Эволюция и самоорганизация

                Появление  в  результате  эволюции  эукариотических   клеток  (клеток  с  ядром)  позволило   эволюции   пойти  по  пути  формирования  многоклеточных  организмов.   Тут  у    теологов  (приписывающих  всякому  движению  цель) и  креационистов (считающих,  что  всё  сотворено Творцом) ,  то  есть  у   людей  уверенных,  что  само  собой  ничего  не  может  построиться,   возникают  большие  сомнения,   что  естественные  причины (отбор  в  данном  случае) смогли  сформировать  наш  прекрасный  зелёный  мир.
                Почему  собственно  появились  многоклеточные  организмы?  Они  появились  потому,  что  есть  экологические  ниши,  которые  одноклеточные  занять  не  могут.  А  природа  не  терпит  пустоты. (Это  философский  постулат,  но  он  работает).
Природа  стремится  все  пустоты,  чем-нибудь  заполнить.  Если  есть  ниша,  то  эволюция  пытается  адаптировать  некоторые  организмы  так,  чтобы  нишу  заполнить.   Если  это  удаётся,  то  появляется  новый  вид,  в  противном  случае  вид  недостаточно  адаптированный  исчезает. 
                Выдвигая  в  качестве  механизма  эволюции "стремление природы к прогрессу",   Ламарк  исходил  из  интуитивного  понимания  прогресса,  не  давая  этому  термину  никаких  строгих  научных    определений.    Такой  подход  не  позволял  развивать  целостную  модель  эволюции  живого   вещества,   был  не  конструктивным.

                САМООРГАНИЗАЦИЯ.

                Сегодня   появились  новые  представления.   Одни авторы используют  для  них термин «самоорганизация», другие «синергетика». К концепции самоорганизации через разработку термодинамики открытых систем пришел бельгийский ученый Илья Пригожин . А термин «синергетика» ввел немецкий физик Герман Хакен. Слово «синергетика» древнегреческого происхождения, означает «сотрудничество, совместное действие».
                Как синергетика, так и теория самоорганизации исследуют процессы самоорганизации и самодезорганизации в открытых системах физической, химической, биологической, экологической, социальной и другой природы.

                Сегодня наука считает все известные системы от самых малых (элементарные частицы), до самых больших (Вселенная) – открытыми, обменивающимися энергией, (или) веществом и (либо) информацией с окружающей средой и находящимися, как правило, в состоянии, далеком от термодинамического равновесия. А развитие таких систем, как стало известно, протекает путем образования нарастающей упорядоченности. На такой основе возникло представление о самоорганизации вещественных систем. 
                Если  под   термином  «прогресс»  понимать  процессы  самоорганизации  живой  материи,  то  можно  сказать,  что  Ламарк  интуитивно    почувствовал  их  наличие.   Впрочем,  альтернативный   подход   к  объяснению  эволюционных  изменений   в    виде   «естественного  отбора»  Дарвина  не  противоречит  принципам  самоорганизации,  приводит  к  наблюдаемому  прогрессу   живых  систем,  и  кроме  того  является  конструктивным.
             Для  самосборки и  самоорганизации  нужны  определённые  условия.  Вода  становится  льдом,  когда  температура  снижается  до  нуля  градусов.
                Возникновение упорядоченных сложных систем обусловлено рождением коллективных типов поведения под воздействием флуктуации, их конкуренцией и отбором того типа поведения, который оказывается способным выжить в условиях конкуренции.
                Как замечает сам Хакен, это приводит нас в определенном смысле, к своего рода обобщенному дарвинизму, действие которого распространяется не только на органический, но и на неорганический мир. Самоорганизация, по Г. Хакену, – это «спонтанное образование высокоупорядоченных структур из зародышей или даже из хаоса».
                Самоорганизующиеся системы обретают присущие им структуры или функции без какого бы то ни было вмешательства извне.
                Самоорганизующиеся системы способны сохранять внутреннюю устойчивость при воздействии внешней среды, они находят способы самосохранения, чтобы не разрушаться и даже улучшать свою структуру.
                Эти же соображения работают и в социальных обществах, когда они самоорганизуются, когда из неорганизованной толпы появляются отдельные структуры. Однако исследователи этих процессов считают, что структуры уже существовали в коллективной памяти, не указывая, однако, где эта память находится. Это конечно идеализм. Новые отношения возникают здесь и сейчас, но с учетом имеющейся ментальности людей. Онтогенез тоже можно рассматривать как процесс самосборки с учетом генетического кода, который определяет некоторую канву, в рамках которой осуществляется самосборка.
 
                В начале 70-х годов прошлого  века  И. Пригожину удалось разработать новую концепцию самоорганизации химических и физических систем.  Вот как И. Пригожин обрисовывает в общем виде и кратко путь эволюции системы от исходного состояния через хаос к состоянию новой организованности.
                В замкнутую изолированную систему энергия или вещество вводятся извне дозировано, чтобы исходное состояние в ней не выходило за рамки заданных границ (к примеру, русская печь, костер и т.д.). В открытой нелинейной системе нет таких ограничений. Здесь вещество и энергия среды могут поступать в нее произвольно, поэтому такая система может выходить из состояния равновесия и стать неравновесной. По мере дальнейшего притока вещества и энергии она с ускорением уходит все дальше от положения равновесия, становясь, все более неравновесной и  нерегулируемой.               
           Организация состояния такой системы все больше расшатывается, пока, наконец, вовсе не разрушится и процесс не станет хаотичным. Таким образом, на первой стадии своей эволюции неравновесный процесс переходит от состояния порядка к хаосу.
                Состояние максимальной хаотичности неравновесного процесса называют точкой бифуркации (от лат.bifurkus – раздвоенный).
                Благодаря хаотичности дальнейшее развертывание неравновесного процесса имеет не один путь движения, а множество возможных путей из зоны ветвления, то есть из точки бифуркации. Состояние бифуркации можно уподобить положению шарика на выпуклой поверхности, типа сферической, которое является неустойчивым. Любое влияние может вывести шарик из неустойчивого состояния, и он начнет скатываться сверху вниз. По какой траектории он будет катиться из точки бифуркации – угадать точно невозможно. Это – случайный процесс.
                Но как только траектория движения сверху вниз определится, так направление движения начнет подчиняться необходимости. Теперь необходимость предопределяет, каким финалом завершится нелинейный процесс.
                Отрезок эволюционного пути от точки бифуркации до необходимого финала называют аттрактором (от лат. attrahere – притягиваю).
                Это значит, что конечный пункт развертывания нелинейного процесса, или финал, как бы притягивают к себе, то есть, предопределяют траекторию нелинейного процесса (движения шарика) от точки бифуркации. Аттрактор уподобляется некой воронке, или конусу, который своим раструбом обращен к зоне ветвления, а своим узким горлышком – к конечному результату. Это значит, что шарик, находящийся на выпуклой поверхности, может попасть в раструб воронки не из одной–единственной точки, а из ряда смежных положений зоны ветвления. По мере движения по аттрактору множество возможных вариантов движения сокращается и, в конечном счете, процесс с необходимостью завершается единственным результатом.
                Если в настоящий момент ввести дополнительную энергию извне в систему, то в хаотичном состоянии начнет зарождаться новая организация. Когда величина вводимой энергии достигает некоторого критического значения, то система внезапно (скачком) переходит из хаотического состояния в новое устойчивое (организованное) состояние.

                Развертывание нелинейного процесса от точки бифуркации до выбора аттрактора – это начало второй части эволюционного нелинейного процесса, в котором случайность и неслучайность (предопределенность) скомпенсированы, взаимно дополняют друг друга.

                В свете новой концепции иначе, чем раньше, решается вопрос о соотношении случайного и закономерного в развитии. Эволюционные этапы весьма жестко детерминированы, поведение системы здесь предсказуемо и даже управляемо, если имеются необходимые управленческие средства. В критических же точках (точках бифуркаций), достигаемых системой на завершающих стадиях эволюционного процесса, господствует случайность. В таких точках нельзя предугадать то новое устойчивое состояние, в которое система перейдет в ходе скачка. А следующий эволюционный этап стартует именно от случайного перехода системы на новый уровень.
                Точка бифуркации образно предстает в виде перекрестка с несколькими ответвлениями пути, и на нем, как в сказке, выбор пути означает и выбор судьбы.               
                Так с Россией было в 1917 году и 1990. Разница заключается в разной ментальности людей на эти даты. В 90 году ментальность большинства людей была сформирована в период, когда социальные институты, СМИ проповедовали счастье через упорный коллективный труд, а меньшая часть населения — теневики и фарцовщики обладали другими идеалами, с точки зрения биологии были паразитами на теле народа. И пока народ в отсутствии власти и законов находился в растерянности и выживал, вторая часть населения, соединившись с бандитскими структурами самоорганизовалась для управления, образовав семибанкирщину.
                Однако   третьи  силы, принадлежавшие к силовым структурам, стали быстро восстанавливать подобие советской административной системы. К настоящему времени бывшие теневики, бандиты и силовые структуры слились в административном экстазе. Они погоняют и хотят ехать, но вся упряжь перекошена и ехать не позволяет. Чтобы ехать надо,  чтобы народ впрягся, а это возможно, когда он увидит перспективу для себя. А сейчас ему только налоги увеличивают, да пенсионный возраст, а компенсацию утраченных доходов на многие триллионы рублей в 90 годы откладывают каждый год.               
                Надо честно признать, что если не поумнеет хотя бы часть населения, которая готова как то влиять на события, пока не перестанет назначать Чубайса единственным виновником всех наших бед, пока не поймет, что не в силах одного человека было развалить СССР, всё так и будет продолжаться.
                Не в сортирах разруха, а в головах, когда эти головы за толику малую для себя голосуют дружно за единороссов, подтасовывают результаты выборов и т. д.


                ПОНИМАНИЕ  ПРОЦЕССОВ  САМООРГАНИЗАЦИИ

                Мозг Homo sapiens плохо приспособлен для понимания процессов самоорганизации.   Наше мышление специализировано для целеполагания,   мы   привыкли планировать свои действия, ориентируясь на ожидаемый результат. Поэтому нам и кажется, что если чего-то не предусмотришь, не проконтролируешь, то ничего хорошего и не выйдет – только разруха и хаос. 
                Нам  кажется,  если  мы  планируем  свои  действия  для  достижения  поставленной  цели,  то  видимо  есть  кто-то  всемогущий,  который    придумывает  и  потом  творит    по  своим  великим  планам,  создавая  весь  этот  мир.   Его  и  назвали  Богом   и  он  настолько  велик  и     могуч,  что  ему  6  дней  хватило,  чтобы  все эти планы выполнить.
                Чтобы  избавиться  от  теологических  представлений  можно  вспомнить,  что  разум,  которому  мы  так  любим  приписывать  всё  упорядоченное  существует  лишь  миг  по  сравнению  с  эволюционными  отрезками  времени  в  миллиарды  лет.  А  раньше  живая  природа  развивалось  без  посредства  разума,   но  так  что  при  этом  усложнялась  и  упорядочивалась. 
                Если  же  полагать,  что  есть  Бог  творец,  то  сразу  возникает  вопрос: « А  кто  создал  его  самого?».   Гипотеза  Бога  ничего  не  объясняет,  но  понуждает  отказаться  от  поиска  объяснений.
                Как  говорил известный  наш  биолог  Тимофеев - Ресовский,  «я  этого  не  помню,  потому  что  был  тогда  маленький».  Рассказы  из  старых  религиозных  книг  не  выдерживают  критики,  но  им  и  не  надо.  Религия  основана  на  вере,  а  наука  на  фактах.   
                В  повседневной  деятельности  человек  сталкивается  с  проявлением  энтропии,  т.е.   с  возникновением   со  временем  из  созданного  порядка  хаоса.   Построенное нами  здание воспринимается  как  порядок,   а  для  природы  это  что-то  чужеродное,  она  его  и  стремится  разрушить,   превратить  в  свой  порядок,   который  мы  называем  хаосом.
                Возведенные  объекты,  оставленные  без  технического  обслуживания, разрушаются  и  приходят  в  негодность.   Так  что,   каждому   отдельному  объекту  можно  приписать  стремление  к  хаосу.   Это  ещё  более  усиливает  мотивацию  человека  приписать  все    действия по  строительству  нашего  мира  всемогущему  Богу,  чтобы  побыстрее  покончить  с  этим  вопросом  и  пойти  обедать.
                Рабочий  строитель  точно  знает, что   если  вы  находитесь  на  стройке,  среди  кирпича,  цемента  и  др.  строительных  материалов,  то  вы никогда  не  сможете  увидеть,  как  под  действием  каких-то  сил, материалы  сами  сложатся  в  готовое  здание.   Если  над   авиационной  свалкой  проносится  ураган,  то  невозможно,  чтобы  в  результате  этого  из  обломков  самолётов   возник  собранный  Боинг.  Не  забывайте,  что  для  самоорганизации  нужны  определённые  условия.
               Зато  легко  представить  обратное.  Как  под  действием  мощных  сил  взрыва  здание  превращается  в  груду  строительного  мусора.   

            Ясно,  что  бог  заехал  к  нам (так  нас  не  было  тогда?)  и  создал.  Ну,  на  Землю  залетел.     А  Земля тогда  откуда?  Или  он  её тоже  предварительно  сотворил?  Из  чего?  Запутался.   Стоит  один  раз  соврать,  а  затем  всю  жизнь  будешь  путаться.


                ПРИМЕРЫ  САМООРГАНИЗАЦИИ

               Вода  состоит  из  молекул  водорода  и  кислорода.  При  нагревании  сначала  превращается  в  пар,  когда  молекулы  теряют  между  собой  связь.  При  дальнейшем  нагревании  молекулы  распадутся  на  атомы  водорода  и  кислорода,  а  если  нагреть  еще  сильнее,  то  и  атомы  распадутся.   Мы  видим,  что  при  изменении  температуры   происходят  сами  собой  определённые  групповые  перестройки.
              Понизим  температуру  ниже  нуля  и  вода,  которая  всегда  есть    в  воздухе,  конденсируется  в  виде  снежинок,  имеющих  сложную,  замысловатую  структуру.  Кто  её  придумал? Эту  структуру   снежинок?   Никто.  Просто  эта  структура  для  молекул  воды  оказалась  энергетически  выгодной.   В  такой  структуре  у  молекул минимальная  энергия.    Поэтому  при  нагревании  надо сначала  затратить  некоторую  энергию  на  компенсацию  образовавшегося  дефицита  энергии (теплота  плавления),  а  затем  уже  эта  масса  становится обычной  водой.  Никакого  чуда.
           После Большого взрыва,   из элементарных частиц, возникли атомы, молекулы, галактики, и жизнь. Всё это возникло само в результате самосборки. Чуда тут нет- имеются в каждом случае силы, приводящие к процессу упорядочивания.
Рост  кристаллов  это  процесс  самоупорядочивания,  когда  из  пересыщенного  раствора  вытягивается (строится)  кристалл.
             Вообще,     при определенных условиях микрочастицы  сами начинают выстраиваться в виде упорядоченных структур,  когда  на  них  оказывается какое-то внешнее воздействие.  Однако данное воздействие направлено не на конкретную частицу, как происходит при ручной  сборке «сверху вниз», а на все сразу.  При  самосборке   процессы  идут  «снизу  вверх».
               Эти  процессы  играют важную  и  всё  возрастающую  роль в  современных  технологиях,  использующих  наночастицы (т.е.  частицы размером  в  миллиардную  долю  метра).
                В процессе самосборки  отсутствует управляющий элемент (иными  словами  нет привычного  нам  плана  или  чертежа),   то есть  ни в какой форме не присутствует  система, описывающая порядок следования монтажных актов или порядок расположения элементов в структуре продуктов самосборки.

  План  и  чертёж всегда  являются  продуктом  разума,  а  значит,  упорядочивание  вполне  возможно  без  наличия  разума.

                Специфика феномена  самосборки  заключается в том, что процесс несомненно детерминирован,   хотя  механизм детерминации   не  всегда  полностью  понятен.  Нынешний  век  можно  назвать  веком  нанотехнологий.  Мы  начали  осваивать  то,  что  в  природе  давно  и  успешно  работает.  Нанотехнологии  позволяют  создавать  материалы  с  необычными  свойствами.
                Однако,  если  бы  мы  смотрели  на  процесс  самосборки  не  сверху,  а  с  точки  зрения  самой  частицы (представьте,  что  мы  уменьшились  в  миллиард  раз)  то  процессы  выглядели  бы  естественно  -  под  действием  известной  силы  частицы  бы  занимали  свои  естественные  позиции.  Молекулы  воды  в  водоёме  под  действием  гравитации  образуют  ровную   горизонтальную поверхность  и  это  никому  не  кажется  чудом.  Если  бы  вода  была  достаточно  вязкая,  этого  бы  не  произошло.  Асфальт из  за  высокой  вязкости  приходится  разглаживать  катком.
                Но  перейдем  на  другой   уровень.     С  точки  зрения  строительной  компании  она  создаёт  условия  для  самосборки,  финансирую  данный  проект.  При  этом  нанимаются  строительные  рабочие, завозятся  материалы  и  начинается  строительство. Руководство  строительной  компании  не  упорядочивает  кирпичи   в  ряды  на  стройке,  это  делают  рабочие (они  как   силы,  вызванные  актом  финансирования).    С  точки  зрения  компании  это  есть   процесс  самосборки,  поскольку  подпадает  под  определение  этого  процесса.   Таким  образом,  процесс  самосборки  кажется  невозможным  только  с  некоторых  точек  зрения,  но  это  как  раз  те  точки,  с  которых  мы  привыкли  смотреть  на  мир.
                Я  привел  этот  пример,  чтобы  показать  -  ничего  фантастического  нет,  не  нужно  и  разума  для  протекания  процессов  самосборки и  самоорганизации.

                В  процессах  самосборки   формируются  такие  сложные  объекты  как  вирусы,  которые  стоят  между  живыми  и  неживыми  объектами.   Онтогенез (развитие  живого  организма)  использует   еще  и   генетический  код,  направляющий  в  каждый  момент  процессы  самосборки   молекул  внутри  клетки  и  осуществляющий  необходимые  процессы  самоорганизации  строительства.  Ведь  гены  то  сами  своими  руками  ничего  не  строят,  они  только  информацию  кодируют.
                Тогда  получается,  что  клетка  это автоматизированный завод.  Она  получает  инструкции (гены),  материалы(органические  молекулы)   и  строит  по  инструкциям,  но  с  обратными  связями,  канализирующими  процесс   строительства.   Какой  бы  сложной  ни  была  записанная  программа  в  геноме,  она  все  возникающие  в  онтогенезе обстоятельства  учесть  не  сможет  и  вот  поэтому  нужны  отрицательные (стабилизирующие)  обратные  связи.   Когда  их  нет,  а  есть  одна  вертикаль,  то  это  катастрофа  -  это  рак.  Раковые  клетки  отличаются  тем,   что  они  не  воспринимают  информацию  от  других  клеток  организма (они  стали  суверенны  в  организме  в  результате  одной  мутации).   В  результате   раковые  клетки  прорастают  во  все  окружающие  ткани,  приводя  весь  организм  в  состояние  несовместимое  с  жизнью.

                Эволюционный  процесс  в  биологии  можно  рассматривать  как  сочетание  процессов  самосборки  и  самоорганизации  с  действием  естественного  отбора  и  сопутствующих механизмов  эволюционного  развития,  порожденных  действием  отбора.