Страница 25 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука - Философия на vuzlib.su
Тексты книг принадлежат их авторам и размещены для ознакомления Кол-во книг: 64

Разделы

Философия как наука
Философы и их философия
Сочинения и рассказы
Синергетика
Философия и социология
Философия права
Философия политики

  • Статьи

  • align=left style='text-align:left'>Палеонтология внутри клетки

    Иерархия энтропии-ин­фор­мации, ос­­нованная на прин­ципе мак­си­мума про­изводства энтропии, даёт достоверный спо­­соб установить осо­бенности первых этапов эволюции жизни на Земле. Дело в том, что про­ка­рио­ти­чес­кая клетка – объект уровня иерархии Spro,g – дол­ж­­на содер­жать в себе как целое эле­менты и про­цес­сы предыдущих уров­ней иерар­хии. Они были в “первичном буль­оне”, но окаме­нев­­ших па­леонтоло­ги­ческих сле­дов не ос­тавили.

    Рис. 2.7

     
    Появление прокариотической клетки с выра­женной оболочкой вместо мак­ро­скопи­чес­­кого водоёма с “буль­оном” и геоло­ги­чес­кими гра­ницами есть резуль­тат слу­чай­ностей (как и все другие основ­ные эта­пы эволюции жизни). Од­­на­ко такая случайность мог­ла быть запом­не­на (пре­в­ращена в информа­цию) из-за конт­ро­ли­ру­ющих её ус­ло­вий. В данном слу­чае это есть ус­ловия устойчивости в комплексной плоскости (см., гла­ву I, параграфы 9 – 11). В част­ности “буль­он в оболочке” энерге­ти­чес­ки выго­ден. Сам спо­соб за­по­­ми­нания определил со­от­ношение между энер­ге­­ти­ческой выгодой и вы­бором из слу­чай­нос­тей.

    Рис. 2.6.

     
     Схема прокариотической клет­ки дана на рис. 2.6. Клетка имеет на­руж­­ную мембрану, за­пол­ненную цито­плаз­мой, в которой свободно пла­вают рибосомы – без­обо­лочечные частицы, со­стоящие преиму­щест­­вен­­но из РНК. Мо­лекулы ДНК прокариотической клет­­ки сгруп­пи­ро­ва­ны также в без­о­бо­лочечную час­тицу – цент­раль­ное тело. Его обыч­но на­зы­вают яд­ром про­­ка­­ри­оти­чес­кой клетки, хотя оно прин­ци­пи­ально от­ли­чается от ядер эукариот, от­де­лённых от цитоплазмы вы­ра­женной обо­лоч­кой – био­мем­браной. Бел­ки со­дер­жатся в небольших коли­чествах и в рибосомах, и в цент­ральном теле. Их ко­ли­чест­во недос­та­точ­но для форми­ро­ва­ния суб­­структур. Жгу­тик позво­ляет клетке пе­ре­дви­гаться.

    Рис. 2.7.

     
    По своей структуре прокариотическая клетка представляет пер­вичный “бульон”, заключенный в оболочку. В нём плавают агре­га­ты, не имеющие своих оболочек. Их мета­бо­лизм с точ­ки зре­ния абстрактной “цен­ности инфор­ма­ции” несовер­ше­н­ен – они не могут автономно суще­ст­вовать и самовос­прои­зводиться.

    Этим существующие сегодня прокариотические клетки утверж­да­ют па­ле­он­тологический факт – безоболочечные агрегаты с разными ва­ри­­ан­­та­ми взаимодействий, ти­па реализованных внутри прокариотичес­кой клетки, это есть “пер­вич­ный бульон” в макроскопическом водоёме (как геологи­чес­кой формации). Этот “пер­вич­ный бульон” является “жи­вой” сис­­те­мой в том смысле, что в нём разные РНК взаимодействуют слу­чай­ным об­ра­зом меж­ду собой и с более низкомолекулярными про­дук­тами, в част­ности так, что некоторые из них (или их комплексов) могут воспро­из­водить сами себя. В “пер­­вич­ном бульоне” (как уровне иерархии жиз­ни) разнообразие вза­и­мо­действий безоболочечных агрега­тов намного вы­ше, чем в прокариоти­чес­кой клетке – весь водоём есть одна общая “живая клетка”.

    Среди этих взаимодействий много та­ких, которые не приводят к самовос­про­из­ве­дению РНК. Их взаимные реакции и продукты суще­ст­ву­ют в “бульоне” некоторое время, слу­чайно взаимодействуя с другими продуктами и реакциями. В разных водоёмах и в разных областях одних и тех же водоёмов эти про­дук­ты и реакции различны. “Бульон” насы­щен­ный. Абиогенные процессы непрерывно под­пи­ты­вают его органи­чес­­кими соединениями. По­этому, хотя циклы, приводящие к самовос­про­изведению РНК, эфемерны во времени, они существуют в тех обла­с­тях и столько времени, сколько в них сохра­ня­ются неизменными усло­вия – “тупик” динамического равно­весия.

    Если геологическую изоляцию водоёма заменить автоизо­ля­цией с помощью липидной мембраны (как результатом взаимодействий первич­ных ве­ществ и про­дук­тов гетерокатализа с помощью ДНК, РНК), то воз­никнет объект (клетка), которая гаран­ти­ру­ет консерватизм условий, не­об­ходимых для своего самовоспроизве­де­ния. За­по­минание станет эф­фек­­тивным. Это и означает свершившийся факт синтеза информации о про­кариотической клетке. Её малые размеры заданы, в частности, си­ла­ми типа поверхностного натяжения.

    Однако напомню. Тот реальный “бульон”, в котором жизнь воз­ник­­ла как первичный пере­ход от неживой природы, был высо­ко­тем­пе­ра­тур­ный и при высоком давлении. Его конкретный состав отличался от того, который представлен в большинстве совре­мен­ных прокариоти­чес­ких клеток. Поэтому палентологические следы первич­но­го самозарож­де­ния жизни из неживой природы следует ис­кать в экзотических клетках, обитающих в восстановительной высо­ко­температурной сре­де с большой концентрацией серы. Прокарио­ти­чес­кие клетки сов­ре­менных бактерий дают в этом лишь аналогию.

    Решающий скачок, который создал прокариотическую клетку как эле­мент следующего иерархического уровня синтеза ин­фор­­мации о жиз­ни, есть её внешняя оболочка – би­о­ло­ги­ческая мембрана. Эта мем­брана в про­ка­риотической клетке един­ст­вен­ная. Её ос­но­ву состав­ля­ет резуль­тат синтеза и аг­ре­ги­ро­ва­ния липидов

    Рис. 2.8.

     
    Сами по себе липиды не есть со­е­ди­нения, которые неразрывно свя­заны с син­тезом и самовоспроиз­ве­де­нием РНК. Они низко­мо­леку­ляр­ные веще­ства. Их син­­­тез прост. Вероятность слу­­чай­но­го воз­никновения ли­пи­дов как по­бочного про­­­­дук­та гетерокатализа с уча­с­тием аг­регатов РНК, а потом ДНК вели­ка. Кроме того, несом­нен­но, что они при­­сутствовали в “пер­вич­ном бульоне” как ре­зуль­тат абио­ген­ного син­теза. По сов­ре­мен­ным представлениям [56] мемб­ра­на из липидов со­дер­жит слу­чай­ные вклю­­­че­ния молекул белков (слева, рис. 2.7). В по­с­лед­ние годы их стро­е­ние детализировано. Они обеспе­чи­вают транс­порт ве­ществ через мембрану, а их спиральные структуры (рис. 2.7, справа) создают инте­ресные особенности кине­тики переноса веществ (см., главу IX).

    Подпись: Рис. 2.7.Возникновение биомембран связа­но с экологически­ми обстоятельствами. Обя­зательное воз­действие на окружаю­щую среду, из­вестное как эко­­логические проб­ле­мы, есть одна из важнейших осо­бен­нос­тей жизни. В частности, без­обо­ло­чечные самовоспроизводящиеся аг­ре­гаты должны изменять эко­ло­гию “пер­­вич­ного бульона”. Гид­ро­филь­ность и гид­рофобность разных сто­рон ли­пидных слоёв вызы­вает энер­гети­чес­­кий выигрыш при агреги­ро­вании ли­пи­дов в биомемб­рану. Его ве­ли­­чина за­ви­сит от состава среды. Безобо­ло­­чеч­ные аг­­ре­гаты в “пер­­вич­ном буль­оне” произ­во­­дят про­ме­жуточ­ные про­дук­ты. Они диф­фун­ди­ру­ют в окру­жа­­ющую сре­ду. Воз­­никают гра­­ди­­енты кон­цен­т­рации про­­­ме­жуточ­ных продук­тов. Поэтому в “пер­в­ич­ном буль­о­не” в окрестности без­­обо­ло­чеч­ных аг­ре­га­тов обязательно существовали та­кие зам­кнутые по­­верхности, на ко­то­рых по­­стоянна концентрация этих про­дук­тов и её гра­ди­ен­т. Их форма по эле­мен­тар­ным соображениям близ­ка к шаро­вой или эллип­со­идаль­ной. С высокой вероят­ностью на таких по­верхностях воз­никали ус­ло­вия, спо­соб­ствующие агрегирова­нию на них липидов как на “опа­лубке”. Его поощряют энер­ге­ти­ческие причины. При случайном син­те­зе замк­ну­той обо­лоч­ки возникает запо­ми­на­ние даже единст­венной та­кой слу­чай­ной комбинации, если она спо­собна к само­вос­произведе­нию.

    Возникновение мембраны-оболочки, замы­ка­ющей внутри себя под­­­держивающие её составляющие “пер­вич­ного буль­она”, есть ска­чок пе­рехода на новую иерархическую ступень синте­за информации. В “пер­вич­ном бульоне” синтез информации преиму­щест­венно подчиняе­т­ся кри­териям запоминания рис. 1.2. Возникновение биомембраны, а с ней и прокариотической клетки является синтезом инфор­ма­ции на основе прин­ципа максимума производства энтропии.

    Вирусы не есть переходные промежуточные этапы эволюции меж­ду неживой при­родой и живой клеткой. Их возникновение и эво­лю­ция оп­ре­делены интервалом времени сосу­щест­во­вания прокариотичес­кой клет­ки и “первичного бульона”. Их создал в этих условиях обычный дар­виновский естественный отбор. Нашлись в  “пер­вич­ном бульоне” ком­по­ненты, которым возникно­вение прокариотической клетки создало усло­вия для отбора по критерию симбиоза с ней. Этот симбиоз преи­му­щест­вен­но антагонистический, то есть приводит к  размноже­нию вируса и в ре­зуль­та­те к гибели клетки-хозяина. Это именно симбиоз как совместное сущест­во­ва­­­ние, но его называют – парази­тизм, так как обычно термин сим­биоз под­­­ра­зу­ме­вает только идиллическую взаимную пользу.

    Как подчёркивал С.М. Гершензон и другие исследователи, вирусы играют в эволюции жизни большую роль, так как могут переносить вмес­те с со­бой между клетками относительно круп­ные участки ДНК. Такой перенос есть источник но­вых случайностей, ог­ра­ни­чительным условием для ко­торых является функциональная завер­шён­ность пе­ре­но­симых участков ДНК.

    Рис. 2.8.

     
    Мутации выражают результат локальных слу­чай­ных изменений ДНК. Огра­ни­чи­тель­ное условие для них есть минимум свободной энергии но­­­­во­го сос­то­я­ния ДНК. Изменения ДНК под действием вирусов переносят большие участ­ки ДНК, в частности такие, ко­то­рые уже “про­ве­­ре­ны” эволюцией на способность уча­ст­вовать в синтезах, используемых метаболизмом про­стых или слож­ных организмов. Это, отнюдь, не означает, что пе­ре­не­сен­ный вирусом участок обязательно сох­ра­нит­ся, а, тем более, будет функ­­ционировать в другой ДНК. Вирусы только создают новый уровень случай­ностей с но­вы­ми ограничительны­ми условиями, ко­то­рые повы­ша­ют вероятность са­мо­воспроизводя­щих­­ся результатов. При этом попреж­не­му принцип струк­­тур­ной комплемен­тар­ности гарантирует эффектив­ные, взаимно ад­рес­ные физико-химические взаимодействия веществ, уча­с­т­­­­­вующих в ме­таболизме живых систем.

    Любое вещество, любой вторичный продукт химических реакций обладает своими физическими свойствами. Поэтому важнейшим неиз­беж­­ным результатом перехода от “первичного бульона” к клетке, имею­щей оболочку, был физико-химический процесс – “естественный отбор” про­дук­тов, которые по­с­тупают в клетку и выделяются ею.

    Современная клетка в роли “палеонтологического свидетеля” ил­лю­стрирует принципы осуществления этого отбора. Конкретно такой ил­лю­страцией является процесс поглощения клеткой из окружающей сре­ды необходимых ей специфических продуктов (в том числе не только простейших, на­при­мер, глюкозы или аминокислот), но и таких слож­ных, как белки). Он называется пиноцитоз

    В основе пиноцитоза неизбежное по энерге­ти­ческим сообра­же­ниям включение в мембрану случай­ных молекул (в частности, та­ких, как белки) из окру­жа­ющей среды. Они становятся основой высокой из­би­ра­тельности при переносе продуктов через би­омем­брану. В старых пред­став­лениях это было похоже на шлюз-клещи, захватывающие молекулы, например, глюкозы как пока­за­но на рис. 2.9  [56], [57]. Пино­ци­тоз – не­само­про­извольный активный про­цесс с боль­шой про­из­водительностью. Он требует зат­рат энергии. Сам факт взаимо­действия продукта и мем­браны при пино­цитозе осу­­щест­­вляет пред­вари­тель­ный физико-хи­ми­ческий ана­лиз-от­бор ве­ществ, транс­пор­тируемых че­рез мембрану.

    Эффективность пиноцитоза исключительно ве­ли­­ка. Например, за один цикл пиноцитоза однокле­точ­ная амёба погло­ща­ет объём жидкости, составляющий 1 – 10% её собст­венного объёма. Перестройка мембраны клетки при этом захватывает до 6% её поверх­ности. В процессе пиноци­тоза амёба поглощает белки селективно по их видам. Всего за 5 минут клетка может поглотить белка раз в 50 больше, чем содержится в объёме внешней среды, равном объёму самой амёбы.

    Реальная структура белковых включений (рис. 2.8, справа), как впер­вые показано в [58] – [61], [14], приводит при транспорте ионов че­рез мем­б­ра­ну (на­при­мер, нат­рия, калия в нервных клетках) к обратным связям, необходимым для излу­че­ния и резонансного поглощения элек­т­ро­маг­нитных волн с дискретным спектром (см. главу IX).

    Вторичные продукты реакций отличаются по своим физико-хи­ми­чес­ким свойствам от первичных. Свойства белковых включений в био­мем­брану раз­лич­ны. Поэтому может воз­ник­нуть и возникает ана­ло­гич­ный селек­тив­­ный про­цесс, который выво­дит наружу не нужные клетке вто­рич­ные продук­ты. Он называется эмей­о­цитоз. Пиноцетоз и эмей­о­цитоз – это про­цес­сы на уровне выра­жен­ных биомембран. Они иллюст­рируют роль физико-хи­ми­ческих законов при возник­но­вении и метабо­лиз­ме живой клетки.

    Первый из них – избиратель­ное соединение между собой сложных продуктов в физико-химически обособ­лен­ные агрегаты, которые опреде­ля­ют су­­ще­ствование последующих форм жиз­ни.

    Второй – селективная проницаемость границ этих агре­га­тов, задан­ная теми же свойствами молекул, которые привели к агреги­ро­ванию.

    Липидная оболочка законсерви­ро­ва­ла “пер­вич­ный бульон” в про­ка­риоти­чес­кой клетке – первичном виде соб­ст­вен­но живой системы. Изо­ляция  “пер­вич­ного бульона” создала условия для работы оптими­зи­ру­ющего дарвиновского отбо­ра. О про­кари­о­тах известно намного боль­ше, чем аннота­ци­онно рас­ска­зано здесь, но далеко не всё.

    При исследованиях прокариотических клеток установлено, что слож­­­ные многоступенчатые про­цессы синтеза белков и самовоспро­из­ве­де­ния клетки и её элементов, которые были объе­динены понятием – “ге­те­рокатализ с участием ДНК”, протекают с помощью взаимодействий с ДНК и между собой трёх пре­дель­ных ви­дов РНК.

    Рибосомная РНК, составляющая значительную часть материала ри­бо­сом, с участием которых синтезируются белки.

    Информационная РНК, которая передаёт рибосомам клетки гене­ти­ческую информацию от ДНК в ядре клетки.

    Транспортная РНК, ответственная за перенос и последователь­ность аминокислот при синтезе полипептидной цепи.

    Запоминание этих форм РНК закрепил выбор из множества раз­ных РНК и процессов с их участием в “первичном бульоне”. Изощрённая “целесообразность” этих основных трёх типов РНК возникла как ре­зуль­тат запоминания случайного выбора.

    В прокариотической клетке РНК синтезируются с участием ДНК как матрицы. Однако по геохронологической шкале ДНК образо­ва­лась позже РНК. Поэтому в палеонтологическом прошлом запомненный слу­чайный выбор, при котором ДНК может управлять синтезом РНК, наи­бо­лее вероятно возник по­с­ле этапа, когда РНК подоб­ных ти­пов при­сут­­ст­­­вовали в “пер­вичном бульоне” как са­мо­стоятельные объекты.

    Насколько конкретная реальность далека от простейших схем видно на примере рибосом и рибо­сом­ной РНК как сос­тавля­ю­щих клет­­ки, содержащих в се­бе па­­­леонтологические сви­­де­тельства.

    Рис. 3.11

     
    Рибосомы есть диск­рет­ные свободные частицы в цитоплазме клет­ки, коли­чество которых, например, у  E. cоli от 1500 до 15000 на клетку.  Они занимают ос­новную часть внутрен­не­го пространства клетки. Ди­а­метр рибосом порядка 20 нм. Они содержат в себе РНК и белки. Ко­ли­­чество в них РНК по массе вдвое больше, чем белков. Суще­ст­­вование ри­­­босом как частиц за­ви­сит от концентрации в ок­ру­жа­ющей среде двух­зарядных ионов маг­ния. При снижении этой кон­цен­трации ри­босома распада­ет­ся на две неравные части, а да­лее мо­жет быть раз­ру­шена до сос­тав­ля­ю­­щих в виде отдельных РНК и бел­ков. Досто­верно, что РНК в ри­бо­со­мах однонитевая, не спа­рен­ная в двухзаход­ную спираль, как ДНК. Но отдель­ные участки одно­ни­тевой структуры перевиты между собой.  Так­же достоверно, что од­на и та же рибосома может уча­ст­во­вать в синтезе раз­ных белков.

    С точки зрения па­ле­онто­логии рибосомы, на­при­мер, E. cоli есть одна из запомненных более милли­ар­да лет назад слу­чай­ных вы­­борок из подобных им раз­ных по виду не­жи­вых аг­­регатов в “первич­ном буль­­оне”. При­мер влияния ионов магния показывает, что на слу­чай­но­сти в этом слу­чае слож­но вли­­яют окру­жаю­щие усло­вия.

    Сущест­во­вание рибосом и их свойства утверж­да­ют, что аг­ре­­ги­ро­ва­ние РНК в форму без­обо­лочечных эк­вивалентов час­тиц было ши­ро­ко представлено в “пер­вичном буль­оне”. Конкрет­ный ионный и ор­гани­чес­кий состав “бульона”, а также физические ус­ло­вия, оп­ре­деляли форму и сос­тав разных слу­чайных агрегатов. Опять под­черкну, что РНК в дей­ст­вительно пер­вичном “буль­­о­не” были более высо­ко­тем­­пе­ра­тур­ными, чем в большинстве сов­ременных про­ка­ри­отических клеток.

    Возникновение жизни первоначально есть иерархический рост “аг­ре­­гирования” – симбиоза – на “неживом” уровне.  Для его реализации не­­­­­об­ходимы случай­ные взаимодействия меж­ду неживыми агрегатами, ко­­то­рые однородны или неоднородны по типам. Простейшей аналогией таких процессов яв­ляются столкновения молекул в газах. Но в газах столк­­­­новения неспеци­фич­ны – просто упругий или неупругий удар. В мо­­­лекулярных масшта­бах велики и сами РНК и, тем более агрегаты на основе РНК. Скорости их движения имеют по­ря­док диф­фузионных ско­ростей, то есть не­со­поставимо малы по сравнению со ско­ро­­стями теп­ло­вого движения простейших молекул в газах и жид­костях. Соот­ветст­вен­­но на многие по­рядки величины мень­ше час­то­ты со­у­да­ре­ний. А само “неупругое соударение” есть сложная каталитическая реакция.

    Неспецифичес­кие слу­чайные столкнове­ния не доста­то­ч­ны для объя­с­­не­ния процессов возникнове­ния и эволюции жизни. Для пред­­би­о­ло­гичес­кой и биологической эволюции жиз­ни решающим ста­новится способ “столкно­ве­ний”, учитывающий физико-химические осо­бенности молекул жиз­ни. Процессы в существующих прока­ри­отических клетках дают возможность восстано­вить палеонтоло­ги­ческую ­ис­торию возник­но­­вения и функционирования этих столкновений.

    Пример реализации специфичес­ко­го способа “столкновений” дают ин­фор­ма­ци­онные РНК в клетке E. cоli. Они син­те­зи­руются с использова­ни­ем её ДНК. Ин­фор­мационные РНК пред­став­ля­ют физико-химические свой­ства таких ви­дов РНК, которые могли в “первичном бульоне” диф­фундировать избира­тель­но, ад­ресно. В частности, внут­ри клетки E. cоli информационные РНК адресно диф­фун­дируют в сторону рибосом и всту­­па­ют в контакт с ними. При этом ин­фор­ма­ци­он­ные РНК демон­ст­рируют способ­ность од­­них РНК к объе­динению с аг­регатами на основе дру­гих РНК, а также воз­мож­ность син­теза белков с уча­стием двух раз­­ных групп РНК. Вза­и­мо­дейст­вию аг­ре­гата – ри­босомы на ос­нове РНК од­но­го вида с разными ин­фор­мационными РНК – будет соот­вет­ст­вовать синтез раз­ных белков. Живая клетка ука­зы­ва­ет на ещё один класс про­цес­сов се­лек­тивной диффузии РНК как физико-хими­ческих объек­­тов. Это перенос аминокислот с по­мо­щью транс­портных РНК.

    Запомненные из хаоса случай­но­с­тей “первичного бульона” три ви­да РНК содержат в себе условия селективной диф­фузии и взаи­мо­дей­ствий с их учас­ти­ем. Они могут управлять последовательностью вклю­че­ния аминокис­лот в белки. Рибосомы неспецифичны к синтезу белков. Но это сочетается с программой синтеза, которую может перено­сить инфор­ма­ци­он­ная РНК, а также с неспецифичностью транс­­портных РНК к кон­к­ретным видам аминокислот. Эти условия создают новый иерархический уровень случайностей.

    В первичном бульоне нет однозначности и совершенства взаимо­дейст­вий разных видов РНК с белками и прочими элементами преды­ду­щих плоско­с­тей иерархии роста энтропии-информации, но существуют классы взаимодействий, которые превратились в од­нозначные запом­нен­ные выборки из случайностей – процессы и объекты внутри клетки.

    Современная живая клетка даёт при­ме­ры процессов, которые вно­сят в условия случайные комбинации многоста­дий­ных взаимодействий и их продуктов как це­ло­го. Это ускоряет переборку случайностей, необ­хо­ди­мую для запомина­ния при синтезе инфор­ма­ции. Пример таких “блоч­ных” запомненных случайностей даёт син­тез РНК с помощью ДНК или перечисленные выше процессы с участием трёх ви­дов РНК. Важно, что физико-химические процессы при этом приводят к вариантам РНК и ДНК как энергетически мало отличных молекул. Эти же физико-хими­чес­кие процессы гарантируют механизм эффек­тив­ного запоминания слу­чайных результатов – экспоненциальное размножение.

    Биологам, биохимикам, биофизикам во всём этом известно огром­ное количество конкретных подробностей. Не меньше, несомненно, их осталось и для дальнейших исследований. Например, в самое последнее время получена полная расшифровка генома бактерии-прокариота – кишечной палочки E. cоli. Поэтому приводить здесь подроб­но­сти смыс­ла нет. Об этом написаны десятки толстых учебников. Для того, чтобы каж­дый мог использовать для иллюстраций себе, изложенного здесь, тот объём материала, который ему известен, повторю основную логи­чес­кую цепочку синтеза ин­форма­ции (в том числе в комплексной плоскости).

    Исследования живой клетки выявляют условия, ко­­торые ограни­чи­ва­ли случайности на первых этапах возник­но­вения жизни. В итоге ком­п­лекса условий оказалось возможным самовоспроизведение конкретных РНК – запоми­нание – синтез информации.

    Принцип структурной комплементарности гарантирует – про­ме­жуточные продукты химических реакций метаболизма взаимосогласо­ва­ны, то есть пригодны для новых реакций. Физические законы гаран­ти­ру­­ют – с участием РНК и ДНК возможна пространственная группи­ровка и транспорт продуктов реакций в разных конкретных фор­мах, для ко­то­рых агрегирование, то есть формирование “объекта”, неиз­бежно.

    Эти объекты эфемерны, неповторимы, но среди них устойчив, то есть может быть запомнен, тот единственный, который обес­печивает замк­нутый цикл самовоспроизведения – создаёт для себя усло­вия мак­си­мума производства энтропии, то есть отвечает важнейшему фун­дамен­тальному закону природы.

    Зависимость от окружающей среды такого запомненного объекта умень­­ша­ется. Он может существовать в более широком диапазоне внеш­них ус­ловий и влиять на окружающую среду как самоубийст­вен­но (то­гда сигнал о его существовании до нас дойти не может), так и “доб­ро­же­ла­тельно” по отношению к себе самому. В последнем случае эколо­ги­чес­кие проблемы для него есть то, что поддерживает его сущест­во­вание.

    Естественно, что “созидающие” процессы менее вероятны, чем раз­­ру­шительные. Но принцип максимума производства энтропии есть прин­цип максимума способности к превращениям. То, что запомнено на его основе, открывает такой путь роста беспорядка (энтропии-ин­фор­мации), который с участием новых условий при­ве­­дёт к новым объектам и к новым процессам синтеза информации на их ос­нове.

    Воз­­никновение жизни на планетах Солнечной системы или других звёзд во Вселенной есть закономерный, воспроизводимый процесс тогда, ко­г­да на данной планете возникли строго определённые геофизические условия и они слабо изменяются (как можно судить по истории Земли) на протяжении длительного времени порядка миллиарда лет. Возникшие объекты дальше сами создают и поддерживают для себя ус­ловия, которые случайно были когда-то в некоем объёме “первичного бульона”. Поэтому макроскопические составляющие в прокариотичес­кой клетке представляют “законсервирован­ное” палеон­то­ло­гическое свидетель­ст­во возможностей “первичного бульона”. В та­ком виде они отражают его “экстрагированный” сос­тав, в котором представ­лена узкая, специфи­чес­кая часть возможных ре­акций из “первичного бульона”. Например, ри­бо­сомы есть запомненный случайный выбор из огромного количества близ­­ких, но кон­к­ретно отличных, воз­мож­но­с­тей и состава “первичного бульона”. Рибосомная РНК отражает, осно­ван­ные на прин­ципе структур­ной комплементарности, возможности в таком “бульоне” син­теза белков с участием РНК. Информационная и транспортная РНК являются пале­он­­­то­ло­ги­ческим свидетельством возможности в “первичном буль­оне” се­лек­тив­но­го транспорта макро­мо­лекул и адресных “стол­кно­ве­ний”. Та­кой подход к клетке как источнике палеонтологических сведе­ний пока­зы­вает, что на самых первых этапах возникновения жизни не­ма­ло­важны фи­зи­ко-хи­ми­ческие законы, которые в терминах рис. 1.2 объе­ди­­нены понятием – семантическая информация.

    Нуклеотиды, аминокислоты, РНК, белки – это прежде всего неко­то­рые молекулы. За­коны фор­мирования пространственных структур и транспорта сложных молекул также физико-химические. Все вещества, характерные как первичные продукты “бульона”, так и как продукты ре­акций в нём, об­ладают сво­­и­ми законами взаимодействий между собой и с молекулами воды [62]. Поэтому химические реакции приводят к физи­чес­ким процессам расслоения ве­ществ. “Коацерватные капли”, в кото­рые “вселяется жизнь” – невозможны. Обязателен физико-химический “от­бор” продук­тов, реак­ций с их уча­с­тием и вто­рич­ных ве­ще­ств, ко­то­рые сами создают для себя “реактор” как прост­ран­ственно-диффузион­ную “кон­струкцию” – прокариоти­чес­кую клетку.

    Именно это и означает (как было подчеркнуто в предыдущем пара­графе), что самые большие количества семантической информации от­но­сятся к самому первому этапу возникновения жизни – прокариотической клетке. При этом во всём, что связано с жизнью, свойства углерода и его соеди­не­ний есть основа первичной семантической информации, без ко­то­рой возникновение и эволюция жизни были бы невозможны.

    Иерархический ряд для энтропии-информации (1.29) и ус­ло­вие убы­­вания его членов (1.26) определяют ещё одну особенность иерар­хических плоскостей синтеза информации и жизни во всех её формах.  Каж­дая следу­ющая плоскость  отделяется от предыдущей экс­по­­нен­ци­ально уменьшающимися интервалами  количеств  информации.  Со­­от­вет­ствен­но “внутри” каждой следующей плоскости синтеза инфор­ма­ции количества информации убы­вают. Это по мере перехода на более высокие ступени иерархии умень­шает количества информации, отлича­ю­щие друг от друга виды в пре­де­лах каждой из плоскостей. При этом па­да­ет роль семантической инфор­мации, то есть на каждой более высокой иерархической ступени отноше­ние  Sk,s/Ik   растёт.

    Избыток “пищевых” ресурсов для “выживания выживающих” есть ха­рактерная особенность всех иерархических скачков в эволюции жизни. В частности, возникновение жизни было возможно потому, что конк­рет­ные спе­ци­фи­ческие условия по химическому составу соединений, темпе­ра­­ту­рам, дав­ле­ниям, электромагнитным процессам (в диапазоне от радио­волн до гамма-излучения), статическим электрическим полям и элект­ри­ческим разрядам в окружающей среде привели к интенсивному абио­­ген­ному син­тезу специфических соединений на основе углерода. Абиогенно возникший “крепкий” буль­­он есть первооснова закономер­ного возник­но­вения жизни в разных областях Вселенной, которое вос­про­из­водимо при сопоставимых условиях как обязательный этап эволю­ции Вселенной. Но с куриным бульоном его путать нельзя. 

    Казалось бы, опять круг замкнут – пусть не жизнь, но тогда хоть свойства углерода, должны были придумать какие-то “силы духовной при­роды”. Это не так. Эта глава начата с того, что уникальность свойств углерода возникает потому, что он реализует максимум иерархической энтропии на уровне электронных оболочек атомов. Если “кто-то” что-то и “придумал”, то это есть вто­рое начало термодинамики, критерии син­те­­за информации рис. 1.2  и прин­цип максимума производства энтропии.

    Высокотемпературные условия возникновения жизни и роль сое­ди­нений серы вводят в из­ло­женное выше свои немаловажные отли­чия, но принцип остаётся тем же, что описан выше.





     
    polkaknig@narod.ru ICQ 474-849-132 © 2005-2009 Материалы этого сайта могут быть использованы только со ссылкой на данный сайт.