Тайна сия велика есть.
Послание апостола Павла к ефисянам (5: 32)
Анализировать возможные закономерности явлений "везения — невезения" для живых систем нельзя, не задавшись какими-то представлениями о том, что, собственно, есть жизнь.
Еще недавно казалось, что здесь все более или менее ясно:
происхождение на молекулярном уровне из первичного бульона, процессы обмена, дарвиновская теория естественного отбора, труд как главный фактор превращения обезьяны в человека и т. д. Однако в последние годы все чаще стала заходить речь о том, что неотъемлемой составляющей живого является еще и информация. Но механизмы взаимодействия информации с физико-химическими процессами, составляющими видимую часть основы функционирования организма, пока неясны. В связи с этим имеет смысл подробнее остановиться на существующих учениях, объясняющих, "что есть жизнь и как она возникла".
Согласно принятой сегодня теории, развитие жизни определялось естественным отбором, сочетающимся со способностью организмов к мутациям. Но является ли это единственным фактором эволюции? Среди накопленного огромного количества факторов развития живой материи на Земле есть и такие, которые явно противоречат концепции естественного отбора, во всяком случае, в его упрощенной форме, к сожалению, весьма распространенной у биологов.
Известны, например, опыты, когда группе крыс предоставляли неограниченные возможности питания. Сперва они быстро размножались, но потом, без видимой причины размножение прекратилось и крысы стали вырождаться. Похоже, что им как-то вдруг стало "скучно жить". А всем известные эпидемии массовых самоубийств мелких грызунов леммингов — как их уложить в простую схему естественного отбора?
Не все благополучно и во взаимоотношениях эмбриологов с теорией эволюции. Почему, например, у некоторых зародышей на какой-то стадии их развития появляются признаки, соответствующие эволюционно более поздним стадиям развития?
Этот список недоразумений можно продолжить и приумножить. Создается впечатление, что наряду с естественным отбором в эволюции жизни на Земле действуют еще какие-то факторы, роль которых пока еще окончательно не выяснена. Или, во всяком случае, естественный отбор есть процесс неизмеримо более сложный, чем это обычно полагают.
Еще одно недоразумение — процесс постоянного усложнения биологических структур. Ведь, как известно из теории надежности, сложные системы, более уязвимы, чем простые. Это противоречит закону дарвиновского отбора, который подразумевает, что выживают сильнейшие, а значит, и наиболее надежные системы.
Возможно, все эти странности проистекают из-за неточного понимания природы и возможных форм существования живой материи. Ведь удовлетворяющих критериев, дающих исчерпывающие объяснения жизни, четко и однозначно обозначающих грань между живой и мертвой материей, описывающих единственно возможные формы существования живых организмов и показывающих реальные пути их эволюции, увы, не существует. Выдающийся математик и специалист в области теории информации академик А. Н. Колмогоров в свое время подчеркивал, что биологические науки до последнего времени занимались только исследованием живых существ, населяющих Землю и имеющих общую историю возникновения и развития. Естественно, что в таких условиях понятие "жизнь" отождествлялось с конкретными ее воплощениями в конкретных условиях нашей планеты. Существование других форм жизни не мыслилось, и любые предположения на этот счет категорически отвергались. Возможно, это и послужило причиной тому, что удовлетворительного функционального определения понятию "жизнь" до сих пор не существует.
В Энциклопедическом словаре, изданном в СССР в 1953 году, сказано: "Жизнь — способ существования белковых тел. Представляет собой особую форму движения материи и возникает как новое качество материи в процессе ее развития. Характерной особенностью всякого живого тела является постоянный обмен веществ с окружающей средой".
Это определение восходит еще к Ф. Энгельсу. Такой точки зрения придерживались многие ученые, в частности, известный биохимик академик А.И. Опарин, долгие годы занимавшийся изучением проблемы происхождения жизни.
Более поздний Энциклопедический словарь 1989 года уточняет: "Живые организмы отличаются от неживых объектов обменом веществ, раздражимостью, способностью к размножению, росту, развитию, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движения, приспособляемостью к среде и т. п.".
Но и это определение не является достаточным. Положение в некоторой степени могло бы исправить введение новых (не только биологических) понятий.
Внимательный анализ показывает, что любое проявление жизни можно перевести на язык науки управления и управляющих процессов. Известный математик и кибернетик А.А. Ляпунов утверждал, что управление является самым характерным свойством жизни безотносительно к ее конкретным формам. Согласно его концепции, "жизнь — это высокоустойчивое состояние вещества, использующего для выработки сохраняющих реакций информацию, кодируемую состоянием отдельных молекул". "Живое вещество, — считает Ляпунов, — описывается набором целого ряда физико-химических характеристик: массой, химическим составом, энергией, электрическими и магнитными свойствами… Стечением времени эти характеристики меняются".
Вещества, у которых эти характеристики (в какой-то интервал времени) изменяются весьма незначительно, Ляпунов назвал "относительно устойчивыми". Причиной тому могут быть либо благоприятные условия среды, либо внутренние реакции вещества, направленные на сохранение его состояния. Именно последний вид устойчивости и лежит в основе жизнедеятельности всех организмов.
На языке кибернетики сохраняющие реакции можно описать так: вещество воспринимает информацию о внешних воздействиях в виде кодированных сигналов, перерабатывает ее и по определенным каналам связи посылает уже "управляющие сигналы". Последние вызывают такую внутреннюю перестройку вещества, которая способствует сохранению его характеристик. Устройство, в котором происходит переработка информации, можно назвать "управляющей системой". Она состоит из большого, но не бесконечного количества входных и выходных элементов, связанных каналами связи, по которым передаются сигналы. Систему, служащую хранилищем информации, можно назвать "запоминающим устройством", или памятью.
При выработке "ответов", обеспечивающих сохраняющие реакции тела на внешние раздражители, управляющая система воспринимает информацию об этих воздействиях, разделяет ее на составляющие и сопоставляет с информацией, которая уже в ней записана. В результате этого сопоставления формируется "ответная информация". Отсюда следует, что чем больше информации в ней записано, тем более гибкой и жизнестойкой является система.
Одно из важнейших свойств сохраняющих реакций — их быстрота. Она должна быть сопоставима со скоростью внешних воздействий. Еще одно важное требование — надежность и устойчивость работы.
Чтобы сохраняющие реакции были возможны, необходим устойчивый запас энергии. Очевидно, что при этом система должна обмениваться энергией с окружающей средой. Если бы живое вещество представляло собой замкнутую систему, в нем непрерывно увеличивался бы уровень энтропии, то есть степень разупорядоченности, что повлекло бы такие изменения, когда жизнедеятельность уже невозможна. Следовательно, живой организм должен систематически удалять накапливающуюся энтропию (см. об этом подробнее в следующей главе). Это достигается с помощью обмена веществ. Сам обмен веществ регулируется управляющими системами специального назначения.
Характерной особенностью живого вещества является то, что оно состоит из отдельных структурных единиц (организмов), каждый из которых как в информационном, так и в энергетическом смысле представляет собой обособленную единицу, имеет свою систему управления, свой внутренний запас энергии и хранилище информации. Так возникает иерархическая система управления, где функционирование систем более высокого уровня диктует условия деятельности для систем более низкого уровня.