Комплементарность информации и энтропии ясно показывает ограниченную применимость классической теории информации к проблемам эволюции [36]. Для понимания процессов эволюции нужно знать не количество информации, а программу биологического развития, заложенную в генах, и способ ее реализации. Значит, встает вопрос о содержании информации, о ее ценности для развития. Информация возникает или приобретает ценность посредством отбора.
Самоорганизация зависит от определенных химических предпосылок, а также от специальных условий среды; то есть самоорганизация - это не "просто" свойство материи. По словам Ф. Энгельса, "...жизнь должна была возникнуть химическим путем" [37]. Предбиологическая фаза - это химия. В работе М. Эйгена показано, что наличие каталитических функций в сочетании с различными механизмами обратной связи, придающее системе способность к автокаталитическому росту, выступает одним из решающих предпосылок самоорганизации. Однако "автокаталитический рост" не может происходить в системе, которая находится в равновесии или вблизи равновесия. Это приводит к вопросу о том, какие условия среды необходимы для самоорганизации. Отбор и эволюция не могут происходить в равновесных или
104
почти равновесных системах даже при наличии для этого нужных веществ. В системах, находящихся вблизи равновесия, автокатализ не будет приводить к росту, так как каталитическое ускорение в равной степени сказывается и на прямой и на обратной реакциях. Вместе с тем вблизи стационарного состояния могут возникать колебания. Существование таких нестабильностей и служит предпосылкой для селективного роста и эволюции.
Кроме того, самоорганизация и дальнейшая эволюция функционального поведения должны начинаться на уровне самовоспроизводящегося молекулярного кода [38]. Носителями его являются нуклеиновые кислоты и белки. Реальный гиперцикл, построенный из нуклеиновых кислот и синтезируемых с их участием белков-ферментов, обеспечивает отбор макромолекул с объемом информации, достаточным и необходимым для возникновения живой системы. Тем самым раскрывается физический смысл генетического кода. По замечанию Г. Патти, "живое отличается от неживого своей способностью обеспечивать большую надежность процессов хранения и передачи наследственной информации на молекулярном уровне по сравнению с любой термодинамической или классической системой" [39]. Нелинейные системы обладают всеми свойствами, необходимыми для начала самоорганизации, и допускают дальнейшую эволюцию до уровня, когда система может выйти за рамки специальных условий, требуемых для ее возникновения. (Уровень сложности таков, что вероятность получить его путем случайной сборки ничтожно мала). То есть информация приобретает свой смысл только посредством функциональной корреляции. "Вследствие такой нестабильности, - пишет М. Эйген, - нуклеация этой функциональной корреляции (мы можем назвать ее возникновением жизни) оказывается неизбежным событием если благоприятные условия существования потока свободной энергии поддерживаются в течение достаточно длительного времени. Это первичное событие не уникально. В любом случае код станет универсальным вследствие нелинейной конкуренции" [40].
Данный вывод, полученный в рамках молекулярной биофизической теории, относящейся к фазе самоорганизации как переходу от неживого к живому, по существу, подтверждает приведенный в начале параграфа тезис, построенный на достаточно общих биокибернетических принципах самоорганизации. Оба вывода получены благодаря рассуждениям, основывающимся на признании определяющей роли структурно-динамических (существенно неравновесных) принципов, распространяющихся на замкнутые системы, функционирующие в условиях относительно неизменной среды, где неизбежное следование одного события за другим создает совершенный "детерминистический мир". Проблема выживания в последнем сводится к отысканию ограничений, которые управляют переходами от предыдущего события к последующему. "Ясно, - замечает по этому поводу Г. Ферстер, - что
105
самым простым из всех таких детерминистских миров был бы мир, где вовсе не происходит переходов, т. е. где все находится в неподвижном и равномерном покое. Поэтому-то мировой океан, где колебания температуры, изменения концентрации химических элементов, колебания разрушительных сил и т.д. сохраняются на минимальном уровне, явился колыбелью жизни" [41].
Необходимость неравновесности процессов, приводящих к образованию первичных функциональных структур, обоснована, в частности, П. Гленсдорфом и И. Пригожиным [42], описавшими тип событий, ведущих к переходу от неживых объектов к живым. Показано, что разрушение структур есть ситуация, преобладающая вблизи термодинамического равновесия; наоборот, создание структур может осуществляться по определенным нелинейным кинетическим законам вне области стабильности состояний, отвечающих обычному термодинамическому поведению. Поэтому одной из наиболее интересных в этом отношении проблем статистической физики и термодинамики является распространение концепции порядка на неравновесные ситуации для систем, в которых появление упорядоченных структур при термодинамическом равновесии было бы маловероятным. Вблизи равновесия не реализуемы также периодические процессы, характерные для живых систем. Возникновение новой структуры (в теории И. Пригожина - диссипативной структуры) в открытой системе всегда есть результат нестабильности.
Важно заметить, что упорядоченность открытых систем возрастет или останется постоянной не вопреки второму началу термодинамики, а вследствие ее законов. Упорядоченность поддерживается оттоком энтропии в окружающую среду. Строгая количественная формулировка таких фактов требует построения термодинамики открытых систем, термодинамики неравновесных процессов. Поскольку в описание подобных процессов в явной форме входит время, речь идет уже не о термостатике, но о физической кинетике [43]. И. Пригожин и его сотрудники показали, что в результате химических нестабильностей автокаталитические гомогенные системы вдали от равновесия могут образовывать структурные неоднородности в пространстве и времени, в частности, создавать осциллирующие структуры. По И. Пригожину, отклонение от равновесия и характеризует уровень диссипации. Вдали от равновесия и за пределами неустойчивости флюктуации усиливаются. В этом отношении диссипативная структура является гигантской флюктуацией, стабилизированной потоком энергии и вещества из внешнего мира.
Открытие действующего в диссипативных структурах нового принципа упорядоченности - порядка через флюктуацию - свидетельствует о том, что при определенных условиях структуры могут образовываться спонтанно и сами себя поддерживать. Режим самоподдержания означает некоторую индивидуальность и определенную автономию от среды. В отличие от кристалла (рав
106
новесной системы), который растет в неопределенность, если полагается на свое собственное "решение", диссипативная структура находит и поддерживает свою форму и величину независимо от ближайшего окружения. Диссипативная структура "знает на деле", что ей импортировать и экспортировать, чтобы себя содержать и обновлять. Такая автономия, по характеристике Э. Янча [44], является выражением основополагающей комплементарности структуры и функции, одного из важнейших законов самоорганизации: спонтанно возникшая структура соответствует своей функции и наоборот. Задаваемая этим законом пластичность служит основой достижения самоподдерживающегося баланса системы и среды, а также коэволюции системы с ее окружением. Самоподдерживающаяся стабильность представляет разновидность эволюирующих систем, при которой флюктуации поглощаются целостной системой; это создает возможность внутреннего самоусиления, без чего не может быть подлинной самоорганизации.
Л. Тьюринг показал, как в совершенно однородной системе может возникать весьма правильная структура при условии, что эта система неустойчива и в определенное время подвергается случайному воздействию [45]. Тем самым констатировалось возникновение порядка, могущего лежать в основе формирования биологических структур. Интересуясь специальными формами морфогенетических путей в ходе эмбрионального развития, А. Тьюринг полагал, что такого рода новообразования структур весьма специфичны. Однако развитие синергетики продемонстрировало [46], что появление упорядоченных структур вслед за неустойчивыми значительно более общее явление. Становится возможным заключить, что "образующаяся впоследствии диссипативная структура действительно является новым состоянием вещества, которое индуцируется потоком свободной энергии в неравновесных условиях. В этом новом состоянии мы имеем новую физическую химию на супермолекулярном уровне..." [47]. Вполне вероятно, что появление диссипативных структур на предбиологической стадии могло привести систему к условиям, далеким от равновесия, а также к сохранению этих условий, что необходимо для возникновения определенных ключевых реакций, обеспечивающих дальнейшую эволюцию.