Александр Драбкин - ЭВМ и живой организм
При условии, если обеспечено постоянство концентраций мономерных единиц и суммы всех полимерных цепей, в системе начнутся естественный отбор и эволюция.
В ходе работы Эйген анализировал особую величину – «селекционную ценность» цепей. Ее значение определяется соотношением скоростей репликации и распада с учетом наличия мутаций.
Таким образом, физико-химическое толкование эволюции и отбора на уровне макромолекул базируется на анализе скоростей реакций полимеризации и распада.
Как видим, фактор времени оказывает влияние даже на такие образования, которые находятся на предбиологическом уровне существования живого. С совершенствованием биологической структуры организмов фактор времени приобретает едва ли не решающее значение в их эволюции.
Пока что разговор о временных связях имел весьма общий характер. Если же посмотреть на дело более конкретно, то можно увидеть различия разительные. Скажем, действие относительно постоянных факторов отличается от действия повторяющихся внешних воздействий. Периодическое или непериодическое воздействие относительно постоянных внешних факторов при активном передвижении живых существ отличается от действия никогда не повторяющихся факторов.
В чем же особенность каждой из этих форм? Для простоты объяснения начнем с последней.
Символически такие воздействия можно обозначить «1», «2», «3» .... При этом под каждым числом понимается явление, никогда не повторяющееся в жизни организма.
Если от уникальных явлений перейти к повторяющимся последовательным событиям, то их можно символически выразить, например, как «1–2–3–4», «1–2–3–4»... Здесь под каждой цифрой понимается повторяемость компонентов в одном и том же порядке. Это могут быть смена утра, дня, вечера и ночи.
Мы можем иметь дело также с последовательными, но не периодическими явлениями (например, туча, молния, гром, обозначенные комплексом чисел «5–6–7»). В этом случае запись воздействия периодических и непериодических явлений может выглядеть так: «1(5–6–7)2–3–4», «1–2–3–4», «1–2–3–4»... Тем самым символически мы обозначили место грозы в ряду смены времени суток.
Если мы говорим о тех же самых воздействиях, но при активном перемещении живого организма (например, нерестовые перемещения рыб), мы должны будем дополнить нашу символическую запись еще одним числом, характеризующим такое перемещение. Так, после обозначений времени года появится обозначение «перемещение к нерестилищам», и последовательность событий вернется к началу периода.
Постоянно действующие факторы, такие, как, например, химический состав атмосферы, являются существенной, но, видимо, не требующей пояснений формой временной связи живой и неживой природы.
Очевидно, можно было бы дополнить эту характеристику понятием относительной устойчивости воздействия. Например, дерево, растущее на берегу реки, до тех пор дает приют птицам, пока вода не подмоет его корни и оно не рухнет. Однако для наших рассуждений относительность устойчивости не имеет решающего значения, ибо мы хотим обратить внимание на иной аспект ременной структуры мира – на последовательность воздействий внешних факторов и их повторяемость.
Можно утверждать, считает академик П. К. Анохин, что основой развития жизни и ее отношения к внешнему неорганическому миру были повторяющиеся воздействия этого внешнего мира на организм. Именно такие воздействия, как результат изначальных свойств пространственно-временной структуры неорганического мира, обусловили всю анатомическую организацию и приспособительные функции первичных живых существ. В этом отношении организация живых существ представляет собой в подлинном смысле слова отражение пространственно-временных параметров и конкретной среды обитания.
Ну, а как быть с неповторяющимися факторами?
Никогда не повторяющиеся воздействия не оказывали, очевидно, какого-либо решающего влияния на эволюцию форм приспособления животных к внешнему миру, хотя и могли привести, например, к гибели каких-то отдельных существ (достаточно вспомнить, как птицы во время исключительно сильных морозов замерзают на лету).
Представим себе на минуту иное положение: существуют только последовательные и никогда не повторяющиеся явления. Смогла бы тогда развиваться на Земле жизнь в нынешнем ее виде? Нет, не могла, считает академик Анохин. Живой организм не мог бы иметь устойчивой и прочной структуры, потому что структура появляется лишь как следствие отражения повторяющихся воздействий. Проще говоря, живые организмы не смогли бы приспособиться к неживой природе.
Как же обстоит дело с иными воздействиями – постоянными?
Сначала нужно договориться о том, что считать постоянным. Наличие кислорода в атмосфере есть фактор, действующий на протяжении всей истории существования живого на земле. Относительно менее постоянно, например, выветривание скальных пород. Наконец, еще менее постоянно влияние какого-либо мелиоративного преобразования – скажем, создание оросительных систем. Таким образом, все дело в том, как конкретно соотносится продолжительность того или иного жизненного цикла организма и длительность внешнего воздействия. В общем же случае так называемые постоянные факторы можно считать лишь очень большими звеньями в цепи последовательных явлений.
Итак, перебрав различные воздействия и явления, остается лишь сделать бесспорный вывод: повторяющиеся последовательные воздействия представляют собой универсальную форму связи уже сложившихся живых существ с окружающей их средой.
У любознательного читателя немедленно встает вопрос: с помощью каких же конкретных механизмов жизненно важные повторяющиеся события приспосабливают организм к себе? В каких интимных процессах живых клеток могли бы отразиться повторные воздействия внешнего неорганического мира на уже оформившиеся живые существа?
Чтобы ответить на этот вопрос, снова обратимся к упоминавшимся работам академика А. И. Опарина. Как считают ученые, простейшие живые существа нашей планеты представляли собой «открытые системы», которые были связаны с окружающей средой через ряд химических превращений. Эти превращения начинались на границе живого многомолекулярного образования. Они продолжались целой цепью отдельных реакций и заканчивались вредным или полезным для жизни итогом.
Каждое из внешних, по отношению к организму, явлений отражается в химическом составе самого живого существа в форме более или менее длинных цепей химических превращений. Эта цепь реакций может иметь характер обмена веществ между организмом и средой. Такая цепь поддерживает жизнь. Но может возникнуть и такая цепь превращений, которая не поддерживает полезного обмена и, следовательно, не поддерживает жизненный процесс. Повторявшиеся много раз одни и те же воздействия неизбежно приводили к облегченному и ускоренному развитию соответствующих химических реакций организма. Повторяемость была как бы тем «катком», который «укатывал дорогу» для быстротекущей реакции.
Как отметил академик А. И. Опарин, последовательность и быстрота реакций протоплазмы – решающие факторы материальной организации первых живых существ.
Таким образом, ускорение тех или иных реакций в результате повторяемости внешних воздействий, своеобразный «катализ» процессов имел существенное значение для развития живого. Заметим попутно, что такой «катализ» ускорял реакцию во множество раз. На первых стадиях существования жизни именно «принцип максимальной скорости» дал возможность сформулировать пути преимущественных реакций, которые развивались чрезвычайно быстро.
И здесь, когда одна определенная реакция (или группа определенных реакций) под воздействием многократно повторяющихся явлений стала доминировать над остальными, живые организмы приобрели некоторую особенность, которая в дальнейшем оказала решающее влияние на всю эволюцию живого.
ВЗРЫВАЮЩАЯСЯ ЦЕПЬ
Дело в том, что между последовательными воздействиями внешнего мира и реакциями на них со стороны живого вещества существует определенное несоответствие. Если рассматривать эти процессы с точки зрения времени их осуществления, то в глаза бросится одна закономерность. Внешние события могли происходить в самые разные периоды времени и иметь самые разные истоки. Вместе с тем все эти явления отражались на одном и том же живом существе. При этом в живой материи возникали различные химические реакции, развивавшиеся опять-таки в замкнутом объеме живого образования. Реакции эти могут протекать с различными скоростями, в том числе и с очень большими.
Живая материя «суммирует», «интегрирует» различные воздействия окружающего мира. Последовательно повторяющиеся ряды внешних воздействий, пусть даже разделенных большими интервалами, получили возможность объединять и отражать себя в быстрых химических превращениях живого вещества.
