系統(tǒng)之美-大自然的智慧

系統(tǒng)之美

生物實(shí)驗(yàn)室-------興和流云2016-9-19說：他到底是哪里美了，對他念念不忘的。眼睛盯好掉，先給你品嘗哈這些自然系統(tǒng)!系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)、多元化、復(fù)雜化和進(jìn)化的能力。依靠這種能力，單個(gè)受精卵經(jīng)過不斷生長、分化，最終演化成一只青蛙、兔子或者人，體現(xiàn)了令人難以置信的復(fù)雜性；依靠這種能力，大自然中的一捧泥土有機(jī)質(zhì)也能生生不息，滋養(yǎng)著不計(jì)其數(shù)、多姿多彩的生命物種；依靠這種能力，人類社會(huì)從刀耕火種，進(jìn)化到發(fā)明了蒸汽機(jī)、水泵、專業(yè)化分工、大規(guī)模流水線生產(chǎn)、摩天大樓，以及全球化的通信網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)所具備的這種使其自身結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜化的能力，被稱為“自組織”自組織特性會(huì)產(chǎn)生出異質(zhì)性和不可預(yù)測性：系統(tǒng)有可能演變成全新的結(jié)構(gòu)，發(fā)展出全新的行為模式。它也需要自由和試驗(yàn)，也需要一定程度的混亂來展現(xiàn)它的美。數(shù)學(xué)分形圖看上去很復(fù)雜，但是他們都可以被分解為一些簡單的結(jié)構(gòu)，并由此變這些復(fù)雜的玩意。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性演變——迭代。體型天差地別，長相千姿百態(tài)，他們可有什么關(guān)系呢？即使是非常復(fù)雜的自組織形式，也有可能產(chǎn)生于相對簡單的組織規(guī)則。大自然完美使用了系統(tǒng)自組織的特性，用來塑造自身結(jié)構(gòu)、用來生成新結(jié)構(gòu)、用來學(xué)習(xí)、由此組建了大自然的多樣化和復(fù)雜化。不說有多美，還過得克嘛！可是怎么說這些和系統(tǒng)有關(guān)系呢？整體的樣子來源于個(gè)體的組合重復(fù)，以小見大得見整體。因?yàn)樵诨煦鐚W(xué)中，一個(gè)演變過程對初態(tài)非常敏感的系統(tǒng)就是混沌系統(tǒng)。而出現(xiàn)混沌運(yùn)動(dòng)這種奇特現(xiàn)象，是由系統(tǒng)內(nèi)部的非線性因素引起的。天氣、經(jīng)濟(jì)、生命、星系等系統(tǒng)都是混沌難預(yù)的。著名的蝴蝶效應(yīng)就是氣象學(xué)家羅倫茲發(fā)現(xiàn)的，因混沌系統(tǒng)依賴初始條件，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)他認(rèn)為天氣是不可能被長時(shí)間預(yù)測的。正所謂差之毫厘謬之千里。生命也是一個(gè)相生相克、相輔相成的過程，所謂的牽一發(fā)而動(dòng)全身。一個(gè)團(tuán)體之所以是是因?yàn)橐呀?jīng)不是一個(gè)人了，也不是幾個(gè)人在一起就可以的，必須要團(tuán)為一體。同樣是立枯絲核菌，在苗期引發(fā)立枯病，在成株卻能引起莖基腐病。牽一發(fā)而動(dòng)全身，中醫(yī)頭痛醫(yī)腳，腳痛醫(yī)頭的思想。輸入一樣因可能輸出不一樣的果，因?yàn)橄到y(tǒng)有非常復(fù)雜的相互作用，是非線性的。世界那么大，要到處看看。里三圈，外三圈千萬不要錯(cuò)過?？赐晖饷骘L(fēng)光秀麗，期待里面更加美麗?？上П车仃P(guān)系復(fù)雜。走過路過，不要錯(cuò)過，來到這里看看啥樣！系統(tǒng)論創(chuàng)始人貝塔朗菲由此建立了關(guān)于生命組織的機(jī)體論。奠基了生態(tài)系統(tǒng)、器官系統(tǒng)等層次的系統(tǒng)生物學(xué)研究。引導(dǎo)了系統(tǒng)思想的建立目前，系統(tǒng)學(xué)已不限于自然系統(tǒng)，在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域影響也越來越大。那么，系統(tǒng)究竟是個(gè)什么玩意系統(tǒng):是一個(gè)具有穩(wěn)定相互作用的聯(lián)系整體。相互作用：必有不止一個(gè)個(gè)體/要素/成分才能構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，而且這些個(gè)要素之間還必須有相互作用，不論是直接的（同一層次內(nèi)）還是間接的（不同層次間）。穩(wěn)定：系統(tǒng)內(nèi)個(gè)體間的這些相互作用（鏈接關(guān)系）不能隨意改變。生物體基因有四種堿基（A＝T、G≡C），它們之間的搭配方式，作用方式都不能隨意改動(dòng)。不能隨隨便便就變成A≡T、G＝C、AG、AC、TG、TC······因?yàn)闃?gòu)成系統(tǒng)的個(gè)體性質(zhì)是確定的，即使有部分改變也不一定會(huì)影響到整體的變化，九牛失一毛——那都不是事！然而，這也并不是絕對不變的，細(xì)胞內(nèi)除了這四種堿基，還有其它稀有堿基。如：甲基腺嘌呤、5-胞嘧啶甲酰······以此相對，更隨便的RNA就養(yǎng)著更多的“小三”——稀有堿基參與到了它的生活當(dāng)中。這樣變動(dòng)不羈的性格就造就了它沒有DNA農(nóng)那樣穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，承擔(dān)不了生命遺傳的重任。鏈接改變的太快，他的規(guī)律性就相反的變得很低，由此組成的系統(tǒng)就很難在瞬息萬變的環(huán)境中生存下去。發(fā)展是在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上加以發(fā)展，除非有可以一夜暴富的突變，不然還是要循序漸進(jìn)慢慢適應(yīng)。如果不是因?yàn)橄到y(tǒng)具有相對穩(wěn)定性，突變不是那么一發(fā)不可收拾。那么，我們?nèi)ツ攴e累的關(guān)于辣椒種植的經(jīng)驗(yàn)今年可能就毫無用處了，昨天還有用的方法可能今天就一無是處了。雖然說遺傳是相對的，突變是絕對的。但這種突變的效果要在錯(cuò)綜復(fù)雜的系統(tǒng)中顯現(xiàn)出來并非一朝一夕就可以實(shí)現(xiàn)的。然而，在短暫的人生當(dāng)中，時(shí)間就如白駒過隙轉(zhuǎn)瞬即逝，它并不給你太多的時(shí)間。所以，在系統(tǒng)中，可以先樹立一個(gè)長遠(yuǎn)的的目標(biāo)，在能兼顧當(dāng)前的條件下立足于長遠(yuǎn)發(fā)展。萬事俱備只欠東風(fēng)，把當(dāng)前該做的做了，系統(tǒng)自己就自行發(fā)展下去，天行健，君子以自強(qiáng)不息。當(dāng)然，如果在此基礎(chǔ)上再加入有意識的引導(dǎo)，那就更完美了，除非那系統(tǒng)已經(jīng)病入膏肓無藥可救了。原子、分子、生命、組織團(tuán)體、星系宇宙。即個(gè)體被特定相互作用聯(lián)系到一起后就成為了系統(tǒng)。所以，他就是那么常見，那么普遍。所以，千萬別：“我假裝看不見”。所以······除了系統(tǒng)，還有些什么鬼呢？地球人甲：系統(tǒng)是一個(gè)整體，那么這個(gè)整體之外還會(huì)有什么呢？外星人乙：你們這些愚蠢的地球人吶，當(dāng)然還有了！外星人甲：除了系統(tǒng)，他外面就是環(huán)境名副其實(shí)的環(huán)境了。地球人乙：哦！原來是這種鬼樣子給。地甲：那么問題又來了，他們是個(gè)啥子關(guān)系喲？外乙：哎！說來話長······外甲：據(jù)說，沒有絕對孤立的系統(tǒng)，任何系統(tǒng)都要和外界環(huán)境進(jìn)行一些交換。地乙：只給自足就可以了，還要麻煩啥子？外乙：說你蠢了還不相信，如果沒得太陽，地球生態(tài)系統(tǒng)何以為繼？外甲：根據(jù)熱力學(xué)定律，物質(zhì)能量不可以憑空產(chǎn)生和消滅，而能量流動(dòng)是耗散的，有方向的，正所謂水往低處流。要再流回來就必須消耗環(huán)境輸入的能量才能繼續(xù)維持下去。這種需要外界輸入才能維持的結(jié)構(gòu)就被稱之為耗散結(jié)構(gòu)。外乙：而且，地球又沒有能力把物質(zhì)流和能量流分開的本事。地甲：所以，一個(gè)活著的系統(tǒng)，他就必須要和外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)能量的交換了吧。外甲：不止如此，在生命系統(tǒng)中，還有信息流。特別是在現(xiàn)在這種瞬息萬變的時(shí)代，信息就變得至關(guān)重要了。地乙：那么，一開始的系統(tǒng)又是怎么建立起來的呢？外乙：一個(gè)團(tuán)體，一開始是怎么成立的呢？地甲：人們有實(shí)際的需要（有好處），有人號號召，然后就逐步建立起來了吧!外甲：大體也就是這個(gè)樣子，如果個(gè)體通過某種方式鏈接到一起可以構(gòu)成更穩(wěn)定、更有前途的結(jié)構(gòu)，那么他就有可能被無限的時(shí)間堆積出來。就像一顆辣椒可以被播種在很多種氣候和土壤環(huán)境下。即使一開始人們并不知道在什么環(huán)境氣候下能夠讓他長得更好，結(jié)更多的果。但是隨著人們一次又一次的嘗試，總會(huì)找到適合他的地方，雖然一開始可能會(huì)非常艱苦。外乙：所以，一開始困難一點(diǎn)沒有什么關(guān)系，重點(diǎn)是這樣下去會(huì)有什么關(guān)系。地乙：那么，系統(tǒng)建立起來了之后又要怎么才能更好的維持呢？外甲：一言難盡，且聽我慢慢到來

性質(zhì)整體性目的性動(dòng)態(tài)性滯后性相對獨(dú)立性結(jié)構(gòu)層次性層次相關(guān)性環(huán)境適應(yīng)性開放性穩(wěn)定性突變性相似性自組織性整體性若干要素按特定的方式組成的具有個(gè)體所沒有的新規(guī)定、新功能的有機(jī)整體。＝＞整體功能大于（不等于）部分之和。此系統(tǒng)區(qū)別于他系統(tǒng)的規(guī)定性。一個(gè)氨基酸構(gòu)不成蛋白質(zhì)，一只螞蟻不能完成蟻群的重任，一個(gè)人也不沒有一個(gè)軍隊(duì)的戰(zhàn)斗力。一個(gè)件事代表不了一個(gè)人，一顆星球也沒有一個(gè)宇宙的奧妙······系統(tǒng)整體性源于系統(tǒng)的相互作用、發(fā)生相互影響后“己”非“己”，“他”非“他”，系統(tǒng)的復(fù)雜不在于個(gè)體有多復(fù)雜，而是不同的組合變得復(fù)雜。一個(gè)和尚挑水喝，兩個(gè)和尚抬水喝，三個(gè)和尚沒水喝。三個(gè)臭皮匠頂個(gè)諸葛亮。在物理、化學(xué)、生物、社會(huì)系統(tǒng)中隨處可見。即使你的工廠被拆除了，只要它的精神還在，你就能很快重新建立起另一家。如果一場革命摧毀了舊政府，但新政府思想和行為的系統(tǒng)模式?jīng)]有變化，它就仍然難逃再次被推翻的命運(yùn)。是什么讓他可以重新在站起來呢？有整體的輪廓就可以重建，支離破碎就~如果有一塊對所有牧民免費(fèi)開放的草坪。那么，顯然每一個(gè)牧民都會(huì)盡力擴(kuò)大自己的畜牧規(guī)?！杂X或不自覺地，明確或含蓄地，他們都會(huì)問：“如果我再增多一頭牲畜，效益如何？”這樣，牧民就會(huì)費(fèi)盡心機(jī)增加畜牧量，而結(jié)果是草場退化，無牧可放。雖然這個(gè)結(jié)果將由大家共同承擔(dān)。而每個(gè)人的意識里能采取的唯一明智的行動(dòng)就是不斷擴(kuò)大牧群的規(guī)模，然后眼睜睜看著悲劇的釀成……每一個(gè)牧民都被鎖定在系統(tǒng)中，迫使他們無節(jié)制地增加牲畜數(shù)量。然而，每個(gè)人拼命努力追求自己的最大利益，結(jié)果卻是自取滅亡，無利可圖。任何系統(tǒng)，包括生物、經(jīng)濟(jì)或社會(huì)，如果變得如此單一，也就會(huì)變得僵化、難以自我進(jìn)化。如果一個(gè)系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上鄙視、限制實(shí)驗(yàn)，不允許差異和多樣性的存在，并消除了這一創(chuàng)新的原材料，長期來看，都將注定消亡。要想改變先要跳出你所在系統(tǒng)中固有的位置，拋棄當(dāng)時(shí)觀察到的有限的信息，力求看到系統(tǒng)整體的狀況。從一個(gè)更廣闊的視角來看，可以重構(gòu)信息流、目標(biāo)、激勵(lì)或限制因素，從而使分割的有限的、理性的行動(dòng)累加起來，產(chǎn)生新的結(jié)果。系統(tǒng)的整體性要求看問題要全面，從事物的多個(gè)角度取舍。目的性因?yàn)榇_定的系統(tǒng)有確定的結(jié)構(gòu)，在一定環(huán)境下結(jié)構(gòu)就表現(xiàn)出一定的功能或目標(biāo)。整體的目的表現(xiàn)了他是不是一個(gè)統(tǒng)一的整體。一個(gè)酶、一顆植物、一個(gè)發(fā)電站、一個(gè)黨派，他們都有屬于自己的結(jié)構(gòu)和職能。固定的氨基酸系列和固定的細(xì)胞環(huán)境，固定的動(dòng)植物和固定的氣候環(huán)境，固定的動(dòng)力設(shè)計(jì)和固定的生產(chǎn)目的，固定的思想理念和固定的社會(huì)時(shí)代。它們在屬于自己的系統(tǒng)中翩翩起舞。雖然會(huì)起起伏伏，但是也不輕易就始亂終棄。幾乎所有的系統(tǒng)都有一個(gè)目標(biāo)——確保自我永存。系統(tǒng)之所以能看成一個(gè)整體是因?yàn)樗麄冇型粋€(gè)目標(biāo)（至少表面上是）。系統(tǒng)內(nèi)的個(gè)體也有自己的目標(biāo)，而一個(gè)成功的系統(tǒng)就在于能夠保持個(gè)體和整體的目標(biāo)一致性。沒有個(gè)人犧牲怎么可能會(huì)成為一個(gè)優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)。勝人者有力，勝自者強(qiáng)。即使不受其他物種排斥，環(huán)境也不會(huì)對任何一個(gè)人手下留情。生命的終敵是環(huán)境，如果系統(tǒng)不優(yōu)化自身結(jié)構(gòu)，那么即使暫時(shí)勝過了對手，結(jié)果也只有灰飛煙滅。系統(tǒng)要的也不是勝過誰，而只是要確保自我永存。為此個(gè)體可能要做出犧牲，就像為了整體的存活，成球螞群外圍的螞蟻就得承擔(dān)烈火焚燒一樣。動(dòng)態(tài)性隨著時(shí)間空間的變化系統(tǒng)不可避免的要出現(xiàn)新變化，千篇一律無法長存。要正常的生長發(fā)育，基因就要選擇性表達(dá)。為了在不同地方成功種植辣椒，農(nóng)民就要用不同的種植方法。為了更好的防治病蟲害可能就要使用不同的藥降低抗藥性。因?yàn)橥饨绛h(huán)境的客觀變化不以系統(tǒng)意志而改變，所以往往需要預(yù)測未來一段時(shí)間的變化趨勢才能順?biāo)写?。同一個(gè)藥（青霉素）被不同的人食用，效果可能天差地別。同一顆辣椒在不同的人手里，不同的環(huán)境下，辣椒的生長情況，結(jié)實(shí)情況都可能也各有不同。要闡述一個(gè)藥物在機(jī)體的變化，就要知道從一開始進(jìn)入到最后排除體外的所有細(xì)節(jié)。要知道辣椒的整個(gè)情況就要從頭到尾親力親為，才會(huì)知道具體有哪些重要的“細(xì)枝末節(jié)”。因地制宜、具體問題具體分析、不用以往的眼光、思想去應(yīng)對所有事，一切皆有可能。為了提高工作效率，對不同的人、不同的事就要采取不同的方法策略。為了盡快完成目標(biāo)就要隨時(shí)更新信息，就需要不斷創(chuàng)新。滯后性因?yàn)樾畔⒎答佇枰獣r(shí)間，系統(tǒng)做出回應(yīng)也需要時(shí)間，所以當(dāng)系統(tǒng)被干擾之后需要一定時(shí)間才能恢復(fù)。如果反應(yīng)不過來或者無力反抗······生物往往如此，如果基因結(jié)構(gòu)、生理結(jié)構(gòu)、形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變跟不上環(huán)境或者其他物種的變化那么就可能被競爭排斥、環(huán)境壓迫退出生命舞臺。但是，當(dāng)系統(tǒng)受到侵?jǐn)_時(shí)，因?yàn)橄到y(tǒng)的滯后性，系統(tǒng)又可以借此獲得更多的時(shí)間來適應(yīng)變化，恢復(fù)穩(wěn)定。明知農(nóng)藥無法解決根本問題，但是農(nóng)戶也不得不用。因?yàn)槔苯返某砷L需要時(shí)間，農(nóng)戶更需要贏得辣椒結(jié)果并且賺還能上一筆的時(shí)間。然而，科學(xué)技術(shù)對人類的作用卻適得其反，雖然獲得了更多對抗環(huán)境的工具，但是卻沒有讓人本身獲得更多適應(yīng)的能力，反而日漸削弱。雖然戰(zhàn)勝了一個(gè)又一個(gè)物種，看似強(qiáng)大無匹，但是在一場又一場勝利的背后隱藏的卻是人類親手挖出來的墳?zāi)埂Ｏ鄬Κ?dú)立性構(gòu)成系統(tǒng)每一個(gè)的個(gè)體都是相對獨(dú)立的，他們都有脫離這個(gè)系統(tǒng)加入另一個(gè)系統(tǒng)的可能。每一個(gè)整體都有不同的方面，一顆辣椒由根莖葉花果實(shí)等不同方面共同構(gòu)成。但每一個(gè)整體也是一個(gè)個(gè)體，新的辣椒還需要老辣椒的果實(shí)來繁殖，只要還沒有威脅到整體的生存，個(gè)體的變動(dòng)也是系統(tǒng)所需要的，需要多種力維持平衡。在整體中個(gè)體就要有為整體犧牲的準(zhǔn)備，但是幾乎沒有個(gè)體可以完全為整體而活，這就是相對獨(dú)立性。這是系統(tǒng)的矛盾，也是系統(tǒng)的機(jī)會(huì)。如果沒有一開始那個(gè)不遵守規(guī)矩的猿猴，那么有可能就沒有今天的人類。結(jié)構(gòu)層次性由于組成要素的種種（自體、結(jié)合）差異而使系統(tǒng)組織在地位作用、結(jié)果功能上表現(xiàn)出來的等級秩序。反應(yīng)了系統(tǒng)中不同的職能分工。細(xì)胞→組織→器官→系統(tǒng)→個(gè)體。學(xué)生→班級→年級→學(xué)校。員工→部門→董事會(huì)→公司。村寨→鄉(xiāng)鎮(zhèn)→縣區(qū)→州市→行省→國。星球→行星系→恒星系→巨星系→總星系→宇宙。每一個(gè)層次上又有若干個(gè)體，每一個(gè)個(gè)體又有若干層次。一花一菩提，一葉一乾坤。他們在系統(tǒng)不同的位置上發(fā)揮著各自的作用，各司其職，共同為系統(tǒng)服務(wù)。系統(tǒng)中不同的個(gè)體變現(xiàn)了自然界構(gòu)造的多樣性。同樣是病毒病，卻可以選擇不同的銅制劑、不同的有機(jī)藥劑防治。同一棵樹，樹冠上群鳥云集、樹葉上昆蟲密集、樹干上藤蔓纏繞、樹根下雜草叢生。他們共同豐富著這個(gè)世界，讓他美麗紛呈。系統(tǒng)中不同的層次和通路還增加了系統(tǒng)生存的概率。雜食動(dòng)物單食動(dòng)物更容易找到事物，在某種食物匱乏的情況下受到的沖擊也更小因而表現(xiàn)得更加穩(wěn)健。——不要把所有的雞蛋都放到同一個(gè)籃子里。同一種病可以用不同的藥，所以就多了一種選擇，而所謂的自由也就是有更多的選擇！層次性原本的目的是幫助各個(gè)子系統(tǒng)更好地做好其工作，不幸的是，系統(tǒng)的層次越高或越低，越容易忘記這一目的。因此，很多系統(tǒng)因?yàn)閷哟蔚墓δ苁д{(diào)，而不能實(shí)現(xiàn)并預(yù)定的目標(biāo)。要想讓系統(tǒng)高效地運(yùn)作，層次結(jié)構(gòu)必須很好地平衡整體系統(tǒng)和各個(gè)子系統(tǒng)的福利、自由與責(zé)任。這意味著，既要有足夠的中央控制，以有效地協(xié)調(diào)整體系統(tǒng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，又要讓各個(gè)子系統(tǒng)有足夠的自主權(quán)，以維持子系統(tǒng)的活力、功能和自組織。層次相關(guān)性就像分形圖一般，系統(tǒng)在不同層次之間也有結(jié)構(gòu)的相似性，層次之間除了結(jié)構(gòu)相似，還緊密聯(lián)系。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是行為的根源，而系統(tǒng)行為體現(xiàn)為隨時(shí)間而發(fā)生的一系列事件，在系統(tǒng)中一切都是相互關(guān)聯(lián)的——不要說跟我無關(guān)。大自然如此復(fù)雜，就是因?yàn)榇笞匀怀浞掷昧擞邢薜囊?guī)則。構(gòu)成系統(tǒng)的個(gè)體是有限的（原子就一百多個(gè)），但是可以有很多種組合方式。而系統(tǒng)的思考就是要力求考慮每一種可能性，然后優(yōu)化系統(tǒng)，做出最好的選擇或者全面防護(hù)。環(huán)境適應(yīng)性系統(tǒng)保持和恢復(fù)原有特性能力，泛指一個(gè)系統(tǒng)在環(huán)境中的生存的能力。然而人們經(jīng)常會(huì)為了穩(wěn)定或者提高生產(chǎn)率等目的犧牲系統(tǒng)的適應(yīng)力，有時(shí)候也可能會(huì)為了其他一些原因而破壞系統(tǒng)的適應(yīng)力。系統(tǒng)之所以會(huì)有適應(yīng)力，是因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在很多相互影響的反饋回路，正是這些回路相互支撐，即使在系統(tǒng)遭受巨大的擾動(dòng)時(shí)，仍然能夠以多種不同的方式使系統(tǒng)恢