Биологическим аналогом систем с блоком управления, содержащим вторую сигнальную систему, является только человек.

Эволюция блоков управления.

Рефлекс (от лат. reflexus — повёрнутый назад, отражённый), реакция организма, вызываемая центральной нервной системой при раздражении рецепторов агентами внутренней или внешней среды; проявляются в возникновении или изменении функциональной деятельности органов и организма в целом. Термин «рефлекс», заимствованный из области физических явлений, подчёркивает, что деятельность нервной системы является «отражённой», осуществляется в ответ на воздействия из внешней или внутренней среды [14].

В этом определении честь иметь рефлексы принадлежит только живым организмам, и то не всем, а только тем, у которых есть нервная система, хотя он и заимствован из области физических явлений. Но любая реакция любой системы, даже простейшей – это, по сути, рефлекс. И рефлекс вызывается не центральной нервной системой, а внешним раздражителем. Нервная система, если она у системы есть, только лишь принимает участие в реализации рефлекса, совместно с элементами исполнения. А если её у системы нет, то любой другой блок управления реализует соответствующий рефлекс. Нервная система является всего лишь блоком управления определённой сложности.

Любая реакция систем и любой рефлекс направлены на выполнение какой-либо определённой цели. Чем сложнее рефлекс, тем лучше выполняется цель системы. Рефлексы могут быть строго локальными, работающими в весьма ограниченной области, например, управляя только одним сфинктером (аксон-рефлекс). Они могут быть также и весьма обширными, генерализованными, каким, например, является рефлекс плача или смеха, могут быть безусловными и условными, вегетативными и двигательными, и любой степени сложности. Любой рефлекс реализуется элементами блока управления соответствующей сложности, и каждый рефлекс предназначен для реализации какой-либо строго определённой специфической программы действий (специфической реакции) для достижения строго определённой цели в ответ на строго определённое внешнее воздействие.

Нет никаких оснований исключать существование, например, внутриклеточных рефлексов, осуществляемых на уровне биохимических реакций или других, неизвестных нам пока механизмов. Мы привыкли связывать слово «рефлекс» с деятельностью нервной системы, но само значение слова «рефлекс» означает «отражение» в смысле реакции на что-то. Любое срабатывание блока управления есть рефлекс, независимо от того, что срабатывает – биологический объект или неживая конструкция. Поэтому реакции даже неживых систем также являются рефлексами. Исторически сложилось так, что слово «рефлекс» мы всегда применяем в приложении к биологическим объектам, но нигде не написано, что рефлекс обязательно нужно применять только в приложении к функциям нервной системы.

Да, нервная система является одним из наиболее известных элементов различных рефлексов. Но кроме неё есть ещё и гуморальная регуляция (гормональная, простагландиновая, метаболическая и т.д.), которая также должна включать в себя множество собственных рефлексов. Биохимия клеток включает в себя множество регуляторов. Мы знаем, что продукты химических реакций являются ингибиторами этих реакций, т.е., по мере нарастания концентрации продуктов реакции ход этой реакции замедляется. Чем не ООС? Отсюда, зная, что блок управления определяет систему, можно выявлять соответствующие системы организма на всех уровнях, от глобальных межтканевых и многоструктурных систем до внутриклеточных и межмолекулярных. Для этого нужно всего лишь выявить какой-либо рефлекс и по нему определить систему, охваченную этим рефлексом. Т.е., выявляя рефлексы можно выявлять системы живого организма.

Что нам даёт знание о том, что в состав любой системы входит блок управления? Все виды рефлексотерапии, включая все более или менее пока ещё экзотические виды восточной медицины, такие как иглотерапия или прижигания, основаны на воздействии на вегетативные блоки управления.

Но не только для рефлексотерапии важно понятие о блоках управления. Без учёта наличия блока управления мы не можем лечить любые болезни, потому что их патогенез включает в себя нарушения или смещения уставки в блоках управления. В то же время сегодняшние принципы фармакологической терапии полностью игнорируют факт наличия в системах организма блоков управления. Например, при артериальной гипертонии (АГ) мы назначаем различные сосудистые релаксаторы и диуретики, пытаясь снизить АД у больного. Но в организме больного есть система стабилизации артериального давления (ССАД), блок управления которой по какой-то причине «решил» сохранять повышенное давление (принял новую уставку). Мы можем пытаться снизить его, но ССАД будет пытаться поднять его, поскольку у неё есть своя уставка (своя цель) – создать и сохранить увеличенное АД. За этим следит её блок управления. Поэтому нам не удаётся полностью вылечить АГ, если мы не устраняем причину (радикальное лечение), из-за которой ССАД «решила» поднять АД. Назначение только сосудистых релаксаторов и диуретиков является всего лишь паллиативным и симптоматическим лечением..

Так как блок управления в организме самообучающийся, он со временем находит пути решения своих проблем. Применяемые препараты становятся привычными и нам приходится менять дозировку или лекарственные препараты. Если же мы найдём причину, по которой система стабилизации «решила» поднять АД, и ликвидировать эту причину, то сумеем внедрить в блок управления новую уставку, и только тогда система стабилизации возможно снизит АД до нормального.

Существуют блоки управления (системы управления) простые и сложные, с управлением по рассогласованию и по упреждению и т.д., но всегда их основная задача – привести к соответствию между заданной целью и результатом действия. Например, металлический стержень является полноправной системой, несмотря на его кажущуюся простоту. Основной целью этой системы (стержня) является стабильность её формы. Цепи управления (петли ППС и ООС) осуществляются на уровне межмолекулярных (или межатомных) связей. Если какая-то внешняя сила начнёт изгибать этот стержень, эти силы будут сопротивляться изгибанию с тем большей силой, чем больше сила изгибания, до определённого предела, зависящего от ресурсов стержня. Но сила сопротивления будет точно соответствовать силе воздействия. Иначе в ответ на сгибающую силу стрежень согнётся в сторону, противоположную силе сгибания. Следовательно, блоку управления удаётся управлять элементами исполнения стержня таким образом, что форма стержня сохраняется в точности заданной. И так до тех пор, пока хватает его СФЕ. Когда ресурсы заканчиваются, стержень уже не может противостоять силе сгибания и начинает сгибаться. Если устранить внешние силы, то силы межмолекулярных связей вернут форму стержня в прежнее состояние, если только не произошло необратимой деформации.

В живых организмах блоки управления выполняют соответствующие рефлексы. Причём, как уже неоднократно было отмечено, к рефлексам, необходимо относить не только цепи управления, включающие в себя нервные структуры, но и гуморальные контуры (гормональные, простагландиновые, метаболические и т.д.). Например, тканевые прекапиллярные сфинктеры могут срабатывать от изменения рН среды и без участия нервных структур. Внутриклеточные рефлексы также срабатывают без участия нервных структур, на уровне законов химических реакций.

Самоорганизующиеся системы.

Богданов показал, что существует два способа образования (организации) систем. По первому способу система возникает как минимум из двух объектов любой природы посредством третьей сущности – связи (синтез, генерация). По второму способу система образуется за счёт распада (деструкции, дегенерации) ранее существующей более сложной системы [6]. Следовательно, систему можно построить (организовать) из новых элементов (перестроить, реорганизовать) за счёт включения в её состав дополнительных элементов, или путём исключения из её состава ненужных элементов.

По-видимому, существует и третий способ реорганизации систем – замена старых или изношенных частей на новые (структурная регенерация), и четвертый – изменение связей между внутренними элементами системы (функциональная регенерация).

Генерация (первый способ реорганизации) – это процесс положительной энтропии (от простого к сложному, усложнение систем). Новая система образуется за счёт увеличения состава её элементов. Этот процесс происходит за счёт появления дополнительных связей между элементами и поэтому требует энергии и притока новых элементов (веществ).

Дегенерация (второй способ реорганизации) – это процесс отрицательной энтропии (от сложного к простому, упрощение систем). Новая система образуется за счёт уменьшения состава её элементов. Этот процесс выделяет энергию и элементы из своего состава.

Оба способа используются для создания новых систем с новыми целями. В первом случае получается усложнение систем, во втором – их упрощение или разрушение.

Структурная регенерация (третий способ реорганизации) используется для сохранения и восстановления состава систем. Она используется в виде обмена веществ (см. ниже) у живых систем, но при этом система и её цели не меняются. Этот процесс требует энергии и потока веществ для восстановления СФЕ.

Функциональная регенерация (четвёртый способ реорганизации) используется для работы самих систем. Сам принцип функционирования систем напоминает процессы генерации и дегенерации. Во время наращивания функций система включает очередные СФЕ, как-будто бы строя новую более мощную систему с большим числом элементов (генерация). Во время снижения мощности функций система выключает очередные СФЕ, опять как-будто бы строя новую систему с меньшим числом элементов (дегенерация). Но это всё обратимые изменения системы, возникающие в ответ на внешнее воздействие, которые осуществляется за счёт изменения состояния её элементов и использования ППС, ООС и эффекторов. При этом состав системы как бы меняется в зависимости от цели. У неё появляются активные и пассивные (резервные) СФЕ. Этот процесс требует энергии и требует потока веществ для восполнения энергии, но сам по себе (первично) не требует потока веществ для восстановления СФЕ. Однако в результате функционирования происходит изнашивание и разрушение СФЕ, поэтому функциональная регенерация сопровождается дегенерацией и уже по этой причине вторично требует потока веществ (обмена веществ) для восстановления СФЕ.

Каким образом происходит организация (построение) системы? Кто принимает решение об организации или реорганизации систем? Кто строит блок управления новой или реорганизованной системы? Кто задаёт уставку – задание для системы? Почему петля ООС строится для выполнения именно данного условия? Прежде чем попробуем ответить на эти вопросы, отметим следующее.

Во-первых, необходимо наличие кого-то или чего-то «заинтересованного» в новом качестве результата действия, кто (или что) определит это условие (поставит цель), построит блок управления и задаст ему уставку.

Этим «заинтересованным» может быть, например, человек, который строит что-то и ему нужны системы с заданными свойствами. Он может построить тот же гвоздь или космический корабль для определённых целей.

«Заинтересованным» может быть также случай в паре с естественным отбором, когда путём большого количества случайного перебора могут возникнуть соответствующие комбинации элементов и их взаимодействий, наиболее устойчивые в данных условиях внешней среды. Таким образом, внешняя среда ставит условия, а случай строит системы под эти условия. Здесь мы не рассматриваем условия, в которых осуществляется генерация или дегенерация, и которые связаны с избыточностью или недостатком энергии (с положительной или отрицательной энтропией). Мы рассматриваем только необходимость и целесообразность создания систем (принцип задания цели). Мы также не рассматриваем причины случайности.

Чем больше сложность системы, тем больше вариантов перебора должно быть, тем больше времени на это требуется, по закону больших чисел. Не зря биологическая эволюция длится многие миллиарды лет.

Но в любом случае любые системы строятся под какие-то определённые цели. Цель – это и есть «заинтересованность». Здесь мы не будем рассматривать теософские и прочие причины «заинтересованности» и оставим этот вопрос открытым. Отметим лишь, что цель задаётся любым системам извне, будь то случай, человек, естественный отбор, другой мир или что-либо иное.

Но мы не можем обойти вниманием следующее очень существенное для биологических систем следствие. Выживаемость является одной из основных целей любого живого организма. А поскольку цель задаётся извне, то и выживаемость является чем-то, задаваемым нам извне, и не является чем-то, что исходит из наших внутренних побуждений. Другими словами, хотя цель выжить и является нашим внутренним побуждением, но кто-то или что-то извне когда-то в нас это внедрил. А до внедрения это не было «нашим».

Во-вторых, для того, чтобы в принципе была возможность построения систем с любым блоком управления, даже простейшим, необходимо наличие таких элементов, качества результатов действия которых принципиально давали бы эту возможность. Это вытекает из закона сохранения и закона причинно-следственных ограничений – ничто само собой не происходит. Эти элементы должны иметь входы внешнего воздействия (обязательно), входы уставки (необязательно для неуправляемых СФЕ) и выходы результата действия (обязательно). Выходы и входы должны иметь возможность взаимодействовать между собой и это реализуется комбинацией гомореактивности и гетерореактивности элементов.

Физическая гомореактивность – способность элемента давать такой же вид результата действия, каким является внешнее воздействие (давление → давление, электричество → электричество, и т.д.). При этом характеристики физических параметров не меняются (10 гр → 10 гр, 5 mV → 5 mV и т.д.). Гомореактивные элементы являются передатчиками действий.

Физическая гетерореактивность – способность элемента в ответ на внешнее воздействие одного физического рода давать результат действия другого физического рода (давление → частота электрических импульсов, электрический ток → поворот оси вала, и т.д.). Гетерореактивные элементы являются преобразователями действий.

Элементами с физической гетерореактивностью являются, например, все рецепторы живого организма (преобразуют сигналы измеряемых параметров в пачки нервных импульсов), сенсоры измерительных приборов, рычаги, валы, плоскости и т.д. Ими могут быть любые материальные вещи окружающего нас мира, удовлетворяющие условию гетерореактивности.

Химические реакции также подпадают под разряд физических, поскольку химические реакции – это перенос электронов с одних атомов на другие. Химия – это особый раздел физики.

Логическая гетерореактивность – способность элемента в ответ на внешнее воздействие одного физического рода давать результат действия того же физического рода (давление → давление, электрический ток → электрический ток и т.д.), но с другими характеристиками (10 гр → 100 гр, 5 mA → 0.5 mA, 1 Hz → 10 Hz, 5 импульсов → 15 импульсов и т.д.). Усилители, преобразователи кода, логические компоненты электроники – это всё примеры элементов с логической гетерореактивностью.

Нейроны не обладают физической гетерореактивностью, поскольку они могут воспринимать только потенциалы действия и их же генерировать. Но у них есть логическая гетерореактивность, они могут преобразовывать частоту и число импульсов. Они преобразовывают не сам физический параметр, а его характеристики.

Любая система состоит из элементов, исполнительных и управляющих. В то же время любой блок управления любых систем сам состоит из каких-то частей (элементов). Следовательно, он также попадает под определение систем. Т.е., блок управления и его части сами являются определёнными системами (подсистемами) с определёнными целями, и они имеют собственные исполнительные элементы и локальные блоки управления, управляющие этими исполнительными элементами. Обязательным условием для части из них является их способность к гетерореактивности того или иного рода. Эффект их управляющего действия заключается только в их взаимном расположении. В локальный блок управления вводится уставка (задание условия, цель), и он постоянно следит за тем, чтобы результат действия всегда соответствовал уставке. При этом уставка может задаваться извне другой системой, внешней по отношению к данной, или самообучающийся блок может «решить» сам изменить параметры уставки (но не цель). Следовательно, элементы управления могут быть такими же, как и элементы исполнения. Разница только во взаимном расположении. Директор предприятия такой же человек, как и рядовой инженер или рабочий.

Все элементы системы, исполнительные и управляющие, построены по определённой схеме, конкретной для каждого конкретного случая (для каждой конкретной цели), но все они должны иметь «выход», откуда выходит результат действия данного элемента и два «входа» – для внешнего воздействия и для входа уставки.

Если выходы каких-либо элементов соединены с входами для внешних воздействий других элементов, такие элементы являются исполнительными (рис. 31А). В этом случае исполнительные элементы являются преобразователями одних результатов действия в другие, потому что результаты действий систем-доноров являются внешним воздействием для систем-реципиентов (для исполнительных элементов). Они (внешние воздействия) как бы входят в систему и выходят из неё уже преобразованными в виде новых результатов действия.

А В

Рис. 31. Некоторые варианты взаимодействия элементов системы.

А – взаимодействие типа выход-вход: обе системы являются исполнительными элементами; В – взаимодействие типа выход-уставка: система «А» как управляющий элемент, а система «В» как исполнительный элемент.

Если выходы элементов соединены с входами уставки других элементов, такие элементы являются управляющими и входят в состав блока управления (рис. 31В). В этих случаях результат действия одних систем является уставкой (директивой) для исполнительных элементов, директивой как преобразовывать результаты действия систем-доноров в результаты действия систем реципиентов.

Но всегда при соединении выходов и входов выполняется закон однородности действий и однородной интерактивности (гомореактивности) соединения выход-вход. Если, например, результатом действия элемента-донора является давление (системы «А»), то вход внешнего воздействия (система «В» на рис. 31А) или уставки (система «В» на рис. 31В) элемента-реципиента должен быть способен реагировать именно на давление, иначе взаимодействие между элементами невозможно.

В третьих, для того, чтобы «влезть» в управление других систем, у данной системы должна быть физическая или какая-либо другая возможность присоединить собственный выход результата действия или собственный стимулятор ко входу уставки какой-либо другой системы. В этом случае эта другая система становится подсистемой, подчиняющейся данному блоку управления. Т.е., системы должны иметь физическую возможность совмещать выходы своих стимуляторов и/или результатов действия с входами уставки других систем. Для этого они должны быть подвижны.

Если системы свободно двигаются в пространстве, они могут случайно или не случайно соединяться своими выходами-входами и образовывать новые системы. Случайно образовались органические вещества (СФЕ с простейшими блоками управления) в первичном океане Земли. Случайно из них образовались первичные агрегаты из органических молекул (системы с простыми блоками управления). Случайно из них образовались первичные организмы (системы с простыми и сложными блоками управления). Случайно развились из них более сложные организмы (системы со сложными, с самообучающимися и интеллектуальными блоками управления). Случайно, но по закону эволюции видов – выживает сильнейший, т.е., наиболее приспобленый к данным условиям проживания. Тот, у кого случайно или не случайно блоки управления оказались лучше, у него больше шансов на выживание (здесь мы не касаемся причин «случайности» или «целенаправленности»).

Следовательно, для самоорганизации, случайной или целенаправленной, одним из главных условий является возможность присоединения выхода результата действия одной системы или её стимулятора ко входу уставки другой системы на принципе гомореактивности (давление → давление, температура → температура и т.д.). Для этого системы должны быть подвижны.

Если система уже построена в «железе», то такой возможности (создания новых видов связей) у её элементов нет. Если перерезать какой-нибудь двигательный нерв, то соответствующие мышцы не будут сокращаться, несмотря на то, что и они исправны, и все мозговые структуры исправны. Эти структуры не могут управлять мышцами потому, что не могут физически совместить свои стимуляторы или выходы результатов действия (аксоны) с входами уставок этих мышц (синапсами).

Если нарушена ООС, система также не сможет адекватно реагировать на внешние воздействия. У больных с повреждениями спинного мозга на уровне С5-С6 нарушается вегетативная баро- и хеморецеция (нарушается ООС), потому что соответствующие нервные проводники проходят в боковых рогах спинного мозга и повреждаются при травме. Поэтому у таких больных кроме тетраплегии (паралича мышц тела) развиваются различные тяжелые нарушения регуляции АД. У них поражается система стабилизации АД за счёт отключения её ООС.

Если нарушен сам блок управления, система также перестаёт нормально функционировать. У больных с первичной альвеолярной гиповентиляцией поражен дыхательный центр, расположенный в стволе головного мозга (нарушен блок управления) и они не могут нормально регулировать вентиляцию лёгких. Поэтому у них развивается альвеолярная гиповентиляция со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Если системы подвижны, то такое становится возможным. Если совместить друг с другом концы разрезанного нерва, то появится шанс на восстановление двигательной активности парализованной мышцы.

Различные химические вещества, плавая в растворе, могут «захватывать» другие (совмещать свои выходы результата действия с входами уставок других систем) и образовывать более сложные конгломераты, которые в дальнейшем также могут захватывать другие конгломераты по тому же принципу захвата. Главным условием образования новых систем является возможность соединения выхода результата действия или стимулятора одних систем с входами уставки других систем на принципе гомореактивности соединений выход-вход.

Есть типы устройств, где требование физической подвижности необязательно и тем не менее потоки информации из одной системы могут перетекать в блоки управления других устройств. Это так называемые релейные сети, например, компьютерные управляющие сети, кора головного мозга и т.д., в которых возможна виртуальная подвижность, т.е., возможность переключения потоков информации. В таких сетях информация может перекачиваться в тех направлениях, в которых требуется.

Например, ноги человека предназначены для ходьбы, а руки – для рукоделия. Каким образом осуществляется предназначенность? Руки и ноги в общем устроены одинаково, те же кисти, те же пальцы (те же исполнительные элементы). Тем не менее, ногами, например, практически невозможно причесаться. Почему? Потому, что в головном мозгу есть определённые стереотипы движений, без которых и руки не руки, и ноги не ноги. Но нам известны случаи, когда человек лишался обеих рук и, тем не менее, с помощью ног прекрасно управлялся со многими бытовыми делами и даже выступал в цирке. Как это было возможно? В его мозгу произошла перестройка, он поменял стереотипы. Мозговые структуры, которые прежде управляли руками, «перекачали» свои «базы знаний» в те мозговые структуры, которые управляют ногами. Всё это кора головного мозга смогла сделать только благодаря тому, что у неё есть свойство релейных цепей, т.е., возможность переключать потоки информации в нужных для данной цели направлениях.

При первичной альвеолярной гиповентиляции поражается дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозгу. У таких больных нет нормальной регуляции дыхания, потому что пораженный дыхательный центр не «чувствует» повышения СО₂ в крови. Они мало дышат, СО₂ в крови растёт, О₂ в альвеолярном воздухе падает, из-за рефлекса Эйлера-Лильёстранда сосуды лёгких спазмируются и развивается вторичная лёгочная гипертония с последующей перегрузкой миокарда правого желудочка и сердечной недостаточностью. И всё это только потому, что больной мало дышит. Такого больного можно научить правильно дышать, ориентируясь по другим признакам, например, по чувству лёгкого головокружения от гипервентиляции, т.е., создать новый стереотип дыхания, создать корковый виртуальный дыхательный центр. Это пример практического использования самоорганизации систем в медицине.

Организация и реорганизация систем может быть случайной и целенаправленной. При случайной организации или реорганизации нет специального блока управления, который имеет цель и решение о постройке новой системы, да ещё в таких подробностях, что, например, такой-то выход стимулятора нужно соединить с таким-то входом уставки. Случайность определяется вероятностью. Здесь работает закон больших чисел, который гласит: «если что-то может произойти теоретически, то при достаточно большом числе случаев это обязательно произойдёт». Чем больше число случаев, тем больше вероятность появления любых систем, удачных и неудачных, потому что случайность строит системы, вероятность задаёт их конфигурацию, а внешняя среда производит естественный отбор. Поэтому эволюция длится очень долго, перебирая многие и многие случаи (варианты развития). Поэтому и происходят различные комбинации соединений частей систем. Поэтому могут образоваться как нежизнеспособные монстры, так и наиболее приспособленные к данным условиям. Слабые уничтожаются, а сильные передают свои «базы знаний» и «базы решений» своим поколениям в виде генетически закреплённых признаков и инстинктов.

При организации систем не столь важно, какой блок управления имеют соединяющиеся (организующиеся) системы, простейший или сложный. Важно только чтобы выходы стимуляторов или результатов действия одних систем соединялись с входами уставки других. Блоки управления объединяющихся систем могут быть любыми, от простейшего, до самообучающегося. При этом, даже если самообучающийся блок (т.е., достаточно развитый) не «захочет» соединить свой вход уставки с выходом стимулятора или результата действия другой системы, даже простейшей, он всё равно ничего не сможет сделать, если он не сможет уберечь свой вход уставки. Вирус «не спрашивает разрешения» у клетки, когда «перекачивает» свою генетическую информацию в её ДНК.

Решение о перестройке системы (целенаправленность) может приходить извне, от более высокой на лестнице иерархии управляющей системы. Это пассивная целенаправленность, потому что инициатива приходит извне. Внешняя система как-бы «говорит» данной системе: «Как только увидишь такую-то систему, сразу присоединяй её к себе». Система может делать активные действия для такой организации, но это ещё не самоорганизация, а навязанная (принудительная, директивная) организация.

Но если у самих систем «возникает мысль», что «неплохо было бы вон ту зелёную штучку, что прилипла ко мне, включить в собственный состав, поскольку опыт показал, что она может поставлять мне глюкозу из СО₂ и света», это уже самоорганизация. Таким образом, возможно, когда-то очень давно хлорофилл был включен в состав водорослей. Скорее всего это произошло не целенаправленно, а случайно (случайная организация), поскольку мы не можем быть уверены, что у тех древних водорослей был самообучающийся блок управления, а самостоятельно «мысль» возникнуть может у систем только с таким блоком управления. Этот пример приведен только для иллюстрации того, что мы называем самоорганизующейся системой.

Но мысль взять палку в руки, чтобы удлинить свою руку и достать с дерева высоко висящий плод – это уже прерогатива только высших животных и человека и это является настоящим примером самоорганизации.

Только системы с самообучающимся блоком управления могут правильно оценить внешнюю ситуацию и значение всего нового, что окружает данную систему и сделать вывод о целесообразности перестройки. Это уже активная целенаправленность, потому что инициатива возникла внутри данной системы, она сама «решила» и никто ей этого «не навязывал». Внешняя среда диктует условия существования системам (цель системы), а у системы есть право выбора решений о своих действиях в зависимости от этих условий, осуществляемое на основе её собственных ресурсов (числа и типа её СФЕ) и содержимого её «базы знаний» и «базы решений» (её опыта). Одним из таких решений может быть решение о собственной перестройке и изменении свой структуры с целью лучшей адаптации под внешние условия. Чем больше число СФЕ и разнообразнее их типы и чем больше её «база знаний» и «база решений», тем лучше системы выполнит её цель. Поэтому решение о времени и характере реорганизации система принимает сама на основе своего личного опыта и возможностей. Но только системы с самообучающимся блоком управления могут инициировать собственную активную целенаправленность, могут быть сознательно самоорганизующимися. Так человек усилил возможности своего тела, изобретя инструменты труда и пользуя медицину.

Ещё раз следует отметить, что решение о самоорганизации не указывает на свободу выбора цели системы, а является свободой выбора её действий для достижения цели, заданной извне, включая выбор решения о собственном переустройстве для лучшей реализации цели. Чтобы лучше выполнить свою цель, например, выжить в таких-то условиях, система реорганизуется, чтобы лучше адаптироваться к внешним условиям и поднять свои шансы выжить.

Обмен веществ и виды самоорганизации.

Любые системы постоянно подвергаются различным внешним воздействиям, которые рано или поздно разрушают их. Наш Мир находится в постоянном и беспрерывном движении. Скорости этого движения могут быть различными: где-то события происходят раз в миллионы лет, а где-то – миллионы раз в секунду. Но, по всей видимости, невозможно найти уголок во Вселенной, где бы не было какого-либо движения, теплового, электрического, гравитационного и пр. Следовательно, всегда есть взаимодействие между системами, всегда есть износ и разрушение СФЕ систем, всегда есть процесс отрицательной энтропии. Любые системы всегда реорганизуются по механизму распада более сложных ранее существующих систем, они стареют (дегенерируют).

Разрушение – это процесс потери системами своих СФЕ. В этом суть отрицательной энтропии

Системы минерального мира (кристаллы, любые другие аморфные, но неживые тела, газообразные облака, планетарные, звездные и галактические системы) постоянно испытывают различные внешние воздействия и рассыпаются с той или иной скоростью за счёт потерь своих СФЕ. Минеральный мир стареет и изменяется, потому что работает закон отрицательной энтропии – от более сложного к более простому.

В минеральном мире усложнение (генерация) может быть только при избытке внутренней энергии или при постоянном её притоке извне. Так в термоядерном котле обычных звёзд синтезировались ядра сложных атомов вплоть до железа. Но энергии таких котлов уже недостаточно для образования более тяжелых ядер. Все остальные более тяжелые ядра образовались при взрывах сверхновых звёзд, при сверхмощных выделениях энергии. Поэтому, образно говоря, что наши с вами тела построены из пепла звёзд. Но как только заканчивается энергия термоядерного синтеза, звезда начинает умирать, проходя через определённые фазы. Мы ещё не знаем всех фаз развития и смерти звёзд, но если не «предпринять каких-либо мер», то по истечении очень длительного времени рассыпятся не только звёзды, но даже и атомы и их составляющие – протоны, нейтроны и электроны. Так свободный нейтрон, «незащищенный» внутриядерной системой, распадается на протон, электрон и нейтрино в течение примерно 15 минут. Следовательно, атомарная и внутриядерная системы являются системами стабилизации нейтрона, предохраняющими атом и его элементы от распада. Но даже такие стабильные и, казалось бы, вечные звёздные образования, как «чёрные дыры» со временем «испаряются», растрачивая свою массу на гравитационные волны. Если нет притока энергии, то система будет только рассыпаться и терять свои СФЕ. Это однозначно следует из законов термодинамики. Впереди грядёт так называемая «тепловая энтропийная смерть».

Разрушение систем под действием внешней среды – это принудительная энтропийная реорганизация (дегенерация), но не самоорганизация. У объектов минерального мира есть только пассивные средства защиты от разрушения и одним из основных способов защиты является объединение элементов именно в систему (генерация). Следовательно, появление систем и их эволюция в минеральном мире является средством защиты элементов систем от разрушения. Один в поле не воин и система всегда сильнее одиночек. Образование связей между элементами и возникновение систем в минеральном мире по типу генерации является пассивным способом защиты элементов против разрушающего действия отрицательной энтропии. Самые слабые тела – это ионные и газовые облака, самые крепкие – кристаллы. Однако все они не могут сколь угодно долго противостоять против внешних воздействий, потому что реагируют лишь после их появления, и они не могут противостоять энтропии. Вода камень точит.

Следовательно, для защиты от разрушения одних только пассивных средств недостаточно. Какими бы ни были кристаллы твердыми и крупными, со временем и они рассыпаются. Чтобы сохранить систему от разрушения нужно постоянно восполнять разрушенные части. Но системы минерального мира этого делать не могут.

Системы растительного, животного и мира человека также испытывают различные внешние воздействия и также рассыпаются (изнашиваются) с той или иной скоростью. И это происходит по той же причине, работает тот же закон отрицательной энтропии – от более сложного к более простому (дегенерация). Но эти системы отличаются от систем минерального мира тем, что они активно пытаются противостоять разрушению путём постоянного обновления состава своих СФЕ. Это обновление происходит за счёт постоянной постройки новых СФЕ взамен разрушенных. Этот процесс обновления разрушаемых СФЕ и является структурной регенерацией – целенаправленным обменом веществ. Обмен веществ живых организмов является активным способом защиты систем от разрушающего действия отрицательной энтропии (от дегенерации).

В минеральном мире также может быть обмен веществ, но он принципиально отличается от обмена веществ любых живых систем. Кристаллы растут из перенасыщенного солями раствора, атмосфера обменивается с морями водой и газами, автомобильные и прочие двигатели внутреннего сгорания потребляют горючее и кислород и выделяют углекислый газ. Но если кристалл вынуть из солевого раствора, он будет только разрушаться и не будет предпринимать никаких мер по сохранению своего состава. Когда в автомобильном двигателе изнашивается распределительный вал, то автомобиль сам ничего не делает для того, чтобы его заменить. Вместо него это делает человек.

Любые действия системы, направленные на замещение разрушенных и утерянных СФЕ – это уже самоорганизация, которая в живом мире носит название структурной самореорганизации или обмена веществ. В минеральном мире структурной самореорганизации нет.

Любая живая система, независимо от её сложности, будет предпринимать определённые действия для сохранения своего состава. Причём в живых системах всегда есть два потока веществ – энергетический и «строительный». Энергетический предназначен для того, чтобы обеспечить энергией любые действия систем, в том числе и для структурной самореорганизации, потому что необходимо каждый раз строить новые связи, требующие энергии (регенерация). «Строительный» поток веществ идёт только на структурную регенерацию, т.е., на замену изношенных СФЕ на новые (в данном случае мы не рассматриваем рост системы, т.е., генерацию). Поэтому, когда мы говорим о самореорганизации, имеем ввиду именно «строительный» поток веществ, хотя без энергии самореорганизация невозможна.

Миокард сердца человека полностью обновляет (регенерирует) свой молекулярный состав примерно за месяц. Это значит, что его миокардиоциты, вернее их элементы (миофибриллы, саркомеры, органеллы, мембраны и пр.) постоянно изнашиваются и разрушаются, но с той же скоростью постоянно строятся вновь [27]. Внешне мы можем видеть одну и ту же миокардиальную клетку, но с течением времени её молекулярный состав полностью обновляется. Износ элементов миокарда происходит постоянно, и если нагрузка на миокард увеличивается, то и износ усиливается. И если скорость регенерации миокардиальных элементов, например, саркомеров, будет меньше скорости их износа и разрушения, то возникнет миокардиальная недостаточность, например, по типу миокардиодистрофии. Там где перегрузка, там чаще ломается.

На протяжении жизни человека тип организации меняется. В начале жизни происходит организация за счёт включения в свой состав новых дополнительных элементов (генерация, организм растёт и развивается), а с середины жизни преимущественно происходит дегенерация – процесс разрушения (распад ранее существующей более сложной системы). Но это уже частности, связанные с несовершенством реальных живых систем. Для любой системы главная цель – быть в этом Мире, а для этого она должна противодействовать разрушительным воздействиям, и для этого у неё должны быть определённые СФЕ, с помощью которых она действует, которые постоянно разрушаются и которые нужно постоянно обновлять, т.е., заново строить. В регенерации суть самореорганизации с помощью обмена веществ.

Следовательно, живой мир от неживого отличается прежде всего обменом веществ, направленным на сохранение своего состава – структурной регенерацией.

В принципе любая реакция любых систем направлена на сохранение самих систем. Об этом заботится блок управления систем, используя для этого все свои возможности – ППС, ОСС, анализаторы для управления СФЕ. Но в минеральном мире есть только пассивные способы защиты. И когда система минерального мира теряет свои СФЕ, она ничего активно не делает, чтобы их заместить, потому что у неё нет для этого специальных элементов. Она посопротивляется внешнему воздействию, но не более того.

В растительном, животном и мире человека системы также не могут пассивно успешно противостоять против разрушительного действия внешней среды, они также разрушаются, но у них кроме пассивных уже есть активное средство восстановления разрушенных частей – обмен веществ, направленный на замещение потерянных СФЕ (структурная регенерация). И для этого у них есть специальные элементы, объединенные в специальную систему – систему обмена веществ. В нашем организме эта система включает в себя другие подсистемы: систему пищеварения, иммунную систему и системы выделения.

В рамках данной книги мы не будем рассматривать все подробности системы обмена веществ, но рассмотрим некоторые основные механизмы этой системы. Обмен веществ использует два механизма так называемой генетической регенерации – размножение самих систем (родитель помрёт, но дети останутся) и размножение элементов систем (регенерация элементов клеток и самих клеток тканей). Эти способы сохранения систем достаточно эффективны. Мы знаем, как трудно избавиться от сорняков на поле. Нам также знакомы секвойи возрастом в несколько тысяч лет.

На уровне отдельных особей вида (размножение элементов систем) эта генетическая система проявляет себя как система с простым блоком управления, как простой автомат, потому что у молекулы ДНК нет дистанционных сенсоров, нет анализатора-коррелятора и у неё невозможно выработать условные рефлексы за время жизни одной особи. Но на уровне вида живых систем (размножение самих систем) генетический механизм проявляется себя уже как система с сложным блоком управления, потому что он «знает» о пространстве и есть коллективная память по типу условных рефлексов и самообучаться может (приспособление видов). Как будто бы существует некий надвидовой механизм (сверх-система), в котором происходит генетическое накопление коллективного опыта, который затем проявляется в виде инстинктов на уровне отдельных особей вида. Этот групповой генетический механизм следит за тем, чтобы помидор был похож на помидор, таракан на таракана, а шимпанзе на шимпанзе, и поведение систем было соответствующим.

Мы ещё не знаем всех деталей этого механизма, хотя и построены геномы многих живых организмов, включая человека. Мы знаем, что в генах записана генетическая информация о том, как построить тот или иной белок, но мы пока не знаем, каким образом задаётся, например, форма носа, построенного из этого белка. Мы знаем ген, который отвечает за выработку пигмента, который окрашивает радужную перегородку глаза, но не знаем, каким образом кодируется форма и размер этой перегородки. Возможно, этот механизм реализован на самой ДНК лишь частично, потому что геном насекомого намного больше похож на геном, скажем, человека, чем само насекомое похоже на человека. Мы не знаем, каким образом программируются усики какого-либо насекомого и именно такой-то длины, где записано, что у него должно быть именно восемь ног или один рог на голове. И почему из этих белков, которые запрограммированы в каком-либо гене ДНК, здесь должны собираться конструкции именно в форме усиков, а в другом месте в форме трубочек кишечника.

Молекулы белка являются очень сложными и гигантскими по молекулярным меркам образованиями с очень сложной трёхмерной конфигурацией. Возможно, отдельные молекулы определённых видов белков случайно или неслучайно могут таким образом подходить друг к другу, что из них, как в пайзеле, может собираться только определённой формы белковый конгломерат. И таким образом можно объяснить и форму и размеры белковых конструкций. Мы можем также предположить, что случайно собранные неудачные формы были отбракованы эволюцией, а удачные целенаправленно закрепились в генах. Следовательно, различие формы органов, построенных из одинаковых белков, объясняется различием 3-х мерного строения молекулы белков? Может быть...

Но почему один и тот же кератин (одна и та же стереоформа) здесь формируется в виде надкрыльников, а там – в виде рогов, или каких-либо перегородок внутри тела насекомого? ДНК программирует только строительный материал – белки («кирпичи» для постройки здания), потому что в ней записано только лишь как построить эти белки, но не саму конструкцию (здание) – органы, которые построены из этих белков. Где записан «чертёж всего здания», где записана его форма? В «другом мире»? Ответов пока нет.

Генотип шимпанзе отличается от генотипа человека всего лишь на 2%, но насколько внешне они различны. Насколько же отличается генотип китайца от, скажем, генотипа испанца, или пигмея? Однако между этими расами всё равно есть существенное внешнее отличие. Следовательно, не трёхмерная конструкция молекул определяет конструкцию органов, построенных из этих молекул. Этот вопрос ещё ждёт ответа.

Таким образом, у живых систем есть целенаправленная генетическая структурная регенерация, назначение которой – постоянное обновление элементов системы. Генетический механизм использует «базу данных», записанную в ДНК и реализуемую с помощью РНК. Если бы не было сбоев в этой системе, то не было бы мутаций и не было бы изменчивости видов.

Однако «сбойный» механизм мутирования слишком подвержен случайностям и не может быть целенаправленным именно в силу случайности (случайная самоорганизация). И если случайность обусловлена какой-либо целенаправленностью из «другого мира», например, «божественной», то у систем отбирается их «священное» право собственного выбора путей решения поставленных перед ними целей-заданий. А если случайность является объективной реальностью нашего мира, не зависящей от никаких других сущностей, то она просто мешает системам решать поставленные перед ними задачи.

Половой механизм мутирования позволяет производить отбор по каким-либо признакам, и это уже целенаправленная мутация (целенаправленная самоорганизация). Этот механизм может менять свою программу при очередной смене фаз жизни (личинка → куколка → бабочка), а также при перекрёстных спариваниях, но возможности такой перемены всё равно очень ограничены. У волка никогда не родится тигр и не отрастёт хобот, если он вдруг понадобится, во всяком случае не в течение жизни одного поколения.

Но если мне именно сейчас понадобилось «перестроить», например, руку, чтобы удлинить её и сорвать плод с дерева, тогда что же, мне ждать несколько поколений, чтобы моя рука выросла и удлинилась? Нельзя ли перестроится, не используя обмен веществ?

Можно, если добавить «сознательную» самоорганизацию. У всех живых существ, включая и человека, есть генетическая система случайной и половой самоорганизации и в этом смысле человек является таким же животным, как любое другое животное. Но сознательный и целенаправленный тип самоорганизации есть только у человека. Системы с заданными (целевыми) свойствами всегда будут образовываться лишь в том случае, если организация или реорганизация систем целенаправленная. Только блок управления «знает» о цели системы и только он может принимать решения, в том числе о перестройке системы. Но не каждый блок управления подходит для целевой перестройки. Для того, чтобы решить, что «вон ту систему» нужно присоединить к себе, нужно «видеть» эту систему, знать её свойства, оценить и определить, подходят ли эти свойства для достижения собственной цели ещё до начала взаимодействия. А для этого нужно уметь «видеть» и оценить ситуацию вокруг данной системы. Такой анализ могут делать только самообучающиеся системы. Поэтому многие высшие животные могут реорганизовать свое тело, усилив его возможности дополнительными исполнительными элементами. Они используют орудия труда для добывания пищи – камни, палки и т.д. Но, вероятно, эти животные действуют на уровне инстинктов, т.е., на уровне генетической самоорганизации, потому что даже насекомые могут использовать орудия труда.

Истинная «сознательная» самоорганизация есть только у человека, потому, что только у него есть анализаторы-абстракторы соответствующей степени сложности. Только человек смог развить орудия труда до уровня современных технологий, потому что у него есть вторая сигнальная система, которая помогла накопить опыт предыдущих поколений путём его фиксации в абстрактной форме – в виде письма. И только человек, используя этот опыт, осознал, что есть обмен веществ в живом организме, и что можно воздействовать на организм, чтобы его реорганизовать, если в этом появляется необходимость (лечить больной организм).

Структурная регенерация (обмен веществ) предназначена для сохранения состава систем. Но обмен веществ также не является полной гарантией от разрушения систем. Растения не могут предвидеть предстоящее разрушение, потому что у них нет понятия о пространстве и они не видят ситуацию вокруг них, потому что у них простой блок управления. Огонь подползёт и сожжет растение, животное подойдёт и съест его, а растение будет спокойно ждать своей участи, потому что не видит окружающей ситуации, не знает прогноза и у него нет соответствующих решений на определённые ситуации.

Поэтому появились системы с более сложными блоками управления (животные), которые могут предвидеть ситуацию и предохранить себя от разрушения. Животные знают о пространстве и видят ситуацию вокруг, потому что у них более сложные блоки управления. Они могут весьма эффективно конкурировать с минеральным и растительным мирами.

Но конкуренция между видами животных поставила их в новые условия. Уже недостаточно иметь только сложный блок управления и видеть ситуацию вокруг себя. Чтобы выжить нужно не только быстро бегать или быть сильным физически, нужно лучше ориентироваться в пространстве, лучше оценивать ситуацию и уметь делать выводы из своих неудач, если остался жив. Для этого нужно развивать свои блоки управления. Чем сложнее блок управления, тем лучше сохранность. И уже не физическая сила является критерием преимущества, а мыслительные способности, позволяющие более оптимальные поведенческие реакции. Чем сложнее блок управления (мозг со всей иерархией нервных структур), тем лучше. Знание – сила. При этом цели обмена веществ у животных и у человека те же, что и в растительном мире – размножение самих систем и размножение элементов систем.

Таким образом, независимо от того, к какому миру принадлежит система, к минеральному, растительному, животному или человека, одна из главных её целей – всегда сохранять себя и свой состав. Но в минеральном мире есть только пассивные способы сохранения, а в живом мире есть уже активные способы – самоорганизация за счёт целенаправленного обмена веществ. Поэтому борьба за еду и за возможность размножения всегда была основой жизни.

Следовательно, по мере продвижения эволюции, для сохранности элементы сначала объединились в системы, затем системы научились выращивать разрушаемые СФЕ (регенерация и обмен веществ), а затем, для более полной сохранности систем, к возможностям регенерации в виде обмена веществ добавились поведенческие реакции.

Так развивалась самоорганизация систем. Сначала появились сами системы. Но этого оказалось недостаточно, поэтому у растений, в отличие от минеральных объектов, появился обмен веществ. Но и его оказалось недостаточно. Поэтому у животных, в отличие от растений, к нему добавились новые активные способы защиты – оценка внешней ситуации и предохранение от разрушающих внешних воздействий (сложные рефлексы, поведенческие реакции). Однако и сложных рефлексов недостаточно, необходимо ещё и учиться новым ситуациям и новым решениям (рефлексы на новые раздражители). Но и их также оказалось недостаточно из-за ограниченности личного опыта. Поэтому к личному опыту добавился коллективный опыт за счёт первой сигнальной системы (условные рефлексы – первая сигнальная система, сложные поведенческие реакции). А так как время жизни каждой системы ограничено, то для того, чтобы передать опыт последующим поколениям, возникла вторая сигнальная система, которая позволяет сохранить личный опыт каждой системы в виде письма, независимо от времени её жизни.

Отсюда, чтобы лучше сохранить себя, приходится постоянно менять и усложнять свой состав (эволюция и развитие видов) и, по-видимому, на всякий случай всё же лучше быть посложнее, чем попроще. Чтобы лучше противостоять в борьбе за своё существование, нужно постоянно перестраивать себя. Поэтому происходит постоянное усовершенствование живых систем – гонка эволюции.

Таким образом, у системы может быть:

· случайная организация

- генерация (случайное физическое совпадение выходов стимулятора или результата действия одних систем со входами уставки блока управления или входами внешнего воздействия других систем, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)

- дегенерация (разрушение, упрощение состава, потеря своих СФЕ под действием внешней среды – других систем, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)

· целенаправленная организация

- принудительная генерация (целенаправленное физическое совмещение выходов стимулятора или результата действия одних систем со входами уставки блока управления или входами внешнего воздействия других систем, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)

- принудительная дегенерация (разрушение, упрощение состава, потеря СФЕ системы под целенаправленным действием других систем, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)

· самоорганизация

- функциональная регенерация (работа самой системы, включение или выключение функций собственных СФЕ, в зависимости от потребностей ситуации, без изменения своего состава, может быть у систем с любыми блоками управления, включая простейшие)

- генетическая структурная регенерация в виде обмена веществ и размножения особей, направленная на сохранение своего состава (может быть у систем с блоками управления, начиная с простых)

- генетическая структурная регенерация в виде бессознательной структурной реорганизации, направленной на усиление возможностей организма путём использования других систем (предметов), прямо не входящих в состав данной системы (использует «генетическую» память и может быть у систем с блоками управления, начиная с простых)

- сознательная структурная регенерация, направленная на усиление возможностей организма путём использования других систем, прямо не входящих в состав данной системы (предметов) (различные технологии, направлена на усиление возможностей организма, может быть у систем с блоками управления, начиная с сложных со второй сигнальной системой)

Как видим, в данной классификации организации систем существует преемственность, потому что включает в всё, что существует в нашем Мире, начиная с объектов минерального мира и включая деятельность человека в виде промышленных технологий. И главное, это даёт возможность видеть место человека и его эволюцию в эволюции Мира.

Выводы:

1. в основе эволюции систем лежит стремление систем сохранить собственное существование в условиях воздействия окружающей среды, разрушающего их СФЕ

2. способами этого стремления сохранить себя являются:

· объединение объектов (СФЕ) в систему с блоком управления и «базой данных» – структурная организация (позволяет выделять специфические внешние воздействия и давать оптимальную специфическую реакцию на них, определяя действия системы во времени)

· обмен веществ – структурная самореорганизация (позволяет восстанавливать разрушенные СФЕ)

· поведенческие реакции (позволяют предохранять СФЕ от разрушения, выделяя специфические ситуации во внешней среде, давая оптимальное поведение системы и определяя действия системы в пространстве и во времени)

3. поведенческие реакции и их эволюция возможны за счёт последовательного усложнения системных блоков управления путём включения в их состав:

· дистанционных рецепторов и органов движения (позволяет тем или иным путём видеть окружающее пространство и перемещаться в нём)

· анализатора-классификатора с «базой знаний» и «базой решений» ограниченного объёма (позволяет определять ситуацию в пространстве и своё поведение в зависимости от неё)

· анализатора-коррелятора (позволяет увеличивать объём «базы знаний» и «базы решений» данной конкретной системы на основе собственного опыта путём самообучения)

· абстрактора первого порядка – первая сигнальная система (позволяет увеличивать объём «базы знаний» и «базы решений» данной конкретной системы на основе опыта других систем путём прямого контакта с ними, используя поведенческие символы)

· абстракторов более высокого (Z-го) порядка – вторая сигнальная система (позволяет увеличивать объём «базы знаний» и «базы решений» всех систем на основе суммарного опыта поколений систем путём непрямого контакта между ними, используя знаковые символы)