Георгий Гуревич - Лоция будущих открытий: Книга обо всём
Энергетическое препятствие: обилие энергии при сборке–разборке тел. При сборке–разборке на молекулярном уровне приходится оперировать тысячами калорий, сотнями и тысячами градусов, при сборке–разборке на ядерном уровне — миллионами калорий и градусов, на уровне вакуума — полной энергией вещества Е=mс2.
Трудные барьеры
Единственное утешение — живая природа с ними справляется. Блестящее информационное решение нашла она при записи формулы белка. Белки состоят из аминокислот, это соединения, содержащие несколько атомов, но записываются они четырьмя знаками, меньше одного знака на атом. Помогает делу и параллельность, ведь не один–единственный ген штампует все нужные белки. В результате амеба изготовляет свою копию примерно за полчаса — за 1800 сек раскладывает по местам 1017 атомов, приблизительно 1014 в секунду. Это на пять порядков выше, чем в телевидении.
Но и на девять порядков меньше, чем нам нужно.
Возможно, поможет монотонность, присущая природе. Ведь не каждый атом персонально играет особенную роль. В программе построения двумя–тремя знаками можно обозначить триллион одинаковых атомов, сэкономив триллион байтов. Можно программировать целые блоки: столько таких–то клеток, столько таких–то.
Во всяком случае, в человеческом геноме записано и строение, и все построение организма; сотней тысяч генов — триллионы клеток.
И в энергетике природа нашла сложные, но экономичные решения. Живая клетка умеет дробить чересчур сильную энергию, используя энергию окисления углерода, которая на самом деле великовата для живого тела, ведь углерод–то, сгорая, дает температуру более 1000 градусов. С другой стороны, клетки умеют накапливать слабую энергию для сильных процессов. Накапливает солнечную энергию хлорофилл, запасает энергию фосфатных связей АТФ в мышцах.
Заметили бы это теплотехники, упрямо уверяющие, что добывать энергию из воздуха при обычной температуре — ну никак невозможно.
Но здесь мы выходим за границы раздела первого, посвященного неживой природе. Жизни отдан специальный, второй раздел.
Итоги. Повторяю найденные закономерности, чтобы они не утонули в спорных деталях экзотических гипотез.
Главная задача — поиски возможных будущих открытий Использовалась методика Менделеева. Давался обзор уста- новленных наукой фактов — предметов и их свойств, расставленных по «оси» — выбранному количественному порядку.
При этом выявлялись «горизонты» — границы изведанного, передний край науки. По–видимому, за горизонтом находится неизведанное, в том числе и месторождения полезных открытий.
Чтобы составить гипотезы о загоризонтном, прослеживалась закономерность изменения свойств по оси. И вот что бросилось в глаза на осях неживой природы — этажность! Смена типов тел, смена качеств на количественных осях. Этажность объясняется ограниченностью зоны устойчивости данного типа. Устойчивость же определяется в борьбе сил, скрепляющих и разрушающих — плюс– и минус–сил. Этаж существует там, где плюс–силы преобладают. Однако плюс– и минус–силы подчиняются неодинаковым закономерностям, у каждой своя формула изменения. Графики сложения их различны, на каждом этаже своеобразны, но обязательно имеется где–то максимум прочности, чаще в середине, иногда ближе к краю. И везде есть тенденция сползания к этому максимуму, на самый прочный уровень, самый низкий энергетически. При этом, естественно, отдается лишняя энергия.
Телам, кроме того, свойственна структурность: крупные тела верхних этажей состоят из меньших тел нижних этажей. Движение повсеместно: движутся тела, движутся! Энергия внешнего движения тела называется механической, внутреннего — тепловой, но на самом деле это две стороны одного движения. Механическое движение тел нижнего этажа и есть тепловое для верхнего.
Кроме энергии действия, кинетической, подлинной, есть еще энергия возможного движения, потенциальная, а кроме того, надо учитывать еще и отобранную или утраченную энергию, энергию тел, скатившихся в энергетические ямы, энергию невозможного движения. Все их можно измерять скоростью: кинетическую — подлинной скоростью, потенциальную — возможной или же высотой над нулем, невозможную — мнимой или же глубиной ниже нуля, глубиной ямы.
Этажность и структурность присущи всем материальным телам в неживом мире, движение внешнее и внутреннее есть у всех. Может быть, не стоит забывать об этом, переходя к следующему разделу книги, посвященному жизни.
Конечно, жизнь совсем не похожа на неживую природу, у нее свои законы. Но ведь природа не порождает абсолютов, в ней все несходно и все отчасти сходно.
Не упустить бы нам сходство, увлекаясь несходством.
Раздел второй ЖИЗНЬ
Все на свете сходно и все несходно. Нет абсолютно одинаковых предметов и нет абсолютно неодинаковых.
Живое материально, и основные законы материи распространяются на жизнь: закон сохранения материи, закон сохранения энергии, законы развития и др. Но живое живет, тем и отличается от неживого. Игру сходства и несходства мы проследим во всех частях книги. Пока начнем с несходства.
Отличие. Формулировать отличие не так просто. Живое питается, растет, повторяет само себя, строит себя по программе, записанной в собственном теле, размножается… Но все это свойственно и кристаллам: питаются, растут, повторяют себя, записаны в собственном теле и даже размножаются. В чем же отличие?
Ответ был найден еще в прошлом веке: «Жизнь — это постоянный обмен с окружающей средой» — процесс беспрерывного саморемонта. Постоянный же саморемонт, постоянное самообновление необходимы потому, что живая материя непрочна. Непрочность — причина, горе и счастье жизни.
Второе отличие — целенаправленность. У живого есть цель — уцелеть. К цели ведут разные пути. История жизни на Земле — это история возникновения разных способов уцеления. История биологических открытий!
Именно ей и следует посвятить обзор жизни.
Факты. Фактов — море: растения, животные, бактерии, водоросли, амебы и жгутиковые, инфузории, черви, раки, насекомые, ящерицы и змеи, птицы, звери, люди, органы дыхания, пищеварения, движения, ткани и клетки, рибосомы, митохондрии, гены, белковые молекулы…
Факты общеизвестны, Но по какому порядку их расставить? Выбираем ось.
Расстановка. Пространственный принцип расстановки живых существ не оказался плодотворным. Все типы и все классы животных обитают почти во все регионах планеты. Давая зоо–географический обзор, мы вынуждены были бы многократно повторяться.
Естественно было бы, развивая таблицу масс, расставлять и живые существа по массе. Действительно, есть резкое различие в размерах между вирусами, безъ'ядерными (бактериями и др.), ядерными одноклеточными, а также и многоклеточными. Объясняется оно просто: крупному животному надо больше пищи, оно должно уметь ее добывать, для добычи должно быть все совершеннее, все сложнее, все лучше приспособлено. Но прямолинейная зависимость между размерами и совершенством нарушается, когда природа изобретает самостоятельное движение. Тут начинает играть роль подвижность–неподвижность. На суше рекордсмены размеров — деревья. Ни один зверь размером с сосну не мог бы волочить по земле свое тело. Для движения же важна среда. Труднее всего поднять тело в воздух, и птицы оказались заметно меньше зверей; самые крупные из птиц — нелетающие. В свою очередь, в воде благодаря закону Архимеда перемещаться заметно легче, чем на суше, и киты — рекордсмены по весу — заметно превосходят и слонов, и вымерших индрикотериев и даже динозавров. В пределах же одной среды все решало совершенство организма. Киты — сверхгиганты класса млекопитающих — заметно массивнее и гигантских рыб — китовых акул, и гигантских пресмыкающихся — крокодилов и гигантских моллюсков — спрутов. В результате всех этих многообразных факторов и вещественная ось масс не может быть для нас надежным измерителем. Предпочтем ось времени — на ней история развития яснее всего.
Обзор. Если когда–нибудь части этой книги будут превращаться в тома, я изложу истории жизни подробнее. Сейчас же, опасаясь деталями затемнить ход мыслей, упоминаю только самое необходимое. Тем более что история жизни на Земле не проста, не прямолинейна. Как видно на табл.10, она напоминает ветвистое многоствольное дерево, у которого первые сучья обломаны, а боковые ветви превращаются в могучие стволы, соревнующиеся между собой в росте и совершенстве.
Вначале был суп из органических молекул. В супе том из простых молекул возникали сложные, в том числе пептиды и нуклеотиды, а из них — цепочки белков и нуклеиновых кислот. Неведомо, что было раньше — курица (белок) или–яйцо (ДНК). Возможно, жизнь началась с их брака, с соединения активного и непрочного белка с надежной памятливой ДНК. Потом возникли комплексы молекул; к помнящим и активным присоединялись защитные, связующие, запасные (жиры)… Польза единения с разделением труда. Целый мешок молекул. Бактерия близка к этакому мешку.
