Знание-сила, 1997 № 02 (836)

Становление современных физики и химии в XIX веке привело к самому общему выводу: всякому природному явлению соответствуют особые вещества. Или сильнее: природные явления — проявление (следствие) физических свойств определенных веществ. Значит, и жизнь — проявление физических свойств особого «живого» вещества. Соответственно формулировалась задача — выделить это живое вещество и исследовать его (физические) свойства.

Живое вещество было найдено довольно быстро: под микроскопом оно выглядело слизистой желеобразной массой. Его находили во всех клетках всех живых существ, оно казалось всюду одинаковым, следовательно, оно и было носителем свойства «жизнь». И как такой универсальный первичный носитель жизни это вещество было названо «протоплазма». Этот натурфилософский термин отвечал общему мировоззрению того времени.

Это замечательное, наделенное свойством жизни вещество содержало компонент, который по своим свойствам (особенно по свертыванию при нагревании) очень походил на давно известные белки птичьих яиц, молока или крови. И чтобы не пугать его с «обычным» белком, основной компонент протоплазмы стали обозначать термином «протеин». В немецком языке различие терминов «протеин» и «белок» сохранилось, в английском остался только протеин, в русском они часто смешиваются. Эта семантическая неаккуратность дорого стоила науке: «свойство жизни» стали относить не к обобщенному понятию «протеин», а к химически индивидуальному веществу — белку.

Наиболее завершенной главой теоретической физики XIX века стала термодинамика. Закон сохранения энергии, второе начало термодинамики, вводившее представление о качестве энергии и о мере деградации (мере качества) энергии — энтропии, сделали эту главу физики классической. Термодинамический подход, термодинамический анализ природных явлений стал необходимым. Было поэтому естественно искать в «живом веществе» и в биологических процессах особые термодинамические свойства.

Эрвин Бауэр и направил на это свои усилия. Молекулы белка в особом «неравновесном» состоянии он и считал таким «живым веществом». При этом Бауэр полагал, что для него характерно не просто неравновесное состояние, а самоподдерживающееся неравновесное состояние, или, его словами, «устойчиво неравновесное» состояние. И в самом деле: жизнь поддерживается постоянным притоком энергии (пищи, света). Энергия тратится в процессах жизнедеятельности, и в них же освобождается энергия пищи для поддержания особого состояния живого вещества. С этим трудно спорить. Но Бауэр считал, что на самом деле речь идет об особом состоянии молекул белка, которое поддерживается потоком энергии и потому «устойчиво». Он сформулировал это представление в виде принципа устойчивого неравновесия: «Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях».

Из этого принципа он выводил все основные свойства биологических систем — метаболизм, деление клеток, размножение, старение.

Получается очень стройная картина. Один свойственный живым и только живым принцип — и все остальные свойства и проявления жизни выводятся из него путем дедукции как его следствия. Бауэр подчеркивает необходимость именно такого подхода. Он говорит, что странным образом обычно возникают непреодолимые трудности при определении понятий «жизнь» и «живое». В учебниках биологии перечисляют признаки жизни вместо строгого определения этого понятия. При этом в таких перечнях ни один из признаков не является абсолютно специфичным для живого состояния (размножаются и кристаллы, сложные химические реакции катализируются и в неживых системах, и т. п.). Биология, по словам Бауэра, единственная наука, предмет которой не определен.

Бауэр полагал, что устойчиво неравновесное состояние реализуется в особой, «напряженной», «деформированной» конфигурации молекул белка. Такое состояние этих молекул — их «структурная энергия» — обусловливает их ферментативную активность, а стало быть, и все процессы обмена веществ, явления биологической подвижности, асимметричное распределение ионов в системе «клетка — внеклеточная среда» и, следовательно, раздражимость (возбудимость).

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.