число которых увеличивается с каждым годом. Даже философ­ ские теории вынуждены считаться с революционными открытиями, сделанными в нейробиологии и нейрокибернетике14.

Нецентрализованная саморегуляция целостности организма достигается посредством взаимодействия множества равно­ значных частей, которые большую часть времени функциониру­ ют независимо друг от друга. Периодически происходит коррек­ тировка деятельности каждой части с учетом общей ситуации в организме. Представленные данные заставляют пересмотреть ус­ тоявшиеся представления о взаимной зависимости частей как основ­ ном базисе целостности. Не высокая взаимозависимость частей, а их достаточная (в определенных пределах) автономность представляет обязательное условие саморазвития и поддержания целостности сложных систем. Множественность составляющих, их генетическое тождество, способность реализовывать несколько алгоритмов в за­ висимости от условий, параллелизм функционирования частей и пе­ риодическая корректировка (синхронизация) — вот основные усло­ вия нецентрализованной саморегуляции целостности биологической системы.

ПРИМЕЧАНИЯ

1 Шубина Г.П. Методологическая роль категорий целого и части в решении проблемы целостности организма // Методологические проблемы современной науки. М., 1964. С. 3.

2 Цит. по: Перье Э. Основные идеи зоологии в их историческом развитии с древнейших времен до Дарвина. СПб, 1896. С. 245.

3 Там же.

4 Иванов А.В. Происхождение многоклеточных животных. Филогенетические очерки. Л., 1968. С. 64.

5 Горшков В.Г Физические и биологические основы устойчивости жизни. М., 1995. С. 410.

6 Habib М.К., Asama Н., Endo /., Matsumoto A., Ishida Y. Simulation environment for an autonomous decentralized multi-agent robotic system // Proc. 1992 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Raleigh, 1992.

7 Марфенин Н.Н. Феномен колониальное™. М., 1993.

8 Марфенин Н.Н. Нецентрализованная саморегуляция целостности организма // Журн. общ. биол., 2002. Т. 63. № 1.

9 Марфенин Н.Н. Функционирование распределительной системы пульсатор- но-перистапьтического типа у колониальных гидроидов // Журн. общ. биол., 1985. Т. 46. N. 2. С. 164.

10 Deneubourg J.L., Goss S. Collective Patterns and Decision Making // Ethology, Ecology and Evolution, 1989. Vol. I.

11Fonck C., Jaffae K. On the energetic cost of sociality // Physiol. Behav., 1996. Vol.

59.№ 4-5; Karsai /.., Wenzel J.W . Productivity, individual-level and colony-level flexibil­ ity, and organization of work as consequences of colony size // Proc. Nat. Acad. Sci. U SA, 1998. Vol. 95. №.15.

12Dorigo M., Di Caro G., Gambardella L.M. Ant algorithms for discrete optimization // Artif Life, 1999. Vol.5. №2.

13 Сперри P. Упорядоченность функционирования в неупорядоченных структу­ рах // Принципы самоорганизации. М., 1966. С. 345-346.

u Arianova L. The information processing organisms/ / Acta Biotheor., 1996. Vol. 44.

№. 2.

В.М. Эпштейн

ТЕОРИЯ СИСТЕМАТИКИ В КНИГЕ В.Н. БЕКЛЕМИШЕВА

«МЕТОДОЛОГИЯ СИСТЕМАТИКИ»

Публикация ранее не издававшегося труда В.Н. Беклемишева «Методология систематики» (1994) является в истории этой науки со­ бытием, значение которого, по всей вероятности, можно будет оце­ нить значительно позже. С нашей точки зрения, идеи, изложенные в этой книге, намного опережают теоретические представления со­ временной таксономической мысли, которая почти всецело вращает­ ся в поисках новых математических методов представления данных и утратила ту глубину, философскую и методологическую мощь, ко­ торая так ярко высвечивается со страниц этой книги. Поэтому биоло­ ги — и не только биологи, но и философы, историки, методологи на­ уки должны быть благодарны творческому коллективу, усилиями ко­ торого этот замечательный труд был опубликован и тем «вырван из цепких лап забвения». Приступая к анализу содержащихся в нем идей, мы считаем необходимым сделать несколько предварительных замечаний.

1) Из большого круга идей, рассматриваемых В.Н. Беклемише­ вым, мы рассматриваем только те, которые имеют самое непосред­ ственное отношение к основной цели — разработке теории система­ тики. Значение книги Беклемишева гораздо шире. В сущности, кни­ га является трудом, который по своему содержанию и значению яв­ ляется одной из «Философий природы» и, по нашему убеждению, для будущего имеет такое же значение, как «Философия ботаники» Линнея и «Философия зоологии» Ламарка для соответствующих эпох развития биологии. Характеризуя ее значение для развития система­ тики, лучше всего отнести к ней слова П.Г Светлова (1963), сказан­ ные о другом сочинении В.Н. Беклемишева — «Сравнительной ана­ томии беспозвоночных» и помещенные в «Методологии системати­ ки»: «Появление этой книги В.Н. Беклемишева — событие в науке, значение которого сейчас вряд ли кто-нибудь сможет оценить надле­

жащим образом, так как для полного освоения его нужен труд, может быть, не одного поколения ученых. Эта книга относится к тому типу сочинений, в которых новыми являются не те или иные отдельные во­ просы или части данной науки, а в котором вся наука в целом, столе­ тия существовавшая до этого, подается в новом аспекте» (с. 13).

2) В анализе взглядов В.Н. Беклемишева мы жестко придержива­ емся принципа историзма. Для серьезного анализа автор должен иметь свою точку зрения (правильную или неправильную), которая позволяет не только предоставлять информацию, но и осуществлять ее содержательный анализ. Это мнение совпадает с взглядами совре­ менного историка. Их суть очень четко изложил А.Я. Гуревич в статье «Жак Ле Гофф и «новая историческая наука во Франции» — после­ словие к книге Ле Гоффа «Цивилизация средневекового Запада»: «...Февр и Блок выдвинули принцип «история — проблема». Историк формулирует проблему и в свете ее отбирает те памятники, анализ которых может служить источником знания по этой проблеме. Пробле­ мы истории диктует историку современность, но она диктует... их в том смысле, что историк задает прошлому те вопросы, которые су­ щественны для современности и задавание которых дает возмож­ ность завязать с людьми другой эпохи продуктивный диалог» (с. 353).

Наше толкование принципа историзма полностью соответствует этому определению, а его трактовка как обратной связи между на­ стоящим и прошлым является его системной интерпретацией. Обра­ щаясь к книге В.Н. Беклемишева, мы задаем вопросы, связанные с работой над теорией систематики, чтобы услышать его ответы и ус­ тановить соответствие между ними и современными представления­ ми о теории систематики. «Установить соответствие» — значит с чемто согласиться, что-то подтвердить, от чего-то отказаться, обнару­ жить забытые или новые идеи, которых нет в сочинениях современ­ ных авторов.

То, что подтверждается, может претендовать на статус инвариант­ ности парадигмы.

3) Наша исходная позиция — наличие кризиса в современной си­ стематике — полностью совпадает с позицией Беклемишева. В.Н. Беклемишев оценивал ее, исходя из той ситуации, которая скла­ дывалась в конце XIX вв. Выводы совпадают полностью: «Время для революции пришло. Положение самое напряженное. Форма система­ тики как науки не осознана, актуально не существует. А между тем содержание уже готово, материал лежит, затисканный в чуждые ему

формы генеалогии. Требуется лишь перевести его на язык тех поня­ тий, которые бессознательно работали при ее возникновении, при по­ мощи терминов, которые не создавали бы ни противоречий, ни недо­ молвок. Нельзя дольше терпеть состояние, когда имеется мнимая на­ ука филогении, лишенная фактов, не объединенных в систему. Поло­ жить этому конец и является целью методологии, которая должна явиться одновременно и разрушительницей и созидательницей, в ро­ ли как критической, так и конструктивной» (с. 85).

Наши взгляды совпадают с взглядами Беклемишева еще в одном, чрезвычайно важном отношении. На I Всесоюзной школе-семинаре по теории классификации в Борке (1979) автор выступил с докладом о необходимости изучения «интуитивного классифицирования». Раз­ витие этой темы в течение последующих лет привело к выводу о том, что биологическая систематика обладает «неявной теорией», которая может быть положена в основу современной научной теории система­ тики и перспективы развития которой связаны с ее дальнейшей мате­ матизацией и аксиоматизацией. Эта мысль является тривиальной, по­ скольку наличие теории систематики как правило либо отрицалась, либо игнорировалась. Однако именно эта мысль лежит в основе пред­ лагаемого подхода к построению новой теории биологической систе­ матики. В представленном выше фрагменте книги Беклемишева она сформулирована предельно ясно: такая теория существует, ее лишь надо выявить, извлечь из под филогенетических спекуляций и формапизировать, используя простые и понятные термины.

Таким образом, мы устанавливаем полное соответствие между взглядами В.Н. Беклемишева и нашими взглядами в оценке сложив­ шейся в науке ситуации, путях выхода из кризиса и подходах к пост­ роению теории систематики.

Теперь мы можем обратиться к исследованию фрагментов текста «Методологии систематики», посвященным интересующим нас про­ блемам. По указанной причине фрагменты из «Методологии систе­ матики» и комментарии к ним не всегда соответствуют той последо­ вательности, в которой изложены идеи В.Н. Беклемишева в его кни­ ге.

Эти фрагменты рассматриваются соответственно группам про­ блем:

I.Проблемы методологии систематики как науки; II. Основные понятия систематики;

III. Методы систематики.

Проблемы методологии систематики как науки

Мы рассмотрим следующие вопросы: значение методологии для современной теории науки; предпосылки систематики; задачи систе­ матики; разделы «общей практической систематики»; систематика и филогеника.

Значение методологии для создания теории науки. В.Н. Бек­ лемишев начинает свою книгу с изложения исходной проблемы — цель и задачи методологии. Здесь высказывается убеждение в том, что методология необходима для исследователя — вопреки тому, что думали (и думают теперь) многие биологи. Эта мысль может быть принята априори, однако важно не само это утверждение, а понима­ ние того, что именно дает биологу методологический анализ интере­ сующих его проблем. В.Н. Беклемишев, ссылаясь на Зигварта, дает ясный ответ: «Фактически наука развивается раньше своей методо­ логии. “Всякое техническое учение обыкновенно является позже, не­ жели действительное техническое применение, а он лишь сводит к правилам то, что мастера с успехом уже испробовали”» (с. 18).

Ситуация в биологии, по-видимому, отражает это утверждение бо­ лее наглядно, чем «технические учения». Наука, насчитывающая

всвоей истории две с половиной тысячи лет, в течение которых бы­ ла построена система органического мира, только теперь настоятель­ но требует своей теории.

«Наука развивается интуитивным применением правильных, но еще не осознанных методов, изобретаемых по мере надобности

втечение работы. Методология не придумывает новых методов, она лишь отыскивает, изучает и классифицирует методы, уже работав­ шие при накоплении данного материала науки, но недостаточно осо­ знанные и не выделенные как таковые. Таким образом, основной ме­ тод самой методологии историко-критический; ее материал — исто­ рия науки».

«Итак, накопляется материал науки без помощи методологии, вследствие интуитивного нахождения и бессознательного примене­ ния правильных методов. Но превратиться в науку он без критики ме­ тодов не может, так как только осознанность основных понятий руча­ ется нам за их непротиворечивость, только нахождение и точная фор­ мулировка предпосылок позволяет судить о достоверности выводов, только исследование примененных нами способов мышления позво­

ляет различить привнесенное нами от того, что принадлежит самим явлениям» (с. 19-20).

В.Н. Беклемишев рассматривает ситуацию, которая обнаружи­ лась в систематике, как общенаучное явление. Это обобщение пред­ ставляет большой интерес для разработки теории систематики и об­ щей теории развивающихся систем.

Предпосылки систематики. Создается впечатление, что эту важ­ ную проблему вообще не исследовал никто, кроме В.Н. Беклемише­ ва. Очевидно, что его идеи по этому поводу новы и актуальны.

Сущность вопроса, им поставленного, такова: при каких условиях возникает возможность и необходимость классифицирования объек­ тов, т. е. потребность в систематике как науке. На этот вопрос Бек­ лемишев отвечает так: «Классификация имеет смысл только там, где многочисленные сходства выделяют группы объектов, и где такие классы различаются между собой достаточно многообразно; лишь там, где много сходств и много отличий, имеет смысл описывать объ­ екты по степени сходств и отличий» (с. 25).

Эта мысль важна сама по себе, хотя может показаться несколько тривиальной, однако Беклемишев здесь же дополняет ее другой, име­ ющей очень большое значение: «Итак, первое условие целесообраз­ ности применения классификационного метода, первое основание для его применения — это наличие достаточного количества сходств внутри определенных объектов, то есть постоянство в соединении оп­ ределенных признаков, специфичность их сочетаний.

Совокупностью всех признаков объекта определяется его форма в самом широком смысле этого слова (то есть его способ бывания (его Sosein, по терминологии Дриша)» (с. 25).

Здесь речь идет не только о целесообразности классифицирования прежде всего там, где имеется много разных объектов. Это утвержде­ ние подтверждается историей систематики: специальные занятия клас­ сификацией стали необходимыми только тогда, когда ученые достигли определенного уровня изучения объектов и открылась возможность сравнивать их сходства и различия. В ботанике это произошло в первой половине XVI в. (В. Кордус, К. Геснер); в зоологии — чуть позже, но в пре­ делах той же половины века (Ш. Белон), хотя отдельные сравнительно­ анатомические исследования были проведены еще раньше (Леонардо да Винчи). Важно и другое: классификация нужна там, где у объектов классифицирования имеются взаимосвязанные признаки, причем при­ знаки, образующие у разных объектов «специфические сочетания».