Г л а в а 6 ДИАЛЕКТИКА ПРОСТОГО И СЛОЖНОГО

 

«Дороги, которые мы выбираем, следует отличать от дорог, которые выбирают нас».

Феликс Кривин

Синтезогенез и интеграция усилий

«Все эти создания обладали тройственной симмет­рией и напоминали формой греческую букву гамма с тремя остроконечными плечиками, соединяющимися в центральном утолщении. В падающем свете они казались черными, как уголь, в отраженном — пере­ливались синим и оливковым цветом, как брюшки некоторых земных насекомых. Наружные их стенки состояли из очень мелких пластин, напоминающих грани бриллианта, а внутри «мушки» содержали од­ну и ту же микроскопическую конструкцию. Ее эле­менты, в сотни раз меньшие, чем зернышки песка, образовывали что-то вроде автономной нервной си­стемы, в которой удалось различить две частично независимые друг от друга цепи.

Меньшая часть, занимающая внутренность плеч, представляла собой микроскопическую схему, заве­дующую движением «насекомого», нечто вроде уни­версального аккумулятора и одновременно трансфор­матора энергии. В зависимости от способа, каким сжимали кристаллы, они создавали то электрическое, то магнитное поле, то переменные силовые поля, ко­торые могли нагревать до относительно высокой тем­пературы центральную часть; тогда накопленное тепло излучалось наружу однонаправленно. Вызван­ное этим движение воздуха, .как реактивная струя, делало возможным движение в любом направлении. Отдельный кристаллик не столько летал, сколько подпрыгивал, и не был, во всяком случае во время лабораторных экспериментов, способен точно управ­лять своим полетом. Несколько же кристалликов, со­единяясь кончиками плеч друг с другом, образовы­вали систему с тем лучшими аэродинамическими показателями, чем больше их было.

173

Каждый кристаллик соединялся с тремя; кроме того, он мог соединяться концом плеча с централь­ной частью любого другого, что давало возможность образования многослойных комплексов. Соединения не обязательно требовали соприкосновения, кристал­ликам достаточно было сблизиться, чтобы возникшее магнитное поле удерживало все образование в рав­новесии. При определенном количестве насекомых система начинала проявлять многочисленные законо­мерности, могла в зависимости от того, как ее «драз­нили» внешними импульсами, менять направление движения, форму, вид, частоту внутренних пульса­ций; при определенных внешних условиях менялись знаки поля, и, вместо того, чтобы притягиваться, ме­таллические кристаллики отталкивались, переходили в состояние «индивидуальной россыпи».

Эта длинная цитата из повести Станислава Лема «Непобедимый» приведена нами не случайно. На планете «Регис-III» люди столкнулись с необычным явлением. Из примитивных кристалликов, обладаю­щих примитивным поведением, при определенных условиях возникал сверхорганизм— туча. И эта туча обладала почти неисчерпаемыми возможностями по адаптации своего поведения, ибо хранила в огром­ной памяти, складывающейся из памятей-песчинок отдельных кристаллов, необъятный запас знаний.

Однако столь ли уж необычен этот способ возник­новения сложного из простого? После того, что чи­татель прочитал в предшествующих главах, подобный путь организации сложного поведения должен ка­заться ему весьма привычным; Наблюдения за био­логическими организмами также не противоречат идее польского фантаста. Такое объединение более простых организмов в более сложный —один из пу­тей эволюции в органическом мире. К. М. Завад­ский, много лет занимавшийся проблемами эволюции, назвал такой путь синтезогенезом . Переход от одно­клеточных водорослей к многоклеточным был решаю­щим шагом на пути прогресса органического мира;

сообщество рабочих пчел в улье или рабочих мура­вьев в муравейнике—примеры того же типа.

Но простое скопление однородных подсистем или организмов—это еще не новая система или орга­низм. Множество рабочих пчел, встретившихся на цветущем лугу и относящихся к разным пчелиным

179

семьям,—это совсем не то, что множество рабочих пчел из одного улья. И совокупность пассажиров, оказавшихся одновременно в трамвае, резко отлича­ется от множества покупателей и продавцов на кол­хозном рынке.

В чем же состоит это отличие? В самом общем виде можно сказать, что некоторая совокупность элементов является единой системой, если эти эле­менты обладают потенциальным свойством образо­вывать статические или динамические структуры, необходимые для «выживания» элементов и всей их совокупности, т. е. обладают свойством устанавли­вать взаимодействие друг с другом для достижения локальных и глобальной целей. Это, конечно, не определение, а скорее рассуждение о чрезвычайно сложном вопросе. Исчерпывающий ответ на него — предмет специального исследования, выходящего да­леко за границы возможностей авторов. Но, как нам кажется, суть всех моделей коллективного поведения и взаимодействия в этом и состоит. Отметим еще, что когда речь идет о биологических совокупностях, то в реальных ситуациях эти потенциальные свойства проявляются лишь частично, а остальные — ждут своего часа. Хорошо- известны, например, опыты с некоторыми бактериями, которые всегда обитали в средах, где отсутствуют определенные виды углево­дов. При искусственной пересадке их в среды, где эти непривычные углеводы были единственной до­ступной для бактерий пищей, они начинали выраба­тывать фермент для их расщепления. Возможность этого была заложена в их генную структуру «на вся­кий случай» и реализовалась именно тогда, когда в этом возникла необходимость. Другой пример — огромные потенциальные возможности любого чело­века, подавляющее большинство которых никогда не проявляется у индивида, а возможно, и у человече­ского сообщества.

Таким образом, синтезогенез—это путь увеличе­ния числа потенциально возможных свойств, которые могут пригодиться системе при встрече с непривыч­ными для нее ситуациями и средами.

Рассмотрим простую модель, иллюстрирующую возможности синтезогенеза. На рис. 6.1 показан то­роидальный мир — совокупность клеток, размещен­ных на внешней поверхности тора (обычная сушка

180

или баранка дают превосходное представление о тороидальной форме). Предположим, что в клетках этого мира может находиться пища, которой могут питаться «организмы», обитающие в них. В качестве таких «организмов» будем рассматривать автоматы с линейной тактикой. Простейшая форма подобного автомата — автомат с од­ним действием, показанный на рис. 6.2, а. В состоянии 1 при получении сигнала штраф автомат «умирает» (на рисунке это отмечено крестиком). Действие, кото­рое может совершать ав­томат,— перемещение в не­котором фиксированном на­правлении на одну клетку тора. Обозначим четы­ре возможных направления перемещения, показанные на рис. 6.1, через А, Б, В, Г. Тогда простейшие ав­томаты будут делиться на четыре типа — будем обо­значать их теми же буквами. Допустим, что автоматы, находящиеся в одной клетке, могут объединяться. Если объединяются два автомата одного типа, то это приводит к увеличению длины лепестка (т. е. глуби­ны памяти для этого действия). При объединении же автоматов различного типа новый автомат имеет уже не один лепесток, а два. На рис. 6.2,6 показан ав­томат, который возник в результате объединения четырех автоматов, два из которых относятся к

181

 

типу А, а оставшиеся два — к типу В и Г. Для удобства будем обозначать такой автомат как А²ГВ.

В отличие от классического автомата с линейной тактикой наш автомат не может накапливать нака­зания безгранично и «умирает», когда число подряд действующих штрафов (пунктирные стрелки) превы­шает число состояний, имеющееся у автомата (для автомата, показанного на рис. 6.2, б, оно равно четы­рем). Кроме того, смена лепестков происходит равно­вероятно.

Сигналы наказания и поощрения формируются средой следующим образом. Если автомат в данной клетке съедает пищу, то он получает сигнал поощре­ния, в противном случае—сигнал наказания. После того как автомат съест пищу (на что в модели тре­буется один такт) и уйдет из клетки, то пища может в ней одномоментно восстановиться или клетка оста­нется пустой до того момента, когда по закону, ха­рактеризующему среду, пища снова восстановится.

Если в одну и ту же клетку попадает несколько автоматов, то они принудительно объединяются и образуют новый более сложный «организм».

Рассмотрим несколько ситуаций в эволюционном процессе на торе.

На рис. 6.3 показано несколько простейших ситу­ация на некотором участке тороидальной поверхно­сти. Клетки, в которых имеется пища, отмечены точками. Предполагается, что пища, съеденная в клетках, полностью восстанавливается, как только автомат уйдет из нее. На рис. 6.3, а показаны два простейших автомата. Автомат Л съедает пищу в клетке, где он находится, и идет наверх. Но на этом кольце пищи нигде больше нет. В результате он по­гибает в клетке, помеченной крестиком. Иная судьба у автомата Г. Если пища имеется на всем кольце,

182

то этот автомат, двигаясь по замкнутому кольцу вправо, будет все время поддерживать свое сущест­вование. Он живет вечно, не беспокоясь ни о чем.

На рис. 6.2, б показана еще одна очень простая си­туация. Автоматы А и Г встречаются в клетке с пи­щей, объединяются и начинают движение. Каким оно будет? Это зависит от того, какое именно состояние окажется начальным. Ели это состояние, соответст­вующее состоянию 1 автомата А, то объединенный автомат сначала сделает шаг наверх. В этой клетке пищи нет и автомат получит наказание. Это заставит перейти его в состояние 1 бывшего автомата Г и сделать шаг на одну клетку вправо. Там пища есть. Съев ее, автомат сделает еще один шаг вправо. По­лучив наказание, он, как автомат А, сделает шаг вверх и получит пищу. Далее процесс будет повто­ряться циклически, если пища размещается на по­верхности тора регулярным образом. Автомат будет двигаться по «диагональной линии» и жить вечное Если бы начальным состоянием объединенного ав­томата было состояние 1 автомата Г, то движение было бы аналогичным. Пунктирные стрелки показы­вают оба возможных пути автомата АГ.

Усложнение структуры далеко не всегда приводит к улучшению функционирования. Это положение ил­люстрируется рис. 6.3, в. В клетке с пищей образует­ся автомат АБГ. Пусть начальным его состоянием является состояние 1 автомата Г. Сдвинувшись на одну клетку вправо и получив сигнал штраф, авто­мат переходит (путем равновероятного выбора) в состояние автомата Б. Он сдвигается вниз, но пищи там нет. Опять следует равновероятный переход, и автомат снова попадает в состояние автомата Г. Происходит сдвиг вправо. Но так как пищи в этой клетке нет, объединенный автомат погибает, исчер­пав все свои ресурсы. Если бы объединения не про­изошло, то при том распределении пищи, которое показано на рис. 6.3, в, все три простейших автомата могли бы жить вечно.

Наши забавные автоматы на тороидальной по­верхности можно исследовать с разных точек зрения. Но, к сожалению, это увело бы нас весьма далеко от основной канвы книги. Те, кому понравился этот мир, могут придумать много занимательных и интересных историй, полных драматизма и неожидан-

 

ных метаморфоз, которые могут развернуться на поверхности тора.

Для нас же важно отметить, что синтезогенез мо­жет приносить как пользу, так и вред, ибо иногда лучшее — враг хорошего.

Тем не менее путь синтеза, своеобразной полиме­ризации, часто встречается в эволюционирующих технических системах. Этот путь сыграл большую роль в создании мировой сети связи и транспортных сетей. При образовании комплексов резервированных устройств мы также сталкиваемся с явлением, подоб­ным синтезогенезу.

Выскажем еще раз одну весьма важную мысль, связанную с синтезогенезом. В процессе такого объ­единения возникает особое явление, сходное (чисто внешне) с полимеризацией в химии. Элементы, всту­пая в объединение и не меняясь по своей структуре, как бы приобретают новые качественные возможно­сти. И эти новые возможности зависят от механизма объединения. В гл. 4 мы уже столкнулись с этим явлением. Когда два автомата объединялись чисто механически (так, как объединяются автоматы в нашей модели эволюции на горе), число их состоя­ний растет, как п², если каждый из автоматов имел п состояний. Когда же они объединяются за счет случайного парного взаимодействия, то это дает им возможность функционировать как автоматам, обла­дающим памятью глубины 2ⁿ. В гл. 5 мы также столкнулись с явлением «полимеризации». Автомат всего с восемью состояниями, объединившись в ше­ренгу стрелков, как бы приобретал возможность работы с памятью всей совокупности автоматов, ста­новился богаче по своим возможностям, не меняя своей структуры. Это явление кажется нам весьма любопытным.

Но, наряду с этим процессом в биологической и технической эволюции, идет и другой важный про­цесс, связанный с ростом неоднородности в организ­ме с появлением специализированных подсистем.

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться: