Тема 4. Принцип системности в исследовании живого

Первые представления об объектах живой природы как о сложных, взаимосвязанных и взаимозависимых образованиях появились в период формирования биологии как науки. Сравнительно давно применялись в биологии и некоторые приемы системного анализа. Однако применение этого анализа как методологического принципа системности, его глубокое философское обоснование и начало планомерной разработки произошли лишь в наше время.

Длительная многовековая история развития биологических учений дает основание полагать, что формирование системных представлений явилось логическим продолжением и углублением на новом историческом этапе традиционной для биологической науки проблемы целостности, соотношения целого и частей в организме и в биологической реальности в целом. Необходимость решения этой фундаментальной проблемы возникала перед биологами на самых разных этапах развития биологии как науки. Соответственно этим этапам различными оказывались и ответы на данный вопрос. В решении проблемы целостности как в фокусе отразилась напряженная борьба различных направлений материализма и идеализма метафизики и диалектики.

Исторически полемика вокруг проблемы целостности между представителями механического материализма прошлого и различными направлениями идеализма складывалась так, что сторонники механистических представлений оказались перед рядом труднопреодолимых препятствий в позитивном решении этой проблемы. Это объяснялось, прежде всего, узостью и ограниченностью основных методологических принципов, лежащих в основании представлений механического материализма. Ориентируясь лишь на механическую детерминацию частей в целом, признавая аддитивность, суммативность частей в составе целого, утверждая примат части над целым, сводя высшие типы целого лишь к простой механической сумме составляющих их низших типов, механицизм не мог объяснить феномена целостности, факта несводимости целого к простой сумме составляющих его частей, появления новых, так называемых «эмерджентных» свойств в целостных объектах.

С подобных позиций специфика целого продолжала оставаться непонятой и загадочной. Все это вело к формированию витализма как одного из ведущих направлений проникновения идеалистических взглядов в сферу биологического исследования. Здесь надо отметить, что виталистические представления были довольно широко распространены в биологии периода XVIII — начала XIX в. Оттесненный в середине XIX в. успешным развитием физико-химических методов витализм вновь начал распространяться в конце XIX в., используя отмеченные выше слабости естественно­научного материализма.

Что же предложил витализм в противовес материалистическому механицизму для решения проблемы целостности? На первый взгляд постулаты витализма были диаметрально противоположны: выдвижение на первый план тезиса о качественной специфике живого, утверждение о примате целого над частями, положение о принципиальной неаддитивности, о несводимости целого к сумме составляющих частей.

Однако ничего кроме «механицизма наизнанку» (по меткому выражению Р. Рохгаузена) у неовитализма не получилось. Несмотря на видимость противоположного подхода к решению проблемы, неовитализм не смог преодолеть главных методологических недостатков механицизма: его элементаризма и метафизичности. В ос­нове всех разновидностей неовитализма, так же как и в основе механицизма, лежал механический принцип разложения живого объекта на элементарный ряд жизненных единиц, определяющий все его свойства. Расчленяя объект исследования на ряд материальных элементов, неовиталисты добавляли к этому ряду еще один на этот раз нематериальный элемент—фактор X, который служил «организатором», объединяющим целое. И хотя в разных модификациях неовитализма название этого фактора звучало по-разному («энтелехия», «жизненная сила», «жизненный порыв» и т. д.), сущность и его методологическая роль от этого не менялись. Механистическое понимание, возникающее при элементаристском членении объекта, независимо от того, от какой концепции оно было производно - от естественно-научного материализма или различных форм идеалистического неовитализма, в принципе не могло дать объяснения процессам происхождения и развития организмов, явлениям регуляции в мире живого, процессам саморазвития и возрастания уровня активности биологических организмов и систем. Следовательно, оно не могло дать позитивный ответ и разгадку «феномена целостности» живого.

Между тем стремительное развитие биологического познания, накопление большого количества новых данных, бурное развитие сравнительных и экспериментальных исследований все более неопровержимо свидетельствовали о том, что организм не является простым агрегатом атомов, молекул и клеток, что процессы жизнедеятельности нельзя объяснить лишь механическим взаимодействием, аддитивным суммированием элементарных физико-химических составляющих. Задача теоретико-познавательного осмысления этих данных, создания концепций целостности, преодолевающих ограни­ченность механицизма и витализма, была поставлена с новой остротой. На этом пути в первые десятилетия XX в. двумя крупными американскими философами-материалистами Р. В. Селларсом и Г.Ч.Брауном начала разрабатываться концепция структурных уровней в развитии материи; В основе этой теории лежало представление о том, что уровни организации материи отличаются присущими каждому из них классами законов, а следовательно, и определенной целостностью, качественной специфичностью.

Системные представления об организации начали разрабатываться в это же время в трудах русских ученых А. А. Богданова, В. И. Вернадского, В. Н. Сукачева.

В начале XX в., точнее в его 20-х годах, сформировались различные концепции целостности, объединенные под названием «организмических».

Наиболее крупной и яркой фигурой, которую выдвинуло организмическое движение, стал австрийский философ и биолог Людвиг фон Берталанфи. Создавая свою организмическую теорию, Берталанфи положил в ее основу представление о том, что живой организм не является неким конгломератом отдельных элементов, а выступает как определенная система, обладающая свойствами целостности и организованности. Организм даже при постоянстве внешних условий и при отсутствии внешних стимулов выступает как активная система, которой внутренне присущ постоянный обмен веществ.

Берталанфи показал, что развитием любой части организма управляет не какая-то мистическая сила, а совокупность условий и взаимодействий, определяемых целостностью организма, обусловливающих развитие любой своей части. Организм, по Берталанфи, не пассивная, механическая, машиноподобная система, лишенная активности и подчиняющаяся лишь внешним стимулам, а активная целостностная система. В противоположность аналитическим и суммативным представлениям предшествующей биологии именно системность в организации живого объекта была выдвинута им на первый план. Однако, с точки зрения Берталанфи, изучение организмов как систем требует существенных изменений в самих методах их познания, применения динамического подхода в биологических исследованиях в противоположность традиционному статистическому подходу.

Для адекватного познания целостности организма Л. Берталанфи разработал методы изучения биологического организма как открытой системы. Данные методы основывались на выдвинутых им представлениях о том, что все имеющиеся в природе системы можно разделить на два больших класса: класс открытых и класс закрытых систем. Для закрытых систем (подразделяемых на изолированные и замкнутые) характерно отсут­ствие обмена веществом между системой и средой при наличии отношений обмена энергией в замкнутых системах. В изолированных же системах отсутствуют оба вида обмена.

Открытые системы, к которым относятся все биологические объекты, характеризуются наличием всех типов обмена между системой и средой. В них непрерывно идут процессы метаболизма, обмена со средой веществом и энергией.

Рассматривая различные типы систем с термодинамической стороны, Берталанфи отмечал, что спецификой закрытых систем является рост энтропии в них, тогда как открытым биологическим системам свойственно уменьшение энтропии. Эти системы характеризуются сохранением стационарного равновесного состояния, отличающегося от равновесия закрытых систем тем, что в открытых системах происходит не только процесс обновления элементов системы, но и сохраняется высокий градиент свободной энергии.

Другой принципиально важной особенностью биологических открытых систем, характеризующей их как системы целостные и динамичные, Берталанфи считал их эквифинальность. Так, если для ряда замкнутых систем неодинаковы внутренние и внешние условия их существования, то эти системы с необходимостью приходят к различным конечным состояниям. Открытая же биологическая система может прийти к одному конечному состоянию разными путями и независимо от начальных условий. Достижение эквифинальности, по Берталанфи, возможно благодаря сохранению организмом постоянства метаболизма через саморегуляцию, что осуществимо только в открытой системе. Таким образом Л. Берталанфи освободил принцип эквифинальности от метафизических и идеалистических привнесений. Он полагал при этом, что новое понимание эквифинальности дает физическое основание понятию направленности жизненных процессов, считавшемуся до этого также метафизическим и виталистическим. При этом Берталанфи избежал механической суммативности, отстаивая тезис «целое - больше суммы составляющих частей» и объясняя этот эффект множественностью связей и взаимодействий, возникающих в рамках целостной активной динамичной системы.

Таковы в самом общем виде основные черты той организмической теории целостности, которую разработал Л. Берталанфи в первой половине XX в. В ее фундаменте лежит ряд общих методологических принципов, важнейшими среди которых являются принципы иерархической организованности, целостности, динамичности и активности живых систем. Разработка биологической теории на основе этих принципов позволила Берталанфи во многом преодолеть ограниченности предшествующих механических и идеалистических представлений, приблизиться к методологии диалектического материализма.

Дальнейшему развитию системных представлений в биологии способствовало возникновение ряда новых интегральных наук, изменение самого стиля мышления в науке о жизни и развертывание современной научно-технической революции.

 

Системный подход в биологии: философские основания, основные понятия, методологическое значение

Казалось бы, что само название нового познавательного подхода в биологии «системный» довольно четко определяет его цели и задачи: осуществить подход к биологическим объектам как к системам, использовать преимущества такого видения и описания для более полного и адекватного познания мира живого. Однако задача его развития сразу же поставила много острых проблем, касающихся как оснований системного подхода, так и путей его применения.

Первый опыт последовательной разработки системного подхода в биологии был осуществлен Л. Берталанфи в созданном им варианте «общей теории систем» (пришедшей на смену его организмической теории). Основными задачами «общей теории систем» (ОТС), по Берталанфи, являются: 1) формулирование общих принципов и законов систем независимо от их специального вида, природы составляющих элементов и отношений между ними; 2) установление путем анализа биологических, социальных и бихевиориальных объектов как систем особого типа точных и строгих законов в нефизических областях знания; 3) создание основы для синтеза современного научного знания в результате выявления изоморфизма законов, относящихся к различным сферам реальности.

Даже беглый взгляд на этот перечень задач ОТС свидетельствует о том, что, сохраняя определенную преемственность с организмической теорией, Берталанфи делает здесь ряд принципиально новых шагов. Переход Берталанфи к созданию «общей теории систем» определялся отнюдь не только творческим развитием взглядов автора. Он отражал и общие изменения в социально-культурной атмосфере эпохи, новые проблемы, вставшие перед развитием науки во второй половине века. К этому времени стремительное развитие технического прогресса, широкое внедрение принципов авто­матизации, возникновение электронно-вычислительной техники и т. д. привели к тому, что наука и практика все более стали иметь дело с большими системами, со сложными взаимодействиями их частей и элементов.

Изменилась за эти десятилетия и биологическая наука. Она решительно отказалась от доминировавших ранее лишь организменных подходов, быстро двинулась к познанию как суборганизменных, так и надорганизменных закономерностей. Этот процесс предполагал более пристальное внимание к анализу сложных взаимоотношений как внутри каждой из этих областей науки о жизни, так и между ними. Возникла потребность в разработке новых принципов интеграции знания о живом. Традиционный организменный стиль мышления в биологии был потеснен новым популяционным мышлением.

Таким образом, стала настоятельным требованием времени задача разработки методов познания сложных объектов как систем. Вместе с тем была остро поставлена проблема общефилософского осмысления и обоснования этих методов, разработки общеметодологической концепции.

В целостной системе методологии и мировоззрения диалектического материализма принцип системности играет важную роль одного из ведущих принципов интеграции научного знания.

В то же время приходится признать, что формирование основных понятий системного подхода — процесс сложный и противоречивый. Трудности в определении основных понятий системного подхода, и в частности понятия «система», вполне естественны и объяснимы. В объективной действительности имеется такое огромное разнообразие объектов, которые можно представить как системы, что очень трудно выделить среди них определенные инварианты.

«Комплексом элементов, находящихся во взаимодействии», называет систему Л. Берталанфи. Если присмотреться к большинству других определений, можно отметить, что в разных терминах в них все же фиксируются те же два основных момента, что и у Берталанфи: множественность элементов системы и наличие связи между ними. Поэтому, сознавая все ограниченности общего определения, пред­ставляется целесообразным определить «систему» в самом широком виде, как определенное множество, которое включает совокупность элементов и отношений между ними.

Такое широкое понимание системы, лежащее в фундаменте понятийного каркаса системного подхода, дает возможность его конкретизации другими связанными с ним и взаимосвязанными терминами, среди которых «организация», «целостность», «часть» и «целое», «структура», «функция», «элемент», «отношение» и т. д.

Еще одним ключевым понятием системного подхода является понятии организации. Как и в случае с определением понятия «система», определение «организации» связывается с выделением разных значений, разных сторон в комплексе свойств, подводимых под это понятие. Большинство авторов выделяет преимущественно одну сторону из этого комплекса свойств, отражающую определенную упорядоченность данного образования и совокупность его взаимодействий. Некоторые авторы подчеркивают при этом, что упорядоченность выражает определенную «установку», «телеономичность», или «направленность». Другие отмечают выделенность, морфогенетическую замкнутость организации.

Безусловно, организационные формы живых объектов весьма разнообразны. Поэтому представляется возможным вслед за В. Н. Беклемишевым оценивать их с нескольких точек зрения: высоты организации и степени организованности, сложности их иерархической структуры, замкнутости организации, ее гармоничности и т. д.

Однако разные стороны организации, различные организационные характеристики объектов не следует путать с общим определением организации, которое дает возможность исследовать биологические объекты во всех названных аспектах и в то же время не сводится ни к одному из них. Исходя из этого, в самом общем виде можно дать следующее определение организации: организация - это определенная упорядоченность элементов, в которой связи составляющих являются необходимым условием существования данной целостности.

Наконец, следует ввести понятие целостной системы, приняв широко известное определение В. Г. Афанасьева. Целостная система представляет собой совокупность объектов, взаимодействие которых обусловливает наличие новых интегрированных качеств, не свойственных образующим частям.

Три ключевых понятия (система, организация, целостность) лежат в основе развития системного подхода в биологии, так как все биологические объекты являются целостными организованными системами. Исходя из основных типов связи реальных биологических объектов, их упорядоченность можно рассматривать в разных аспектах: пространственном (структурном), функциональном и временном (онтогенетическом и филогенетическом). В соответствии с этими аспектами целесообразно выделить разные типы организации биологических систем: структурный, функциональный, онтогенети­ческий и филогенетический. Следовательно, системный подход к целостным организованным биологическим объектам должен предполагать учет и синтез знания, полученного при изучении всех этих типов биологической организации.

С методологической стороны этот вывод имеет весьма большое значение, так как он показывает ограниченность сведения системных исследований только к системно-структурным, открывает широкий методологический простор для объединения знаний, накопленных в сфере биологического исследования на основании различных познавательных подходов - субстратного, структурного, функционального, исторического.

Таким образом, можно сказать, что при разработке принципа системности в биологии возникает еще одна непосредственно методологическая задача — задача изучения процесса систематизации знания, полученного при конкретном осуществлении данного принципа. Эта задача состоит в том, чтобы объединить различные познавательные подходы в биологии, изучить их место и роль в общем процессе познания биологических объектов, их эвристические функции и гносеологические аспекты взаимодействия. Иными словами, принцип системности должен быть применен и к самим принципам познания, к оценке тенденций и направлений биологического исследования.

Принцип системности в сфере биологического познания предстает, таким образом, как путь реализации целостного подхода к объекту в условиях учета сложнейшей и многообразной дифференцированности знания, достигнутого в современной науке о жизни.

Принцип системности способствует объединению разных теоретических идей в биологии, в частности идей теории организации и теории эволюции, установлению путей их синтеза, осмыслению их взаимодополнительности.

Концепция системной организованности дает возможность по-новому подойти к проблеме уровней организации живого, к определению критериев их выделения. При определении критериев выявления уровней организации живого можно выделить два основных подхода. Первый из них предполагает использование лишь одного критерия - возрастание сложности биологических объектов. Этот подход неоднократно подвергался критике, как упрощающий реальный процесс развития в мире живого, ведущий к необоснованной систематизации в виде линейной иерархии принципиально разных образований. Однако и предлагаемый взамен этому критерию иной подход, при котором уровни организации живого определяются совокупностью критериев (сложности конструктивного ранга, механизма осуществления, степени интеграции, универсальности и т. д.), также оказался ограниченным. Он ориентировал исследователей на учет только структурно-функциональных параметров биологических объектов, оставляя без внимания такие фундаментальные характеристики живых организмов, как филогенетические, эволюционные. Избежать этой ограниченности удалось только на системном пути. В предложенной К. М. Завадским схеме определения форм организации живого проводится идея иерархической нелинейной классификации живых систем. Согласно этой схеме в пределах каждой основной структурной формы организации живого выделяются и основные ступени ее эволюционного развития. На этой основе появилась плодотворная возможность объединить в рамках принципа системности структурные и эволюционные представления, обеспечить всесторонний подход к проблеме определения критериев уровней организации.

Выяснение внутренних механизмов структурной организованности биологических объектов, наследственности и изменчивости живого позволило конкретизировать на системном пути тенденции и закономерности эволюционного процесса, глубже понять природу элементарных биологических актов, характер взаимодействия различных факторов эволюции. Отметим, что в биологии, начиная с работ С. С. Шварца, Ю. Одума и других, все более настойчиво выявляется необходимость дополнения популяционного подхода к анализу эволюционных процессов подходом экологическим, создания единого эколого-эволюционного подхода. Эти задачи могут быть решены только на основе принципа системности.

Новые направления для применения системных идей в науке о жизни возникают в связи с бурным развитием на современном этапе проблем генной инженерии. Открывающиеся возможности направленного конструирования живых объектов в лабораторных условиях остро ставят методологический вопрос о принципах и критериях подобного конструирования. Поскольку одним из главных факторов развития генноинженерных исследований становится целеполагающая деятельность ис­следователя, постольку ее необходимыми характеристиками должны стать ясное видение и четкое знание как экологических, так и эволюционных закономерностей развития живых организмов.

Интенсивный процесс решения одних методологических проблем и постановка других свидетельствуют о том, что в биологии идет масштабный процесс формирования системного мышления. Умение биолога-исследователя рассматривать живые объекты как системы, соответствующим образом анализировать эти системы, системно классифицировать и обрабатывать накопленные по проблеме данные - является одной из доминирующих тенденций современного научного познания биологических объектов.

При этом следует особо подчеркнуть, что на системном пути открывается возможность оптимального решения проблемы соотношения дифференциации и интеграции в сфере биологического познания, преодоления противоречия «интегратизма» и «редукционизма» (по выражению академика В. А. Энгельгардта).

Системный подход в современной биологии выражает реальный процесс исторического движения познания от исследования единичных частных явлений, от фиксации каких-то отдельных сторон и свойств объекта к постижению единства многообразия любого биологического целого. Этот процесс, отражая объективную логику развития научного знания, обусловливает необходимость диалектико-материалистического обоснования и творческого применения философских, общеметодологических принципов диалектики, как самого всестороннего, богатого содержанием и глубокого учения о развитии.