Holony a holarchie

Holony a holarchie – Ken Wilber

Kenneth Earl Wilber (1949) je americký autor, který píše o mystice, filosofii, ekologii a vývojové psychologii, jejichž syntézu nazývá – integrální teorie.

Realita jako celek není tvořena věcmi či procesy, ale holony (celky, jež jsou částmi jiných celků např. celé atomy jsou částmi celých molekul, jež jsou částmi celých buněk, jež jsou částmi celých organismů atd.).

Holony vykazují čtyři základní schopnosti:

1. aktivitu v zájmu sebezachování
2. přizpůsobení se celku (sebeadaptaci)
3. sebetranscendenci (éros)
4. seberozpuštění (thanatos)

Holony kreativně povstávají, vznikají, “emergují”.

Holony emergují holarchicky.

Každý emergentní holon transcenduje a zahrnuje svého (a své) předchůdce.

Nižší určuje možnosti vyššího, vyšší určuje pravděpodobnosti nižšího.

Počet úrovní v holarchii determinuje její “mělkost”, či “hlubokost”. Počet holonů na dané úrovni nazýváme “rozsah”.

Každá následující (nová) úroveň evoluce produkuje větší hloubku a menší rozsah.

Čím větší hloubka holonu, tím vyšší stupeň vědomí.

Pokud zničíte kterýkoli holon, zničíte zároveň všechny holony vyšší a žádný z holonů nižších.

Holarchie se vyvíjí společně (koevoluce).

Mikro si může vzájemně vyměnit místo s makro na všech úrovních své hloubky.

Evoluce má směr:

1. zvyšuje se složitost, spletitost, komplexita
2. zvyšuje se diferenciace a integrace
3. zvyšuje se organizace a strukturace
4. zvyšuje se relativní autonomie
5. zvyšuje se télos (cíl, účel, směřování)

Gaia – systém živé planety

Gaia – systém živé planety

O tom že společenské systémy ať už se to týká hmyzu nebo lidské populace jsou autopoietické málokdo pochybuje, ale lze toto tvrzení přenést i na ekologický systém a nebo celý systém planety obecně? Je jisté, že množství procesů v ekosystémech není dosud dostatečně známo, abychom mohli posoudit, zda ekologické sítě můžeme popsat jako autopoietické. Když přesuneme pohled z úrovně ekosystémů na úroveň celé planety, uvidíme globální síť produkce a transformace, kterou ve své teorii Gaia popsali J.Lovelock a L.Margulisová. Dalo by se říci, že dnes máme více důkazů pro autopoietickou povahu planety Země než pro jednotlivé dílčí ekosystémy.

Systém planety funguje v prostoru obrovských rozměrů a také časové měřítko jeho existence je obrovské. Není tedy snadné představit si konkrétní představu Země jako živé planety. Aby jsme si to dokázali snáze představit navrhnul J.Lovelock analogii stromu. Jak strom roste, zůstává naživu jen tenká vrstva buněk těsně pod kůrou. Podobně je tvořena živými organizmy i povrchová vrstva Země – biosféra – která sahá v oceánech do hloubky asi 8-10 km a podobně vysoko vzhůru do atmosféry. A tak živá část naší planety představuje jen tenký film na jejím povrchu.

Několik základních kriterií pro autopoietické pojetí planety jako živého organismu:

• systém Gaia reprodukuje sám sebe
• planetární metabolizmus přeměňuje anorganické látky na organické
• všechny složky (včetně její atmosferické hranice) jsou produkovány procesy uvnitř sítě

Klíčovou charakteristikou této teorie je složité provázání živých a neživých systémů do jediné globální sítě. V důsledku toho vznikají zpětnovazebné smyčky naprosto rozdílných časových měřítek. Kupříkladu cykly hornin trvají stovky milionů let, kdežto organizmy, které na nich žijí, mají jen velmi krátkou délku života. A konečně systém Gaia je evidentně schopen sám sebe udržovat. Slovy spoluautorky teorie Gaia L.Margulisové: “Je jen málo pochyb o tom, že zelený povrch planety, obsahující živé bytosti včetně nás samotných, je autopoietický.”

Organizmy a společenské systémy

Organizmy a společenské systémy

Převážná část výzkumu v oblasti teorie autopoiesis (sebeutváření) se dosud zabývala nejmenšími autopoietickými systémy – tedy jednoduchými buňkami, počítačovými simulacemi a atopoietickými chemickými strukturami. Mnohem méně pozornosti bylo věnováno studiu autopoiesis na úrovni mnohobuněčných organizmů, ekosystémů a společenských systémů.

Všechny živé systémy jsou sítě skládající se z menších složek a síť života jako celek je mnohovrstevná struktura živých systémů sídlících uvnitř dalších živých systémů – sítě uvnitř sítí. Organizmy jsou shluky autonomních, ale úzce spojených buněk, populace jsou sítě autonomních organizmů patřících témuž druhu a ekosystémy jsou sítě organizmů, jak jednobuněčných, tak mnohobuněčných, které náleží mnoha různým druhům.

Společným rysem všech těchto živých systémů je to, že jejich nejmenší živou součástí je vždy buňka. Můžeme tedy říci, že všechny živé systémy jsou autopoietické, a to s největší pravděpodobností i celé organizmy, společnosti a ekosystémy. Tyto tři typy systémů se však podstatně liší stupněm autonomie svých jednotlivých složek. V organizmech mají buňky jen velmi malou míru nezávislosti, zatímco složky lidské společnosti, jednotliví lidé, mají obrovský stupeň autonomie, jejich nezávislá existence má mnoho dimenzí. Společenstva živočichů a ekosystémy zaujímají různé polohy mezi těmito dvěma extrémy.

Lidské společenské systémy jsou zvláštním případem díky klíčové úloze řeči. Řeč je zásadní pro rozvoj lidského vědomí a kultury (ale zároveň si musíme uvědomit, že zde mluvíme o lidském vědomí, o vědomí ostatních systémů, pokud nějaké mají, nevíme nic). Zatímco soudržnost např. hmyzích společenství je založena na výměně chemických signálů, soudržnost lidské společnosti je založena na výměně informací pomocí řeči.

Život v nejjednodušší podobě

Život v nejjednodušší podobě

Kromě toho, že různé sítě schopné samoorganizace – jak autopoietické, tak neautopoietické – byly simulovány na moderních počítačích, biologům a chemikům se podařilo syntetizovat chemické autopoietické systémy v laboratoři. Na základě tohoto nového experimentálního vývoje se oživila ve vědeckých kruzích diskuze o tom, co vytváří život ve své nejjednodušší podobě. Autopoiesis, je definována jako síťové uspořádání, v němž funkcí každé složky je účastnit se produkce a transformace jiných složek.

Biolog a filozof G.Fleischaker shrnul vlastnosti autopoietické síťě za pomocí tří kritérií: “Systém musí sám sebe ohraničovat, vytvářet sebe sama a udržovat sebe sama.” Sám sebe ohraničovat znamená, že růst systému je určován hranicí, která je nedílnou součástí sítě. Vytvářet sebe sama znamená, že všechny složky, včetně hranice, jsou vytvářeny procesy uvnitř sítě. Udržovat sebe sama znamená, že procesy produkce pokračují v čase tak, že všechny složky jsou průběžně nahrazovány transofrmačními procesy probíhajícími uvnitř systému.

Ačkoliv bakteriální buňka je nejjednodušším autopoietickým systémem, který se vyskytuje v přírodě, pokusy provedené v laboratořích ukázaly, že chemické struktury splňující kritéria pro autopoietickou organizaci mohou být syntetizovány v laboratoři. První z těchto struktur kterou navrhli vědci P.Luisi a F.Varela ve své teoretické práci, je chemikům známa jako “micela”. Je to v podstatě kapka vody obklopená tenkou vrstvou molekul, které svým tvarem připomínají pulce, jejichž “hlavičky” přitahují vodu a “ocásky” vodu odpuzují.

Za určitých podmínek se tato kapka může stát sídlem chemických reakcí produkujících určité složky, které se samy uspořádávají do hraničních molekul, a tím tvoří strukturu a současně i podmínky pro tyto chemické reakce. Tak je vytvořen jednoduchý autopoietický systém. Podobně jako ve Varelově počítačové simulaci, i zde probíhají reakce v prostředí odděleném hranicí složenou z produktů těchto reakcí.

Individuální vývoj a evoluce

Individuální vývoj a evoluce

Jak živý organismus interaguje s prostředím, podstupuje sled strukturálních změn a vytváří v čase svou vlastní, jedinečnou cestu strukturálních propojení. V kterémkoliv bodě této dráhy je struktura organismu záznamem předchozích strukturálních změn, a tedy i předchozích interakcí. Živá struktura je vždy záznamem předchozího vývoje a ontogeneze (vývoj individuálního organismu) je historií strukturálních změn tohoto organismu. Chování živého organismu je určováno jeho strukturou a je tedy sám determinován svým způsobem uspořádání.

Představa strukturálního determinismu vnáší nové světlo do staleté filozofické debaty o svobodě a determinismu. Podle názoru některých vědců je chování živého systému determinováno, ale spíše než vnějšími silami tak svojí vlastní stavbou organismu. A tak je chování živých systémů jak deterministické, tak i svobodné. Samotný fakt, že chování je strukturálně determinováno však neznamená, že je předpovídatelné. Struktura organismu pouze “podmiňuje průběh jeho interakcí a omezuje strukturální změny, které v něm interakce mohou vyvolávat.”

Pro většinu živých organismů není ontogeneze lineární drahou, ale cyklem. V tomto cyklu je reprodukce krokem zajišťujícím kontinuitu života. Kombinace schopnosti živých systémů reprodukovat se a vytvářet nové přirozeně vedla k biologické evoluci. Od archaických a jednoduchých forem života až k těm nejsložitějším současným formám se život rozvíjel v neustálém tanci, aniž by kdy přerušil základní uspořádaní své autopoietické (samoorganizující) sítě.

Binární sítě

Binární sítě

Buněčné automaty (CA), byly jedním z prvních příkladů, jak mohou být simulovány sítě živých organizmů schopné samoorganizace. V průběhu minulého století byly studovány mnohé další simulace a ukázalo se, že tyto matematické modely mohou spontánně vytvářet komplexní a vysoce uspořádané systémy, které vykazují některé důležité rysy uspořádání nalézaného u živých systémů. Jedny z těchto zkoumaných simulací jsou i binární sítě.

Binární síť sestává z uzlů nabývajících dvou hodnot, které jsou označovány jako “zapnuto – ON” a “vypnuto – OFF”. Má tedy přísnější pravidla než buněčný automat, jehož buňky mohou nabývat více než dvou hodnot. Na druhou stranu nemusí být uzly binární sítě uspořádány v pravidelné mřížce, ale mohou být vzájemně spojeny složitějšími způsoby. Binární sítě se také nazývají booleovské sítě podle matematika G.Boolea, který v polovině 19.století používal binární operace při tvorbě symbolické logiky známé jako booleovská algebra.

Biolog S.Kauffman a jeho spolupracovníci použili tyto binární sítě pro modelování nesmírně složitých systémů – chemických a biologických sítí obsahujících tisíce párových proměnných, které by nebylo možné popsat diferenciálními rovnicemi. Nejpodstatnějším matematickým rysem binárních sítí jsou periodické atraktory, z nichž každý je uzavřen ve své vlastní “nádrži” atrakce. Výzkum ukázal, že mnoho různých druhů živých systémů – včetně genetických sítí, imunitních systémů, nervových sítí, orgánových systémů a ekosystémů – může být reprezentováno binárními sítěmi, které vykazují několik alternativních atraktorů.

Cykly stavů v binárních sítích mohou mít různou délku. Některé cykly mohou být velmi dlouhé a mohou vzrůstat exponenciálně s počtem uzlů. Atraktory těchto mimořádně dlouhých cyklů se nazývají “chaotickými”. Zatímco některé sítě jsou chaotické, tj. obsahují zdánlivě náhodné sekvence a nekonečně dlouhé atraktory, jiné vytvářejí malé atraktory, které odpovídají velmi uspořádanému stavu. Proto studium binárních sítí představuje další možný pohled na jev samoorganizace. Takovéto sítě koordinující vzájemné aktivity tisíců prvků mohou vykazovat dynamiku s vysokým stupněm uspořádanosti.

Příklad periodického atraktoru binární sítě

Autopoiesis – organizace živého

Autopoiesis – organizace živého

Autopoiesis (sebeutváření), tento pojem zavedl chilský neurolog H.Maturana (proslavil se pokusy s vnímáním barev) a jeho žák F.Varela, při pokusech vysvětlit přesný vztah mezi samoorganizací a definicí živých systémů. V tomto pojmu Maturana sloučil odpověď na dvě zásadní otázky, “Jak je organizován život ?” a “Co probíhá při jevu vnímání ?”. Zatímco organizmičtí biologové zkoumali povahu biologické formy, pokoušeli se kybernetikové pochopit povahu mysli. Maturana si však uvědomil, že klíčem k oběma těmto přístupům je pochopení “organizace živého”.

Sám o tomto objevu říká: “Při svých výzkumech vnímání barev jsem došel k neobyčejně důležitému objevu, že nervový systém pracuje jako uzavřená síť vzájemných interakcí, v níž každá změna vzájemných vztahů mezi určitými složkami vyústí vždy ve změnu interaktivních vztahů téže nebo jiné složky.”

“Živé systémy jsou organizovány v kauzálních cirkulárních procesech, které umožňují evoluční změnu ve způsobu, jakým je cirkularita udržována, ale neumožňují ztrátu cirkularity samotné.” Protože se všechny změny v systému odehrávají uvnitř této základní cirkularity, tak složky, které cirkulární organizaci specifikují, musí být touto organizací též produkovány a udržovány. A právě toto síťové uspořádání – v němž funkcí každé složky je napomáhat produkci a transformaci dalších komponent a zároveň udržovat celkovou cirkularitu sítě – je základem autopoiesis.

Nervový systém se nejenom samoorganizuje, ale vztahuje se neustále sám k sobě, takže vnímání nemůžeme považovat za pouhou reprezentaci vnější skutečnosti, ale musíme ho chápat jako nepřetržitou tvorbu nových vztahů uvnitř nervové sítě: “Aktivity nervových buněk neodrážejí prostředí nezávislé na živém organizmu, a nedovolují proto konstrukci absolutně existujícího světa.”

Vnímání a obecněji poznání podle Maturany nereprezentují vnější realitu, ale spíše ji určují prostřednictvím procesu cirkulární organizace vlastního nervového systému. Proces cirkulární organizace sám – a to s nervovým systémem nebo bez něho – je identický s procesem poznání: “Živé systémy jsou kognitivní systémy a život jako proces je procesem poznání. Toto tvrzení platí pro všechny organizmy, jak s nervovým systémem, tak i bez něho.”

Cirkulární organizace vzájemně závislých procesů a jejich “produkty”

Hypercykly

Hypercykly

Zatímco vědci I.Prigogine a H.Haken dospěli ke koncepci samoorganizace studiem fyzikálních a chemických systémů, které procházejí bodem nestability a generují nové formy uspořádání, biochemik Manfred Eigen využil této koncepce k vysvětlení záhady původu života. Začátkem sedmdesátých let minulého století navrhl teorii, že život mohl na Zemi vzniknout procesem postupné organizace uvnitř chemických systémů vzdálených od rovnováhy, přičemž tento proces zahrnoval “hypercykly” mnohonásobných zpětnovazebních smyček.

Eigen studoval speciální reakční systémy známé jako “katalytické cykly” (katalyzátor je látka, která urychluje chemické reakce, aniž by se sama při těchto reakcích měnila) a při těchto katalytických reakcích zjistil, že v biochemických systémech vzdálených od rovnováhy se tyto reakce kombinují a vytvářejí složité sítě, které mohou obsahovat uzavřené smyčky. Pro tyto smyčky katalytických cyklů použil termín “hypercykly”.

Hypercykly jsou nejenom pozoruhodně stabilní, ale i schopné samy se replikovat a opravovat chyby vznikající při replikaci, což znamená, že jsou schopné zachovat a přenášet složité informace. Takováto autoreplikace (která je známa u živých organismů) se může vyskytovat v chemických systémech před vznikem života, před utvořením genetické struktury. Tyto chemické hypercykly jsou tedy samoorganizujícími se systémy, které sice nelze ještě nazývat “živými”, neboť postrádají některé klíčové charakteristiky života, ale lze je považovat za předchůdce živých organizmů.

Příklad hypercyklů – katalytická síť enzymů s uzavřenou smyčkou

Laserová teorie

Laserová teorie

Na začátku 60. let 20. století, kdy I.Prigogine rozpoznal kritickou závažnost nelinearity pro popis samoorganizujících se systémů, docházel fyzik H.Haken k podobným poznatkům při studiu právě objeveného laseru. V laseru se kombinují určité speciální podmínky, za nichž se běžné světlo lampy, sestávající z inkoherentní (neuspořádané) směsi světelných vln různých frekvencí a fází, mění na koherentní laserové světlo, sestávající z jediné souvislé monochromatické vlny.

Vysokou koherenci (uspořádanost) laserového světla působí koordinovaná emise světla z jednotlivých atomů laseru. Haken si uvědomil, že tato koordinovaná emise, která je výsledkem samovolného vznikání koherence, je procesem samoorganizace a že k jejímu správnému popisu je potřeba nelineární teorie. Podrobně studoval tento jev a zjistil, že se podobá jiným systémům vzdálených od rovnováhy u kterých také dochází k jevu samoorganizace. Tento jev nazval “synergetika”:

“Ve fyzice existuje termín “kooperativní efekty”, který se ovšem užívá hlavně pro systémy v tepelné rovnováze. Cítil jsem, že bych měl zavést termín pro kooperaci uvnitř systémů vzdálených od tepelné rovnováhy. Takže synergetiku lze považovat za vědu zabývající se samoorganizací.”

Tato teorie ukazuje, že i když laser vyžaduje dodávání energie z vnějšku k zachování stavu vzdáleného od rovnováhy, koordinace emisí probíhá již v samotném laseru, což je proces samoorganizace. Tak Haken nezávisle dospěl k popisu samoorganizujícího se jevu, který Prigogine později nazval disipativní strukturou.

Bénardova nestabilita

Bénardova nestabilita

Francouzský fyzik Henri Bénard objevil na začátku dvacátého století, že výsledkem zahřátí tenké vrstvy tekutiny může být podivně uspořádaná struktura. Pokud se tekutina zahřívá rovnoměrně od spodu, ustavuje se stálý tok tepla ode dna směrem vzhůru. Samotná tekutina zůstává v klidu a teplo se přenáší pouhým vedením. Ovšem pokud dosáhne rozdíl teplot mezi horní vrstvou a povrchem dna určité kritické hodnoty, změní se vedení tepla v tepelné proudění (konvekci), kdy se teplo přenáší koherentním pohybem velkého počtu molekul.

V tomto momentu se objevuje překvapivé uspořádání v podobě hexagonálních buněk, při němž horká tekutina stoupá středem buněk, zatímco chladnější tekutina klesá ke dnu podél stěn. Později I.Prigogine detailní analýzou “Bénardových buněk” prokázal, že když se systém dostává dále od rovnováhy (tj. ze stavu, v němž je teplota stejná v celém objemu tekutiny), dosahuje kritického bodu nestability, v němž se objevuje uspořádaná hexagonální struktura.

Bénardova nestabilita je nápadným příkladem spontánní samoorganizace. Nerovnováha udržovaná nepřetržitým tokem tepla systémem vytváří složitou prostorovou strukturu, v níž se miliony molekul spojitě pohybují tak, že vytvářejí hexagonální konvekční buňky. S Bénardovými buňkami se nesetkáváme pouze v laboratorních experimentech, ale vyskytují se v přírodě za různých okolností. Například proudění teplého vzduchu z povrchu země směrem vzhůru může způsobovat hexagonální víření, které zanechává své stopy v pískových dunách pouště nebo na arktických sněžných polích.

Kybernetika a zpětná vazba

Kybernetika a zpětná vazba

Pojem “kybernetika” vymyslel Norbert Wiener, toto slovo je odvozeno od řeckého kybernetes (kormidelník). Wiener sám definoval kybernetiku jako vědu o “řízení a komunikaci v živočichu a ve stroji”. První kybernetikové si stanovili ambiciózní cíl odhalit nervové mechanizmy, které jsou základem mentálních jevů, a vyjádřit je explicitním matematickým jazykem. Zatímco průkopníci teorie systémů v biologii se zabývali přirozenou povahou biologické formy, tak kybernetikové se obrátili ke stránce mentální. Od samého počátku bylo jejich záměrem vytvořit exaktní vědu o mysli. Kybernetické hnutí se začalo rozvíjet již v průběhu druhé světové války a stojí za ním skupina slavných matematiků, neurologů a techniků jako byl Norbert Wiener, John von Neumann a Claude Shannon.

Všechny hlavní výsledky kybernetiky vznikaly srovnáváním organismů a strojů, tj. na podkladě mechanistických modelů živých systémů. Kybernetické stroje se ovšem od Descartových hodinových strojů velice liší. Kritická odlišnost spočívá ve Wienerově konceptu zpětné vazby a je vyjádřena samotným termínem “kybernetika”. Zpětnovazebná smyčka je kruhovité uspořádání kauzálně spojených prvků, v němž prvotní příčina postupuje podél prvků smyčky, takže každý prvek působí na prvek následující, až poslední z nich přenese efekt na počáteční prvek cyklu a zpětná vazba se tak uzavře. Důsledkem tohoto uspořádání je to, že první článek “vstup” je ovlivněn posledním článkem “výstup”. Výsledkem toho je autoregulace celého systému, protože počáteční efekt se modifikuje při každém průchodu cyklem. Wienerovými slovy řečeno, “zpětná vazba řídí stroj spíše na základě jeho aktuálního výkonu než na základě výkonu očekávaného”. V širším smyslu zpětná vazba znamená přenos informace o výstupu jakéhokoli procesu nebo činnosti k jeho zdroji.

Tektologie

Tektologie

Obecně se uznává, že Ludwig von Bertalanffy jako první formuloval zevrubný teoretický rámec popisující principy organizace živých systémů. Avšak dvacet až třicet roků předtím, než Bertalanffy publikoval první práce o své “obecné systémové teorii”, vyvinul ruský badatel v medicíně, filozof a ekonom Alexandr Bogdanov systémovou teorii stejně komplexní a se stejným zaměřením, která však bohužel není mimo Rusko známa.

Bogdanov nazval svoji teorii “tektologií”, z řeckého tekton (stavitel), což lze přeložit jako “věda o strukturách”. Kladl si za hlavní cíl vyjasnit a zobecnit principy organizace všech živých a neživých struktur:

“Tektologie musí objasnit způsoby organizace, které vnímáme jako existující v přírodě a v činnosti člověka; potom musí tyto způsoby zobecnit a systematizovat; dále je musí vysvětlit, tj. navrhnout abstraktní schémata jejich tendencí a zákonitostí. Tektologie se zabývá organizačními zkušenostmi nikoli toho či onoho specializovaného odvětví, ale všech společně. Jinými slovy, tektologie zahrnuje předmět všech ostatních věd.”

Tektologie byla prvním pokusem v historii vědy systematicky formulovat zásady organizace působící v živých a neživých systémech. Předjímala koncepční rámec obecné systémové teorie Ludwiga von Bertalanffyho a rovněž zahrnovala několik důležitých idejí, které o čtyři desetiletí později v odlišném jazyku formulovali Norbert Wiener a Ross Ashby jako klíčové principy kybernetiky.