Специфика биологических структур
В. И. Кремянский
        
За последние годы при обсуждении самых актуальных проблем современной биологии, как и во всем естествознании, значительно усилился интерес к понятию структуры. Этот интерес объясняется некоторыми объективными причинами, коренящимися в особенностях современного этапа развития научных исследований.

Чтобы выяснить эти причины, надо прежде всего четко представить себе, в чем суть самого понятия структуры. Оно вошло в науку давно; естественно, его содержание и его значение изменялись, а кроме того, в каждой отрасли науки оно имеет свою специфику. Повсюду понятие структуры оказывается очень близким понятию организации. В одном отношении последнее несколько шире, чем первое: понятие структуры отображает во всех проявлениях организованности материи только наиболее устойчивое,  сохраняющееся,  инвариантное   (Н.  Ф.  Овчинников).
Понятие структуры той или иной системы охватывает не только ее строение, но и ее изменения, взаимодействия, все ее поведение и развитие в целом. Как уже отмечалось в литературе, структура есть относительная выделенность, дискретность частей (в отличие от «бесструктурных» образований) и фаз или стадий изменения и развития, а вместе с тем определенная упорядоченность, определенный строй всей совокупности отношений, связей и взаимодействий между этими частями, фазами или стадиями, объединяющимися в единое целое. Чем   выше уровень,  порядок организованности материальной  системы, тем яснее и многообразнее выражена ее структура. Это создает основу для повышения активности во всем ее поведении, так как возрастает ее негэнтропия и увеличивается количество информации, которая может быть эффективно использована для организованных воздействий на среду.
Понятие структуры тесно связано с несколькими другими важными понятиями. Так, наиболее устойчивое и существенное в общей упорядоченности внутренних отношений, связей и взаимодействий данной системы (а также в упорядоченности внешних ее отношений и взаимодействий - в той мере, в какой характер последних зависит от самой системы) выражается присущими ей законами; это - тоже, как говорят, «инварианты в преобразованиях». Следовательно, подчеркивая  эту сторону понятия структуры, мы можем сказать: структура может быть   отображена  совокупностью   законов, присущих данной системе и определяющих форму и поведение ее как целого. В принципе эти законы могут быть выражены математически; в таком смысле структура в принципе может быть «описана» группой уравнений того или иного типа, выражающих все существенное в строении и поведении данной системы, данного объекта. А законы (не порознь, а в своей совокупности), как известно, отображают не что иное, как сущность вещи.
Понятие структуры связано также с понятием информации. Как структура, так  и  информация выражают определенную упорядоченность и в этом смысле сходны. Но между ними есть важные различия. Главное из них состоит в том, что информация существует только в процессах передачи «сообщений», обычно в виде образа и (или) прообраза структуры, а последняя может существовать и без всякой передачи ее отображения или программы. Иными словами, структура - это как бы «информация в себе» или в потенциальном состоянии, «связанная»  или  «накопленная информация», тогда  как информация - это структура в процессах ее отображения или программирования (по отношению к приемнику) и передачи по каналам связи.
Таким образом, структура изучаемого объекта - это вообще главное из всего того, что надо знать о нем, выраженное в развернутой форме. Мы подчеркиваем это слово потому, что для познания структуры необходимо исследовать все значимые и вычлененные детали строения и функционирования, изменения и развития данного объекта.
Отсюда следует, что роль и значение понятия структуры в науке неминуемо должны возрастать по мере того, как углубляется познание природы изучаемых объектов. Это и наблюдается в биологии.
Отметим некоторые изменения характера биологических исследований. В современный период классические методы исследования - описательный и сравнительный или исторический - не перестали быть необходимыми. Но их относительное значение изменилось, потому что они во все большей мере дополняются и несколько оттесняются чрезвычайно быстрым и плодотворным развитием экспериментального метода в его взаимодействии с новыми методами физики, химии, математики и кибернетики.
Усиливаются контакты биологии с техникой. В последние полтора - два десятилетия познание жизненных процессов, протекающих в клетке, проникло на молекулярный и смежные уровни биологической организации. На этих уровнях открыт целый мир мельчайших биологических структур. Молекулы и атомы сами оказались гораздо более сложными динамичными системами, чем можно было даже предполагать в прошлом веке. С другой стороны, достигнуты не менее поразительные успехи в познании всей сложности клеточных и надклеточных механизмов общей регуляции жизненных процессов в организмах и в надорганизменных системах - популяциях, семейно-стадных группах, биоценозах и т. д. Со всем этим связано рождение целой плеяды новых наук «на стыке» биологии с другими отраслями естествознания и с математикой. При всех отмеченных изменениях биологических исследований на передний план неминуемо выдвигается именно структурно-системный подход. Это влечет за собою, в частности, возрастание значения аналогий, изоморфизмов пространственных структур и функций, а проблемы, рассматриваемые в аспекте субстрата, материалов, зависимости свойств организма как целого от свойств вещества, нередко (особенно «при функциональном» подходе) считают теперь второстепенными.
С этим нельзя согласиться. В действительности старая проблема отношения вещества (субстанции или субстрата) и структуры или структурно-функциональной организации отнюдь не утратила своего значения. Напротив, актуальность этой проблемы повышается, и она приобрела теперь новое содержание в связи с проблемами космической биологии и кибернетики.
Дело не только в том, что все вообще формы движения имеют своих материальных носителей, и не только в том, что само вещество, как оказалось, имеет более сложные структуры, так что роль понятия структуры возросла также в области изучения вещества. Еще важнее в данном аспекте тот факт, что в живых системах развиваются особенно тесные и многосторонние взаимосвязи «между уровнями», причем эти взаимосвязи проникают вплоть до единичных молекул и даже электронов («субмолекулярная» биология). Разумеется, это объясняется самим наличием высокой организации. К этому вопросу мы вернемся ниже, а пока отметим еще одну причину такого явления. Она состоит в том, что жизнь возникла в природе непосредственно на основе видоизменений определенных веществ (или, в более общем смысле, веществ определенных классов) в процессах самоорганизации этих веществ. Эта непосредственно-вещественная основа не исчезла и в дальнейшем, в ходе прогрессивного развития органической жизни. Наоборот, взаимосвязь между структурой целого и свойствами определенных веществ (или веществ определенных классов) стала, как увидим, еще более разносторонней и глубокой. Огромное значение этой взаимосвязи сейчас все яснее вырисовывается в молекулярной (и «субмолекулярной») биологии.