Случайность и необходимость

1. Мы можем по крайней мере представить себе объекты, способные к инвариантному воспроизводству, но лишенные какого-либо телеономического аппарата. Один из примеров – кристаллические образования, уровень сложности которых, как известно, намного ниже, чем всех живых организмов, изученных на сегодняшний день.

2. Различие между телеономией и инвариантностью не сводится к простой логической абстракции. Оно обусловлено химией. Из двух основных классов биологических макромолекул класс белков отвечает за телеономические структуры и функции, а класс нуклеиновых кислот обеспечивает генетическую инвариантность.

3. Наконец, как мы увидим в следующей главе, это различие присутствует, явно или неявно, во всех теориях, во всех идеологических построениях (религиозных, научных или философских), касающихся биосферы и ее связей с остальной вселенной.

* * *

Живые существа – необычные объекты. Пусть и смутно, люди осознавали это всегда. Естественные науки, оформившиеся в XVII веке и достигшие своего расцвета в XIX веке, не столько сгладили, сколько, наоборот, обострили это впечатление. По сравнению с физическими законами, управляющими макроскопическими системами, само существование живых организмов представлялось парадоксом, нарушающим фундаментальные принципы, на которых зиждется современная наука. Но какие именно? Ответ неочевиден. Следовательно, главная задача состоит в том, чтобы проанализировать природу этого «парадокса». Это позволит уточнить связь с физическими законами двух важнейших свойств, характеризующих живые организмы: репродуктивной инвариантности и структурной телеономии.

«Парадокс» инвариантности

На первый взгляд инвариантность представляется глубоко парадоксальным свойством, ибо поддержание, воспроизведение и приумножение высокоупорядоченных структур явно противоречат второму закону термодинамики. Согласно данному закону, ни одна макроскопическая система не развивается иначе как в нисходящем направлении, к деградации характеризующего ее порядка.

Впрочем, второй закон справедлив и поддается проверке только в том случае, если мы рассматриваем общую эволюцию энергетически изолированной системы. Внутри такой системы, в одной из ее фаз, мы наблюдаем образование и рост упорядоченных структур, хотя общая эволюция всей системы не перестает удовлетворять второму закону. Лучший пример – кристаллизация насыщенного раствора. Термодинамика такой системы хорошо изучена. Локальное упорядочение, представленное объединением изначально неупорядоченных молекул в идеально организованную кристаллическую сеть, «оплачивается» передачей тепловой энергии от кристаллической фазы к раствору: энтропия – или хаотичность – системы в целом увеличивается в строгом соответствии со вторым законом.

Данный пример показывает, что в изолированной системе локальная упорядоченность не противоречит второму закону. Мы уже указывали, однако, что степень упорядоченности, присущая даже простейшему организму, несравнимо выше степени упорядоченности, свойственной кристаллу. Возникает вопрос: совместимо ли поддержание и инвариантное приумножение таких структур со вторым законом? Проверим это с помощью эксперимента, сопоставимого с процессом кристаллизации.

Возьмем миллилитр воды, содержащий несколько миллиграммов простого сахара, такого как глюкоза, а также минеральные соли, состоящие из элементов, которые входят в химический состав живых организмов (азот, фосфор, сера и др.), и вырастим в этой среде бактерию, например Escherichia coli (длина 2 мкм; вес приблизительно 5×10^–13 грамм). Спустя тридцать шесть часов раствор будет содержать несколько миллиардов бактерий. Мы обнаружим, что около 40 % сахара было преобразовано в клеточные компоненты, а остальная часть была окислена в углекислый газ и воду. Проведя эксперимент в калориметре, мы можем подвести термодинамический баланс и убедиться, что, как и в случае кристаллизации, энтропия системы в целом (бактерии плюс среда) возросла на величину, незначительно превышающую минимум, предписываемый вторым законом термодинамики. Таким образом, несмотря на то, что чрезвычайно сложная система, представленная бактериальной клеткой, не только сохранилась, но и приумножилась в несколько миллиардов раз, термодинамический долг, соответствующий этой операции, был должным образом погашен.

Никакого поддающегося определению или измерению нарушения второго закона не произошло. Тем не менее что-то в результатах этого эксперимента неизменно смущает нас, не согласуется с нашими интуитивными представлениями о физике наблюдаемого явления. Но что? Мы видим явный сдвиг процесса в направлении размножения клеток. Последние, конечно, не нарушают законов термодинамики, скорее наоборот. Они используют их так, как это сделал бы хороший инженер, дабы максимально эффективно реализовать замысел и осуществить «мечту» каждой клетки (как выразился Франсуа Жакоб): стать двумя клетками.

Телеономия и принцип объективности