Биология в новом свете

Но что же тогда означает "искусство плавания", "управляющая информация"? Это "адрес", по которому направлена "посылка", и умение распознать нужного адресата. Соответствующая информация заложена в пузырьке, и она представляет собой не что иное, как специфическую структуру белка, т. е. обусловлена опять-таки исходной наследственной информацией.

Можно было бы привести еще много примеров действия подобных механизмов в клетке. Но нам важен принцип. Итак, биологическая функция = энергия хаотического теплового движения + биологическая информация!

До сих пор не удается подсчитать и выразить эту информацию численно. Долгое время полагали, что "бит", взятый из теории информации, мог бы служить наиболее пригодной мерой информации. Однако это ожидание не оправдалось. Предлагаются различные пути решения этой проблемы, но каких-либо удовлетворительных результатов пока получить не удалось.

Таким образом, бесцельное поступательное движение молекул, хаос теплового движения, не обязательно вредит жизни, он включен в сам принцип функционирования живого и даже является необходимой предпосылкой для протекания большинства жизненно важных процессов.

Особенно показательна в этом отношении эволюционная теория Дарвина. Мы достаточно слышали о мутациях, обусловленных наследственными повреждениями. Мутации — это резкие скачкообразные изменения наследственного кода. К ним относятся замена, потеря или изменение основания в цепочке молекулы ДНК, возможно даже изменение целых хромосом. Как правило, большинство мутантов нежизнеспособны и не обнаруживаются в популяции в целом. Но многие мутации, проявляющиеся в нарушении строения тела или функции, очень заметны.

Причиной мутации, как правило, служат случайные события. И хотя при этом роль теплового движения не велика и изменение структуры молекул происходит в основном за счет действия квантов высокой энергии, например космического излучения, тем не менее и здесь в биологический порядок вклинивается случайность. Нельзя позволить этому явлению восторжествовать, ибо оно уничтожит любую биологическую организацию. Поэтому побеждают организмы, обладающие различными механизмами защиты, которые предохраняют организм от воздействия подобных случайностей. Однако со времен Дарвина известно, что без постоянной изменчивости и последующего отбора биологическая эволюция вплоть до человека была бы невозможна.

Мутант: вторжение случайности микрофизического хаоса в генетическую упорядоченность жизни. Изменения, происходящие на молекулярном уровне, проявляются во внешнем виде растения. Дарвиновская теория эволюции была бы немыслима без мутаций

Вернемся снова к тепловому движению молекул. Приведенный выше пример броуновского движения слишком специален и кажется притянутым за уши. Мы воспользовались им лишь потому, что он достаточно нагляден и, кроме того, показывает, что тепловое движение присуще не только молекулам, но и телам, видимым даже в обычный оптический микроскоп. Броуновское движение представляет собой хорошую модель любого молекулярного движения.

Вообще говоря, само движение молекул много важнее и интересней. Оно является причиной переноса вещества в самом широком смысле слова. Вещество может транспортироваться, возникать из другого вещества или превращаться в другое вещество.

Рассмотрим такой пример. Каждому известно, что в горячем чае сахар растворяется гораздо быстрее, чем в холодном. Любая химическая реакция при более высокой температуре протекает быстрее. Почему? Потому что любое преобразование вещества, любой процесс растворения является результатом столкновения молекул. Чем выше температура, тем чаще происходят столкновения, тем быстрее протекает реакция.

Остановимся на процессе растворения сахара в чае. Огромное множество молекул сахара, произвольно расположенных в куске, непрерывно атакуют молекулы воды. Непрерывно, ибо процесс растворения продолжается без остановки вплоть до последней молекулы сахара. Даже когда растворение идет медленно, каждую секунду чрезвычайно большое число молекул переходит из кристалла в раствор.

Что же это за числа, которые мы называем "чрезвычайно" большими? Известно, что один моль (грамм-молекула) вещества содержит 6⋅10²³ молекул — это 6 с 23 нулями. Чему равен моль? Молем принято обозначать количество граммов вещества, равное его молекулярной массе, а молекулярная масса — это, грубо говоря, число, показывающее, во сколько раз данная молекула тяжелее атома водорода. Если известна химическая формула вещества, то его молекулярную массу легко рассчитать с помощью таблиц. Молекула воды (Н₂О) в 18 раз тяжелее водорода, следовательно, 18 г воды составляют 1 моль и содержат 6⋅10²³ молекул. Такое же число молекул находится в 342 г сахара. Теперь мы получили представление о том, что подразумевается под "чрезвычайно" большим числом молекул.