Эрвин Шрёдингер - Что такое жизнь?
Обзор положения в биологии
Развертывание событий в жизненном цикле организма обнаруживает удивительную регулярность и упорядоченность, не имеющие себе равных среди всего, с чем мы встречаемся в неодушевленной материи. Мы видим, что организм контролируется в высшей степени хорошо упорядоченной группой атомов, которая составляет только очень незначительную часть общей массы каждой клетки. Более того, на основании создавшейся у нас точки зрения на механизм мутаций мы приходим к заключению, что перемещение всего лишь немногих атомов внутри группы "управляющих атомов" зародышевой клетки достаточно для того, чтобы вызвать весьма определенное изменение наследственных признаков большого масштаба.
Это, вероятно, наиболее интересные факты из тех, которые наука открыла в наши дни.
Мы склонны признать их в конце концов не столь уже неприемлемыми. Удивительная способность организма концентрировать на себе "поток порядка", избегая таким образом перехода к атомному хаосу, - способность "пить упорядоченность" из подходящей среды, по-видимому, связана с присутствием "апериодических твердых тел", хромосомных молекул. Последние, без сомнения, представляют наивысшую степень упорядоченности среди известных нам ассоциаций атомов (более высокую, чем у обычных периодических кристаллов) в силу той индивидуальной роли каждого атома и каждого радикала, которую они здесь играют.
Говоря кратко, мы видим, что существующая упорядоченность проявляет способность поддерживать сама себя и производить упорядоченные явления. Это звучит достаточно убедительно, хотя, находя это убедительным, мы несомненно исходим из опыта социальных организаций и других явлений, опирающихся на активность организмов. Поэтому может показаться, что получается нечто, подобное порочному кругу.
Обзор положения в физике
Как бы то ни было, но следует снова и снова подчеркнуть, что для физика это положение дел кажется не только невероятным, но и чрезвычайно волнующим, поскольку оно не имеет прецедента. Вопреки обычным представлениям регулярное течение событий, управляемое законами физики, никогда не бывает следствием одной, хорошо упорядоченной группы атомов (молекулы), если, конечно, эта группа атомов не повторяется огромное число раз, как в периодическом кристалле или в жидкости, или, наконец, в газе, которые состоят из большого количества одинаковых молекул.
Даже когда химик имеет дело с очень сложной молекулой in vitro, он всегда встречается с огромным количеством одинаковых молекул. К ним приложимы его законы. Он может сказать вам, например, что через минуту после того, как начнется определенная реакция, половина всех молекул прореагирует, а после второй минуты то же произойдет с тремя четвертями молекул. Но будет ли определенная молекула - если предположить, что вы можете за ней проследить - находиться среди тех, которые прореагировали, или среди тех, которые остались нетронутыми, этого он не сумеет предсказать. Это вопрос чистой случайности.
И это не только теоретическое рассуждение. Мы вовсе не всегда неспособны наблюдать судьбу отдельной маленькой группы атомов или даже единичного атома. Иногда мы можем это сделать. Но всякий раз, как мы это делаем, мы встречаемся с полной неупорядоченностью, которая только в среднем из большого числа случаев приводит к закономерности. Мы разбирали уже пример этого в главе I, Броуновское движение малой частицы, взвешенной в жидкости, совершенно беспорядочно. Но если имеется много подобных частиц, они своим беспорядочным движением дают начало закономерному процессу диффузии.
Распад единичного радиоактивного атома поддается наблюдению (он посылает снаряд, который вызывает видимое мерцание на флуоресцирующем экране). Но если имеется единичный радиоактивный атом, то вероятный срок его жизни менее определенен, чем у здорового воробья. Действительно, - относительно этого срока можно сказать только, что все время, пока атом существует (а это может продолжаться тысячи лет), вероятность его распада в следующую секунду, велика она или мала, остается той же самой. Это очевидное отсутствие индивидуальной определенности тем не менее дает в результате точный экспоненциальный закон распада большого количества радиоактивных атомов одного и того же вида.
Поразительный контраст
В биологии мы встречаемся с совершенно иным положением. Единичная группа атомов, существующая только в одном экземпляре, производит закономерные явления, чудесно настроенные одно в отношении другого и в отношении внешней среды, согласно чрезвычайно тонким законам. Я сказал, существующая только в одном экземпляре, ибо, в конце концов, мы имеем пример яйца и одноклеточного организма. Это верно, что на последующих стадиях у высших организмов эти экземпляры умножаются. Но в какой степени? Что-нибудь вроде 1014 у взрослого млекопитающего, как я себе представляю. Ну что же: это только одна миллионная того количества молекул, которое содержится в кубическом дюйме воздуха. Хотя сравнительно и объемистые, но вместе эти группы атомов образовали бы только крошечную каплю жидкости. И посмотрите, каким образом они распределяются. Каждая клетка дает приют лишь одной из них (или двум, если мы будем иметь в виду диплоидию). Поскольку мы знаем силу этого крошечного центрального аппарата в изолированной клетке, не напоминают ли они нам станции местного правительства, рассеянные по всему телу и с большой легкостью поддерживающие связь одна с другой благодаря общему для них всех шифру?
Это, конечно, фантастическое описание, может быть более подходящее поэту, чем ученому. Однако не нужно поэтического воображения, а только ясное и трезвое научное размышление, чтобы понять, что мы здесь встречаемся с явлениями, регулярное и закономерное развертывание которых определяется "механизмом", полностью отличающимся от "механизма вероятности" физики. Ибо это просто наблюдаемый факт, что в каждой клетке руководящее начало заключено в единичной атомной ассоциации, существующей только в одной копии (или иногда в двух), и такой же факт, что оно направляет события, служащие образцом упорядоченности. Найдем ли мы удивительным или весьма естественным, что маленькая, но высоко организованная группа атомов способна действовать таким образом, положение одинаково беспрецедентно. Оно не известно нигде за исключением живого вещества. Физик и химик, исследуя неодушевленную материю, никогда не встречали феноменов, которые им приходилось бы интерпретировать подобным образом. Такой случай еще не возникал, и поэтому теория не покрывает его - наша прекрасная статистическая теория, которой мы справедливо гордились, так как она позволила нам заглянуть за кулисы и увидеть, что могущественный порядок точных физических законов возникает из атомной и молекулярной неупорядоченности; теория, открывшая, что наиболее важный, наиболее общий и всеохватывающий закон нарастания энтропии может быть понят без специального допущения для данного случая, ибо энтропия- это не что иное, как сама молекулярная неупорядоченность.
Два пути возникновения упорядоченности
Упорядоченность, наблюдаемая в развертывании жизненного процесса, возникает из иного источника. Оказывается, есть два различных "механизма", которые могут производить упорядоченные явления: "статистический механизм", создающий "порядок из беспорядка", и новый механизм, производящий "порядок из порядка". Для непредвзятого ума второй принцип кажется более простым, более вероятным. Без сомнения так это и есть. Именно поэтому физики были горды установлением первого принципа - "порядок из беспорядка", которому в действительности следует природа и который один дает объяснение огромному ряду природных явлений и, в первую очередь, их необратимости. Но мы не можем ожидать, чтобы "законы физики", выведенные из этого принципа, оказались достаточными для объяснения поведения живого вещества, наиболее удивительные особенности которого, видимо, в значительной степени основаны на принципе "порядок из порядка". Вы ведь не станете ожидать, что два совершенно различных механизма могут обусловить один и тот же тип закона, как не будете ожидать, что ваш дверной ключ обязательно сможет так же хорошо открывать и двери вашего соседа.
Нас не должны поэтому обескураживать трудности объяснения жизни с помощью обыкновенных законов физики. Ибо это именно то, чего следует ожидать, исходя из знания, достигнутого относительно структуры живого вещества. Мы должны ожидать, что в живом веществе преобладает новый тип физического закона. Или мы должны назвать его нефизическим, чтобы не сказать: сверхфизическим законом?
Новый принцип не чужд физике
