Александр Гордон - Диалоги (май 2003 г.)
В биологии тоже такое возможно, и в химии это возможно. И в этом смысле самоорганизация – это действительно процесс, который очень широк по своим возможностям. Вот о чём я хотел сказать.
М.К. Я хочу немножко рассказать о процессах самоорганизации, проходящих в живых системах. Ты упомянул очень интересную вещь – это эстафетность эволюции. Потом поговорим подробнее об эстафетном характере эволюции.
Молекулы ферментов синтезируются на матричной РНК из аминокислотных остатков и имеют линейную форму. Потом уже идёт сложный процесс, когда они «сходят» с этого конвейера, и молекулы приобретают трехмерную структуру, они усложняются, самоорганизуются. И сама молекула, организуется таким образом, что свободной энергии становится мало. Причём жизненные процессы идут только в водной среде. В воде, которая окружает её, энтропия увеличивается. Так что энтропия воды либо остаётся на постоянном уровне, либо даже возрастает. Но в системе молекулы она уменьшается. Это ещё раз подтверждает, что неравновесные процессы, в общем, ведут не всегда – это не абсолютная вещь – но, по крайней мере, иногда ведут к уменьшению энтропии.
Рибосомы, на которых идёт синтез белка, самоорганизуются. Есть такой фермент альдалаза: если её подкислить, то она диссоциирует на две нефункциональные части. Если её до нейтральной pH довести, скажем, до 7, то они опять реассоциируются. Они помнят о том, как они были когда-то соединены. Причём, эти реакции очень специфичны.
Нативные гемоглобины ассоциируются только от того животного, от которого они произошли.
Теперь я хотел бы немножко поговорить об эстафетном принципе эволюции. Прежде, чем появился гелий, был водород… И даже можно раньше начать. Прежде, чем появилась молекула, был атом. Дальше я перейду сразу к живому, не буду дальше развивать эту мысль. Сначала появился химический элемент, потом молекула, потом комплексы молекул, потом межмолекулярные комплексы, мембраны, различные органеллы, как я уже говорил, рибосомы – даже частицы вируса подвержены самоорганизации. Но всё это происходит, как вы видите, эстафетно. Сначала простая форма организации, на её базе строятся следующие формы и так далее. Сначала рыба, потом амфибия, амфибии предшествуют рептилиям, а рептилии предшествуют птицам и млекопитающим. То есть имеется некий процесс, в котором обязательным условием для возникновения следующей сложной организации является предшествующая ей менее сложная организация.
А.Г. То есть, грубо говоря, не изобретается сначала велосипед, а потом мотоцикл. Сначала велосипед, потом велосипед с моторчиком, потом велосипед с гораздо более сильным моторчиком. И уж только потом…
М.К. В последнее время молекулярные биологи у многих организмов секвенировали геномы – это последовательность нуклеотидных оснований ДНК. И это позволило выявить, что организмы, далеко отстоящие друг от друга систематически, как например, человек и мышь, имеют до 95% одинаковых генов. Раньше в это вообще бы никто бы не поверил. Из этого видно, что эволюция имеет необратимый эстафетный характер.
М.Л. Это тоже рассматривать как пример специфической самоорганизации – постепенной, в меняющихся условиях. Я тут повторю Славу: в меняющихся условиях живая система по принципу физико-химических процессов, протекающих в ней, формирует обратные связи, которые именно и дают приспособление к условиям и закрепляют некие новые признаки. А поскольку все эти системы нелинейные и неравновесные, это возможно. И где-то происходит насыщение подобного процесса, вступают в действие обратные связи другого знака, идёт закрепление. Это может идти на уровне химическом, физико-химическом, на уровне уже более крупномасшатбном. В конце концов, ведь нельзя говорить о том, что появившееся новое живое – новый вид, скажем – что он будет сам по себе жить. Новый вид будет жить в условиях реального мира, среди других живых существ, где идёт борьба за выживание – хотя это и не определяет всё. Определять всё будут вот эти цепочки обратных связей.
М.К. Относительно борьбы за существование, я вам должен сказать, что эволюция идёт в экосистемах. И одним из самых талантливых, я бы так сказал, энергичных учёных, развивающих эту идею (она возникла значительно раньше, у Вернадского; Берг говорил ещё об этом), является академик Заварзин. Он считает, и это, по-моему, совершенно верно, что отношения в экосистемах преимущественно кооперативное. Именно поэтому существует организм и поэтому существует система.
А в качестве простого примера можно привести, скажем, синтез кислорода растениями, который используют млекопитающие, и выдыхание углекислого газа, который используют растения. Достаточно отключить какую-то систему, и вся эта экосистема может рухнуть. Значит, это отношение всё-таки кооперативное, и это объясняет существование в экосистемах, на Земле и очень примитивных организмов, очень древних (сине-зелёные водоросли до сих пор можно найти), и высоко продвинутых, таких, как человек, скажем. То есть эти организмы занимают соответствующие экологические ниши, и они могут существовать только вместе, раздельно они не могут существовать. Поэтому обязательное условие существования отдельного индивидуума – соответствие системе.
Что интересно, и в социологии это проявляется. Вот пророки крупных религий, и Магомет, и Христос, они не соответствовали по своим взглядам системам, и они вначале подвергались гонению. Значит, когда что-то не соответствует, тогда начинает работать естественный отбор. То есть естественный отбор, на мой взгляд (может быть не абсолютно, но в большинстве случаев), играет консервативную роль в эволюции.
М.Л. Стабилизирующую роль.
М.К. Он стрижёт, как говорится, то, что выросло, он придавливает. Вот что можно сказать о гетерогенных системах.
А.Г. Но стрижёт, простите, признаки и прогрессивные, и регрессивные?
М.К. Да, да – и прогрессивные, и регрессивные. Так что побеждает не сильнейший, а побеждает соответствующий. Когда мы наблюдаем, скажем, ритуальные бои за самку у птиц или у млекопитающих, часто это интерпретируется так, что побеждает сильнейший. Но на самом деле побеждает соответствующий взглядам самки на то, каким должен быть самец её вида. Понимаете, он должен себя вести типично, так, чтобы самка сказала: «Да, вот это голубь». Не канарейка или какой-то другой вид птицы. То есть эти ритуальные бои подтверждают его самость, его принадлежность к этому виду.
А.Г. Всё-таки, если можно, в нескольких словах об эволюции неживой материи. Потому что с живой материей всё более-менее понятно. Но если жизнь и нежизнь развивается по одним и тем же законам, то мы должны находить следы эволюции неживой материи не в первые три минуты существования Вселенной, а до сегодняшнего дня.
М.К. Я могу ответить на этот вопрос?
М.Л. Ради Бога. А я добавлю.
М.К. Дело в том, что, во-первых, стартовые условия на Земле в известной мере определили эволюцию. Одна из основных гипотез происхождения Земли та, что после взрыва сверхновой газовые облака и остатки сверхновой в результате вращения сформировали Солнечную систему, в центре которой звезда и вокруг неё вращаются планеты. Так вот в планету Земля случайно попали 20 химических элементов, которые необходимы для построения жизни. Кроме того, сформировалась определённая плотность этой планеты и её…
А.Г. Удалённость от Солнца.
М.К. …её удалённость от Солнца. Вот эти условия позволили сформироваться жизни. Таких условий на других планетах Солнечной системы нет, и пока мы там жизни достоверно не находим. Мы её ищем и очень тщательно, но пока ничего не получается.
Так вот, в первые, ранние периоды образования Земли химические элементы, которые в неё вошли, начали «развиваться» сами собой, автоматически, с обратными связями – хотя это не живая система. Из неорганических элементов под влиянием солнечной энергии и энергии тепла Земли начали появляться органические молекулы. Появились все аминокислоты, появились все нуклеотидные основания, появились сахара, липиды, то есть те кирпичики, из которых составляется жизнь.
И вот в данном случае я бы хотел перейти, может быть, к более интересному…
А.Г. Нет, вы не спешите. Мы только подошли к самому интересному. Хорошо, в результате самоорганизации, самоусложнения живой материи возник набор органических веществ. А как они-то самоорганизовались?
М.К. Этот процесс длился около миллиарда лет. Предполагается, что на основе тех механизмов, о которых мы говорили, начали формироваться комплексы молекул, мембраны, органеллы, клетки. Я хочу сказать на эту тему следующее. Здесь присутствует всё-таки редукционный подход. Мы говорим о частях и потом пытаемся их соединить. Живая система, как она функционирует?
