Эволюционная триада

Оценивая современное состояние научных проблем, относя­щихся к области биологии, один из крупнейших биологов XX столе­тия, Николай Тимофеев-Ресовский, писал: «В мире пока нету тео­ретической биологии, сравнимой, эквивалентной в каком бы то ни было смысле тому, что называют теоретической физикой. И нету

потому, что нету или не было до последнего времени биологичес­ких более-менее общих естественно-исторических принципов» [132].

Классическая естественно-научная картина мира, в основу ко­торой положены физические принципы, сформулированные Гали­леем и Ньютоном, была построена в XVIII в. Построить аналогич­ную картину для биологического мира, как утверждает Тимофеев-Ресовский, будет невозможно до тех пор, пока не удастся обосно­вать достаточное количество общих биологических принципов. Таких принципов, по его мнению, известно только два — это прин­цип естественного отбора Дарвина и принцип ковариантной реду­пликации. Смысл второго биологического принципа, сформулированного самим Тимофеевым-Ресовским при участии М. Дельбрю­ка и К. Дарлингтона, состоит в том, что наследственная информа­ция, дискретно кодируемая в генах, передается от поколения к поколению.

По мнению Тимофеева-Ресовского, теоретическая биология станет возможной, если удастся обосновать третий общий биоло­гический естественно-исторический принцип, решающий проблему прогрессивной эволюции. Эта проблема состоит в том, чтобы найти однозначные доказательства того, что длительно действую­щий естественный отбор ведет именно к прогрессивной, а не к регрессивной эволюции. По этому поводу Тимофеев-Ресовский замечает, что до сих пор не ясно, кто более прогрессивен — человек или чумная бактерия.

И только опираясь на эти три основополагающих принципа будущей теоретической биологии — естественного отбора, ко­вариантной редупликации кодов наследственной информации и прогрессивной эволюции, — можно будет перейти к решению пер­вой задачи теории: критической оценке эволюционного учения, включая проблему возникновения и развития жизни.

Из МБК-концепции следует, что в универсальном банке ин­формации мэона могут содержаться и коды программ эволюции самоорганизующихся систем, включая такие их свойства, как не­линейность, стохастичность, неравновесность, неопределенность, бифуркации. Принципиальная особенность динамики нелиней­ных систем — многовариантность эволюционных трендов. Выход на тот или иной из них зависит от случайных факторов. Однако в силу синергетических принципов подчинения и влияния будуще­го на настоящее после случайного выбора в зоне бифуркации даль-

нейший ход процесса эволюции канализируется в направлении одного из виртуальных альтернативных сценариев.

В зоне бифуркации решающее воздействие на выбор направле­ния эволюционного вектора могут оказать семантические импуль­сы, поступающие в перестраиваемый геном из мэона с помощью, например, торсионных или электроторсионных воздействий. Это явление можно назвать эффектом семантического давления. Возможность поступления импульсов антиэнтропии в генетичес­кий информационный банк живых самоорганизующихся систем — следствие принципа консиенции, или способности всех матери­альных объектов участвовать в информационном обмене с мэоном [68].

Существование семантического давления угадывал А. Бергсон в своем учении о жизненном порыве. «Это дление, — писал он о невидимом потоке сознания, — принадлежит не самой материи, это дление самой жизни, elan vital» [16]. Близкие идеи высказывал американский палеонтолог Г. Осборн, попытавшийся синтезиро­вать виталистические и энергистские концепции с неодарвиниз­мом. Другому палеонтологу и одновременно крупному философу, П. Тейяр де Шардену принадлежит концепция радиальной косми­ческой энергии, определяющей прогрессивный характер эволю­ции [129].

Принцип семантического давления находится в соответствии с другим общефизическим законом — принципом минимума дисси­пации энергии, установленным Л. Онсагером. Из этого принципа следует, что эволюция всегда осуществляется в том направлении, при котором обеспечивается снижение рассеивания энергии, иными словами, минимальный рост энтропии. Этому требованию отвечают более сложно организованные живые существа, обла­дающие более совершенной нервной системой.

Доказательство принципа Онсагера для условий, не очень да­леких от термодинамического равновесия, дано И. Пригожиным в книге «Порядок из хаоса» [108]. Перестройка генома популяции под действием семантического давления мэона, которая становит­ся возможной в условиях бифуркации, — причем исключительно в этих условиях — это возможный механизм, определяющий под­чинение эволюции живых самоорганизующихся систем принципу Онсагера. Следствием принципов Онсагера и семантического дав­ления мэона является принцип прогрессивной эволюции от про­стого к сложному.

Дадим термодинамическую интерпретацию принципа семан­тического давления. Ансамблю виртуальных частиц, образующих квантовый вакуум, можно приписать энтропию, которая, очевид­но, в среднем должна быть равна нулю:

S = 0. (4.13)

Поскольку квантовый вакуум не содержит реальных частиц, для которых справедливо второе начало термодинамики, в нем не происходит роста энтропии.

Однако это не исключает квантовых флуктуации энтропии и, следовательно, отрицательной энтропии. Из формулы (4.4) следу­ет, что из мэона в мир материальных объектов может поступать поток антиэнтропии, сопровождающийся отрицательными флук-туациями времени ∆t < 0. Из-за отсутствия для мэона стрелы времени импульсы антиэнтропии, поступающие в материальный мир из семантического потенциала мэона, могут выполнять функ­цию постоянно действующего источника семантического давле­ния. Условием, когда эти импульсы могут быть восприняты объектами материального мира, является возникновение бифурка­ции, при котором минимальные воздействия начинают играть фундаментальную роль (см. ч. 1).

Информационную насыщенность квантовых флуктуации антиэнтропии можно оценить по формулам (4.1) и (4.4). Нет осно­ваний полагать, что «температура» физического вакуума существенно отличается от абсолютного нуля.

Принимая Т ~ 10^-10 °К, получаем оценку количества информации:

∆I~∆S~5∙10⁴² бит. (4.14)

Для сравнения: запас генетической информации человека равен 6·10⁹ бит, а запас культурной информации человечества в целом — 10¹⁹ бит. Эти оценки носят, разумеется, условный харак­тер.

В гл. 4.8 было показано, каким образом может осуществляться детектирование негэнтропийных импульсов, поступающих из мэона, атомно-молекулярными структурами живых существ. Сле­дуя A.M. Хазену, рассмотрим, как это способно влиять на наследственность [146].

Если в окружающей среде создаются необходимые условия, то в организме начинается воспроизведение молекул ДНК — носите-

лей наследственной информации, или генов. Иными словами, осу­ществляется синтез генетической информации. Этот процесс, как и все, что происходит с материальными объектами, подчиняется второму началу термодинамики:

dS

— = f (S_n, S_i), (4.15)

dt

где S_n — поток энтропии через систему;

Si — ее производство в этой системе.

Для живых систем производство энтропии определяется веро­ятностями различных физических и физико-химических процес­сов.

Энтропия обладает свойством аддитивности и ее полное прира­щение:

∆S = S₁+ S₂ +... + Si +... (4.16)

Случайные изменения параметров окружающей среды вследст­вие синтеза информации могут получить отражение в геноме — проявится эффект, известный как мутация. Импульсы антиэнтропии, поступающие на вход атомно-молекулярных структур гено­ма, можно рассматривать наравне с другими факторами окружаю­щей среды. Здесь, однако, существует одно принципиальное отли­чие: воздействие окружающей среды может приводить как к пози­тивным, так и к негативным мутациям, в то время как импульсы семантического давления в силу их антиэнтропийной направлен­ности должны чаще приводить к мутациям благоприятного характера. Остальное сделает естественный отбор: полезные приобрете­ния закрепляются в последующих поколениях, а вредные и не­удачные отбраковываются.

В силу аддитивности энтропии синтез генетической информа­ции осуществляется ступенчатым образом и носит иерархический характер. Условие аддитивности (4.15) означает, что с ростом но­мера иерархической генетической ступени соответствующая вели­чина прироста энтропии Si уменьшается.

Отсюда следует, что количество генетической информации, не­обходимой для перехода к все более сложным формам живого, пропорционально уменьшается. По этой причине геном человека, например, отличается от генома шимпанзе всего на несколько про­центов. Другим следствием этого фундаментального свойства син-

теза генетической информации является то, что по мере перехода ко все более сложным формам живого естественному отбору тре­буется все меньше времени для того, чтобы закрепить в популяции полезный признак. Так, самым быстрым из всех известных эволю­ционных переходов оказалось формирование мозга человека, — несомненно, наиболее сложного и наиболее совершенного биоло­гического приобретения.

Локальное уменьшение энтропии в результате синтеза генети­ческий информации становится возможным потому, что живые существа представляют собой открытые системы, способные обме­ниваться с окружающей средой энергией, веществом и информа­цией, т.е. энтропией. Можно думать, что всякий раз, когда на какой-нибудь планете создаются условия, соответствующие возникновению жизни, это с необходимостью происходит. Роль триг-герного механизма, запускающего этот процесс, способны выполнить импульсы семантического давления мэона, обеспечивающие на всех последующих этапах прогрессивный характер эволюции.

Рассматриваемая концепция семантического давления и его роли в возникновении и развитии жизни позволяет дать новую интерпретацию старой гипотезе Сванте Аррениуса о космической панспермии. В нашем варианте в роли поступающих из космоса «зародышей» жизни выступают импульсы семантического давле­ния мэона. Следствием этой гипотезы должен быть тот факт, что жизнь, скорее всего, широко распространена во Вселенной. Веро­ятно, достаточно много должно быть и очагов разумной жизни. Однако ни одного такого очага, несмотря на длительные поиски, до сих пор обнаружить так и не удалось, а проблема еще ждет своего истолкования (см. ч. 5).

Парадокс ноокосмического вакуума покажется еще более уди­вительным, если учесть, что развитие жизни на нашей планете происходит в строгом соответствии с принципом прогрессивной эволюции, о котором идет речь в этой главе. Продумывая этот вопрос, П. Тейяр де Шарден спрашивал: «что за особая энергия заставляет развиваться Универсум по своей главной оси в менее вероятном направлении все более высоких форм сложности и внутренней сосредоточенности?» [129]. Было бы очень странно, если бы эта энергия, которую мы назвали семантическим давлени­ем, привела к возникновению жизни только на одной крохотной планетке, затерянной в безбрежных пространствах Вселенной.

Суммируя современные представления о возникновении и эво­люции жизни, можно назвать три основные концепции:

1. Эволюция есть реализация изначально предшествующей Идеи, осуществление программы божественного творения. У ис­токов этой концепции стоял Платон.

2. Эволюция обусловлена воздействием факторов окружающей среды на фенотип особи, происшедшие изменения у которой пере­даются по наследству. Эту точку зрения отстаивал в начале XIX в. Ж. Ламарк, а в советской России Т. Лысенко использовал эти идеи для разгрома отечественной биологической науки.

3. Обусловленные мутациями изменения генетической инфор­мации путем естественного отбора передаются по наследству. Это дарвинизм.

Споры между сторонниками эволюционной теории и концеп­цией творения не закончены. Особую остроту этим спорам во все времена придавало столкновение различных идеологий, а основа­нием для них служил открытый характер научных теорий.

Незавершенность теоретической биологии и методологические трудности учения Дарвина приводили к попыткам искать ответ на неразгаданные загадки жизни за пределами существующей науч­ной парадигмы. Вот типичное для подобных исканий высказыва­ние одного из основоположников квантовой механики Э. Шредингера, сделанное в его известной книге «Что такое жизнь?» «Мы вправе предполагать, — писал он, — что живая материя подчиняет­ся новому типу физического закона... Новый принцип — это под­линно физический закон: на мой взгляд, он не что иное, как опять-таки принцип квантовой механики». Анализ проблемы жизни ме­тодами физики, пишет Шредингер, с необходимостью приводит к выводу о существовании Творца [153].

Коллега Шредингера на ниве создания квантовой механики В. Гейзенберг поставил вопрос: не следует ли, говоря о случайных дарвиновских мутациях, задуматься над понятием «намерение»? «Возможно, что случайность, — пишет он в книге «Часть и целое», — играющая в дарвиновской теории столь важную роль, является чем-то более сложным и тонким, чем кажется на первый взгляд, причем именно потому, что она подчиняется законам квантовой механики» [33].

Более конкретный разбор незавершенности дарвиновской Диады «мутации плюс отбор» принадлежит крупному русскому физику-теоретику Дмитрию Блохинцеву [20]. Известны такие приспособления, пишет он, которые становятся полезными, толь­ко достигнув совершенства, а потому не могут возникнуть путем накопления медленных изменений от поколения к поколению.

Так, электрический угорь обладает высоковольтной электри­ческой батареей, ударами тока которой он поражает своих врагов, но сам от них не страдает. Физики могли бы создать подобное устройство, хотя это не так просто. А вот постепенно наращивать электрическое напряжение, для чего годится естественная эволю­ция, — занятие совершенно пустое: оно не причинит вреда никому, кроме самого «изобретателя». Оба эволюционных приобретения — генератор высоковольтных электрических импульсов и систему защиты самого себя от них — угорь должен был получить одновре­менно, причем сразу в полном объеме.

Приведем еще один аналогичный пример: бабочка каллима, сложив крылья, приобретает вид и форму сухого листа с прожил­ками и стебельками и даже с изображением дырочек, которые проедают на листьях личинки жуков. Для чего нужна такая сверх­изощренная мимикрия, если ни один враг не в состоянии разли­чить этих тонких художеств?

Жучок-плавунец, убегающий от хищника по поверхности воды, выпускает в его сторону струйку жидкости, уменьшающей поверх­ностное натяжение. Преследователь проваливается, и охота пре­кращается. Химикам, чтобы подобрать жидкость с такими свойст­вами, пришлось бы изрядно потрудиться.

Оценим вероятность случайного возникновения подобных на­ходок эволюции. Если новая генетическая информация содержит N букв, то вероятность ее появления

Р = exp (-N ∙In N). (4.17)

Если, например, N = 20, то Р = 10 ^-26. Задача облегчается, если учесть аддитивность и иерархичность структуры генетической ин­формации, определяемой формулой (4.16). Но даже и в этом слу­чае речь может идти только о том, что подобный блок генетической информации может возникать лишь как целостная система, при­чем сразу из какой-то готовой информационной матрицы.

Если не обращаться к идее божественного творения, которая лежит вне пределов научной методологии, то естественным выхо­дом представляется переход от классической дарвиновской диады «мутации + отбор» к синергетической эволюционной триаде «мутации + семантическое давление + отбор». Принятие этой триады позволяет видоизменить концепцию эволюционного про­цесса.

А сам принцип семантического давления можно рассматривать как третий фундаментальный закон теоретической биологии, о необходимости введения которого в науку говорил Н. Тимофеев-Ресовский. Принятие этого закона означает, что к двум дарвинов­ским конструкторам биологической эволюции — мутациям и есте­ственному отбору — в качестве третьего добавляется семантичес­кое давление мэона, имеющее антиэнтропийную направленность.

Нельзя исключить, что границы применимости принципа се­мантического давления лежат далеко за пределами одной только биологической эволюции. Говоря о возможности создания единой физической теории, специалист в области космологии С. Хокинг спрашивает в своей книге «Краткая история времени»: «Почему Вселенная идет на все хлопоты существования? Неужели единая теория так всесильна, что сама является причиной своей реализа­ции? Или ей нужен создатель, а если нужен, то оказывает ли он еще какое-нибудь воздействие на Вселенную? И кто создал его?» [147]. Похоже, у нас есть возможность дать ответ на вопросы Хокинга, предложив на роль этого «создателя» принцип семантического давления и приписав ему универсальный характер. Ведь мэон су­ществует «до» и «независимо» от мира материальной Вселенной!

Глава 4.12