§1.1.3.1. Устойчивое неравновесие и типология кризисов. Закон отсроченной дисфункции; правило избыточного разнообразия

Жизнь представляет собой непрерывную борьбу с переходом в равновесное состояние.

Э.М. Галимов

Не существует ни одного исключения из правила, по которому любое органическое существо естественно размножается в столь быстрой прогрессии, что, не подвергайся оно истреблению, потомство одной пары быстро заняло бы всю Землю.

Чарльз Дарвин

Классическая теория систем стоилась на идее гомеостазиса, и до сих пор даже в некоторых эволюционных концепциях определяющей остаётся категория равновесия (см., напр., [Spier 2010]). Между тем уже А.А. Богданов в «Тектологии», интерпретируя в организационных терминах принцип Лё Шателье, отметил, что при сопротивлении физической структуры внешнему воздействию «дело идёт не о системах равновесия» [Богданов 1925, с.262].

Позже советский биофизик Э.С. Бауэр [1935] использовал для определения жизни категорию устойчивого неравновесия. В 1947 году Э. Шредингер [1972] независимо от Бауэра показал, как «крайне маловероятное» (высокоорганизованное, или низкоэнтропийное) состояние системы способно сохраняться без противоречия законам термодинамики, за счёт «потребления упорядоченности извне».

К 1970-м годам группами естествоиспытателей в разных странах был накоплен богатый экспериментальный материал, свидетельствующий о возможности спонтанного усложнения материальных структур в потоке свободной энергии. Обобщение полученных данных привело к формированию серии оригинальных моделей самоорганизации, получивших название синергетики (Г. Хакен, Германия), теории динамического хаоса (М. Фейгенбаум, США), теории аутопоэза (У. Матурана, Чили), нелинейной неравновесной термодинамики и теории диссипативных структур (И. Пригожин, Бельгия).

К сожалению, в 1970-1990-х годах приходилось наблюдать взаимное неприятие авторами терминов, используемых коллегами. В последнее время распространилось объединяющее название всех подобных моделей - теория сложности.

Добавим, что наиболее напряжённая, динамичная, а потому перспективная версия самоорганизации представлена моделью Пригожина (который, правда, категорически отвергал хакеновский термин «синергетика»). Бельгийский учёный, сын выходцев из России, читал русскоязычные тексты, а потому был знаком как с экспериментальными данными советских коллег (реакция Белоусова - Жаботинского), так и с понятием устойчивого неравновесия. Это позволило в перспективе дополнить представление о спонтанном образовании сложных структур представлением о механизмах их сохранения, т.е. о том, почему образовавшиеся структуры не разрушаются последующими флуктуациями (чего следовало бы ожидать в рамках «классической» термодинамики) и почему, соответственно, возможна последовательная эволюция сложности.

Представление синергетики как науки об устойчивом неравновесии помогает синтезировать модели спонтанной самоорганизации с моделями кибернетической теории систем, которые описывают механизмы целенаправленной активности, обеспечивающей сохранение системы. Изучение же антиэнтропийной активности открыло путь к пониманию отражательных процессов и многообразия явлений субъективного мира, на что сам Пригожин неоднократно обращал внимание, хотя и не развил эту тему, оставив её профессиональным психологам, этологам и антропологам.

В синергетическом определении жизнь - это устойчиво неравновесное состояние вещества, сохранение которого обеспечивается постоянной работой, противопоставленной уравновешивающему давлению среды; с прекращением такой работы (жизнедеятельности) организм возвращается к состоянию равновесия, т.е. умирает. Но работа - это затрата энергии, а энергию нужно регулярно добывать из среды, накапливать в собственном теле и использовать для строительства и обновления органических структур.

По законам термодинамики, поддержание неравновесного состояния оплачивается ускоренным ростом энтропии в среде. Иначе говоря, доступная для использования энергия высвобождается при разрушении других неравновесных систем; эта неустранимая коллизия жизнедеятельности составляет смысл обескураживающей констатации: «Жить - значит разрушать».

Правда, главный источник свободной энергии на нашей планете - Солнце, типичная молодая звезда, находящаяся в состоянии неустойчивого неравновесия, - разрушается самопроизвольно и на протяжении миллиардов лет выбрасывает в окружающее пространство поток лучистой энергии. Одна двухмиллиардная доля этого потока достигает поверхности Земли и частично преобразуется зелёными растениями в энергию внутренних связей путём фотосинтеза. В этом смысле фотосинтезирующие организмы не являются агентами разрушения, пользуясь «дармовой» энергией.

Организмы, способные непосредственно усваивать лучистую (или химическую) энергию, называются автотрофами: это почти все растения и часть бактерий. Но и те, кто обходится без целенаправленного разрушения источника энергии, не обитают в райских кущах. В ряде случаев растениям приходится конкурировать за доступ к источнику света; к тому же, кроме энергии, им необходимы строительные материалы (минеральные вещества), углекислый газ и резервуар для сбрасывания высокоэнтропийных отходов жизнедеятельности. Все эти ресурсы также исчерпаемы, и конкуренция за них периодически принимает острые формы.

Здесь необходимо принципиальное замечание. Устойчиво неравновесные системы не просто сопротивляются давлению среды - им имманентно присуще стремление на-ступать (ср.

«По законам экспансии жизни каждый биологический вид стремится к снижению разнообразия в экосистемах за счёт установления монополии своего существования. Это стремление было бы губительным для вида, если бы ему не противостояли подобные же стремления других видов». В приведённой цитате из статьи дальневосточного эколога В.В. Сухомлиновой [1994, с.137] уточним только, что речь может идти не только о биологическом виде, но и о каждой отдельной популяции. То же относится к замечанию её московского коллеги: «Стратегия любого вида нацелена на реализацию биотического потенциала, т.е. потенциальной способности увеличивать численность в геометрической прогрессии, и на захват максимально возможного пространства» [Дробышев 2003, с.59]. Э. Лекявичюс [2009, с.245], подчёркивая, что живые существа склонны любой ценой наращивать свою биомассу, иллюстрировал эту мысль метафорой американского эколога Дж. Уолтера: «Организмы прожорливы (greedy)».

Поскольку автотрофы, как всё живое, стремятся к экстенсивному развитию, захватывая пространство, наращивая расход доступных ресурсов, истощая среду и насыщая её отходами, рано или поздно эта линейная экспансия должна зайти в экологический тупик. Самый интересный сценарий выхода из тупика - прогрессивное усложнение экосистемы. Например, с исчерпанием ресурсов развития автотрофных популяций в среде могут появиться гетеротрофные организмы, т.е. такие, которые не способны непосредственно усваивать лучистую энергию и вынуждены, активно разрушая другие организмы, использовать для собственной жизнедеятельности энергию, накопленную в их теле. Это животные, грибы, часть бактерий и очень небольшая часть растений («хищные» растения).

В свою очередь, травоядные организмы, попав в благоприятную среду пищевого изобилия, станут быстро размножаться, наращивая нагрузку на растительный мир, что приведёт к следующему экологическому тупику.

Эта донельзя простая схема в принципе отражает логику одного из магистральных направлений в развитии биосферы - наращивание пирамиды агрессии. Разрушительная активность одних видов регулируется разрушительной активностью по отношению к ним со стороны других видов, преемников по пищевой цепи. Агрессивный напор жизнедеятельности при дефиците ресурсов делает неизбежным периодическое обострение кризисов различного масштаба, а кризисы (и сопутствующие им катастрофы), в свою очередь, становятся предпосылкой качественного усложнения биоценозов. Именно лимиту доступных ресурсов в реальном мире мы обязаны едва ли не всеми значимыми результатами биологической и социальной истории.

Общество в синергетической модели также представляется как неравновесная система особого типа, устойчивость которой обеспечена искусственным опосредованием внешних (с природной средой) и внутренних отношений. Культуру в таком контексте составляет весь комплекс опосредствующих механизмов: орудия и прочие материальные продукты, языки, мифологии, мораль, право и т.д} Единый концептуальный контекст обеспечивает и обобщённое понимание переломных фаз развития.

Приходится отметить, что понятие кризиса стало в последнее время своего рода публицистическим штампом. Да и в серьёзной науке трудно найти ясное определение. Некоторые исследователи полагают, что отношения между обществом и природой, равно как между организмом и средой, будучи изначально кризисными, остаются таковыми по определению, и речь может идти только о степенях остроты кризиса. Подобно тому, как, по версии физиолога Г. Селье [1972], сама жизнь представляет собой имманентный стресс, периодически усиливающийся и относительно ослабевающий.

Сказанное, в общем, справедливо постольку, поскольку определяется самой сущностью устойчивого неравновесия. Но, предельно расширяя понятия, мы теряем предмет, а потому здесь полезно ограничить рамки.

Кризисные фазы принято классифицировать по различным основаниям. По масштабу они бывают локальными, региональными и глобальными, по субъекту - природными, социоприродными и геополитическими; различают также степени глубины кризиса и т.д. Нас прежде всего интересует такое общее основание классификации, как генезис (происхождение) кризиса: по этому признаку более или менее отчётливо выделяются три типа.

Экзогенные кризисы, обусловленные случайными, т.е. не зависящими от системы, изменениями в среде. Колебания солнечной активности, спонтанное изменение климата, геологический или космический катаклизм (мощное землетрясение, наводнение, извержение вулкана, падение крупного метеорита), появление в среде новых врагов и т.д. способны нарушить привычный ход событий и представить угрозу для существования системы - отдельной популяции, вида, биоценоза или социума. Кризисы такого типа могут стать гибельными для системы или вызвать одномерные (не требующие качественного усложнения) адаптивные перестройки, восстанавливающие её жизнеспособность.

Эндогенные кризисы, обусловленные сменой периодов генетической программы или её исчерпанием. Такие кризисы происходят в процессе индивидуального развития (многоклеточного животного или человека). Гипотезы о наличии конечных программ роста, старения и умирания в эволюции видов [Федоренко, Реймерс 1981] не получили подтверждения [Raup 1993]. Обществоведы также на протяжении без малого двухсот лет стремились уподобить циклам индивидуального развития историю этносов, культур и цивилизаций. Но и такие концепции не выдерживают критики: анализ показывает, что деградация социума происходила всегда в контексте его отношений с природной и/или геополитической средой. Всплески же и угасания «пассионарности» на поверку оказываются принадлежностью не столько этносов с их якобы замкнутой (по Л.Н. Гумилеву [2001]) энергетикой, сколько идеологий. Мотивационно насыщенная идея - вроде христианства, ислама, коммунизма и бессчётного множества иных - способна охватить этносы, сословия, классы, возрастные или иные общности, преодолевая национальные и государственные границы. И лишь в частных случаях пассионарная идея становится исключительным достоянием этнической группы.

Эндо-экзогенные кризисы, обусловленные опасными изменениями в среде, которые спровоцированы активностью самой системы. Кризисы такого типа потенциально наиболее продуктивны: хотя они тоже часто приводят к гибели системы, но их кардинальное преодоление возможно только за счёт качественного усложнения структур и функций.

Очевидно, что антропогенные кризисы, описанные в гл.1.1.2, относятся к числу эндо-экзогенных. Изучение реальных эпизодов, а также лабораторных имитаций позволяет схематически представить характерную логику событий.

Монотонное наращивание антиэнтропийной активности (например, безудержное размножение биологической популяции, увеличение технологической мощи, потребления ресурсов) накапливает разрушительные эффекты в среде, и рано или поздно прежние механизмы жизнеобеспечения становятся настолько затратными, что угрожают прямой дисфункцией - катастрофическим ростом энтропии в самой системе. Закон отсроченной дисфункции гласит, что такая фаза обязательно наступает (в гл.1.1.2 это показано на материале социальной истории), и дальнейшая судьба неравновесной системы зависит от того, насколько она готова к изменениям.

Как могут далее развиваться события? Самый простой вариант иллюстрируется хрестоматийным экспериментом. Несколько бактерий, помещённых в замкнутый сосуд (чашку Петри) с питательным бульоном, начинают быстро размножаться, и колония задыхается в собственных экскрементах. В более сложном случае неравновесные системы мигрируют в новую, пока не разрушенную среду и продолжают экстенсивное развитие. Например, популяция животных, вторгшись в новый биоценоз и потеснив соперников, занимает их экологическую нишу или создаёт для себя новую. Ещё более сложный консервативный сценарий: в экосистеме устанавливается колебательный контур между численностью популяции и объёмом ресурсов. Такой контур представлен простой математической моделью Лотки - Вольтерра «волки - зайцы»: с ростом численности волков на территории сокращается количество зайцев, что влечёт за собой вымирание волков, которое, в свою очередь, обеспечивает новый рост заячьего, а за ним и волчьего поголовья...

В первом приближении энергетический круговорот в природе действительно напоминает цепь, а точнее, разветвлённую сеть, между звеньями (ячейками) которой установлены кольца отрицательной обратной связи. Как мы знаем (см. §1.1.1.6), при перенаселении давление среды и инстинктивных факторов направлено на сокращение популяции. Посредством механизмов обратной связи происходит системный контроль и взаимная подгонка численности - своеобразный баланс агрессий, обеспечивающий устойчивость биоценоза пропорционально разнообразию его внутренних связей. Чем выше трофический уровень, тем больше энергии требуется для жизнеобеспечения одной особи; соответственно, тем ниже вместимость экологической ниши. Поэтому, как говорится на Кавказе, «орлы стаями не летают». И только такой сверх-хищник, как человек, забравшись на вершину пищевой пирамиды во всех экосистемах, смог переломить природные механизмы контроля над численностью популяций.

В литературе приводится иллюстративный расчет. Минимальная энергия, необходимая для физиологического существования одного человека в течение года, количественно эквивалентна той, которая содержится в 300 рыбках форели. Такое количество рыбок съедают за год 90000 лягушек, а те, в свою очередь, - 27 млн. кузнечиков; наконец, сами эти кузнечики потребляют в год тысячи тонн травы [Chaisson 2001].

Считается, что в дикой экосистеме популяция каждого трофического уровня может регулярно и безнаказанно выедать 10-20% предыдущего уровня: травоядные не должны уничтожать большую долю фитомассы, хищники - травоядных. Таков далёкий аналог «воровского закона» в естественной пирамиде агрессии. «Если сузить основание этой пирамиды, то и последующие ярусы уменьшатся вплоть до полного выпадения» [Красилов 1986, с.46]. В этом случае, говоря языком экологии, естественно возобновимые ресурсы становятся невозобновимыми - и дальнейшее существование системы оказывается под вопросом.

Наконец, предварительно обозначенный выше «прогрессивный» сценарий - совершенствование антиэнтропийных механизмов. Когда эндо-экзогенный кризис приобретает такой масштаб, что промежуточные сценарии (типа смены среды обитания) исключены, наступает типично бифуркационная фаза: либо должен произойти обвал, либо революционный перелом в развитии системы.

Повторим, что квазиустойчивые состояния, в сторону которых может изменяться неустойчивая система, называют аттракторами, реальное число которых всегда невелико. В случае деградации говорят об изменениях в сторону простого аттрактора, а «аттракторы, отличные от состояний равновесия... получили название странных аттракторов» [Арнольд 1990, с.23, курсив мой - А.Н.]. Среди последних мы также различаем горизонтальные - квазиустойчивые состояния на соразмерном уровне неравновесия со средой - и вертикальные - квазиустойчивые состояния на более высоком уровне неравновесия. Горизонтальный странный аттрактор предполагает одномерные адаптации (вызванные экзогенными изменениями или перемещением в новую среду) с подстройкой не- гэнтропийных механизмов без их качественного совершенствования. Для достижения же устойчивости на более высоком уровне неравновесия со средой необходима возрастающая удельная продуктивность (величина полезного эффекта на единицу разрушений), что, в свою очередь, требует радикального роста организационной сложности и «интеллектуальности» - вертикальный странный аттрактор.

Изучение фазовых переходов в эволюции природы и общества позволило вывести два фундаментальных обобщения. Во-первых, если фазовый переход в сторону вертикального аттрактора генетически не запрограммирован (как в развитии индивидуального организма), то он может реализоваться только вследствие эндоэкзогенного кризиса. Поэтому сам факт последовавшего удаления системы от равновесного состояния с необходимым для этого совершенствованием антиэнтропийных механизмов служит доказательством того, что кризис был спровоцирован не сугубо внешними факторами, а собственной активностью системы.

Во-вторых, шансы системы на «прогрессивное» преодоление кризиса с продолжением развития в сторону странного аттрактора во многом определяется тем, какой объём актуально бесполезного - избыточного разнообразия система успела накопить в периоде относительно спокойного развития. Если отбор был не настолько жёстким, чтобы отбраковывать слабовредные мутации (см. §1.1.2.1), то в кризисной фазе маргинальные элементы, игравшие прежде периферийную роль, обеспечивают внутренний ресурс, из которого черпаются новые модели и стратегии поведения.

Для первоначальной иллюстрации напомним три примера из гл.1.1.2.

По современным данным, праматерь неоантропов («Митохондриальная Ева») жила в Африке от 200 до 300 тыс. лет назад. Прежде чем воцариться на планете (около 30 тыс. лет назад), наши далёкие предки оставались на периферии прасоциальной эволюции, уступая грозным соперникам неандертальцам в развитии материальной культуры и прочих факторов эффективной конкуренции [Буровский 2012; Казанков 2012]. Потребовались десятки тысяч лет для того, чтобы новый вид, освоив свои анатомические преимущества (компенсировавшие очевидные недостатки в физической силе, в объёме головного мозга и т.д.) и дождавшись кризисных эффектов в развитии конкурентов, сменил последних в качестве ведущего агента планетарной эволюции...

Неолитическая революция была обеспечена тем, что в племенах охотников-собирателей были накоплены зачатки земледельческого опыта. Эта деятельность носила исключительно ритуальный характер и не имела хозяйственного значения, но глобальный кризис присваивающего хозяйства превратил её в ядро социальной организации.

Идеи гуманизма, занесенные в Европу арабскими философами- зиндиками, оставались на периферии духовной культуры европейцев до тех пор, пока обострившийся кризис сельскохозяйственного производства не востребовал их для эмоциональной балансировки; в результате оптимистический образ прогрессивного «очеловечивания» мира послужил предпосылкой индустриальной революции.

Забегая немного вперёд по расположению материала в книге (см. гл.1.2.2) и удалившись очень далеко назад по хронологии событий, добавим характерный эпизод из ранней истории биосферы, который ярко иллюстрирует оба центральных тезиса этого параграфа - закон отсроченной дисфункции и правило избыточного разнообразия.

На протяжении миллиардов лет жизнь на Земле была представлена прокариотами. Отходы жизнедеятельности цианобактерий (синезелёных водорослей) - свободный кислород - постепенно накапливались в атмосфере планеты, изменяя её химический состав. В итоге атмосфера приобрела столь выраженное окислительное свойство, что стала губительной для основного носителя жизни - и началось массовое вымирание цианобактерий.

Но к тому времени в результате мутаций успели сформироваться простейшие аэробные организмы (поглощающие кислород и выделяющие углекислый газ), которые начали быстро размножаться и приобрели ведущую роль в развитии жизни. Биосфера радикально усложнилась, что и обеспечило её сохранение.

Как правило, возникновение нового в прошлом фиксируется именно тогда, когда оно было эволюционно востребовано. Дальнейшие исследования обычно показывают, что и прежде это явление присутствовало в системе, но латентно или в совсем иной функции. Скажем, птичье перо появилось как средство теплоизоляции, и лишь много позже способствовало улучшению аэродинамических характеристик крыла. Скелет первоначально служил просто средством запасания фосфора [Еськов 2004]. Новые биологические виды, семейства, отряды и классы, прежде чем сделаться ведущими агентами биосферы, десятки миллионов лет оставались периферийными элементами в силу их низкой эффективности по сравнению с доминировавшими группами. Научные теории (типа гелиоцентрической модели), технические находки и религиозные доктрины, впоследствии преобразившие мир, обычно до поры пребывали на обочине духовной и инструментальной культуры. Например, в §1.1.2.6 мы по иному поводу обратили внимание на крайнюю неэффективность огнестрельного оружия на раннем этапе его существования.

Обстоятельства такого рода (так называемые преадаптации и отсроченные ароморфозы [Гринин и др. 2009]) обнаруживаются в истории природы и общества настолько регулярно, что дают повод утверждать, будто вовсе никогда ничего качественно нового не изобреталось [Клягин 1999]. Ю.М. Лотман [1981] считал очевидной истиной, что «сознанию должно предшествовать сознание». Ф. Реди и за ним В.И. Вернадский [1978] были убеждены, что живое способно произойти только от живого. По В.В. Налимову [1979], все будущие новообразования, в том числе мысли и образы, присутствовали уже в момент Большого взрыва, а учёный или художник, подобно радиоприёмнику, лишь настраивается на правильную волну, вылавливая из эфира божественные откровения. Во всех этих концепциях эволюция понимается в её этимологическом значении, как «развёртывание» свернутого клубка.

Правило избыточного разнообразия позволяет интерпретировать соответствующие факты в системно-эволюционном ключе. На каждом переломе природной или социальной истории разрешение эндо-экзогенного кризиса происходило по сходному сценарию. Маргинальные формы вещества, жизни, социальной активности, культуры, мышления становились доминирующими, обеспечивая рост внутренней сложности и «интеллектуальности» целостной системы и, тем самым, совершенствование антиэнтропийных механизмов (см. подробнее §1.1.3.3).

Добавим, что с ускорением эволюции на Земле соотношение экзогенных, эндогенных и эндо-экзогенных кризисов неуклонно изменялось в пользу последних, поскольку активность живого вещества, а затем общества и сознания играла возрастающую роль в совокупности причинно-следственных зависимостей. Эндоэкзогенные кризисы привлекают наше преимущественное внимание не только потому, что сами по себе более других «интересны», чреваты «творческими» решениями и фазовыми переходами, но и потому, что сегодня глобальные угрозы являются почти исключительно следствиями человеческой деятельности...