Текст книги "Концепции современного естествознания"

Возвращаясь к более привычному для читателя (давно ли?!) понятию самоорганизации, мы можем представить жизнь не как суперструктуру, надстроенную, (возможно, случайно) над безжизненным физическим миром, (как это представлялось ранее), а как закономерный результат неравновесных процессов, которыми опосредуются миры живых и неживых объектов. А ее «встроенность» в общекосмологический эволюционный процесс позволяет «впервые в строго научной концепции поставить на подобающее место явление жизни» (В.И. Вернадский). Сейчас это один из аспектов «высокого трагизма попыток понять Вселенную» (Ст. Вайнберг).

К концу XX века происходит чрезвычайно интересное возрождение, уже на научном уровне, восходящих к античности представлений о космосе как органичном единстве взаимосогласованности, соразмерности, стройности, порядка, целесообразности. Древние греки включали в такой космос и человека. То же происходит и в современной картине мира. Таков ценнейший вклад исследований Вселенной не только в научное, но и вообще современное мышление, культуру в целом. Принципы самоорганизации «позволяют преодолеть извечный дуализм природы и культуры (материальной и духовной) – в их основе лежит единый эволюционный процесс, начавшийся с рождением Вселенной» («Глобальные проблемы современности и будущее человечества». – М., 1985. С. 95).

Противопоставление природы и культуры, отрыв человека и его действий от взаимосвязей универсума, глубоко ускоренившиеся в научной традиции XVII–XIX в.в., имели социокультурное происхождение. Тенденции и тревоги современной культуры делают столь же естественным образ природы и образ науки, порожденные возникновение (возрождением) «целостного переживания жизни природы».

Осмысление антропного принципа, позволяя осознать, какое чудо – жизнь и разум во Вселенной, буквально заставляет проникнуться ответственностью за их сохранение. Важную мировоззренческую и методологическую роль он играет в постановке такой нетривиальной и всегда будоражащей умы проблемы, как поиск возможных внеземных цивилизаций (ВЦ). Прежде всего следует учесть, что таковые могут иметь и совсем другие формы – это и небелковая жизнь, и цивилизации, развивающиеся на совершенно иных принципах. Как предупреждает польский писатель С. Лем, мы можем не замечать присутствие Разума (или не найти адекватных форм контакта с ним) еще и потому, что он «ведет себя совсем не так, как мы ожидаем». (Вспомним «Солярис» того же Лема). Нельзя сбрасывать со счетов и «зоогипотизу» Дж. Болла: мы находимся в заповеднике высокоразвитых ВЦ, которые исподволь изучают нас (НЛО?), возможно, ожидая, пока мы созреем – прежде всего в морально– этическом плане. Следует учитывать и возможность цивилизаций, характеризуемых не экспоненциальным ростом потребления энергии (и тем обнаруживающим себя), а выходом на новые, гармоничные с природой формы энергетической деятельности. Наконец, их сознательная деятельность может избрать знаковые системы, принципиально отличные от наших (мы – то все посылаем вымпелы в космос и подобное же ищем).

Глава 11. Концепции современной химии и биологии. Химико-биологические предпосылки и механизмы жизни

Особенности химических систем, их сходство с физическими и отличие. Особенности современной химии как «науки о взаимосвязи количественных и качественных изменений». Концептуальные уровни химии и основания их выделения.

Диссипативные процессы, их значение в соотношении динамики и устойчивости природных явлений. Диссипативные процессы и самоорганизация. Неравновесность и эволюция. II начало термодинамики – смерть живого или его источник? Физико-химическая биология, ее мировоззренческие и методологические основания и проблемы.

Механизмы происхождения и функционирования жизни. Роль живого в процессах самоорганизации и самоорганизация в происхождении жизни и разума. Структурные отличия живого и неживого, их трофические особенности. Возможность неорганической жизни. «Атомы» живого.

Принципы воспроизводства живых систем. Механизмы генетического кода. Энтелехия и «эволюция к жизни». Особенности взаимодействия живых организмов со средой. Закон «необходимого разнообразия». Структурные уровни и основные характеристики жизни. Концептуальная сложность определения жизни. Уровни организации и эволюции живых систем.

Химию принято называть наукой о взаимосвязи количественных и качественных изменений. Действительно, в химии такая связь выступает особенно наглядно. Так, незначительные количественные различия между формулами этилового и метилового спирта (С₂Н₅ОН и СН₃ОН) приводят к тому, что, сохраняя технические свойства и внешний вид, последний превращается в причину гибели людей. Всего на один атом отличаются молекулы углекислого и угарного газа (СО и СО₂), кислорода и озона (О₂ и О₃). Одни и те же химические элементы (с тем же зарядом ядра и порядковым номером в таблице Менделеева) при небольших изменениях атомных весов (изотопы) становятся радиоактивными. Незаметные добавления делают сплавы тугоплавкими, сверхпроводимыми и так далее. Перераспределение электронов на внешних оболочках атомов ведет к образованию новых химических соединений, изменяет валентность, реактивную способность.

Напротив, качественные изменения, например, ввод в реакцию катализаторов или ингибиторов резко ускоряет или, соответственно, замедляет ее, термическое воздействие определяет направление реакции в неравновесных состояниях. К серьезным качественным изменениям приводят различия в структуре, кристаллической решетке – при том же химическом составе совершенно различные свойства имеют углерод, мягкий графит и «тверже стали» алмаз (пример, известный каждому из школы). Совершенно невероятными характеристиками, благодаря соответствующей технологии обладает эфтектическая керамика, становясь наилучшим материалом для авиадвигателей.

В концептуальном плане между химией и физикой много общего, и иногда даже химию называют физикой молекул. Но это уже другая физика. В различных космологических сценариях химические свойства включаются после физических, порой всего лишь минутами и секундами спустя. Здесь важно то, что, действительно, молекулы синтезируются уже после возникших в «вакууме» элементарных частиц и атомов и это, конечно, остается ключом для понимания химических явлений. С другой стороны, разве химические процессы не способствуют пониманию физических явлений и свойств, их возможной коэволюции? Судя по всему, уместнее говорить о корреляции, синергии химических и физических свойств, своеобразной физико-химической самоорганизации – будь это глобальная космологическая эволюция или эволюция биологических структур. В свете АП имеет смысл рассматривать и биологическую эволюцию как составляющую единого физико-химико-биологического процесса: хотя биологические свойства возникают значительно позже, вероятно, они «закладываются» в общую синергическую «программу» одновременно с физико-химическими свойствами и, в этом смысле, служат в той же степени их причиной, что и следствиями.

В концептуальном плане химию с физикой сближает и то, что здесь также уместен поиск «первокирпичников» – строительных элементов, носителей свойств, подобно атомам (читатель уже догадался, что наверняка то же имеет место в биологии). Поиск элементов, или начал составляет первый концептуальный уровень химии, восходящий к ретортам средневековых алхимиков, разлагающих химические соединения на составные части в поисках философского камня. (Мы не уверены, что от приоритета в этом вопросе отказались бы древние халдеи или египтяне). Но только в периодической системе Менделеева каждый элемент был выделен по объективным характеристикам – атомному весу. Впоследствии были обнаружены изотопы – «варианты» одного и того же химического элемента с незначительными различиями по массе, и поэтому базисным свойством стал заряд ядра (вот, опять физика). Он и определяет номер элемента в периодической системе.

Д. Менделеев предсказал не только новые химические элементы, оставив для них места, но даже свойства этих элементов. При жизни ученого было известно 62 элемента, всего лишь 92 – ой элемент (уран) был обнаружен к 1930 году. Благодаря физическому синтезу атомных ядер к настоящему моменту открыто 109 элементов, и каждый новый все более неустойчив, живя иногда лишь доли секунды. Предполагается выйти на некий островок стабильности на 126– ом номере, возможно, их стабильные состояния или новые элементы обнаружатся в космосе. Так, технеций, трудноуловимый в земных условиях и крайне необходимый для современной промышленности, в огромных количествах «видит око» в происходящих на Солнце ядерных реакциях.

С позиций атомизма решается и проблема химических соединений. Долгое время не удавалось определить, что считать смесью, а что – соединением. К XIX веку сложилось убеждение (Ж. Пруст, Дж. Дальтон), что определяющим свойством химических соединений является постоянство состава. Однако в XX в. были обнаружены химические соединения переменного состава (бертоллиды), и четкое различие вновь исчезло. Это связано и с переосмыслением классического определения молекул – мельчайших частиц вещества, обладающих его свойствами и могущих существовать самостоятельно. К молекулам ныне относят и разнообразные квантово-механические системы (ионные, атомные монокристаллы, полимеры и их цепочки).

Второй концептуальный уровень относится к структуре. Структурные различия определяют свойства не только на уровне простых молекул: именно изучение сложных структурных цепей (впервые на примере бензола – «змеи, кусающей себя за хвост») позволило выяснить генетический код в виде ДНК и РНК. Еще в прошлом веке структуру стали связывать с понятием валентности (Ф. Кекуле). Комбинируя атомы химических элементов по их валентности, возможно конструировать соединения с заданными свойствами. Важное значение имеет степень напряжения, или энергия связи, находя объяснение с квантово-механических позиций. Таким образом, структура включает в себя не только упорядоченную связь, но и характер взаимодействия между элементами. Конечно, в эволюционном плане наибольшее внимание привлекают динамичные структуры.

Третий уровень – исследование внутренних механизмов и условий протекания химических процессов – температуры, давления, скорости протекания реакций. Дальнейшее углубление на этом уровне составляет изучение природы реагентов, участников химических реакций, а также катализаторов и ингибиторов. И после этого мы выходим на явления синергии, самоорганизации, составляющих четвертый уровень.

Влияние катализаторов особенно значительно в отношении химических соединений переменного состава с ослабленными связями между компонентами. В таких случаях катализаторы играют решающую роль. Некоторые реакции попросту невозможны без них. Благодаря катализаторам удалось «оживить» химических «мертвецов», например, нефтяные углеводороды типа парафина, с большой отдачей для промышленности. В других случаях катализаторы заменяют колоссальные температуры и давления, позволяя получать те же соединения (например, химические удобрения) в комнатных условиях. Аналогом может служить явление сверхпроводимости, которое также удается получать при доступных температурах, вместо сверхнизких. Все это очередной раз привлекло внимание к явлениям самоорганизации, с катализаторами в качестве их участников, элементов. Опять же аналог в физике – «точечные воздействия»: вместо того, скажем, чтобы удерживать плазму в массивных реакторах при огромных затратах энергии и высокой опасности взрыва, направляют ее наиболее «естественным» для нее образом, поместив в нужном месте соответствующей «аттрактор» (от английского – притягивать). Значительные перспективы приобретает химия экстремальных состояний – плазмохимия, радиационная химия и так далее.

Важные изменения концептуальных установок происходят в исследовании и синтезе жизни. Здесь особое место принадлежит ферментам – своеобразным живым катализаторам, белковым по своей природе. Ферменты – неизменные спутники таких процессов, как, например, брожение. Каждый вид ферментов катализирует лишь превращение определенных веществ в единственном направлении, формируя и регулируя обмен веществ в организме. В концептуальном плане внимание привлекает наличие в ферментах двух неравновесных компонентов – активных центров и их носителей.

Возможно, удастся использовать соединения живой природы или хотя бы принципы их функционирования для ускорения процессов в неорганическом мире, и моделирование биокатализаторов, вероятно, должно быть причислено еще к одному уровню. Гораздо больше исследованы каталитические процессы при переходе от химических структур к биологическим. В особенности это относится к диссипативным (от «рассеивать») процессам, наглядно представляющим самоорганизацию в химических системах. В таких процессах происходит переход энергии упорядоченного движения в энергию хаотического движения (теплоту), а переход к новым структурам требует значительного притока энергии.

Впервые химия вышла на изучение сложных систем еще до того, как в физике был обнаружен радиоактивный распад – открыв цепные реакции, а затем (Н.Н. Семенов) – разветвленные цепные реакции. Суть их в том, что возбужденные, обладающие избыточной энергией молекулы иногда, до того как испустить квант света, сталкиваются с неактивной молекулой, вызывая ее распад на активные атомы и так далее по цепочке. Совершенно удивительными оказались колебательные химические процессы (химический маятник), обнаруженные Б.П. Белоусовым и А.М. Жаботинским в 60-ых годах. Суть колебательных процессов (простейших среди диссипативных) такова. Если раствор состоит из компонентов А и В (условно «синих» и «красных») , то в результате хаотических движений и столкновений частиц следовало ожидать вскоре некий усредненный «цвет» со случайными вкраплениями «синего» или «красного». Однако при условиях, дальнейших от равновесных, происходит невероятное: «раствор становится то синим, то красным, как если бы молекулы установили связь между собой на больших, макроскопических расстояниях, через макроскопические отрезки времени. Появляется нечто похожее на сигнал, по которому все А или В – молекулы реагируют разом… Такое поведение традиционно приписывалось только живому – теперь же ясно, что оно возможно у систем сравнительно простых, неживых» (Пригожин И. Краткий миг торжества. – М., 1989. С. 313–314).

Подобные реакции приводят к специфическим пространственно-временным структурам за счет поступления новых и удаления отработанных химических реагентов – без вмешательства человека. При этом оказалось, что наибольший интерес представляют те структурные образования, которые не удается привести к полному и окончательному равновесию. Выясняется, что их надо рассматривать не как «помехи», «фоновые шумы», а как узловые структуры эволюции. Теория диссипативных процессов и возможности ее концептуального расширения на различные области (включая общество) была предложена И. Пригожиным, за что он был удостоен Нобелевской премии.

Сами по себе исключительно интересные, диссипативные процессы могут служить ключом к возникновению жизни, где характерны как раз дифференцированный отбор таких химических элементов и соединений, которые служат стройматериалами для биологических систем. Заметим, что из ста с лишним химических элементов таблицы Менделеева только шесть являются органогенами, то есть порождающими органические соединения. Это – углерод, кислород, водород, сера, фосфор, азот; первейший среди них – углерод. Он выполняет роль и акцептора, и донора электронов, образуя почти все типы связей химии (1, 2, 3, 4 и 6 – электронные с промежуточными связями). Добавим еще, что всего восемь элементов (железо, алюминий …) составляют 98,6 % всей доступной исследованиям массы Земли.

Поскольку ключ к любой эволюции выявлен в неравновесных процессах, то следует знать основные различия неравновесных структур от равновесных. Неравновесные системы реагируют на внешние условия (гравитационное поле, радиация и так далее), а поведение их определяется вероятностным образом (завися не от начальных условий, а от «предыстории»). Приток энергии создает в такой системе порядок, соответственно уменьшая энтропию. Для неравновесных структур характерно наличие бифуркаций – переломных точек (в которых как раз и может оказаться решающей роль внешних воздействий). Важнейшая их особенность – когерентность: система ведет себя как единое, самосогласованное целое, структурируясь так, как если бы каждый ее элемент обладал информацией о состоянии системы в целом (и всех других молекул).

Одна и та же система может пребывать в областях равновесия и неравновесия. В неравновесных областях система адаптируется к внешним условиям, изменяя структуру, меж тем как в равновесных областях для перехода к новым структурам требуются сильные возмущения или изменения граничных условий. Неравновесные системы обладают избыточностью, то есть множеством стационарных состояний вместо одного. Чувствительность к флуктуациям создает возможность их резкого роста, небольшие влияния ведут к значительным последствиям. Источником порядка в неравновесных системах является не «независимость», а как раз зависимость – в виде согласованности поведения молекул при внешней неопределенности поведения системы.

Будучи предоставлена самой себе система, не обменивающаяся энергией (так называемая закрытая), стремится к состоянию равновесия, наиболее вероятному, соответствующему нулевой энергии (например, кристалл). Неудивительно, что в классическом естествознании такое состояние считалось своеобразным идеалом – устойчивости, надежности (каким люди обычно хотят видеть и общество, опасаясь перемен). В современных представлениях, однако, выявляется что это – мертвая, безжизненная устойчивость, идеал каменного цветка, гранитного памятника вместо живого существа. В действительности любая эволюция происходит в открытых системах, обменивающихся энергией и информацией (для общества – это экономические, политические, культурные связи).

Сценарий любой эволюции: неравновесность – равновесность – новый уровень неравновесности как путь к новому уровню равновесности и так далее. В действительности стационарные режимы – частный случай нестационарности, кратковременный этап. Как пишет И. Пригожин, «если устойчивые системы ассоциируются с понятием детерминистичного, симметричного времени, то неустойчивые хаотические системы ассоциируются с понятием вероятностного времени, подразумевающим нарушение симметрии между прошлым и будущим, то есть «стрелу времени».

Эволюция должна удовлетворять следующим требованиям: 1) необратимость, обусловленная нарушением симметрии между прошлым и будущим; 2) способность определенных событий изменять ход развития системы. Чем сложнее (избыточнее) система, тем более многочисленны типы флуктуаций, способных изменить ее состояние и несущих ей гибель или переход на новый уровень развития. В сложных системах имеют место связи между отдельными частями, областями, и порог устойчивости системы определяется конкуренцией между устойчивостью (благодаря связям) – и неустойчивостью (вносимой и несомой флуктуациями). Переход этого порога и является точкой бифуркации, где система колеблется между выбором из различных вариантов. Здесь выбор может задаваться нашей целенаправленной деятельностью. Однако и в развертывании природных сценариев словно участвует чья-то невидимая рука (это выражение Адама Смита, как видим, уместно не только для экономических процессов). До следующей бифуркации система ведет себя вновь детерминированным образом.

В случае возникновения новых структур для их поддерживания требуется приток энергии, значительно превосходящей ту, которая характерна для предшествующей. Диссипируя (рассеивая) энергию, система производит энтропию. Таким образом, энергия расходуется на создание нового порядка. Правомерно спросить тогда, что все-таки представляет собой второе начало термодинамики (закон роста энтропии) – источник жизни или смерти? Древние мудрецы удивились бы такой постановке вопроса, ведь для них жизнь и смерть – звенья единой цепи. Исчерпывая себя, угасают звезды, экономические системы, целые цивилизации – заключая в себе предпосылки нового, как феникс или очищающей огонь древних мифологий, «мерами угасающий и мерами возгорающийся».

С точки зрения синергетики, энергия как бы застывает – в разнообразных формах, от кристаллов до «черных дыр», а в зависимости от рассматриваемой области она может расцениваться и как источник механической работы (кинетическая энергия поднятого груза), и как источник движения в широком, общефилософском смысле, как прародительница новых форм и структур. Количество же связанной энергии, соответственно, выражается энтропией. Конструктивную роль в формировании новых структур играет информация, величина, обратно пропорциональная энтропии. Особенно наглядно эта роль прослеживается в изучении живых структур различной степени организации.

Каковы же механизмы происхождения и функционирования структур живого? В свое время Дж. Джинс привел пример: вероятность случайного, самопроизвольного образования молекулярных структур жизни не выше, чем если бы обезьяна, стуча по клавишам, случайно выбила тома Британской энциклопедии. Из миллиардов органических соединений, существующих в природе, в построении живого участвуют лишь несколько сотен, из ста аминокислот в состав белка входят двадцать (причем совершенно обязательных – 9, а остальные, вероятно, синтезируются организмом); лишь по четыре нуклеотида ДНК и РНК – в основе сложных полимеров, ответственных за наследственность и регуляцию белкового синтеза. Тем более замечательно образование столь огромного многообразия из столь узкого круга условий и компонентов.

Ключ к пониманию загадки жизни доставляет концепция самоорганизации. Выясняется, что здесь «естественный отбор» идет из продуктов, которые возможно получить множеством различных способов и которые обладают при этом обширным каталитическим спектром, то есть опять-таки путеводной нитью – для природы и нашего понимания природы – является своеобразный принцип избыточности (обеспечивающий наибольшие шансы для возникновения и «выживания»). Установлено, что каталитические процессы включаются только при температурах ниже 5000⁰ , то есть после длительной подготовки, согласования, сбалансирования процессов слишком горячей по молодости Вселенной. При этом образуются достаточно обыденные углеродные соединения типа СН₃ ОН, Н₂ СО и так далее – как некая некаталитическая база последующего большого катализа. Возникновение градиента температуры, сохраняющегося в течение длительного времени, служит условием образования (в охлаждающихся областях близи звезд) сложных молекул, лежащих в основе жизни. Есть предположение (Дж. Коккони) об изоморфизме (общности форм) определенных типов структур, характерных для микромира (при повышении энергии столкновения молекул) и биологических структур, формирующихся при росте времени (величине, канонически сопряженной с энергией). В этом смысле можно говорить о специфическом, физико-биологическом типе дополнительности, позволяющем понять условия самозарождения жизни. Выяснилось также, что в условиях сверхнизких температур и интенсивных излучений (где, как не в Космосе!) могут образоваться структуры, очень близкие к молекулярным структурам живого.

Как показал нобелевский лауреат М. Эйген, условия для образования таких структур возникают благодаря передаче информации над предбиологическом уровне, на так называемой стадии гиперциклов; предварительная информация как бы инструктирует организацию материи. Еще более совершенный механизм передачи информации, на еще более высоком уровне организации и со многим «степенями защиты», обеспечивает воспроизведение жизни. Раз возникнув, жизнь продолжает создавать условия для своей эволюции. Как результат коэволюции макро– и микроявлений, связанных диссипативными процессами, предстает и возникновение сознания.

На молекулярно-генетическом уровне биологических структур важнейшее значение имеет асимметрия, как синоним антиэнтропийности, повышения организации. Аминокислоты, содержащиеся не только в человеческом организме, но во всем живом, растениях и даже вирусах, являются изомерами левого вращения, соответствующим образом отклоняя поляризованный свет. Столь же оптически активными являются право-вращательные аминокислоты. Это свойство назы– вается молекулярной хиральностью (от греческого хейрос – рука). А вот неорганические вещества, обладая симметрией, соответственно лишены такой формы оптической активности. Стоит добавить, что если бы человек превратился вдруг в свое зеркальное, «правохиральное» отображение, то, в принципе, ничего бы не изменилось – до приема пищи животного и растительного происхождения, которую он не смог бы переварить.

Выяснилось также, что чем длиннее и сложнее пищевые связи между составляющими живую систему элементами, тем она более жизнеспособна и устойчива. Выделяя роль механизмов приема пищи в жизненном балансе, различают автотрофные организмы, которые не нуждаются в органической пище и могут жить за счет либо ассимиляции углекислоты (бактерии), либо фотосинтеза (растения). Гетеротрофными называются организмы, которые не могут жить без органической пищи. Какие из них возникли раньше, мнения расходятся. Логично предположить, что сложные органические вещества, необходимые для гетеротрофного питания, могли образоваться лишь после подготовки условий для этого автотрофными организмами. С другой стороны, можно предположить (А.И. Опарин) первичный «бульон», содержащий органические вещества как питательную среду для дальнейшего развития. Еще убедительнее выглядит мысль, что и здесь нельзя разделять яйцо и курицу, и правильнее будет рассматривать этот вопрос комплексно, также с точки зрения самоорганизации и коэволюции автотрофных и гетеротрофных структур. Следует добавить, что нельзя исключать возможности небелковой формы жизни: ни сам белок, ни его составные элементы не представляются особыми, уникальными соединениями с точки зрения химии. Вероятно, белковая форма оказалась наиболее подходящей для Земли – как результат своеобразного «естественного» отбора и коэволюции земных условий и возникающих в них биологических структур.

Отдельно следует сказать о вирусах. Эти странные существа, превосходящие величиной обычную молекулу белка в тысячу раз, не питаются и не растут, зато воспроизводятся в клетке «хозяина». Пока идут споры, в какой степени или форме их можно отнести к живому, вирусы активно разрушают живые структуры. Впрыскивая в клетку ДНК, вирус производит захват и разрыв клетки, подготавливая плацдарм к лавинообразному возникновению новых вирусов. Бороться с этим процессом чрезвычайно трудно, и если вирус погибает без живого носителя, то, напротив, при наличии вируса погибают живые клетки (хотя даже здесь правильнее говорить о своеобразном взаимодействии и, соответственно, его нарушениях в ослабленном организме).

Поскольку минимальной самостоятельной живой системой, «атомом» живого считается клетка, то именно с нее начинается изучение онтогенетического уровня (то есть отдельного, индивидуального). Простейшие клетки, лишенные ядер, называются прокариотами, клетки, содержавшие ядра – эукариоты. Эти два класса клеток обладают существенными различиями в строении клеточных стенок и мембранных систем, механизмах белкового синтеза, структуре и функционировании генетического аппарата и так далее. Из эуакариотов состоят такие одноклеточные организмы, как бактерии, грибы, так называемые сине-зеленые водоросли. Все остальные организмы – одноклеточные, а также многоклеточные, построенные из позже возникших эуакариотов. Существуют также архебактерии, клетки которых сходны и с прокариотами и с эукариотами.

Вероятно, все эти три линии развития жизни на Земле восходят из неких протоклеток, обладающих основными свойствами живых организмов. Это прежде всего способность к обмену со средой (основной признак открытых систем), способность к метаболизму, то есть биохимическим реакциям усвоения необходимых для роста клетки веществ и удаления отработанных, способность к делению и так далее. Каждое из перечисленных звеньев было необходимым для возникновения и поддержания жизни (например, растения в кислородно-углеродном обмене).

Существенно иметь в виду, что протокариоты (например, микробы) вполне могут прожить без всех верхних этажей пирамиды живых существ, а вот мы без нижних этажей не можем. Обильное распространение в последнее время сине – зеленых водорослей тревожно вдвойне – это может быть расценено не только как свидетельство загрязнения и гибели озер и морей, но и как еще более грозный звонок. С разрушением экосистем возникают условия для первобытного синтеза, и с позиций самоорганизации можно предположить даже то, что Земля, готовясь к гибели высокоорганизованной жизни (ею же вызванной), начинает цикл сначала. Добавим, что нынешние, пока еще поддерживающие жизнь условия на Земле не пригодны для возникновения новой жизни (из-за кислородной атмосферы и противодействия других организмов).

Очень важно иметь в виду, что жизнь для своего продолжения, воспроизведения (в синтезе белков и ДНК) нуждается в затравке в виде живого. В механизмах воспроизведения жизни, хранения и передачи наследственности, кодирования синтеза белка и обмена веществ центральное место занимают ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая), открытые нобелевскими лауреатами 1962 г. Джеймсом Уотсоном (р. 1928) и Френсисом Криком (р. 1916). Участок молекулы ДНК, служащий «матрицей» синтеза белка, называют геном (один ген – один фермент). Гены расположены в хромосомах. Важнейшее значение имеет механизм передачи генетической информации от ДНК к морфологическим структурам. В клетках – «заводах» жизни каждый вид транспортных РНК захватывает один вид аминокислот и несет в рибосомы – «сборочный цех», ставя там на соответствующее место согласно полученной информации. Здесь постоянно включена своеобразная петля обратной связи (Ж. Моно и Ф. Жакоб – Нобелевская премия): необходимые белки и клетки в необходимом количестве получаются благодаря тому, что ген-регулятор после достижения нужной кондиции производит молекулу – репрессор, выключающий процесс.

В ходе зарождения, воспроизведения и эволюции живого постоянно сочетаются автокатализ, кросс-катализ, автоингибиция. Особая роль в жизненных процессах принадлежит мутациям, которые в генетике аналогичны флуктуациям синергетики. Мутация – это частичная перестройка структуры гена, с соответствующим изменением свойств белков, сохранением и накоплением изменений. Вызываясь радиацией, химическим воздействием, тепловым излучением, стечением случайных факторов, мутации, с одной стороны, могут рассматриваться как роковые опечатки в «переизданиях книги жизни». С другой стороны, мутация может оказаться и благоприятной, и тогда она постоянно будет включаться в книгу жизни данного вида организмов. Так протекает процесс эволюции (Кендрью Дж. Нить жизни. М., 1968. С. 118).