1.2.  Эволюции Ламарка, де Фриза, Поппера и синтетическая теория эволюции

Первая группа концепций и гипотез учения об эволюции связывается с именем Ж. Ламарка. В 1809 г. он предположил, что все живые организмы целесообразно приспосабливаются к условиям среды. Ж. Ламарк предложил свою концепцию эволюции до теории эволюции Ч. Дарвина о естественном отборе. Его теория основана на предположении, что характеристики, приобретенные организмом в течение жизни, наследуются потомками. Он предложил ее как средство, при помощи которого организм передает специальные черты для выживания в среде, и это положение известно как теория эволюции Ж. Ламарка или ламаркизм [20, 21].

Причинами эволюции Ж. Ламарк считал стремление всех живых организмов к прогрессу, развитию от простого к сложному (учение о градации (уровень, ступень)), а. также целесообразные изменения организмов, направленные на приспособление к внешним условиям. Эти изменения, как утверждал Ж. Ламарк, вызываются прямым влиянием внешней среды, упражнением органов и наследованием приобретенных при жизни признаков. Его считают основоположником теологической (греч. teleos — результат, цель и logos — наука) теории эволюции, согласно которой способность организмов приспособляться к окружающей среде есть врожденное свойство жизни.

Ж. Ламарк объясняет одну из особенностей эволюции органического мира приспособляемостью. Прогрессивную эволюцию, появление форм, более сложных и совершенных, он объяснял «законом градаций» — стремлением живых существ усложнять свою структуру. Приспособительные изменения, возникнув один раз, далее, по мнению Ж. Ламарка, способны передаваться по наследству (концепция «наследован™ благоприобретенных признаков»). Его концепция не дает четкого объяснения эволюции. Согласно ей виды эволюционируют, приспособляясь и усложняясь, потому что у них существуют свойства — приспособляться и усложняться. Причины направленных изменений объясняются различно, но их можно свести к двум:

•    направленное влияние внешней среды;

•    способность самого организма.

Такие гипотезы называют телеологическими. Телеологический взгляд на протекающие в природе процессы высказал Аристотель. Согласно Аристотелю, причина развития — будущая цель [22]. Так и в эволюции по Ж. Ламарку — большая приспособленность потомков возникает в результате целенаправленной изменчивости предков. Согласно ламаркизму предполагается, что живые организмы способны сами находить верное реше

ние, как себя улучшить, и, более того, сами же способны свое решение осуществлять [20]. Зная, как сложно устроена ЕС, легко понять, что это затруднительно. Ламаркизм не объясняет большинство эволюционных преобразований.

Ж. Ламарк попытался создать целостную эволюционную теорию. Согласно ей, переход от низших форм жизни к высшим — градация. Она происходит в результате имманентного и всеобщего стремления ЕС к совершенству. Ламаркизм эволюцию объясняет адаптацией. Разнообразие видов на каждом уровне организации объясняется модифицирующим градацию воздействием условий среды. Ж. Ламарком выведены два закона:

1.   Упражнение органов приводит к их прогрессивному развитию. Не- упражнение органов приводит к редукции.

2.   Результаты упражнений и неупражнений органов при достаточной продолжительности воздействия закрепляются в наследственности организмов и далее передаются из поколения в поколение вне зависимости от вызвавших их воздействий среды.

Направленная изменчивость в эволюции Ж. Ламарка не причина, а. всегда результат эволюционного процесса, Способность к ней — такое же приспособление, возникающее на протяжении многих поколений. Поэтому направленная изменчивость не может быть доказательством правоты ламаркизма, В биологии считается, что его законы основаны на ошибочном представлении о том, что природе свойственно стремление к совершенствованию и наследованию организмом благоприобретенных свойств.

Эволюция Ж. Ламарка является мощной концепцией искусственной эволюции, применимой в науке и технике, несмотря на то, что она дискредитирована в биологии. Авторы предлагают использовать некоторые принципы этого типа эволюции для построен™ интеллектуальных ИС и решения оптимизационных задач. Подобно эволюции в ЕС, интеллектуальные ИС используют простейшие преобразования генотипов и фенотипов и перестановка фенотипов с соответствующими генотипами является часто возможной. В случае, когда генотипы являются своими собственными фенотипами, не требуется преобразований между ними. Это позволяет оптимизировать фенотип для решения конкретных проблем среды. Подобная оптимизация отражается в соответствующем генотипе для последующего наследования потомками. Следовательно, эволюция Ж. Ламарка в ЕС устанавливает связь между генотипом и фенотипом [17,23-25]. Ламаркизм обычно дает локализованный поиск форм в пространстве структур фенотипов. Локализованный поиск при решении сложных практических задач большой размерности более подходит для исследования локальных областей популяции в отличие от глобального перебора,

Яш Лотси, У. Бетси, де Фриз, В. Гольдшмидт, В. Кордюм в своих работах [7, 12, 26] отклоняли интегрирующую роль естественного отбора, а. в процессах появления мутаций видели непосредственно факторы видообразования. Они и развили идеи сальтационизма, по которым основным путем происхождения видов служат внезапные скачки без предваритель

ного накопления количественных изменений в процессах эволюции. Такой механизм эволюции иногда называют эволюцией катастроф. Он проявляется ориентировочно один раз в нескольких тысячах поколений. Основная идея его состоит во внесении глобальных изменений в генофонд на момент катастрофы. Будем называть такую эволюцию — эволюцией де Фриза. Появление видов путем внезапных скачков — это реальный процесс.

Мутационный процесс, обладая собственными закономерностями, поставляет сырой материал для эволюционного процесса в виде новых, му- тационно возникающих генов. Эти гены вступают в состав генофонда вида, который сохраняет их вне зависимости от их эволюционного значения в пределах, дозволяемых естественным отбором. Согласно закону Гарди (равновесие популяции) и закону Пирсона (стабилизирующее скрещивание), если на популяцию не действуют внешние факторы, то закономерности популяции поддерживают наследственное строение в неизменном состоянии [4, 6]. На рис. 1.1 приведена одна из возможных схем механизма эволюционного процесса.

Мутационный процесс поставляет материал для эволюции, обладает своими собственными закономерностями, но не определяет закономерности эволюционного процесса.

Внешняя среда в конечном итоге определяет эволюцию, но не в простой форме связи между наследственной изменчивостью организмов и средой как в эволюции Ж. Ламарка, а. в более сложной форме. Согласно Н. Дубинину [7] модернизированная схема механизма эволюционного процесса с учетом эволюции де Фриза имеет вид (рис. 1.2).

Эволюция Дарвина на основе естественного отбора на каждой из своих ступеней создает все новые условия генотипической среды. Естественный отбор закрепляет только те генотипы, которые дают приспособленный соответствующий данной внешней среде фенотип. Отбор — это, по форме, селектирующий фактор, а, по существу, — творческий процесс создания ЕС или ИС. Дарвин говорил лишь о категории неопределенной изменчи-

вости. В настоящее время ее подразделяют на мутационную и комбинационную или комбинативную. С момента разделения изменчивости на две категории возникают предпосылки для создания новой, синтетической, теории эволюции. Она является синтезом дарвинизма, классической генетики и теории популяций. Суть ее в следующем: вновь образующиеся изменения генов, а. также появляющиеся при этом в результате скрещивания комбинации генов подвергаются отбору под воздействием факторов внешней среды. Синтетическая теория эволюции объединила признанные положения эволюций Ч. Дарвина, Ж. Ламарка, де Фриза и учение о генетике популяций. Основные положения синтетической теории эволюции согласно Н. Дубинину [7] следующие:

•    эволюция невозможна без адаптации организмов к условиям внешней среды. Фактором, формирующим приспособленность строения и функции организмов, выступает естественный отбор, который использует случайные мутации и рекомбинации;

•    естественный отбор, опираясь на процессы преобразования генетики популяций, создает сложные генетические системы. Их модификации закрепляются стабилизирующим отбором;

•    в популяциях наследственная изменчивость имеет массовый характер. Появление специальных мутаций свойственно лишь отдельным особям;

•    наиболее приспособленные особи оставляют большое количество потомков. Обратная связь от фенотипов к генотипам идет не на основе эволюции Ж. Ламарка путем адекватного унаследования благоприоб-

ретенных признаков, а. через преобразование генотипа по законам генетики популяций;

•    специальные виды эволюций идут путем фиксации нейтральных мутаций на основе стохастического процесса;

•    реальным полем эволюции являются интегрированные генетические системы. Только при наличии разрывов между видовыми генетическими системами могла возникнуть и развиваться эволюция;

•    виды происходят путем эволюции популяций. Источником этой эволюции служат постоянная интеграция генотипов или появление макромутаций (внезапное видообразование). Среди макромутаций известны генные мутации, хромосомные перестройки, перенос от одного вида к другому разными механизмами репродукции отдельных генов или их блоков;

•    самодвижение представляет собой внутреннее необходимое самопроизвольное изменение системы, определяемое ее противоречиями;

•    противоречия между случайным характером наследственной изменчивости и требованиями отбора определяет уникальность видовых генетических систем и видовых фенотипов.

Полная модифицированная схема синтетической теории эволюции показана на рис. 1.3.

Процессы, происходящие при реализации синтетической теории эволюции по Н. Дубинину, включают:

•    случайные колебания численности отдельных популяций;

•    периодические колебания численности популяции;

•    скачкообразные колебания численности популяции;

•    колебания численности популяций, обусловленные процессом миграции.

Отметим, что признание единства факторов эволюции в виде наследственности, изменчивости и естественного отбора не исключает существование разных форм эволюций. Н. Дубинин выделяет четыре основные формы осуществления внутренне единого эволюционного процесса:

•    микроэволюция (процессы внутривидовой эволюции);

•    фаза нарастающего эволюционного усовершенствования;

•    переломные моменты эволюции;

•    эволюции основных особенностей в организации ЕС.

Эволюционный процесс связан с двумя типами адаптаций. Один тип адаптации основан на выработке приспособлений к тем условиям внешней среды, в которых вид существует в настоящее время. Другой тип адаптации связан с выработкой таких особенностей в структуре, которые должны обеспечить его соревнование с другими видами во времени.

Основная задача синтетической теории эволюции — определение природы противоречий или постепенной эволюции, т. е. разных форм противоречий между наследственностью и постоянно меняющимися потребностями в приспособлении. Итак, в ЕС можно выделить пять видов эволюции [7, 12,26,27]:

•    синтетическая теория эволюции (модифицированные эволюции Ч. Дарвина, Ж. Ламарка, де Фриза);

•    ламаркизм или эволюция Ж. Ламарка (адекватное унаследование влияния факторов среды);

•    сальтационизм (эволюция де Фриза, сведение эволюции только к скачкам);

•    номогенез (действие специальных внутренних факторов, обеспечивающих генетическое развитие);

•    прогрессивная эволюция.

Эволюция Ч. Дарвина частично объясняет прогрессивную эволюцию. Сложные высокоорганизованные формы побеждают в жизненной борьбе более простые не потому, что они более сложные, а. потому, что они лучше приспособлены к окружающим условиям. Там, где условия внешней среды

не дают особого преимущества сложным формам, они и не возникают. А при упрощении внешней среды наблюдается не прогресс, а, наоборот, регресс — движение назад, в сторону упрощения, потери ненужных для вида структур и признаков.

Кардинальное положение синтетической теории эволюции — признание стохастичности процессов мутаций и больших, резервов рекомбинационной изменчивости. Условия внешней среды — не только факторы исключения неприспособленных особей, но и формирующие особенности самой синтетической теории эволюции. В этой связи в эволюции ЕС и ИС важное значение имеет объединение всех видов и форм эволюции в синтетической теории эволюции.

Кроме рассмотренных основных видов эволюций интерес представляет концепция К. Поппера. Им предложена эволюционная эпистемология [28], интерпретированная в виде триады: дедуктивизм-отбор-критическое устранение ошибок. Будем называть ее обощенной эволюцией К. Поппера; она излагается в виде двенадцати тезисов, основаные из которых следующие:

•    все ИС и ЕС решают проблемы;

•    проблемы всегда решаются методом проб и ошибок;

•    устранение ошибок может осуществляться либо путем полного устранения неудачных форм, либо в виде эволюции механизмов управлений, осуществляющих модификацию или подавление неудачных форм поведения или гипотез;

•    популяция использует тот механизм управления, который выработался в процессе эволюции ее вида;

•    популяция представляет собой «головной отряд» эволюционного вида к которому она принадлежит. Она сама является пробным решением, анализируемым в процессе эволюции, выбирающим окружающую среду и преобразующим ее;

•    эволюционная последовательность событий представляется в виде схемы Fi TS —ЕЕ F2, гдеРі —исходная проблема, TS — пробные решения, ЕЕ — устранение ошибок, ¥2 — новая проблема.

В отличие от эволюции Ч. Дарвина, где существует одна проблема — выживания сильнейших., в эволюции К. Поппера существуют и другие проблемы: воспроизводство, избавление от лишнего потомства и т. д. Здесь важное значение имеет отличие Fi от F2, что как-то объясняет творческую интеллектуальную эволюцию.

Согласно [28], информация не входит в ИС и ЕС из окружающей среды, а. ИС и ЕС исследуют окружающую среду и активно получают из нее информацию. Знания при этом — это любые формы приспособления или адаптации ИС или ЕС к условиям окружающей среды. Причем знание часто имеет характер ожидания. Всякое знание есть результат пробы и устранения ошибок — плохо приспособленных гипотез, адаптации, элементов.

Процесс выбора лучшей индивидуальности в эволюции К. Поппера может являться процессом отбора (селекции), а. отбор из некоторого множества

случайных событий не обязан быть случайным. Он также предлагает триаду миров: мир физических вещей (модели эволюции), мир индивидуального мышления (знания, модели и оптимизационные задачи), мир объективного содержания мышления (популяция альтернативных решений).

В его концепции эволюция рассматривается как развивающаяся иерархическая система гибких механизмов управления, в которых мутация интерпретируется как метод случайных проб и ошибок, а. отбор — как один из способов управления с помощью устранения ошибок.

Итак, в эволюции К. Поппера процесс слепой изменчивости и избирательного сохранения лежит в основе прироста знания, возрастания приспособленности к внешней среде. В этом процессе выделяются три основные части (триада): механизмы изменчивости; согласованные процессы отбора; механизмы сохранения или распространения отобранных вариантов. Этим механизмам присущи противоречия и между ними необходимо устанавливать гомеостаз. Процессы, позволяющие сокращать случайную изменчивость, сами являются результатом индукции, так как сохраняют и используют знания о внешней среде.