Чтение онлайн

Лепящий черепа таинственный гончар

Особый проявил к сему искусству дар:

На скатерть бытия он опрокинул чашу

И в ней пылающий зажег страстей пожар.

(О. Хайям)

Ключевую роль в эволюции Вселенной после отделения вещества от излучения (гл.14) играет известное в классической механике явление гравитационной неустойчивости. Грубо говоря, так как гравитация - это всегда притяжение, случайное возрастание плотности вещества в какой-то области пространства неизбежно приведет, за счет гравитационных сил, к дальнейшему возрастанию плотности и к расслоению первоначально однородного распределения вещества. Таким образом, возникают скопления галактик, затем галактики, и, наконец, звезды. В конечном счете, именно за счет гравитационной энергии внутренности протозвезд разогреваются до температур, когда становятся возможными термоядерные реакции и начинается химическая эволюция Вселенной приготовление тяжелых элементов.

Вначале звезды представляют собой водородно-гелиевые шары, сжавшиеся и разогревшиеся до такой степени, что в их центральной области начинаются термоядерные реакции, то есть процессы слияния легких ядер в более тяжелые с выделением большого количества энергии. Единственным типом таких реакций в звездах первого поколения является так называемый "протонный цикл", в результате которого из четырех протонов (ядер водорода) синтезируется одна альфа-частица (ядро гелия). Когда весь водород "сгорает", звезда превращается в красный гигант. В дальнейшем начинается реакция слияния трех ядер гелия в ядро углерода и цепочка сложных реакций синтеза, в процессе которых возникают самые стабильные ядра - ядра железа (см. Нобелевскую лекцию Фаулера в списке литературы). При определенных условиях звезда заканчивает свое существование в виде вспышки Сверхновой, в результате которой синтезируются элементы тяжелее железа (вплоть до трансурановых), и все "наработанные" в процессе эволюции элементы рассеиваются в космическое пространство. Соответственно звезды следующего поколения наряду с водородом и гелием содержат в небольшом количестве и более тяжелые элементы. Те элементы, из которых состоят планеты земного типа, а также те, которые образуют химическую основу жизни, формируются в процессе звездной эволюции. При этом ключевой является реакция слияния трех ядер гелия в ядро углерода (по ряду причин слияние двух ядер гелия не приводит к появлению устойчивых ядер). Вероятность таких процессов столкновения трех частиц, вообще говоря, мала. Ф. Хойл и Э. Солпитер показали, что углерод синтезируется в звездах в заметных количествах только благодаря "случайному" обстоятельству (антропный принцип!): из-за особенности энергетической структуры ядра углерода этот процесс носит резонансный характер. Если бы значения фундаментальных физических констант существенно отличались от реализующихся в нашей Вселенной, вероятность синтеза углерода и более тяжелых элементов была бы намного меньше и Вселенная состояла бы почти из чистой водородно-гелиевой смеси. В такой Вселенной жизнь в ее земных формах была бы безусловно исключена.

Разумеется, многие важные детали космогонических процессов до сих пор неясны, но принципиальных трудностей здесь по-видимому нет. В то же время, вопрос о эволюции живого и особенно о происхождении жизни является чрезвычайно трудным, а сама возможность его корректного рассмотрения в рамках естественных наук не доказана, хотя материалистически настроенные биологи и психологи и проявляют здесь оптимизм.

По мнению некоторых авторов, выражение "нисходить", возможно, связано и с тем, что в древности любили выводить свое происхождение от богов. Что древо жизни растет не сверху вниз, а снизу вверх - это, до Дарвина, ускользало от внимания людей. Так что слово "нисхождение" означает нечто, как раз обратное тому, что оно хотело бы означать: его можно отнести к тому, что наши предки в свое время в самом буквальном смысле спустились с деревьев. Именно это они и сделали, хотя - как мы теперь знаем - еще задолго до того, как стали людьми. Немногим лучше обстоит дело и со словами "развитие", "эволюция". Они тоже вошли в обиход в то время, когда мы не имели понятия о возникновении видов в ходе эволюции, а знали только о возникновении отдельного организма из яйца или из семени. Цыпленок развивается из яйца или подсолнух из семечка в самом буквальном смысле, т.е. из зародыша не возникает ничего такого, что не было в нем упрятано с самого начала. Великое Древо Жизни растет совершенно иначе. Хотя древние формы являются необходимой предпосылкой для возникновения их более развитых потомков, этих потомков никоим образом нельзя вывести из исходных форм, предсказав их на основе особенностей этих форм. То, что из динозавров получились птицы или из обезьян люди, - это в каждом случае исторически единственное достижение эволюционного процесса, который хотя в общем направлен ввысь - согласно законам, управляющим всей жизнью, - но во всех своих деталях определяется так называемой случайностью, т.е. бесчисленным множеством побочных причин, которые в принципе невозможно охватить во всей полноте...

Несмотря на все достижения биохимии и вирусологии, поистине великие и глубоко волнующие, возникновение жизни остается - пока!
– самым загадочным из всех событий. Различие между органическими и неорганическими процессами удается изложить лишь "инъюнктивным" определением, т.е. таким, которое заключает в себе несколько признаков живого, создающих жизнь только в их общем сочетании. Каждый из них в отдельности - как, например, обмен веществ, рост, ассимиляция и т.д.
– имеет и неорганические аналоги. Когда мы утверждаем, что жизненные процессы суть процессы физические и химические, это безусловно верно. Нет никаких сомнений, что они в принципе объяснимы в качестве таковых вполне естественным образом. Для объяснения их особенностей не нужно обращаться к чуду, так как сложность молекулярных и прочих структур, в которых эти процессы протекают, вполне достаточна для такого объяснения. Зато не верно часто звучащее утверждение, будто жизненные процессы - это в сущности процессы химические и физические... Как раз "в сущности" - т.е. с точки зрения того, что характерно для этих процессов и только для них, - они представляют собой нечто совершенно иное, нежели то, что обычно понимается под физико-химическими процессами (К. Лоренц, Агрессия).

Если все-таки попытаться отделить доказанное от предполагаемого, то можно отметить, что с самым ранним этапом эволюции (еще химической, а не биологической!) дело обстоит относительно благополучно. По-видимому, достаточно надежно продемонстрирована возможность появления весьма сложных органических соединений в условиях, предположительно соответствующих атмосфере и гидросфере первобытной Земли. С другой стороны, обстоятельства решающего шага - появления самовоспроизводящихся структур из белков и нуклеиновых кислот - неясны совершенно. Дарвиновская гипотеза об естественном отборе как основном механизме прогрессивной биологической эволюции также вызывает ряд вопросов. Основная проблема здесь, по существу, является количественной - хватает ли времени существования Земли (не более 4.5-5 миллиардов лет) для превращения первичного бульона, состоящего из относительно простых молекул, в современную биосферу, включая человека, кальмара, муравьев и т.д.

Математическое рассмотрение показывает, что скоординированные мутации нескольких признаков крайне маловероятны и требуют астрономического числа поколений, особенно для типичного случая, когда признаки не доминантны, а рецессивны. Однако именно такие мутации необходимы для формирования уникальных составных структур организма (например, глаза), а также сложных форм инстинктивного поведения. В итоге дарвиновский механизм отбора, вероятно, не способен объяснить формирование таких составных признаков "по частям", поскольку полезными и целесообразными они становятся только как целое. Поэтому физики и математики (например, Г. Вейль, Дж. фон Нейман) часто занимают здесь гораздо более скептическую позицию, чем большинство биологов и биофизиков, которые обычно ограничиваются феноменологическим описанием эволюции на языке простых дифференциальных уравнений.

Мне рассказывали о беседе математика и квантового теоретика фон Неймана с одним биологом по этому вопросу. Биолог был убежденным приверженцем современного дарвинизма, фон Нейман относился к дарвинизму с недоверием. Математик подвел биолога к окну своего кабинета и сказал: "Вы видите вон там на холме прекрасный белый дом? Он возник случайно. В течение миллионов лет геологические процессы образовали этот холм, деревья вырастали, сохли, разлагались и снова вырастали, потом ветер покрыл вершину холма песком, камни туда забросило, наверное, каким-то вулканическим процессом, и они случайно вдруг легли друг на друга в определенном порядке. Так все и шло. Естественно, в ходе истории Земли благодаря этим случайным неупорядоченным процессам возникало большею частью все время что-то другое, но однажды через много, много времени возник этот дом, потом в него вселились люди и живут в нем сейчас". Биологу было, разумеется, немного не по себе от такой логики (В. Гейзенберг, Физика и философия, с.236).

Эта цитата напоминает известное талмудическое предание (мидраш), где в доказательство сотворенности мира р.Акива показывает свиток с прекрасным каллиграфическим текстом и говорит, что это всего лишь клякса, которую он нечаянно пролил из чернильницы. Впрочем, надо сказать что к "обычной" дарвиновской эволюционной теории критически относились и такие выдающиеся биологи как Тимофеев-Ресовский, Любищев и другие.

Другой количественный вопрос связан с возможностью хранения всей информации о человеке (более того, как обсуждалось в главе 12, памяти рода и даже всего мира) в рамках генной структуры. Как показывают простые (по-видимому, завышенные) оценки (см., напр., К.Саган, Драконы Эдема, М., Знание, 1986), информация, содержащаяся в хромосоме человека, не превышает нескольких гигабайт, что соответствует нескольким тысячам книг стандартного объема. Еще несколько лет назад этот объем информации казался колоссальным и требовал для размещения и работы электронно-вычислительных машин, занимавших целые здания. Однако теперь такая информация легко размещается в памяти персонального компьютера. В настоящее время завершается расшифровка генетического кода (генома) человека, и вскоре мы увидим, к каким последствиям она реально приведет. Данный вопрос аналогичен проблеме взаимоотношения сознания и мозга - гены можно рассматривать и как символы-приемники. Интересен также тот факт, что "сложность" генетического аппарата (например, количество хромосом) не слишком коррелирует с тем, насколько данный вид является высокоразвитым (отличие человека от мухи не радикально). Это наводит некоторых биологов на мысль, что геном любого живого организма уже заранее содержит в себе весь потенциал эволюции.

Помимо аргументов со стороны математики и здравого смысла, против простой теории эволюции возможны также серьезные философские и эстетические возражения.

Когда людям впервые пришло в голову, что мир, быть может, не скреплен великой целью, а слепо катится неизвестно куда, надо было довести мысль до конца: если это верно, ни один поэт уже не вправе бежать, как в свой дом, в зеленые луга и обращаться за вдохновением к синеве небес... Если исчезает даже смутная мысль о сознательной цели, многоцветный осенний линдшафт ничем не отличается от многоцветной мусорной кучи. Такое восприятие мира, словно прогрессивный паралич, все больше сковывает тех новых поэтов, которые не пришли к христианству...Так доходят они до кошмарного ощущения: сама природа противоестественна. Быть может, именно поэтому многие из них тщетно пытаются воспеть технику - ведь тут еще никто не оторвал результат от замысла. Никто не доказал, что моторы возникли сами собой из железного лома, а из всех машин выжили в борьбе только те, у которых случайно развился карбюратор (Г.К. Честертон, Автобиография).

В последнее время, прежде всего усилиями И. Пригожина и его школы, а также многочисленных "синергетиков" был получен ряд интересных результатов в области теории формирования так называемых диссипативных структур. Было показано, что в открытых термодинамических системах (то есть обменивающихся энергией и веществом с внешним миром), далеких от состояния термодинамического равновесия, возможно возникновение неоднородных (например, периодических) распределений концентрации, температуры и т.д. При этом ход времени может быть связан с эволюцией (самоорганизацией) системы. Широкую известность получили периодические (автоколебательные или, точнее, автоволновые) химические реакции, первая из которых была открыта в 50-е годы советским химиком Б. Белоусовым. Впрочем, еще ранее были известны автоволновые процессы в явлениях конвекции, процессах горения и др. Интересно отметить, что предвосхищение ряда идей синергетики (как и кибернетики) можно найти в работах А.А. Богданова, который в начале нашего века разрабатывал "всеобщую организационную науку" - тектологию в применении к широкому кругу природных и социальных процессов.

Безусловно, демонстрация принципиальной возможности существования долгоживущих нетривиальных (в смысле пространственной неоднородности и временной динамики) состояний физико-химических систем является большим достижением. Теория диссипативных структур затрагивает чрезвычайно серьезный вопрос о происхождении порядка из хаоса, сложного из простого. В то же время, неявно подразумевающаяся цепочка рассуждений во многих работах этого направления (вот мы объяснили, откуда берутся конвективные ячейки Бенара; теперь предоставляем читателю в качестве самостоятельного упражнения понять, что такое жизнь) временами производит впечатление некоторой легковесности. Некоторые биологи (см., напр., Э.С. Бауэр, Теоретическая биология, М.-Л., 1935) полагают, что функционирование живой клетки обусловлено не внешними неравновесными потоками, а внутренними причинами, которые и определяют продолжительность ее жизни и смерти. С этой точки зрения, деятельность клетки по "нарушению" второго начала термодинамики за счет потенциала генетической информации напоминает демона Максвелла.