Естественные технологии биологических систем - Александр Уголев

Из этого описания очевидны существенные различия процессов, используемых в разных производственных технологиях, и процессов, наблюдаемых в живых системах. Однако по мере того как происходило совершенствование производственных технологий, сходство между эффективностью и управлением процессами на производстве и процессами, наблюдаемыми в живой природе, достигало подчас поражающих воображение масштабов. Так, работа тех и других систем контролируется обратными связями, обеспечивающими поддержание определенных скоростей процесса. Контролируется также ряд параметров среды, где протекают промышленные процессы, и жизнедеятельность рассматриваемой группы клеток, обозначаемая как гомеостаз. При этом механизмы контроля и процессы поддержания постоянства среды реализуются на основе общих принципов. Можно полагать, что дальнейшее совершенствование производственных технологий приведет к тому, что сходство между естественными и производственными технологиями станет еще больше.

Взаимоотношения между естественными науками и технологией в традиционном понимании последней удобно проанализировать на примере химии и химической технологии. Такой анализ может быть основан на фундаментальных обзорах, появившихся в 80-х гг. и принадлежащих авторитетным специалистам в области химии и химической технологии (акад. Н. Н. Семенов, акад. Н. М. Жаворонков), а также в области истории науки и техники (акад. Б. М. Кедров, В. И. Кузнецов и З. А. Зайцева). Они обращают внимание на неосновательность распространенного до недавнего времени представления, что между химией и химической технологией существуют лишь различия. Действительно, сейчас уже нельзя считать, что лишь химия как теоретическая наука исследует закономерности химических взаимодействий и создает методы получения новых соединений, тогда как химическая технология в качестве прикладной науки занимается их промышленным оформлением. Так, акад. Н. М. Жаворонков писал, что как химики, так и технологи исследуют новое и создают новое. Вместе с тем он отмечал, что химия познает главным образом новое, тогда как химическая технология создает новое.

Таким образом, объекты изучения химии и химической технологии различны и эти различия сохранятся в будущем. Различия, подчеркнутые рядом крупнейших химиков современности, подробно анализируются в капитальной монографии В. И. Кузнецова и

З. А. Зайцевой (1984). Авторы пишут: «Переход химической технологии с эмпирического уровня на принципиально новый уровень развития характеризуется появлением фундаментальных исследований и теорий высокой степени общности.

Но это, однако, не означает того, что химическая технология даже в тенденции может оказаться тем интегратором, который включает в себя все химические знания. Нет нужды доказывать, что собственно химические знания, хотя их развитие и стимулируется в основном требованиями производства, будут всегда богаче и фундаментальнее знаний, присущих химической технологии, ибо объектом химии является все неисчерпаемое богатство химизма природы, тогда как объект химической технологии представляет собой только искусственно создаваемые человеком материальные устройства, или, как говорят, вторую природу» (с. 256).

В этом описании особенно четко выявляются различия между традиционными взглядами и взглядами, развиваемыми в общей концепции естественных технологий. Понятно, что в рамках представлений о естественных технологиях меняется и понимание технологий. Действительно, технология — это в наиболее общем виде совокупность знаний об организованных процессах. Последние могут быть как естественными, так и искусственными. Ряд закономерностей тех и других, как будет показано ниже, во многом сходны. Вероятно, по мере углубления наших знаний о законах естественных технологий это сходство будет возрастать.

Интересно сопоставить поиски общности естественных и технологических наук на основе процессологических подходов со стремлением ряда крупных ученых рассматривать процесс как главный объект исследований в других областях и с другими целями. Так, акад. Н. Н. Семенов пришел к заключению, что современная химия из науки о составе и химической структуре вещества все больше и больше становится наукой о химических процессах и это открывает перед ней новые горизонты в области теории и в сфере производства.

Долгое время мне казалось, что не стоит науку о сложноорганизованных процессах связывать с получившим слишком утилитарное истолкование термином «технология». Представлялось, что более адекватными могут быть термины «процессология» или «эргология». Однако постепенно информация о фундаментальной общности законов построения организованных процессов в искусственных и естественных системах заставила думать, что термин «технология» не только приемлем, но плодотворен.

Технологические подходы к изучению жизни связаны с влиянием технологий на естественные науки. Однако формирование естественных технологий в свою очередь не может не влиять на развитие производственных по крайней мере по двум причинам: 1) производственные технологии становятся частью более широкого комплекса, включающего как искусственные, так и естественные технологии и, следовательно, должны быть частью синтехнологий, т.е. синтетических технологий, сочетающих производственные и естественные технологии; 2) многие закономерности естественных технологий уже сейчас используются в производственных технологиях, и этот процесс будет усиливаться по мере нашего более глубокого понимания естественных технологий.

Итак, процессы в живых системах могут быть охарактеризованы как естественные технологии, т.е. как некоторая система операций, обеспечивающих определенный эффект. Выполнение операций в большинстве случаев реализуется на основе генетически заданного алгоритма, находящегося под контролем локальной управляющей системы или системы более высокого ранга, обеспеченной определенным источником энергии и характеризуемой дополнительными побочными эффектами.

1.4. Физиологическая эволюция

В нашей стране Л.А. Орбели были сделаны попытки, развитые А.Г. Гинецинским, Е.М. Крепсом и другими учеными, на основе частных концепций эволюции функций (например, таких, как кровообращение, дыхание, пищеварение, выделение и др.) сформулировать общие закономерности, свойственные всем системам. Однако можно допустить, что возможен еще один путь, при котором предметом изучения становится физиологическая эволюция. На первый взгляд такое понятие кажется излишним. Тем не менее предшествующий опыт демонстрирует, что понятие физиологической эволюции или представления о биохимической эволюции плодотворны, так как позволяют указать на круг исследуемых закономерностей. Важно, что физиологическая эволюция включает в себя не только эволюцию функций, но и эволюцию тех механизмов, которые такие функции осуществляют. Физиологическая эволюция включает в себя также ряд закономерностей, относящихся исходно к сфере других наук — биохимии, математики, биофизики и т.д. в той мере, в какой они необходимы для описания физиологии. Именно в рамках физиологической эволюции могут быть доказаны или опровергнуты «функциональные» гипотезы, первоначально лишенные филогенетических корней. Следовательно, для эволюционной физиологии и физиологической эволюции необходимо технологическое направление, которое в свою очередь нуждается в них. Если учесть исключительную важность эволюционной физиологии и физиологической эволюции, то тем более удивительным кажется то малозаметное положение, которое они занимают в общебиологических концепциях живого.

Следует отметить, что при характеристике эволюции отдельных функций чрезвычайно важно то содержание, которое вкладывается исследователем в понимание функций. Последние становятся предметом изучения и рассматриваются как объект эволюционных перестроек. Именно на подходах к основным теоретическим обоснованиям возникает потребность в надежных представлениях, которых особенно не хватает. Технологические подходы к физиологии, где функции понимаются как некоторые процессы, состоящие из определенных операций и контролируемого алгоритма их выполнения, дают возможность внести наряду с уже известными некоторые новые и вместе с тем четкие элементы анализа. Анализируются определенные технологии и их эволюционные преобразования, операции и их составляющие, роль и характер операций, изменение этой роли в ходе эволюции, а не только изменения структур, реализующих каждую из операций. В связи с тем, что физиология рассматривается здесь как технологическая наука, физиологическая эволюция может быть охарактеризована как эволюция технологий. При этом рассматриваются как эволюция процессов, так и эволюция устройств, с помощью которых эти процессы реализуются.