Александр Гордон - Диалоги (май 2003 г.)
М.К. Ну что же, расширяющейся Вселенной свойственна неравновесность. И многие процессы, протекающие во Вселенной, неравновесны, в том числе и жизнь. Жизнь можно охарактеризовать как открытую неравновесную систему, находящуюся в стационарном состоянии, когда приток вещества и энергии равен оттоку.
В неравновесных системах могут проходить процессы самоорганизации. Эти системы становятся чувствительны даже к очень слабым воздействиям. Они становятся чувствительными к слабым гравитационным полям, к электромагнитным полям. Короче говоря, эти системы становятся необычайно чувствительными к любым флуктуациям. И они способны подстраиваться под изменяющиеся условия. Кроме того, эти системы ещё и стремятся к уменьшению производства энтропии. Одним из мощных антиэнтропийных факторов является усложнение системы. Поэтому усложнение, о котором сказал Михаил Наумович, определяется именно состоянием системы, её неравновесностью. И эти усложнения, конечно, протекают с участием обратных связей, либо положительных, либо отрицательных.
Что можно сказать об общности законов физики и химии для живых организмов? Размеры клетки определяются законами диффузии. Известно, что масса клетки растёт пропорционально кубу, а поверхность клетки, через которую осуществляется диффузия веществ, также растёт, но пропорционально квадрату. Значит, клетка не может быть очень большой. Таким образом, закон диффузии накладывает ограничения на размеры клетки.
Ещё пример – мы все прекрасно знаем, что стволы растений, крупных деревьев, скажем, имеют в разрезе радиальную форму. Вот эта радиальная форма определяется гравитацией. Скажем, «торпедовидная» форма животных, быстро перемещающихся в плотных средах – акул, дельфинов – определяется гидродинамическими законами. Наконец, размеры или, вернее даже, масса летающих птиц определяется законами аэродинамики. Самая большая птица, которая может летать, это дрофа, и она не может иметь весь больше 23-24 килограмм.
Александр Гордон: Жить в физике и быть свободным от физики невозможно.
М.К. Невозможно. Законы физики диктуют очень жёстко конформацию живой материи.
М.Л. Если можно, я тут скажу несколько слов. Уже прозвучало, что и неживой и живой материи присуще свойство самоорганизации. Надо сказать, что это очень важная концепция – концепция самоорганизации, которая известна давно и происходит от естественных наук. Она стала более широкой и глобальной по своему значению, влиянию и применению, чем первоначально.
Здесь существенно подчеркнуть, что самоорганизация возникает в открытых системах, где должны быть развитыми системы обратных связей – положительных и отрицательных. Положительные обратные связи важны в том отношении, что в нелинейной системе может самопроизвольно происходить переход из одного состояния в другое. Флуктуация, которая связана положительными обратными связями с этими условиями, позволяет ей самой не самоуничтожаться быстро, а продолжать действовать. И постепенно системе уже невозможно оставаться в предыдущем состоянии, и она переходит в новое. А отрицательные обратные связи стабилизируют ситуацию. Поэтому мы имеем во времени некий переход. В пространстве он может сопровождаться образованием диссипативных структур, вообще, неким формообразованием. И это существенно. Причём, имеются системы с накоплением изменений.
Система может запомнить изменение, а потом его усилить на следующих циклах. Это тоже объединяет и физические законы, и то, что может иметь место в биологических системах. Об этом мы ещё поговорим попозже.
М.К. Я хотел бы поговорить о том, каким образом процессы, существующие в неживой материи, используются живыми системами. Так скажем, передача энергии в сопряжённых химических реакциях происходит через промежуточный продукт. Если мы себе представим реакцию, скажем, А-В-С, а следующую реакцию сопряжённую С-D-E, то С будет общим продуктом для этих двух цепочек химических систем, причём, в одной она будет конечным продуктом, а в другой системе будет начальным продуктом. Такие процессы существуют в неорганической природе, и они очень широко распространены в биологической природе.
И очень важны для понимания функционирования живых систем так называемые процессы кросс-катализа. Например, реакция Жаботинского-Белоусова, где химические молекулы синхронно меняют своё тождество, и раствор превращается по цвету то в красный, то в синий. Эту реакцию называют «химическими часами» – через равные промежутки времени меняется цвет раствора. Это объясняется тем, что конечный продукт катализирует начальный продукт, это кросс-катализ. Такие реакции широко наблюдаются в биологии. Скажем, синтез нуклеиновых кислот определяется белками. А структура белков, и их синтез определяется нуклеиновыми кислотами. Кросс-катализ имеется и в неживой природе, и в живой природе, то есть существует некий континуум эволюционных процессов в этих системах.
М.Л. В итоге такого вступления мы постарались проследить примеры закономерностей, известных из физики и хорошо уже проверенных, в частности, закономерностей самоорганизации, и сделать качественные выводы, которые очень похожи на то, что имеет место и в живой природе. Это даёт больше оснований думать о том, что они действительно связаны между собой. И вообще говоря, в чём-то природа едина и не нуждается в каких-то специфических, очень иногда надуманных концепциях, объясняющих непреодолимое различие между неживой и живой природой. Мы, конечно, не касаемся всего сразу. Здесь очень много вопросов можно задать. Мы можем говорить только о том, о чём говорим сами.
И ещё можно сказать вот что. Концепция рождения и развития Вселенной, собственно, не такая уж старая. Когда я учился в школе, нас учили, что Вселенная безгранична, она никогда не начиналась во времени, и никогда не закончится. И уже начав работать, я узнал, что существуют просто захватывающие по своему сюжету сценарии развития Вселенной, – это уже вторая половина XX века.
Любопытно вот что отметить. Считается, что XX век – это время триумфа биологии. Сколько много важных Нобелевских премий присуждено за выдающиеся работы в области биологии и примыкающей к ней медицине. Много работ, конечно, и по физике удостоено Нобелевской премии. Но среди выдающихся достижений науки, на мой взгляд, как-то не очень заметно то, что сделал ряд учёных (их не так много), которые разработали концепцию Вселенной. Просто для этого нужно иметь глубокие профессиональные знания, гораздо более глубокие, чем может пропустить через себя даже человек, имеющий высшее образование. И в этом трудность – как донести это до слушателей, читателей, зрителей.
А.Г. Ещё одна проблема. Дело в том, что наблюдательные экспериментальные данные, особенно в астрофизике, с каждым днём обновляются, прибавляются, заставляют теоретиков менять свои представления о том, что было справедливо ещё год назад, два года назад. Поэтому, конечно, астрофизика – и космология, как следствие, – сейчас тоже впереди, на коне. Но всё-таки, не проводя жирной черты между живой и неживой природой, утверждая, что и та, и другая развиваются и действуют по одним и тем же законам усложнения, самоорганизации и усложнения – всё-таки мы натыкаемся-то на невозможность экспериментальным путём получить ту самую первую форму жизни, ту самую первую, не знаю, как её назовём, – «матрицу», способную репродуцироваться. И это остаётся огромной загадкой.
М.К. Я бы на этот вопрос ответил так. В неравновесных системах идут необратимые процессы. Время имеет направленность, и поэтому невозможно повторить то, что уже было. Попытки это сделать, правда, предпринимаются, но, в общем, они большого успеха не имеют. Дело в том, что, скажем, амфибии произошли от рыб. Но амфибии не могут превратиться в рыб. Ступеньки такие: рыбы, амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие. Млекопитающие опять вернулись в воду, дельфины, китообразные – но ведь они не приобрели жабры. Они решили эту проблему иначе. То есть эволюция необратима. В зоологии это формулируется как закон Долло. Но это лишь частный случай общего закона однонаправленности времени.
А.Г. Но, тем не менее, присутствуют же регрессивные формы в эволюции, когда некий вид сознательно отказывается от морфологических признаков, которые он приобрёл в течение эволюции – по сути дела, упрощаясь, а не усложняясь. Это же тоже эволюция.
М.К. Это характерно для многих паразитов. Паразит возлагает часть функций на хозяина, система паразит-хозяин при этом усложняется.
А.Г. Продолжайте, извините, что перебил.
М.К. Я хотел ещё остановиться на основной нашей концепции, мы почему-то о ней ничего не сказали – на том, что материя принимает формы в соответствии с условиями. И, как я уже говорил, – в сильно неравновесных состояниях материя подстраивается под условия.
