- Принцип сопряженных подсистем
-
Разделение адаптивных, следящих систем, эволюционирующих в изменчивой среде, на сопряженные подсистемы с консервативной и оперативной специализацией, повышает их устойчивость.
Принцип сопряженных подсистем был сформулирован В. Геодакяном в 1965 г.[1] На основе принципа созданы эволюционные теории пола (в 1965 г.),[2] половых хромосом (в 1965 г.),[3] функциональной асимметрии мозга (в 1992 г.),[4] рук (в 1997 г.),[5] и латеральной асимметрии (в 1993 г.),[6]
Адаптивные системы эволюционируют в ответ на изменения среды. Идея эволюции подразумевает два главных, альтернативных аспекта: сохранения и изменения. Для лучшей реализации только первого аспекта—сохранения—системе выгоднее быть устойчивой, стабильной, неизменяемой, то есть быть по возможности “дальше” (не в геометрическом смысле, а в информационном) от разрушающих факторов среды. Однако те же факторы одновременно несут полезную информацию о направлении изменений среды. И если системе необходимо приспособиться к ним, измениться согласно изменениям среды (второй аспект), то она должна быть чувствительной, лабильной и изменчивой, то есть быть по возможности “ближе” (в информационном смысле) к вредным факторам среды. Следовательно, имеет место конфликтная ситуация, когда системе с одной стороны надо быть “подальше” от среды, а с другой—“поближе”. Первое возможное решение которому вынуждены следовать унитарные системы (бесполые, симметричные)—всей системе быть на некотором оптимальном “расстоянии” от среды. При этом возникает конфликтная ситуация, когда чем больше система меняется, тем меньше свойств она сохраняет. Разделение на две сопряженные подсистемы, позволяет снять конфликт и улучшать оба аспекта одновременно. Одна из подсистем при этом убирается “дальше” от среды, а другая—выдвигается “ближе”.
Содержание
Асинхронная и синхронная эволюция
Эволюция системы происходит асинхронно: оперативная подсистема меняется раньше, консервативная позже. До появления сопряженных подсистем главный управляющий эволюцией поток информации шел непосредственно от среды к системе: E → S. После появления оперативных подсистем они первыми получают информацию от среды: среда → оперативная → консервативная подсистемы, E → o → k. Поэтому при адаптивной эволюции новая подсистема всегда является оперативной и возникает между консервативной подсистемой и средой. Структура многих эволюционирующих систем в информационном смысле представляет собой сочетание “стабильного ядра” и “лабильной оболочки”. Потоки информации от среды о происшедших в ней изменениях попадают сначала во внешнюю, оперативную подсистему, преобразуются там, подвергаются действию отбора, а потом уже отобранная часть информации передается во внутреннюю, консервативную подсистему.
Примеры бинарных сопряженных подсистем
В таком общем виде концепция справедлива для эволюционирующих, адаптивных систем независимо от их конкретной природы—биологических, технических, игровых или социальных. Во всех случаях когда система вынуждена следить за “поведением противника” (среды) и в соответствии с этим строить свое “поведение”, дифференциация, разделение служб на консервативную и оперативную повышает устойчивость. Армия выделяет разведывательные отряды и посылает их в разные стороны навстречу противнику. Корабль имеет киль (консервативная служба) и отдельно руль (оперативная), самолет—постоянные плоскости и элероны; ракета—стабилизаторы и рули.
ДНК — белки
Рассматривая нуклеопротеид как систему, с подсистемами ДНК и белок, можно видеть, что ДНК более стабильна. О большей лабильности белков по сравнению с ДНК говорят температуры их денатурации, которые у белков значительно ниже, чем у ДНК. Смысл дифференциации — окружить более устойчивые к факторам среды молекулы ДНК менее устойчивыми белками. Например, если температура денатурации ДНК примерно 65оС, а белков — около 45оС, то вирус, представляющий собой ДНК в белковой оболочке, денатурирует при 45оС, т.е. благодаря сопряженному с ней белку нечувствительная к 45оС ДНК становится чувствительной. Значит, белок является информационным посредником между ДНК и средой, способным “предупредить” заблаговременно о наступлении жары. Другие белки позволяют ДНК “ощущать” холод, третьи — “видеть”, “слышать” и таким образом “узнавать” об опасностях среды.
Морфологическое строение известных нуклеопротеидов вирусов также говорит о том, что ДНК (или РНК у некоторых вирусов) в них представляет «ядро», а белки—«оболочку». Поэтому со средой прежде всего взаимодействуют белки и поток информации должен быть среда ↔ белок ↔ ДНК. Центробежный поток информации, ДНК → белок, хорошо изучен. Это поток информации, осуществляющий синтез белков и определяющий поведение системы. Больший интерес представляет обратный, центростремительный поток информации: среда → белок → ДНК, в особенности звено белок → ДНК. Долгое время вообще отрицалось существование такого потока (Центральная догма молекулярной биологии). Конечно, можно представить, что в процессе эволюции, когда образовались более высокие уровни организации (клетки, организмы) и появились соответствующие обратные связи, то обратные связи на нижележащих уровнях (в данном случае на молекулярном) утратили свое значение и исчезли. Однако существуют факты, которые очень трудно объяснить, не допустив наличия центростремительных потоков белок → ДНК. К ним можно отнести прежде всего явления, связанные с образованием адаптивных ферментов и антител.
Аутосомы — половые хромосомы
Дифференциация между аутосомами и половыми хромосомами существует не у всех видов. Кроме того, между хромосомами нет видимых барьеров. Однако в пользу взгляда на аутосомы и половые хромосомы как на постоянную и оперативную память ядра свидетельствуют многие факты. Эволюционно половые хромосомы значительно “моложе” аутосом и произошли из них. Отмечена большая лабильность и изменчивость половых хромосом по сравнению с аутосомами. Среди ядер с ненормальным числом хромосом подавляющее большинство составляют отклонения, связанные с половыми хромосомами (у человека известен даже набор ХХХХУ).[7] При действии ультразвука прежде всего разрушаются половые хромосомы. А радиоактивные вещества половые хромосомы метят интенсивнее аутосом (в особенности У-хромосому). Далее, по дисперсии размеров половые хромосомы (прежде всего У-хромосома) также превосходят аутосомы. Есть указания на преимущественно периферическое расположение половых хромосом в ядре (у человека[8]).
Ядро — цитоплазма
На клеточном уровне организации бросается в глаза прежде всего дифференциация на ядро и цитоплазму. Морфология клеток делает довольно очевидными соотношения между ядром, цитоплазмой и средой, как в смысле последовательности попадания информации (среда → цитоплазма → ядро), так и в смысле большего разнообразия цитоплазм (клетки разных тканей) и однообразия ядер. Показано, что ядра в любой клетке организма (по крайней мере у определенных видов) содержат всю генетическую информацию (постоянная память), в то время как цитоплазма клетки определяет специализацию данного сорта клеток (оперативная память), определяет, какую часть генетической информации необходимо извлечь из ядра в каждом отдельном случае.
Правое — левое полушария мозга
Гаметы — соматические клетки
На организменном уровне организации элементами являются клетки. Клетки организма делятся на гаплоидные (гаметы) и диплоидные (соматические). Прежде всего обращает на себя внимание большое разнообразие (морфологическое и физиологическое) соматических клеток по сравнению с однообразием гамет. Очевидна также специализация этих подсистем в осуществлении задач наследственности и изменчивости. Гаметы представляют консервативную тенденцию, а соматические клетки, наоборот, тенденцию изменчивости. Потоки информации от среды в течение всей жизни воспринимают соматические клетки (организмы растут, развиваются, стареют и пр.), и только после переработки в оперативной памяти суммарная за жизнь, итоговая информация может попасть в постоянную память, в гаметы (в форме элиминации, дискриминации или привилегии данной особи или в форме передачи каких-либо мутагенных влияний).
Женский — мужской пол
Общество (правши — левши)
Также как дифференциация популяции на два пола обеспечивает эффективную эволюцию наследственных признаков, дифференциация общества на правшей и левшей делает то же самое для поведенческих признаков (психики), приобретающих все большее значение в антропогенезе и культуре. Для двух основных типов среды: оптимальной (стабильной) и экстремальной (изменившейся) эволюция выработала два приспособленных к ним поведенческих режима (психики): консервативный режим правшества — психология сохранения (аналог женского пола), и оперативный режим левшества — реформаторская психология изменения, поиска нового, (аналог мужского пола).
Литература
- ↑ Геодакян В. А. (1965) Роль полов в передаче и преобразовании генетической информации. Пробл. передачи информ. I № 1, с. 105.
- ↑ Геодакян В. А. (1991) Эволюционная теория пола. Природа. № 8. с. 60–69.
- ↑ Геодакян В. А. (1996) Половые хромосомы: для чего они? (Новая концепция). Докл. АН. 346 с. 565–569.
- ↑ Геодакян В. А. (1992) Эволюционная логика функциональной асимметрии мозга. Докл. АН. 324 № 6, с. 1327–1331.
- ↑ Геодакян В. А., Геодакян К. В. (1997) Новая концепция леворукости. Докл. РАН. 356 № 6, с. 838–842.
- ↑ Геодакян В. А. (1993) Асинхронная асимметрия. Журн. высш. нерв. деятельности. 43 № 3, с. 543–561.
- ↑ Штерн К. (1965) Основы генетики человека. М.
- ↑ Barton D. Е., David F. N., Merrington М. (1964) The positions of the sex chromosomes in the human cell in mitosis. Ann. Hum. Genet. Lond. 28.
См. также
Wikimedia Foundation. 2010.
