Страница 59 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен

Генетическая информация есть запомненный случайный выбор. Жизнь существует и эволюционирует на основе иерархического синтеза информации. Экспоненциальное размножение есть механизм запоминания при синтезе этой информации. Поэтому любое изменение процесса размножения для форм жизни обязательно должно приводить к существенным последствиям. В иерархической эволюции жизни такое огромное по значению изменение есть половое размножение.

Чтобы объяснить эволюцию способов размножения эукариот и её итог в виде возникновения пола, надо проанализировать (как и в любой задаче об эволюции жизни) конкретное взаимодействие случайностей, условий и запоминания. Как и во всех случаях синтеза информации, запоминание может происходить как путём экспоненциального роста энтропии-информации (на основе принципа максимума производства энтропии-информации рис. 1.4), так и с помощью возврата к “тупикам равновесия” (рис. 1.2). Случайности и условия при синтезе информации о способах размножения проявляют себя аналогично другим задачам эволюции жизни. Но конкуренция “окончательного” равновесия и роста энтропии-информации становится важнейшим принципом, формирующим механизмы размножения всех видов жизни.

Естественно, что анализ надо начать с предыдущей ступени иерархии жизни – размножения прокариот. Оно происходит в форме простейшего деления клетки пополам. При этом длина клетки постепенно увеличивается вдвое без изменения толщины. Возникает перетяжка в её середине и палочка-бактерия распадается на две идентичные клетки.

Прокариоты, как форма жизни, относительно просты. В них велика роль семантической информации. Но и не мало в них количество собственно информации. Ведь оно определяется случайностями, из которых запомнена единственная. Количество “отброшенных” вариантов было огромным, вероятность случайности, которая могла быть запомнена – мала. Это и есть большие количества информации в запомненном случайном выборе. Семантический коэффициент (1.30) в этом случае близок к половине. Большие величины информации и семантической информации создают для прокариот барьер, который самим фактом своего существования защищает прокариотическую клетку от ошибок в передаче генетической информации при её делениях. Поэтому иногда даже говорят о бессмертии как особенности прокариотической клетки.

“Внутри” каждой плоскости (рис. 1.7) преимущественно реализуется самопроизвольный процесс стремления к статическому равновесию. Живые системы активные – потребляют извне или производят сами энергию. Живая система (прокариотическая клетка) стремится к статическому равновесию на основе критериев устойчивости 1 и 4 на рис. 1.2. Подвод энергии этому препятствует. Устанавливается динамическое равновесие метаболизма клетки на основе критериев устойчивости 2, 3, 5 на рис. 1.2. При нём производится энергия и энтропия-информация в соответствии с условиями, в которых находится система. Но оно эфемерно, так как производство энергии в живых системах избыточно.

Каждая из клеток (как биологический объект) при этом стремится к статическому равновесию, но достигнуть его не может из-за избыточности производимой энергии. В примере деления прокариотической клетки избыточное поступление энергии приводит к росту её размеров. Возникает динамический процесс возврата к равновесию, который состоит в том, что клетка делится на две идентичные – сохраняет особенности своей структуры за счёт возврата к “старой” клетке в парадоксальном виде воспроизведенной дополнительно новой клетки, тождественной исходной (которая была до избыточного накопления энергии).

Статический предел равновесия клетки отличается от такого динамического процесса. Он есть прекращение размножения – сохранение клетки в неизменном виде. Препятствует его достижению избыточное производство энергии клеткой. Если оно сокращается (перестаёт быть избыточным), то для динамического равновесия (даже при небольших отрицательных возмущениях производства энергии) становится достижимым статический предел.

В любой плоскости переход к равновесию есть преимущественный процесс, имеющий разные эффективные формы реализации. Поэтому, как правило, при ухудшении внешних условий происходит не просто остановка размножения, а формируется один из экстремумов 1, 4 на рис. 1.2, обеспечивающих прочность равновесия.

Морфологически это отображают сложные изменения клетки – носителя жизни – и её взаимодействий с окружением, в результате которых формируется неразмножающийся, то есть “неживой” биологический объект. В данном случае статическое равновесие есть предел состояния живой физической системы. Переход к равновесию есть материальный процесс. Равновесная прокариотическая клетка морфологически и по внешним признакам должна отличаться от размножающейся.

В терминах биологии это означает, что должна существовать обязательная, важнейшая особенность жизни – условия внешней среды могут останавливать размножение клеток, переводя их (в случае прокариот) в состояние статического равновесия, то есть “неживых” объектов. Эта особенность жизни есть достоверный факт. Его реализации хорошо известны, например, в виде спор бактерий.

Конкретно для прокариот, например, для бактерии Bacillus subtilis [57], когда исчерпываются питательные вещества, переход к статическому равновесию существенно изменяет её структуру. У клетки при подготовке к очередному делению (в условиях, когда поступление энергии ухудшилось) с одной стороны клетки (в объёме порядка 10% от первоначального) собираются её плотные составляющие и ДНК. Они существенно обезвожены. Вместо обычного деления от клетки отделяются эти десять процентов её объёма, которые образуют новый объект – спору.

Живая клетка Bacillus subtilis превращается в “неживой” объект-спору. Спора устойчива к нагреванию, высушиванию и другим внешним воздействиям, гибельным для самой прокариотической клетки. Она может оставаться неизменной столетия и тысячелетия. В определённых условиях (их называют – благоприятными) спора накапливает воду и восстанавливает свою форму делящейся прокариотической клетки – опять становится живым объектом.

Превращение размножающихся бактерий в статические равновесные объекты – споры является самопроизвольным процессом, так как в плоскости все процессы направлены в сторону равновесия. Эти процессы не только самопроизвольны – они имеют преимущественный характер.

Среди равновесных (статически или динамически) объектов, возможных для плоскости , предпочтительнее те, для которых экстремум “глубже”. Это тавтологично утверждению, что естественный отбор закрепляет образование новой формы клетки (например, споры) как формы равновесия, предпочитая это остановке размножения морфологически неизменной бактерии.

Возникает парадокс – если размножения нет, то нет и жизни. Равновесие споры есть форма гибели клетки – тупик равновесия. Спора не есть живая клетка. Она физический равновесный объект. Она не обязательно должна быть обратимой – возобновлять деление. Несомненно, что в истории эволюции жизни было множество видов клеток, необратимо погибших при изменениях внешних условий вместо того, чтобы образовать споры. Они есть и сегодня в виде клеток, гибнущих при определённом составе, давлении или температуре окружающей среды. Поэтому жизнь, содержащая статически равновесные формы клеток, возможна в том случае, если отбор из случайностей выделит клетки, которые в одних типовых условиях приходят к остановке размножения (к равновесию), но способны при других условиях (столь же типовых) размножаться вновь.

Этот парадокс не есть исключение. Он – подавляющая реальность всех форм жизни. Это возможно, если есть закономерные причины таких обратимых переходов. Их задаёт второе начало термодинамики как причина стремления к равновесию и одновременно как утверждение – вечное равновесие невозможно. Поэтому “поощряется” физико-химическими законами случайная обратимая реализация переходов: динамическое равновесие живой клетки статическое равновесие “законсервированной”. В состав этих законов кроме второго начала термодинамики входит и принцип структурной комплементарности. Он гарантирует, что нарушением равновесия “законсервированной” клетки (которая неспособна к размножению) может быть не только её распад, гибель, но и восстановление способности к размножению. Это делает паузу в размножении (типа образования спор) важнейшей составляющей жизни.

Парадоксальным образом источниками размножения живых организмов как целостных объектов (индивидуумов) могут быть равновесные, не размножающиеся споры – “неживые тупики равновесия”.

Иерархическое усложнение форм жизни каждый раз приводит к новым плоскостям . В пределах этих плоскостей “целью” является равновесие. Поэтому как бы не были сложны иерархически высшие формы жизни, для них обязательно, с вероятностью единица возникают клетки, реализующие тупик развития – невозможность размножения. Причём, если на младших ступенях иерархии жизни остановка размножения есть ответ на внешние условия, то на старших ступенях, в частности, при возникновении полового размножения эта конкуренция является системой, без которой невозможно продолжение жизни.

В связи с исключительной важностью этого еще раз подчеркну: причина существования двух принципиально разных форм жизни – не размножающейся жизни (типа спор) и жизни как активного метаболизма и размножения клеток – есть второе начало термодинамики в сочетaнии с принципом максимума производства энтропии (и следствием этого – принципом структурной комплементарности). То есть именно те фундаментальные причины, по которым существует жизнь во Вселенной.

Следующая за прокариотами иерархическая ступень эволюции жизни есть эукариoтические клетки. У них симбиоз, приводящий к образованию самостоятельного организма – клетки, переходит на следующую ступень иерархии. Её характеризует более совершенная энергетика в виде появления симбионта – внутриклеточной “электростанции” – митохондрий. Клетка получает выраженную макроструктуру, включающую в себя оболочку и ядро, в котором сосредоточены хромосомы как локальная среда, в которой существует ДНК.

Конкуренция равновесия и размножения остаётся обязательным законом и для эукариотической клетки. Но эта клетка более сложная. Один и тот же первичный закон обязательно должен приводить к результатам, отличным от реализованных у прокариот. Их выражают половые способы размножения сложных организмов, основанных на эукариотических клетках. “Тупик равновесия” в виде остановки размножения в этом случае реализуют специализированные половые клетки – гаметы.

Соматические клетки высших организмов (мышечные клетки или клетки печени, кожи, сердца и т.п.) разные, хотя в большинстве (за малыми исключениями к которым относится мозг) имеют одну и ту же ДНК. Разница специализации этих клеток не затрагивает их ДНК.

Половые клетки есть один из многих вариантов случайностей при размножении клеток в организме. От всех других клеток они отличаются тем, что содержат ошибку, дефект ДНК, который препятствует размножению этих клеток – превращает их в “тупик равновесия”.

Опять-таки, как и при переходе на ступень прокариотов, процессы формирования эукариот и далее полового способа размножения эволюционны. Это эволюция “выживания выживающих”, включающая скачки, а не постепенное превращение малых задатков, якобы, содержащихся в предшествующих формах жизни. Эти задатки существуют, но они есть условия для симбиоза объектов, которые возникли на предыдущем уровне иерархии, а не упрощенные аналоги признаков, которые в процессе отбора постепенно увеличивают свою выраженность.

Эволюционный в таком смысле переход создаёт скачкообразно новые объекты, которые (первично без “оглядки” на объёмы ресурсов) экспоненциально реализуют “выживание выживающих”. Возможность перехода к равновесию есть особенность при размножении всех форм жизни. Её конкретное выражение у простейших форм жизни и как половой процесс у высших форм жизни – противоположно. Перед тем, как привести дополнительные примеры и пояснения этого, напомню описание возникновения и эволюции пола в обычных формулировках дарвинизма.

Страница 59 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука