В предыдущей главе мы говорили о величинах и измерениях. Теперь мы обратим свое внимание на форму и внешний вид растений и животных. Пригодятся ли нам и здесь математика и физика?
Анализ проблемы формы в биологии приводит нас к вопросам эстетики. Достаточно вспомнить, например, книгу Эрнста Геккеля "Красота форм в природе". Однако мы не будем заниматься эстетикой, а останемся на твердой почве естествознания. Тем не менее факт остается фактом — эстетика и проблемы формы в биологии тесно связаны. Эстетика и целесообразность в живой природе, очевидно, взаимозависимы. В повседневной жизни целесообразное отнюдь не всегда можно назвать "прекрасным". В технике целесообразность и красоту часто даже рассматривают как две противоположности. Биологическим же объектам свойственна совершенно особая целесообразность, и она представляется нам прекрасной.
Форма и целесообразность в биологии связаны с третьим понятием — приспособленностью. Более столетия назад мир познакомился с работой Чарлза Дарвина "Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение — благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь". Эволюционная теория Дарвина является одной из составляющих частей современного научного мировоззрения, и каждому из нас знакомо выражение "борьба за существование". Эволюционное развитие определяется совокупностью двух процессов — вариабельности и селекции, или, проще говоря, случайной изменчивости и отбора.
Целесообразность той или иной формы в биологии неразрывно связана с красотой. Красивы ли симметричные организмы? Сейчас нам кажется забавным, что Эрнст Геккель в своей книге 'Красота форм в природе' относит к миру прекрасного даже ленточного червя
Изменчивость и отбор обусловливают процесс приспособления, а приспособление есть не что иное, как повышение целесообразности в соответствии с определенным образом жизни. Ласточка целесообразна в качестве изящного летуна, приспособленного к поиску пищи в воздухе; лебедь и нырок приспособлены для жизни в тихих водах. Таким образом, целесообразность не есть нечто абсолютное: она проявляется лишь во взаимоотношениях между организмом и окружающей его средой.
Можно ли "подсчитать" целесообразность? Вероятно, привлечение математики к такому сугубо биологическому вопросу вызовет недоумение. Но так ли это бессмысленно? Разве человек не старается всегда принимать в расчет вопросы целесообразности? Во многом, что касается нашей повседневной жизни, целесообразность представляется нам само собой разумеющейся; мы с недоумением качаем головой, когда некоторые хитрецы пытаются доказывать то, что кажется нам совершенно очевидным. Еще Евклид говорил в своей геометрии: самый короткий путь между двумя точками — прямая.
Рыбы (плавающие организмы) имеют различные формы. Какая из них наиболее целесообразна? Ответить на этот вопрос нельзя без учета образа жизни данного вида. Можно ли рассчитать целесообразность? А — линь; Б — красная крылатка; В — сом; Г — камбала
Эмпирический факт, тривиальность! Но доказать его математически довольно сложно. И вероятно, вначале попытка доказать это давно известное положение казалась не чем иным, как проявлением излишней педантичности. Но очень скоро выяснилось, что найденный метод позволяет доказать и нечто другое, ранее не известное. В результате в математике возникло новое направление: теория оптимальных процессов. Это довольно сложная область математики, первоначально разработанная лишь для простейших процессов. В наш век, когда в экономике и технике расчеты осуществляются с помощью электронных вычислительных устройств, эта теория приобрела большое значение. Посмотрим, в состоянии ли теория оптимальных процессов объяснять и обосновывать целесообразность в мире организмов.
Прямая — самая 'целесообразная' линия, если мы хотим найти кратчайший путь между А и Б. Эта древнейшая проблема оптимизации занимала еще Евклида
Нельзя забывать, что процессы оптимизации в технике и биологии совершенно различны. Сначала обратимся к технике. Предположим, инженер проектирует мост, который должен быть надежным, легким, дешевым и пропускать в единицу времени определенное количество машин и пешеходов. Эти требования противоречат друг другу. Самый надежный мост всегда тяжелый и дорогой, а самый дешевый — легкий, но ненадежный. Оптимизация заключается в том, чтобы найти такую конструкцию моста, которая, обеспечивая достаточно большую надежность, требовала бы минимум затрат.