Александр Гордон - Диалоги (август 2003 г.)
Л.Г. Да. А жизнь не может быть неизменной, и основные черты живого ор-ганизма – это прежде всего то, что живой организм всегда существует как так на-зываемая «открытая система». Вот на следующем рисунке показана открытая сис-тема. Это приёмно-преобразующая система – в том числе любой из нас потребля-ет энергию и информацию из внешней среды и обязательно что-то во внешнюю среду выделяет. Не бывает так, чтобы движение было только в одном направле-нии, и поэтому всегда есть контакт с внешней средой. И этот контакт – характер-нейшая черта для живого мира, без такого контакта жизнь просто не существует. Это один из моментов, которые мы должны учесть в нашем последующем разго-воре.
Второй момент заключается в том, что информация, с которой имеет дело живой мир, она, как правило, нечётка, более того, её часто невозможно формализовать. Мы с этой нечёткой информацией постоянно имеем дело, мы пользуемся многими терминами. Вот тут изображены прелестные дамы, все они красивы, но давайте поставим вопрос так: можно ли, чтобы компьютер выделил из всей этой совокупности по какому-то признаку самую красивую? Хотя мы все это понимаем и любой из нас, взглянув на портрет или на живую прелестную даму, всегда вам скажет, да, вот это красивая женщина. Но сам этот термин, он очень нечёток, определить его чётко нельзя. Характерная сторона жизни – это то, что жизнь возможна только тогда, когда это приёмно-преобразующее устройство способно работать в условиях нечёткой информации.
Следующий рисунок. Тут нарочно дан размытый сигнал, то, что носит по-нятие нечёткой информации. Больше того, это используется в компьютерах, когда вы задаёте какой-то признак не как чётко ограниченный, а в виде размазанного с помощью какой-то функции. И весь вопрос в том, что отклик на этот нечёткий сигнал должен быть чётким, с чётко ограниченными границами. Если воспринимается только какой-то чёткий сигнал, то жизнь тоже вряд ли может существовать. Возьмём любое животное, например хищника. Он питается другими суще-ствами, скажем, лиса может поймать зайца и съесть его и прожить, но если зайца нет, она будет мышей ловить, мы это знаем.
А.Г. Если нет мышей, будет кур воровать.
Л.Г. Да, да, будет кур воровать или что-то ещё делать. Теперь представьте себе, что это живое существо настроено на то, что должен быть обязательно заяц, да ещё какой-то определённой величины, это почти наверняка приведёт к тому, что это животное погибнет. Потому что разнообразие – это тоже характернейшая черта, которая тоже обеспечивает сам факт существования жизни: приём нечёткой информации и превращение в совершенно чёткую. Потому что, кого бы хищник не съел, всё равно это пойдёт на функционирование живого организма. То есть если это растущий организм это будет использовано для построения новых тка-ней, клеток, для пополнения их элементами. Конечно, вы понимаете, что тут очень сложная вещь, но достаточно чёткая. Хотя приём оказывается очень разма-занным и очень нечётким – это ещё одна характерная сторона живой природы, без которой она просто не может существовать. Теперь следующий рисунок. Тут показано растение и пример такого рода – рост растений. Мы все хорошо знаем, что здесь работает фотосинтетический про-цесс. Этот фотосинтез идёт вне зависимости того, какое освещение. Может быть утреннее освещение, может быть дневное, вечернее, пасмурная погода, и так далее, всё это предсказать заранее нельзя, может, тучка какая-то набежит. Значит, организм должен как-то воспринять самый разнообразный спектр, а отреагиро-вать по-прежнему одним и тем же образом. Другое дело, что процесс может идти быстрее или медленнее.
А.Г. С большей или меньшей эффективностью?
Л.Г. Да. С большей или меньшей эффективностью, но он обязательно должен идти и идти вполне определённым образом. То есть, если растение растёт, значит, там появляются какие-то новые ткани, новая часть ствола. Если растение выделяет что-то в виде кислорода, оно должно выделять этот кислород опять же вне зависимости от того, происходит это утром, вечером или когда пасмурная по-года.
Невольно возникает такой вопрос: когда, в какой момент и на уровне какой природы будут появляться эти особенности?
А.Г. Каков механизм принятия решения?
Л.Г. Механизм – это несколько более сложная вещь. Давайте пока зададим себе вопрос: когда? Эти признаки проявляются уже в таком сложном образовании как клетка – это уже сложная вещь. Мы прекрасно знаем, что клетка имеет некую оболочку, ядро, клеточную жидкость, все прочие вещи, и там очень сложные про-цессы. Только здесь это начинается или, может быть, это начинается раньше? Хо-тя это ещё не жизнь, но уже какие-то признаки, которые необходимы для сущест-вования этой жизни. Вот к этому мы сейчас с вами и подойдём. И попробуем пе-рекинуть мост к тому, что сейчас иногда называют «молекулярной информати-кой».
Давайте поставим себе вопрос – какими признаками, схожими с этими, обладает молекулярный мир? Следующий рисунок. Там показаны две молекулы, обе имеют одну и ту же формулу С6Н6. Здесь обычно сразу вспоминают бензол, но не очень строгая формальная теория предсказывает, что кроме привычного бензола, может быть ещё 217 структур, которые все имеют форму С6Н6. В своё время, когда этот результат был получен, он был даже вынесен на первую страницу международного журнала. На самом деле это множество получилось в данном случае из-за того, что правила, которые были сформулированы, были довольно общи и на самом деле 217 структур вряд ли существуют, но я думаю, что 30-40 существуют наверняка. Никто этого специально не изучал, но когда смотришь на формулы, то видно, что приблизительно будет такое количество.
И это в случае такой простенькой системы как С6Н6. Если вы возьмёте ка-кую-то сложную молекулу, скажем, 30-40 – 100 атомов, то, как я вначале сказал, это могут быть миллионы структур – разнообразие гигантское. То есть одно и то же сочетание атомов может находиться в колоссальном разнообразии форм. По-скольку такого рода перестройки происходят в замкнутом пространстве, можно сказать, что это одна и та же молекула, которая только принимает различные формы.
А.Г. А свойства у всех одинаковые?
Л.Г. Свойства, конечно, у всех разные, в этом весь и фокус. Свойства у всех разные, но химики говорят (и правильно, может быть, делают), что это разные молекулы. Потому что как обычно определяется, что такое молекула? Это есть мельчайшая частица вещества, которая обладает вполне определёнными химическими свойствами. В этом смысле бензол и вторая структура, которая призман называется, – они разные, они с трудом переходят одна в другую, ведут себя сплошь и рядом как отдельные молекулы, но это не значит, что они совсем независимы. В том-то и дело, что существует вполне определённая возможность перехода одной структуры в другую. Для этого нужно какое-то внешнее воздействие – это вопрос другого рода, но такая возможность существует. И возникает невольно такой вопрос – а зачем это гигантское разнообразие? Если учесть такую возможность, то перед глазами возникает совершенно бесконечный мир.
Сейчас в литературе описано приблизительно 20 миллионов молекул, но никто не знает, сколько их на самом деле. И это неизомерные структуры. Если каждой из этих молекул приписать ещё сотню-другую изомеров, то у вас вообще возникает нечто совершенно гигантское. И невольно возникает такой вопрос: а зачем? Я буду пользоваться таким выражением: зачем Господь Бог это создал? Я не утверждаю, что именно он, это уже вопрос веры, но я говорю: зачем? Зачем в природе предусматривается такое гигантское разнообразие?
И один из возможных ответов как раз заключается в том, что благодаря этой возможности структурной изомеризации внутри молекулы может передаваться некоторый сигнал. Хорошо известно, что когда молекула крупная, то какие-то реакции совершаются в так называемых реакционных центрах (это то, что носит название близкодействия). То есть получается, что только какая-то часть молекулы принимает участие в реакции. Вся молекула при этом не принимает непосредственного участия в этой реакции. Маленькая молекула вся сразу начнёт играть, а крупная молекула в какой-то части сыграет, а остальная часть остаётся более или менее неизменной.
Возникает вопрос такого рода – а что дальше? То есть может ли случиться так, что полученный в каком-то одном месте сигнал… А сигнал всегда будет, всегда будет либо поглощение света (то, что носит название хромофорной группи-ровки), либо реакция присоединения, когда какая-то энергия обязательно будет передана в систему – дальше она может быть израсходована на тепло, на столкно-вение, произойдёт простое присоединение, и на этом всё закончится. Но всё может быть и не так.
Мы сейчас немножко об этом и поговорим. Что может быть в молекуле? Рассматривается такой простой пример, как приём и запись оптической информа-ции. Это тоже одно из очень важных свойств молекул. Это в школе сейчас прохо-дят, наверное, все знают, что квантовая система имеет уровни энергии, и, когда происходит облучение этой квантовой системы электромагнитным излучением, энергия поглощается, и вы можете перейти с нижнего уровня на верхний. На ри-сунке это изображено красной линией. А дальше процесс идёт вниз, потому что молекула не может долго находится в возбуждённом состоянии.
