Глава 12

Биокибернетика — ключ к науке об окружающей среде

Резюме

Биокибернетика — это наука об обратных связях, возникающих между живыми и неживыми компонентами экологической систе­мы. Необходимо развивать эту науку и использовать ее на прак­тике для того, чтобы мир, в котором мы существуем, был сохра­нен. Точки зрения экологов и экономистов расходятся, однако это несоответствие необходимо преодолеть. Численность популяции животных благодаря механизму обратной связи имеет тенденцию к периодическим колебаниям, но народонаселение увеличивается экспоненциально. Идентификация и мониторинг параметров выжи­вания человека вместе с нулевым приростом населения должны стать целью общества.

День земли

Термин "биокибернетика" может использоваться при обсу­ждении целого ряда биологических взаимодействий между че­ловеком и окружающей его средой. Он отражает взаимосвязь разнообразных компонентов среды (включая человека или без него). Этот термин был придуман Норбертом Винером и про­исходит от cybernetics (от греч. - рулевой, или же — капитан на корабле) [1]. Сегодня этот термин используют тогда, когда говорят о механизме обратных связей, при помощи которых части комплексной системы воздействуют на поведение всей системы или, точнее, когда выходящие характеристики любой части системы, в конечном счете, определяют входящий сиг­нал. [2]. Общество, не овладевшее знаниями биокибернетики, уже нанесло колоссальный по масштабу ущерб окружающей среде, в связи с чем у различных групп населения наблюдают­ся смешанное чувство вины, фрустрации и незащищенности. Преодолеть это состояние можно объединив наши усилия для достижения социальной мудрости, которая поможет человече­ству выжить и повысить качество своей жизни. 1969 год вой­дет в историю, как год, когда количество людей, неожиданно осознавших, что мир кардинально изменился, значительно

175

ВАН РАНСЕЛЕР ПОПЕР

увеличилось. До 1969 года большинство студентов американ­ских колледжей полагало, что высшее образование — это что-то наподобие эскалатора, позволяющего им в одиночку под­няться до хорошего уровня жизни или, по меньшей мере, воз­высится над проблемами, стоящими перед средней американ­ской семьей, которая хотела бы сама управлять своей судьбой. Будучи альтруистами, они полагали, что общество, повышая их уровень знаний и компетентность в какой-либо подходящей для себя области, будет не только извлекать из этого пользу, но и адекватно вознаграждать специалистов. В 60-е годы у це­лого поколения начинает отмечаться нарастающее чувство си­ротства и отчуждения (под этим я подразумеваю скорее про­цесс, чем явление). Университеты перестают быть их alma mater (кормящей матерью); нормы поведения отцов и матерей становятся необязательными; земля Матери Природы оказы­вается не такой твердой под их ногами как раньше, и "где-то там" уже нет того Небесного отца, который всегда направлял их на путь истинный. Крушение всех идеалов, ощущения без­утешности и обманутости у современных молодых людей, по-моему, оправдывают использование термина сиротство для описания состояния, в котором находилось поколение 60-х го­дов. Неожиданно в 1969 и 1970 годах потерянное поколение осознало, что у него нет такого места, где можно было бы ук­рыться от последствий применения новых технологий. Инди­видуальные решения о приобретении загородного дома или дачного домика на природе у озера утратили свой первона­чальный смысл, ибо распространяющееся облако смога все равно обволакивало жилище, а пробки в уличном движении и объездные пути становились серьезной помехой между домом и работой. Люди внезапно поняли, что они очень уязвимы, чувствительны к любого рода экстренным ситуациям: дефи­циту водоснабжения, забастовкам сборщиков мусора, перебо­ям электроэнергии, сильным снегопадам, изменениям атмо­сферного давления, преднамеренно распыляемым токсическим химикатам (таким, например, как ДДТ), поступающим в про­дукты питания, воздух или воду [3]. 22 апреля 1970 года стало Днем Земли. В этот день занятия, посвященные защите окру­жающей среды, прошли в каждом университетском городке Америки с подходящей для такого случая кульминацией праздника — декадой «сиротства». Но что будет с нашим бу­дущим? Если концепции Frontier Philosophy и Frontier Freedom сейчас считаются в корне антисоциальными [4], и жизнь Бла­городного дикаря больше недостижима, если проблема спаса­тельной шлюпки стала проблемой жизни каждого человека, а планета Земля — это космический корабль, и мы все должны держаться вместе, чтобы быть опорой друг другу, то, что же нам делать? Куда обратиться за мудростью? Как нам сохра-

176

_________________________________________БИОЭТИКА - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

нить живую природу, от которой мы все зависим? Человече­ство не может больше позволить роскошь межнациональных войн, оно должно сплотиться для решения глобальных про­блем. Последние слишком велики для того, чтобы справиться с ними в одиночку и слишком сложны даже для отдельных го­сударств. Но такая нация как наша все-таки могла бы спасти себя, например, возглавив поиски решений проблем, актуаль­ных для всех наций, которые в свою очередь могли бы помочь ей в этом. Каждая локальная проблема — это в какой-то сте­пени эксперимент, в котором могут возникнуть прототипы решения многих проблем, апробированные и модифицирован­ные небольшими междисциплинарными группами, опирающи­мися на обратную связь информированного электората.

По существу проблема та же, что и в кибернетике, но ее сложность - в непостижимости человеческой природы. К тому же, как это было уже неоднократно в прошлом, некоторые люди хотят действовать, исходя только из своих представле­ний, и делают это так, будто никто кроме них не знает, как лучше всего "построить мост в будущее". Нам остается только верить в естественный ход событий и в метод, открытый для различных стратегий действий, проверка которого, однако, требует времени. По-видимому, уже наметилась определенная дихотомия. Но традиционная мудрость, на которую ссылается Дж. Гэлбрайт [5], ни в коем случае не поможет человечеству сделать правильный выбор в пользу выживания.

ЭКология или эКономиКа?

В течение трех следующих десятилетий мы будем свидете­лями решающего спора между двумя школами мышления, но сегодня мы не можем предсказать, будут ли их отношения гармонизированы каким-либо образом в будущем, придут ли они к общему знаменателю или станут еще более полярными, и кто из них победит.

Первую школу представляет эколог-консерватор, разде­ляющий две главных идеи: (а) обязательство поддерживать удовлетворительные условия жизни для человека достаточно длительное время (б) уверенность, что первое может быть вы­полнимо только тогда, когда технологии не будут наносить не­поправимого ущерба множеству живых организмов, поддер­живающих органическое многообразие природы [6]. Хотя эко­логов никогда не заботили вопросы демографического взрыва, они неизбежно попадали в одну коалицию с теми, кто надеял­ся ограничить репродукцию человека и достичь "нулевой при­рост населения".

Ко второй школе принадлежат технологические экономи­сты, оспаривающие основное направление государственной политики, пренебрежительно относящиеся к ученым-биологам

177

ВАН РАНСЕЛЕР ПОТТБР

и полагающие, что экономический рост — не цель, а единст­венное, достоверное испытание технологий. Создается впечат­ление, что они отрицают необходимость контроля роста насе­ления и считают, что его нулевой прирост обернется катаст­рофой для человечества. Некоторые из упомянутых противо­положных взглядов кратко упоминались Джорджем Мацинко в его ранней статье (привлекшей мое внимание в 1965 году [6]) о рассеивании открытого космического вещества как следствии современного планового градуализма [7]. Более обстоятельное изложение этих точек зрения можно также найти в записках памятного симпозиума "Будущее окружающей среды в Се­верной Америке", изданной Фразер Дарлингом и Джоном Милтоном [8]. Этот 767-страничный фолиант содержит 34 на­учные статьи, а также дополнительные материалы. Анализ приведенных дискуссий позволяет заключить, что биологи за­няли сугубо оборонительную позицию. Не менее любопытно сравнить эти дискуссии с теми, которые состоялись по тому же вопросу, но только через 10 лет, в 70-х годах, поскольку мировоззрение за это время сильно изменилось. Короткая ста­тья Мацинко [6] является ключом к пониманию его более об­ширного труда [8], поскольку дает представление о различных позициях экологов и экономистов. Большие стенографические отчеты о круглых столах этого симпозиума были бы еще более захватывающими, если бы каждому докладчику (на основании авторских сносок в конце выступления) можно было бы при­клеить ярлыки: «экономист», «консерватор», «эколог» или «защитник плановой экономики». Две предыдущие ссылки - [6] и [8] - чрезвычайно важны для основательного изучения лите­ратуры по биокибернетике. В частности, вторая ссылка пред­ставляет характерный фрагмент стенограммы симпозиума, ко­торый можно понять только, учитывая дихотомию двух облас­тей знания. Кеннет Болдинг представил эту идею в занятной песенке, в которой были и такие слова:

Нет в экономике экологии.

Но если следовать законам логики,

То и в экологии нет экономики1 [8; 717].

С точки зрения биологии, одним из наиболее привлека­тельных выступлений был доклад Ричарда Л. Мейера "Технология, ресурсы и урбанизация - перспектива на буду­щее" [8; 277], который заканчивался рекомендацией: "...следует поощрять усилия по преодолению морских границ с конечной

1 Ecology's uneconomic, But with another kind of logic Economy's unecologic.

178

_____________________________БИОЭТИКД - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

целью - освоения еще необжитых водных просторов. В совре­менной цивилизации море предлагает наиболее обнадежи­вающие перспективы спасения от перенаселения". Он начал свое выступление со следующего примечательного замечания: "Политика естественной адаптации в том виде, в каком она часто применялась в прошлом... является философски дискре­дитированной, статистически недостоверной и экономически разорительной". Пожалуй, прежде чем полностью не согла­ситься с этим, нам необходимо выяснить, какие из прошлых рекомендаций он имел в виду. В любом случае экологам при­шло время изложить свои основания, которые не были бы фи­лософски дискредитированы, статистически недостоверны и экономически разорительны.

ОценКа технологий

Выше уже было отмечено, что положения, которые рьяно защищались в 1965 году, уже не представляли особого интере­са в 1970 году. За прошедший период вопрос о развитии тех­нологий подвергся глубокому анализу. Так, например, про­грамма Гарвардского университета по исследованию техноло­гий и общества завершилась изданием серии научных обзоров, сборников тезисов и статей, и была положительно оценена, в частности, за обобщения полученных данных. В свете начатой нами дискуссии особый интерес представляет научный обзор № 3 "Технология и ценности" [9], содержание которого, как указывали ранее, лучше всего можно понять, подразделяя все приведенные в нем высказывания на экономические и эколо­гические, и далее — на естественнонаучные и гуманитарные. Сегодня имеется уже не одна, а две дихотомии и поэтому мы должны предпочесть такую технологию, которая скорее об­служивает, чем доминирует, и такой гуманизм, который осно­ван на знании биокибернетики и ощущении реальной, а не абстрактной истории.

Времена изменились, о чем свидетельствуют отчеты Нацио­нальной академии наук и Комитета по науке и астронавтике палаты представителей США. Первый доклад был озаглавлен "Основные научные исследования и национальные приорите­ты" (1965), второй — "Прикладная наука и технологический прогресс" (1967). Их объединяет одна идея, и это очень важ­но, что понятия прогресса и технологии, возможно, не являют­ся синонимами. Так, Роберт Чарпи, представляющий Союз корпораций по карбиду [10; 357] считал, что "единственно зна­чимые факторы среды, способствующие успешным инноваци­ям - это предприниматели, капиталисты коммерческих пред­приятий, банки, университеты, местные, региональные и госу­дарственные органы власти". Он рекомендовал "Федеральному

179

ВАН РАНСЕЛЕР ПОТТЕР____________________________________________________

правительству использовать любую возможность для поддерж­ки больших компаний, хорошо зарекомендовавших себя в об­ласти производства технологий, для того, чтобы они не боя­лись рисковать, превращая новые знания в поток революци­онных инноваций, и могли способствовать дальнейшей реали­зации важных социальных программ".

В упомянутом третьем отчете (1969 г.) задается важный во­прос: "Как принимаются решения о внедрении новых техноло­гий, кто их принимает и на каком основании?". Так, наконец, мы подошли к анализу работы "Технология: процесс оценки и выбора" [11]. Несомненно, это самый ясный (из имеющихся в литературе) анализ конфликта между экономикой и экологией, хотя этот комментарий очень кратко выражает суть 150-страничного отчета. Материалы этого небольшого тома под­тверждают, что еще есть интеллектуалы, которые в своей ра­боте, ориентированной на будущее, опираются на взаимодей­ствие естественных и гуманитарных наук, и это - одно из сви­детельств необратимых изменений в обществе начиная с 1965 года [8]. Возможно, наиболее ясное представление о взаимо­действии экономики и экологии было выражено такими сло­вами: "За небольшим исключением, главная проблема новых технологий в том, что они могут сделать (или уже делают) для удовлетворения экономических и институциональных интере­сов тех, кто решает, нужна ли нам такая технология, и как ее использовать" [11; 26]. Ранее все беды связывали с "тиранией мелких решений", в том числе, и решений развивать техноло­гии "без определенного внимания к полезному результату для всего общества и отдельным его членам, как человеческим су­ществам" [11; 10]. Другими словами, при использовании новой технологии почти исключительно руководствовались мотивами выгоды без всякого анализа отдаленных социальных последст­вий. Нужно ли еще что-то добавить в доказательство того, что "философски дискредитированные, статистически недостовер­ные и экономически разорительные" взгляды биологов сегодня должны уравновешиваться такими ценностями как выживание человека, его нравственное совершенствование и внимание к нему как к человеческому существу — стандартами, по отно­шению к которым должны оцениваться все технологии. К сча­стью, одна группа специалистов уже подтвердила правиль­ность вышесказанного, обратив внимание на эту ключевую проблему [11]. Проблемы подобного рода, возникающие при оценке и выборе технологий, просто не могут быть решены без соответствующей науки об окружающей среде, ключом к которой и является биокибернетика.

180

_____________БИОЭТИКА - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

Нет никакой необходимости в отделении экономики от эко­логии (и наоборот). Биокибернетика обеспечивает связь между этими двумя отраслями, поскольку обе они прибегают в своих исследованиях к анализу механизма обратных связей. Статья Кеннета Болдинга "Экономика и экология" [8; 225-234] описы­вает некоторые общие особенности или аналогии, указываю­щие на существование всеобщей системы, в которой подсис­темы в экономике и экологии будут взаимодействовать друг с другом. МакХарг [8; 307] по этому поводу очень хорошо ска­зал: "Мне кажется, что единство экологии и экономики - в утилизации энергии и приспособлении организмов к такой окружающей среде, которая включает экономику, экологию и самого человека". Я бы определил проблему выживания как центральную для понимания результатов синтеза экологии и экономики. При столкновении с экономическими аргументами я бы привел доводы в пользу сохранения биологического раз­нообразия, красоты и способности адаптироваться и не ради сохранения этих феноменов, а единственно - ради выжива­ния. Не следует принимать технологические решения на осно­вании только их выгоды, их следует подвергнуть проверке в отношении их вклада в решение проблемы выживания. Имен­но здесь находится место встречи экологии и экономики.

Обратные связи от следствия k причине

Биокибернетика обещает разработать интеллектуальную структуру для детальной разработки принципов работы и ре­альных механизмов естественной среды. Для этого ей необхо­димо построить "мост в будущее", охватывая при этом все больше и больше различных сфер взаимодействия и включая экономические и социологические знания. В предыдущих гла­вах я много внимания уделил рассмотрению случайности, как непредсказуемому и неупорядоченному событию. Я по-прежнему считаю, что беспорядок не будет устранен из жизни будущих поколений. В то же время не следует понимать био­кибернетику как науку, стремящуюся к установлению абсо­лютного контроля или избавления человека от всех внезапных поворотов его жизни. Она прежде всего позволяет понять раз­личие между стабильными и нестабильными системами в пер­спективе очередных коренных изменений в жизни человека. Позиция биокибернетики отличается от классического пред­ставления о связи причины и следствия. На протяжении сто­летий философы искали окончательные причины как основа­ния мира. По-видимому, они размышляли о последовательных событиях как своего рода исторической линейности, противо­положной концепции обратных связей, согласно которой ре­зультат действия (эффект) оказывает обратное воздействие на свою причину для того, чтобы стимулировать (положительная

181

ВАН РАНСЕПЕР JTOTTEP____ _____________________________________________

обратная связь) или тормозить (отрицательная обратная связь) процесс получения конечного результата. Я не смог обнару­жить идеи обратных связей (или под каким-либо другим на­званием) в трудах великих философов, начиная с Р. Декарта и заканчивая И. Кантом, несмотря на то, что Дж. Локк, Д. Юм, И. Кант и другие боролись с философией рационального по­нимания причинно-следственных связей [12]. Концепция об­ратной связи появилась на исторической арене идей лишь то­гда, когда философов-классиков уже не было в живых и, по­этому на их взгляды не могла повлиять идея Джеймса Ватта (1736-1819), который придумал реостат для регулирования ско­рости паровых двигателей. И только тогда, когда реостаты и термостаты стали широко использоваться, а это было в 50-е годы XX века [1, 2], концепция обратной связи получила при­знание, стала ассоциироваться со словом кибернетика и раз­виваться в духе философских представлений о целесообразно­сти.

Атомные peakmopbi kak черные aiu,uku

Механизм обратных связей проще всего описывается при помощи "черного ящика" (механизма, внутренние детали ко­торого нет необходимости или возможности определить) и "входа" и "выхода" (изменяющего режим работы "черного ящика" с целью увеличения или уменьшения в нем потока ма­терии или энергии). Для описания систем или механизмов в кибернетике и биокибернетике используются такие термины, как "сервомеханизмы", "термостаты", "хемостаты", "направляющие механизмы", "адаптивные управляющие сис­темы", "автоматические регуляторы", "автоматизация", "саморегулирующиеся системы" и др. Принципиальным мо­ментом в их работе является то, что все эти регулирующие устройства включают отрицательную обратную связь для дос­тижения стабильности и контроля системы. Любая система, работающая только на основании положительных обратных связей, будет нестабильной, ибо скорость реакции в такой системе, будет все время возрастать до тех пор, пока весь по­ступающий в нее материал полностью не закончится или же система не "взорвется". Примером положительной обратной связи может служить автокаталитическая цепная реакция. В атомной бомбе или генераторе атомной энергии реакция про­текает таким образом, что каждый отдельный атом вещества А, подвергаясь воздействию маленькой частицы р, превраща­ется в вещество Б, плюс какое-то количество энергии, плюс п частиц (причем п больше 1). В виде уравнения это можно представить так:

А + р = Б + теплота + пр

182

_______________________________________ БИОЭТИКА - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

Если в реакцию вступает только небольшое количество ве­щества А, то большая часть его атомов будет неподвижным, и только очень незначительная - реагировать с частицами р. По­лученные в результате реакции частицы распространятся во всех направлениях, но только немногие из них подвергнут атаке неподвижную часть А. Если все большие и большие ко­личества А будут вводиться в атомный реактор, неожиданно масса "станет критической" и реакция превратится в "самоподдерживающуюся" по мере того, как в нее будет во­влекаться все большее количество частиц, в том числе и тех, которые превращаются из А в Б. Например, если число час­тиц, выделяемых при каждом распаде, будет равняться 2, то последовательность ядерных превращений в реакторе с крити­ческой массой будет зависть от времени:

В момент времени t0 А + р = Б+2р +теплота

t, 24. + 2р = 2Б + 4j} + теплота

1г 4А+4р — 4Б + 8р + теплота

t3 8А+8р=8Б+16р + теплота

и далее — 32, 64, 128 ..., то есть в каждый момент времени скорость реакции будет увеличиваться вдвое до тех пор, пока взрыв не рассеет систему.

Такая реакция будет, несомненно, идти все быстрее и бы­стрее, пока не произойдет взрыв или все вещество А не пре­вратится в Б благодаря существованию положительной обрат­ной связи между количеством производимых частиц и процес­сом преобразования А в Б. В атомной бомбе полный цикл за­канчивается разрушительным взрывом за долю секунды, и, наоборот, в генераторе полезной энергии процесс находится под контролем обратных отрицательных связей. Как это про­исходит? Один из способов контроля — измерение количества производимой энергии с целью ее частичного использования для продвижения частиц-поглотителей в ядерный реактор и нейтрализации еще не вступившей в реакцию субстанции (для того, чтобы не позволить ее частицам взаимодействовать с атомами радиоактивного вещества). Таким образом эти части­цы — поглотители замедляют реакцию. Выход ядерного реак­тора может измеряться датчиком и сравниваться со стандар­том. Если выход слишком высок, то часть энергии идет на усиление сигнала отрицательной обратной связи. В противо­положном случае (выход слишком низкий), влияние отрица­тельной обратной связи можно уменьшить, позволив автоката­литическому процессу протекать быстрее. Следует подчерк­нуть, что при сильном влиянии отрицательных обратных свя­зей с очень небольшим выходом энергии (по отношению к

183

ВАН РАНСЕЛЕР ПОТТЕР

стандарту), правильно спроектированная система все равно будет иметь достаточные энергетические ресурсы для ослабле­ния этой связи. И только небольшая часть выделяемой в про­цессе энергии будет необходима для управления самой систе­мой.

Живые системы kak черные яицЖи

Не только атомный реактор, но также и живая клетка мо­жет рассматриваться как модель системы обратных связей, хотя, что касается отдельных деталей она по-прежнему остает­ся черным ящиком (См.: Глава 1). Живая клетка — это сооб­щество молекул, находящихся в черном ящике. В этом смысле, мы можем рассматривать поток поступающих в клетку моле­кул или энергии как вход; а поток молекул и энергии, обра­зующихся в клетке как выход с периодическим удвоением ка­ждой клетки у одноклеточных организмов, млекопитающих (в лабораторных суспензиях клеток) или у высших организмов (в специальных органах). Многие из внутренних деталей этой динамичной системы известны, а количество систем обратных связей, вероятно, исчисляется сотнями, хотя мы и не обладаем всей информацией о них, мы все же можем выделить основ­ные принципы построения обратных связей в клетке. При достаточном обеспечении клетки основными питательными веществами она имеет вход в виде молекул питательного ве­щества и выход в виде энергии или молекул. Все находящиеся в живых клетках или многоклеточных организмах молекулы обычно относят к метаболитам /таким молекулам, которые подвергаются изменениям в ходе метаболизма). В клетке, не участвующей в клеточном делении, тем не менее, есть потреб­ность (если не в длительном, то многократном) поступлении питательных веществ (ввод), а также в механизме обратных связей (Рис. 12.1). Клетка должна контролировать внутренне состояние своих энергетических резервов и структурных компонентов, которые при необходимости должны быть заме­нены. Поступающие в клетку молекулы модифицируются та­ким образом, чтобы, в одном случае, поддерживать на долж­ном уровне энергетические запасы, а в другом - заменять час­ти структурных элементов. Все принимаемые клеткой реше­ния должны сравниваться со стандартами, установленными всеобщей наследственной субстанцией — ДНК, которая оста­ется необычайно стабильной (очень интересный факт) и не разрушается до тех пор, пока клетка не погибнет. Клетка по­строена таким образом, что ее активность управляется систе­мой обратных связей, сигнализирующих о состоянии энерге­тических запасов и структурных компонентов. Она может ме­нять свои свойства или структуру в определенных границах и адаптироваться к условиям окружающей среды.

184

БИОЭТИКА - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

Запасы питательных веществ
	Обратная связь

Высокий уровень

Стандарт

Низкий уровень

Рис. 12.1.

Контроль состояния живых систем при помощи

обратных связей, обеспечивающих целенаправленное поведение.

Цель поведения - выживание.

Когда же параметры окружающей среды выходят за преде­лы адаптивной способности клетки, мы наблюдаем патологию, состояние болезни или гибель клетки, что зачастую можно оп­ределить под микроскопом или по химическим признакам. Системы обратных связей, обнаруженные во всех клетках, автоматически обеспечивают их выживание, создавая види­мость целесообразности, соответствующей действительности. Конечная цель жизнедеятельности клетки — выживание, а при независимом существовании клетки - выживание и раз­множение. Адаптивные стратегии достижения этих целей мно­гочисленны и необычны, особенно при состояниях голода и недостатка воды. В таких случаях обычная тактика однокле­точных организмов это образование спор и "бездействие" до тех пор, пока условия снова не станут благоприятными. Не удивительно, что в прошлом биологи смогли обнаружить об­щую цель в каждой форме жизни, которую они исследовали! Целесообразность эволюции достигалась путем проб и оши­бок, ценой смерти отдельных особей или снижения репродук­тивное™ других — таким было наказание за ошибки меха­низма обратной связи. Если бы мы смогли увидеть выжившую в результате отбора клетку, то мы бы стали свидетелями про­явления целесообразности, общей для всех процветающих форм жизни. В лабораторных условиях мы можем при помо­щи методов рандомизации и отбора получить то, что я везде называю "клетки-идиоты" [13]. Они выживают и продолжают

185

ВАН РАНСЕЛЕР ПОТГЕР_______________ _________________________

существовать в лабораторных условиях, так как мы ликвиди­руем последствия тех нелепых вещей, которые они проделы­вают для своего выживания. Их жизнедеятельность бессмыс­ленна, ибо только мы можем предоставить специальные усло­вия и питание, необходимые для их выживания и размноже­ния. Однако эти клетки используют большую часть получаемо­го питания для выработки огромного количества фермента и продуктов ферментативных реакций, которыми они сами не могут воспользоваться. Если же возвратить такие клетки в ес­тественную среду их обитания, то большинство из них быстро погибнет. Вместе с тем у некоторых из них возникнут мута­ции, корректирующие возникшие дефекты, и именно они вы­живут.

Когда мы переходим от отдельных, свободно живущих кле­ток к высшим организмам, то обнаруживается, что клетки на­чинают делиться медленнее. Известно, что у каждого животно­го есть механизм обратных связей, контролирующий поступ­ление энергии и работу отдельных оранов организма, но те­перь они связывают выход каждой клетки с чувствительными элементами всех других клеток. Так, например, на молекуляр­ном уровне клетки печени связаны не только между собой, но и с клетками сердца, головного мозга, почек и т. д. Все типы клеток организованы в высший организм при помощи факти­чески существующих стандартов, определенных наследствен­ностью, а также за счет способности клеток не выходя за оп­ределенные границы адаптироваться к изменениям окружаю­щей среды. Может произойти так, что подобно отдельным клеткам, организм будет подвергнут воздействию несоответст­вующих его адаптивному потенциалу факторов среды, и в ре­зультате возникнет патология - это больные клетки, нездоро­вые или погибающие животные и люди с заболеваниями, ко­торые во многих случаях определяются невооруженным гла­зом (при помощи микроскопа или специальных химических реакций). Вместе с тем, мы везде видим проявление потря­сающего замысла природы, когда становимся свидетелями по­вторяющихся эффективных взаимодействий по принципу об­ратной связи у разнообразных видов - когда стимул воздейст­вует на систему, исходное состояние которой восстанавлива­ется при помощи обратной связи внутри клетки, органа или целого организма. Любому, кто с эволюционной точки зрения изучал систему обратных связей в живых организмах, ясно, что противоречия между редукционизмом и холизмом абсурд­ны (См.: Глава 1). Так, количество молекулярных взаимодейст­вий внутри и между простейшими организмами увеличивается и расширяется до сообщества клеток органа или организма, и осуществляется уже не но воде или воздуху, а по крови, лим­фе и нервам, выполняющих функцию механизма обратной

186

БИОЭТИКА - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

связи между выходом одной клетки и датчиками другой! В высших организмах мы находим десятки примеров обратной связи между органами при помощи выделения гормонов (мо­лекул — курьеров), поступающего из одного органа и взаимо­действующего с рецепторами клеток в другом органе. В глав­ных системах обратной связи обычно достаточно обнаружить орган А, посылающий гормон А1 в орган В, вырабатывающий гормон В1 , который направляется в другие части тела, но од­новременно с этим воздействует на обратную связь с органом А и тормозит выработку гормона А1.

Как показано на Рис. 12.2., орган А производит гормон А1, стимулирует орган В для производства гормона В1, угнетающе­го А , но стимулирующего органы С и D для производства их специфических продуктов X и Y и т.д.

'Гормон А

Орган А

Блокирование отрицательной обратной связи

Гормон В

Орган В

Орган D

Рис. 12.2.

В такого рода многоканальной системе обратных связей концентрация гормонов А1 и В1 в крови будет колебаться в разных фазах жизнедеятельности. Это необходимо для выжи­вания и выполнения организмом своих ежедневных функций. Усложнение связей происходило в процессе эволюции посте­пенно, начиная от молекулярного взаимодействия простейших клеток и заканчивая возникновением систем, управляющих приспособительными реакциями организма (Глава 1), целесо-

187

ВАН РАНСЕЛЕР ПОТТЕР

образными для использования в определенной среде обитания, подобно тому, как строение жирафов целесообразно с точки зрения добывания листьев с верхушек деревьев. Эволюцион­ная теория Дарвина постоянно обращалась к возможностям механизма обратных связей для совершенствования характе­ристик формы и цвета, и, напротив, без эффективных обрат­ных связей создания природы не смогли бы выжить!

Популяция, обратная связь и эКосистема

Большие экосистемы чаше всего неустойчивы и характери­зуются тенденцией к колебанию численности популяций рас­тений и животных. Первые попытки понять этот феномен ос­новывались на очевидном факте - многие виды являются предметом охоты для других видов животных, которые, в свою очередь, находятся в достаточно серьезной зависимости от ка­кого-то одного вида хищников, на жизнедеятельность послед­него определяет количество доступной ему животной пищи. Классическим примером является динамика популяции рыси в Канаде [2], о которых косвенно можно судить по объемам тор­говли мехом. Примерно каждые 10 лет отмечается максимум и минимум численности особей рыси, что объясняется соот­ветствующим количеством кроликов. Рост популяции кроликов приводит к увеличению количества рысей, однако, большая популяция хищников истребляет значительную часть кроли­ков. Уменьшение популяции кроликов влечет за собой недос­таток пищи и снижение численности рысей. И чем меньше будет рысей, тем больше вероятность увеличения популяции кроликов (Рис. 12.3 и 12.4).

Обратные связи между видами Кролики

Хищн

10 лет

Рис. 12.3. Колебания численности популяции кроликов и хищников.

Кроме того, наличие (или отсутствие) растительной пищи у травоядных животных влияет на их численность, что анало­гично циклу взаимоотношений хищник-жертва. Переходя на другой уровень анализа проблемы, можно отметить, что цикл

188

_________________________________________БИОЭТИКА • МОСТ В БУДУЩЕЕ.

дождей (осадков) будет способствовать обилию растительно­сти, а на циклы дождей, вероятно, будут влиять солнечные пятна или другие планетарные явления (Рис. 12.5).

Количество кроликов на одну кв, милю

Количество хищников на одну кв. милю

Рис. 12.4.

Наличие обратной связи между количеством хищников и их жертв

Очевидно, что популяция людей растет экспоненциально и, возможно, достигнет катастрофического уровня в следующие три десятилетия. Сегодня вероятность рождения ребенка и достижения им такого возраста, когда он, в сбою очередь, сможет иметь собственных детей, выше, чем это было раньше. В последние несколько столетий не было ни больших войн, ни голода, которые могли бы существенным образом повлиять на рождаемость и уровень смертности (баланс которых отмечался в доисторические и первобытные времена) и задержать стре­мительный рост населения земного шара. Как правило, экспо­ненциальный рост населения с учетом положительных обрат­ных связей изображают в виде плавной кривой. Но, безуслов­но, ее характер был бы иным при наличии точных данных за последние 5000 лет. Вполне вероятно, что в течение многих тысяч лет человеческой истории популяционная кривая имела резкие подъемы и спады, стремящиеся компенсировать друг друга и предупредить то, что сегодня мы рассматриваем как "экспоненциальный рост" или демографический взрыв. Од­нако плавную форму популяционной кривой трудно реконст­руировать, если в качестве ареалов выступают островки, время существования которых сравнительно небольшое (как было отмечено в одной последней статье "Демография примитивных популяций") [14]. В последние нескольких десятилетий рост популяции людей был таким высоким, что ни войны, ни голод, ни болезни его не смогли остановить, о чем свидетельствуют полученные данные, возможно, и не совсем полные, но вполне достаточные для констатации факта увеличения скорости при­роста населения [15].

189

ВАН РАНСЕЛЕР ПОТТЕР

Количество кроликов на одну кв. милю

Количество хищников на одну кв. мипю

Плотность травяного покрова

t

коли осадков

Малое количество осадков

1Ч6СТВО ^N.

ство ^^

Высокая солнечная

активность

/такая солнечная

активность

2

Рис. 12.5.

Факторы, влияющие на колебания численности популяции.

Исследования популяции мелКих млекопитающих

Для того, чтобы понять какие факторы вызывают колебание численности животных на небольших территориях, были про­ведены многочисленные исследования. Экспоненциальный рост человеческой популяции происходит в результате преоб­ладания положительных факторов (запасы продовольствия, санитарно-профилактические мероприятия, использование ан­тибиотиков) над отрицательными (голод, войны, эпидемий и другие, еще неизвестные факторы). Для человеческой популя­ции таким неизвестным фактором может выступать стреми­тельно развивающаяся культурная эволюция, которая вызыва­ет заметные изменения поведения отдельных людей и популя­ции в целом [16]. Но кроме влияния культуры, приводящей к сознательному желанию людей ограничить размер семьи, су­ществуют еще физиологические и генетические изменения, которые также необходимо учитывать. Их можно успешно изучать при помощи моделей популяции небольших животных в полевых условиях. Полезное введение в проблему, посвя­щенную таким исследованиям, представлено последними пуб-

190

БИОЭТИКА . МОСТ В БУДУЩЕЕ.

ликациями К. Кребса. Он представляет новое поколение эко­логов, доказывающих, что сегодня необходимо интегрировать данные полевых исследований и молекулярной биологии. В 1963 году Кребс, изучая циклы развития популяции леммингов в арктических районах, сделал вывод, что "периодические ко­лебания численности популяций небольших млекопитающих еще не объяснены" [17]. В 1965 году Кребс и Делонг [18] при­вели данные о том, что один из видов нолевых мышей (кали­форнийская полевка - Microtus californicus] периодически из­меняет свою численность с пиками каждые 3-4 года. Авторы предположили, что такие колебания обусловлены изменением количества пищи, и, вместе с тем, их данные были достаточно противоречивы. Поэтому они продолжили свои эксперименты "для того, чтобы выяснить - достаточно ли избытка высокока­чественной пищи для экспоненциального роста популяций не­больших млекопитающих" или же колебания их численности все равно будет иметь место. Было показано, что численность особей в популяции сначала увеличивается, а затем снижается даже и при наличии обилия пищи, благоприятных погодных условиях и отсутствии существенного влияния хищников, эпи­демий или миграции животных. В 1966 году Кребс расширил свое сообщение для того, чтобы показать, что "существует ряд специфических демографических изменений, сопровождаю­щих колебания популяции данного биологического вида по­добно тому, как специфический комплекс симптомов сопро­вождает патологический процесс" [19]. Он пришел к заключе­нию, что "за эти демографические изменения могут нести от­ветственность механизмы саморегуляции (в виде обратных связей или биокибернетических механизмов), при исследова­нии которых не было получено прямых доказательств феноти-пических или генотипических изменений состояния здоровья животных" [19]. После проведенных исследований и предвари­тельных заключений Денниса Читти [20] о том, что враждеб­ное поведение особей, по-видимому, коррелирует с наличием пищевых запасов, Кребс вместе со своими студентами Уни­верситета штата Индиана решили изучить (при помощи поле­вых и молекулярногенетических методов) колебание числен­ности особей двух биологических видов мышей полевок [21]. Мышей заманивали в ловушки для того, чтобы их можно было подсчитать, избежав сложностей, присущих технике насильст­венного многократного отлова животных. Были также отобра­ны 2311 образцов крови в общей сложности у 3526 животных, попавшихся в ловушки в периоде июня 1965 по сентябрь 1967 года. В получаемых образцах ежедневно определялось наличие белков - маркеров генов (сокращенно - Е, С и F), и, таким образом отмечалось изменение популяционной генетической составляющей мышей. Белки крови были представлены раз­личными формами, которые разделялись путем элекрофореза геля, так как было известно, что каждая белковая форма кон-

191

ВАН РАНСЕЛЕР ПОТТЕР

тролируется отдельным участком хромосомы - аллельным ге­ном. Каждая из двух популяций мышей имела пару аллельных генов, соотношение которых менялось в зависимости от вре­мени.

Популяции Microtus ochrogaster состояли из особей ЕЕ и EF с преобладанием ЕЕ, в случаях увеличения популяции, и пре­обладанием особей EF, когда популяция уменьшалась. Популя­ция Microtus pensylvanicus состояла из особей ЕЕ и ЕС также с непостоянным соотношением, зависящим от динамики чис­ленности популяции. Несмотря на сложность полученных ре­зультатов (необъяснимость их разброса, несовершенство бел­ковых маркеров в качестве индикаторов генетических изме­нений), представляемые данные стали началом поиска корре­ляции между генетической структурой, модуляцией генетиче­ской экспрессии, физиологической адаптацией, агрессивным поведением и репродукцией, или, другими словами, попытка объяснить репродуктивное и агрессивное поведение на моле­кулярном уровне. В личной беседе со мной Кребс отметил, что Кристиан и Девис придавали особое значение вероятным фи­зиологическим изменениям, в особенности - эндокринному стрессу [22], в то время как Читти — возможным генетиче­ским сдвигам [23, 24]. Хотя еще полностью не доказана истин­ность той или иной точки зрения, оба проведенных исследова­ния рассматривают в качестве возможной причины снижения численности популяции агрессивное поведение особей, веду­щее к снижению репродуктивной функции. Р. Тамарин и К. Кребс [21] обсуждают свои результаты в контексте гипотезы Читти, допускающей, что во время стремительного роста чис­ленности популяции идет отбор наиболее агрессивных живот­ных. Отобранные особи, обладающие вначале повышенной физической выносливостью, вскоре становятся незащищен­ными, так как агрессивность делает их в большей степени восприимчивыми к факторам, вызывающим гибель, что, в ко­нечном счете, подготавливает почву для уменьшения числен­ности популяции.

Принимая во внимание последние результаты, полученные в нашей лаборатории, по-видимому, не стоит рассматривать сдвиги генетической структуры популяции только как резуль­тат изменения соотношения белков ЕЕ, ЕС и EF у отдельных особей. В нашем эксперименте ген в гепатоме, пересаженной от одной особи к другой, по-видимому, "удалялся", так как со­ответствующий ему белок (в печеночном ферменте) утрачивал свою активность. И вместе с тем, когда физиологическое со­стояние животных значительно изменялось, белок присутство­вал в большом количестве [25]. Было бы интересно выяснить, может ли измениться распределение маркеров белка у от­дельных особей мышей-полевок в течение нескольких часов или дней в условиях сильного перенаселения. Безусловно, если результаты исследований на животных имеют какое-либо от-

192

_____________________________________БИОЭТИКА - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

ношение к жизни человека, то можно предположить, что из­менение репродуктивного поведения у отдельных людей будет происходить скорее путем модуляции их генетической экс­прессии (физиологической или культурной), чем путем генети­ческого отбора.

Нулевой прирост населения

Нам представляется, что в современных условиях снижение уровня рождаемости очень важно и должно проводиться при помощи любых возможных широкомасштабных мер в сфере образования и здравоохранения. Таким образом, можно было бы улучшать политическую и экономическую ситуацию в ми­ре, в котором большие семьи не рассматриваются как реше­ние проблем, существующих у родителей-одиночек, мень­шинств, малых или больших наций.

Сегодня под "демографическим отставанием" понимают неизбежное снижение рождаемости в условиях, когда прими­тивное сельскохозяйственное общество становится урбанизи­рованным, достигая "высших" стандартов жизни. Идея такой урбанизации очень опасна для мира, который уже может практически не прилагать никаких усилий для увеличения на­родонаселения. Оно увеличивается даже при неблагоприятных условиях, совокупность которых исследуется нашей гипотезой. Рост уровня преступности, заболеваемости, безграмотности, деградация личности, связанные с урбанизацией многих час­тей мира, кажутся достаточно высокой платой за снижение рождаемости. Нам следует очень критически подходить к мо­тивам, профессиональным и религиозным предубеждениям, влияющим на суждения мировых лидеров, которые, используя любые аргументы, все больше и больше защищают урбаниза­цию. Противоположная точка зрения также должна подве-раться критическому анализу, так как ей также свойственны определенные предубеждения, среди которых можно выделить три группы: биологические, экологические и гуманистические. Нам следует понимать землю, человека, растения, животных, океан и атмосферу как сбалансированную экологическую сис­тему. И сегодня для оценки наших гипотез, стремящихся к идентификации "параметров выживания" нам необходимо на­чать широкомасштабный мониторинг всех параметров этой системы. Иными словами, нам нужно знать, выиграем мы или проиграем борьбу за выживание. Для этого необходимо по­всеместно стремиться к "нулевому приросту населения", в со­ответствии с которым каждая семья, в среднем, должна огра­ничиться рождением двух детей. Следует найти подходящие средства для регуляции и изменения уровня рождаемости на добровольных началах. Это вполне осуществимо в цивилизо­ванном обществе при помощи экономических стимулов и силы доводов разума [16]. Если бы удалось контролировать скорость воспроизводства, тогда можно было бы снизить прирост насе­ления до некоторого стабильного уровня; а затем — до

193

ВАН РАНСЕЛЕР ПОТТЕР____________________________________________________

"параметров выживания", характеризующих благоприятный баланс экосистемы. Если численность населения можно уменьшать, то ее можно и увеличивать. И нет никаких причин рассматривать "управляемое" снижение численности мирового населения как бедствие. Вместо того, чтобы позволить вспых­нуть нашей цивилизации подобно великолепной новой звезде, а затем исчезнуть навсегда в темноте, мы должны стремиться к достижению оптимально функционирующей экосистемы с таким уровнем населения, который бы обеспечил длительное выживание человека. Биокибернетика выступает в качестве гида на нуги достижения оптимального уровня численности человеческой популяции и установления стандартов жизни, походящих различным слоям населения. Овладев соответст­вующей информацией, мы сможем выбирать, какие предметы роскоши нужно, в первую очередь, производить для восполне­ния потребностей жизни. При этом сразу бы стало ясным, что многие из "предметов роскоши", такие как, чистые пляжи, обширные парки, свежий воздух, прекрасная музыка и разно­образие пищи, одежды и домашней обстановки, могут быть доступными всем. Но прежде чем думать об улучшении каче­ства жизни, необходимо обеспечить консенсус в мире по во­просу нулевого прироста населения и отказаться от цели, ос­нованной на идеалах американского уровня потребления ма­териальных и энергетических ресурсов. Именно по поводу этого и разгорелись серьезные дебаты между экономикой и экологией. Экология утверждает, что на первое место следует ставить выживание, как цель к которой должны стремиться контроль роста населения и улучшение показателей жизни. Экономика, в свою очередь, считает, что в начале необходимо повысить стандарты качества нашей жизни, а затем автома­тически установится контроль за ростом населения и его вы­живанием. Эксперимент по проверке двух гипотез уже начал­ся. И то, что нам сегодня необходимо — это объективно оце­нить все, что происходит вокруг нас, определить параметры выживания человечества и прямо посмотреть в лицо фактам, обозначенным биокибернетикой.

ЛИТЕРАТУРА

1. Norbert Wiener, "Cybernetics", in Garrett Hardin, ed., Science. Conflict and Society. (Readings from Scientific American] (San Francisco: W. H. Freeman and Co., 1969) pp. 119-125.

2. Arnold Tustin, "Feedback", in Garrett Hardin, ed., Science. Conflict and Society (Readings from Scientific American] (San Francisco W. H. Freeman and Co., 1969) pp. 126-133.

3. Durwald L. Allen, "Population, Resources and the Great Complexity", Population Reference Bureau, Selection No. 29, August 1969. (Аллен противопоставляет образ жизни жителя небольшого городка в 1920-ых годах и сегодняшнего урбанизированного человека не в пользу последнего. Р. Меиер указывает на существование другой точки зрения [8; 277]).

194

БИОЭТИКА - МОСТ В БУДУЩЕЕ.

4 С. W. Griffin, Jr., Frontier Freedoms and Space Age Cities (New York: Pitman Publishing Corp., in press). Article in Saturday Review, February 7, 1970, p. 17.

5. John K. Galbraith, The Affluent Society (Boston: Houghton Mifflin Company, 1958).

6 George Macinko, "Conservation Trends and the Future American Environment", The Biologist 50:Nos. 1-2, 1-19. January 1968. (Лич­ный комментарий по поводу симпозиума под редакцией Дар-линга и Мильтона [8].)

7 George Macinko, 'Saturation: A Problem Evaded in Planning Land Use", Science 149:516-521, 1965.

8 F. Fraser Darling and John P. Milton, Future Environments in North America (Garden City, N. Y.: The Natural History Press, 1966). (Эта книга представляет собой подробную запись одного важного симпозиума.)

9. Irene Travis, Technology and Values (Harvard University Program on Technology and Society, Research Review No. 3) (Cambridge: Harvard University Press, Spring, 1969).

10. National Academy of Sciences, Applied Science and Technological Progress (Washington, D, C.: U. S. Government Printing Office, 1967)

11. National Academy of Sciences, Technology: Processes of Assessment and Choice (Washington, D. C.: U. S. Government Printing Office, 1969). (Эта книга включает профессиональные биографии каждо­го из 18 членов группы.)

12. T.V. Smith and M. Grene. From Descartes to Kant (Chicago: University of Chicago Press, 1940). (Цитирование первоисточников с комментариями.)

13 V R. Potter, "The Present Status of the Deletion Hypothesis", U. Mich. Med. Bull., 23:401-412, 1957.

14 Norma McArthur, "The Demography of Primitive Population", Science 167:1097-1101, 1970.

15. Paul Ehrlich, The Population Bomb (New York: Ballantine Books, Inc., 1969)

16. Margaret Mead, Continuities in Cultural Evolution (New Haven: Yale University Press, 1964).

17. C. J. Krebs, "Lemming Cycle at Baker Lake, Canada, during 1959-62", Science J 40:674-676, Г963.

18. C. J. Krebs and К. Т. DeLong, "A Microtus Population with Supplemental Food", J. of Mammology 46:566-573, 1965.

19. C. J. Krebs, "Demgraphic Changes in Fluctuating Population of Microtus Californicus", Ecological Monographs 36:239-273, 1966.

20. D. Chitty, D. Pimentel and C. J. Krebs, "Food Supply of Overwintered Voles", J. Anim. Ecol. 37:113-120, 1968.

21. R. H. Tamarin and C. J. Krebs, "Microtus Population Biology II: Genetic Changes at the Transferrin Locus in Fluctuating Populations of Two Vole Species", Evolution 23:183-211, 1969.

22 John J Christian and D. E. Davis, "Endocrines, Behavior and Population", Science 146:1550-1560, 1964.

23. D. Chitty, "Population Processes in the Vole and Their Relevance to General Theory". Canad. J. Zoo/, 38:99-113, 1960.

24. D. Chitty, "The Natural Selection of Self-Regulatory Behavior in Animal Populations", Proc. Ecol. Soc. Australia 2:51-78, 1967.

25. V. R. Potter, R. D. Reynolds, M. Watanabe, H. C. Pilot and H. P. Morris, "Induction of a Previously Non-inducible Enzyme in Hepatoma 9618A", in G. Weber, ed., Advances in Enzyme Regulation 8:299-310 (London: Pergamon Press, 1970).

195

ВАН РАНСЕЛЕР ПОТТЕР