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

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.