Самоорганизация биохимических систем и проблема сущности жизни: Философские аспекты

Актуальность темы

исследования определяется огромным философско-мировоззренческим значением проблемы сущности жизни вообще и биотической жизни в частности. Вопрос о сущности жизни является одним из древнейших, привлекающим к себе внимание на протяжении мцогих в^ков. С тех пор как человеческое сознание обнаружило способность воспринимать качественные различия в явлениях окружающей действительности, люди стремились понять особенности, объединяющие мир живых существ и противопоставляющие этот мир неживой природе. Поиски этих особенностей привели к проблеме изучения живого во всем его единстве и многообразии.

Проблема сущности жизни поэтому имеет комплексный, многоаспектный характер. В ней можно выделить множество уровней: философский, религиозный, социологический, медицинский, биологический, этический, психологический и т. д. Исследования на каждом из уровней охватывают в свою очередь огромный спектр проблем и вопросов, решаемых как в рамках философии, так и с позиций научного и ненаучного знания. В чем заключена тайна феномена жизни? По каким законам развивается жизнь, какие механизмы обеспечивают ее существование? Ответы на эти вопросы позволяют нам понять устройство мира, в котором мы живем, почувствовать себя частью огромной живой системы — биосферы планеты Земля.

Ученые еще не выработали абсолютно однозначного понимания сущности жизни. Отсюда вытекает возможность и необходимость философского осмысления проблемы. Отдельной темой философских исследований является антропологическая проблематика, в частности, вопрос о месте человека в этом мире. Будучи «живым носителем» жизни, будучи частью окружающей его природы, человек все-таки никогда не был слит с ней воедино. Жизнь человека проходит в окружении природы, во взаимодействии с ней, но не вместе с ней. Обладая разумом, человек оказывается на особом положении и жизнь свою оценивает и понимает по-особому. Неслучаен поэтому и двойственный подход к исследованию жизни.

С одной стороны, это изучение природы как флоры и фауны, мира жизненных явлений, а с другой стороны — это исследование природы человека, его телесной и духовной сущностей. Существует множество определений этого в высшей степени загадочного и в то же время всем известного феномена — жизни. «Ответить на вопрос, что такое живая материя, можно только на основе комплексного философского и естественнонаучного анализа. Ни биология, ни философия в отдельности не могут разрешить эту проблему». [6].

Предметом исследования в данной работе является не жизнь вообще, а лишь особая ее часть. Это взгляд на жизнь как на процесс организации и самоорганизации материи, исследование сущности биологической жизни с привлечением философских и естественнонаучных сведений, характеризующих данный феномен. Духовные переживания человека, его внутренний мир и взгляды на вопросы жизни и смерти здесь не затрагиваются. Но даже такой специфический подход к исследованию сущности жизни (на молекулярном, клеточном, организменном и биосферном уровнях) выявляет бесконечное разнообразие форм и взаимодействий живого.

Проблема сущности биологической жизни сегодня начинает по-новому звучать в связи с развитием методов и возможностей синергетики. Классический научный подход оказывается принципиально неэффективным при описании сущности живых систем. Теория самоорганизации предлагает, вероятно, наиболее правдоподобное для нынешнего уровня развития науки объяснение феномену жизни. Условия приложения категорий синергетики к исследованию биологических систем изучены недостаточно подробно. Но использование именно этого подхода оказывается наиболее эффективным для создания целостной картины феномена биологической жизни на самых разнообразных ее уровнях и позволяет оценить многочисленные взаимосвязи и взаимовлияния как внутри каждого уровня, так и между уровнями, различными по сложности и совершенству организации.

Видение биологической жизни с позиций естественнонаучного знания традиционно ограничивалось рамками специфичности той или иной науки. Будучи междисциплинарным направлением, синергетика позволяет не только объединить эти знания в единую систему, но и выводит на новый уровень философского и экологического осмысления взаимозависимости и коэволюции всех проявлений живой природы, начиная с истоков появления жизни на нашей планете и заканчивая исследованием биосферного уровня организации живой материи. Познание сущности жизни неразрывно связано с вопросом о ее происхождении. Одни мыслители полагали, что жизнь была некогда сотворена какой-то сверхъестественной силой, другие считали, что она возникла из неживой материи. Многочисленные попытки смоделировать в лабораторных условиях живую клетку приводили в лучшем случае к внешнему сходству, но не раскрывали тайны жизни.

До сих пор не получил окончательного разрешения и вопрос о границе между живым и неживым. Одни ученые определяют живой организм по его способности к самоорганизации всех своих функций, самосохранению и воспроизводству. Другие представляют жизнь как поток вещества, энергии и информации. Но оба эти подхода сходятся в одном: организм — это отнюдь не случайный набор элементов и веществ. В рамках концепции самоорганизации процесс зарождения жизни можно представить как постепенное совершенствование организации химических соединений. Однако высота организации не связана непосредственно со сложностью строения частиц. Близкие по сложности структуры могут встречаться и в неживой природе. Но биохимические теории происхождения жизни на Земле не дают ответа на вопрос об отборе элементов и структур для построения живых систем, а также о факторах этого отбора. Синергетический подход предлагает по-новому взглянуть на проблему возникновения и сущности жизни, давая ответы на многие вопросы, не разрешимые с позиций классической физики, химии и биологии. Живые организмы с точки зрения синергетики представляют собой открытые неравновесные системы. Категории теории самоорганизации оказываются отлично применимы к описанию живых систем и позволяют поновому взглянуть на проблему возникновения и сущности жизни, давая ответы на многие вопросы, неразрешимые с позиций классической физики, химии и биологии. Поэтому философский анализ, как самой проблемы сущности биологической жизни, так и вопросов неизменно ей сопутствующих, с позиций синергетики может способствовать созданию наиболее достоверной картины целостности и взаимообусловленности мира живого.

Степень разработанности проблемы. Проблема сущности жизни исследуется на протяжении всей истории человечества. На сегодняшний день все еще ни одна теория или гипотеза не может однозначно и убедительно ответить на этот вопрос. Изначально, самоорганизующиеся системы исследовались в области физики, химии, математики, кибернетики. В литературе имеется небольшое количество примеров рассмотрения жизни с позиций самоорганизующихся систем. Чаще всего теория самоорганизации используется для описания отдельных функциональных звеньев живого. При этом подробно рассматриваются либо системы физико-химических взаимодействий на молекулярном уровне, либо математизированные описания поведения биологических объектов, призванные решать вопросы генетики и закономерности популяционных изменений.

Литература

посвященная данной проблематике, содержит сложные математические выкладки. Сопоставление результатов проводимых исследований позволяет сделать вывод о возможности описания сложных биохимических систем любого уровня организации с привлечением категорий теории самоорганизации.

Теория самоорганизации постепенно превратилась в междисциплинарное направление. Математические модели функционирования сложных систем стали применять в биологии, психологии, социологии. Понятие нелинейности по сути превратилось в философскую категорию. С позиций концепции самоорганизации хорошо объясняются эволюционные процессы. Да и сам феномен жизни становится более понятным. Для описания различных процессов синергетика использует особый терминологический аппарат. Причем в разных синергетических школах он не всегда совпадает. Так школа И. Пригожина исследует поведение открытых систем с позиций термодинамики и использует понятийный аппарат физической химии. Открытые системы именуются диссипативными структурами, и при описании этих структур ведущая роль принадлежит энтропийному фактору. С точки зрения классической термодинамики система должна стремиться перейти в состояние, характеризующееся максимальным значением энтропии и минимальной энергией. Процессы же самоорганизации, т. е. самопроизвольного упорядочивания материи противоречат этому принципу. Исследователи школы Пригожина считают, что в открытых неравновесных системах действуют иные законы, отличные от классических, так как имеется возможность обмениваться с окружающей средой веществом и энергией. Механизмы этого обмена постоянно совершенствуются, в ходе химической эволюции разрозненные молекулы не только объединились, но и научились согласованно функционировать, что привело, в конце концов, к образованию первых организмов. Исследователи школы С. П. Курдюмова строят свои концепции, опираясь на возможности построения математических моделей. Ими используются такие понятия, как нелинейность, структуры-аттракторы, точки бифуркации, фрактальные объекты.

Распространение принципов самоорганизации на биологические системы позволяет изучить в целом характер поведения и взаимосвязей, характеризующих данную систему. Знание же внутренних свойств делает возможным описание вероятных результатов развития системы, предсказание ее будущего. Кроме этого открываются перспективы эффективного влияния на систему с использованием воздействий минимальной интенсивности. Экстраполяция идей самоорганизации на проблему сущности жизни представляет собой один из аспектов приложения синергетики и предлагает новый взгляд на эволюцию и гипотезы происхождения жизни. Согласно подходу А. И. Опарина, этапу биологической эволюции неизбежно должна была предшествовать химическая эволюция. Об эволюции на молекулярном уровне писали также М. Кальвин, М. Эйген, П. Шустер и др. Концепции этих авторов едины в том, что жизнь произошла из неживой материи в результате образования молекулярных агрегатов из органического вещества, как промежуточных ступеней при переходе к живому состоянию. А далее наступил уже этап биологической эволюции. Теория самоорганизации применима для описания биологических систем любого уровня — от молекулярных агрегаций до целой клетки, многоклеточного организма и всей экологической системы в целом. Действительно, в сложной системе присутствует определенная иерархия уровней организации. Функционирование многоклеточного организма невозможно без согласованного действия всех клеток, его составляющих, а функциональная компетентность каждой отдельной клетки в свою очередь зависит от согласованности поведения всех органелл, входящих в состав этой клетки.

Основы концепции самоорганизации разработаны в трудах таких ученых как Пригожин И., Хакен Г., Гленсдорф П., Данилов Ю. А., Кадомцев Б. Б., Климонтович Ю. Л., Курдюмов С. П., Лоскутов Ю. А, Малинецкий Г. Г., Михайлов A.C., Николис Г. Проблеме использования принципов самоорганизации как междисциплинарного направления, применению их к разнообразным процессам химической, физической, биологической, социальной, психологической, гносеологической направленности посвятили свои исследования Акчурин И. А., Аршинов В. П., Баксанский O.E., Буданов В. Г., Делокаров К. Х., Добронравова И. С., Егоров B.C., Завадский K.M., Князев В. Н., Князева E.H., Компаниченко В. Н., Курдюмов С. П., Майнцер К., Мамчур Е. А., Михайловский Г. Н., Печенкин A.A., Тарасенко В.В.

Вопросы о происхождении жизни через образование неких самоуправляемых молекулярных конгломератов и молекулярной эволюции обсуждаются в работах Опарина А. И., Баблоянц А., Бернала Дж., Винклера Р., Депенчук Н. П., Дозе К., Кальвина М., Кастлера Г., Серебровской К. Б.,.

Фокса С., Шустера П., Эйгена М. За этапом молекулярной эволюции следует эволюция биологическая, которая, так же как и молекулярная, подчиняется закономерностям теории самоорганизации. Вопрос о механизме и движущих силах биологической эволюции с позиций современных естественнонаучных данных исследовали такие ученые и философы как Афанасьев В. Г., Вяткин Ю. С., Карпинская P.C., Лисеев И. К., Молчанов A.M., Паск Г., Пушкин В. Г., Северцов А. Н., Симпсон Дж.Г., Удумян Н. К., Шмальгаузен И.И.

Проблема целостности живых биологических систем, также нашла свое отражение в теории самоорганизации. Синергетический подход к исследованию различных процессов окружающего мира и взаимосвязь их с поведением и особенностями функционирования отдельного организма получила разработку в естественнонаучных и философских построениях Абакулова В. А., Амосова Н. М., Добронравовой И. С., Бондарева В. Г., Бойко Н. С., Водопьянова В. А., Гесслера К. О., Дубинина Н. П., Дуброва А. П., Захидова С. Т., Казначеева В. П., Ковалева A.M., Компаниченко В. Н., Костюк Н. Т., Майра Э., Моисеева H.H., Плюща JI.H., Сетрова М. И., Украинцева Б. С., Фролова И. Т., Хильми Г. Ф., Шипунова Ф. Я., Югая Г. А. Многочисленные примеры долгосрочных влияний на живые организмы дают возможность предположить существование особо чувствительных механизмов восприятия живых систем и оценить возможные масштабы как негативных, так и позитивных влияний на биосферу — единую систему, характеризующую собой феномен жизни в целом. По вопросам прогнозирования и философского осмысления будущего нашей планеты, ее экологического состояния следует отметить разработки, которые осуществлялись Вернадским В. И., Гирусовым Э. В., Делокаровым К. Х., Егоровым B.C., Игнатовым А. И., Князевой E.H., Курдюмовым С. П., Мамедовым Н. М., Моисеевым H.H., Найдышем В. М., Налимовым В. В., Урсулом А. Д. и другими.

Цель и задачи исследования

Цель данной диссертационной работывыявить и проанализировать философско-методологические основания концепции самоорганизации биохимических систем. Такой подход позволяет проследить эволюцию специфических характеристик живой материи и выявить общие закономерности существования и взаимозависимости различных уровней организации живых систем. В соответствии с этой целью в диссертации ставятся и решаются задачи:

— проанализировать основные мировоззренчески значимые подходы к определению понятия «жизнь», осуществить методологический анализ исторических попыток исследования сущности жизни под углом зрения гипотез о ее происхождении;

— исследовать на основе современных интерпретаций сущности жизни методологические основания решения проблемы происхождения жизни с позиций теории самоорганизациивыявить химические, биологические и термодинамические характеристики систем, позволяющие отнести их к живым;

— рассмотреть в рамках синергетического подхода общие закономерности организации и самоорганизации живой материи;

— выявить роль синергетических процессов для живых систем различной сложности, начиная с молекулярного и заканчивая биосферным уровнем;

— определить методологическую значимость исследований чувствительности живых систем к внешним воздействиям для прогнозирования их развития и возможностей эффективного влияния на биосистемы.

Теоретико-методологической основой диссертационного исследования являются философские принципы материального единства мира и всеобщей взаимосвязи элементов универсумадиалектическое понимание развития и коэволюции, целостности и гармонии, части и целогопринцип социокультурной обусловленности научного познаниятеоретические положения, идеи и принципы системного и синергетического подходов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

— установлено, что до сих пор не оформилось единое определение понятия «жизнь», объективно и всесторонне отражающее сущность живой материивыявлено, что главными характеристиками живых систем являются их способность к самоорганизации, саморегуляции и саморазвитию;

— с использованием системного и синергетического подходов осуществлен философский анализ сущностных характеристик живых систем и показано, что при современном уровне развития науки теория самоорганизации может дать наиболее правдоподобное объяснение процессам функционирования и развития таких систем;

— обосновано, что граница между живым и неживым состояниями не может быть определена однозначно, поскольку с позиций теории самоорганизации живые и неживые диссипативные системы имеют существенные сходные черты;

— показана возможность и эффективность применения синергетического подхода к описанию биологических систем любого уровня организации от молекулярного до биосферного;

— выявлены мировоззренческие смыслы основных закономерностей эффективных воздействий на живые объекты.

Теоретическая и практическая значимость исследования определяется самим междисциплинарным характером диссертации, поскольку в ней пересекаются историко-научные, биолого-химические, синергетические и собственно философские аспекты. Положения и выводы, сформулированные в диссертационной работе, могут быть использованы в преподавании основного курса философии, учебного курса «Современные концепции естествознания», в разработке спецкурсов по философским вопросам естествознания. Полученные результаты могут использоваться при дальнейших исследованиях проблем философии науки.

Заключение

.

Проблема сущности жизни уже не однократно поднималась в философии и науке. Однако, учитывая, что в XX столетии особую актуальность приобретают междисциплинарные исследования, представляется совершенно необходимым ее рассмотрение с позиций междисциплинарного научного направления — синергетики, или как его еще называют, теории самоорганизации. Последняя позволяет не только объединить различные научные дисциплины для решения конкретной задачи, но и дает возможность изучать с единой точки зрения процессы самоорганизации, происходящие на всех уровнях организации материи. Такой подход особенно важен для исследования сущности жизни.

Если посмотреть на феномен жизни с точки зрения физики, то выяснится, что фундаментальные классические законы оказываются совершенно неспособными объяснить существование живой материи. Строгая упорядоченность всего живого формально противоречит второму началу термодинамики, согласно которому все самопроизвольные процессы стремятся перейти в состояние с максимальной энтропией. В этом случае процессы деструкции, хаотичности должны превалировать над процессами синтеза и создания сложной функциональной структуры — живой клетки. Процесс упорядочивания связан с уменьшением энтропии. Чем выше уровень организации живого, чем совершеннее его структура, тем меньшее значение принимает степень беспорядка. Вообще, энтропия живого вещества всегда меньше, чем неживого. В этом случае умирание и деградация оказываются более вероятными процессами с точки зрения классической термодинамики. Противоречие между вторым началом термодинамики и теми явлениями, которые мы наблюдаем, снимается в рамках теории самоорганизации. В настоящее время стало возможным объяснить феномен возникновения живой материи из неживой с точки зрения физикол химических законов. Живой организм представляет собой открытую неравновесную систему, осуществляющую постоянный обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Уменьшение энтропии внутри живой системы компенсируется ростом неупорядоченности во внешней среде. Условие существования жизни в сохранении этого баланса.

Само понятие сущности жизни нуждается в уточнении и расшифровке через исследование пограничного состояния живое-неживое. Появление жизни — длительный процесс, невозможно одномоментно установить, где неживая материя превращается в живую. Многочисленные попытки моделирования в лабораторных условиях процесса возникновения жизни не увенчались успехом. Концепция самоорганизации применимая к описанию перехода от неживой материи к живой указывает на отсутствие четкой границы между живым и неживым состоянием, т.к. живая и неживая природа находятся в постоянной системе взаимосвязей, взаимопроникая и взаимно влияя друг на друга. Теория самоорганизации приложима ко всем уровням организации в биосистеме, так как живая система может рассматриваться как открытая и нелинейная. А именно такие системы хорошо описываются в категориях синергетики. Она позволяет выявить механизмы, приводящие к ассоциации молекул в функционально значимые структуры и образованию живой субстанции. В рамках этой теории объясняются возможности энергетического обеспечения процессов возникновения и жизнеобеспечения клетки и организма в целом. Все живые системы любого уровня сложности действительно могут быть рассмотрены как открытые и нелинейные. К ним хорошо применим математический аппарат теории самоорганизации, позволяющий оценить тенденции развития системы и предсказать возможные результаты этого развития.

Использование синергетического подхода в рассмотрении сущности жизни, выводит эту проблему на качественно новый уровень, связанный с пониманием всех жизненных явлений как прояв л ени й ед и ного цело го. Причем эта единая самоорганизующаяся природная целостность включает в себя как живые, так и не живые объекты, между которыми осуществляется постоянная взаимосвязь. Таким образом, в круговорот жизни оказываются вовлеченными самые разнообразные процессы и явления, происходящие как в рамках одного организма, так и в масштабах целого сообщества и всей биосферы в целом. Наша планета с синергетической точки зрения представляет собой единый живой организм, в котором любые происходящие изменения живой или неживой природы оказывают в конечном итоге влияние на все подсистемы биосферы. Человек как разумное существо не должен нарушать тонкую гармонию единой живой системы, т.к. сам является ее частью. К сожалению, угроза природной целостности со стороны человечества сегодня является неоспоримым фактом. Теперь уже недостаточно простого сохранения природных взаимосвязей, но необходимо в большинстве случаев эти взаимосвязи заново восстанавливать. В решении этой проблемы эффективными оказываются синергетические методы, учитывающие особенности биосферы не как совокупности компонентов, ее составляющих, но как целой открытой, сложноорганизованной системы. Синергетические методы позволяют действовать когерентно тенденциям самой системы и оказывать влияние на ее состояние и развитие исходя из ее же ресурсов. При чем в такой ситуации эффективными оказываются слабые по силе воздействия, не травмирующие систему, но приводящие к желаемому результату.

Жизнь, однако, не ограничивается только естественнонаучными аспектами. Это — явление многоплановое, и представляет определенную сложность дать этому феномену трактовку, адекватно отражающую его сущность и разнообразные проявления. Это обстоятельство определяет многочисленные перспективы исследования сущности жизни с различных точек зрения. Жизнь может быть рассмотрена с позиций взаимодействия природы и общества. Синергетика и в этом случае оказывается полезной для установления кооперативного взаимодействия природы и общества, для.

140 гармонизации взаимных влияний окружающей среды и цивилизации. Жизнь, связанная с отдельным индивидом, его личностными переживаниями также может рассматриваться в рамках синергетической парадигмы. Ведь личность человека есть некая целостность, вполне соотносимая с образом открытой нелинейной системы. Уже появляются работы по синергетической психологии, синергетики искусства и т. д. Гармония организации личности, проблемы добра и зла, здоровья и болезни в рамках синергетической методологии предстают в совершенно ином свете и позволяют делать неожиданные открытия.

Синергетика сегодня формирует особый стиль мышления, основанный на целостном восприятии мира и его законов. Синергетический подход включает все случайности и отклонения, выпадающие из поля зрения классической науки. Раскрываемые данным подходом механизмы самоорганизации, согласуются с категориями определенности, неопределенности, вероятности, случайности, информации, позволяющими глубже понимать многие философские вопросы. Синергетический стиль мышления, быть может, является наиболее верным на пути понимания мира, его структуры, истоков и эволюции.