Под знаком необратимости (Очерки о теплоте)

Первым обратил внимание на принципиальную важность предельного перехода в определении жизни советский биофизик К. Тринчер. В 1964 году он отмечал, что в основе обмена веществ в живой системе лежат два противодействующих процесса: разрушение структуры под действием повышенной температуры и построение точно такой же структуры, сопровождающееся повышением температуры. Таким образом, живая материя — это химическая машина, работающая при температуре своего разрушения. И в этом — глубокое отличие биологии от физики и химии. Если физик, изучая молнию, воспроизводит в своей лаборатории искру — маленькое подобие настоящей молнии, если химик, изучая свойства веществ, выделяет или синтезирует их в своей пробирке, то биолог не в состоянии воспроизвести объект своего исследования. Он может смоделировать любую функцию жизни, но он не может смоделировать саму живую материю. «Между живым организмом и машиной, — пишет К. Тринчер, — существует… коренное различие… Машина обладает устойчивостью своей структуры при температуре ее деятельности: структура сохраняется и тогда, когда машина не действует. Живой организм, напротив, должен всегда функционировать, и если по какой-то причине организм перестает выполнять свои, функции при температуре своей жизнедеятельности, то он необратимо теряет свою структуру и погибает».

Возникает интересный и важный вопрос: не может ли минимизация самодействующей, самосохраняющейся и само-воспроизводящейся системы стать причиной ее бессмертия? Ведь если причина старения краба — износ магнитной ленты и инструментального блока, то что может стать причиной износа молекулы ДНК?

Увы, надежды наши неоправданны. То же самое тепловое движение, которое делает возможным износ магнитной ленты, деформирует и самую крупную в природе молекулу ДНК. Сама программа, с помощью которой живой организм борется с тепловым разрушением, подвергается тепловому разрушению. И накопление случайных хаотических искажений структуры молекулы ДНК на протяжении жизни приводит к тому, что точность синтеза белковых молекул постепенно падает, и живой организм стареет. Таким образом, с течением времени живой организм, отдельный человек постепенно исчерпывает свои приспособительные способности. А как говорил китайский философ Лао-цзы: «Черствость и сила — спутники смерти. Гибкость и слабость выражают свежесть бытия. Поэтому то, что отвердело, то не победит».

Как же борется все живое с этой страшной угрозой старения, порождаемого необратимыми процессами трения и теплообмена, которые ухитрились проникнуть даже в тончайший механизм воспроизведения живого организма? Оно борется с ними путем размножения. Человек смертен, чтобы бессмертным было человечество, чтобы новые, изменившиеся внешние условия ложились на всегда молодые плечи…

Теперь нам ясно, сколько неожиданных и важных истин таилось за скупыми словами энгельсовского определения жизни: «способ существования белковых тел», «постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой». Теперь нам ясно, как тесно связан между собой обмен веществ и обмен энергии, «бессмысленности» которого удивлялся Шредингер. Более того, теперь нам ясно, в чем в 1943 году заблуждался Шредингер…

Он решил тогда, что если все реальные процессы сопровождаются увеличением энтропии, то для их протекания необходима некая отрицательная энтропия, якобы содержащаяся в питательных веществах, из которых она как бы высасывается живыми организмами. Он так и писал: «Отрицательная энтропия — вот то, чем организм питается… Для растений… источником „отрицательной энтропии“ служит, конечно, солнечный свет». Позднее Л. Бриллюэн придумал для шредингеровской отрицательной энтропии специальный термин — негэнтропия, что придало недостаточно корректной формулировке Шредингера права законности и породило немало кривотолков и заблуждений.

Прежде всего, такое представление ставит все с ног на голову, являя собой случай, когда причина процесса смешивается с необходимым условием его протекания. Скажем, удаление мусора — необходимое условие существования большого города, но это вовсе не означает, что удаление мусора — причина существования большого города. Точно так же и тепловыделение есть необходимое условие существования живого организма, но вовсе не причина его жизнедеятельности.

Поэтому, рассматривая жизнь с точки зрения термодинамики, мы должны ясно понимать, что законы термодинамики соблюдаются в процессах жизнедеятельности, но не управляют ими, как не управляют они, к примеру, движением планет. Но ведению законов термодинамики подлежат все те тепловые процессы, которые благодаря действию необратимости сопровождают и жизнедеятельность, и движение небесных тел.