Страница 37 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука

Те виды рыб, которые естественный отбор оптимизировал для жиз­­­­­­ни в водной среде, передали свои особенности и двоякодышащим ры­бам. Но они не мо­гут напрямую стать основой эволюции на­зем­­ных жи­вотных. Препятствие тому – их приспособительное совершенство, в частности, выражен­ное стро­ением их костного скелета.

Рыбы для существования в экологической нише – толще воды – должны иметь возможность передвижения. Для этого нужен дви­же­тель. Идеального колеса в живой природе нет (хотя существуют у бактерий как редкость вращающиеся жгутики с молекулярными “шарикоподшип­ни­ками”). Соответственно для рыб невоз­можен как движетель челове­чес­кий “гребной винт”. Движе­те­ли в виде “вёсел” или “греб­ного колеса” эффективны на по­верхности воды, когда прямое и обратное движение происходит в раз­ных средах с существенно разным сопротивлением дви­жению. В толще воды их реализация затруднена. Реактивный движетель в воде возможен (и природа его использует), хотя и без “особого энту­зи­аз­ма” – в единичных видах живых существ.

Однако при движении в воде вдали от её поверхности существует про­стейший движетель – “размахивающий хвост”.

Все знают и видели на поверхности движущейся воды за препят­ст­вием (например, вертикальным бревном) до­рожку вихрей, чередующих­ся справа и слева по оси движения. В меха­ни­ке её называют – вихревая дорожка Кармана. Эти вихри есть один из источников соп­ро­тив­ления при движении в воде или в воздухе. “Обте­ка­е­мая форма”, которую при­да­ют лодкам и судам, нужна, в част­но­сти, для того, чтобы исключить об­разование вихревой дорожки или ослабить её. Именно обтекаемую фор­му имеет тело рыб.

Задачи механики как правило обратимы. Поэтому, если поместить в воду обтекаемое тело и с помощью поперечных движений его “хвоста” образовать за ним вихревую дорожку Кармана, то она создаст си­лу, ко­то­­рая направ­лена противоположно сопротивлению – толкает тело впе­рёд. Колебания хвоста рыбы поперёк направления её движения создают именно такую толкающую вихревую дорожку, обеспечивающую их дви­же­ние в толще воды.

Кстати, спортсмен-ныряльщик использует для движения оба знака вихревых эффектов. По­пе­реч­­ные движения ног создают вих­ревую до­рожку, толкающую его тело вперёд. Движение рук ны­ряль­щика впе­рёд – продольное, безвихревое, а назад – поперечное, с большим сопро­тив­ле­нием за счёт образования вихрей, позволяющее “опираться” на воду.

У рыб хвост как движетель хорошо коррелирует с принципами двига­те­ля у всех форм жизни – сокращающихся мышц. Для  работы  хво­ста рыб дос­та­точно поочерёдного сокращения мускулов на правой и ле­вой сто­ро­не тела по всей его дли­не или частями. Такой мускульный дви­­га­тель в сочетании с хво­с­том-движетелем  будет в два раза эффек­тив­нее, если по оси симметрии тела рыбы сущест­вует пассивная стержневая конст­рукция, более жёсткая, чем мышечная ткань. Поэтому способ дви­жения в во­де путём об­ра­зования вихрей за телом заставил отбор на са­мых ранних этапах эво­люции жизни сформи­ровать такой “стержень” как отличительную осо­бенность позвоночных.

Если посмотреть на палеонтологию с учётом пояснённого выше “вих­ревого” способа движения в толще воды, то будет видно как в при­роде реализовались все мыслимые (но совместимые с принципами ме­ха­ни­ки) случайные комбинации расположения мышечных тканей и кост­ной или хрящевой опо­ры для них. В частности, на поздних стадиях эво­лю­ции парал­лель­но существовали два класса рыб – хрящевые и кост­ные, которые объеди­ня­ет осевой хребет, жесткий в продольном направлении и до­ста­точно гиб­кий в поперечном. Осевой хребет оказался настолько эффек­тив­­ным для их передвижения, что позволил рыбам выйти в эколо­ги­чес­кую нишу от­кры­того океана.

Предшествовавшие им панцирные рыбы с кост­ными пластинами на поверхности тела преимущественно вымерли. Сре­ди раз­нообразных слу­чайных комби­на­ций хреб­та и по­верх­ност­ных пла­с­тин наш­лись такие, которые не препятствовали или даже помогали в выживании эф­фек­тивно передвигающихся рыб (например, осет­ровые). Сфор­ми­ро­вал их и cох­ра­нил стаби­ли­зи­рующий отбор по типу Б  на рис. 2.1. Какие-то из видов при этом вы­мер­ли, попав в тупик уз­кой специализации – стали жертвой со­вершен­ст­ва отбора. Но водная сре­да в истории эво­лю­ции жиз­ни наи­бо­лее консер­ва­тивна во времени. Поэ­то­му многие из узко спе­ци­а­ли­зи­ро­ван­­ных видов (которые обычно ста­но­вятся тупиками эволю­ции) в усло­виях вод­ной среды оказа­лись па­ле­он­толо­ги­чес­ки долгожителя­ми.

Cлучайность изменчивости то­г­да и потому становится достоверно­стью, когда ок­ружающая среда соз­даёт для реализующихся новых форм жизни избыточность в преиму­ще­ст­вах. В воздухе огромные воз­мож­­но­сти выживания выживающих созда­ёт вы­сокая концентрация кисло­ро­да. Она гарантирует, что разные ва­ри­ан­ты энергетики ор­га­низ­­ма, в том числе далёкие от оп­ти­маль­ности, обес­печат выживание новых видов.

Это до­пол­няет за­кон Архи­ме­да. В воде закон Архимеда осво­бож­дает скелет от гравитационой на­­г­­руз­ки тела – массивные кости “не нуж­ны”. Он же делает совме­сти­мым с вы­­живанием разра­ста­ние ненужных ко­с­тей. Этим га­ран­­ти­руется вы­­жи­­ва­ние вы­жи­ва­ющих с ог­ром­ным диапа­зо­ном уродств, утя­же­­ля­ю­щих ске­лет. По­э­тому генети­чес­­кая основа мас­сив­ных костей скелета, не­об­хо­ди­мых для поддержания те­ла в воздушной среде, могла возникнуть толь­ко у живущих в воде ор­га­­низ­мов – сила Архимеда раз­решает излишества при случайном изменении скелета.

В воздушной среде на по­верх­ности земли скачком переход от ске­ле­та рыб к скелету наземных жи­вот­ных невозможен – слиш­ком раз­ные ме­ханические требования к нему в во­де и на суше. Оптимальный “вод­ный” скелет есть тупик на суше. В нём нет основы для рабо­ты отбора.

На рис. 3.8 [57] изображены, приведенные примерно к одинако­во­му размеру, кости скелета передних конечностей разных пред­ков пер­вич­но вышедших на сушу жи­вот­­ных, включая летучую мышь, кита (вер­­нувшегося в водную среду) и позд­­­нюю ступень эволюции  че­ло­ве­­ка. Скелет конечностей тождественен. От­личия в аб­солютных размерах кос­тей и деталях соотно­ше­ний их относительной величины. Это зависит от продукции гор­мо­нов роста и чувст­ви­тель­ности их рецепторов, то есть легко регули­руются отбором при не­боль­ших гене­ти­ческих вариациях.

Классически выход позвоноч­ных на сушу всегда трактуется в тер­­ми­нах целесообразности – рыбы вышли из воды в новую, богатую пи­щевы­ми ресурсами сухопутную экологичес­кую нишу, а потому их плав­ники це­ле­нап­равленно эволюционно прев­ра­тились в ноги и сустав­ча­тые паль­цы. Это вульгаризация, ошибка. Подтверж­де­ние оши­­боч­но­сти таких взгля­­дов дали палеонтологические наход­ки. Пале­он­то­логи Н. Шубин и Т. Дэшлерс в Северной Пенсильвании в песчаниках Де­вон­с­ких отло­же­ний (Кэтскильской фор­ма­­ции) нашли плавник че­шуй­чатой ры­бы. Её дли­на около 2 мет­ров. Возраст находки – 400 мил­ли­о­нов лет. Она имеет хо­ро­шо сфор­ми­рованные восемь сус­тав­чатых пальцев.

Полный скелет этой рыбы не найден, поэтому вопросы остаются. Условия, в которых жила эта рыба – мелководье, возможно, болотистое, поэтому элементы “целесообразности” есть. Однако важнейшее то, что было пояснено выше – сила Архимеда разрешила в водной среде мас­сив­ный скелет. В нём содержится не­оп­тимальность по отношению к при­спо­собительным требованиям водной среды – уродство в виде сустав­чатых конечностей.  Ключевые особенности скелета наземных животных возникли как случай­ность до перехода рыб на сушу. Они были случай­но­стью, противоречащей требованиям оптимизации в водной среде, но сов­местимой с выживанием выживающих. В воздушной среде при пре­неб­режимо малой силе Архимеда, но интенсивной кислородной энерге­ти­ке, выживание выживающих на основе такого скелета получило новые воз­можности. Они реализовались. Но при отсутствии большой силы Архи­ме­да скелет уже не имел возможностей принципиальных изменений.  

Экстремумы иерархической энтропии острые. Но человек как наб­лю­датель принадлежит последним ступеням такой иерархии. Посмот­ри­те с такой точки зрения на рис. 3.8. Ведь передние конечности видов жиз­ни, которые принадлежат относительно далёким друг от друга  так­со­номическим градациям практически тождественны. Разница между ни­ми количественная, а не качественная. Скачок синтеза информации на основе принципа максимума производства энтропии создал генетичес­кую основу скелета наземных форм жизни. Количество информации в ней (определяемое логарифмом числа возможных случайностей для ске­ле­та) велико. Она защищает от изменений основу структуры скелета (в данном случае перед­них конечностей). Но процессы самоорганизации при стремлении к равновесию (синтеза информации согласно рис. 1.2) работают. Они изменяют количественные соотношения в скеле­те, не за­т­ра­гивая его принципов. Вульгарные внешние признаки руки пианиста и плавника кита несопоставимо различны. Структура и суще­ст­во – тож­де­ст­венны. Нужно ли искать переходные формы в тождест­вен­ном?