Страница 64 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука

Молекула ДНК в составе иерар­хического роста энтропии-ин­фор­­мации (ряд (1.29) в главе I) есть пред­ста­ви­тель младших (по от­ношению к жизни) членов этого ряда (рис.5.3). Её ок­ружающая среда в силу обяза­тель­ных об­ратных связей за­ви­сит от за­пом­ненной инфор­ма­ции на уров­нях последую­щих чле­нов ряда (1.29). Это показано на рис. 5.3 стрел­ками, ото­бра­­жающими по­с­тавку на младшие уров­­ни иерар­хии веществ, произведен­ных на стар­ших уровнях.

Каждый следующий член ряда иерархии эво­лю­ции жизни воз­ни­ка­ет как скачок на основе принципа мак­си­мума произ­вод­ства энт­ро­пии-ин­фор­мации, конкретным выражением кото­рого являются за­пом­ненные му­та­ции. Идёт ли речь о клетке или о слож­ном организме, мута­ция есть из­менение в ДНК как молекуле. Для то­го, чтобы оно было за­пом­нено, не­об­хо­дима сог­ласованность способнос­тей к гетерокатализу, которые внесла мута­ция, с продуктами и транспорт­ным процессами в ок­ружении данной ДНК. В этом мутация зависит от сту­пеней иерархии, более стар­ших по от­­ношению к ДНК. Ясно, что вероят­ность случайной мута­ции ДНК, которая согласованно одномо­мент­но изменит все иерар­хи­чес­кие “скач­ки”, запоминание которых соз­дало вид жизни, нич­тож­на. Ведь старшие ступени иерархии образовались в своих условиях, по сво­им законам.

Мутация в ДНК не есть одномоментный процесс. Она содержит две составляющие, роль в которых случайностей различ­на:

Первая составляющая мутации в виде возбуждения молекулы ДНК. Оно про­хо­дит последовательно через все участки ДНК.

Вторая составляющая мутации есть возврат молекулы ДНК из возбуж­ден­­но­го состояния в основное.

Раз­ные комбинации кодонов в ДНК энергетически равноправны. Поэтому основное состояние как ста­тический результат завершённой мутации неоднозначно. Оно контро­ли­рует­ся законо­мер­нос­тями, завися­щи­ми от веществ, произво­ди­мых с участием данного и соседних уров­ней иерар­хии энтро­пии-ин­фор­ма­ции, а также условиями, зависящими от этих уровней. Этим возможные виды мутаций ограничены. Экспери­мен­ты это потверждают тем, что искусственные мутагены вызывают только такие мутации, которые существуют как спонтанные (см. п. g параграф 6 главы IV). Если условия не могут обеспечить в окрестности ДНК мик­ро­сре­ду, нуж­­­­ную для гетерокатализа и размножения на его основе новой по фор­ме ДНК, то нет мута­ции (как запомненного состояния ДНК сов­мест­но с её окружением). Вместо неё есть не­об­ратимо изменённая моле­ку­ла ДНК, не совместимая с метаболизмом клетки – ги­бель клет­ки.

В процессах возврата к равновесию участвуют индуцированные пе­реходы. Они могут повышать частоты мутаций на порядки. Но это всегда есть переходы, направленные к старому или новому равновесию. С учётом предыдущих и последующих ступеней иерархии такие равно­ве­сия возможны далеко не всегда, но выбор происходит из тех случай­но­с­тей, которые потенциально равновесиями быть могут. 

Подчеркну – общее свойство молекул ДНК (как отмечалось в главе II) состоит в энергети­ческом равноправии разных последовательностей кодонов в них. Состав окружающих ДНК веществ контролирует вид мо­лекулы ДНК, восстановленной после её возбуждения. Соседние члены ря­да (1.29) могут  влиять на струк­туру ДНК как молекулы с помощью про­дуктов, про­изводимых на их уровнях иерархии.

На уровне ступеней (рис. 5.3) иерарахии вида “ДНК – клет­ка” стар­­шая ступень – клетка и её органеллы – есть непо­сред­ст­вен­ная прост­ран­ст­венная микроокрестность ДНК. В таких условиях от­но­си­тель­но ко­роткие цепи взаимодействия ДНК с внутренней средой клет­ки (в силу осо­бен­ностей, которые были подробно рассмотрены в гла­вах II – IV) мо­гут привести к согласованию со старшими иерархическими сту­пе­нями некоторого числа мутаций в ДНК (схема рис. 5.3 упро­щен­ная и в ней не показаны иерархические плоскости возникновения в клет­ке сим­би­оза кон­кретных органелл).

На уровне конкретных ферментов-бел­ков и реак­ций (в терминах ре­парации повреждение и переносов участ­ков ДНК, и по­доб­ного) про­цес­сы в клетке, связанные с мутациями, се­го­д­ня исследо­ва­ны, отнюдь, не ма­ло, но детали здесь упоминать не буду.

Уровни иерархии, ответчающие объединению клеток в мно­го­кле­точ­ный ор­ганизм оказываются слишком далеки от ДНК как фи­зи­ко-хи­ми­чески, так и пространственно. Возникает вид мутаций, для которых уров­ни иерархии “ДНК – клетка” изме­ня­ются сог­­ласованно с размноже­нием мутировавшей ДНК, но невозмож­но со­гла­­со­вание со старшими уровнями иерархии (организма в целом). Это есть раковые клетки.

У растительных клеток есть какие-то су­гу­бо конкретные особенно­с­ти внутриклеточных и межклеточных взаимо­дей­ст­вий, которые изменя­ют взаимодействия клетки и организма, поэтому у растений рак встре­ча­ет­ся как исключе­ние. Весьма вероятно, что это име­ет общие при­чи­ны с “вечным” размножением растительных клеток, про­ис­ходящим при ве­ге­та­тивном воспроизводстве растений (о чём упо­ми­на­лось в параграфе 5 этой главы). Это же должно быть и при­чиной, разре­ша­ющей для расте­ний прививки. В другой терминологии можно сказать, что рас­тения имеют систему им­му­нитета “свой – чужой”, ко­торая прин­ци­­пи­аль­но от­ли­чается от такой сис­темы у животных.

В начале этой главы было определено, что детерминизм эволю­ции жизни и её представителей задан порогами, внутри кото­рых на-хо­дят­ся слу­чай­ные нейтралистские изменения. Детерминизм расте­ний и детер­минизм животных отличается конкретной величиной этих по­ро­гов. Несомненно, что это же относится и к грибам, и к конкретным видам внутри этих крупных таксономических градаций.

Это можно пояснить уже использовавшейся аналогией. Образова­ние рек, прудов, озёр, морей закономерно в том смысле, что вода всегда будет течь вниз. Но оно одновременно случайно, так как случаен рельеф поверхности земли. И оно ограничено условиями, среди которых есть гло­бальное – должен существовать источник воды. Дальше сами потоки, пруды, озёра, моря опять вводят закономерную составляющую, форми­руя свой конкретный вид. 

Это же относится и к эволюции жизни. Направление роста энтро­пии вводит в возникновение и эволюцию жизни столь же жёсткую зако­но­мерность, как движение воды вниз. Однако река при этом возникнет только в том случае, если есть источники воды и случайности, опреде­ля­ющие возможность её движения вниз. Доминирующего условия роста энтропии-информации недостаточно для возникновения и эволюции жиз­ни. Нужна “вода” и случайности “рельефа местности”. Эта аналогия пояс­няет сочетание случайностей и детерминизма в воз­ник­новении и эволюции жизни. Эволюция жизни случайна, но имеет за­дан­ное ростом энтропии-информации направление и средства для дви­же­ния в нём.

По­ловое размноже­ние (как класс процессов) возникает в резуль­тате слу­чай­ностей, контро­ли­руемых движущей силой эволюции (см. гла­ву IV). Синтез информации о нём есть ре­зуль­тат работы этой силы в виде реальных процессов, осу­ще­ст­вляющих синтез информации на осно­ве критериев рис. 1.2, 1.4. Его следствием являются новые возможности оптимизации в виде репа­ра­ции пов­реж­дений в ДНК, согла­су­ю­щей гете­ро­­ка­тализ с участием мо­лекулы ДНК и про­цес­сы на соседних ступенях иерар­хии энт­ропии-информации.

Половое размножение вводит особый вид “мутаций”. Гаметы есть результат максимального случая возбуждения ДНК и одновременно парадоксально имеют статически равновесную форму. Их контролирует отбор путём запоминания их неравновесной энергетической из­быточ­но­сти в связанной форме.

Оплодотворение есть возврат в основное состояние, начинаю­щий­ся от метастабильного состояния пол­ностью возбуждённой моле­кулы ДНК. Он приводит к “мутациям”, направление которых задают инду­ци­рованные переходы и которые за­ведомо обеспечены продуктами за счёт процессов на соседних сту­пе­нях иерар­­­хии эн­т­ропии-информа­ции. Про­из­водство и баланс этих про­дук­тов зависят от спе­цифических управ­ля­ю­щих ве­ще­ст­в – гормо­нов и ней­ромедиато­ров, являющихся пе­реносчи­ка­ми термодинамической си­лы, зависящей от информации. По­э­то­му опло­до­творённая ДНК (то есть за­вершившаяся сугубо специфи­чес­ким об­ра­зом мутация) будет вы­жи­ва­ни­ем выживающих с относительно высокой вероятностью даже тогда, ког­да гаметы получают реальные слу­чайные пов­режде­ния. Это есть та максимальная репарация поврежде­ний ДНК, которую вводит в клет­ку половой процесс. Мейоз необходим для “бес­смер­тия” клетки по­тому, что формирует парадок­саль­ное рав­новесие воз­буж­дён­ной ДНК. При взаимном оплодотворении гамет новая клетка начинает деления от “нуля”. Его соз­даёт возбуждение ДНК, превы­ша­ю­щее локальные возбуждения рис. 4.7. Оно возникает, когда объединя­ют­ся ДНК равновесных гамет.

Половой процесс (в том числе с участием реальных мутаций) соз­да­ёт сугубо ограниченные возможности изменчивости организмов. В первую очередь движущая сила эволюции формирует те варианты из­мен­чивости, которые содержат в себе результаты, уже проверенные вы­жи­ванием выживающих. Это создаёт важные и интересные особенности отбора с участием полового процесса. 

Для любого вида жизни “хвосты и уши” (внешние вульгарные при­з­наки) формируются на его са­мом старшем уровне иерархии энтропии-информации. Фигурно отрезая уши или безжалостно отрубая хвосты не­воз­­можно ввести в ДНК результаты как генетически насле­дуе­мый приз­нак. Но старшие ступени иерархии энтропии-информации ис­поль­зуют как свои элементы объекты предыдущих ступеней этой иерар­хии. Суще­ствует сила, действующая так, чтобы работали все (ранее зак­реп­лённые запоминанием) уровни энтропии-информации.

Для высших форм жизни цепочка иерар­хии синтеза информации (ряд (1.29)) длинная и сложная. Разрешённых вариантов в ней немного. В ре­зуль­тате возни­ка­­ют случаи, когда результат полового отбора кажет­ся парадо­ксаль­ным, так как в нём решающим становятся не случайные мутации как повре­ж­де­ния ДНК, а перебор “мутаций”, заданных раннее реализованными синтезами информации, включающими в се­бя вли­яние старших ступеней иерархии энтропии-информации.

В связи с этим неизбежно начинаются рассуждения о недостаточ­но­сти мутаций как источника наблюдаемых изменений, о дивергенции и конвергенции в эволюции. Всё гораздо проще и одновременно сложнее.

Например, как многократно подчеркивается в моих работах (см. [2] – [10]), ба­ланс мужских и женских гормонов есть важнейший фактор, опреде­ля­ю­щий взаимную доброже­ла­тель­ность или агрессивность особей (во вся­ком случае у мле­ко­питающих). Поэтому отбор по добро­же­ла­тель­ности [87] толь­ко кажущимся образом есть отбор именно по этому приз­наку. Реаль­но отбор идёт по мутациям в генах системы размно­жения, уп­рав­ляющих формированием гор­мональной си­с­темы размножения и де­та­ля­ми её работы. Но это мутации в смысле изменений в ДНК при воз­вра­те гаплоидных (метастабильных) половых клеток в ос­новное со­стояние в виде деля­щих­ся соматических клеток. 

“Мутации”, по которым, как правило, происходит половой отбор при видообразовании на уровне старших ступеней иерархии энтропии-информации – это есть выбор из случайностей, каждая из которых уже проверена на совместимость со всеми (в том числе и самыми старши­ми) ступениями иерархии энтропии-информации в ряде (1.29), ответст­вен­­ном за данный вид живых организмов. По этой причине межвидовых гибридов на уровне половой гиб­ри­дизации ДНК почти не об­на­ружено. Виды отличают старшие члены ряда (1.29). Виды по оп­ре­делению и есть виды потому, что эти члены ряда у них различны при об­щих младших членах ряда. “Гиб­­рид­ная ДНК” мо­жет воз­ник­нуть, энергетические со­об­ра­жения это не запрещают, но она проти­во­речива в другом – должна раз­мно­жать­ся в условиях других старших ступеней иерарахии. Их отличает состав синтезируемых про­дук­тов и ус­ло­вий, которые вли­я­ют на ДНК.

Отсюда результат, который обычно при­нимается как основа опре­де­ле­ния понятия вид – невозможность поло­вого скрещи­ва­ния между раз­ны­ми видами, дающего плодовитое потомст­во. Отсюда же недоумение, когда в таксономии встречаются как исклю­че­ние ви­ды, меж­ду которыми возможно скрещивание, дающее пло­до­витое по­том­­ст­во.

Такие исключения не удивительны, если учесть, что случай­но­с­ти продолжают оставаться основой и для “му­таций” как элемента поло­во­го процесса. Случайности есть случайности, а потому возможен, пусть и ред­ко, такой их вариант, ког­да существенно отличные (с точки зрения че­ловека) внешние признаки могут отвечать тождественным про­дуктам и условиям в той части, которая осуществляет обратное влияние на ДНК на уровне младших ступеней иерархии. Для таких исключений общность признаков у разных видов больше, чем для рядовых нескрещивающихся видов. Естественно, что об­щность оп­ре­деляется не по “хвостам”.

Поскольку в половом процессе случайность есть важнейшая сос­тав­ляющая, то должно существовать и обратное исключение – жизнес­по­собные, размножающиеся межвидовые гибриды. Да ещё на уровне отли­чий, более крупных таксономических градаций, чем виды. И они дейст­ви­тельно есть – многие виды насе­ко­мых. Это исключение, пред­став­лен­ное сотнями тысяч видов, только под­чёр­кивает правило.