книги / Системный подход в современной науке
..pdfОбнаруженные простые механизмы физиологической интеграции организма, не требующие высокой централизации, прямого управле ния, наличия мощных центров переработки и анализа информации, представляют общенаучный интерес. Есть основания предполагать, что принципиально такие же механизмы саморегуляции и самоорга низации действуют на различных уровнях организации материи: от атомного и молекулярного до социального, включая происхожде ние и эволюцию жизни, возникновение высших форм сознания, раз витие государств и цивилизаций.
Действительно, в основе всех этих систем лежит в той или иной форме и степени взаимосогласование относительно независимых элементов целого, достигаемое на основе в значительной мере слу чайного взаимодействия, будь то движения атомов, или формирова ние нейронной сети в мозгу позвоночных животных, или поведение членов социума10. Механизм интеграции подобен взаимосогласованию множества ничтожных пульсаторов в колонии гидроидов, порож дающему сильный, можно сказать «синергический», эффект — про тяженное течение жидкости в длинном и разветвленном трубчатом теле колонии.
Эффект от взаимодействия может быть нелинейным, т. е. резуль тат непропорционален воздействию, что связано с нелинейным ха рактером изменения степени взаимосогласования активности эле ментов. Также и в социуме — не столь важно количество энергии и продукции, созданной множеством людей, как взаимное соответст вие их деятельности. Используем этот пример для пояснения роли не централизованной саморегуляции. Казалось бы, что разумные дирек тивы из центра способны в наибольшей степени усилить эффектив ность совместной работы и жизнедеятельности коллектива. Однако жесткая централизация ограничивает личную инициативу. Возможны два варианта последствий. Первый — подавление инициативы рядо вых членов общества тормозит прогресс, так как всякое отклонение от привычного, в том числе и признание всякого нововведения, сдер живается громоздкой процедурой согласований для принятия реше ния. Второй — личная инициатива находит иные формы выражения и самореализации — вне плоскости общегосударственных задач, что также снижает эффективность планируемой совместной деятельно сти. Оптимальный вариант организации социума предполагает сво боду личной инициативы при условии подчинения каждого общим для всех правилам поведения, предусматривающим безвредность по
следствий частной деятельности для остальных членов общества. Это означает некоторое ограничение степеней свобод элементов, как необходимое условие самоорганизации. Важно, однако, подчеркнуть, что самоорганизация основывается на сохранении самостоятельнос ти элементов, объединенных общей средой и едиными правилами взаимодействия.
Примером может быть поведение муравьев, стремящихся коопе ративно перетащить тяжелый предмет. Результирующая согласован ность действий достигается не передачей команд или централизован ным руководством, а подчинением каждого муравья простым прави лам поведения, ориентирующимся на доминирующий импульс. Такое поведение у социальных перепончатокрылых в англоязычной лите ратуре получило название «Collective или Swarm Intelligence» («кол лективный разум»). Оно в значительной мере основывается на мето де «проб и ошибок». Оказалось, что эффективность кооперации за висит в том числе и от размеров колонии, возрастая в больших му равейниках11.
Поведение колониальных насекомых послужило примером для со здания моделей коллективной работы роботов, в основе которых ока зались сходные с нашими принципы относительной независимости действий роботов, способность к переключению нескольких алгорит мов в зависимости от локальной ситуации12.
Не надо думать, что только низшие беспозвоночные демонстри руют не столь высокую, как предполагается, внутреннюю взаимоза висимость частей. Яркое описание способности сложнейшей систе мы функционировать после множественного нарушения связей меж ду ее основными подсистемами дано еще нейрофизиологом Р. Спер ри на примере мозга кошки: «В некоторых работах, проведенных в на шей лаборатории, мы буквально изрешетили зрительную и соседнюю с ней области коры мозга кошки с помощью иголок и булавок из тан таловой проволоки. Мы втыкали в ткань коры дюжины иголок, пока она не стала похожа на густо истыканную подушечку для булавок
ипока наше терпение не истощилось. Так как эти иголки были био логически инертны, мы их просто оставили в мозгу. И несмотря на это, в последующих тестах на околопороговое различение образов характеристики зрения были практически такими же хорошими, как
ираньше. ...Насколько резко с этим сохранением в живом мозге ор ганизованных функций контрастирует положение, наблюдаемое в по строенных человеком цепях, когда одна единственная перегоревшая
лампа или одна сломанная проволочка производят разрушительный эффект!»13
Р. Сперри далее перечисляет главные условия такой поразитель ной саморегуляции сложной системы, а именно: 1) фактор множест венного соединения; 2) широкое перекрытие связей соседних эле ментов; 3) множественное подкрепление любой данной функции из многочисленных и разнообразных источников, каждый из которых способен самостоятельно поддерживать свою активность; 4) дубли рование органов.
Как, исторической справедливости ради, не вспомнить И.И. Шмальгаузена, подчеркивавшего особую роль в регуляторных процессах по лимеризации и многократного дублирования на всех уровнях органи зации биологической системы! Обратим внимание, что главным усло вием самоорганизации нормальной работы мозга оказывается дубли рование элементов и процессов, а вовсе не точность передачи и пере работки информации, столь необходимые в автоматах.
Основоположник синергетики Г. Хакен привлек внимание к сход ству кооперативных явлений в неравновесных системах, используя накопившиеся к этому времени знания о фазовых переходах, гидро динамических неустойчивостях и автокаталитических реакциях.
Эти идеи получили особенно впечатляющее развитие в нейроин форматике и более всего в той ее области, которая занимается со зданием искусственного интеллекта, или «нейрокомпьютеров». В ос нову теории были положены принципы работы нейронных сетей — со вокупности равнозначных элементов, взаимосвязанных друг с другом наподобие сети. Каждый элемент (имитирующий нейрон) принимает сигналы от множества входов, суммирует с учетом их «удельного ве са», может трансформировать нелинейно выходной сигнал, который в общем случае может поступать на множество таких же искусствен ных «нейронов». Обычно исходные сигналы одновременно поступа ют на множество «нейронов» и параллельно обрабатываются, а за тем могут взаимодействовать на выходе. Если сигналы далее посту пают к следующей совокупности «нейронов», то такая сеть становит ся многослойной. В подобной системе практически невозможно точ но предсказать характер прохождения сигналов в различных частях устройства. Однако именно такие «нейрокомпьютеры» лучше обыч ных способны решать разнообразные задачи без перенастройки, «самообучаться» путем изменения параметров трансформации сигна лов «нейронами» и сравнения получаемого результата с эталоном.
В последние 15 лет теория нейронных сетей находит все более ши рокое применение на практике: для распознавания образов, в эконо мике для предсказания развития рынка, при решении разнообразных научных задач, требующих не точных вычислений, а синтеза разно образных данных, в том числе при постановке медицинских диагно зов, а также в психиатрии, в педагогике и многих других направлени ях, число которых увеличивается с каждым годом. Даже философ ские теории вынуждены считаться с революционными открытиями, сделанными в нейробиологии и нейрокибернетике14.
Нецентрализованная саморегуляция целостности организма достигается посредством взаимодействия множества равно значных частей, которые большую часть времени функциониру ют независимо друг от друга. Периодически происходит коррек тировка деятельности каждой части с учетом общей ситуации в организме. Представленные данные заставляют пересмотреть ус тоявшиеся представления о взаимной зависимости частей как основ ном базисе целостности. Не высокая взаимозависимость частей, а их достаточная (в определенных пределах) автономность представляет обязательное условие саморазвития и поддержания целостности сложных систем. Множественность составляющих, их генетическое тождество, способность реализовывать несколько алгоритмов в за висимости от условий, параллелизм функционирования частей и пе риодическая корректировка (синхронизация) — вот основные усло вия нецентрализованной саморегуляции целостности биологической системы.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Шубина Г.П. Методологическая роль категорий целого и части в решении проблемы целостности организма // Методологические проблемы современной науки. М., 1964. С. 3.
2 Цит. по: Перье Э. Основные идеи зоологии в их историческом развитии с древнейших времен до Дарвина. СПб, 1896. С. 245.
3 Там же.
4 Иванов А.В. Происхождение многоклеточных животных. Филогенетические очерки. Л., 1968. С. 64.
5 Горшков В.Г Физические и биологические основы устойчивости жизни. М., 1995. С. 410.
6 Habib М.К., Asama Н., Endo /., Matsumoto A., Ishida Y. Simulation environment for an autonomous decentralized multi-agent robotic system // Proc. 1992 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Raleigh, 1992.
7 Марфенин Н.Н. Феномен колониальное™. М., 1993.
8 Марфенин Н.Н. Нецентрализованная саморегуляция целостности организма // Журн. общ. биол., 2002. Т. 63. № 1.
9 Марфенин Н.Н. Функционирование распределительной системы пульсатор- но-перистапьтического типа у колониальных гидроидов // Журн. общ. биол., 1985. Т. 46. N. 2. С. 164.
10 Deneubourg J.L., Goss S. Collective Patterns and Decision Making // Ethology, Ecology and Evolution, 1989. Vol. I.
11Fonck C., Jaffae K. On the energetic cost of sociality // Physiol. Behav., 1996. Vol.
59.№ 4-5; Karsai /.., Wenzel J.W . Productivity, individual-level and colony-level flexibil ity, and organization of work as consequences of colony size // Proc. Nat. Acad. Sci. U SA, 1998. Vol. 95. №.15.
12Dorigo M., Di Caro G., Gambardella L.M. Ant algorithms for discrete optimization // Artif Life, 1999. Vol.5. №2.
13 Сперри P. Упорядоченность функционирования в неупорядоченных структу рах // Принципы самоорганизации. М., 1966. С. 345-346.
u Arianova L. The information processing organisms/ / Acta Biotheor., 1996. Vol. 44.
№. 2.
В.М. Эпштейн
ТЕОРИЯ СИСТЕМАТИКИ В КНИГЕ В.Н. БЕКЛЕМИШЕВА
«МЕТОДОЛОГИЯ СИСТЕМАТИКИ»
Публикация ранее не издававшегося труда В.Н. Беклемишева «Методология систематики» (1994) является в истории этой науки со бытием, значение которого, по всей вероятности, можно будет оце нить значительно позже. С нашей точки зрения, идеи, изложенные в этой книге, намного опережают теоретические представления со временной таксономической мысли, которая почти всецело вращает ся в поисках новых математических методов представления данных и утратила ту глубину, философскую и методологическую мощь, ко торая так ярко высвечивается со страниц этой книги. Поэтому биоло ги — и не только биологи, но и философы, историки, методологи на уки должны быть благодарны творческому коллективу, усилиями ко торого этот замечательный труд был опубликован и тем «вырван из цепких лап забвения». Приступая к анализу содержащихся в нем идей, мы считаем необходимым сделать несколько предварительных замечаний.
1) Из большого круга идей, рассматриваемых В.Н. Беклемише вым, мы рассматриваем только те, которые имеют самое непосред ственное отношение к основной цели — разработке теории система тики. Значение книги Беклемишева гораздо шире. В сущности, кни га является трудом, который по своему содержанию и значению яв ляется одной из «Философий природы» и, по нашему убеждению, для будущего имеет такое же значение, как «Философия ботаники» Линнея и «Философия зоологии» Ламарка для соответствующих эпох развития биологии. Характеризуя ее значение для развития система тики, лучше всего отнести к ней слова П.Г Светлова (1963), сказан ные о другом сочинении В.Н. Беклемишева — «Сравнительной ана томии беспозвоночных» и помещенные в «Методологии системати ки»: «Появление этой книги В.Н. Беклемишева — событие в науке, значение которого сейчас вряд ли кто-нибудь сможет оценить надле
жащим образом, так как для полного освоения его нужен труд, может быть, не одного поколения ученых. Эта книга относится к тому типу сочинений, в которых новыми являются не те или иные отдельные во просы или части данной науки, а в котором вся наука в целом, столе тия существовавшая до этого, подается в новом аспекте» (с. 13).
2) В анализе взглядов В.Н. Беклемишева мы жестко придержива емся принципа историзма. Для серьезного анализа автор должен иметь свою точку зрения (правильную или неправильную), которая позволяет не только предоставлять информацию, но и осуществлять ее содержательный анализ. Это мнение совпадает с взглядами совре менного историка. Их суть очень четко изложил А.Я. Гуревич в статье «Жак Ле Гофф и «новая историческая наука во Франции» — после словие к книге Ле Гоффа «Цивилизация средневекового Запада»: «...Февр и Блок выдвинули принцип «история — проблема». Историк формулирует проблему и в свете ее отбирает те памятники, анализ которых может служить источником знания по этой проблеме. Пробле мы истории диктует историку современность, но она диктует... их в том смысле, что историк задает прошлому те вопросы, которые су щественны для современности и задавание которых дает возмож ность завязать с людьми другой эпохи продуктивный диалог» (с. 353).
Наше толкование принципа историзма полностью соответствует этому определению, а его трактовка как обратной связи между на стоящим и прошлым является его системной интерпретацией. Обра щаясь к книге В.Н. Беклемишева, мы задаем вопросы, связанные с работой над теорией систематики, чтобы услышать его ответы и ус тановить соответствие между ними и современными представления ми о теории систематики. «Установить соответствие» — значит с чемто согласиться, что-то подтвердить, от чего-то отказаться, обнару жить забытые или новые идеи, которых нет в сочинениях современ ных авторов.
То, что подтверждается, может претендовать на статус инвариант ности парадигмы.
3) Наша исходная позиция — наличие кризиса в современной си стематике — полностью совпадает с позицией Беклемишева. В.Н. Беклемишев оценивал ее, исходя из той ситуации, которая скла дывалась в конце XIX вв. Выводы совпадают полностью: «Время для революции пришло. Положение самое напряженное. Форма система тики как науки не осознана, актуально не существует. А между тем содержание уже готово, материал лежит, затисканный в чуждые ему
формы генеалогии. Требуется лишь перевести его на язык тех поня тий, которые бессознательно работали при ее возникновении, при по мощи терминов, которые не создавали бы ни противоречий, ни недо молвок. Нельзя дольше терпеть состояние, когда имеется мнимая на ука филогении, лишенная фактов, не объединенных в систему. Поло жить этому конец и является целью методологии, которая должна явиться одновременно и разрушительницей и созидательницей, в ро ли как критической, так и конструктивной» (с. 85).
Наши взгляды совпадают с взглядами Беклемишева еще в одном, чрезвычайно важном отношении. На I Всесоюзной школе-семинаре по теории классификации в Борке (1979) автор выступил с докладом о необходимости изучения «интуитивного классифицирования». Раз витие этой темы в течение последующих лет привело к выводу о том, что биологическая систематика обладает «неявной теорией», которая может быть положена в основу современной научной теории система тики и перспективы развития которой связаны с ее дальнейшей мате матизацией и аксиоматизацией. Эта мысль является тривиальной, по скольку наличие теории систематики как правило либо отрицалась, либо игнорировалась. Однако именно эта мысль лежит в основе пред лагаемого подхода к построению новой теории биологической систе матики. В представленном выше фрагменте книги Беклемишева она сформулирована предельно ясно: такая теория существует, ее лишь надо выявить, извлечь из под филогенетических спекуляций и формапизировать, используя простые и понятные термины.
Таким образом, мы устанавливаем полное соответствие между взглядами В.Н. Беклемишева и нашими взглядами в оценке сложив шейся в науке ситуации, путях выхода из кризиса и подходах к пост роению теории систематики.
Теперь мы можем обратиться к исследованию фрагментов текста «Методологии систематики», посвященным интересующим нас про блемам. По указанной причине фрагменты из «Методологии систе матики» и комментарии к ним не всегда соответствуют той последо вательности, в которой изложены идеи В.Н. Беклемишева в его кни ге.
Эти фрагменты рассматриваются соответственно группам про блем:
I.Проблемы методологии систематики как науки; II. Основные понятия систематики;
III. Методы систематики.
Проблемы методологии систематики как науки
Мы рассмотрим следующие вопросы: значение методологии для современной теории науки; предпосылки систематики; задачи систе матики; разделы «общей практической систематики»; систематика и филогеника.
Значение методологии для создания теории науки. В.Н. Бек лемишев начинает свою книгу с изложения исходной проблемы — цель и задачи методологии. Здесь высказывается убеждение в том, что методология необходима для исследователя — вопреки тому, что думали (и думают теперь) многие биологи. Эта мысль может быть принята априори, однако важно не само это утверждение, а понима ние того, что именно дает биологу методологический анализ интере сующих его проблем. В.Н. Беклемишев, ссылаясь на Зигварта, дает ясный ответ: «Фактически наука развивается раньше своей методо логии. “Всякое техническое учение обыкновенно является позже, не жели действительное техническое применение, а он лишь сводит к правилам то, что мастера с успехом уже испробовали”» (с. 18).
Ситуация в биологии, по-видимому, отражает это утверждение бо лее наглядно, чем «технические учения». Наука, насчитывающая
всвоей истории две с половиной тысячи лет, в течение которых бы ла построена система органического мира, только теперь настоятель но требует своей теории.
«Наука развивается интуитивным применением правильных, но еще не осознанных методов, изобретаемых по мере надобности
втечение работы. Методология не придумывает новых методов, она лишь отыскивает, изучает и классифицирует методы, уже работав шие при накоплении данного материала науки, но недостаточно осо знанные и не выделенные как таковые. Таким образом, основной ме тод самой методологии историко-критический; ее материал — исто рия науки».
«Итак, накопляется материал науки без помощи методологии, вследствие интуитивного нахождения и бессознательного примене ния правильных методов. Но превратиться в науку он без критики ме тодов не может, так как только осознанность основных понятий руча ется нам за их непротиворечивость, только нахождение и точная фор мулировка предпосылок позволяет судить о достоверности выводов, только исследование примененных нами способов мышления позво
ляет различить привнесенное нами от того, что принадлежит самим явлениям» (с. 19-20).
В.Н. Беклемишев рассматривает ситуацию, которая обнаружи лась в систематике, как общенаучное явление. Это обобщение пред ставляет большой интерес для разработки теории систематики и об щей теории развивающихся систем.
Предпосылки систематики. Создается впечатление, что эту важ ную проблему вообще не исследовал никто, кроме В.Н. Беклемише ва. Очевидно, что его идеи по этому поводу новы и актуальны.
Сущность вопроса, им поставленного, такова: при каких условиях возникает возможность и необходимость классифицирования объек тов, т. е. потребность в систематике как науке. На этот вопрос Бек лемишев отвечает так: «Классификация имеет смысл только там, где многочисленные сходства выделяют группы объектов, и где такие классы различаются между собой достаточно многообразно; лишь там, где много сходств и много отличий, имеет смысл описывать объ екты по степени сходств и отличий» (с. 25).
Эта мысль важна сама по себе, хотя может показаться несколько тривиальной, однако Беклемишев здесь же дополняет ее другой, име ющей очень большое значение: «Итак, первое условие целесообраз ности применения классификационного метода, первое основание для его применения — это наличие достаточного количества сходств внутри определенных объектов, то есть постоянство в соединении оп ределенных признаков, специфичность их сочетаний.
Совокупностью всех признаков объекта определяется его форма в самом широком смысле этого слова (то есть его способ бывания (его Sosein, по терминологии Дриша)» (с. 25).
Здесь речь идет не только о целесообразности классифицирования прежде всего там, где имеется много разных объектов. Это утвержде ние подтверждается историей систематики: специальные занятия клас сификацией стали необходимыми только тогда, когда ученые достигли определенного уровня изучения объектов и открылась возможность сравнивать их сходства и различия. В ботанике это произошло в первой половине XVI в. (В. Кордус, К. Геснер); в зоологии — чуть позже, но в пре делах той же половины века (Ш. Белон), хотя отдельные сравнительно анатомические исследования были проведены еще раньше (Леонардо да Винчи). Важно и другое: классификация нужна там, где у объектов классифицирования имеются взаимосвязанные признаки, причем при знаки, образующие у разных объектов «специфические сочетания».