Глава 20 Принцип Ламарка
Поскольку же образец являет собой вечно живое существо, Он положил в меру возможного и здесь добиться сходства; но дело обстояло так, что природа того живого существа вечна, а этого нельзя полностью передать ничему рожденному.
Платон. Тимей
Что значат эти необъяснимые слова Платона: «дело обстояло так»? Что за обстоятельства, которые не позволяют сохранить вечность, а только временность? Ничего нельзя удержать, некие «обстоятельства дела» не позволяют. Bce возможно только до некоторой степени, а не идеально. Bce портится. O том говорит и Ньютон: несмотря на могучий закон инерции, движение затухает и Богу приходится вмешиваться в ход событий, чтобы все не остановилось окончательно и возобновлять его количество. Получается, что об этом могучем законе, который теперь все знают как второе начало термодинамики, большие умы догадывались всегда.
И вот теперь с биосферной точки зрения, спросим себя: почему, несмотря на необоримую силу размножения или абсолютного движения, не все на свете оживлено, не все вещество стало живым, а есть только тонкая пленка жизни на нашем земном шаре? Нельзя жизненность полностью «передать рожденному», и любое движение инертных масс, в конце концов, становится относительным и затухает. He об этих ли «обстоятельства дела» всегда знали философы и поэты и так выразительно говорили о них, когда писали о бренности всего существующего, о преходящем времени, о разрушении всего и вся? «Река времен в своем стремленьи уносит все дела людей», - кто не помнит чеканных строк Державина.
A ведь представления Бергсона и Вернадского никак не сочетаются с этими интуитивными жалобами на «всепожирающую силу времени». B двадцатом веке в науку стали проникать идеи, что не время виновато в разрушении и пожирании все и вся, а вот те самые «обстоятельства дела», о которых говорит Платон. Начали складываться представления, что время связано с положительным становлением, а не с гибелью, оно всегда только на подъеме, а не на спуске.
Ho что собой представляет спуск и какое отношение он имеет к живому миру? Как может еще что-то сохраниться в мире при таком всеобщем и могущественном стремлении его к распаду?
Возьму на себя смелость предположить, что проблему можно в общем виде легче и адекватно описать, если применить принцип Ламарка. Таковой в науке не известен, несмотря на огромный след, оставленный Ламарком в последующем развитии естествознания. Однако рискну указать, что одно из его наблюдений и обобщений заслуживает пристального внимания и возведения в эмпирический принцип, то есть в очень общее положение, проходящее через множество научных дисциплин. Оно вписывается в предложенную Вернадским простую модель пластов реальности (состояний пространства) или введенное в предыдущей главе понятие актуальной поверхности и до некоторой степени их объясняет. Принцип Ламарка выражает форму связи между состояниями пространства, объясняет их неразрывность, несмотря на непримиримую противоположность во всех основных своих характеристиках.
Ламарк, как мы помним, многократно и по разным основаниям, по различным критериям и признакам составлял список противоположностей живого и неживого, или, как он тогда называл, организованных и неорганизованных тел природы, за исключением которых в ней ничего нет.
Что же он искал, какая умственная задача перед ним стояла, когда он сопоставлял живое и неживое? Ламарк пытался найти наиболее общее, но достаточно специфическое в функциях живых тел в отличие от неживых. B сочинении «Аналитическая система положительных знаний человека, получаемых прямо или косвенно из наблюдений» Ламарк попытался как-то подытожить свою сводную таблицу в одном общем соображении: «Все живые тела, для того, чтобы жить, т.е. для того, чтобы у них могли осуществляться их жизненные движения, нуждаются не только в сохранении в их частях такого состояния и порядка вещей, при которых возможны их жизненные движения, но, помимо того, и в действии стимулирующей причины, способной возбуждать эти движения»311. Вот об этой стимулирующей причине и идет речь. Ламарк ищет причину движения живых тел - вообще всех живых тел независимо от их формы и несвязно с конкретными образами их жизни, то есть, как сейчас говорят, с их экологией. За это его позднее обвинили и до сих пор обвиняют в витализме, однако, думаю, дело гораздо сложнее312. Ламарк не искал ничего таинственного наподобие жизненной силы, он хотел найти естественную, физическую, реалистическую причину живого движения, которая поддавалась бы адекватному описанию.Ламарк, мне кажется, как раз и предупредил все последующие поколения ученых от увлечения витализмом и от поиска особой жизненной материи или особой жизненной силы. Нет никакой особой материи жизни, но есть особое состояние материи жизни. Ламарк непрерывно подчеркивает, что оно, это особое состояние, непроизводное, не могло произойти из мертвого состояния. Совсем наоборот, неживое или косное состояние материи - это вышедшее из жизни, производное из жизни состояние. Bce вещество земли есть продукт жизненной деятельности плюс сами остатки организмов и ничего более. Ламарк считал даже, что сами атомы «делаются» в живых телах и начинают свой путь по объектам природы. И если природа неживая стремится разрушить все образования, упростить все сложные химические соединения, то живые тела их создают: «В природе существует еще особая мощная и непрерывно действующая причина, обладающая способностью создавать соединения, умножать их число, разнообразить их и непрерывно обогащать их новыми основными началами. Эта могущественная причина заключается в органической деятельности живых тел, в которых она непрерывно образует соединения, без нее никогда не существовавшие бы»31 . Основными началами во второй половине XVIII века и в первые десятилетия XIX века как раз и называли атомы.
Вернадский считал, что могущество жизни Ламарком преувеличено, что атомы не могут создаваться в живом веществе. Что означает понятие создаваться? Если из ничего, это нарушило бы закон сохранения материи. Вполне извинительно Ламарк излишне спрямляет путь, пропускает много опосредующих звеньев. Ho Вернадский поддерживал и весьма ценил наблюдение и идею Ламарка о биосферной роли организмов, о том, что все вещество биосферы в атомно-изотопном виде проходит, порой даже многократно, через живые организмы и приобретают в них дополнительную по сравнению с обычным физическим состоянием порцию энергии. Только об этой частичке энергии и идет речь.
Ee и искал Ламарк и нашел не в особом веществе жизни, и не в организованном (непроизводном, не приобретенном) состоянии живой материи. Этого недостаточно. Какая-то причина на границе живого и неживого действует, заставляя лабораторию природы производить великое и многообразное множество соединений. Непрерывно, особенно во второй половине жизни упорно сопоставляя вещества двух царств природы, он и указал на нее, если не в точном физическом смысле, TO хотя бы обозначил метод, принцип, в чем, по какому именно свойству проходит граница. По созиданию и разрушению.
«Законы, управляющие всеми изменениями, наблюдаемые нами в природе, оставаясь всюду одними и теми же и никогда не вступая в противоречие между собой, вызывают в живых телах явления, весьма отличающиеся от тех, которые они порождают в телах, лишенных жизни и прямо противоположных первым»314. Здесь и кроется главное. Ha этой противоположности он и сформулировал тот принцип, который можно было бы назвать «принципом Ламарка».
Принцип гласит так: «Я вижу в обоих случаях только одну силу, непрерывно созидающую при одном порядке вещей и разрушающую - при другом, ему противоположном... B живых телах в продолжении их жизни происходит непрерывная борьба между теми обстоятельствами, которые обусловливают созидающую силу жизни, и теми из них, неизменно возобновляющимися, которые делают ее силой разрушающей»315.
Вот они, платоновские обстоятельства. Ta же сила в неживом веществе действует разрушительно, вывел наблюдение Ламарк. Так о какой же силе он говорит? Нет никакого сомнения, что не витальной, не той, которая заключена в живом, как думают виталисты, не может же она стать отрицательной. Просто на эту вторую половину его формулы - разрушающая сила - не обращали внимания. B живом нет ничего разрушающего, во всяком случае, оно успешно подавляется, и не составляет никакой специфики живого.
Нельзя здесь не предположить, что речь идет о понятии, которое теперь называется «энтропия». B эпоху Ламарка не то, что не существовало такого понятия, не было даже термина «энергия» и таких производных от нее как количество энергии, ее качество, и уж тем более такого теперь знаменитого и общеизвестного как энтропия. Второе начало термодинамики сформулировано в науке через полвека после смерти Ламарка. Сила ума у представителей науки всегда одна и та же, а конкретные содержания наук в разные времена - несравнимы. Платон, как видим, чувствовал, что есть нечто, что не дает вечному остаться вечным, что превращает его во временное, и это нечто назвал, естественно, в самом общем виде обстоятельствами дела.
K временам Ламарка в этой области науки кое-что уже было наработано. Существовал очень общий принцип наименьшего действия, сформулированный Пьером Мопертюи: все что происходит в природе само по себе, происходит с наименьшими затратами силы, по кратчайшей траектории, так сказать. Ho Ламарк дополнил это выражение до целого. Если бы действовал только один этот принцип, в природе не было бы ничего, никаких форм, а между тем мы видим в ней великое количество форм и сложных веществ. Их источник - живые организмы. B них совершенно явственно все процессы идут отнюдь не по принципу наименьшего действия. Взрывная сила жизни никак к принципу не подходит. Рыбы или креветки мечут миллионы икринок. He все пройдут эмбриональную стадию и не из всех выведутся взрослые особи. Из выведшихся организмов лишь малая часть достигнет репродуктивного состояния, остальные погибнут. Как видим, главное, что можно сказать об этих процессах: гигантская избыточность, а не наименьшее возможное действие, не самый краткий путь. Зато замечательно эффективный путь, обеспечивающий устойчивость средних чисел репродукции.
Мне кажется, Ламарк во всей истории науки был единственным ученым, кто понял и корректно выразил и обыденное, и научное сотни и тысячи раз повторявшееся наблюдение, что все разрушается и все созидается в зависимости от места приложения силы. Он разобрался в этой невероятной путанице противоположно направленного действия, в силу чего уже время считают то созидающей, то «лечащей», то наоборот, все «пожирающей», все сглаживающей силой.
Одна и та же сила действует прямо противоположно в телах организованных и неорганизованных. Первые она заставляет производить все сложные соединения, говорит Ламарк, вторые - заставляет разрушаться. Из этого своего принципа, кстати сказать, Ламарк и произвел то следствие, которое и называется ламаркизмом, его вариантом эволюции. Непрерывно действующая сила не только заставляет организмы производить сложные химические вещества своей жизни, безудержно плодиться, но принуждает их в течение срока существования меняться к лучшему, в направлении совершенствования, побуждает искать новые способы жизнедеятельности, повышать организацию, то есть, считал Ламарк, приобретать новые органы своего тела или тренировать прежние. Эти усовершенствованные или натренированные органы передаются по наследству, закрепляются в новых поколениях и таким путем движется эволюция. Вот как далеко шел его принцип. Ho, как известно, последующее развитие науки не подтвердило закрепление у животных и растений благоприобретенных упражнявшихся органов. Bce оказалось значительно сложнее. Против его передачи благоприобретенных признаков успешно сражался Дарвин и все последующие эволюционисты вплоть до наших дней, пока генетика не перевела разговор совсем в другую плоскость - в сферу мутаций.
Однако если не доводить принцип Ламарка до тех биологических экстраполяций, которые он делал, а оставаться в экологической или биосферной области, где этот принцип и родился, он может иметь большое методологическое научное значение. Он наталкивает на большие обобщения и распутывает путаницу, которая существует в обсуждении темы: живой организм и энтропия. Последнее понятие эмоционально окрашено. Оно считается абсолютным злом мира, породив многочисленные интерпретации вплоть до тепловой смерти Вселенной. Ho ничего такого из принципа Ламарка не вытекает, совсем наоборот, она есть сила созидательная, все зависит от места ее приложения.
* * *
Вспомним нашу модель пластов реальности еще раз, только теперь приведем ее в движение. Как идут потоки вещества и энергии в мире, где функционирует ЖВ? Для этого достаточно представить всю биосферу, все неживое вещество, существующее в окрестностях ее и все потоки энергии, которые здесь действуют. A можно и проще: представить блок-схему самого простого биогеоценоза, состоящего из живой части, из окружающей косной среды, и источника внешней энергии.
Потоки вещества и энергии в этой идеализированной модели будут двигаться в соответствии с принципом Ламарка.
Энергия или «сила» по старой терминологии, воздействует одинаково на инертное вещество и на ЖВ. Например, солнечный луч падает на кусок камня и на растущий рядом с ним кустик травы. Согласно принципу Ламарка, неорганизованная энергия нагревает камень, который затем охлаждается и, в конце концов, эти колебания и другие стихии его разрушают.
Bo втором случае солнечный луч попадает в организованную среду, где успешно используется для жизнедеятельности, то есть часть падающей энергии идет на фотосинтез, накапливается в виде свободной энергии, могущей совершать работу. Итак, охарактеризуем блоки.
Научная реальность M 1 есть источник синтеза всякого вещества любой степени сложности. Под веществом здесь понимается живые ткани, которые можно разложить на атомный, молекулярный уровень и на различные соединения. Это полюс сложности универсума. Все, что мы извлекаем из так называемых «кладовых природы» на Земле, создано живым веществом. Некоторые исключительно сложные соединения, выходящие из организмов, даже не поддаются никакому анализу: различные запахи, смолы, мед и т.п. Мы здесь берем только вещественный состав, не затрагивая кибернетический, информационный смысл управления и контроля.
Научная реальность № 2, т.е. вещество инертное. Ясно «по обстоятельствам дела», что, несмотря на прочность и какую-то невероятную устойчивость множества созданных ЖВ структур, ничто не вечно и на выходе из биосферы портится, упрощается, разрушается. Отметим направление самопроизвольного движения: от мира живого - только к миру косного. Простое вещество само по себе не превращается в сложное, ни при каких обстоятельствах316. Никогда из инертного не образуется живое, последнее только выбирает в нем и использует нужные минеральные соединения. Метаболическое движение уже не самопроизвольное. Именно направление движения имели в виду и Ламарк, и Вернадский, когда составляли таблицу сравнения живого и косного. Это улица с односторонним движением. Сложное не может само собой, без посредства живого вещества образоваться из простого, зато нет ничего более обыденного, как непрерывная деградация и разрушение сложного до уровня простого.
Ho как далеко вдет разрушение? Древние думали, что до небытия, так сказать, но не решили что оно такое? Что под ним понимать? B современной науке выяснено, что конечной станцией распада, уровнем полной деградации материи является космическое реликтовое излучение с температурой 3 К. Сюда устремлялось воображение авторов теории «тепловой смерти Вселенной», когда они отвлекались от своих формул энтропии на общие соображения и экстраполировали их на всю реальность. Так это или не так, или есть еще вакуум и вообще небытие как бочка без дна? Ho глубина падения для нас сейчас не имеет значения. Важно найти границу раздела между мирами, которую, мне кажется, искал пока только один Вернадский. Он определил ее по количественному критерию, по размеру: частицы размером 10 ~3 см (надо думать, в условиях биосферы, то есть при нормальных температурах и давлении). Частицы выше этой границы можно называть веществом, где действует закон тяготения, все что ниже - полями, или переходящие в волны излучения элементарных частиц вплоть до тех, которые не имеют массы покоя. Вместо закона тяготения в них действуют другие закономерности.
Сейчас важно направление потока, идущего через эту границу. Ясно, что они следуют тоже в одном направлении - по пути уменьшения организации вещества. Оно разрушается и улетает, так сказать. Мы живем в тающей Вселенной. Bce мертвое вещество в ней тает, пропадает, уменьшается в соответствии со вторым началом термодинамики. 06 этом говорит весь научный опыт. Разрушаются со ступени на ступеньку молекулы, а затем и ядра атомов317.
B близком нам макроскопическом мире Земли, в эмпирической области фактов, а не в теориях «образования атомов», мы видим за пределами живых организмов несомненно и только распад. И он продолжается, говорит Вернадский, на атомном уровне, только сроки распада далеко выходят за пределы химических, геологических и иных методов наблюдения. Он назвал это направление распада закономерной бренностью атомов. «Рассмотрение атомов в разрезе времени сказывается резче всего в закономерной бренности их существования. Это точно и с несомненностью количественно мы пока знаем для 14 химических элементов из 92. Ho весь огромный точный эмпирический материал, лежащий в основе химии, ясно указывает, что мы имеем здесь дело с таким глубоким проявлением строении атомов, которое должно быть общо им всем»318. Сегодня теоретические науки считают, что распадается любое вещество вплоть до протона - главной части атома водорода. A из водорода, по большей части, наша Галактика и состоит. Остальное вещество - примеси. Получается действительно, что вселенная непрерывно тает от сложных соединений в сторону водорода, до протона.
A вот научная реальность M 3 (электромагнитных полей) не имеет ярко выраженного одностороннего направления. Это подозревавшийся древними Xaoc на самом деле не хаос, а упорядоченное полями движение, но в разных направлениях относительно и ЖВ и косного вещества. Поля воздействуют на все одинаково - и во всех направлениях.
B соответствии с принципом Ламарка излучения одинаково мощно воздействуют и на живое, и на неживое вещество, но производят разный эффект. B первом случае потоки излучения встречают на своем пути действующую организацию, во втором - организацию, покинутую так сказать, организующим началом. Встреча с косным веществом и произведенный эффект и были оформлены в науке как второе начало термодинамики или правило энтропии. Ho их разрушающее действие касается только неживого пласта реальности.
Собственно говоря, многие, исходя из подобных очевидных наблюдений, делали вывод о существовании особой, антиэнтропийной способности ЖВ. Сразу после создания Майером закона сохранения энергии, исходившего, кстати, из наблюдений над живыми организмами, и после формулирования второго начала термодинамики возникло много работ, утверждавших, что живые организмы не подчиняются второму началу, или владеют антиэнтропийными приспособлениями.
Для примера возьмем довольно популярную у нас в начале двадцатых годов теорию эктропизма Ауэрбаха. Немецкий физик утверждал, что живой организм сопротивляется против обесценения энергии тем, что концентрирует энергию. Он назвал эту способность эктропией и делал такое обобщение: «Жизнь - это та организация, которую мир создал для борьбы против обесценения энергии»3 9. Ho как показал Вернадский, живые организмы могут и концентрировать вещества, и рассеивать их и на этом извлекать энергию. Так что принцип эктропии не имеет физического смысла. Как пример подобных рассуждений можно привести еще рассуждения B.H. Муравьева. B работе «Культура будущего» он писал, что если есть выраженное во втором начале термодинамики разрушение, то должно быть и обратное движение. Если мы повсюду в мире происходит с железной необходимостью обесценение энергии и все ее формы переходят в тепло, TO не может не быть где-то обратного действия, повышающего ее качество. Мир существует, он не разрушился под действием энтропии только благодаря производимой живыми организмами концентрации энергии320.
Разумеется, Ауэрбах, и Муравьев, правы, как правы и многие современные исследователей, рассуждающие в сходных категориях о «третьем начале термодинамики», каком-то аналоге особой «жизненной силы». Ho это правота натурфилософская, словесная, которая мало что объясняет. Между тем принцип Ламарка, утверждающий экологическую или биосферную способность живых существ использовать разрушительный поток, добавляет к этой правоте то «чуть-чуть», после чего философия становится наукой. Наука антиинтуитивна, она противоречит здравому смыслу, на котором строится натурфилософия. Она действует путем уточнения своих формулировок, сужает их до степени применимости. Сужение тезиса Ламарка заключается в словах «одна сила». Одна и та же сила действует в живых организмах созидающе, тогда как в неживых - разрушающе. ЖВ не преодолевает нивелирующую силу, ничему не противодействует. Оно живет, используя направление энергии к ее усреднению, к рассеянию, то есть благодаря энтропии, о которой Ламарк ничего не знал, но догадывался. Ламарк нащупал механизм осуществления «силы», заключенный в организации самой природы. Он изменил традиционный угол зрения, для него жизнь - не вторична, она не производна от неживой природы. Ровно наоборот: косные химические соединения происходят из живых существ. Благодаря воздействию этой нивелирующей силы, непрерывно действующей в одном направлении, процесс производства и может осуществляться.
Ho конечно, он не мог его найти в деталях, для того не было условий, была только верная научная интуиция. Объяснительный механизм начал формироваться позже, оформляться благодаря созданию понятия биогеохими- ческой энергии Вернадского и еще одного принципа - принципа устойчивой неравновесности Эрвина Бауэра 1935 г. Последний звучит просто: «Все и только живые организмы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях»321. И, пожалуй, в наибольшей степени способствует пониманию, актуализации принципа Ламарка даже не Вернадский, а Бауэр. Он раскрыл свой принцип неравновесности через понятие, близкое по смыслу понятию биогеохимиче- ской энергии Вернадского - структурная энергия. Этот термин точнее очерчивает механизм и конкретный биохимический путь энергетических потоков.
Для общего принципа неравновесности живой материи Бауэр нашел конструктивное решение в предварительной (непроисходимой, непроизводной, заранее существующей) заряженности живых молекул «лишней» по сравнению с такой же, но равновесной неживой структурой, энергией. За- ряженность выражается, говорит Бауэр, определенным электрическим потенциалом клеток, создающим деформированную ее структуру. Деформация и есть неравновесность или структурная энергия, потенциальная энергия, способная производить работу. B одном месте клетки благодаря мембранам накапливаются заряды или концентрируются химические элементы. Если их освободить, они распределятся по всему объему. При распределении, как бы распрямлении потенциальная энергия превратится в кинетическую энергию. Деформированная структура клетки превратиться в клетку недеформированную, равновесную. Эти превращения происходят с молекулами и мембранами каждой отдельной клетки через определенное время, затем следует зарядка энергией и возвращение ее в деформированное состояние. «Неравновесное состояние живой материи и, следовательно, ее постоянно сохраняющаяся работоспособность, в конечном счете, обусловливается, как того требует наш первый принцип (неравновесности. - Г. A.), молекулярной структурой живой материи, а источником работы, производимой живой системой, служит, в конечном счете, свободная энергия, свойственная этой молекулярной структуре, этому состоянию молекул. Или соответственно второй формулировке нашего принципа, внешняя работа может быть произведена лишь за счет структурной энергии»322. B этом ключевом обобщении мы и видим актуализацию принципа Ламарка. Работа совершается, говорит Бауэр, только за счет структурной, а не внешней, энергии.
Устойчивую неравновесностъ можно представить себе схематично как ниоткуда не произошедший, а всегда существовавший и бегущий вниз склон, на котором живет, не падая, молекула живого организма. Скорее даже не склон, похожий на склон холма, а ниспадающий водопад. Он есть внешняя энергия, бьющая по любому организму с постоянной и ровной силой. Ho весь фокус во внутреннем устройстве клетки. Живое как мягкий шарик, постоянно крутящийся на этом водопаде, ничем не поддерживаемый извне, а только своим хитрым внутренним устройством, и за счет какого-то вращения остающийся на этом падающем потоке в одной точке, на одной высоте323. Точнее, колеблющийся между двумя точками этой высоты: ниже - выше.
Еще раз представим себе это чрезвычайно важное структурнофункциональное устройство живой системы. Организм поддерживает, заряжает каждую свою систему «лишней», деформирующей структуру энергией, электрическим потенциалом. Ho правило энтропии не отменяется. Оно действует. B соответствии с ней структура системы стремится придти B недеформированное, равновесное состояние. И это есть конкретное происходящее изменение. Ha этом участке работа и происходит. Фактически за счет энтропии. Ee и увидел Ламарк своей гениальной интуицией, а механизм увидел Бауэр: зарядка - разрядка - работа - снова зарядка. Еще раз подчеркнем его заключительную фразу из только что цитированного отрывка: «Внешняя работа может быть произведена лишь за счет структурной энергии». Подобное уточнение принципа устойчивой неравновесности исключительно важно. Бауэр тоже привел в движение свою конструкцию из деформированных молекул и увидел нечто удивительное. Вся работа делается живыми организмами не за счет потребляемой энергии, а за счет заранее существующей, вечной структурной энергии.
K любому биофизическому процессу, говорит Бауэр, биофизики подходили как к неживой системе, к машине: вот механизм стоит, у него нулевой уровень работы, вот включена энергия, работа началась. Всегда легко рассчитать приход - расход за счет сделанной работы. Bce видели всегда баланс поступления и расхода энергии от нулевого уровня, в результате чего сделана полезная работа. Ho этого баланса никогда и нигде нет там, где есть клетка, пока она жива. K внешнему приходу добавляется внутренняя структурная энергия, и живое работает за счет притока энергии чрезвычайно своеобразно. B организме живом нет нулевого уровня. He замечали очень тонкой и главной вещи, говорит Бауэр: энергия никогда не расходуется напрямую на производство работы, которую совершает организм. Энергия поступает в систему, обладающую собственным поведением, то есть уже обладающей некоторым запасом структурной энергии, и потому включается в сложный, обходной путь, а не прямо тратится на работу, как в любом механизме. Внешняя, поступающая извне в виде электрических зарядов энергия тратится не на что иное, как на создание неравновесной, деформированной структуры, а должная по функции клетке работа делается спонтанно, сама собой, за счет «выпрямления» деформации, за счет естественного стремления молекулы придти в равновесное состояние. Вот это и есть самое главное: на что идет энергия?
Полезная, к примеру, солнечная энергия не идет через организм, как вода через мельницу, производя полезную работу, а отводится на строительство мельницы и ее непрерывный ремонт. Организм с ее помощью упорно поддерживает ее в работоспособном состоянии, а нужная данной клетке работа, например, мышечная, производится сама, уже по принципу наименьшего действия, говорит Бауэр. «Структуры живой системы не являются равновесными, что, следовательно, для сохранения их, т.е. условий системы, необходимо их постоянно возобновлять, т. e. постоянно затрачивать работу. Таким образом, химическая энергия пищи потребляется в организме для создания свободной энергии структуры, для построения, возобновления, сохранения этой структуры, а не непосредственно превращается в работу»324. Причем неравновесность разряжается, даже если работа не делается.
Бауэр по сути дел нашел некую общую принципиальную схему внутреннего устройства «черного ящика» биосферы. Если Вернадского как геохимика интересовал больше вход и выход, то Бауэра как биофизика вслед за Ламарком (о котором он ничего не говорит) - главный тракт энергии внутри живого организма. Ha пути от входа до выхода в «черном ящике» происходит не замечаемая нами подмена. Ha выходе - совсем другой уже вид той же энергии. Бауэр нашел основное отличие организма от механизма. B механизм поступает ток или топливо и благодаря более или менее хитроумному устройству производит полезную работу. Так думает и биофизика в основном. Ho в организме согласно принципу неравновесно- сти энергия идет на строительство и возобновление механизма, а не на работу, чего не делает ни один механизм. Работает другой вид энергии.
Работает «естественное стремление» к распрямлению от деформации, а не входящий в устройство поток энергии. Работает стремление к нивелировке всех и всяческих потенциалов и градиентов, будь они химические, электрические или структурные. B живом веществе никогда и нигде нет «нуля» энергии. Над всеми исследователями всегда довлела общая идея «происхождения» жизни, поэтому возникает загадочная и неразрешимая проблема «лишней», откуда-то берущейся энергии. Между тем принцип Гюйгенса-Вернадского о вечности жизни предполагает, что эта лишняя энергия была всегда, чтобы под этим «всегда» ни понимать. Живое с помощью внешней полезной энергии только поддерживает перепад высот, передающийся в готовом виде от одного организма к другому без изменения. Он занимается только непрерывным ремонтом мельницы, то есть изготовлением неравновесного, «неправильного» с точки зрения химии и физики состояния. A работа делается сама, за счет распрямления его в «правильное». Ha это затрачивать энергию не надо, кроме как на триггерный эффект.
Таким образом, с пространственной стороны наблюдается неравно- весность, с временной определенная удерживаемая длительность, необратимо исчезающая при выполнении работы. Так живет одна отдельно взятая молекула, которая в живом не бывает отдельно взятая, а только в ансамбле, в ассоциации. Состояние пространства-времени является той «мельницей», которая превращает разрушительную силу в полезную работу в материи живой и разрушает не имеющую «мельницы» мертвую материю.
* * *
Однако и принцип Ламарка, и принцип неравновесности Бауэра, и понятие о биогеохимической энергии Вернадского - общие научные положения. Они дают возможность понимания, но не дают пока возможности работы с этими принципами. Более детальное рассмотрение возможно при применении к ним представления о диссимметрии пространства, которая является, как мы решили выше, оборотной стороной необратимости времени.
Принцип Ламарка позволяет поставить вопрос так: является ли дис- симметрия Пастера и неравновесность Бауэра одним и тем же свойством живой материи, выраженной на разных языках. Можно ли отождествить диссимметрию и неравновесность?
Открытие Пастера породило немало направлений, особенно в прикладных дисциплинах. Возникли стереохимия и стереобиохимия. Однако, Вернадский недаром говорил, что путь, открытый Пастером и Кюри, на теоретическом уровне естествознания зарастает травою забвения. Исследования диссимметрии практически не связывались с проблемой жизни вообще и с проблемой пространства, в частности, и не получали выхода в смежные области.
Только в наше время проблема отличия живой материи от неживой по признаку симметрии стала постепенно вставать в полный рост. Исследования множатся. B конце 70-х годов была сформулирована проблема «хиральной чистоте биосферы»325.
Здесь надо прояснить терминологию. To, что Пастер и Вернадский называют диссимметрией, перейдя в химическую физику, стало называться хиральностью от греческого слова «хирос», то есть «рука». Иногда употребляется и похожий термин «киральность». Поскольку самым наглядным примером диссимметрии являются, как о том писал еще Кант, наши руки, которые, отражая друг друга в зеркале, не могут быть совмещены никакими поворотами и смещениями, это свойство и назвали хиральностью. Далее, судя по смыслу биофизических работ, слово «биосфера», в отличие от геологии и геохимии, естественно, имеет несколько иной смысл, более узкий. B геологии биосфера обозначает оболочку планеты, включающей косное вещество, гидросферу, части атмосферы и литосферы, а биофизики, не определяя ее специально, понимают под ней живые организмы. Оно близко по смыслу тому, что в экологии иногда именуется витасферой, или соответствует употребляющемуся в последнее время термину биота, который относится к любому уровню - от конкретного биоценоза до живой популяции всего земного шара. И, наконец, термин «хиральная чистота» означает полную диссимметричность живых структур, то есть отсутствие объектов в живой материи, которые были бы инвариантны к операции зеркального отражения изомеров.
0 хиральности биосферы существует большая литература. B нашей стране после исследований Г.Ф. Гаузе стало ясно, что не все структуры живых организмов проявляют диссимметрию, поэтому, по современной терминологии, хиральная чистота существует только в идеале326. B настоящее время с абсолютной достоверностью выяснилось, что чистотой обладают, зато, наиболее важные для жизнедеятельности клетки структуры. Они полностью, на сто процентов диссимметричны. Так, нуклеотиды и сахара - только правые, они обозначаются D-изомеры, в то время как аминокислоты полностью, на сто процентов левые, они обозначаются L-изомеры; а те и другие рядом - D и L - энантиомеры. Энантиомерами называются изомеры, проявляющие оптическую активность, следовательно, состоящие из асимметрических молекул только одной конфигурации. Другие, менее значимые структуры живой клетки могут быть не стопроцентно хиральны. Поэтому, когда говорят о «хиральной чистоте биосферы», имеют в виду наиболее значимые для информационных и функциональных взаимодействий биополимеры. Вот как биофизики обозначают это свойство: «Однако, с точки зрения хиральности эти биополимеры обладают одним примечательным свойством: нуклеотидные звенья PHK и ДНК имеют только D-конфигурацию (включая исключительно D- рибозу и D-дезоксирибозу, соответственно), а ферменты состоят только из L-энантиомеров аминокислот. Другими словами, первичные структуры ДНК, PHK и ферментов гомохиральны. Это свойство главных биологических макромолекул не имеет исключений»327. Значит, стопроцентная дис- симметричность иначе теперь называют гомохиральностью.
Один из первых исследователей гомохиральности талантливый, рано умерший физик JLJL Морозов с самого начала задал то направление, которое в настоящее время при всех исследованиях хиральной чистоты биосферы остается не обсуждаемым, господствующим, подразумеваемым. Он удивился хиральной чистоте биосферы, ее полной загадочности и начал искать и обсуждать причины, по которой однажды рацемические синтезы превратились в диссимметрические. Обратимся снова к современной и точной формулировке проблемы, как она видится тем же исследователям: «Часто хиральная специфичность биоорганического мира воспринимается как феномен нарушения зеркальной симметрии, проявляющийся в существовании жизни, если можно так выразиться, определенного «знака хиральности» и полном отсутствии каких-либо следов «зеркально антиподной» жизни. Однако даже при таком восприятии сразу возникает вопрос, а где именно искать причину нарушения симметрии - в ходе химической, предбиологической или уже биологической эволюции?
Интуитивно эти этапы молекулярной эволюции представляются различными, но какими бы они ни были, они привели к возникновению уникального полимерного мира - гомохиральных макромолекул, обладающих удивительными структурными и функциональными свойствами. Поэтому действительно ключевой нам представляется несколько иная проблема - как возникли го- мохиральные макромолекулы, сложность которых адекватна сложности информационных и функциональных носителей в биологии? Ответ на этот вопрос BO многом, если не во всем, может определить подход к вопросу о причинах нарушения зеркальной симметрии биосферы в целом»328.
Данная статья, как и множество других работ данного коллектива исходит из фундаментального аксиоматического представления о возникновении жизни на Земле и о последовательности трех этапов эволюции, каждый из которых имеет внутри себя собственную специфику: химическую, предбиологическую и биологическую. Очень характерно, что в списке литературы, на котором основывались цитированные выше авторы, буквально пестрят заголовки «the origins of life», «the origins of order», «химическая эволюция», «самоорганизация» и т.п. понятия, определяющие предвзятую позицию авторов по поводу происхождения жизни. Она является для них исходной и не обсуждаемой. Для них возникновение порядка из хаоса, жизни из химии, существование восходящей биологической эволюции считаются как бы доказанными положениями. A между тем на самом деле их следует сначала доказать, потому что в естествознании нет ни одного факта, который бы о них свидетельствовал. Зачастую за эмпирические факты принимаются теории, основанные на некоторых химических опытах в лабораториях, организуемых в свою очередь космологическими идеями или допущениями, или вовсе уж не называемо - религиозными чувствами. Bce пробы и поиски в направлении «самоорганизации» неживой материи в живую имеют пользу только для развития каких- либо побочных методов; в истории науки не счесть случаев, когда искали одно, а находили другое. Кеплер искал мировую гармонию сфер, а обнаружил законы планетных орбит.
По физической картине мира диссимметрия является явным нарушением, какой-то неправильностью. C точки зрения физической химии, как и с точки зрения всей химии и физики вообще, в природе должны образовываться только рацемические молекулы. Так действительно происходит в неживой природе, потому что это согласуется, прежде всего, со вторым началом термодинамики, или с третьим законом Ньютона, или с законом больших чисел, или с принципом наименьшего действия. Иначе говоря, рацемичность строения вещества прекрасно согласуется со всеми фундаментальными закономерностями движения неживой материи. Часто они являются не обсуждаемыми постулатами науки и открыты в ходе исследования движения инертных тел. Ha этом умственном фоне происхождение жизни само по себе представляется нарушением всех этих без исключения фундаментальных законов, и тем более таких тонких, которые ведут к равновесному синтезу. Естественно, создание гомохиральных молекул представляется как нарушение зеркальной симметрии.
Ha все такие рассуждения незаметно влияют философские и религиозные умственные конструкции, когда не очень заботятся о точности языка. Если говорят, что в природе должны образовываться только рацемические смеси конфигураций молекул, то не задумываются, что слово «природа» чрезвычайно неточное, оно не может быть научным понятием. Вряд ли его можно употреблять в старом смысле, если наука дошла до такой степени дифференциации своих объектов, что выяснила коренную противоположность живой и неживой материй. Следовательно, нужно специально оговаривать или иметь в виду, какая именно природа в данном конкретном случае подразумевается, живая или неживая, потому что все главные фундаментальные закономерности проявляются в них прямо противоположным образом.
Представление о биоактуализме, если уж не употреблять такого философски окрашенного слова как «вечность жизни», вносит принципиальную поправку в употребление терминов. B соответствии с ним надо исследовать то, что есть, а не как оно произошло. Надо исходить из существования жизни как таковой, внутри которой действует принцип Реди, или биогенез, и значит, есть только переходы OT ЖИЗНИ K смерти, но никогда наоборот. Диссимметрическое строение наиболее важных структур ЖВ - не нарушение, не патология, а норма, а патология - равновесность, ибо, житейски говоря, равновесие есть смерть. И потому порядок может возникнуть только из такого же порядка, в крайнем случае, снизиться по своей сложности, деградировать, но не повысить свое качество. Свойство живых молекул быть «гомохиральными» не является предметом выбора, живое не выбирает - быть ему рацемич- ным или диссимметричным, потому что рацемическое для него смерть, состояние равновесия. Живая молекула заряжена и напряжена заранее, в ней содержится источник роста и движения, в том числе и выбора, но совсем другого, который может осуществляться только с некоторой степенью свободы, которая уже существует. Биологическая степень сложности молекул принципиальна, она фундаментально существует, как и все фундаментальные принципы сохранения, и потому не может быть благоприобретенной, не может произойти из нуля. B синтезе ДНК нет случайностей, потому что у клетки нет времени для перебора всех возможных вариантов. 06 этом и пишут вышеназванные авторы. «Каждая из реально существующих последовательностей длиной, например, 150 и более звеньев (а именно такова сложность, говорят авторы, ДНК, PHK и ферментов или энзимов. - Г A.), заведомо «уникальная», поскольку подавляющая их часть не может быть реализована в принципе - просто
329
потому, что даже вся Вселенная исчезающе мала для этого» .
Так же как в случае с термином «природа», который требует эпитета «живая» или «неживая», у нас существует предвзятое отношение к другим словам, которые несут конструктивную нагрузку, например, «сложность». Bo всех понятиях такого рода, как сложность, синтез, химическое соединение, идея материального единства незаметно подменяется идеей эволюционного усложнения. Первое является полностью доказанным, есть принцип сохранения массы, второе - голословное положение. Считается априорно, что сложные химические вещества ко- гда-то где-то образовались, соединились из простых веществ. B общем виде мы изображаем на всех химических схемах, что молекулы состоят из атомов. Ho то, что молекулы строятся из атомов, вовсе не означает, что они из них где-то и когда-то образовались сами собой. Любое сложное соединение можно только раскладывать на атомы, но оно не складывается из них спонтанно. To, что вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, вовсе не означает, что она синтезируется именно из них, путем соединения двух каких-то свободных атомов водорода и одного отдельного атома кислорода в каких-либо «природных лабораториях». Ee образуют бактерии, но насколько я могу понять, выделяя из других минералов и газов, но не синтезируя из атомов, как на заводе. Поэтому вода всегда есть и в любых количествах, она переходит из одного раствора в другой, из одной фазы в другую, и образуется из более сложных или таких же по уровню сложности молекул, HO не с затратой энергии. Прекрасно известно, что такой синтез в лаборатории идет с поглощением огромного количества энергии, а в природе неживой все происходит, наоборот, по принципу наименьшего действия, а не с целенаправленными ее затратами. И это только достаточно простая, трехатомная молекула, количество которой и на Земле, и в ближнем космосе предостаточно. Bce спутники планет-гигантов и есть более или менее грязный лед, в том числе и водный.
Произнося слова «химическое соединение», мы подразумеваем процесс синтеза. Для нас это глагол, а не существительное. Ho сама химия строится на анализе вещества, а не на синтезе. B подавляющем большинстве реакций на химических производствах сложное разлагается на простое, или из очень, фантастически сложного вещества выделяется немного менее сложное и данные реакции тоже называются синтезом. Есть вещества, которые даже неизвестны по составу, настолько они сложны. Появились синтетические материалы, полимеры, полиэтилен - бесконечные цепочки соединений водорода, углерода и кислорода, однако они образуются человеком с применением теоретических знаний, алгоритма синтеза и определенных затрат энергии и эти процессы идут не сами собой, а целенаправленно, по чертежам, составленным человеком, который тоже есть «кантовская» реальность природы. Да такие молекулы и чрезвычайно просты по сравнению с живыми молекулами.
Ничего принципиально нового по сравнению с живой природой в лабораториях не происходит. И в живой клетке синтезируются сложные соединения по «чертежам», заложенным на другом уровне сложности, уже не биологическом и тем более не химическом - на информационном уровне.
Таким образом, источник сложных соединений расположен в ЖВ. Никакого другого не существует. Bce остальные известные нам места, в которые попадает сложное соединение, только разрушает его, нивелирует, упрощает. B зависимости от качества упаковки оно выдерживает более или менее длительную осаду излучений и неорганизованной тепловой энергии и в соответствие с принципом Ламарка исчезнет, если не будет включено снова в циклы живой природы. И если мы перестанем удивляться, как из простого произошло сложное, оставим эти вопросы философии и поэзии, мы перейдем на научные позиции, то есть будем подходить к явлениям с презумпцией их существования, но не их происхождения из более простых «сущностей» и «субстанций».
B одном обзоре на тему диссимметрии рассматриваются все возможные гипотетические механизмы, согласно которым однажды все- таки произошел выбор энантиоморфности330. Иначе говоря, спрашивает автор, как могло произойти, что из состояния с наибольшей энтропией, то есть рацемического состояния пространства химических соединений, возникло в биологических системах пространство с наименьшей энтропией? Как произошли системы с одними левыми или одними правыми молекулами? Обсуждаются и приводятся многочисленные исследования и расчеты различных случайностей: изменение знака магнитного поля Земли, падение гигантского метеорита, прохождение Земли через некие особые космические пространства, воздействие определенного космического излучения и т.п. Тем самым ищутся условия, при которых будет обойдено, как-то приостановлено действие одного из самых фундаментальных законов природы - второго начала термодинамики. Автор говорит, что переход от хирально чистого антипода к рацемату дает выигрыш в энергии 1, 38 кал/моль, тогда как обратный, который разыскивается в данных гипотезах, требует затрат 400 кал/моль331. A вот зато выигрыш, который найден, и есть подлинная, собственная энергетика биосферы: 1,38 кал/моль на одну молекулу. (He пропущено ли большое открытие?) Bce молекулы биосферы вместе дают ее совокупную структурную (она же биогеохимическая по Вернадскому) энергию. По сути дела, этот выигрыш в энергии и есть тот источник, который искал Бауэр, та работа, которая осуществляется ничем иным, как структурной энергией, до всякой ее подпитки внешними источниками энергии. A о том, куда идет эта внешняя, мы уже говорили выше.
Обсуждается и вторая возможность - переход от рацемических синтезов к диссимметрическим уже внутри биоорганического мира. To есть первоначально живые организмы развивались на рацемической основе, а затем путем эволюции и выбора лучших вариантов перешли к диссимметрическим молекулам. Ho в свете принципа устойчивого неравновесия такой путь не стоит даже и обсуждать, потому что живое с рацемическими молекулами - нонсенс, оно мертвое, а не живое.
Лучшим доказательством фантастичности всех этих предположений является сам биоорганический мир, причем бактериальная его часть. Бактерии не выказывают никаких признаков эволюции, они ныне те же, что и миллиарды лет назад. ДНК, РНК, ферменты бактерий также хирально чисты, как и биополимеры других живых существ. K ним никак нельзя применить понятия эволюции.
Большие умственные силы брошены на поиски того агента, который способствовал «нарушению» зеркальной симметрии. Вечность жизни по Вернадскому, принцип Ламарка и принцип неравновесности Бауэра снимают необходимость рассматривать диссимметрию как «нарушение», дают возможность подойти к делу с других позиций, где нарушением, то есть равновесием и нивелировкой будет как раз рацемичность любых молекул, и никакие из законов природы не нарушаются, а, напротив, способствуют функционированию ЖВ. Здесь надо, правда, сказать, что «гомохи- ральные молекулы» не воспринимаются пока в широкой научной среде как «диссимметрическое пространство», нет пока мышления в пространственно-временных терминах.
Когда правильная позиция восстановится, понадобятся как раз те усилия, которые будут направлены не на выяснение «нарушения», а на исследование значения, роли диссимметрического состояния пространства в ЖВ. И конечно, такие исследования ведутся, приходя в вопиющее противоречие с ложно выбранной основной исходной посылкой. Доказывается фактами, что хирально чистое состояние молекул выгодно живому по множеству биохимических и биофизических причин. Гомохиральностъ создает более тесные и прочные взаимосвязи между молекулами, предоставляет возможность для более интенсивных и быстрых взаимодействий, ускоряет передачу информации, упорядочение, кодирование, и автоконструирование, приводит к однозначности конечных результатов реакций, обеспечивает их огромную, немыслимую с технической точки зрения скорость, усиливает прочность конструкции полимеров и повышает устойчивость к разрушающим воздействиям332.
Таким образом, есть все основания сопоставлять диссимметрию Пастера с неравновесностью Бауэра, а биогеохимическую энергию Вернадского рассматривать как аналогию понятию «структурная энергия» Бауэра. Диссимметрические структуры как раз и есть те, которые всегда и везде стремятся спонтанно к рацемизации, для этого не нужно дополнительных затрат энергии333. A спонтанность и есть действие энтропии. Следовательно, термодинамическая выгодность диссимметрии согласована с «принципом Ламарка»: энтропия есть форма диссипации энергии, того потока, на пути которого стоит ЖВ и своей структурой оно улавливает с помощью диссимметрической структуры и извлекает из нее полезную часть.
По отношению к человеку данный процесс тоже различим, но не осмыслен теоретически, хотя попытки были. Например, Сергей Подолин- ский в XIX веке пытался отыскать новые принципы политэкономии, согласно которым труд человека есть такая форма затраты энергии, которая повышает ее ценность за счет упорядочивания процессов334.
Итак, принцип Ламарка показывает, зачем существует пространство и время жизни. Он вводит в наши понимание целесообразность ЖВ, некую «энтелехию»: ради чего жквое так устроено в пространственно-временном отношении? Проще говоря, с пространственной стороны однонаправленность пути энергии означает путь к рацемизации диссимметриче- ских структур, который никогда в живом не заканчивается. Пока одни молекулы разрядились в процессе работы, организм успел зарядить другие для той же цели.
Еще по теме Глава 20 Принцип Ламарка:
- РОЗДІЛ V ПРИНЦИПИ КОРПОРАТИВНОГО УПРАВЛІННЯ Глава 1. Відповідність законодавства України принципам корпоративного управління
- Глава 1. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ ПРИНЦИПА СВОБОДЫ ДОГОВОРА
- Глава VIII ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОВЕТСКОГО ГРАЖДАНСКОГО ПРАВА
- Глава II. Принципы избирательного права
- ГЛАВА IX. ПРИНЦИПЫ И ФУНКЦИИ ПРАВА
- К какому виду правовых принципов в теории права относится принцип состязательности:
- ГЛАВА 2. ЗАДАЧИ И ПРИНЦИПЫ ГРАЖДАНСКОГО СУДОПРОИЗВОДСТВА
- ГЛАВА 9. Общие принципы развития и строения сенсорных систем.
- К какому виду правовых принципов в теории права относится принцип равенства граждан перед законом:
- Глава 8. ПРИНЦИПЫ ПРАВОВОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ИНВЕСТИЦИОННЫХ ОТНОШЕНИЙ
- Глава 4. Принципи корпоративного управління щодо органів АТ
- ГЛАВА 2. ДОБРОСОВЕСТНОСТЬ КАК ПРИНЦИП ГРАЖДАНСКОГО ПРАВА
- Глава 17. ПРИНЦИПЫ ВЫХОДА ИЗ СИТУАЦИЙ ЗАТРУДНЕННОГО ОБЩЕНИЯ
- ГЛАВА IV. МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ПРИНЦИПЫ АНАЛИЗА ЦЕЛОСТНОСТИ ЛИЧНОСТИ
- Глава 17. ПРИНЦИПЫ ВЫХОДА ИЗ СИТУАЦИЙ ЗАТРУДНЕННОГО ОБЩЕНИЯ
- ГЛАВА IV. МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ПРИНЦИПЫ АНАЛИЗА ЦЕЛОСТНОСТИ ЛИЧНОСТИ
- ГЛАВА 9. Общие принципы развития и строения сенсорных систем