Синергетика (от греческого synergлtikos – совместный,
согласованно действующий) – научное направление, изучающее связи
между элементами структуры (подсистемами),
которые образуются в открытых системах (биологических,
физико-химических и других) благодаря интенсивному
(потоковому) обмену веществом и энергией с окружающей средой
в неравновесных условиях. В таких системах наблюдается
согласованное поведение подсистем, в результате чего
возрастает степень их упорядоченности, то есть уменьшается
энтропия (так называемая самоорганизация). Основа синергетики
– термодинамика неравновесных процессов, теория случайных
процессов, теория нелинейных колебаний и волн.

Советский энциклопедический
словарь

Самоорганизация – установление в диссипативной среде
пространственных структур(вообще говоря, эволюционирующих
во времени), параметры которых определяются самой
системой и слабо зависят от пространственной структуры
источника, неравновесности (энергии, массы и т.п.), начального
состояния системы, а зачастую и граничных условий.

А.В.Гапонов-Грехов, М.И.Рабинович

Рассмотрение принципов системологии (синергетики) при изложении основ экологии нам представляется вполне оправданным по следующим соображениям. Во-первых, системный подход, учение о системах в значительной степени формировались в недрах биологии, а соответственно и экологии, как ее теоретическое обоснование. И лишь позднее многие положения, предложенные и обоснованные биологами, были распространены или открыты заново в рамках иных направлений естествознания. Во-вторых, системный подход наиболее универсален и интегративен по своей природе. На его основе формируется единый эволюционный подход, рассматривающий развитие материи, как единый и закономерный процесс, начиная с момента “большого взрыва”, во всех его ипостасях – от элементарных частиц до социальной организации общества. Синергетика, по существу, становится естественнонаучной философской системой, "наукой всех наук". В частности, в рамках синергетики находят научно обоснованное решение гениальные предвидения, идущие с начала цивилизации, например, такие как возникновение порядка из хаоса. Очевидно, что с помощью синергетики могут быть решены и многие спорные проблемы биологии. В частности, эволюционные представления Л.С.Берга о закономерном характере биологической эволюции с позиций синергетики более обоснованы, нежели представления о микроэволюции – путем поэтапного накопления частных полезных мутаций. Еще в начале века натуралист-любитель Теодор Рузвельт отмечал, что "…идеология полезных признаков означает не исследование природы, а лишь упражнение в красноречии, поскольку каждому признаку можно придумать какую-то полезность и именно ею объяснить его распространение, равно как можно придумать вредность" (цит. по: Чайковский, 1994, с. 215). Экология же является, по существу, "частной синергетикой", поскольку она интегрирует все уровни организации жизни, взаимодействие живого и костного вещества, биосферы и человека, материального и идеального мира.

Основные положения системологии (сам термин “системология” был предложен в 1965 г. отечественным философом И.Б.Новиковым) были разработаны в начале века А.А.Богдановым (1989) в капитальном труде "Тектология. Всеобщая организационная наука", значительно опередившем свое время, и, как обычно бывает в таких случаях, оказавшемся длительное время невостребованным. Им были установлены основные закономерности организации и развития открытых, то есть взаимодействующих со средой, систем. В частности были постулированы следующие положения: самоорганизация систем на основе бирегуляции (обратной связи), неустойчивость динамического равновесия систем, обусловленная воздействием среды и являющаяся движущей силой их развития, закономерность возникновения кризисов как пути разрешения внутренних противоречий систем, дивергенция систем и увеличение их разнообразия, связь последнего с устойчивостью систем, прогрессивный и необратимый вектор развития систем, всеобщая связь, пространственная и временная непрерывность систем в мировом развитии. Им же была установлена универсальность общих принципов организации систем, лишь в частных проявлениях зависящая от их природы.

В конце 40-х годов особенности организации открытых биологических систем были проанализированы Л.фон Берталанфи, признанного в западном мире основателя системологии. Он в сущности развивает идеи А.А.Богданова, с трудами которого, по-видимому, был знаком, хотя и не ссылается на его работы.

Как уже упоминалось, интуитивные системологические представления уходят корнями в глубокую древность и постоянно привлекали внимание философов. Сколь-либо полно рассмотреть ее становление не входит в наши задачи. Отметим лишь основные этапы становления современной системологии (синергетики), прежде всего, применительно к биологии и экологии.

Основные теоретические представления системологии были первоначально разработаны биологами. Среди них ведущее место занимали российские ученые (к их числу следует отнести и А.А.Богданова – основателя первого в мире Института переливания крови, погибшего в результате экспериментов по трансфузии крови, проведенных на себе).

К.Ф.Рулье – один из основоположников эволюционизма и, пожалуй, первый палеоэколог, установивший зависимость биологической эволюции от условий среды и ее необратимость. Это положение неоднократно обсуждалось и расширялось. Из последователей К.Ф.Рулье следует особо отметить И.М.Сеченова, обосновавшего связь организмс внешней средой, формирование, помимо телесной, и духовной сферы – высшей нервной деятельности.

Существенный вклад в формирование системологии внес Чарльз Дарвин, обосновав принцип естественного отбора и дивергенции в эволюции. Более чем вековая дискуссия о значении естественного отбора в эволюции, была завершена признанием этого принципа как основополагающего в области саморазвития материи, в том числе и на молекулярном уровне. Но в рамках дарвиновской теории не была решена проблема появления новых признаков. Эта наиболее сложный вопрос биологии стал ареной борьбы между материалистическими и идеалистическими направлениями в естествознании. Пожалуй первым исследователем, постулировавшем эволюцию как закономерное свойство самих систем к саморазвитию, был Л.С.Берг (1922). Он полагал, в противовес господствующим представлениям дарвинистов, что "…создание все более и более совершенных форм есть имманентное свойство живой природы", что основой является "…внутреннее начало, лежащее в самих организмах, а не привносимое путем соединения частей и воздействий внешнего мира". Эти представления до сих пор не получили широкого признания. Согласно современной синтетической теории эволюции, в основе ее лежит накопление случайно возникших под влиянием повреждающих факторов среды повреждения наследственного аппарата. Но такой механизм не универсален (Воронцов, 2000) и тем более он не может быть распространен на предбиологические этапы эволюции, что сужает рамки эволюции организменным уровнем организации материи.

Положение о биологических системах, как открытых, неравновесных системах, источником саморазвития которых является взаимодействие с внешней средой, было обосновано работами биолога-теоретика Э.С.Бауэра.

Теоретические построения А.А.Богданова о бирегуляции были блестяще подтверждены в 30-х годах экспериментальными работами М.М.Завадовского по саморегуляции функций желез внутренней секреции путем "плюс-минус взаимодействий". Позднее этот принцип, получивший название обратной отрицательной связи, стал фундаментальным принципом кибернетики.

Исследованиями А.Г.Гурвича (1944) о митогенетическом излучении, формообразовательном значении биологических полей были заложены основы разработки принципа системной направленности развития, представлений о формировании систем самоупорядочением составляющих их элементов, в противовес взглядам на развитие, как развертывании заданной генетической программы. Эти работы, выполненные на организменном уровне, имеют общебиологическое значение, поскольку взаимодействие информационных биологических полей играет определяющую роль и в организации жизни на более высоких уровнях иерархии живых систем – популяционном и синэкологическом.

Значение циклических изменений биологических систем на их организацию и устойчивое существование во времени было впервые показано С.С.Четвериковым на примере "волн жизни".

Всеобщая связь естественных систем непосредственно была проиллюстрирована основателем гелиобиологии А.Л.Чижевским, показавшим влияние изменений солнечной активности на жизнедеятельность живых существ на разных уровнях организации, начиная с микроорганизмов.

С 40-х годов развитие системологии из области биологии переходит к другим дисциплинам – кибернетике (работы Н.Винера, В.А.Котельникова, К.Шеннона, У.Росс Эшби, Б.С.Флейшмана и др.), термодинамической химии (работы И.Пригожина о возникновение упорядоченных устойчивых систем вдали от равновесия), эволюционной химии (теория автокатализа А.П.Руденко, гиперциклов М.Эйгена), физике (лазерное излучение, фрактальные структуры). В 70-80-х годах происходит междисциплинарное взаимодействие исследователей самоорганизующихся систем, для которого была организована Биологическая компьютерная лаборатория в университете Урбаны (США), и “глобализация” концепции самоорганизации – использование ее для изучения процессов в самых разнообразных сферах деятельности: науке, технике (создание искусственного интеллекта), экономике (самоорганизация рынка), социологии, политики.

Здесь следует назвать пионерные работы Б.С.Флейшмана (1982), книга которого “Основы системологии” содержит концептуальные и математические основы теории сложных систем и в которой демонстрируются возможности системологии в решении актуальных задач экологии и охраны окружающей природной среды. Его работы по праву можно отнести к разряду "конструктивной системной экологии".

Особое значение для развития синергетики имели революционизирующие работы И.Пригожина о поведении систем в условиях, удаленных от состояния равновесия. Он показал, что на фоне разбалансировки и роста энтропии в открытых системах могут возникать новые упорядоченные структуры, получившие название диссипативных, т.е. возникающих в условиях распада системы. Эти структуры не зависят от исходного состояния системы, ее предыстории – организация и свойства их не могут быть предсказаны. Диссипативные структуры достигают равновесного состояния, соответствующего новым условиям. Появление диссипативных структур изменяет вектор развития (при этом исходные системы могут сохраняться вследствие гетерогенности среды в пространстве). Это точки бифуркации соответствуют ранее постулированному эволюционистами принципу дихотомии, лежащему в основе всех эволюционных построений в биологии.

В соответствии с этими взглядами изменилось и само понятие "самоорганизующихся систем". Представления о последних применительно к кибернетике были развиты в 1947 г. работе У.Росс Эшби "Принципы самоорганизующейся динамической системы". В ней самоорганизация определялась как способность систем спонтанно изменять свою структуру в зависимости от опыта и окружающей среды. В сущности, в основе самоорганизации признавался механизм самообучения; моделью которого было становление нервной системы в онтогенезе. Такие системы, самоорганизация которых основана на присущих им внутренних механизмах управления, получили название классических.

В 60-х годах в кибернетике возникает иное понимание самоорганизации, основанное на предложенном Г.фон Фёстером (1964) принципе "порядок из шума" и получившее название "неклассической концепции самоорганизации". Оно основано на циклических процессах, порождаемых в живых организмах в ответ на случайные события. Такая самоорганизация не связана с наличием внутреннего управляющего органа, а осуществляется за счет непосредственного локального взаимодействия компонентов системы. Они является результатом "…способности физиологических процессов организовываться в определенную синергическую деятельность" (Винер,1969, с. 19). При этом направление (цель) развития не задается управляющими органами, а "выбирается" самой системой.

Сравнение характеристик "классических" и "синергетических" систем (по: Крон и др., 1994) представлено в таблице.

В биологии (и в экологии, как одной из биологических дисциплин) имеются как "классические", централизованные системы с заданной генетической программой, так и "синергетические", децентрализованные, формирующиеся на основе стохастического взаимодействия компонентов. Диалектика взаимодействия между ними (или, иначе говоря, между наследственностью и изменчивостью, частью и целым, низшими и высшими уровнями иерархии) остается в значительной степени неразрешенной. Поэтому при изложении принципов экологии мы приводим нередко противоположные взгляды, памятуя слова Нильса Бора и Иоганна Гёте, что противоположностью истины является другая истина, а между противоположными мнениями лежит не истина, а проблема.

Таблица

Сравнение представлений о "классических" и синергетических" системах

 Источник:  Российская академия наук Институт экологии Волжского бассейна