Александр Уголев - Естественные технологии биологических систем

• Название: Естественные технологии биологических систем
• Автор: Александр Уголев
• Издательство: Наука
• Жанр: Биология
• Год: 1987

Книга посвящена концепции естественных технологий живых систем на различных уровнях организации последних и изложению доказательств, позволяющих преодолеть противопоставление естествознания и технологии. Эта концепция обосновывается на примере наиболее важных процессов в живых системах, их эволюции и происхождения. Охарактеризованы некоторые закономерности, которые могут быть интерпретированы как общие для естественных технологий живой природы и производственных технологий. Показано, что такие подходы плодотворны для понимания биологии в целом, процессов, протекающих в живых системах различной сложности, взаимодействий естественных и производственных технологий, в частности в медицине, экологии, питании и т.д.

---

Что касается целенаправленности производственных технологий и запретности телеологических проблем для естественных наук, то произвольные запреты, даже общепринятые, рано или поздно отвергаются. О телеологии живого можно говорить лишь применительно к системам с линейной детерминацией, где причина и следствие четко дифференцированы. Между тем процессы жизни цикличны. Их телеологичность не столь очевидна, ибо любой конечный эффект — не только цель, но и многократно повторенная причина. Таким образом, проблема телеологии в отношении динамической биологии с ее циклами не всегда уместна. Еще более важно формирование в ходе эволюции целесообразности функций и структур.

Широко распространено мнение, что естествознание занималось и занимается познанием природы и ее законов, а технология — использованием этих законов для практических целей. Такое разделение сфер влияния, например между химией и химической технологией, недавно обсуждалось в капитальных сводках акад. Н. М. Жаворонкова, акад. Б. М. Кедрова, П. Г. Кузнецова и др. Для технологии конечной и высшей целью является полезность процесса, т.е. телеологичность, которая на протяжении последних столетий разделяла истинное естествознание и сходные с ним области знаний. Однако развитие производственных технологий и естествознания, в наше время объединенное современной научно-технической революцией, привело к еще одному поразительному результату — возможности объединения технологических и естественно-научных подходов на основе естественных технологий. Причин такой интеграции несколько.

1. В течение XX в. физиология — наука о функциях и процессах в живых системах — постепенно трансформировалась из физико-химии живого организма в технологию биосистем.

2. Технология производственных процессов изменилась; сформировались новые общие науки, рассматривающие живые и искусственные системы, в связи с чем появилась возможность для выявления некоторых общих закономерностей.

3. Благодаря развитию эволюционной теории и пониманию функций живых систем критерий полезности утратил характер ненаучности и изменил даже терминологическую окраску.

4. Уровень активности человека достиг таких пределов, когда искусственные и естественные системы оказались тесно взаимодействующими. Возможность описания тех и других на общем языке технологий (индустриальных и естественных) позволяет лучше понять и полезные, и трагические последствия такого взаимодействия и, быть может, лучше управлять ими.

Если принять, что среди наук о жизни физиология занимает такое же положение, какое среди технических наук занимает технология, то такое сравнение может показаться не вполне правомерным, ибо технология является такой же утилитарной наукой, как физиология — естественной. Но прогресс знаний и их распространение из одной сферы в другую, казалось бы далекую, открывают новые возможности. Примером этому служит развитие бионики и кибернетики, которые, по выражению Л. Жерардена, стали всеобщими науками, хотя первая родилась из анализа биологических систем, а вторая — из рассмотрения технических систем. Он писал: «В этой области, где естественные науки сходятся с инженерно-техническими науками, бионика не единственная наука — перекресток. Еще раньше появилась кибернетика... Происхождение кибернетики известно так же точно, как и происхождение бионики. В 1949 г. появилась книга, которая называлась "Кибернетика, или управление и связь в животном и в машине"... Заслуга профессора Винера в том, что он уловил все неисчерпаемые возможности применения подобной аналогии, которая стала основой кибернетики. От формальной аналогии он пришел к уподоблению свойств: изучение функций машин объясняет функции живых существ. Таким образом, кибернетика и бионика предстают перед нами как две сто

(отсутствуют страницы 10 и 11)

эпизодическими и случайными? Это объясняется, по-видимому, тем, что процесс формирования естественных технологий начался миллиарды лет назад и продолжается до настоящего времени, в то время как век производственных технологий едва наступил. Поэтому многие аналогии между естественными и производственными технологиями были невозможны еще несколько десятилетий назад. Лишь отдельные аналогии становятся понятны сегодня, в то время как многое еще предстоит понять в будущем.

В полной мере значение естественных технологий будет оценено впоследствии благодаря созданию принципиально новых технологических процессов в промышленности. Мы имеем в виду сходство многих принципов функционирования живых систем и гибких автоматических линий с участием роботов и стандартных устройств для реализации многих типов технологических процессов. Именно на основе мультипотентных функциональных блоков (см. гл. 7 и 8) с несколькими вариантами программ управления строятся различные, подчас противоположные но своему физиологическому значению, естественные технологии, такие, как всасывание и экскреция, секреция и внутриклеточная рецепция и т.д.

1.3. Сопоставление естественных и производственных технологий

Сопоставление определений производственных технологий и естественных процессов позволяет заключить, что лишь первые имеют отношение к проблемам, рассматриваемым технологией. Действительно, в 1901 г. в статье «Технология», опубликованной в энциклопедическом словаре, Д. И. Менделеев характеризует технологию как науку о способах изготовления из природного сырья искусственных предметов, т.е. предметов, не существующих в природе. Д. И. Менделеев писал: «...возникновение Т. (технологии.—А.У.) или учения о выгодных (т.е. поглощающих наименее труда людского и энергии природы) приемах переработки природных продуктов в продукты потребные (необходимые или полезные или удобные) для применения в жизни людей. Хотя Т. по своему предмету глубоко отличается от социально-экономических учений, но в ней с ними много прямых и косвенных связей, так как экономия (сбережение) труда и материала (сырья), а чрез них времени и сил составляет первую задачу всякого производства и существо учения о фабрично-заводских производствах совершенно теряет почву, если утрачивается из виду выгодность (экономичность) производства. Дело, например, химии изучать получение железа из его руд или из иных веществ природы, где оно содержится, а дело Т. изучить выгоднейшие для того способы, выбрать из возможностей наиболее применимую по выгодности — к данным условиям времени и места, чтобы придать продукту наибольшую дешевизну при желаемых свойствах и формах. Такая задача Т. показывает, что в ней нет тех высших и абсолютных требований, какими отличаются абстрактные науки, касающиеся видимой или внутренней природы, что она содержит в себе приложение к жизни других более отвлеченных знаний и что ее содержание должно изменяться по обстоятельствам и условиям места и времени. Но эти, так сказать, отрицательные стороны Т. искупаются, во-первых, тем прямым и жизненным значением, какое имеют уже в наше время фабрики и заводы, и какое в будущем долженствует все более и более усиливаться, а, во-вторых, тем, что учение о способах, применяемых заводами и фабриками, освещает научными началами то, что вырабатывается практикою и чрез это не только усовершенствуется производство, но и расширяется область научного понимания вещей и явлений. В этом последнем отношении достаточно указать хотя бы на одно брожение, так как оно с незапамятных времен применяется при обработке сахаристых веществ и дало начало тому общему учению о микроорганизмах, которое составляет одну из блестящих и плодотворнейших частей современного естествознания, показывая вновь тесноту связи между абстрактною и прикладною частями знаний. И хотя многие приемы, применяемые на заводах и фабриках, ведут свое начало от опытом оправданных начал естествознания, тем не менее в практическом сочетании частности должны ждать своих обобщений, с которыми в будущем может выступить Т. как самостоятельная, прикладная наука. Но до сих пор Т. имеет предметом главным образом описание применяемых при отдельных производствах способов, орудий и сырья и изложение исследований, произведенных в отношении как к веществам, так и к процессам, применяемым на заводах и фабриках. При этом не должно забывать, что Т. принадлежит к числу наук очень молодых, возникших всего лишь в XIX столетии» (с. 132).

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.