Текст книги "Проблемы эволюции и теоретические вопросы систематики"

Но если движение не имеет определенной направленности, то что же называть прогрессом эволюции? Такие оценки, как «совершенство» или «высота» организации, слишком расплывчаты и субъективны. Полагаю, что единственный критерий, не создающий трудностей и противоречий, – это расширение многообразия, каковое я и предлагаю (Скворцов, 1996) принять за основное мерило эволюционного прогресса (в дополнение может быть принята экологическая и географическая экспансия таксона, но и она, по сути, всегда связана с увеличением внутреннего разнообразия этого таксона).

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 99-04-48202).

Список литературы

Волькенштейн М.В. 1989. Современная физика и биология // Вопр. философии. № 8. С. 20–33.

Заренков Н.А. 1988. Теоретическая биология. М. 213 с.

Князева Е.Н., Курдюмов С.П. 1992. Синергетика как новое мировидение: диалог с И. Пригожиным // Вопр. философии. № 12. С. 3–20.

Пачоский И.К. 1891. Метод классификации и единство наук. Киев. 87 с. Скворцов А.К. 1988. Логика и аналогии в теории эволюции // Природа. № 1. С. 16–25; № 3. С. 74–84.

Скворцов А.К. 1996. Многообразие живого мира Земли и проблемы его сохранения // Природа. № 6. С. 95–105.

Шредингер Э. 1947. Что такое жизнь с точки зрения физика? (пер. с англ. изд. 1945 г.). М. 146 с.

Mayr Е. 1976. Evolution and the diversity of life, selected essays. Cambridge (Mass.). 721 p.

Mayr E. 1982. The growth of biological thought: diversity, evolution and inheritance. Cambridge. 974 p.

INCREASE OF DIVERSITY AS A FUNDAMENTAL ATTRIBUTE OF LIFE AND A MEASURE OF EVOLUTIONARY PROGRESS

Summary

Our knowledge of biodiversity is already vast and continually growing, still its proper perceiving and evaluation are hampered by two metaphysic ideas inherited from the XVIII century. First, this is the «scala naturae», later transformed into belief in predistination of the evolution course from «lower» to «higher» beings; second – the belief that only deterministic and quantitative approaches may be recognized as properly scientific. In the history of the natural sciences two important trends can be noted: 1) towards ever stronger discrimination between non living and living objects; 2) towards recognition of uniqueness of origin and of essential unity of basic attributes of all manifestations of life, from viruses to man. Life is continuous, «опте vivum – e vivo», hence all attempts to determine it in terms of physics and chemistry lack sufficiency, they liken to attempts to characterise volumes by means of two-dimensional geometry. Sufficiency can be attained only by observing the clause «e vivo». Another fundamental attribute of life is its striving to diversification which is realized in the course of evolution. In the author’s opinion, the only objective and non controversial criterion of evolutionary progress in a given group of organisms is the degree and tempo of diversity increase.

Биосфера и ноосфера глазами биолога
(Природа. 2004. № 1. С. 18–24)

С проблемами общей биологии я впервые столкнулся в 1936 г. на суховатых, но очень содержательных лекциях профессора Л. Я. Бляхера, когда стал студентом 2-го Московского медицинского института. Бляхер возглавлял небольшую кафедру общей биологии, в центре научных интересов которой была «механика развития». С тех пор, какими бы ни были мои конкретные занятия, я старался следить за развитием основных направлений биологии. Эта статья – своего рода итог размышлений над некоторыми наиболее общими проблемами биологии.

В последние пол столетия широкое признание получила концепция уровней организации материи [1]. С ней хорошо сочетаются и придают ей глобальный характер идеи В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. Присущие Вернадскому широта взгляда, историзм подхода, независимость от разных предубеждений очень импонируют биологу, что заставляет не раз к ним обращаться.

Уровни организации. Возьмем в руки один небольшой, сделанный из однородного материала кубик. Рассматривая его, можно увидеть как собственные характеристики кубика (цвет, вес, размеры, характер поверхности и т. п.), так и некоторые общие понятия: плоскости, ребра, угла, квадрата, и др. Но сколько бы мы ни вертели в руках один изолированный кубик, мы не сможем прийти к понятию «щель». Для этого нужно приложить к кубику еще один. В такой конструкции появится щель, а стороны кубиков, обращенные к ней, тоже могут проявить какие-то новые характеристики. Значит, уже на самом элементарном уровне можно убедиться, что целое всегда имеет нечто такое, чего нет у отдельных частей.

Где два организма (или две клетки) встретились, там возникает взаимодействие между ними. «При объединении двух вещей рождается нечто новое, качества которого не аддитивны и не могут быть выражены через качества составляющих компонентов. Это относится ко всем формам организации: объединению электронов и ядер, образующих атом, к соединению атомов в молекулы, аминокислот в пептиды, пептидов в белки…» [2. С.22]. и даже было сказано: «Где двое или трое собраны во имя Мое, там Я среди них» [Матф. 18, 20].

Целостность обладает самой разной степенью централизованности, внутренней связанности. Это может быть нечто очень рыхлое, например, клуб людей, связанных только каким-либо узким интересом, вроде коллекционирования спичечных этикеток. С другой стороны, целое может быть высокоорганизованным, т. е. многоуровневым живым существом.

Смысл и значение частей (органов в организме или деталей в машине) выявляется вполне, только когда они находятся на своем месте в составе целого. О «целом» можно говорить, если оно состоит из частей и все части на месте. Эволюция целого, конечно, находит выражение в эволюции его частей. Но эволюция частей – ну живых организмов, и у искусственных конструкций – имеет смысл только в рамках эволюции целого.

Если мы имеем дело с несколькими уровнями, в данный момент важнейшим может оказаться любой, даже самый низший; однако действия целого обычно определяются сверху.

Направление исследования. Чаще всего (по крайней мере, в биологии) мы останавливаем внимание на каком-то объекте, принимая его в данный момент за некоторое целое. И далее изучение обычно идет по пути анализа – все более детального рассмотрения свойств и структур, с переходом на более низкие уровни. (Не следует смешивать аналитическое исследование с аналитическим суждением Канта, которое выводится логическим путем из заданных посылок.)

Нередко исследование ограничивается рамками одного уровня (например, натурные наблюдения в популяциях). Возможен и более сложный путь познания – синтетический, от частного к целому. Он требует не только внимания и знания предмета, но и интуиции. Крупные открытия, новые направления исследований, нахождение важных связей – все это взлеты мысли синтетической. Так, появившееся в XVIII в. представление о том, что живой мир состоит из достаточно постоянных и обособленных видов, было важным синтетическим обобщением. Затем последовали идеи экосистем – с особым акцентом на взаимосвязи компонентов биоценоза, и, наконец, сформировались более широкие синтетические обобщения – биосфера и ноосфера.

Редукция и редукционизм. Слово «редукция» (лат. reductio. англ, reduction) имеет в русском языке два значения: 1) уменьшение, сокращение, вплоть до полного исчезновения, обычно постепенного (в этом смысле термин употребляется применительно к онто– и филогенезу, к редукционизму отношения не имеет); 2) сведение – это буквальный перевод. От него и термин «редукционизм», означающий стремление что-то свести к чему-то более простому или действующему на более низком уровне организации.

Многие авторы считают аналитическое исследование синонимом редукции, а его результаты трактуются как прогресс и торжество редукционизма. Такого понимания придерживаются и некоторые маститые ученые, но с этим согласиться нельзя. Ведь тогда про аналитическую химию можно будет сказать, что ее предмет – редукция соединений до молекул и атомов.

Если же быть точным, то редукция (сведение) – это не описание картины, не изложение фактов, а их толкование, объяснение путем ссылки на более низкий уровень организации. Если речь идет о биологических объектах, то редукционизм равнозначен физикализму – вере в то, что качества, отличающие живое от неживого, сводятся к чисто физическим явлениям, к неживому. Но если оставить в стороне проблему «сводимости», то физикализм и витализм вполне могут и должны сотрудничать друг с другом.

Простой пример. Я решил поднять руку. Надлежащая команда дается из мозга соответствующим мышцам; в них, благодаря определенным физиологическим процессам, сократились мышечные волокна, и рука поднялась. Что же главное в этом акте: биохимические процессы в мышцах или команда из центра как проявление целостности организма? Если первое – это физикализм, то второе – органицизм, или же витализм. (Органицизм – термин, преобладающий в англоязычной литературе, – достаточно хорошо соответствует содержанию. В русской литературе как будто еще нет установившегося термина. В частности, Н.А. Заренков (1988) понимает органицизм как противопоставление организмоцентрического подхода – популяционному. Вместе с тем он ратует за воскрешение термина «витализм» – что представляется вполне своевременным, поскольку он хорошо отражает позицию, противоположную физикализму.) В сущности оба подхода дополняют друг друга[75]75
  О соотношении некой дополнительности между физикализмом и органицизмом уже давно говорили физики. Их симпатии, понятно, принадлежат физикализму, а биологию они считают дополнительной. С точки же зрения биолога, дело обстоит как раз наоборот: не какой-то частный процесс решает, каким быть организму, а сам организм в ходе эволюции определяет нужные ему процессы.


[Закрыть].

Причинность, последовательность, случайность. Без причины, конечно, не случается ничего. Но в жизни организма переплетаются различные влияния, исходящие как из внешней среды, так и от него самого. Выделить одну-две отчетливые причины каких-либо событий не всегда можно. Событие Б следует за событием А, но почему – неясно. Post hoc – an propter hoc? (Лат.: после – но вследствие ли?) Остается последовательность.

Очень важно предшествующее состояние организма, которое в значительной мере определяет его дальнейшее поведение. Это подлинная causa materialis Аристотеля. А история – характерная, неотъемлемая черта биологии. Задача исследователя – четко и корректно описать наблюдаемую последовательность явлений, имея в виду, что его трактовка и объяснение в дальнейшем могут оказаться совсем иными, чем предполагалось первоначально.

В биологии велика роль случайности. Она лежит в основе представлений о мутациях (в широком смысле этого слова) и тем самым – в основе дарвиновского естественного отбора. Случайность, конечно, не беспричинность, но если сколько-нибудь вероятной причины явления не просматривается, приходится говорить о случайности. При повторении каких-либо случайных событий можно количественно оценить их вероятность.

Философы при общем взгляде на мироздание основным считают различие между материальным и духовным мирами. За исходное начало принимается либо материя (материализм), либо дух (идеализм, субъективизм). Но теперь мы достаточно уверенно можем считать, что человеческий дух (сознание, разум, речь) появился в результате длительной эволюции жизни на Земле, поэтому для биолога более адекватно и корректно другое первичное разделение материи – на живую и неживую. Разум, дух – это продукт и атрибут живой материи, неживая его лишена.

Понятие «жизнь» – элементарное, т. е. общепонятное и вместе с тем неопределимое через какие-то другие, более простые, более фундаментальные понятия. Неоднократно предлагавшиеся формулировки все в том или ином отношении недостаточны, и обсуждать их здесь не будем. Сколько бы ни описывали свойства жизни, всегда найдутся новые, доселе не отмеченные. Обратимся к теореме Гёделя о неполноте, которая первоначально относилась к арифметике [3]. Она проста в формулировке, но сложна в доказательстве, поэтому о ней судят большей частью по вторичным источникам [4]. Для русского ученого, воспитанного на диалектическом материализме, теорема представляется простым и почти очевидным выражением диалектичности нашего познания. Западные ученые, в большинстве сторонники философии позитивизма, ее игнорируют – и недаром: она подрезает позитивизм под корень.

Выдающиеся физики, раздумывавшие над сущностью жизни, избегали каких-либо формальных определений. Так, Нильс Бор считал, что живое существо «обладает чертой цельности, какой никогда не может обладать система из множества атомных кирпичиков, если судить о ней с точки зрения классической физики» [5. С.233]. Шрёдингер пришел к выводу, что «деятельность живого вещества нельзя свести к обычным законам физики» [6. С. 107], поскольку «мы здесь встречаемся с явлениями, регулярное и закономерное развертывание которых определяется «механизмом», полностью отличающимся от «механизма вероятности»» [6. С. 111]. В живом действует какая-то «другая физика». Не стремясь дать какие-либо жесткие формулировки, попытаюсь охарактеризовать основные свойства живого.

• Нет однородного, аморфного живого вещества, нет живых атомов и молекул. Живое – всегда определенная структура, система, существо. Именно существо; о живом веществе можно говорить только в общем, собирательном смысле.

• Система состоит из двух подсистем: первая управляет развитием и обеспечивает передачу свойств потомству; вторая осуществляет остальные процессы жизнедеятельности. В первой основную роль играют ДНК и РНК, во второй – белки. Существование двух подсистем постулировал еще в конце XIX в. биолог-мыслитель А. Вейсман. Опираясь главным образом на логику биологии, он обозначил их как «зародышевая плазма» и «сома», полагая, что управляющая информация течет только в одну сторону – от зародышевой плазмы к соме, что отражает общую необратимость течения жизни.

В начале XX в. плазма Вейсмана материализовалась в виде хромосом, а в середине XX в. стало известно, что в их основе лежит нить из последовательно соединенных друг с другом нуклеотидов. В последние 20–30 лет прояснилась чрезвычайная сложность структурно-молекулярной основы жизни и вместе с тем поразительное единообразие: от вирусов до человека. В неживой природе подобные системы неизвестны. Возможно, у человека следует различать еще третью подсистему – высоко развитый мозг, обеспечивающий существование мыслящего разума, а вместе с ним и ноосферы.

• Каждое живое тело так или иначе обособлено, отграничено от среды, в которой обитает, т. е. имеет определенную самостоятельность, суверенность (по выражению Вернадского, это – «автаркическая система»), У человека и в какой-то мере у высших животных это «я» находит выражение в форме сознания. Его можно изучать по внешним проявлениям, снаружи, но внутрь чужого сознания проникнуть невозможно.

• Живое существо обладает своей внутренней средой и стремится поддерживать ее в пределах определенных параметров (гомеостаза). Система может приспосабливаться к изменениям среды обитания, сохраняя состояние гомеостаза – но только до каких-то пределов; за ними она жить не может.

• Каждое живое существо имеет ограниченный срок жизни (индивидуального развития, онтогенеза) и производит на смену себе подобных. Общий поток жизни складывается из бесчисленного количества индивидуальных жизней и в отличие от них никакими сроками не ограничен.

• Все живое стремится к экспансии, что проявляется в росте индивидуальных живых тел, в их размножении и в различных типах объединений вплоть до охватывающей всю планету «пленки жизни», позволяющей говорить о биосфере.

• Живые системы способны к наследуемым изменениям (мутациям в широком смысле). Тем самым они становятся подвержены дарвиновскому отбору, в результате чего их многообразие неуклонно растет. Увеличение многообразия – единственный четкий и универсальный критерий эволюционного прогресса [6–9].

• Живые существа стремятся к контактам друг с другом, причем самым разнообразным: поедание друг друга, паразитизм, комменсализм, симбиоз и симбиогенез, формирование колоний и сообществ – биоценозов, экосистем, наконец, биосферы в целом.

• Все живые существа активно поглощают вещество и энергию, создавая даже резервные запасы. Конечно, есть определенная избирательность: что-то поглощается, а что-то – нет. Но главное, они из разнообразной пищи строят вещества, подобные тем, из которых сами построены. Например, во всех активных частях организма содержатся только левые оптические изомеры аминокислот.

Основной энергетический баланс биосферы очень прост. Солнце нагревает поверхность Земли и дает энергию для фотосинтеза. Значительная часть живого существует непосредственно за счет фотосинтеза, а неспособные к нему используют вещества, накопленные фотосинтезирующими. Но зачастую во внутренней среде организмов протекают процессы, энергетически немыслимые в неживой природе. Как писал Сент-Дьердьи, «реакции контролируются тем, что они статистически невероятны и могут происходить благодаря специфическим механизмам, способным облегчить их регулирование» [2. С.139].

• Опте vivum – е vivo. Все живое – только из живого. Можно экспериментировать над живыми организмами (особенно на ранних стадиях индивидуального развития), разрезать организм на части, у растений даже до отдельных клеток, так что каждая часть дальше станет отдельной особью, отдельным «я». Живые тела можно гибридизировать, пересаживать ядра, вводить в организм чужую ДНК, человеку пересадить сердце или почку от другого человека, а вместо ног сделать протезы. Но получить простейший организм из неживого материала еще никому не удавалось, хотя попытки неоднократно предпринимались.

Вера в такую возможность до сих пор жива едва ли не у большинства исследователей.

Вернадский многократно и настойчиво подчеркивал наличие «непроходимой грани» между живым и неживым. В своей книге «Научная мысль как планетарное явление», подготовленной к печати еще в 1938 г., он посвятил ей IX главу [10]. С тех пор прошла целая эпоха продуктивнейших исследований живого; но с происхождением живого из неживого ничего не изменилось.

Вернадский считал, что дело не в особенностях проблемы, а в предубеждении исследователей, исходящих «не из научной, а из философской гипотезы» и направляющих все внимание «не на искание различия между живым и косным, а на искание сходства, согласно исходной философской предпосылке» [10. С. 188]. То, что сейчас известно как нечто промежуточное между живым и неживым (вирусы, прионы, обломки РНК и ДНК) – это продукты деградации, главным образом связанной с паразитарным образом существования.

• Все жизненные процессы поступательны, последовательны и необратимы. Время и определенный историзм – необходимые компоненты жизни. Каждое состояние живого – это исходная позиция для будущей жизни и вместе с тем точка возможного выбора. Необратимость жизненных процессов дополняется наличием памяти, более или менее развитой и разными способами закрепленной.

• Говоря об основных характеристиках жизни, нельзя не остановиться на проблеме телеологии, т. е. целесообразности и целенаправленности. Когда-то это было одним из важнейших вопросов, ответить на которые должна была теория эволюции. Казалось, что дарвиновская теория естественного отбора снимает проблему. Однако дискуссия продолжается, теперь между физикализмом и витализмом. Первый, опираясь на успехи молекулярной геномики и более всего – на веру в сводимость биологии к физике, отрицает всякую телеологию. По мнению виталистов, живое существо прежде всего имеет цель – выжить, а затем – передать жизнь потомству. Те, кто не следует этой великой цели, отметаются естественным отбором. Благодаря этому жизнь на Земле не только сохранилась в течение 3–4 млрд (!) лет, но и распространилась по всей планете.

У всякого многоклеточного существа жизнь начинается со строго целенаправленного эмбриогенеза. Наряду с этим у нас нет никаких оснований утверждать, что общее течение и развитие жизни на Земле направлено к какой-то определенной цели. Филогения полностью лишена телеономичности. Следовательно, в целом поток жизни складывается из диалектики телеономичности существования отдельных живых тел и случайности, непредсказуемости эволюции.

Противники телеологии часто сравнивают живое существо с машиной. А всякая машина изобретается и строится с определенной целью.

Выход биологии на молекулярный уровень, успехи геномики создают впечатление, что биология вот-вот растворится в физике. Но в действительности как раз наоборот. Суждения о своеобразии живого, высказанные в свое время Бором, Гейзенбергом, Шредингером, Сент-Дьерьди, не только сохранили смысл, но и приобрели дальнейшие обоснования. И перед генетиками сейчас еще больше вопросов, чем 100 лет назад. Откуда взялись пуриновые и пиримидиновые основания (в неживой природе они неизвестны), как они образовали специальные информационные структуры, как сформировался аппарат синтеза белков. Таким образом, успехи геномики не сужают поле биологии, а расширяют его, углубляют до молекулярного уровня. Тем самым и позиции витализма становятся увереннее.