Новосибирск 2 страница

Далее, у научных теорий есть одна фундаментальная асимметрия – любое количество соответствующих теории фактов еще не доказывает ее истинность, а только делает ее вероятной, но даже один противоречащий факт ее опровергает. (Под фактом здесь подразумевается не случайное наблюдение, а нечто весьма серьезное и вопроизводимое.) Допустим, опыт Майкельсона показал несостоятельность механики Ньютона, а его результаты оказались согласны с теорией относительности. Но это совершенно не является доказательством «истинности» теории относительности, как и не исключает возможности в практических целях пользоваться Ньютоновой механикой в области малых скоростей. Таким образом, в любой момент времени наука есть совокупность теорий, которые на этот момент не удалось опровергнуть – но никак не раз и навсегда установленных «истин». Да, научное мировоззрение имеет своей основой столь ничтожную малость. Но у прочих мировоззрений нет и такой малости. Философ науки Карл Поппер, впервые обративший на эту асимметрию внимание, сказал, что здание науки строится на болоте, но ее сваи столь основательны, что стоит она исключительно прочно. Таким образом устроенная наука накопила огромное количество положений, вызывающих сомнение не более, чем утверждение о том, что река Волга впадает в Каспийское море (хотя и здесь можно критически задуматься над тем, что означает «река», «море», «впадает» и т. д.). В том числе и о вещах, которые невозможно увидеть глазами и пощупать руками (а это сомнительные критерии истины). Достигнутые на этой основе поразительные практические результаты (вплоть до атомной бомбы) служат наглядным свидетельством мощи и «истинности» современной науки. Но в то же время нужно отдавать себе отчет в том, что в науке, особенно в биологии, помимо твердо установленных положений имеется также масса спорного, множество временных решений, предварительных предположений и т. д. Существует также переходная зона положений, которые одни ученые считают твердо установленными, а другие - предположениями. Чтобы отличать истины от гипотез в этой зоне, необходимо самому хорошо знать данную науку и руководствоваться и собственным интеллектом.

При таком устройстве науки важно, что каждому представлению необходимо пробиться сквозь дотошную критику множества очень умных людей. Научная литература отличается от не менее открытого интернета системой рецензий, которая не позволяет публиковать в изданиях, имеющих тот или иной статус, недостаточно обоснованных положений. Наука – очень серьезно модерируемый ресурс. Культура обоснований сформировалась еще в Средние века в недрах теологии и успешно существует до сих пор. Эта система имеет большой недостаток – первоначально все по-настоящему новое в науке по понятным причинам этой системой категорически отвергалется (вспомним хотя бы судьбу гелиоцентрической системы). Однако в этом и есть великое значение данной системы – действительно серьезные вещи, имеющие своей основой истину, все равно рано или поздно находят путь к признанию, тогда как масса бреда, полубреда или результатов некорректных опытов или некультурного мышления отметается.

Вообще главной проблемой в науке является не недостаток нового, а его избыток, и главной задачей (как в скульптуре, согласно Микеланджело) – отбросить все лишнее, чтобы обозначились контуры истины, которые можно препарировать до бесконечности. Эту задачу выполняет армия жестких критиков и открытость всего того, что их первоначальную критику прошло. Именно таким образом наука оказывается весьма умным предприятием, вполне достойным того, чтобы посвятить жизнь служению ей. И это притом, что среди ученых более чем хватает людей, мягко говоря, не очень умных, да и на всякого мудреца довольно простоты.

Совершенно практический вопрос: что же мы с вами, обычные люди, можем считать «научной истиной»? Ответ: ту картину мира (вместе со всеми осознанными противоречиями, сомнениями и неопределенностями), которую можно найти в ведущих международных журналах. В нашем случае это будут Nature, Science и ведущие профильные журналы. Можно ли сомневаться в этой картине? Ответ: да, можно и нужно, но только в той области, в которой сам серьезно занимаешься и ясно представляешь себе существующую официозную картину этой области и ее недостатки. Любые сомнения в научном знании в области, в которой ты не разбираешься досконально или которой не представляешь современное состояние знаний, оказываются, как говорил один политик, контрпродуктивными.

(Еще одно отступление: в последние десятилетия содержание указанных самых авторитетных журналов, охватывающих все отрасли естественных наук, состоит на 90 % из молекулярной биологии. Та кто мы живем в век биологии!)

Согласно официальной науке, никаких биополей и биоэнергии не существует. Разговаривать о них имеет смысл только с теми, кто не только верит в их существование, но знает результаты экспериментов, не имеющих традиционного объяснения, и сам проводил таковые, кто знает какие-то перспективные уравнения квантовой физики или альтернативные модели пространства-времени, в которые «биоэнергетика» каким-то образом вписывается. Такие люди пока не наблюдаются среди представителей официальной науки. Это никак не связано с субъективным нежеланием официальной науки признать существование феноменов «биополя» или «биоэнергии», ведь она оказывает известное сопротивление вообще всему новому. Никаких принципиальных запретов для включения этих идей в официальную науку не существует. (Более того, в 30е-40е годы теория телепатии даже обсуждалась на страницах самого уважаемого научного журнала – «Nature».) Нет и никакого заговора молчания вокруг каких-то секретных разработок по этому вопросу. Например, несмотря на то, что ядерная физика - опасная вещь и множество исследований на эту тему засекречено, основы этой науки преподаются на любом физическом факультете любому, кто захотел и сумел туда поступить. Нам остается заключить, что отсутствие «биополя» в официальной науке вызвано лишь отсутствием в природе реальных оснований для подобных концепций.

Вернемся, однако, к определению жизни. Чем больше биологи узнавали том, как устроено живое, тем больше возрастало ощущение, что принципиально могло бы существовать более одного варианта жизни, а для писателей-фантастов эта идея стала банальностью. Это происходит от наблюдения того, сколько частных деталей и неочевидных технических решений является универсальным для всех живых существ на Земле. Когда механизм столь сложен, очевидно, что того же результата можно было бы достичь и другим, не менее сложным (а может быть, и более простым) способом. К примеру, существует несколько успешных, но совершенно разных принципов летательных аппаратов тяжелее воздуха – самолет, вертолет, автожир (и как будто бы активно проектируются дисколеты). Мы далее увидим, какое разнообразие структур могут породить соединения углерода с кислородом, водородом и некоторыми другими элементами, и что только немногие из возможных вариантов этих структур используются. За счет возможности формирования устойчивых цепочек довольно перспективными для создания сложных структур являются соединения другого элемента группы углерода – кремния. Существует теория, что углеродная жизнь на Земле зародилась фактически как паразит на «жизни» кремниевой, связанной с самовоспроизводящейся структурой сложных глин – цеолитов. Высказывались предположения, что кремниевая жизнь могла бы существовать на Венере, в условиях гораздо больших температур и давлений, причем роль нашей воды при этом выполняла бы серная кислота. Итак, отвлечемся от конкретного материала, из которого жизнь «сделана» (от того, что она есть «форма существования белковых тел», как определял ее Фридрих Энгельс), и зададимся вопросом: какие свойства отличают живые объекты от неживых.

Движение отпадает, так как существует много по-настоящему неподвижных форм жизни. Рост тоже отпадает, так как растут кристаллы, в конце концов – земная кора в области срединных хребтов океана, осадочные толщи. Вы говорите целесообразность – но в чем цель? Единственно в воспроизводстве себе подобных. Вот это уже одно из важных свойств. Все живые объекты, будучи достаточно сложными, способны к более или менее точному воспроизводству подобных себе же. Есть ли такое явление среди тех объектов, которые мы живыми не считаем? К воспроизводству себе подобных способны кристаллы (хотя все же менее подобных, чем живые существа) – обломок кристалла в условиях перенасыщенного раствора порождает кристалл, напоминающий тот, что был разломан. А в чем же отличие?

Вы упомянули питание. А зачем нужно питание? Да, это источник энергии и источник вещества. Об энергии – позднее, а сейчас поговорим о веществе. Зачем нужно вещество? Все помнят картинку из учебника природоведения: синица съедает за день больше, чем весит сама. Зачем ей столько? А еще мы пьем. Зачем мы пьем, если и так состоим почти что из одной воды? А еще мы дышим. Неужели все это нужно только лишь для получения энергии? Нет. Живой организм в отличие от кристалла – система проточная. Вещество, из которого мы состоим, постоянно обновляется. Даже кости постоянно разрушаются и строятся вновь, структура кости все время перестраивается в зависимости от существующих нагрузок, и лишь такая динамика позволяет кости срастаться.

В сумме все процессы превращения и обмена веществ называются обменом веществ, или метаболизмом. Посмотрим на некоторые цифры. Вода в организме постоянно обновляется (вода внутриклеточной среды обменивается с внеклеточной, вода внеклеточной среды – с кровью, вода крови – с внешней средой). Человек на 60–70 % состоит из воды, значит, мужчина весом 100 кг содержит около 65 кг воды. А в день теряет и потребляет 2,5–3 (до 10) кг воды. Это значит, что за день вода в организме обновляется на 4–5 (до 15) % (нужно еще учесть, что молекулы воды не только проходят сквозь организм, но еще и расщепляются и создаются вновь). Все цифры здесь и далее приводятся для так называемого основного обмена – когда организм находится в покое в комфортных условиях. При любой деятельности скорости обмена веществ бывают в несколько раз больше.

Все органические молекулы постоянно разрушаются и строятся заново, поэтому, чтобы оценить скорость протока материи через организм, лучше оценивать не поток веществ, но поток элементов. Наиболее интересен здесь углерод – основа жизни. Он поступает в организм человека с пищей и покидает его в виде двуокиси углерода, а также частично в составе мочевины в моче. В организме взрослого человека содержится около 10 кг углерода, а скорость его обмена (которую можно посчитать на основе выделения углекислого газа) составляет 150–170 г в день, т. е. 1,5–2 % от всей его массы – а ведь речь идет уже о самом живом веществе. Между прочим, годовой обмен углерода между живыми организмами и окружающей средой на Земле составляет около 30 млрд т, а весь обменный фонд углерода на Земной поверхности (в атмосфере, гидросфере и почве, то есть не связанный в горных породах) оборачивается за 300–400 лет. Обмен кислорода и водорода происходит прежде всего за счет воды, а скоростью обмена воды мы уже впечатлились. Важнейшим элементом нашего тела, без которого невозможны белки, является азот, его в человеке около полутора килограммов, и с мочой его ежедневно выводится около 2–5 г, т. е. 0,15–0,3 %. В среднем время полуобновления белков человеческого тела составляет 80 дней, причем для разных белков скорость различна: для белков мышц – 180, для белков крови – 10 дней. (Заметим, что характерным параметром здесь является не время полного обновления, а время полуобновления, как будто речь идет о радиоактивности. Это происходит оттого, что и самопроизвольное расщепление атомов, и расщепление молекул в организме с помощью других специальных молекул – процесс вероятностный и всегда есть конкретные молекулы, которые случайно были расщеплены сразу же после синтеза, и те, которые случайно выжили очень длительное время.)

Человек вроде бы все тот же с виду, самосознание у него сохраняется, память имеется (сохраняемая системой, образованной множеством клеток мозга, в которых тоже постоянно идет одновременное созидание и разрушение различных органических веществ), а материально он все время новый! У любителей паранормальных явлений существует представление, что душа – это некий вихрь некоего эфира, который может продолжать жить, хотя бы некоторое время, и после смерти. Но ведь и сам человек – это тоже не тело, но вихрь! Иначе говоря, он существует в виде материального объекта во времени не как камень (и, заметим, не как кристалл), а как бурун на реке возле этого камня: вода все время другая, а бурун остается на месте и только немного меняет свою форму во времени. Так что материальная телесность живых существ не столь уж бесспорное и очевидное явление – на самом деле это сложнейший самоподдерживающийся вихрь, который организует постоянно движущийся через себя поток атомов, непрерывно прибывающих, меняющих свои комбинации, уходящих и тем самым создающих по сути видимость постоянного телесного объекта. Таким образом, живой организм (как и, к примеру, река) – это в большей степени структура, нежели предмет. Может быть, вы слышали о таком понятии, как гомеостаз (его ввел французский ученый второй половины XIX в. Клод Бернар)? Это динамическое равновесие, устойчивое поддержание системы, ее структуры и параметров за счет сопряженных процессов, связанных обратной связью, при непрерывном потоке вещества и при меняющихся в определенных пределах внешних условиях.

Вихрь жизни не может возникнуть сам по себе во всей своей сложности (однако в конечном счете эти вихри как явление жизни возникли сами по себе!). Он существует за счет самоподдержания и воспроизведения подобных ему и, будучи разрушенным, не может восстановиться. В момент смерти потоки вещества полностью меняют свой характер и устремляются в направлении распада, т. е. в направлении равновесия со средой. Так что жизнь – это определенным образом организованное движение атомов вещества, а не сами атомы. Удивительно, как религия, по своей сути апеллирующая ко всему нематериальному, умудряется сосуществовать с вульгарными похоронными традициями. Ведь хоронят не вихрь, которым был человек, а те атомы, которые в момент смерти случайно оказались в составе его тела. Их организация в молекулы при этом продолжает изменяться в сторону все более простых молекул, хотя в костях они могут долго сохранять их характерное взаиморасположение, давая материал археологам.

(Еще одно «лирическое» отступление: следует обратим внимание, в какой степени вся наша жизнь связана с теми или иными трупами. Мы питаемся почти исключительно трупами, мы одеваемся в трупы, наши жилища частично или полностью построены из трупов. Это трупы деревьев или микроскопических раковинных простейших, из которых сделан известняк. Обогреваем мы их энергией, полученной исключительно из трупов, и за счет нее же мы перемещаемся. Достаточно вспомнить, что такое древесина, каменный уголь и нефть. За счет нефти трупы участвуют в создании массы вещей, которые нас окружают. После этого можно спокойнее воспринимать весьма вероятную теорию, согласно которой наши ранние двуногие африканские предки питались в основном падалью.)

Вернемся к питанию как к указанию на еще одно важное свойство живого (речь идет о питании в широком смысле, включая фотосинтез у растений, которые поглощают углекислый газ и воду как материальную основу для строительства своего тела и свет как источник энергии). Поддержание вихря живого существа идет с затратой энергии. Речной бурун тоже требует для поддержания кинетической энергии движущейся воды, при этом расходуется потенциальная энергия воды, находящейся выше по течению. Вспомним, откуда она там взялась: воду испарило солнце, а потом она выпала где-то в горах.

Для большей части живых существ на земле источником энергии является то же самое Солнце, энергия, выделяющаяся при термоядерном синтезе ядер гелия из ядер водорода. Растения и сине-зеленые водоросли и некоторые бактерии умеют преобразовывать энергию солнечных лучей в энергию химических связей в определенных органических веществах и синтезировать сами эти вещества из углекислого газа, воды и минеральных веществ в почве и воде. Их называют фотоаутотрофы (от греч. «фотос» – свет, «ауто» – сам, «трофос» – питание), т. е. те, кто сами себя питают при помощи света. Большая часть бактерий, грибы и животные используют вещества, созданные растениями и друг другом, в качестве источника энергии и строительного материала. Это гетеротрофы (греч. «гетеро» – другой), т. е. это те, кто питается другими.

Однако часть живых существ, называемых хемоавтотрофами (а именно некоторые бактерии), использует энергию химических связей в некоторых неорганических веществах – аммиаке, нитритах, соединениях серы или двухвалентного железа. На заре становления жизни их роль была гораздо выше, и скорее всего жизнь на Земле как мир самовоспроизводящейся органики началась именно с хемоавтотрофов. Первоначальным источником этой энергии служило не Солнце, а вещества из недр Земли, т. е. эта энергия запасалась когда-то в ходе процессов образования всей Солнечной системы. Выражаясь мифологически-метафорическим языком, жизнь на земле эволюционировала от использования хтонической энергии к использованию солярной. Обо всем этом подробнее далее.

Возвратимся к человеку. В состоянии покоя человек тратит (выделяет в виде тепла) около одной килокалории в час на килограмм веса. Значит, человек весом в 70 кг в сутки производит (расходует) около 1 700 ккал. Этой энергии хватит, чтобы нагреть от комнатной температуры до температуры кипения 20 л воды. Это если весь день лежать и вообще ничего не делать. В реальной жизни, которая предполагает добычу источников энергии, он тратит ее гораздо больше.

Итак, для поддержания жизни необходим постоянный приток и отток вещества и постоянное поступление и расход энергии. Поэтому всегда подчеркивается, что живые системы – это открытые системы. В термодинамике доказывается, что закрытые системы (без обмена веществом и энергией с внешней средой) стремятся к равновесному состоянию, которое характеризуется максимальной энтропией, т. е. минимумом информации, необходимой для описания ее состояния. Это и есть второе начало термодинамики. Живые организмы очень далеки от равновесия со средой, и их строение заключает в себе очень много информации. В этом их отличие от кристаллов, которые представляют собой состояние вещества с минимумом энергии, а их регулярная однообразная структура требует для своего описания мало информации. В кристаллах отсутствует приток и отток вещества, а их образование сопровождается обычно отдачей, а не затратой энергии. Хорошей иллюстрацией здесь будет костер, на котором стоит ведро со льдом: при горении разрушается структура дров, а при растапливании – структура льда. Структура льда очень проста, структура древесины крайне сложна. Поэтому первый процесс сопровождается выделением энергии, накопленной живыми существами, с разрушением сложных химических структур и превращением их в более простые (т. е. идет с уменьшением содержащейся информации), а второй – поглощением энергии, расходуемой на приведение воды в беспорядочное состояние, которое характеризуется большей информационной насыщенностью, чем замороженное. Один из знакомых автора этого издания выразился весьма поучительным афоризмом: что бы мы ни создали за свою жизнь, в этом будет содержаться гораздо меньше новой информации, чем то количество информации, которое было уничтожено при переваривании и усвоении всей нашей пищи.

Отметим еще одно обстоятельство, характеризующее драматический динамизм любой, даже с виду очень спокойной жизни. Мы знаем, что в нашем кишечнике существует нормальная микрофлора, представленная многими видами бактерий, из которых преобладает кишечная палочка. Без этой микрофлоры мы не можем нормально переваривать пищу и вообще существовать, и даже незначительные ее нарушения приводят к так называемому «дисбактериозу» (хотя распространенность этого нарушения сильно преувеличена). В то же время мы знаем также, что у больные СПИДом, у которых подавлен клеточный иммунитет, страдают постоянными поносами, вызываемыми той же самой кишечой палочкой. Это означает, что нормальный здоровый человек находится в состоянии непрерывной позиционной иммунной войны с собственной нормальной микрофлорой, причем здоровью соответствует определенный баланс сил в этой войне, а любое его нарушение приводит к заболеванию.

Есть еще одно свойство, которое присуще всем наблюдаемым нам формам жизни, – специфичность и дискретность живых структур. Нет двух идентичных живых существ. Однако существуют их более или менее строго определенные виды, расы, пола, стадии развития... Это «более или менее» постоянно приходится добавлять, но сущность явления специфичности вполне очевидна. В общем-то, специфичность и дискретность являются, во-первых, следствием свойства более или менее точного самовоспроизведения, во-вторых, дискретностью конструктивных решений для жизнеспособных структур. Если бы мы заполнили некоторое экспериментальное пространство континуумом сконструированных «организмов» и предоставили их самим себе, то на выходе получили бы более или менее ограниченный набор форм – одни части континуума оказались бы нежизнеспособными, другие исчезли бы в силу случайных событий, уступив место размножившимся более удачливым соратникам. Вряд ли можно согласиться с заключительной частью стихотворения «Линней» выпускника ФЕН Виктором Фетом (однофамильцем известного поэта), который сейчас занимается в Америке молекулярной биологией и скорпионами:

...Прилежную природу естества

Он понимал, и общий знаменатель
Он отыскал для трав, зверей и птиц:
Их имя (форму, суть). Когда б Создатель

Нас мастерил без видимых границ,
Одним мазком, не уточнив детали
(Цвет глаз, размер, кому годимся в корм),

Мы все бы, не имея точных форм,
Переливались и перетекали
Из маски в маску. Жизнь была б легка.

Но мир отлит в ином материале,
И постоянна форма у цветка,
Какие пчелы бы ни посещали

Его тычинки. Личность, суть, идея –
Их помнят и лопух, и орхидея.

Похоже, что «создатель», то есть природа, изначально нас именно так и мастерил – «без видимых границ», однако на выходе как раз получился материал совсем иной. Впрочем, об эволюции речь пойдет в конце.

Попробуем напоследок дать определение понятию «жизнь». (Никакое определение не способно передать все значение любого понятия – оно всегда будет в той или иной степени ущербно и найдется ситуация, когда оно дает сбои. В этом причина постоянного распухания текстов законов и прочих юридических документов – они тщетно гонятся за полнотой определений. Понятие можно только понять, исходя из его взаимодействия с уже понятыми понятиями на множестве правильных текстов. Определение – это просто такой минимальный текст, который максимально эффективно приближает нас к пониманию.)

Итак, жизнь можно определить как совокупность самоподдерживающихся открытых систем, существующих в виде особых структур за счет постоянного протока вещества и притока энергии и способных к более или менее точному самовоспроизведению.

На этой в прямом смысле жизнеутверждающей ноте вводная лекция закончена.

Лекция 2. ХИМИЯ И ЖИЗНЬ

Дата добавления: 2014-11-16