ЭВМ и живой организм - Драбкин Александр Семенович (читать полную версию книги TXT) 📗
Сравним некоторые полярно противоположные объекты.
Здание, например, как неорганическая материя не относится избирательно к климатическим и метеорологическим факторам, которые на него действуют. Для здания не существует той проблемы, которая возникла заново с появлением живой материи и которую можно сформулировать двумя словами: «приспособиться и выжить». Для живых существ с момента их формирования в процессе эволюции весь внешний мир со всеми его многообразными воздействиями стал «взвешиваться» только на весах – «вредно-полезно». Появилось активное отношение к внешним неорганическим факторам и неизбежное в связи с этим деление всех явлений на две большие и противоположные категории – способствующих выживанию и не способствующих выживанию.
В лаборатории академика А. И. Опарина исследуются коацерватные капли (капли, выделяющиеся из раствора белковоподобных веществ) как модели многомолекулярных комплексных систем, которые возникли в первичном растворе органического вещества и явились исходными образованиями на пути возникновения первичных организмов.
В этой лаборатории получены такие капли, которые воспроизводят элементарный обмен веществ с окружающей средой. Эти искусственные образования могут в процессе развития совершенствовать свою организацию. Основой такой эволюции, как это недавно было показано экспериментально, является предбиологический естественный отбор – процесс, при котором более совершенные капли быстрее отбирают нужные им для роста вещества, нежели капли, хуже организованные. В результате «сильные» образования совершенствуются за счет «слабых», которые постепенно распадаются и исчезают.
Интересны работы, посвященные эволюции макромолекул белков и нуклеиновых кислот. Как считает советский ученый М. Волькенштейн, они успешно согласуются с общими идеями о возникновении жизни из неживой природы, впервые последовательно сформулированными академиком А. И. Опариным.
...В 1971 году известный физико-химик М. Эйген (ФРГ) построил модельную теорию эволюции макромолекул. Особый интерес теория Эйгена представляет постольку, поскольку она охватывает добиологическую эволюцию – ведь говорить о живых молекулах бессмысленно: ни белок, ни ДНК сами по себе не живут и в этом смысле не отличаются от синтетических полимеров. Необходимое условие жизни – наличие различных веществ, способных взаимодействовать друг с другом (более подробно с этими проблемами читатель может познакомиться в работах члена-корреспондента АН СССР М. Волькенштейна, в которых автор популяризирует теорию Эйгена). Эйген анализирует, как пишет М. Волькенштейн, мысленное устройство, модель: ящик с полупроницаемыми стенками. Через такие стенки могут пройти активированные мономеры. Полимерные же молекулы сквозь стены не проникают.
Внутри ящика происходит полимеризация мономеров. Идет там и противоположный процесс – распад полимерных цепей. Кроме того, цепь может служить как бы матрицей для сборки собственных копий из свободных мономеров (репликации). При сборке копий возможны ошибки.
При условии, если обеспечено постоянство концентраций мономерных единиц и суммы всех полимерных цепей, в системе начнутся естественный отбор и эволюция.
В ходе работы Эйген анализировал особую величину – «селекционную ценность» цепей. Ее значение определяется соотношением скоростей репликации и распада с учетом наличия мутаций.
Таким образом, физико-химическое толкование эволюции и отбора на уровне макромолекул базируется на анализе скоростей реакций полимеризации и распада.
Как видим, фактор времени оказывает влияние даже на такие образования, которые находятся на предбиологическом уровне существования живого. С совершенствованием биологической структуры организмов фактор времени приобретает едва ли не решающее значение в их эволюции.
Пока что разговор о временных связях имел весьма общий характер. Если же посмотреть на дело более конкретно, то можно увидеть различия разительные. Скажем, действие относительно постоянных факторов отличается от действия повторяющихся внешних воздействий. Периодическое или непериодическое воздействие относительно постоянных внешних факторов при активном передвижении живых существ отличается от действия никогда не повторяющихся факторов.
В чем же особенность каждой из этих форм? Для простоты объяснения начнем с последней.
Символически такие воздействия можно обозначить «1», «2», «3» .... При этом под каждым числом понимается явление, никогда не повторяющееся в жизни организма.
Если от уникальных явлений перейти к повторяющимся последовательным событиям, то их можно символически выразить, например, как «1–2–3–4», «1–2–3–4»... Здесь под каждой цифрой понимается повторяемость компонентов в одном и том же порядке. Это могут быть смена утра, дня, вечера и ночи.
Мы можем иметь дело также с последовательными, но не периодическими явлениями (например, туча, молния, гром, обозначенные комплексом чисел «5–6–7»). В этом случае запись воздействия периодических и непериодических явлений может выглядеть так: «1(5–6–7)2–3–4», «1–2–3–4», «1–2–3–4»... Тем самым символически мы обозначили место грозы в ряду смены времени суток.
Если мы говорим о тех же самых воздействиях, но при активном перемещении живого организма (например, нерестовые перемещения рыб), мы должны будем дополнить нашу символическую запись еще одним числом, характеризующим такое перемещение. Так, после обозначений времени года появится обозначение «перемещение к нерестилищам», и последовательность событий вернется к началу периода.
Постоянно действующие факторы, такие, как, например, химический состав атмосферы, являются существенной, но, видимо, не требующей пояснений формой временной связи живой и неживой природы.
Очевидно, можно было бы дополнить эту характеристику понятием относительной устойчивости воздействия. Например, дерево, растущее на берегу реки, до тех пор дает приют птицам, пока вода не подмоет его корни и оно не рухнет. Однако для наших рассуждений относительность устойчивости не имеет решающего значения, ибо мы хотим обратить внимание на иной аспект ременной структуры мира – на последовательность воздействий внешних факторов и их повторяемость.
Можно утверждать, считает академик П. К. Анохин, что основой развития жизни и ее отношения к внешнему неорганическому миру были повторяющиеся воздействия этого внешнего мира на организм. Именно такие воздействия, как результат изначальных свойств пространственно-временной структуры неорганического мира, обусловили всю анатомическую организацию и приспособительные функции первичных живых существ. В этом отношении организация живых существ представляет собой в подлинном смысле слова отражение пространственно-временных параметров и конкретной среды обитания.
Ну, а как быть с неповторяющимися факторами?
Никогда не повторяющиеся воздействия не оказывали, очевидно, какого-либо решающего влияния на эволюцию форм приспособления животных к внешнему миру, хотя и могли привести, например, к гибели каких-то отдельных существ (достаточно вспомнить, как птицы во время исключительно сильных морозов замерзают на лету).
Представим себе на минуту иное положение: существуют только последовательные и никогда не повторяющиеся явления. Смогла бы тогда развиваться на Земле жизнь в нынешнем ее виде? Нет, не могла, считает академик Анохин. Живой организм не мог бы иметь устойчивой и прочной структуры, потому что структура появляется лишь как следствие отражения повторяющихся воздействий. Проще говоря, живые организмы не смогли бы приспособиться к неживой природе.
Как же обстоит дело с иными воздействиями – постоянными?
Сначала нужно договориться о том, что считать постоянным. Наличие кислорода в атмосфере есть фактор, действующий на протяжении всей истории существования живого на земле. Относительно менее постоянно, например, выветривание скальных пород. Наконец, еще менее постоянно влияние какого-либо мелиоративного преобразования – скажем, создание оросительных систем. Таким образом, все дело в том, как конкретно соотносится продолжительность того или иного жизненного цикла организма и длительность внешнего воздействия. В общем же случае так называемые постоянные факторы можно считать лишь очень большими звеньями в цепи последовательных явлений.
