9.3 Еволюція природних систем

Як уже зазначалося, незаперечною властивістю відкритих (насамперед природних) систем є постійний обмін із зовнішнім середовищем речовиною, енергією, речовиною та інформацією. Окрім того, для цих систем замість термодинамічної рівноваги характерним є встановлення стаціонарного стану.

Саме в такий спосіб біосфера як система пройшла шлях із добіологічної еволюції, що завершилася виникненням життя на Землі, до подальшої біологічної еволюції.

Що ж спільного між еволюцією Всесвіту та біологічною еволюцією? Як у першому, так і в другому випадку йдеться про процеси структуротворення, які породжують нову інформацію – хай то будуть галактики і зірки, чи планети, де відбувається формування гір або утворюються біологічні види. Нова інформація породжується внаслідок «випадкового вибору», що виникає за нестійкості похідного стану і наявності більш стійких станів, серед яких і відбувається вибір. Поява нової інформації – космологічної, геологічної, хімічної, біологічної – носить властивості фазового переходу. Це впорядкування відбувається не поступово, а стрибком (флуктуативно). Виникнення неоднорідностей у Всесвіті (галактики, зірки) є наслідком гравітаційної нестійкості, зумовленої конкуренцією і природним відбором. Гравітаційні неоднорідності конкурують за конденсований матеріал. Космічні, геологічні, хімічні, біологічні еволюційні процеси є процесами структуроутворення, тобто виникнення порядку з первинного хаосу, і відбуваються вони внаслідок відтоку ентропії в навколишнє середовище.

Як стверджує в своїх роботах І. Пригожий, походження життя може бути пов'язане із серією послідовних флуктуативних процесів (біфуркацій), що призвели до створення систем підвищеної впорядкованості. При цьому вченим висуваються три основні тези:

• незворотні процеси є такими ж реальними, як і зворотні, що розглядаються класичною рівноважною термодинамікою;

• незворотні процеси відіграють конструктивну роль щодо самоорганізації у відкритих системах;

• незворотність пов'язана з динамікою і може виникати там, де основні поняття класичної і квантової механіки не завжди підтверджуються камеральними лабораторними дослідженнями.

На основі цих постулатів Е. Ейген висунув гіпотезу про спеціальні дисипативні структури, так звані гіперцикли (рис. 9.1). їх утворення, на його думку, стало необхідним етапом у ході еволюційного розвитку біологічних та екологічних систем. Гіперцикл – це поєднання самовідтворюючих сполучень обмеженого розміру, здатних до узгодженої еволюції зі створенням нової сталої системи. Характерною особливістю є те, що перші так звані гіперцикли (космічна і хімічна еволюції) могли протікати у рівноважних і зворотних умовах. На відміну від них третій і четвертий гіперцикли (самоорганізація і біологічна еволюція) мали протікати у нерівноважних умовах з утворенням незворотних продуктів.

Клітинні структури

4 Біологічна еволюція

Гіперцикли (РНК, ДНК, білки)

3 Самоорганізація

Біологічні макромолекули (білки, нуклеїнові кислоти)

2 Хімічна еволюція

Первинні молекули (Н2, N2, СН4, Н2Р)

1 Космічна еволюція

Рисунок 9.1 – Схематичне висвітлення чотирьох еволюційних етапів (за Ейгеном) від простої неорганічної речовини до біологічних систем.

Таким чином, головними питаннями щодо визначення пара­метрів, які роблять подібними або відмінними складові екологічної системи, утвореної шляхом еволюції, є наближеність її стану до рівноваги, можливість флуктуативного переходу на вищий рівень та стійкість (незворотність) до зовнішнього впливу.

На відміну від цього, фактори, що пов'язані з розвитком людства як складової системи «суспільство – навколишнє природне середовище», відрізняються від факторів, притаманних еволюції природних систем. Мова йде про те, що зв'язки в системі «людина – навколишнє природне середовище» постійно трансформуються із нарощуванням складності/організованості (економічні і суспільні перебудови). Тому, з точки зору загальної теорії систем, кардинальна зміна взаємозв'язків означає утворення нового стану в організації системи. Тобто перехід їх на новий, більш значущий рівень впливу стосовно підтримання організації системи зумовлюється інформаційним фактором, який починає домінувати над традиційними матеріально-енергетичними чинниками, характерними для екологічних систем.