Александр Драбкин - ЭВМ и живой организм
Задача такая сложна. Сложна она потому, что зачастую условный рефлекс берется как нечто определенное, законченное в своем развитии. С таких же позиций рассматривается и соответствующий биологический механизм рефлекса. А каковы биологические корни условного рефлекса?
Биологическими корнями рефлекса, очевидно, можно считать появление в ходе эволюции жизни на земле первых признаков приспособления организма к среде. В сущности, именно приспособление организма к внешнему раздражению есть характерная черта, свойственная условному рефлексу.
В самом деле, на протяжении сотен миллионов лет первичная жизнь развивалась вместе с эволюцией основных неорганических свойств самой нашей планеты. Наиболее ярко это положение отразилось в формулировке, очень популярной сейчас среди геохимиков: «эволюция жизни есть явление геологическое».
Только ли геологическое – сомнительно. Но ход неорганических процессов на Земле имел безусловно решающее значение для возникновения и развития жизни.
Сейчас ни у кого не возникает сомнения в том, что в процессе развития первичное живое существо могло «отстоять» право на существование, только приспосабливая свою организацию к внешним факторам. Безусловно необходимо было выработать такие формы реакции на разнообразные внешние раздражители, которые позволили бы этим примитивным существам избежать вредных воздействий, не совместимых с жизнью. Попросту говоря, позволили бы им выжить.
Немедленно возникает ряд вопросов. К каким внешним факторам должны были приспособиться первичные существа в древние эпохи развития планеты? С помощью каких доступных для них процессов они смогли отразить вредные для них воздействия и выжить?
Об опасностях, подстерегавших человека на его жизненном пути, разговор шел раньше. Во сколько же раз больше этих опасностей должно быть на пути развития какой-нибудь древней водоросли или беспомощного комочка слизи, праорганизма, предшественника многих форм жизни! И не зародились ли здесь, на первых стадиях существования живого, те характерные признаки приспособления, которые приобрели решающее значение в условном рефлексе? А если да, то какие именно факторы внешнего мира повлияли на выработку условнорефлекторных реакций?
Отвечая на эти вопросы, мы не будем рассматривать особенность проявления приспособительных реакций у млекопитающих в сравнении, скажем, с земноводными, не будем брать в качестве основополагающего признака и зоологическую классификацию. Решающим моментом здесь будет именно изучение формы приспособления, ее тесная связь с определенной чертой внешнего неорганического мира.
В пояснение – упрощенный пример. Сила тяжести как фундаментальный физический фактор, существовавший до появления жизни на Земле, обусловила приспособление к себе всех животных. Этот факт сам по себе имеет огромное значение. Для исследователя даже не обязательно касаться биохимических процессов, обусловленных силой тяжести, или особенностей зоологического строения животных, приспособившихся к силе тяжести. Точно так же важно знать: имеется ли какой-то общий фактор во всех проявлениях условного рефлекса?
Чтобы ответить на вопрос о ведущем или решающем признаке условного рефлекса, надо прежде всего разобрать те его характеристики, которые были впервые сформулированы самим И. П. Павловым.
Определяя сущность открытой им новой физиологической реакции, Павлов прежде всего обратил внимание на то, что эта реакция вырабатывается заново, что она раньше не была присуща организму данного животного. Он обратил также внимание, что эта реакция появляется только при особой совокупности условий, что без этих условий реакция не возникает. Поэтому изучаемое явление и получило характеристику условного.
Именно выработанностью, приобретенностью условный рефлекс отличен от другой формы приспособительной реакции – от врожденной деятельности, называемой соответственно безусловным рефлексом.
Не менее существенный признак условного рефлекса – его сигнальный характер. Рефлекс развивается как «предупредительная», по выражению И. П. Павлова, деятельность, то есть деятельность, предвосхищающая ход событий.
В самом деле, слюна, выделяющаяся в ответ на звонок (условный раздражитель), появляется совсем не для того, чтобы «переварить» звонок. Она «предупредительно» приспосабливает организм для переваривания пищи, которую животному только предстоит получить.
Если же теперь сопоставить два наиболее характерных признака условного рефлекса – «приобретаемость» и «сигнальность», то без труда можно увидеть их взаимосвязанность.
Но что такое сигнализация по самой сути своей? Сигнализировать – значит предупредить о чем-то предстоящем. Если же сигнал может относиться только к последующему развитию внешних явлений, приходится конкретизировать его принципиальную связь с временными соотношениями внешнего мира. Время – вот тот внешний фактор, на основе которого и по поводу которого могла возникнуть условнорефлекторная деятельность организма.
Связь двух понятий – «условный рефлекс» и «время» – нерасторжима.
Время имеет такое же значение для нервной системы, как сила тяжести – для физической деятельности.
ПРОСТРАНСТВО – ВРЕМЯ
С зарождением жизни на Земле материя приобрела принципиально новый фактор – активное отношение к пространственно-временной структуре мира. Время для живого стало иметь свое, специфическое значение.
Сравним некоторые полярно противоположные объекты.
Здание, например, как неорганическая материя не относится избирательно к климатическим и метеорологическим факторам, которые на него действуют. Для здания не существует той проблемы, которая возникла заново с появлением живой материи и которую можно сформулировать двумя словами: «приспособиться и выжить». Для живых существ с момента их формирования в процессе эволюции весь внешний мир со всеми его многообразными воздействиями стал «взвешиваться» только на весах – «вредно-полезно». Появилось активное отношение к внешним неорганическим факторам и неизбежное в связи с этим деление всех явлений на две большие и противоположные категории – способствующих выживанию и не способствующих выживанию.
В лаборатории академика А. И. Опарина исследуются коацерватные капли (капли, выделяющиеся из раствора белковоподобных веществ) как модели многомолекулярных комплексных систем, которые возникли в первичном растворе органического вещества и явились исходными образованиями на пути возникновения первичных организмов.
В этой лаборатории получены такие капли, которые воспроизводят элементарный обмен веществ с окружающей средой. Эти искусственные образования могут в процессе развития совершенствовать свою организацию. Основой такой эволюции, как это недавно было показано экспериментально, является предбиологический естественный отбор – процесс, при котором более совершенные капли быстрее отбирают нужные им для роста вещества, нежели капли, хуже организованные. В результате «сильные» образования совершенствуются за счет «слабых», которые постепенно распадаются и исчезают.
Интересны работы, посвященные эволюции макромолекул белков и нуклеиновых кислот. Как считает советский ученый М. Волькенштейн, они успешно согласуются с общими идеями о возникновении жизни из неживой природы, впервые последовательно сформулированными академиком А. И. Опариным.
...В 1971 году известный физико-химик М. Эйген (ФРГ) построил модельную теорию эволюции макромолекул. Особый интерес теория Эйгена представляет постольку, поскольку она охватывает добиологическую эволюцию – ведь говорить о живых молекулах бессмысленно: ни белок, ни ДНК сами по себе не живут и в этом смысле не отличаются от синтетических полимеров. Необходимое условие жизни – наличие различных веществ, способных взаимодействовать друг с другом (более подробно с этими проблемами читатель может познакомиться в работах члена-корреспондента АН СССР М. Волькенштейна, в которых автор популяризирует теорию Эйгена). Эйген анализирует, как пишет М. Волькенштейн, мысленное устройство, модель: ящик с полупроницаемыми стенками. Через такие стенки могут пройти активированные мономеры. Полимерные же молекулы сквозь стены не проникают.
Внутри ящика происходит полимеризация мономеров. Идет там и противоположный процесс – распад полимерных цепей. Кроме того, цепь может служить как бы матрицей для сборки собственных копий из свободных мономеров (репликации). При сборке копий возможны ошибки.
При условии, если обеспечено постоянство концентраций мономерных единиц и суммы всех полимерных цепей, в системе начнутся естественный отбор и эволюция.
