Что такое жизнь?

Рассуждения об отрицательной энтропии встретили сомнения и неприятие со стороны моих коллег-физиков. Первым делом скажу, что если бы я желал угодить только им, то обсуждал бы свободную энергию. В данном контексте это более привычный термин. Однако это сугубо техническое выражение показалось мне лингвистически слишком близким к энергии, чтобы донести до обычного читателя разницу между двумя этими понятиями. Скорее всего, он бы воспринял свободную как лишенный особого смысла эпитет, в то время как это весьма сложная концепция, и ее связь с принципом упорядоченности-неупорядоченности Больцмана тяжелее проследить, чем в случае энтропии и «энтропии с отрицательным знаком», которая, кстати, придумана не мной. Именно к ней обращался Больцман в своей изначальной дискуссии.

Однако Ф. Саймон[37] уместно отметил, что мои простые термодинамические рассуждения не могут объяснить необходимости питаться материей «в крайне высокоупорядоченном состоянии, содержащей относительно сложные органические соединения», а не древесным углем или алмазной пульпой. Он прав. Но я должен объяснить непрофессиональному читателю, что кусок несожженного угля или алмаза в сочетании с количеством кислорода, необходимым для его горения, в понимании физика также находится в крайне высокоупорядоченном состоянии. Представьте: при реакции – горении угля – выделяется много тепла. Рассеивая ее в окружающей среде, система избавляется от существенного прироста энтальпии, вызванного данной реакцией, и достигает состояния, в котором ее энтропия примерно равняется исходной.

Однако мы не можем питаться образующимся в ходе этой реакции углекислым газом. А потому Саймон справедливо утверждает, что энергетическая ценность пищи имеет значение, и, следовательно, мои насмешки над меню, в которых указана эта ценность, неуместны. Энергия нужна, чтобы возместить не только механическую энергию наших телесных усилий, но и тепло, какое мы непрерывно отдаем окружающей среде. И факт, что мы излучаем тепло, не случаен, но существенен. Именно таким образом мы избавляемся от избыточной энтропии, которую постоянно производим в ходе жизнедеятельности.

Казалось бы, из этого следует, что более высокая температура тела теплокровных животных предполагает полезную способность быстрее избавляться от энтропии, а потому вести более интенсивную жизнь. Я не уверен, что это соответствует действительности (и таково мое мнение, не Саймона). Можно возразить, что многие теплокровные организмы защищены от быстрой потери тепла шерстью или перьями. И потому параллель между температурой тела и «интенсивностью жизни», которая, как я считаю, существует, может в большей степени объясняться законом Вант-Гоффа: более высокая температура сама по себе ускоряет химические реакции в живом организме. Это подтверждают эксперименты на биологических видах, принимающих температуру окружающей среды.

Глава 7 Основана ли жизнь на законах физики?

Если человек никогда не противоречит сам себе, значит, он почти все время молчит.

Мигель де Унамуно

От организма следует ожидать новых законов

В этой последней главе я хочу разъяснить следующее: на основании всего, что мы узнали о структуре живой материи, нам нужно быть готовыми к тому, что механизмы ее работы не удастся свести к обычным физическим законам. И дело не в том, что некая «новая сила» направляет поведение отдельных атомов в живом организме. Его строение отличается от того, что мы изучили в физической лаборатории. Грубо говоря, инженер, знакомый лишь с тепловыми двигателями, должен быть готов к тому, что, изучив конструкцию электрического двигателя, обнаружит, что тот работает по еще не известным ему принципам. Инженер увидит медь, знакомую ему по котлам, в виде очень длинной проволоки, намотанной на катушки. Привычное по рычагам, стержням и паровым цилиндрам железо будет заполнять сердцевины этих медных катушек. Инженер не усомнится, что это те же медь и железо, подчиняющиеся тем же законам природы, и будет прав. Различия в конструкции окажется достаточно, чтобы подготовить его к совершенно иному принципу работы. Он не подумает, будто электрический мотор крутит призрак, потому что тот начинает вращаться при повороте переключателя, без котла и пара.

Обозревая биологическую ситуацию

Ход событий в жизненном цикле организма обладает восхитительной регулярностью и порядком, с которыми не сравнится ничто из того, что мы наблюдаем в неодушевленной материи. Им управляет в высшей степени упорядоченная группа атомов, представляющих лишь небольшую часть атомов в клетке. Более того, согласно сформированному нами взгляду на механизм мутаций, мы полагаем, что перемещение нескольких атомов из «правящей» группы зародышевой клетки способно привести к определенному изменению в крупномасштабных наследственных характеристиках организма.