Пути изменчивости и эволюции живых систем

Резюме

Предлагается определить информацию как поток энергии, который производит в системе обратимые изменения. Введено понятие неинформации, как потока энергии, не вызывающего в системе изменений.

Информация связана с энергией по крайней мере в двух аспектах – внутренний, объективный, как необходимый материальный носитель и внешний, субъективный, как энергетический эквивалент (стоимость) для разнообразных внешних приемников (наблюдателей).

Предлагается определить жизнь как многосубстратную и многопродуктную каталитическую систему, способную использовать входящие потоки энергии и информации для поддержания своей структуры, создавать информацию, а также некоторое время сохранять каталитическую структуру в отсутствии входящих потоков.

Жизнь в любых проявлениях – энергетически бесценное явление природы и энергетический эквивалент биологической информации любой простейшей живой системы настолько велик, что не поддается даже скромной оценке с точностью хотя бы до нескольких порядков.

Центральный путь эволюции всех живых систем – совершенствование путей поддержания и восстановления после нарушений активной каталитической структуры, во многом определяемое наличием резервов информации, не имеющей энергетического эквивалента. Эволюция человека еще не завершена и тоже, прежде всего, состоит в эволюции путей поддержания и восстановления после повреждения активной каталитической структуры.

Эволюция человека смещается из области морфологии и анатомии субъекта в область генетики поведения, совершенствования социальных структур, совершенствования общественных отношений. Совершенствование путей создания информации. Дальнейший переход от поддержания отдельных государств и организаций к поддержанию всей биосферы в целом.

Введение

Для рассмотрения возможных путей изменчивости живых систем и перспектив эволюции, по нашему мнению, нужно сформулировать ряд вспомогательных определений и получить некоторые промежуточные выводы. На наш взгляд, существующие определения мало отвечают сформулированным задачам [1,5,17].

Так, в «Википедии» приводят следующие определения жизни – биологическое – особый вид материального взаимодействия генетических объектов, которые осуществляют синтез себе подобных. Критика – в чем состоит особенность? Почему в основе - синтез себе подобных? Биосфера в целом – живая, но не синтезирует себе подобных. По не опубликованному устному замечанию Блюменфельда, сделанному на одном из семинаров кафедры биофизики физфака МГУ, получается, что женатый человек живой, он может размножаться, а холостой – мертвый. Можно добавить, что далеко не все женатые люди имеют детей (если начать с уровня молодоженов), а те, кто имеет, разве они только и делают, что размножаются? К тому же, как классифицировать детей, людей пенсионного возраста? Другой пример – пчелиная семья – размножается только оплодотворенная матка, трутни участвуют в размножении вспомогательно, не все и очень ограниченный период времени, рабочие пчелы в принципе не могут размножаться. Таких коллективных видов в энтомологии масса, а в биологии немало особей, которые не могут размножаться по причине генетических дефектов. Кобыла, покрытая ишаком, рожает мула, мало похожего на мать и на отца, и не способного размножаться в принципе.

Физико–химический подход – жизнь – преобладание процессов синтеза над процессами распада. Критика – это только часть жизни, а когда организм умирает? Процесс умирания в большинстве случаев достаточно продолжителен, организм умирает по частям. Так, смерть человека связывают со смертью мозга, но ряд органов можно пересадить другому человеку, либо некоторые органы умирают раньше мозга и их приходится даже удалять хирургическим путем. Растения без воды увядают, прекращая синтезы, но оживить их без проблем, если вовремя полить. Только у растений в период светового дня синтезы преобладают над распадом, в темное время суток количество синтезов резко сокращается и распад преобладает над синтезом даже у растений. Семена растений и споры микробов – покоящаяся форма без каких-либо синтезов и а prori неизвестна их всхожесть. Семена растений в период прорамтания до начала фотосинтеза активно растут за счет запасов в зерне и распад преобладает над синтезами. Более того, даже активно растущий гетеротрофный организм, потребляя пищу, только часть пищи использует собственно для построения себя. Большая часть потребляемой энергии рассеивается в виде тепловой энергии, или не утилизируется – у теплокровных животных около 10% пищи не усваивается. К.п.д. синтезов и механической работы не превышает 30%. На синтез одной пептидной связи расходуется 4 молекулы АТФ, хотя гидролиз пептидной связи дает энергии мене одной фосфодиэфирной связи молекулы АТФ. В синтезах участвуют только мономеры макромолекул – аминокислоты, нуклеозиды, незаменимые жирные кислоты и т.д. В составе пищи эти соединения входят в виде макромолекул, а их гидролиз и всасывание в пищеварительном аппарате тоже идут с потерями [3,10]. Для синтезов необходимо построить значительное количество внутриклеточных органелл - рибосомы, аппарат Гольджи и т.д., что тоже весьма энергоемко [3,10] , а для получения энергии ее необходимо зафиксировать в макроэргических связях через гидролиз макромолекул пищи. Таким образом, процессы распада преобладают в живом почти всегда над процессами синтеза, что в корне отрицает подобное определение.

Химико-волновое определение – химическая волна, многомерная каталитическая циклическая реакция. Критика – неконструктивное введение других, по крайней мере, многим непонятных терминов. Отсутствие определения как такового и подмена некими тавтологиями.

Кибернетическое – жизнь – кибернетическая структура, реализующая специфические информационные свойства. Критика – подобные замечания как для химической модели, к тому же – а что такое информационные свойства?

Энтропийное определение – турбуленция в потоке информации – критика, аналогично выше приведенной.

Термодинамическое определение жизни – процесс одностороннего обмена информацией о структуре между ограниченной частью материального мира с ее окружением.- Информационные взаимодействия – не только одностороннее поглощение информации, нередко идет обмен, спор, дискуссия и они более продуктивны, чем одностороннее запоминание. Дальнейшая критика, аналогичная выше приведенным определениям.

В Большой Британской энциклопедии понятие жизнь как общебиологическое явление, не рассматривается. Прочие зарубежные источники приводят высказывания, не отличающиеся принципиально от рассмотренных выше.

Есть философские определения жизни, которые так же имеют все вышеперечисленные недостатки. Религиозные, ненаучные и юмористически определения приводить не вижу смысла.

Мне не удалось найти ни одного конструктивного определения жизни, которое бы связывало жизнь с более базовыми понятиями – пространство, время, масса, энергия. Несомненно, что жизнь отличается от косной материи составом, но в чем качественное отличие живой материи от мертвой (некогда живой) или косной материи, никто ничего не говорит. Медики, биологи и просто заинтересованные люди решают этот вопрос на интуитивном уровне, в каждом конкретном случае.

Некоторые определения жизни оперируют понятием «информация», не определяя ее. Несомненно, что жизнь сильно связана с информацией и без определения ее не обойтись. Все живые системы способны к восприятию, хранению и переработке информации. Это одно из основных отличий от косной материи и от мертвого организма. Не случайно смерть человека связывают прежде всего со смертью головного мозга, основной информационной системы, которую нельзя реанимировать уже после нескольких минут кислородного голодания и травмы которого крайне тяжело отражаются на состоянии организма.

В «Википедии» информация – это сообщение, но это не есть определение, а буквальный перевод с латинского языка. В теории информации информацию вводят как математическую функцию, зависящую от вероятностей событий до и после получения информации, не связывая ее с более базовыми понятиями, к которым можно отнести энергию или материю, пространство, время, массу. Можно привести много примеров того, что информация появляется в косной материи до живых систем и может быть независима от живых систем. Понятие информация более базовое, чем понятие жизнь.

Нам кажется, что необходимо попытаться ввести новые определения информации и жизни, поскольку рассмотренные в ранее опубликованных обзорах определения не всегда отвечают современным задачам [1,3,5,10,17], к которым можно отнести необходимость конструктивности определений и связь определения жизни с основными базовыми понятиями – материя, энергия, пространство, время, масса. Существующие определения и экспликации информации и жизни во многом носят мировоззренческий характер. Материализм, по нашему мнению, характеризует индивидуальные особенности восприятия мира субъектом, и нет оснований считать его единственно верным. Но, по нашему мнению, материализм позволяет построить более адекватные модели и сделать более конструктивные выводы, чем остальные течения, такие, как идеализм, дуализм или религиозные подходы. Если представители названных течений предложат конструктивные определения, позволяющие сделать адекватные прогнозы, то подобные подходы можно только приветствовать.