Биологический каталог




Жизнь, ее природа, происхождение и развитие

Автор А.И.Опарин

зма.

Однако признание «целесообразности» организации живых существ совершенно не обязательно должно приводить к идеалистическим выводам. Поэтому и биологи-материалисты в своих объективных исследованиях живой природы всегда характеризовали эту «целесообразность» как наиболее ярко выраженную специфику всего живого. Но они не придавали ей какого-либо сверхматериального мистического характера и видели в закономерно направленном обмене веществ лишь ту качественную особенность, которая отличает организмы от неживых тел.

«Органическое здание,— писал по этому поводу Клод Бернар,— есть место постоянного движения, не оставляющего в покое ни одной части, каждая из них без перерыва и остановки питается в окружающей ее среде, в которую она отдает свои отбросы и продукты. Это молекулярное обновление неуловимо для взгляда, но так как мы видим начало и конец его, вход и выход веществ, то можем судить и о промежуточных фазах и представляем себе поток материи, который непрерывно проходит через организм, обновляет состав организма, сохраняя его форму.

Всеобщность этого явления у растений и животных и во всех их частях, его постоянство, не допускающее остановки, делают из него общий признак жизни, который многие физиологи и вводили в свои определения жизни» 5.

5 Н. Бернар. Жизненные явления, общие животным и растениям. Перевод с фр. СПб., 1878, стр. 28.

* Ф. Энгельс. Анти-Дюрипг, 1957, стр. 321.

«...Ко всем органическим телам,— писал Энгельс,— необходимо применить одно и то же выражение, а именно приспособление» 6.

И далее он излагает свое определение жизни: «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования заключается по своему существу в постоянном обновлении их химических составных частей путем питания и выделения» 7.

В наши дни Перре, а вслед за ним Бернал пытаются определить жизнь в следующих, может быть несколько сложных для неспециалиста, выражениях: «Жизнь есть способная к самовоспроизведению открытая система сопряженных органических реакций, катализируемых ступенчатым и изотермическим образом сложными и специфическими органическими катализаторами, которые сами продуцируются системой» 8.

Итак, всеобщая приспособленность, или, иносказательно говоря, «целесообразность» организации живых существ является объективным, самоочевидным фактом, мимо которого не может пройти ни один вдумчивый исследователь природы. Противоречивость приведенных нами, а также и многочисленных других определений жизни зависит от той или иной трактовки самого слова «целесообразность», от того или иного понимания ее происхождения и сущности.

Идеалисты видят в этой «целесообразности» выполнение каких-то высших предначертаний божества или «мирового разума». Напротив, материалисты используют (за неимением лучшего) это слово только для более краткого обозначения соответствия организации всей живой системы ее постоянному самосохранению и самовоспроизведению в данных условиях внешней среды, а также для обозначения приспособленности строения отдельных частей живой системы к наиболее совершенному и согласованному осуществлению тех необходимых для жизни функций, которые указанные части несут в живой системе как в целом.

Весьма совершенная приспособленность отдельных органов к выполняемым ими функциям и общая «целесообразность» всей организации жизни особенно отчетливо выступают даже при поверхностном знакомстве с высшими живыми существами.

Как мы уже указывали, она была подмечена человеком еще давно и нашла свое выражение в аристотелевской «энтелехии». Ее сущность представлялась мистической и сверхматериальной до тех пор, пока Дарвин не объяснил рационально, материалистически пути возникновения этой «целесообразности» у высших организмов на основе естественного отбора.

1 Ф. Энгельс. Анти-Дюринг, 1957, стр. 322. • «New Biology*, 13, 124, 1952.

Однако «целесообразность» строения свойственна не только высокоорганизованным существам, она пронизывает весь живой мир сверху донизу, до самых элементарных форм жизни. Она обязательна для любого живого тела, но вне его, в естественных условиях неорганической природы, эта «целесообразность» отсутствует.

Поэтому мы тщетно стали бы искать ее объяснения только в закономерностях неорганического мира, только в законах физики и химии. Характерная для всего живого «целесообразность» организации может быть понята лишь на основе познания специфики взаимодействия организма с внешней средой и на основе дарвинского принципа естественного отбора. Эта новая биологическая закономерность могла возникнуть только в процессе становления жизни, поэтому безжизненные, неорганические тела лишены этой «целесообразности». Поразительное исключение из указанного правила составляют машины.

Действительно, вряд ли можно сомневаться в том, что самый принцип устройства любой машины основан на приспособлении ее конструкции, ее внутренней организации к решению задачи выполнения определенной специфической для нее работы. С этой точки зрения сопоставление машины и организма напрашивается само собой. На протяжении ряда веков оно широко использовалось многими философами и естествоиспытателями в их попытках решения проблемы сущности жизни. При этом в разные периоды развития науки изменялись лишь взгляды на то, какие общие для организмов и машин свойства нужно рассматривать как наиболее характерные для жизни признаки, но существо постановки проблемы, стремление познать организм как тот или иной механизм, все время оставалось одним и тем же.

Несомненно, что идеи каждой эпохи находят свое очень яркое отражение в ее технике. Н. Винер в своей книге «Кибернетика или управление и связь в животном и машине» весьма остроумно называет XVII и начало XVIII столетия веком часов, конец XVIII и все XIX столетие — веком паровых машин и, наконец, настоящее время — веком связи и управления.

В век часов мир представлялся человеку огромным, раз и навсегда заведенным механизмом. Основу всего сущего видели в механическом движении, в осуществляемом, согласно ньютоновским законам, перемещении тел в пространстве. Жизнь также трактовалась с этих позиций лишь как особого рода механическое движение, наиболее ярким выражением которого может служить произвольное перемещение животных и их органов в окружающем пространстве. Согласно представлениям Декарта, организм есть не что иное, как весьма сложная, но по своему строению вполне понятная машина, движение которой зависит исключительно от ее устройства, от давления и столкновения частиц вещества, подобно движению колес в башенных часах. Исключительно важное место в деле познания жизни занимала поэтому в указанное время анатомия.

Однако в следующий период развития науки, в век паровой машины, на это место все в большей степени начинает претендовать физиология, а роль механики в познании жизни принимает на себя энергетика.

Прообраз живых существ теперь видят уже не в часах, а в тепловых двигателях. Широкое развитие получает высказанная еще Лавуазье аналогия между дыханием и горением. Пища — это лишь то горючее, которое мы подбрасываем в топку нашего организма, и поэтому ее ценность вполне может быть выражена в калориях. Руководящими принципами века в познании жизни становятся законы сохранения и вырождения энергии. При этом первый закон термодинамики — закон сохранения энергии — оказывается вполне применимым как к механизмам, так и к организмам.

Сложнее дело обстоит со вторым законом, выражающим статистическую тенденцию природы к беспорядку, тенденцию к выравниванию и таким образом обесцениванию энергии в изолированных системах, что обычно выражается как возрастание в них энтропии. Если такую систему поместить в однородные условия и предоставить ее самой себе, то очень скоро все происходившие в ней явления прекратятся, и система в целом угаснет. При этом она достигнет такого неизменного состояния, в котором не возникает никаких событий. Физики называют это состояние термодинамическим равновесием, или «максимальной энтропией».

В противоположность этому в организмах не только не происходит нарастания энтропии, но даже возможно ее уменьшение. Таким образом, как будто бы получается, что основным законом физики является тенденция к беспорядку, увеличение энтропии, а основным законом биологии, напротив, рост организованности — уменьшение энтропии. Некоторые философы-идеалисты, например А. Бергсон, определяя жизнь как «борьбу против энтропии», видели даже в указанном противоречии между физикой и биологией повод для признания сверхматериальной природы жизни.

Однако в настоящее время мы знаем, что это противоречие является только кажущимся. Живые существа отнюдь нельзя уподоблять изолированным системам. Напротив, как мы указывали выше, характерным для организмов является их непрерывное взаимодействие с окружающей внешней средой, в силу чего их нужно рассматривать как поточные, или открытые системы. Свойственное им стационарное (а не статическое) состояние поддерживается постоянным не потому, что они приблизились к «максимальной энтропии» или что их свободная энергия находится в минимуме (как это происходит при термодинамическом равновесии), а вследствие того, что открытые системы непрерывно получают свободную энергию из внешней среды в количестве, компенсирующем ее уменьшение в системе.

Н. Винер утверждает, что указанной способностью противодействовать общей тенденции к возрастанию энтропии могут обладать не только организмы, но и машины, наделенные известной спецификой их взаимодействия с внешним миром. На этой основе, по его мнению, машины могут создавать вокруг себя некоторую локальную зону организованности.

Это положение явилось исходным при возникновении третьего, современного периода в истории разбираемого нами вопроса — века связи и управления, сменившего собой век паровых машин.

Как указывал Н. Винер, в электротехнике существует разделение на области, называемые в немецкой литературе техникой сильных токов и техникой слабых токов, а в США и Англии — энергетикой и техникой связи. Это и есть та граница, которая отделяет прошедший век от того, в котором мы живем. Техника связи может иметь дело с токами любой силы и с двигателями большой мощности, но от энергетики ее отличает то, что ее в основном интересует не экономия энергии, а точное воспроизведение сигнала.

Энергия, «питающая» электронную лампу, почти целиком тратится впустую, но несмотря на это лампа может быть очень эффективным средством выполнения нужных операций. Аналогичным образом совершенство работы нашей нервной системы не может быть расценено только с точки зрения рационального использования той сравнительно небольшой энергии, которая доставляется нейронам при помощи кровяного тока.

Организмы эффективно связаны с внешним миром не только суммарным обменом вещества и энергии, но также потоком приходящих и исходящих сообщений, потоком воспринимаемых впечатлений и выполняемых действий. Особенно яркое выражение эта связь находит в чрезвычайно совершенной и глубоко дифференцированной высшей нервной деятельности животных и человека. Однако Винер указывает, что можно провести очень далеко идущую аналогию между этой деятельностью и работой современных самоуправляющихся машин и автоматических устройств. Фотоэлектрические элементы и другие световые приемники, радиолокационные системы, приборы для регистрации потенциала водородных ионов, термометры, манометры, микрофоны всех родов и т. д. являются эквивалентами органов чувств, служат механизмами, воспринимающими сообщения. Исполнительными органами машин могут быть электрические двигатели, соленоиды, нагревательные катушки и другие аналогичные приборы. Между механизмами, воспринимающими сообщения, и исполнительными органами в таких устройствах, какими, например, являются современные быстродействующие электронные вычислительные машины, находятся промежуточные группы элементов — центральная система управления, которую можно рассматривать как аналог мозга животных или человека.

Назначение этой системы состоит в объединении приходящих сообщений таким образом, чтобы вызвать желательную реакцию в исполнительных органах. Наряду с информацией, поступающей в эту центральную управляющую систему из внешнего мира, она получает информацию и о работе самих исполнительных органов. Этим устанавливается так называемая «обратная связь», позволяющая регистрировать выполнение или невыполнение машиной своих собственных задач. «Кроме того,—писал Винер,—информация, принимаемая автоматом, не обязательно должна быть использована немедленно, но может быть задержана или запасена, чтобы ее можно было использовать когда-нибудь в будущем. Это свойство аналогично памяти. Наконец, пока автомат работает, самые правила его действия могут изменяться на основании данных, прошедших раньше через его воспринимающие органы. Это напоминает процесс обучения» 9.

Таким образом, при переходе от века паровых машин к веку связи и управления, прообразом живого существа становится электронная вычислительная машина, учение о питании уступает свое место физиологии высшей нервной деятельности, а энергетика сменяется кибернетикой — наукой о способах восприятия, передачи, хранения, переработки и использования информации управляющими устройствами независимо от конкретной материальной природы этих устройств, от того, построены они «из металла или из плоти», т. е. являются они машинами или организмами.

Как всякая молодая отрасль знания, кибернетика развивается очень бурными темпами. Поэтому она за весьма короткий срок своего существования уже успела значительно обогатить новыми идеями и достижениями как науку, так и в особенности современную технику, стремящуюся к максимальной автоматизации управления производственными процессами. Наряду с этим новейшее развитие автоматов и вычислительных машин уже зашло так далеко, что приобретенный при их проектировании и эксплуатации опыт в ряде случаев может даже быть использован при попытках рационального объяснения явлений, происходящих при работе нервной системы, и в ряде других процессов.

Понятное увлечение этими успехами, а также широкое (хотя и малооправданное) применение в кибернетике терминов нейрофизиологии, психологии и даже социологии создало в настоящее время такое положение, что многие современные авторы стали считать машины, способные решать сложные математические задачи, делать переводы с одного языка на другой или вообще выполнять ряд функций умственного труда человека, действительно в какой-то мере живыми и на этом основании рассматривать кибернетику как принципиально новый, универсальный путь познания самой сущности жизни.

9 Н. Випер. Кибернетика или управление и связь в животном и магиине. М. 1958, стр. 61.

Это, конечно, неверно. Как мы видели выше, попытки познать жизнь, как специфическое свойство какого-то сложного механизма существовали уже в течение многих веков. Менялись только взгляды на то, на чем должно быть главным образом сосредоточено внимание: на движении, энергетике, связи или еще на каком-либо ином общем для машин и организмов свойстве, подлежащем объяснению на основе законов физики и химии. Однако основной стимул, заставляющий исследователей наделять машины жизнью, всегда оставался один и тот же. Он заключался в следующем: «целесообразность» организации живых существ — это то, что принципиально отличает их от объектов неорганической природы. За исключением организмов только машины наделены аналогичной «целесообразностью» строения. Вместе с тем работа машины легко может быть целиком сведена к физическим и химическим явлениям. Поэтому именно в отождествлении живых существ с механизмами можно будто бы видеть единственный путь для спасения естествознания от мистической «энтелехии» виталистов, тот мост, который можно перебросить от физики и химии к биологии.

Конечно, можно и должно пытаться понять физические и химические основы тех или иных жизненных явлений путем построения и изучения искусственных моделей, которые в более простой обстановке воспроизводят те же явления, что и организмы, но всегда при этом нужно помнить, что мы имеем дело с моделями и не отождествлять их с живыми существами, а, напротив, все время учитывать не только сходство, но и различие между теми и другими. Только в этом случае мы можем избежать очень вредного упрощенчества, тех ошибок, которые всегда дорого обходились человечеству и которые исправлялись в науке только ценой громадных усилий.

Какой бы сложностью и совершенством организации ни обладала электронная вычислительная машина, она все же по своей природе дальше отстоит от человека, чем, например, наиболее примитивная бактерия, хотя последняя и не обладает той дифференцированной нервной системой, которую так удачно имитирует машина.

К сожалению, об этом различии в кибернетической литературе обычно говорится очень глухо. Может быть, до известной степени это и правильно в том случае, когда мы хотим сосредоточить свое внимание только на общих законах связи, а не на тех или иных конкретных системах. Но если целью нашего исследования является стремление познать природу жизни, то такого рода игнорирование различий между организмами и механизмами принципиально недопустимо.

Первое сразу же бросающееся в глаза различие между машинами и живыми существами связано с тем материалом, из которого образованы те и другие системы, с их вещественной природой.

Представители машинной теории жизни обычно склонны пренебрегать этим различием на том основании, что работа машины в основном зависит от ее конструкции, а не от химического состава.

По этому поводу Л. Иост писал, что материал, из которого сделана машина (латунь или сталь), будет, конечно, влиять на ее прочность и точность, но не на род ее действия. В конечном итоге можно даже построить машину не из металла, а из пластмассы или какого-либо другого органического материала и тем приблизить ее состав к химическому составу организмов.

Однако такого рода рассуждения в корне неверны. То, что живые существа являются, по меткому выражению Энгельса, «белковыми телами», что они включают в свой состав белки, нуклеиновые кислоты, липоиды, специфические углеводы и другие разнообразные органические вещества, отнюдь нельзя рассматривать как случайное или малозначащее обстоятельство. Напротив, вся организация живых тел, ее поточный характер неразрывно связан с химическим составом протоплазмы. В частности, только познание весьма специфических особенностей строения и свойств белковых веществ позволяет нам понять те непосредственные причины, которые лежат в основе определенной взаимопоследовательности отдельных реакций в обмене веществ, их взаимосогласованности во времени.

Любое органическое вещество может реагировать в очень многих направлениях, оно обладает громадными химическими возможностями, но вне живых тел оно использует эти возможности крайне «лениво», медленно. Напротив, в живых существах органические вещества испытывают весьма быстро протекающие химические превращения. Причина этого лежит в каталитических свойствах белков. Для того чтобы любое органическое вещество живого тела реально участвовало в обмене веществ, оно должно войти в химическое взаимодействие с тем или иным белком-ферментом, образовать с ним определенное, весьма подвижное, неустойчивое промежуточное соединение. В противном случае его химические возможности будут реализоваться настолько медленно, что они лишатся всякого значения для бурно протекающего процесса жизни.

Вследствие чрезвычайно тонкой специфичности ферментов каждый из них образует промежуточные соединения только лишь с определенным веществом (субстратом), моя?ет катализировать лишь строго определенные индивидуальные реакции. Поэтому скорости, с которыми осуществляются эти реакции в живом теле, могут быть весьма различными прежде всего в зависимости от присутствующего здесь набора ферментов, а также от их каталитической активности, а эта последняя может сильно изменяться как от внутренней физико-химической обстановки, так и от воздействий внешней среды. Такого рода очень подвижное соотношение скоростей отдельных биохимических реакций и создает предпосылки для определенной последовательности и согласованности этих реакций в целую сложную сеть обмена веществ.

Указанную организацию жизни можно до известной степени сопоставить с организацией любого музыкального произведения, например симфонии, самое существование которой зависит от определенной последовательности и согласованности отдельных звуков. Стоит только нарушить этот порядок, как исчезает и сама симфония как таковая, получится дисгармония, хаос.

Аналогичным образом и в основе организации жизни лежит закономерный порядок обмена веществ, а форма и структура живых тел носят поточный характер. Поэтому организмы могут более или менее длительно существовать только в результате постоянно совершающихся и захватывающих собою все живое химических превращений, остановка которых приводит к гибели живой системы, к смерти организма.

В противоположность этому основная конструкция машины статична. В процессе работы машины химическим изменениям подвергается только энергетический материал, топливо, а сама конструкция остается материально неизменной независимо от того, сделана ли машина из металла или из органического стекла, и чем меньше она будет изменяться, например подвергаться коррозии, тем долговечнее будет сама машина.

Таким образом, самый принцип устойчивости, способности к длительному существованию у машин и у организмов совершенно различен. Поэтому и перечисленные выше черты сходства этих систем нередко носят лишь очень общий характер и при более детальном анализе оказываются чисто формальными.

Это, в частности, можно показать на примере механического движения организмов. В осуществляющих это движение мышцах животных белковые фибриллы определенным образом взаимоориентированы между собой. Но такого рода построение ни в коем случае нельзя уподоблять конструкции машины. В машине элементы конструкции совершенно не принимают участия в химических превращениях энергетического материала. Если бы составные части машины в процессе работы сами подвергались химическому изменению, это, конечно, немедленно привело бы к разрушению всего механизма. Напротив, элементы конструкции живого тела — белковые фибриллы — сами принимают непосредственное участие в тех реакциях обмена, которые служат источником трансформируемой в механическое движение энергии.

То же самое можно сказать и об уподоблении организмов тепловым двигателям в энергетическом отношении. Мы сейчас знаем, что аналогия между горением и дыханием носит очень формальный характер. Преодоление необходимого для осуществления окислительных реакций порога энергии активации при горении осуществляется путем значительного повышения температуры, тогда как дыхание этого не требует. В его основе лежит принцип ферментативного снижения энергии активации.

Если бы превращения энергии происходили в организмах так же, как и в тепловых двигателях, то при возможных для живых существ температурных перепадах коэффициент их полезного действия выражался бы ничтожными долями процента. Между тем он удивительно высок, значительно выше того, который достигнут в настоящее время в тепловых двигателях. Это объясняется тем, что распад и окисление сахара или другого дыхательного материала происходит в организме не как единый химический акт, а через ряд индивидуальных, согласованных между собой во времени реакций.

Если бы окисление органической молекулы происходило в организме сразу, то живое тело не могло бы рационально использовать всю освобождающуюся при этом энергию, в особенности если бы она выделялась в виде тепла. При окислении только одной граммолекулы сахара освобождается около 700 больших калорий. Мгновенное выделение такого количества энергии было бы связано с резким повышением температуры, денатурацией белков и гибелью живого тела. Тот энергетический эффект, который достигается организмом в условиях обыкновенных низких температур, обусловливается тем, что в процессе биологического окисления сахар превращается в углекислоту и воду не сразу, а постепенно, каскадообразно. Такого рода процесс не только дает возможность преодолеть при обычной температуре порог энергии активации, но и позволяет живому телу рационально использовать постепенно освобождающуюся энергию. При этом чем более организованным является обмен веществ, чем более хорошо согласованы между собой отдельные составляющие его реакции, тем более высок коэффициент полезного действия.

Принцип оценки пищи как топлива только по ее кал

страница 2
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Скачать книгу "Жизнь, ее природа, происхождение и развитие" (3.44Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(22.09.2017)