Об эволюции и эволюционных теориях с информатико-кибернетических позиций

Гринченко С.Н.

Институт проблем информатики РАН, Москва 117333, Россия

e-mail: sgrinchenko@ipiran.ru

Как представляется, существующие трудности и проблемы в построении современной теории биологической эволюции (адекватной одновременно «и Монблану, и Гималаям фактов» по А.А. Любищеву) могут быть преодолены при отказе от изучения собственно «эволюции живого» как таковой, и переходу к исследованию более общей проблемы – механизма функционирования иерархической системы живой природы в целом, и построению её иерархической же универсальной модели. Последнее возможно на базе использования соответствующего междисциплинарного языка описания, а именно – развитого информатико-кибернетического языка, оперирующего не только с простейшими понятиями (такими, как «обратная связь», «контур управления», «вход», «выход», «черный ящик» и т.п.), но и с более агрегированными понятиями (такими, как «поисковая оптимизация», «целевой критерий поисковой оптимизации экстремального типа, типа равенств и типа неравенств», «алгоритм случайно-регулярного поиска», «алгоритм адаптивного случайно-регулярного поиска» и др., хорошо изученными в области технической кибернетики). Данный язык, выступая в качестве метаязыка по отношению к языку биологическому (т.е. не заменяя, а дополняя последний), и позволяет провести необходимые синтез, анализ и формализацию. И проблема «эволюции» тогда выступает как соответствующее проявление жизнедеятельности предлагаемого кибернетического модельного механизма.

Таким образом, «поисково-оптимизационный» подход к интерпретации понятия эволюции опирается на принципиально иную трактовку селективного аспекта эволюции (а именно, как процесса, направленного на достижение экстремального значения энергетического целевого критерия соответствующего биогеоценоза или Биогеосферы в целом), что и обеспечивает – в указанном смысле – свойство направленности эволюции. Он подразумевает и иной метод реализации поискового приспособительного поведения (существенно превосходящий метод проб и ошибок по своим возможностям), то есть метод адаптивного случайно-регулярного поиска, причём в его иерархическом варианте. Последний отличается от метода проб и ошибок не только наличием в его структуре поискового целевого критерия экстремального типа, но и присутствием целевых критериев типа равенств и типа неравенств, ограничивающих вариативность поискового процесса. Кроме того, помимо чисто случайной, он содержит обязательную регулярную компоненту, т.е. возможность запоминания предыстории (траектории и результатов) поискового процесса. Это обеспечивает возможность осуществлять его не во всех теоретически возможных направлениях многомерной сферы поиска, а в некотором многомерном конусе допустимых (ограничениями системной памяти со стороны высших ярусов) значений.

Системная память – память структур (различных ярусов в иерархии живого и различной степени глубины) о прошлом приспособительном поведении системы живого как целого – обеспечивает здесь невыход возможных значений переменных поиска за определённые ранее в его ходе пределы. А также возможность закономерного изменения во времени регулярных составляющих величин и направлений поисковых шагов. Тем самым системная память иерархической системы живого – как часть его поисково-оптимизационного механизма – обеспечивает, дополнительно к Дарвиновской ненаправленной селекции по алгоритму «проб и ошибок», канализируемость направленной селекции по совокупности целевых критериев – феномен, на который указывает ряд «номогенетических» теорий. Таким образом, используя предложенные термины, можно констатировать, что дарвиновский механизм является прототипом предлагаемого универсального механизма, поскольку, уже реализуя селекцию и представление о цели, он ещё не обладает ни системной памятью, ни верным целевым критерием – экстремального энергетического характера. Но для своего времени – почти за столетие до изобретения кибернетики – этот прототип модели эволюции являлся выдающимся достижением мысли (описано «полтора» из трёх основных свойств модели эволюции).

Следствием предлагаемого подхода является позиция, что теории биологической эволюции, опирающиеся на идею естественного отбора (дарвинизм, синтетическая теория эволюции и т.п.) и теории «направленности» эволюции (ламаркизм, номогенез Л.С. Берга и т.п.) не противоречат друг другу, а, с определёнными уточнениями, вписываются в единую схему описания процесса иерархической поисковой оптимизации системы живого. В её рамках «селектогенез» и «_{направленность}» эволюции реализуются активными поисковыми процессами на всех уровнях интеграции живого (органических молекул, макромолекул, ультраструктурных внутриклеточных элементов и прокариот, субкомпартментов и компартментов эукариот, собственно эукариотных клеток, тканей, органов, многоклеточных организмов, популяций, парцелл, биогеоценозов, биомов, природных зон, Биогеосферы) и «целевым» отбором на основных уровнях его интеграции по критериям энергетического характера. В предлагаемой модели это осуществляют 13 оптимизационных иерархических субконтуров. Идею «канализируемости» эволюции отражают 78 адаптационных иерархических субконтуров задания глубины системной памяти, темпы изменения значений которой много медленнее темпов процессов, на которые они воздействуют, и на практике часто принимаемые за константы. Это косвенно объясняет трудности обоснования номогенетических теорий.