Биология веры. Недостающее звено между Жизнью и Сознанием

Геометрия — раздел математики, описывающий пространственные отношения и формы тел. Наши привычные представления о мире ограничены геометрией Евклида, изложенной им за 300 лет до нашей эры в 13-томном труде под названием «Начала». Евклидова геометрия вполне наглядна — благодаря ей мы можем спроецировать такие простейшие фигуры, как куб, сфера или конус, на плоскую поверхность листа бумаги. У нее есть только один недостаток — она не годится для описания естественных природных объектов. В самом деле, как начертить строгий геометрический чертеж дерева, облака или горы? Ведь у них нерегулярная и даже на первый взгляд относительно хаотичная структура. Такие природные объекты можно корректно описать только с помощью фрактальной геометрии, основы которой в 1975 году заложил французский математик Бенуа Мандельброт.

Математика фракталов на удивление проста. Например, так называемое «множество Мандельбро­та» строится по следующей формуле: берется некое число, умножается само на себя, после чего результат прибавляется к исходному числу. Затем процедура повторяется. Трудность состоит в следующем: чтобы построить реальный фрактальный объект, эту элементарную процедуру необходимо повторить миллионы раз. Подобные вычисления требуют колоссального количества времени, если производить их вручную. Вот почему ни о какой фрактальной геометрии не могло быть и речи, пока не появились мощные компьютеры.

Фракталы — это бесконечно повторяющиеся структуры, вложенные одна в другую (некоторое представление о них дает русская кукла-матрешка). Причем эти структуры самоподобны, то есть каждая меньшая структура является уменьшенной копией (не обязательно точной) большей. Например, контуры мелких веточек, которые отходят от крупной ветви дерева, самоподобны контурам крупных ветвей, отходящих от древесного ствола. Точно так же контуры притоков большой реки самоподобны контуру ее русла. В человеческих легких фрактальная структура бронхов повторяется в меньших по размеру бронхиолах. Система кровеносных сосудов в теле человека и его периферическая нервная система тоже состоят из самоподобных повторяющихся структур.

Быть может, все эти наблюдаемые в природе самоподобные повторяющиеся структуры — чистое совпадение? Я уверен, что это не так. Давайте еще раз вспомним два момента, которые мы с вами уже обсуждали.

Во-первых, как я уже не раз подчеркивал, эволюция — это восхождение к большей информированно­сти о своем окружении. Во-вторых, говоря о клеточной мембране, мы установили, что основным элементом восприятия информации в организме является рецепторно-эффекторный комплекс интегральных мембранных белков (ИМБ). И соответственно, чем большим количеством ИМБ (оливок в нашей «бутербродной» модели) обладает организм, тем большая информированность ему доступна и тем выше он стоит на эволюционной лестнице.

Однако на рост количества ИМБ на клеточной мембране накладываются физические ограничения. Толщина клеточной мембраны, определяемая диаметром ее двойного фосфолипидного слоя, составляет 78 нанометров. Средний размер ИМБ примерно такой же, что и у фосфолипидов, в которые они встраиваются. При жестко заданной толщине мембраны туда не получится «напихать» сколько угодно ИМБ — они смогут разместиться там только в один слой. Поэтому увеличения информированности можно достичь лишь одним-единственным способом — увеличивая общую площадь мембраны.

Вернемся к нашей «бутербродной» модели. Большее количество оливок означает большую информированность бутерброда — чем большее их количество вы сумеете в него затолкать, тем «умнее» он окажется. Как вы думаете, какой из двух бутербродов будет обладать большим «интеллектуальным потенциалом» — тот, что сделан из маленькой булочки или тот, что вы соорудите из большого ломтя каравая? Ответ очевиден: чем больше площадь используемого вами куска хлеба, тем больше оливок в нем уместится. То же касается и информированности клетки — чем большую площадь будет иметь ее мембрана, тем большее количество ИМБ она сможет вместить. Таким образом, увеличение площади клеточной мембраны может считаться физическим параметром эволюционного развития и роста информированности. Математические исследования показывают, что в трехмерном пространстве наиболее эффективный рост площади поверхности достигается у объектов с фрактальной геометрией. Вот почему самоподобные структуры в Природе не только не случайны, но и закономерны. Иными словами, мы должны говорить о фрактальном характере самой эволюции!