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.
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.
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 P.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. Александр Александрович Богданов (Малиновский) (1873-1928). Сегодня А. Богданова называют русским предшественником кибернетики. Оригинальное предложение Богданова заключается в объединении всех человеческих, биологических и физических наук, рассматривая их как системы взаимоотношений, и поиска организационных принципов, лежащих в основе всех типов систем. Его основной труд "Тектология" имеет подзаголовок "Всеобщая организационная наука". А.А. Богданов понимал тектологию как науку, объединяющую в себе организационные методы всех наук. Задача же тектологии, по Богданову, как науки эмпирической, – систематизировать организационный опыт. Тектология должна выяснить, какие способы организации наблюдаются в природе и в человеческой деятельности; затем –обобщить и систематизировать эти способы; далее – объяснить их, т. е. выработать абстрактные схемы их тенденций и закономерностей, определить направления развития организационных методов и их роль в мировом процессе. По мнению А. А. Богданова, когда в процессе обобщения, абстрагирования выяснены общие законы, то создаётся твёрдая опора для планомерной организационной деятельности – практической и теоретической.
В.И. Вернадским было введено понятие живого вещества и сформулированы биогеохимические принципы. Под живым веществом он понимал совокупность всех живых организмов нашей планеты, рассматривая биосферу как некое системное образование на основе внешней геологической оболочки Земли, включающее в себя как живое вещество всей планеты, так и среду обитания, которая преобразуется этим живым веществом. Тем самым были показаны роль живого вещества в процессе эволюции Земли и неотделимость развития биосферы от геологической истории планеты. Живое вещество активно участвует в круговороте веществ и энергии в земной коре, причем его энергия значительно больше, чем энергия косного вещества. Биосфера, по В.И. Вернадскому, включает в себя следующие элементы: живое вещество, косное вещество (без наличия живых организмов), биогенное, создаваемое и перерабатываемое организмами (газы, каменный уголь, известь, битум и т.д.), биокосное, возникающее при совместной деятельности организмов и абиогенных процессов (вода, почва, кора выветривания; таким образом, почву и осадочные породы можно рассматривать как результат преобразования биокосного вещества), радиоактивное вещество и вещество космического происхождения.
Вернадский предположил, что живое вещество биосферы выполняет и биогеохимические функции жизни, формирующие среду для существования живого. В этом смысле единство состава и функционирования живой природы, независимо от уровня представляющих их структур, – это биогеохимическое единство. Можно считать, что геохимические процессы в биосфере задаются живым веществом и геохимические процессы – это биогеохимические процессы, и в этом состоит биогеохимическое проявление биосферы. Заметим, что эволюцию Земли и затем образование и развитие биосферы Вернадский объединил через три фактора макроэволюции – космический, геологический и геохимический, которые самым тесным образом связаны с биологической эволюцией, и все они объединяются в энергетических процессах биосферы. Таким образом, можно дать еще одно определение жизни – как могучей геологической силы нашей планеты, формирующей облик Земли и создающей ее в образе живой планеты. Предполагается, что жизнь связана в целом с эволюцией Земли и влиянием на нее живого вещества. Заметим, что только широчайшее разнообразие животных, растений и других форм жизни, возникшее сначала в виде простейших организмов 3-3,5 млрд. лет тому назад, обусловило выполнение всех функций живого вещества.
Если Вернадский исследовал систему всех живых организмов и их взаимодействия, то другой выдающийся ученый, академик Владимир Николаевич Беклемишев (1890-1962) посвятил свои труды изучению системной организации отдельных живых организмов. Как сравнительный анатом, В.Н. Беклемишев был ярчайшим представителем идеалистической морфологии, придающей главное значение плану строения организмов. Конечной целью сравнительной морфологии В.Н. Беклемишев считал построение естественной системы организмов, представляющей собой закон, согласно которому реализуется многообразие органических форм. Морфологические взгляды В.Н. Беклемишева суммированы в фундаментальном руководстве "Основы сравнительной анатомии беспозвоночных". В предисловии к третьему изданию этой книги Беклемишев указывал, что беспозвоночные отличаются от позвоночных в том смысле, что единого плана строения у них не выявлено, не обнаружено сплошных рядов развития гомологичных органов. Поэтому он считал основной задачей сравнительной анатомии беспозвоночных – выявление основных планов строения и их развития, что позволяет рассматривать организм как целое с учетом эволюции.
Многообразие живых существ представляется безграничным и хаотичным, для его описания весьма полезен сравнительно-анатомический метод, который является одним из частных методов систематического описания многообразия органических форм. Сравнительная анатомия не является простым описанием, но в некотором смысле объяснением, т.к. способствует нахождению естественного места для любого объекта (органа или ткани) в линии исторического развития организмов.
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 аспект 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.
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. 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. 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, с нашей точки зрения, сознавая все ограниченности общего определения, представляется целесообразным определить «систему» в самом широком виде, как определенное множество, котopoe 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.
