Знание-сила, 1997 № 02(836)

Многое в этих идеях плодотворно. В частности, из них следует представление о молекуле белка, как о машине, осуществляющей свои функции — преобразование энергии за счет «целесообразных» движений своих частей. Многое плодотворно и следствия красивы. А само существование молекул белка в устойчиво неравновесном состоянии — неподтвердившаяся гипотеза.

Молекулы белка нуклеиновых кислот и других биологически важных соединений в клетке находятся в термодинамическом равновесии со средой. Свободная энергия запасается в клетках в виде свободной энергии процессов катаболизма молекул пищи или в конце концов в виде макроэргических фосфатов. Можно возразить, что это не противоречит принципу устойчивого неравновесия Бауэра: непрерывно поддерживается определенная концентрация макроэргических соединений как специфическое свойство жизни. Возможно, Бауэр согласился бы с этим. Но он был убит за несколько лет до создания Липманном концепции макроэргичности. И, кроме того, макроэргические соединения, например пирофосфаты, нисколько биологически не специфичны.

В своих построениях Бауэр основывался на экспериментальных данных своего времени. Тоща были опубликованы спектроскопические исследования Жскса и Влэ, полагавших, что в живой клетке не наблюдаются характерные спектры (ультрафиолет!) белков в отличие от белков «ин витро». Следовательно, состояние белков при жизни существенно отличается от состояния «мертвого» белка. Примерно такие же выводы делал знаменитый современник Бауэра А. Г. Гурвич, который объяснял открытое им митогенетическое излучение распадом «неравновесных констелляций» молекул в клетке.

К сожалению, эти романтические концепции не подтвердились: белки «ин виво» такие же, как и «ин витро». Нет особой физики макромолекул, свойственной только живому состоянию.

Особой физики нет, но сама постановка вопросов о сущности жизни, о своеобразии термодинамических характеристик процессов жизнедеятельности и, более того, стремление получить «из общих принципов» дедуктивно все основные свойства изучаемого объекта — идеал науки. В те годы к такому идеалу активно устремлялись физики. Физика становилась для биологии примером. Казалось возможным, подобно теоретической физике, создать и теоретическую биологию. И Бауэр сделал соответствующую попытку. Я уже говорил: попытка удалась — стройная концепция с дедукцией из общих принципов была реализована. При этом замечательно и парадоксально, что логическая конструкция теоретической биологии Бауэра сохраняется и в случае иной физической интерпретации исходного принципа устойчивого неравновесия. (Мне это напоминает русскую сказку «Суп из топора»: суп варится из того, что есть под рукой, а топор во всех перипетиях сюжета сохраняется как неизменный принцип.)

Эрвин Бауэр (1916 год)

Эрвин Бауэр (1908 год)

Стефания Сцимард Бауэр (начало 30-х годов)

Какой физический смысл может иметь принцип устойчивого неравновесия сейчас? Он, без сомнения, верен в вероятностно-информационном смысле.

Вероятностная интерпретация термодинамики Больцмана оказалась особо плодотворной при создании теории информации. Можно только пытаться представить себе волнение, которое испытан бы Бауэр при чтении книг и статей, посвященных связи количества информации с вероятностью, энтропией (свободной энергией), упорядоченностью букв в текстах, переходом от беспорядка к порядку.

В «молекулярно-биологическом» свете истолкование хода биологической эволюции выглядит следующим образом.

В результате естественного отбора создаются полимерные молекулы нуклеиновых кислот, а по ним и белков. В ходе эволюции последовательность мономеров в них становится все менее хаотичной, все более упорядоченной, все более сложной. Наследственные тексты становятся уникальными. На вероятностном термодинамическом языке это означает все большее удаление от равновесия, все большую неравновесносгь. Такое устойчиво неравновесное состояние — обязательное условие жизни. Непрерывная работа по сохранению Этой неравновеснссти — условие благополучия индивидуальной жизни и содержание процесса «стабилизирующего отбора». Рост «неравновесности», создание новых уникальных текстов — информационно-термодинамическое содержание дивергентной эволюции, возникновения новых видов.

«Информационно-эволюционная» интерпретация принципа Бауэра делает его логические построения вполне современными, показывая еще раз, как далеко он опередил свое время. В самом деле, в «Теоретической биологии», изданной в 1935 году, предвосхищены многие идеи, которые позже были развиты термодинамикой необратимых процессов, теорией информации, биоэнергетикой, физикой и физической химией биологически важных макромолекул.