Н.Н. Моисеев. Место биологии в СЕ определяется сложностью и многообразием живых систем, привнесением в науку идеи развития и включённостью человека в мир живого

Место биологии в СЕ определяется сложностью и многообразием живых систем, привнесением в науку идеи развития и включённостью человека в мир живого.

q Биология по своей сложности превосходит химию вдвое, а физику – вообще несравненно, проиллюстрируем это проблемами:

§ передачи гигантского количества информации: в двух гаметах человека содержится 10²⁶ бит информации, как такое количество информации умещается в двух клетках и как оно переносится? почему информация сохраняется сотни миллионов лет (например, папоротники и хвощи почти не изменились за это Вр);

§ причины и управления развития эмбриона;

§ единства и многообразия мира живого, огромного многообразия видов: за всю историю существования биосферы было более 5 млрд. видов, количество существующих сегодня видов варьирует от 1,4 млн. до 30 млн. (Уилсон 1988). Сегодня описано: ≈750000 видов насекомых (≈1/10), ≈40000 видов рыб (≈1/2), ≈9400 птиц и ≈4000 видов млекопитающих (Карпинская 1991: 13).

q Развитие во Вр – неотъемлемое и наиболее характерное свойство живого: жить значит умереть.

q Биолог невольно вводит себя в ряд своих объектов и хочет понять их как “своё другое”.

До сих пор в биологии не решены многие проблемы биологического эволюционизма (вопрос о причинах биологического прогресса), нет общепризнанных основополагающих биологических аксиом (проблема создания теоретической биологии), нет и общепризнанного определения жизни (Природа биологического познания 1991; Карпинская 1991: 17; Кузнецов и др. 1996: 251; Моисеев 1998: 91).

Проблемы построения теоретической биологии, введения в биологию и объяснения геометрических и математических параметров рассматриваются в работе В.В. Налимова Мир как геометрия и мера. В.В. Налимов рассматривает роль числа в организации живого и на основе вероятностного подхода к описанию Э показывает контуры теоретической биологии.

В.И. Кузнецов и др. предлагают выделять 3 “образа” биологии: описательная–натуралистская, физико-химическая, экспериментальная и эволюционная (Кузнецов и др.1995: 253-277; Налимов 2000:78-106).

Объектом изучения традиционной или натуралистской биологии всегда была и остаётся живая природа в её естественном состоянии и нерасчленённой целостности. Методом такой биологии стало тщательное наблюдение и описание явлений природы, а задачей – их классифицирование. Вершиной классификации стала система, созданная “князем ботаники” К. Линнеем. Бинарная (обозначение рода и вида) номенклатура Линнея, принцип иерархического соподчинения таксонов сохранились почти без изменения до наших дней: царство–тип–отдел–класс–отряд–порядок–семейство–род–вид–подвид.

Ламарк применил эволюционный подход к классифицированию растений и животных. На основе идеи развития от простого к сложному он рассматривал вопросы происхождения отдельных групп и родственных связях между ними. Традиционная биология – источник фактов, объект её изучения – целостная живая природа как единая система.

Развитие экспериментальной биологии начинается с ХIХ в., связано с именами К. Бернара, Л. Пастера, И.М. Сеченова, И.П. Павлова, К.А. Тимирязева, И.И. Мечникова. В ХХ в. выделяют несколько этапов развития методов экспериментальной биологии:

§ метод меченых (радиоактивных) атомов: для прослеживания передвижения веществ в организме без повреждения, обнаружено постоянное метаболическое обновление;

§ методы рентгено-структурного анализа и электронной микроскопии: позволяют исследовать молекулярные компоненты и структуры клетки, открыли мембранное строение клеточных органоидов эукариот, многослойное строение оболочек нервных волокон;

§ методы фракционирования биополимеров: хроматография, электрофорез;

§ методы математического и компьютерного моделирования.

Теории Ламарка и Дарвина утвердили эволюционную биологию. Сегодня в биологии доминирует синтетическая теория Э биосферы (Ичас 1994; Кузнецов и др. 1996: 251-276).

Успехи науки в ХIХ в. привели к убеждению: различным природным явлениям соответствуют различные вещества, жизни соответствует живое вещество. Таким веществом жизни была объявлена протоплазма, а основным компонентом протоплазмы – протеин [69]. Поскольку о химическом составе живого тогда ещё не было известно, Ф. Энгельс предложил определение (Энгельс 1961: 81-84, 616, 634-635; Шноль 1991: 189-190):

жизнь есть способ существования протеиновых [70] тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел. Значит, жизнь есть специфическая форма движения, своеобразные вихри, ещё Гегель определял жизнь как увековеченный химический процесс, а Лавуазье – как химическую функцию, медленное горение.

Ф. Энгельсу удалось угадать термодинамический: жизнь существует как постоянный обмен веществ (метаболизм и гомеостаз) и информационный (самовоспроизводство) аспекты понимания живого. Философ акцентирует внимание и на противоречии живого: ещё древние греки говорили, что жить – значит умереть. Все последующие определения жизни, так или иначе, развивали, продолжали, но и дополняли определение Энгельса:

ö –сложные молекулярные агрегаты с упорядоченным обменом веществ (А.И. Опарин);

ö –частная, непрерывная, прогрессирующая, многообразная и взаимодействующая со средой самореализация потенциальных возможностей электронных состояний атомов (Дж. Бернал);

ö –упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное на существовании упорядоченности, которая поддерживается всё Вр (Шрёдингер 1972: 71-76);

ö –макромолекулярная система, для которой характерна иерархическая организация, а также способность к воспроизведению, обмену веществ и энергии (Руттен 1973: 70);

ö –форма существования живого (диссипативное состояние материи), обладающая способностью к пространственной редупликации и наследственной изменчивости (Серебровская 1988: 172-174);

ö –способ, процесс существования объектов биологической Э, изменяющих свои свойства по ходу эволюционных траекторий (Шноль 1991: 200);

ö –объекты, обладающие сохраняющими реакциями, которыми они отвечают на внешнее воздействие, и которые определяются системой управления, использующей информацию, хранимую на молекулярном уровне (Ляпунов 1972: 12);

ö –сигнальная (сигнал – воздействие) активная форма существования систем (Штеренберг: 1996).

Согласно Н.Н. Моисееву, до сих пор у нас нет определения живого вещества, включая определение Ф. Энгельса, поскольку традиционные признаки живой материи (гомеостаз, метаболизм, редупликация) свойственны и биологическим макромолекулам (ГЦ). Н.Н. Моисеев считает: биологические макромолекулы это явно неживой объект.

Но одно свойство жизни, отличное от неживого, известно – это хиральная чистота живого, диссиметрия живых молекул. В 1850 г. Л. Пастер обнаружил: любое живое вещество и многие продукты его жизнедеятельности в одном отношении подобны кристаллам, – они обладают способностью поляризовать свет. П. Кюри объяснил причины явления: молекулы могут быть “правыми” и “левыми”, по химическим свойствам они неразличимы. Косное вещество состоит из “левых” и “правых” молекул, и не поляризует свет. Белки построены только из “левых” аминокислот, а нуклеиновые кислоты из “правых” сахаров, поэтому живое вещество всегда поляризует свет, Þ, в Э шёл отбор по принципу устойчивости: молекулы, не обладающие нужной для жизни структурой, выбраковывались (Моисеев 1998: 88-93; Яблоков, Юсуфов 1998: 45-46).

Основой для построения целостной теории жизни, возможно, станет позиция УИ, объясняющая жизнь как результат УИ, естественный этап его усложнения. Если феномен жизни рассматривать как результат мирового эволюционного процесса, жизнь надо понимать как этап УИ, а не противопоставлять живое вещество косной, неживой материи. Нет чёткой границы, отделяющей мир живого от мира косной материи, переходные формы (макромолекулы и ГЦ) были, как и во всяком бифуркационном переходе, крайне неустойчивы, они просто исчезли (Моисеев 1998: 88, 96).

Появление живого только усложняет общезначимые критерии прогресса в УИ (более высокий уровень неравновесия со средой, рост организационной сложности, разнообразия и ёмкости информационных моделей мира, сложности отражения, “сознания”).

Живые системы характеризуются более высоким уровнем термодинамического неравновесия со средой или более эффективным способом использования, концентрации энергии. В 1935 г. Э.С. Бауэр выпустил книгу Теоретическая биология, в которой на основании допущения особого энергетического состояния молекул построил логически завершённую концепцию теоретической биологии. В качестве основного отличия живого от неживого Бауэр выдвинул, в сущности, чисто физический принцип устойчивого неравновесия. Принцип Бауэра с молекулярно-биологическим дополнением С.Э. Шноля выглядит следующим образом:

ö все и только живые – объекты, и результаты биологической Э никогда не бывают в равновесии;

ö жизнь невозможна без уникальных для каждого вида наследственных текстов;

ö и исполняют за счёт своей свободной энергии – посредством репарации соматических мутаций и иммунологического контроля в онтогенезе и ЕО – постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях (Бауэр 1935: 43; Шноль 1997: 132).

С.Э. Шноль считает, что Бауэр намного опередил своё Вр. Совершение работы против равновесия возможно только при наличии обратных связей, обеспечивающих направление и использование энергии, освобождающей при деградации пищи. Бауэр пришёл к выводу, что в ходе Э от поколения к поколению возрастает объём внешней работы и, Þ, возрастает термодинамический потенциал – степень неравновесности живых систем (Шноль 1991: 191).

В 1943 г. Э. Шрёдингер, продолжая подход русского биолога, в книге Что такое жизнь с точки зрения физика? объяснил способ, при помощи которого живая материя избегает перехода к равновесию. Живая материя неравновесна по отношению к среде за счёт метаболизма (обмен веществом со средой, питание, дыхание, выделение), питания отрицательной S[71] и непрерывного извлечения упорядоченности из окружающей среды. Организму удаётся освобождаться от всей той S, которую он вынужден производить, пока жив. Важно, что жизнь связана с производством S и, Þ, с необратимыми процессами (Шрёдингер 1972: 71-76).

Живые системы более сложны и разнообразны[72] по составу и структуре, чем неживые. В Э биосферы чётко прослеживается рост разнообразия (биохимическое единство и морфологическое многообразие видов) и сложности живых систем (доядерные и ядерные клетки, многоклеточные растения, беспозвоночные и позвоночные организмы).

По мере роста эффективности использования энергии, сложности снижался уровень устойчивости, стабильности. На эту особенность мирового процесса самоорганизации обращает внимание Н.Н. Моисеев и приводит пример. Первые прокариоты были почти бессмертными, переход к более сложным по строению эукариотам интенсифицировал процессы использования внешней энергии, но и снизил степень стабильности: все эукариоты смертны (Моисеев 1998: 127).

Жизнь характеризуется и новой формой отражения (информационного моделирования) мира и передачи информации. П.А. Анохин рассматривал исходный принцип, на котором строятся отношения со средой биологических систем: опережающее отражение. По В.В. Налимову, особенность всего живого, может быть основное его отличие от неживого – это обладание элементом будущего в настоящем. Живым является всё то, что нуждается в освоении окружающего.

Основные формы опережающего отражения на уровне живого (раздражимость, чувствительность, психика) приходят на смену реактивным и избирательным формам отражения в неживой материи. На уровне живых систем появляется активное отношение к факторам среды, их разделение на вредные факторы и способствующие её сохранению. В Э живого огромную роль играет управление и память, механизм хранения, извлечения информации в интересах организма (Анохин 1978: 8; Моисеев 1998: 107; Налимов 2000: 65, 131).

Чтобы показать необходимость рассмотрения феномена жизни в контексте УИ как итог додарвиновской Э, прокомментируем определение Н.Ф. Реймерса:

ö жизнь – особая форма существования материи (формой существования материи являются не только формы жизни), характеризующаяся;

ö зеркальной асимметрией аминокислот, сахаров и обменом веществ (Н.Н. Моисеев объяснял это свойство отбором макромолекул по критерию устойчивости, асимметрия есть у кристаллов, а обмен веществ – у любой диссипативной системы);

ö гомеостазом (есть и у неживых тел) и раздражимостью (вспомним законы сохранения), самовоспроизведением (себя воспроизводят кристаллы, ГЦ, вирусы) и Э (добиологические этапы Э: космофизический, химический);

ö системным управлением (блок управления есть, например, у ОАС) и адаптацией (адаптация – приспособляемость к среде, неживые системы тоже отражают среду, адаптируются, о чём свидетельствуют законы сохранения);

ö движением (способ существования материи), передачей энергии (Солнце тоже передаёт энергию, любые диссипативные системы обмениваются со средой энергией и веществом) и информацией (субъективная мера организованности объективно существующей структуры любой системы);

ö дискретностью (квант, фотон, молекула тоже существуют в форме дискретов) и относительной самостоятельностью (относительной самостоятельностью характеризуется любой неживой объект) надорганизменных образований при общем единстве живого вещества биосферы и, возможно, всей Вселенной (Реймерс 1991: 163).

Поэтому жизнь надо понимать как закономерный этап УИ, особую форму самоорганизации и самовоспроизводства химических ГЦ, их иерархически организованных систем: клеток и тканей, организмов и популяций, экосистем и биосферы, этап, усложняющий триединую направленность УИ.