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

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.

Рис. 3.8.

Закон Архимеда в водной среде делает совместимыми с выживанием в ней монстров с разными вариантами уродств скелета. В процессе перехода на сушу отбор работает с ними. Он запоминает практически единственный вариант, но “соглашается” с тем, что он повторяется элементами, разной величины.

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?

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