Предисловие редакторарусского перевода

Научно-популярная книга, одним из авторов которой является лауреат Нобелевской премии, английский ученый Питер Медавар, посвящена наиболее фундаментальным и представляющим всеобщий интерес проблемам современной биологии.

Авторы сочетают высокий научный уровень с увлекательным и ясным стилем изложения. Книга рассчитана на интересующихся современными проблемами биологии, а также на специалистов — биологов, психологов, социологов и философов.

м

2001000000—414

041(01)—83172—83, ч. I

ББК 28.0 57.022

 

Редакция научно-популярной и научно-фантастической литературы  

Питер Медавар, Джин Медавар НАУКА О ЖИВОМ

Научный редактор Р. В. Дубровская,Мл. научный редактор М. А. Xарузина

Художник В. С, Стуликов. Художественный редактор Ю. Л. Максимов Технический редактор Н. И. Манохина. Корректор В. И. Постнова

ИБ № 2825

Сдано в набор 14.02.83, Подписано к печати 19.09.83. Формат 84х108,/з;. Объем бум, л. 3,25. Бумага типографская № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Уел. печ. л. 10,92. Уч.-изд. л. 10.47. Уел. кр.-отт. 11,21, Изд. № 12/2106. Тираж 50 000 зкз. Зак. 558. Цена 55 к. •

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР» Москва, И-110» ГСП, 1-й Рижский пер., 2.

Отпечатано в Ленинградской типографии № 2 головном предприятии Ордена Трудового Красного Знамени Ленинградского объединения «Техническая книга» им. Евгении Соколовой Союзполиграфпрэма при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной Торговли. 198052, г. Ленинград, Л-52, Измайловский проспект, 29, с матриц Московской типографии ХЬ 13 ПО «Периодика» ВО «Союзполиграфпром» Государственного комитета СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 107005, Москва, Б-5, Денисовский пер., дом 30

© Peter and Jean Medawar, 1977 © Перевод на русский язык, «Мир», 1983

 

Предисловие редакторарусского перевода

 

Имя блестящего английского экспериментатора, лауреата Нобелевской премии Питера Брайтона Медавара широко известно многим биологам и медикам. Наряду с М. Гашеком он изучил феномен иммунологической толерантности, получив его в эксперименте. Не менее известны и другие его работы в разных отраслях иммунологии, а в последнее время и онкологии. В предлагаемой вниманию советского читателя книге, написанной им совместно с женой, Джин Meдавар, он выступает в иной ипостаси — как энциклопедически образованный биолог, свободно ориентирующийся в столь разных областях, как генетика и эмбриология, анатомия и физиология, теория эволюции и микробиология. В то же время он талантливый популяризатор, способный разъяснить даже малоподготовленному читателю сложнейшие проблемы науки о живом (что, кстати, является одним из критериев эрудиции самого автора — сложнее всего пишут люди малокомпетентные). Чего нет в книге П. и Дж. Медавар, так это кастовой напыщенности «жрецов науки», они не пытаются скрыть за завесой терминов я формул доступные для каждого образованного человека основные истины науки о живом. Такие книги вообще большая редкость, а произведение столь широкого охвата — уникальное явление.

Трудно определить жанр книги. Это не учебник, как говорят в предисловии и сами авторы, но это отнюдь и не «занимательная биология». Мною, например, чтение книги П. и Дж. Медавар воспринималось как интересный разговор с большими специалистами, {5} которые хотят изложить свое научное кредо и надеются, что их соображения помогут другим. С авторами соглашаешься, порой хочется что-то уточнить, дополнить, а то и поспорить — во всех случаях читатель не остается равнодушным.

Да, и поспорить! Авторы подчас проявляют довольно типичную для западных естествоиспытателей некоторую поверхностность в отношении серьезных философских проблем. Так, при обсуждении генетической и социальной детерминации человеческой жизнедеятельности (гл. 5 и 6) делается неправомерно биологический акцент в содержании понятий («экзосоматическая» эволюция вместо «культурной» эволюции), поверхностно рассматривается роль естественного отбора в обществе, а существо дискуссий по проблеме наследственных и средовых факторов сводится к противопоставлению дарвинизма и ламаркизма. Здесь авторов подводит заявленная с первых страниц нелюбовь к точным определениям. Возможно, как естествоиспытатели-практики, они просто не видят особого смысла в бесконечных спорах об определении сущности какого-либо явления. Однако с водой нельзя выплескивать ребенка. В том же введении авторы попросту отмахиваются от попыток дать определение понятию «жизнь». В результате их «наука с живом» оказывается наукой о чем-то неопределенном. Является ли вирус живым или нет? Авторы не дают четкого ответа: с одной стороны, это мельчайший живой организм, с другой — лишь «завернутая в белок скверная новость». Но ведь и мы сами с точки зрения животных из «Красной книги» — скверные новости. Никакая отрасль знания не может обойтись без точных дефиниций, и биология тут не исключение. Отказываясь от определений, мы тем самым не закрываем, а, наоборот, провоцируем бесконечные терминологические споры.

Некоторые приводимые авторами признаки жизни для нее неспецифичны, например цикличность. Важнейшие циклы навязаны жизни космосом — этого не отрицают и авторы. По-видимому, самым общим критерием жизни должно быть воспроизведение себе подобных и поддержание, согласно генетической программе, своей специфической структуры, и с этой точки зрения вирус оказывается живым — но только в {6} пределах той клетки, в которой он паразитирует. Выделенный в чистом виде, вирус, например гриппа или оспы, — всего лишь нуклеиновая кислота в комплексе с белком, никаких признаков жизни не проявляющая. Однако, попадая в клетку хозяина, он действительно может оказаться для нее «скверной новостью». Тут авторы правы.

Можно сделать много замечаний по отдельным главам книги П. и Дж. Медавар. Так, в частности, идею о том, что хромосомы — это средство переноса генетической информации, как и идею о репликации гена, впервые предложил не австрийский физик Эрвин Шредингер, а советский биолог Николай Константинович Кольцов (о его приоритете писал еще Дж. Б. С. Холдейн, на которого авторы часто ссылаются). В тех случаях, когда авторы пытаются перебросить мост от биологии к социологии, их выводы, как правило, представляются натянутыми. П. и Дж. Медавар, например, полагают, что Ламарк оказал определенное влияние на теоретиков французской революции. Это анахронизм: «Философия зоологии» увидела свет в 1809 году, когда все теоретики революции умерли естественной смертью, а практики были гильотинированы, и на Наполеона никакого впечатления не произвела. Что же касается попыток возрождения ламаркизма некоторыми советскими учеными, то это никак не связано с причинами социального характера.

В настоящее время ни у кого не вызывает сомнения, что социализм гарантирует всестороннее развитие человека, его врожденных способностей, которые у разных людей различаются не только количественно, но и качественно. В нашей литературе (например, в журнале «Природа») также велись подобные дискуссии, пока спорщики в конце концов не пришли к соглашению, что даже самая совершенная социальная система может обеспечить равенство в возможностях, но не в способностях.

Политические причины дискредитации дарвинизма существовали бы лишь в том случае, если бы теория естественного отбора была применима к человеческому обществу. Однако в такой экстраполяции, приводящей к пресловутому социал-дарвинизму, дарвинисты, начиная с самого Дарвина, неповинны и не несут никакой ответственности. {7}

Немало возражений вызывает и глава, посвященная демографии. Не зря в Англии эта наука идет по ведомству Британской академии, т. е. считается гуманитарной. Советские ученые также полагают, что воспроизводство населения определяется в первую очередь социально-экономическими факторами, и чисто биологический подход здесь явно недостаточен и может привести к серьезным ошибкам. Популяция людей — это не популяция дрожжевых клеток в культуре. Человек, в силу своей социальной сущности, единственное живое существо, которое, оставаясь в рамках одного биологического вида, может резко менять взаимоотношения со средой. Простой пример: одна и та же территория может прокормить лишь десятки охотников-собирателей или же тысячи земледельцев, занимающихся интенсивным сельским хозяйством. Естественно, и динамика популяций людей в обоих случаях будет разной. Читателям, которых заинтересуют социальные проблемы демографии, недостаточно освещенные авторами, можно рекомендовать книгу Боярского А. Я. и др. «Основы демографии» (М.: Статистика, 1980).

Но довольно об этом — поговорим о достоинствах книги П. и Дж. Медавар. Мне, например, весьма импонирует их подход к евгенике. Этому термину, скажем прямо, не повезло: им обозначают две разные концепции в генетике человека — так называемую позитивную, положительную, евгенику и негативную, отрицательную. К позитивной авторы относятся резко отрицательно (редактор просит прощения за случайный каламбур). Ибо это не что иное, как лженаука, пытающаяся обосновать выведение усовершенствованной породы людей, своего рода суперменов. П. и Дж. Медавар убедительно показывают как биологическую, так и моральную несостоятельность подобного подхода, и их точка зрения не отличается от мнения советских специалистов.

Иное дело — негативная евгеника, сводящаяся в конечном счете к развитой системе генетических консультаций. Цель ее — предупреждение и (в тех случаях, когда это возможно) лечение наследственных болезней человека. До тех пор, пока мы не научились «лечить больные гены», носительницам генетических заболеваний, таких, как гемофилия, целесообразно {8} отказаться от материнства. И действительно, меры, подсказываемые негативной евгеникой, применяются. В большинстве стран, например, запрещены браки между кровными родственниками, что понижает вероятность встречи в потомстве двух «больных генов». Конечно, когда возникал такой обычай, люди ничего не звали о «больных генах», но тем не менее, сами того не сознавая, добивались необходимого генетического результата. Вот так же мольеровский Журдэн всю жизнь говорил прозой, не подозревая об этом.

Возможности медицины в этом отношении в последнее время чрезвычайно возросли. Если генетик-консультант раньше мог только предсказать вероятность появления на свет ребенка с неизлечимой болезнью или тяжелым уродством, то теперь разработаны методы анализа, позволяющие установить эту болезнь у еще не родившегося ребенка. Дальше уже дело родителей — прервать беременность или попытаться лечить будущего сына или дочь. Ибо — и об этом пишут П. и Дж. Медавар — мрачный прогноз неизлечимости уже более не тяготеет над многими наследственными болезнями. Немалую роль в этом должна сыграть новая отрасль молекулярной генетики — генная инженерия, позволяющая получать в достаточных количествах те белки, которых не хватает людям с наследственными болезнями. Точка зрения авторов на эту проблему гуманна и оптимистична.

Перечислять «удачные находки» авторов значило бы попросту пересказывать книгу. Тем более что каждый из читателей найдет в ней то, что интересно именно ему. Мне, например, нравится глава «Мыльный пузырь биологической бомбы замедленного действия». В последнее время многие люди испытывают такой же страх перед достижениями биологии, как и перед достижениями ядерной физики. Немалую роль в этом сыграло чересчур живое воображение писателей-фантастов. Они рисуют жуткие миры, где людей размножают клонированием, получая тысячи однояйцевых близнецов, скрещивая методами генной инженерии человека с животными и растениями, создают чудовищных монстров, умирающих замораживают в жидком азоте, чтобы воскресить в будущем, а мысли и идеи вкладывают в голову каждого человека при рождении. П. и Дж. {9} Meдавар остроумно высмеивают подобные прогнозы. Не будем уподобляться «умной Эльзе» из сказки братьев Гримм, боявшейся, что мотыга, подвешенная в погребе, может убить еще не родившегося ребенка. Нет слов, в обществе с несовершенными социальными отношениями достижения биологии могут использоваться во вред человечеству. Но в этом повинна не биология. Оптимизм авторов особенно проявляется в этой главе: они полагают, что человечество вполне может справиться со всем, что его ожидает в будущем. Не меньший интерес вызывают главы «Сводимость» и «возникновение» и особенно «Генетики и религия» и «Великий дилетант», завершающие книгу. Другой читатель, наверное, отдаст предпочтение другим главам, но, смею надеяться, эта книга не оставит равнодушным никого.

К достоинствам ее следует отнести также полное отсутствие академизма: авторы не смущаются называть вещи своими именами, четко аргументируя свою точку зрения, хотя такой подход и может покоробить многих, в том числе и их коллег.

Однако наибольшее достоинство предлагаемой читателю книги заключается в ее жизнеутверждающем оптимизме. Хотя современная политическая обстановка создает достаточно благодатную почву для пессимистических прогнозов, авторы убеждены, что разума человечества хватит для преодоления всех трудностей — будь то опасность термоядерной войны или промышленного загрязнения планеты. В этом они солидарны со всеми прогрессивными учеными Земли.

Можно не сомневаться, что книга Питера и Джин Медавар будет популярна среди советских читателей самых разных профессий. Ибо она адресована любому образованному человеку.

 

Б. М. Медников

 

 

Карлу Попперу

 

 

Предисловие

 

Наша книга посвящена концепциям, и фактической информации в ней ровно столько, сколько необходимо для того, чтобы сделать эти концепции понятными. А потому ее ни в коей мере нельзя считать учебником: в ней нет иллюстративного материала, изображающего внутреннее строение животных, да и многое в ее содержании слишком сложно для начинающего читателя. Тем не менее мы считаем, что эта книга будет полезным помощником не только для тех, кто серьезно занимается биологией. Она может заинтересовать также социологов, антропологов, философов, психологов и литераторов, которые хотели бы узнать кое-что о системе основных понятий современной биологии.

Бесспорно, растениям уделено в книге незаслуженно мало внимания, но оба мы не ботаники, и, хотя наука о растениях внесла значительный вклад в физику (вспомните хотя бы открытие броуновского движения и осмотического давления), фундаментальные идеи современной биологии в основном являются результатом работы зоологов и микробиологов.

Философская окраска книги, которая сказывается, например, в нашем отношении к определениям, а также в нелюбви к иррационализму, несомненно, выдает влияние члена Королевского общества сэра Карла Поппера; ему в знак благодарности и посвящается эта книга.

В тексте неоднократно приводятся философские {11} высказывания Жака Моно, цитируемые по его книге «Случайность и необходимость»*.

Мы глубоко благодарны тем научным учреждениям и фондам, которые обеспечили нам условия, способствовавшие написанию этой книги, особенно Аспеновскому институту по изучению человека (штат Колорадо) и прелестному приюту Рокфеллеровского фонда на горном склоне над озером Комо — вилле Сербеллони.

Объяснение некоторых трудных и непривычных понятий дается всякий раз, как они встречаются в тексте. Эти повторения вполне сознательны и сделаны для того, чтобы читателю меньше приходилось возвращаться к уже прочитанным страницам. Словарь предназначен для тех случаев, когда полное объяснение какого-либо термина дается в одной из последующих глав.

Всем известно, что оформление и подготовка к печати такой книги, как эта, предъявляет особые требования к терпению и сноровке секретарей, и мы глубоко благодарны Джой Хейс и Валери Прайс за добросовестность и умение, которые они вложили в эту работу.

 

П. Б. М.

Дж. С. М.

 

Глава 1 Введение

 

Биология — это общий термин, охватывающий все те науки (науки о живом), которые имеют дело со строением, деятельностью и взаимодействием живых организмов. Сюда относятся такие чисто биологические науки, как ботаника, зоология, анатомия, физиология и генетика, а также «пограничные» науки, обладающие характерными чертами и биологических, и физико-химических наук, — биохимия, биофизика и бионика, причем последняя в свою очередь связывает биологию с теорией информации.

Понятия «живой» и «мертвый». Ошибочное мнение, что определениям следует придавать исключительную важность, распространено очень широко, так не стоит удивляться, если кто-нибудь считает, будто биологи тратят многие часы на жаркие споры о значении слов «живой» и «мертвый». Такие дебаты, конечно, происходили бы, если бы они приносили хоть какую-нибудь пользу, но, за исключением некоторых конкретных случаев, о которых мы поговорим ниже, никто этих споров не ведет.

Дискуссии на тему (например) «истинного» значения слов «живой» и «мертвый» показывают, что разговор ведется на очень низком биологическом уровне. Эти слова не имеют никакого реального внутреннего смысла, до которого в конечном счете можно было бы докопаться. Не биолог, употребляя слово «мертвый», подразумевает под ним «прежде живой»; камни он называет мертвыми лишь в переносном смысле и никогда не назовет живыми кристаллы; но он может отличить живую лошадь от мертвой я, более того, припомнить подходящую пословицу, которая опирается на это различие. См. {13} Пири Н. У. «Бессмысленность терминов «жизнь» и «живое» (Pirie N. W. The meaninglessness of the terms life and living. Perspectives in Biochemistry, 11, Cambridge, 1937)*.

Состояние живого — это некоторое свойство системы, т. е. характеристика, которая может быть приложена только к организованной системе. Это, однако, не означает, что отдельные части такой системы сами не могут обладать тем же свойством, потому что для живых организмов характерна иерархическая организация; так, общество состоит из людей, а отдельный человек — из органов, каждый из которых в определенной степени обладает собственной целостностью и функциональным единством. Органы и ткани в свою очередь слагаются из клеток, которые также обладают значительной самостоятельностью. Вполне понятно, что общество погибает, т. е. распадается, раньше, чем умирают все его члены, и что человек умирает раньше, чем тот или иной из его органов (например, почка) потеряет способность работать в организме другого человека так, как он работал в организме своего первого владельца. Только благодаря этому оказывается возможной пересадка органов.

Упомянутые выше конкретные случаи связаны новее не с пустопорожними спорами о значении слов, но с чрезвычайно важными вопросами, касающимися чисто эмпирических фактов. В качестве примера можно привести трудный и мучительный вопрос, может ли — и если может, то с какого момента, — считаться мертвым донор при пересадке органов (например, почки). Проблема заключается в следующем: являются ли изменения, которые привели к тому, что потенциальный донор полностью утратил сознание и оказался неспособным поддерживать жизненные процессы, действительно необратимыми? Естественно, такая проблема чрезвычайно важна, и в то же время совершенно неважно, будет ли вирус определен как живой организм или нет. Одни свойства вирусов, например их экстрактивность, заразность и изменчивость, склоняют нас к тому, чтобы видеть в них {14} мельчайшие живые организмы, еще более мелкие, чем бактерии; другие же их свойства — особенно способность нарушать механизм синтеза в живой клетке таким образом, что он начинает производить бесчисленное множество их копий, — заставляют видеть в них пакеты генетической информации. И вместо того чтобы быть живым, вирус оказывается всего лишь завернутой в белок скверной новостью.

Протоплазма. Одно время широко бытовало мнение, будто материальной основой всякой жизни является сложная субстанция, получившая название протоплазмы. Предполагалось, что протоплазма — это своего рода тонкий биологический эфир, пронизывающий структуры, которые без него остались бы неодушевленными, точно так же, как постулировавшийся тогдашними физиками эфир якобы пронизывал все материальные объекты. Оба эфира оказались одинаково мифическими. Когда Томас Генри Гексли описал протоплазму как физическую основу жизни, основное ударение было поставлено на слове «физическая». Жизнь или жизненное начало с этих пор рассматривалось как нечто, чем могли обладать объекты, являющиеся физическими в общепринятом смысле слова; из этого следовало, что существование живого не зависит от деятельности какой бы то ни было жизненной силы или витального духа. И действительно, после Гексли учение, которое Дж. Г. Вуджер назвал «догматическим витализмом», все быстрее теряло сторонников и уже больше не принималось биологами всерьез. Догматический витализм утверждает, что живая система состоит из материальных частей в обычном смысле слова и сверх того из чего-то еще, что и наделяет ее жизненной силой. Словно у автомобиля, кроме исправно взаимодействующих колес, тормозов, коробки скоростей и мотора, есть еще особый дух движения, который и обеспечивает ему двигательную силу для езды. Существует множество нерешенных и чрезвычайно сложных проблем, связанных с вопросами о том, как функционируют живые организмы и как они поддерживают протекающие в них процессы, но ни один современный биолог не считает, что можно хоть как-то облегчить решение этих проблем, прибегнув к таким понятиям, как, энтелехия или жизненный порыв. Традиционному {15} витализму прямо противоположен механицизм, у которого тоже есть догматическая и умеренная формы. Догматический механицизм безоговорочно утверждает, что в живом организме нет ничего, что не могло бы быть полностью объяснено на основе свойств составляющих его частей, — к этому взгляду мы еще вернемся при рассмотрении доктрины «сводимости» и «возникновения» (см. гл. 22).

На самом деле никакой протоплазмы не существует, и в научных биологических работах это слово употребляется теперь либо как сознательный архаизм, либо в переносном смысле. Однако на умы биологов викторианской эпохи идея протоплазмы воздействовала так сильно, что Т. Г. Гексли в пресловутой статье, напечатанной в Quarterly Journal of Microscopical Science, чрезвычайно подробно и обстоятельно описал свойства некоего организма, выловленного в Северной Атлантике с глубины около четырех километров и состоявшего, как он утверждал, практически из голой протоплазмы. Новый организм был назван Bathybius haeckeli в честь Эрнста Геккеля, великого зоолога из Йены, который первым выдвинул предположение о существовании группы организмов Мопега, состоящих почти полностью из Urschieim (первичной слизи)*. Весь этот эпизод представляет собой прекрасный пример «поэтизма» — принятия научной теории по причине ее элегантности, привлекательности или романтичности (Medawar P. В. The Hope of Progress. — Wildwood House, London, 1974, pp. 128–130). Другим примером поэтизма может служить глубоко ложная идея, будто человеческая кровь, как и кровь всех наземных позвоночных вообще, в определенном смысле является эволюционировавшим преемником той жидкости, которая содержалась в теле позвоночных, когда они покидали море, чтобы освоить сушу, и представляет собой частицу первозданного океана. Многих натурфилософов чрезвычайно прельщала мысль, что в добавление ко всем другим доказательствам своего древнего происхождения человек несет в крови сувенир силурийского океана. {16}

На протяжении многих лет мистическое обаяние протоплазмы сохранялось в вере, что жизнь — это проявление поведения некоторых сложных и тончайшим образом сбалансированных коллоидных систем. Фредерик Гоуленд Хопкинс, отец английской биохимии, даже сказал в 1913 году на съезде Британской ассоциации содействия развитию науки, что жизнь «есть выражение особого динамического равновесия в полифазной системе». Этот взгляд словно бы получил некоторое подкрепление, когда благодаря работам английского физика Джона Десмонда Бернала и других ученых было установлено существование «жидких кристаллов» — т. е. подчинение растворов законам кристаллической структуры. Теперь, однако, уже никто не считает, что химия коллоидов представляет собой (особый вид химии — что коллоиды обладают свойствами, отличными от тех, которые следует ожидать от растворов, содержащих очень большие молекулы, часто несущие электрические заряды. Более того, «основа жизни» — если это выражение вообще хоть что-то значит — структурна почти исключительно в грубо анатомическом смысле: молекулярные изменения происходят в определенном месте и в определенной последовательности потому, что агенты, при посредничестве которых они происходят (главным образом ферменты), обладают определенной правильно упорядоченной структурой. Исследование клеток с помощью электронной микроскопии выявило в них жесткие структуры, имеющие определенную форму и такой вид, что, будь они достаточно велики, мы буквально могли бы взять их в руки и повертеть в пальцах. Поскольку теории об организации жизни в форме, протоплазмы уже полностью сошли со сцены, объяснения организации биологических систем мы теперь ждем не от химиков, занимающихся коллоидами, а от специалистов по электронной микроскопии. Телеология и телеономия. Известно, что при объяснении биологических явлений биологи отвергают всякую идею о телеологии, однако для профана кажется очевидным — и с полным на то основанием, — что целенаправленность является одной из отличительных особенностей живых существ. Бесспорно, птицы строят гнезда для того, чтобы выводить там своих птенцов, и равным образом очевидно, что {17} вторая почка после удаления первой увеличивается, чтобы она могла производить ту же работу, которую прежде выполняли обе почки.

Так почему же термин «телеология» столь неприемлем? Для Аристотеля Конечная Причина есть «то, ради чего вещь существует». Биологов раздражает именно такой аспект телеологии, т. е. превращение провозглашаемой ею целенаправленности или характера уже достигнутой цели в причинное объяснение какой-либо биологической деятельности. Биологи относятся к телеологии, как благочестивый человек — к источнику искушения, когда он не очень уверен в своей способности устоять. Вот почему они предпочитают употреблять более уклончивый и чисто описательный термин телеономия, чтобы обозначать целенаправленный или «как бы целевой» характер биологической деятельности. Для описания той связи, которой не может не существовать между отдельными биологическими действиями, если они должны быть направлены к достижению какой-то определенной цели, Г. Зоммергоф ввел термин направляющая корреляция*. В этой книге, однако, мы будем неоднократно употреблять слово «телеология»: мы не видим особого греха в исследовании телеологии отторжения пересаженного органа — отторжения, возможно представляющего собой досадное побочное следствие деятельности контролирующей системы, которая охватывает весь организм и существует для того, чтобы выискивать и уничтожать злокачественные варианты клеток тела (см. гл. 14)* {18}.

Специфичность. Когда биологи начинают говорить о своей работе, тут же обязательно всплывает понятие специфичности. В биологическом смысле это слово означает единственно возможную и совершенно точную связь между агентом и тем, на что он действует, или между агентом и тем действием, которое он производит. Классическим примером такой специфической связи является связь, существующая между антигеном и антителом (см. гл. 13), или, в более общем виде, между вызывающим иммунную реакцию агентом и вызываемой им реакцией. Другие примеры специфичности в биологии — это единственно возможная связь между стимулом и реакцией на него в простых рефлекторных действиях, а также между ферментом и веществом, на которое он воздействует (так называемым субстратом). Специфичность взаимодействий антиген — антитело и фермент — субстрат опирается на молекулярную основу, т. е. зависит от конфигурации молекул взаимодействующих агентов, а специфичность рефлекторных действий определяется особенностями строения организма, точно так же, как специфическая связь между объявленной конечной станцией и тем местом, куда поезд действительно придет, определяется направлением, в котором уложены рельсы.

Но частота, с которой упоминается специфичность, — это, естественно, не единственное, чем отличается разговор биологов от разговора физиков или химиков; другим отличием является частота употребления понятий, связанных с изменениями во времени. «Снежинка и сегодня остается точно такой, как в тот день, когда выпал первый снег», — сказал Д'Арси Томпсон. И эта неизменность, характерная для мира физики, резко отличает его от биосферы, где все изменяется, где жизненные циклы, состоящие из зачатия, развития, старения и смерти, налагаются на всеохватывающие эволюционные изменения, длящиеся тысячелетиями. Идея изменения во времени пронизывает всю биологию. Некоторые биологи склонны верить, что в этом-то и заключается принципиальное и абсолютное {19} различие между биологическими и физическими науками; однако им не дается по вере их. Вполне исчерпывающее различие между этими науками, достаточно ясное для того, чтобы удовлетворить все университеты мира, хотя многие из них кишат педантами, заключается в том, что биология изучает живые организмы и их части, а физика и химия изучает неодушевленные системы*.

Информация, порядок и шум. В этой книге снова и скова встречается слово «информация» — выражение, которое не получило бы столь широкого употребления в биологии, если бы оно не служило чрезвычайно полезной цели. Информация означает порядок и упорядоченность или что-то, что воплощает их, — т. е. сообщение или набор инструкций, точно определяющие порядок. Такое словоупотребление ничем принципиально не отличается от утверждения, что архитектурный чертеж воплощает информацию, необходимую для постройки дома именно такого, а не какого-либо иного типа. Генетическая информация — это заложенная в структуре молекул нуклеиновых кислот упорядоченность, которая определяет или воплощает инструкции для соединения молекул строго определенным образом.

Информация и порядок связаны между собой самым прямым образом, и это напоминает нам о том, что понятие информации заимствовано биологией из теории связи. Совершенно ясно, что информация в сообщении, например в телеграмме или письме, зависит от порядка слов и от порядка букв в словах, и, чем более многочисленны возможные их комбинации, тем больше информационная емкость письма или телеграммы. Шумы прямо противоположны информации — это, так сказать, случайность или беспорядочность. Сигнал, который не несет информации в том контексте, в котором ее ожидают, отбрасывается как шум. Это описание и в техническом, и в повседневном смысле слова вполне приложимо, например, к потрескиваниям и странному бормотанию эфира, которыми {20} иногда сопровождаются радиопрограммы, в равной степени оно приложимо и к «снегу», вдруг прерывающему телепередачи. Если шумовые сигналы настолько приглушены, случайны и неоднородны, что мысль, будто они несут информацию, можно сразу отбросить, мы называем их белым шумом: таков, например, звук (словно мириады мышей грызут кукурузные хлопья), нередко сопровождающий междугородные телефонные разговоры. Всякий шум представляет собой вторжение в информационную систему элемента, нарушающего порядок.

Истину, заключенную во втором законе термодинамики, можно, в частности, выразить таким образом: общая тенденция протекания всех естественных процессов в мире направлена на увеличение случайного и беспорядочного; равномерное распределение тепла по Вселенной представляет собой последний этап распространения неупорядоченности.

Нередко приходится сталкиваться с довольно наивным предположением, что, поскольку процесс развития и эволюции подразумевает увеличение видимого порядка, значит, живые организмы ухитряются в каком-то смысле обойти или обмануть второй закон термодинамики (этот вопрос более подробно рассматривается в других работах*). Хотя на самом деле живые организмы ему все же подчиняются, в определенном смысле можно сказать, что они смеются над его духом, если и не над буквой, — ведь эволюция и развитие обычно сопровождаются увеличением упорядоченности и сложности. Однако не следует заходить в этом утверждении слишком далеко, поскольку увеличение видимой сложности в процессе развития частично является своего рода картированием одной формы порядка в другой — переходом генетической информации, содержащейся в нуклеиновых кислотах хромосом, в иную форму порядка, воплощенную в специфических белках, ферментах, а также в структурах организма (см. гл. 10). В любом случае второй закон термодинамики приложим только к замкнутым системам — к таким, в которых не существует никакого обмена веществом или энергией с {21} внешней средой. А все живые организмы в термодинамическом отношении являются открытыми системами, и происходящее в них увеличение упорядоченности оплачивается общим увеличением беспорядка в их окружении (см. великолепную книгу Э. Шредингера «Что такое жизнь? С точки зрения физика»).

Кибернетика и обратная связь. Среди наиболее плодотворных концепций, появившихся в биологии за последние годы, следует назвать кибернетические (термин «кибернетика», которым американский ученый Норберт Винер назвал теорию контроля или теорию управления, употребляется как в техническом, так и в биологическом контексте).

Теория контроля проявляется в биологии повсюду, имеем ли мы дело с температурой тела, с содержанием соли в крови, кровяным давлением, частотой пульса, с точной регулировкой концентрации гормонов в организме и т. д.

Обратная связь (термин, постоянно употребляемый в биологии) определяет один из важнейших механизмов контроля. Обратная связь — это контроль — над действием через последствия совершенного действия. Примером отрицательной обратной связи в ее наиболее обычной форме может служить выключение источника тепла, когда температура достигает определенного уровня, а в биологической системе — купирование каким-то гормоном выработки гипофизом тропного гормона (см. гл. 17), который стимулирует синтез первого гормона. В обычном гуле вечеринки люди повышают голос, чтобы собеседники их услышали, а это увеличивает общий шум в комнате, и им приходится кричать все громче и громче, чтобы их «хоть кто-то услышал. И так продолжается до тех пор, пока присутствующие наконец не скажут себе «Терпеть не могу вечеринок», — и не уйдут. Это пример положительной обратной связи, процесса принципиально неустойчивого и в экстремальных случаях ведущего к саморазрушению. В биологии саморазрушающий характер положительной обратной связи иллюстрируют некоторые формы аутоиммунных заболеваний (см. гл. 13). Если в результате повреждения какого-либо органа начинается саморазрушительный иммунный процесс, то этот процесс сам по себе причиняет {22} организму дополнительный вред, делая иммунную реакцию еще более интенсивной. В логике и в научной методологии отрицательная обратная связь является основой процесса, путем которого гипотеза изменяется в зависимости от ее логической «отдачи», т. е. в зависимости от того, насколько вытекающие из нее законы или предсказания соответствуют реальности; такая параллель четко иллюстрирует тот элемент «управления» в научных исследованиях, который можно представить себе как один из способов ориентировки в окружающем мире. Приведенные примеры достаточно наглядно показывают, что понятия кибернетики приложимы практически повсюду.

Циклы. Биологические науки заметно отличаются от физических не только тем значением, которое имеют для них иерархическая организация, зависимость от времени и всеобщая подчиненность идее специфичности. Всю биологию на всех ее уровнях пронизывает еще одно понятие — понятие о циклах. Биологический процесс в целом — это циклы, включающие циклы, которые в свою очередь включают циклы... Самыми важными, естественно, являются циклы, определяемые влиянием космоса, — сезонные и суточные: вся деятельность живых организмов определяется ими и приспосабливает к ним свои ритмы. Многие биологические циклы представляют собой процессы регенерации, и главнейший из них — это цикл, включающий рождение, созревание, воспроизведение, старение и смерть. У микроорганизмов, таких, как бактерии, и у многих клеток цикл воспроизведения непрерывен, но у более крупных организмов он чаще носит сезонный характер.

Регенеративный и обновительный характер циклических биологических процессов особенно ярко иллюстрируют великие циклы многократного использования, синтеза и распада, в которых участвуют азот, кислород, углерод и фосфор — химические элементы, представляющие собой исходные компоненты биосферы. Азот составляет около 80% атмосферы, и его соединения являются основой всего живого. И тем не менее живые организмы не способны захватывать азот прямо из атмосферы. Исключение составляют некоторые бактерии, живущие в симбиозе с бобовыми {23} растениями*. Вот почему такую колоссальную важность имеет промышленное связывание атмосферного азота при изготовлении искусственных удобрений, производство которых достигает миллионов тонн в год.

Азотистые соединения переходят по цепи питания из одного организма в другой, и в конечном счете газообразный азот возвращается в атмосферу при денитрификации, которая сопровождает последние стадии разложения и гниения живых организмов. В развитых промышленных странах происходит значительная потеря азота из-за недостаточного или неправильного использования сточных вод, хотя они особенно богаты азотистыми соединениями.

Кислородный и углеводный циклы тесно связаны между собой. В обоих циклах участвуют атмосферный углекислый газ и атмосферный кислород (составляющие соответственно около 0,3 и 20% атмосферы). Связанные в цепи атомы углерода образуют каркас всех структурных молекул организма (см. гл. 10), а потому не удивительно, что в угле и в другом ископаемом топливе скрыто гораздо больше углерода, чем его содержится в живых организмах. Этот углерод возвращается в атмосферу при горении — протекающем с участием кислорода процессе, при котором углерод превращается в углекислый газ. Углеродный и кислородный циклы пересекаются в фотосинтезе — процессе, при котором энергия солнечного света превращает воду и атмосферный углекислый газ в углеродные соединения, известные как углеводы. Фотосинтез сопровождается выделением кислорода, а кислород непосредственно используется для дыхания и растениями, и животными. Наиболее важные (ввиду своей многочисленности) организмы, которые захватывают углекислый газ и высвобождают кислород, — это деревья в лесах и микроскопические водоросли, плавающие на поверхности океана, т. е. фитопланктон. На определенной глубине в море количество углекислого газа, выделяемого при дыхании, точно соответствует количеству углекислого газа, {24} потребляемого при фотосинтезе, — это так называемая компенсационная точка.

Гомология. Одно из наиболее важных понятий в биологии — это гомология, т. е. сходство по основному плану строения или выполняемой функции, которое объясняется общностью происхождения, параллельной генетической детерминацией или связью, обусловленной тем, что данные органы являются завершением одного какого-то эволюционного ряда.

Начавшийся с простой пятилучевой (пятипалой) структуры процесс развития, создающий у рыб грудной плавник, у птиц видоизменился в процесс развития, который создает крыло, а у млекопитающих — в процесс, который создает переднюю конечность. Таким образом, грудной плавник, крыло и передняя конечность — гомологичные органы. Другим примером гомологии являются крошечные тонкие косточки, передающие вибрацию от барабанной перепонки к слуховому органу, и кости, которые когда-то поддерживали челюсть. Точно так же щитовидная железа млекопитающих гомологична тому органу, который у низших хордовых вырабатывает слизь и выбрасывает ее на внутреннюю поверхность жаберной полости, чтобы улавливать мелкие частицы пищи из протекающей через жабры воды. Во всех этих случаях важно помнить, что тут имеет место не превращение одного органа в другой — по меньшей мере наивно говорить о превращении плавников в конечности, — а эволюция одного процесса развития в другой процесс. После появления работ Дарвина многие биологи сочли важнейшей своей задачей выявление гомологии как дополнительного доказательства теории эволюции (на той же позиции все еще стоят те консервативные учебные заведения, где основой преподавания зоологии остается сравнительная анатомия).

На одном из самых первых занятий по сравнительной анатомии начинающий узнает, что животные, в свое время довольно произвольно объединенные в группу копытных (Ungulata), в частности лошади, коровы, овцы, свиньи, жирафы и олени, ходят на кончиках пальцев, поскольку их копыта гомологичны ногтям (ungulae) и когтям млекопитающих других групп и имеют тот же химический состав. Привычка ходить на цыпочках сопровождается изменением костной {25} структуры конечности — «руки» или «ноги» соответственно. У копытных сустав, который профаны именуют «коленом», на передней ноге гомологичен запястью, а на задней — голеностопному суставу. Пальцы передней и задней конечностей редуцировались, что увеличило механическую эффективность этих конечностей. Главный палец передней ноги непарнокопытных (лошади, например) соответствует среднему пальцу, а второй и четвертый превратились в рудименты, не достающие до земли; на передних же ногах парнокопытных оставшиеся пальцы соответствуют нашим среднему и безымянному. Как легко заметить, изучение гомологии вносит порядок и смысл в то, что иначе выглядело бы огромной беспорядочной грудой зоологической информации.

Гомология конечностей копытных очень проста, и более продвинувшийся в своих занятиях студент-биолог — во всяком случае, обучающийся там, где сравнительной анатомии отводится надлежащее место, — может заняться, скажем, такой проблемой, как топография передней части головы позвоночных; кстати, эта проблема принадлежит к числу тех, которые профану кажутся смешными, хотя на самом деле открывают возможность для исследований и рассуждений, не лишенных определенной элегантности. Передний конец головы анатомически определяется передней частью сегментированных мышечных блоков, которые заполняют тело позвоночного от одного конца до другого, передними окончаниями двигательных нервов, иннервирующих эти мышцы, и самой передней точкой таких продольно вытянутых структур, как хорда и нервный тяж, или же органами, которые являются форпостом этих структур, такими, например, как задняя доля гипофиза. Анатомическая идентификация передней части головы позволяет лучше понять поразительную эволюцию высших нервных центров высокоразвитых позвоночных, приведшую к колоссальной гипертрофии, которая выплеснула элементы мозга за пределы анатомической передней части головы. Ценность сравнительной анатомии заключается в том, что она помогает лучше понять систему живой природы: глуп тот, кто смеется над ней, и сам себе вредит тот, кто ее недооценивает. {26}

Сравнительная анатомия утратила ту важность, которой она обладала прежде, главным образом потому, что основная часть исследований в этой области уже была выполнена крупнейшими немецкими зоологами конца прошлого века, в особенности Гегенбауэром и Вийхе, и их весьма почтительными и трудолюбивыми британскими учениками, такими, как зоолог Эдвин Гудрич и член Лондонского королевского общества профессор Эдвин Рей Ланкестер, которые, по слухам, послужили А. Конан-Дойлю прототипами доктора Саммерли и профессора Челленджера в романе «Затерянный мир». Современное нетерпеливое отношение к столь неторопливым исследованиям, каких требует сравнительная анатомия, не должно затушевывать того факта, что сравнительная анатомия — это трудоемкая и по-своему очень красивая дисциплина. Можно даже сказать, что крупнейшие специалисты превращали ее в настоящее биологическое искусство: биолог, который не оценит книги Эдвина Гудрича «Исследование строения и развития позвоночных»* и не придет от нее в восхищение, заслуживает только сожаления.

Несколько слов о микроскопах. Хотя микроскоп открыл целый мир мельчайших организмов, не следует преувеличивать важности обычной оптической микроскопии и вообще возможности смотреть на предметы, вместо того чтобы изучать их другими способами. Как мы узнаем ниже, открытие хромосом и генов зависело от возможности видеть их не более, чем открытие атомов и молекул; существование генов было известно задолго до того, как были обнаружены видимые особенности хромосом, которые можно было бы ассоциировать с генами. Обычный оптический микроскоп имеет тот недостаток, что с его помощью нельзя увидеть предмет, размеры которого меньше длины волны видимого света. Используя излучение с более короткой длиной волны, например ультрафиолетовое, и специальные пропускающие его линзы, мы можем увидеть более мелкие объекты; однако действительный переворот в микроскопии произошел с созданием электронного микроскопа, который {27} с помощью магнитных полей фокусирует и направляет обладающие большой проникающей способностью пучки электронов точно так же, как видимый свет направляется, рассеивается или собирается в одну течку с помощью линз. Но и у электронной микроскопии есть свои минусы: главный из них заключается в том, что исследуемый материал должен быть абсолютно высушенным и находиться в полном вакууме, а срезы исследуемых тканей приходится делать настолько тонкими, что их изготовление требует исключительного мастерства. И тем не менее, несмотря на эти неудобства, электронная микроскопия раскрыла перед нами новый мир кристаллических систем внутри живой клетки. Для целей микроанатомии самый мощный электронный микроскоп с самой высокой разрешающей способностью* не обязательно окажется самым лучшим. Электронного микроскопа со средней разрешающей способностью вполне достаточно для самой детальной микроанатомии (ее не следует путать с молекулярной анатомией), тогда как микроскоп с очень большим увеличением может в этих случаях ничего не дать: так, наблюдатель гораздо больше узнает о форме и снаряжении приближающегося корабля, глядя в обычный бинокль, чем употребив подзорную трубу такой мощности, что в нее будут видны щетинки на подбородке капитана. За последние годы при умелом использовании электронного микроскопа неожиданно легко удалось увидеть крупнейшие биологические молекулы, такие, как молекулы антител, а с использованием микроскопа высокой разрешающей способности была почти полностью изучена структура одного из вирусов — аденовируса 12.