|
|
Количество статьи: 297
Статьи за 24 часа: 0
[ Все статьи | Поиск | Top 10 | Категории ]
Биология : наука об организмах
В 20м веке биология стала наукой. Причем к концу 20го века она стала наукой, не только о животных и растениях, но и о любых организмах, каковыми можно считать Биосферу, компьютер, экономический организм, процессы горения в нелинейной среде, процессы в плазме, шаровую молнию, турбулентные образования в атмосфере и гидросфере и еще много чего. Проще сказать, что не является организмом в этом мире. Только биологи об этом в основной своей массе не догадываются. Биологи - милейшие люди, вроде коллекционеров спичечных этикеток, и с ними очень приятно беседовать, пока вы своей бестактностью не заденете их за больное место - не спросите о законах биологии. Биологи тщательно скрывают свою девственность в этом отношении и воспринимают такие вопросы как непристойность. Конечно таковы не все из них, поэтому биология и стала наукой к концу века.
В 1921 году русский врач Александр Богданов (тот самый, против которого была направлена единственная философская книга Ленина " Материализм и эмпириокритицизм") опубликовал книгу под названием "Тектология или всеобщая организационная наука". Эта книга явилась предтечей появившейся на 30 лет позже
кибернетики. Но лавры пророка кибернетики достались Людвигу фон Берталанфи, который, видимо, читал Богданова, но не сослался на источник, и высказал подобные идеи в своей Общей теории систем, опубликованной в 1928 году. С этого времени внимание физиков и мыслящих биологов было сосредоточено на том, чтобы найти достаточно общие свойства организмов, которые бы относились к широкому классу систем, обладающих способностью к самоорганизации.
В 1935 году советский биолог Эрнст Бауэр в книге "Теоретическая биология" сформулировал физический принцип существования организмов - принцип устойчивого неравновесия. Этот принцип радикально отличался от известного в то время в физике и использованного Берталанфи в своей теории систем принципа
подвижного равновесия. Бауэр говорил именно о парадоксальности физики живого - о том, что вся работа живого организма направлена на поддержание неравновесного состояния, которое без этой работы обязательно бы прекратилось в полном соответствии с законами физики неживой природы (и наступило бы то самое равновесие, о котором говорил Берталанфи). Физики поняли, о чем говорил Бауэр, только в 80е годы, когда понятие "диссипативной структуры" введенное Пригожиным стало общепринятым: оказалось, что принцип Бауэра представляет собой определение диссипативной структуры. В 1937 году Бауэра расстреляли, книга его была уничтожена, и на Западе его открытие осталось неизвестным.
На Западе мысль физиков стала поворачиваться в сторону живого состояния после знаменитой работы Эрвина Шредингера "Что такое жизнь с точки зрения физики", появившейся в 1943 году. В ней он утверждает, что жизнь "питается отрицательной энтропией". Что это такое опять же стало понятно только в 70е годы, когда Пригожин разъяснил, что энтропия диссипативной структуры может понижаться, если энтропия, уносимая потоком, на которой существует эта структура, превышает энропию, привносимую этим же потоком в эту структуру, и что противоречие с термодинамикой здесь только кажущееся. А в 60е годы вокруг этой "отрицательной энтропии" Шредингера было понастроено много нелепых теоретических монстров. И все эти работы стали неинтересны после открытия диссипативных структур, подобно тому как кибернетика стала теоретически неинтересна после возникновения физики самоорганизации - синергетики - в 80е годы.
Кибернетика стала выглядеть как мощная надстройка над принципом работы сливного бачка. Но сам принцип обратной связи реализуют в своем существовании диссипативные структуры: в синергетике он проявляется в нелинейности динамики потока, на котором существуют эти структуры. Организм есть вихрь атомов, - говорил великий биолог Жорж Кювье еще в начале 19го века, - сейчас мы называем такой вихрь диссипативной стуктурой. Диссипативные структуры были открыты в химических ситемах русским химиком Белоусоывм в начале 50х годов и подробно изучены Жаботинским в 60е годы. А потом, в 70е-80е годы они были открыты повсюду - и в биологических, и в физических ситемах. И оказалось, что многие свойства, открытые биологами на протяжении этого века, являются свойствами диссипативных структур, которые поэтому можно рассматривать как обобщенные организмы.
Так, еще в начале века В.И. Вернадский сформулировал принцип "всюдности жизни", который в современных терминах звучит, как принцип максимального освоения данного питающего потока организмами. Но теперь ясно, что этот принцип является просто следствием того, что организм является диссипативной структурой,т.е. этим самым потоком, только структурированным в виде вихря или "водоворота", обазованного системой обратных связей в этом потоке. Поток будет покрываться диссипативными структурами просто потому, что такова его нелинейная динамика. При этом среди возникающих диссипативных структур выживать в конкуренции за питающий поток будут или те, которые пропускают его через себя с максимальной скоростью, или те, которые довольствуются малой частью потока, эффективно ее используя, т.е. реализуются две стратегии успеха - "хамы" и "аскеты". Первая стратегия успешно применяется при распространении "вширь" уже
найденных способов питания - в эволюции доминированию этой стратегии cоответствуют периоды "идиоадаптаций", как их назвал в начале века русский биолог Северцов. Вторая стратегия эффективна при поиске новых конструктивных решений, новых способов существования - в эволюции организмов она
доминирует в периоды "ароморфозов" или морфофизиологических скачков по Севрцову.
Первую стратегию, названную "кинетическим совершенством" проследил в биологической эволюции на разных уровнях организации русский биофизик С.Э.Шноль в 70е годы. Вторую стратегию обнаружили и описали как особые принципы: в жизнедеятельности колоний микроорганизмов - микробиолог Печуркин в 70е годы, в физиологии высших животных и человека - физиолог Аршавский в 60е годы (оказалось, что тренированный организм потребляет меньше энергии, чем не тренированный). Эти открытия дали биологическую интерпретацию сформулированному Пригжиным еще в 50е-60е годы принципу минимума диссипации для диссипативных систем. Биофизик А.Б.Рубин в 70е годы сформулировал принцип максимального сопряжения прцессов в живом веществе, как способ реализации этого принципа Пригожина. Под словом "сопряжение" здесь скрывается иерархическая конструкция связей, подобная той которую создавал Габриэль Крон для описания своих машин, и которую мы связываем с временем-конструкцией физики. Таким образом организм в своем существовании как бы ставит себе цель - сконструировать такую топологию собственного времени (которое и составляет бытие этого организма), в котором бы он был в максимальной
степени независим от потока питания.Почему это так важно для организма?
Академик С.С.Шварц показал в 70е-80е годы, что в естественных условиях обитания организмы всегда максимально напряжены по питанию,т.е затрата энергии на поиск питания лишь немного меньше, чем энергия получаемая с этим питанием. Поэтому даже небольшие изменения в окружающей среде приводят к изменению
этого соотношения на обратное, что Шварц назвал "экологическим стрессом". Этот стресс через эмоционально-гормональную систему организма передается на молекулярно-генетический уровень, что включает механизм эволюционного преобразования вида. В те же годы сибирский генетик Д.К.Беляев на примере одомашнивания чернобурых лис показал, что стресс является тем фактором, который радикально ускоряет эволюцию - стресс в сочетании с отбором приводил к превращению лис в собак на протяжении всего трех поколений! Организм, стремясь сохранить себя, естественно стремится уйти из зоны экологического стресса, что и ведет его к стратегии "конструктивного аскетизма".
До сих пор мы говорили о принципах энергетического или материального существования организма. Теперь поговорим об идеальных или информационных принципах. Как метко заметил московский биолог Н.А.Заренков, - главная категория биологии "приспособленность" является чисто идеальным понятием, ибо кроме самого организма никто не знает, что это такое. Это напоминает то, как Солон объяснял Лидийскому царю Крезу, что пока человек не умрет, нельзя ответить на вопрос, счастливо ли он прожил свою жизнь. Т.е. приспособленность - это желание выжить, которое существует в организме как конкретная цель, задача, которую он решает в процессе того, что В.С.Ротенберг и В.В.Аршавский назвали "поисковой активностью". Эта идеальная конструкция активности организма известна в физиологии как "доминанта" А.А.Ухтомского, "модель потребного будущего" П.К.Анохина или "установка" Узнадзе. Это задача, которую организм решает как аналоговый компьютер ( точка зрения московского биохимика Либермана). Решением этой задачи является сам организм, достигший нового "уровня сопряжения" потоков метаболизма или, что то же самое, новой конструктивной организации. При этом "виртуальная реальность" его цели записалась в виде алгоритма в его "софтвер" и стала реальной конструкцией его активности.
Интересно, что разделение на "софтвер" и "хардвер" у самовоспроизводящихся автоматов (организмов) неизбежно по чисто логическим причинам - это показал Джон фон Нейман еще в 1948 году ( большинство биологов до сих пор уверены в том, что разделение на фенотип и генотип, как на их жаргоне называются софтвер и хардвер, является чисто биологическим свойством): если бы носитель информации не копировался как хардвер, путем внешнего физического процесса, напрмер матричного копирования, то решение задачи самовоспризведения содержало бы парадокс бесконечного самоописания (парадокс Тристама Шенди: этот герой романа хотел описать свою жизнь, но тратил на описание одного дня своей жизни год реальной жизни). Именно всилу такого устройства организмов, если на уровне софтвера организм не может решить задачу приспособления, то наступает то, что мы привыкли называть стрессом - включение эволюционного процесса перестройки хардвера - в данном случае наследственной информации. Это происходит за счет переноса информации между организмами посредством вирусов и вирусоподобных частиц "биологического космоса" - мобильными элементами генома, из которых как из блоков состоят геномы организмов. Это выдающееся открытие принадлежит американскому генетику Барбаре Мак-Клинток. Киевский генетик Кордюм в 70е годы впервые описал процесс эволюции как процесс конструирования новых геномов организмов вирусами в ситуации переживаемого ими стресса. В 80е годы Ленинградский генетик Инге-Вечтомов открыл явление "моды на мутации" - распространение мутаций этими мобильными элементами генома в популяции, что
подтвердило концепцию Курдюма.
Эти представления базировались на концепции блочного строения биологических макромолекул, разработанной Хургиным и Шнолем в 70е годы. Примером этого принципа строения могут служить антитела, гены которых конструируются из различных участков генома. В принципе так же устроены и остальные гены и белки, считываемые с них.
Таким образом, биология в конце 20го века представляет организм как блочную конструкцию, построенную из иерархически вложенных друг в друга блоков, образующих аналоговый компьютер, решающий задачу минимизации потока (или, что то же самое, минимизации термодинамического времени), на которомсуществует этот организм как диссипативная структура. |
Дата: 24.12.2004, Просмотров: 3191
|
|
|
