Страница 49 - 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'>Случайные нейтралистские изменения  выражение детерминизма существования и эволюции жизни

                Экстремумы, например, максимум энтропии есть кривые типа изображённых на рис. 4.1а. Фор­­­мально понятие экстремум означает, что величина признака  x0, ко­то­рая на оси абс­цисс отвечает максимуму энт­ро­­­пии, есть математическая точка. Она имеет окрестность. Экстре­му­мы для разных процессов мо­­гут быть изображёны так, что максимум одина­ков  нормированы. Кон­­­к­­рет­но экстремумы энтро­пии острые. Это озна­ча­ет, что реали­зу­­ют­ся зависимости, ко­то­рые на рис. 4.1а  внутренние.

    Подпись: Рис. 4.1.            Однако экстремумы типа рис. 4.1а  могут наблюдаться человеком (или участвовать в процессах природы независимо от него) в разных от­но­сительных масштабах. Это показано на рис. 4.1б  экстремум, “наблю­да­емый издали” (из более старших иерар­хических ступеней синтеза ин­фор­мации), мо­жет на оси абсцисс описываться как предел в виде матема­ти­­чес­кой точки. Поэтому в при­ро­де состояния, де­тер­­миниро­ван­­ные ино­г­да с точностью до 12 знаков после запя­той, реаль­но есть экстремумы иерар­хи­чес­кой энт­ро­пии  функ­ции, описывающей слу­­чайности.

                Энтропия-информация есть определяю­щая физическая переменная для систем со мно­­ги­ми элементами. Класси­чес­кий для фи­зи­ки пример таких сис­тем есть газ и моле­ку­лы как его эле­мен­ты. Для молекул газа чело­век является наблю­дателем “издали”, нахо­дящимся на далёкой старшей сту­пени иерар­хии энтропии-информации. Максимум энт­ропии-ин­фор­мации при та­ких на­б­люде­ниях по сво­­ей ост­ро­те сопоставим с по­ня­тием предела в виде ма­тематической точки. Чис­лен­ный при­мер этого бы­л дан в предыдущем параграфе.

                Острота максимума энтропии-информации для газов возникает не по­­то­му, что его молекулы сопоставимы с атомными раз­ме­рами и в силу этого подчиняются атомным квантовым законам. Для любой ступе­ни иерар­хии энтропии-информации в правой части (1.14) существует свой адиа­ба­тический инвариант Kk. Он сопоставим по величине с мас­шта­бами за­дач на этой ступени иерархии (внутри этой ступени иерар­хии всегда не мал). Он становится малым  при наблюдениях “издали”.

                Человек по отношению к молекулам газа находится на огромном “иерархическом расстоянии”. Поэтому для него адиабатический инвари­ант газов в виде постоян­ной Больцмана есть число  математи­чес­кая точ­ка. В науке даже речи нет о воз­мож­ности отклонения вели­чи­ны пос­то­ян­ной Больцмана от известного точного числа. Тем бо­лее не­зы­б­­лемы с доступной сегодня человеку точ­­но­стью та­кие адиаба­ти­ческие ин­­вариан­ты, как постоянная Планка или пос­то­янная тонкой структуры. Однако всегда детерминизм, не­из­менность, точ­ность ве­личины этих постоянных за­да­на случайно­стя­ми, характер­ны­ми для их иерархической ступени.

                Сегодня в фи­зи­ке точ­ность изме­ре­ний превышает точность рас­чё­­тов на основе суще­ст­ву­ю­щих теорий по­ряд­ков на шесть. И тем не менее, этот детерминизм физических измерений в природе в конечном итоге воз­­никает как итог случайностей, ограниченных условиями. Детерми­низм природы и её фундаментальных постоянных может существовать по­­тому, что в них, не менее чем за 12 знаком после запятой, есть неоп­ре­де­­лён­ность  интервал аргументов, отвечающий экстремумам энтропии и её производства, а не идеализация в виде математической точки. Клас­си­­чес­кий детерми­низм и точность физических законов заданы этим.

                На иерархической ступени синтеза информа­ции об адиабатических инвариантах, от­вет­ственных за существо­вание жизни и разума, в част­но­сти самого чело­ве­ка, ситуация подобная, но количественно иная. На­сколь­ко бы ни был ост­рым мак­симум энтропии-инфор­ма­­ции на этом иерар­­хическом уровне, са­ми люди (как биологи­чес­кий вид и как сооб­ще­ст­во индивиду­умов) есть элементы, слу­чайности для ко­торых за­дают ос­т­роту этого мак­симума  они сами “находятся в этом макси­му­ме”. В результате отклонения от этого экстремума человек видит обя­за­тель­но, повседневно  ведь он сам и есть один из тех элементов системы, слу­чайность по­ве­дения в которой он должен оце­ни­вать. Поэтому детер­­ми­низм жизни и ра­зу­ма обязательно со­су­ще­ст­ву­ет с на­блю­да­емыми слу­чай­­ны­ми откло­нени­я­ми от математической точ­ки, сопоста­в­­ля­емой от­вет­ственному за него экстремуму. Но на каждом уров­не иерархии адиа­ба­тический инвариант системы задаёт свои пороги вида (1.14). Это опре­де­ляет детерминизм систем из многих элементов, несмотря на неустра­ни­мую случайность поведения их элементов.

                Плоскости посто­ян­ного адиабатического инварианта на рисунках в этой книге описывают количества энтропии-информации как функции комплексного переменного. В задачах эволюции жизни неустранимо уча­ствует наблюдаемая человеком ок­рест­ность точки экстремума. Поэ­то­­му плоскости  для них обя­зательно “имеют толщину”, что и изо­бражено на рисунках в этой книге. Она задаёт коли­чест­­вен­но (исходя из “первых принципов”) существование тех порогов, кото­рые необ­хо­ди­мы для де­тер­­ми­низма процессов природы. В таком смы­с­ле “имеет тол­­­­щи­­ну” се­че­ние гаус­сов­с­кого рас­пределе­ния (рис. 3.3) и на рис. 3.4 тра­­ек­тории видообразования.

                Пример экстремума в виде синтеза информации об адиабатичес­ком инварианте живой системы есть возникновение эукариотической клет­­ки с кислородной основой энергетики:

    на языке информации кислородный обмен в эукариотической клетке характеризует число возможных случайных вариантов её реали­за­ции, из которых выживание выживающих запомнило единственный;

    на языке наблюдаемых признаков это­му числу сопоставляются слу­чай­но­сти, не выходящие за пределы известных порогов; 

    на языке биологии и биохи­мии это есть морфологическое опи­са­ние клетки или урав­нения происходящих в ней реакций и формы участвующих в них биомо­лекул.

                Детер­ми­низм природы, в частности жизни и её эволюции вплоть до разума че­ло­ве­ка, возможен потому, что существуют сохраняющиеся дис­к­рет­ные элементы в фа­зо­­вом прост­ран­стве. Именно они и их иерар­хи­чес­ки изменя­ю­­щаяся величина задают иерархичес­ки разные по­ро­ги слу­чай­ных возмущений, без которых де­терминизм природы невоз­мо­жен. 

                Это необходимо дополнить пояснением о роли в живых системах тех физических за­ко­нов, которые понимаются в науке как однозначные.

                В живых системах (так же, как и в неживых) участвует одно­знач­ность физико-химических законов (как результат случайностей на далё­ких младших ступениях иерархии энтропии-информации). Но в неживых системах она “оконча­тель­на” для их уровня иерархии случайностей. Для живых систем однозначность физических и химических законов есть толь­­ко одно из многих условий, ограничивающих случайности в про­цес­се роста эн­т­ро­пии-инфор­мации. Жизнь, в част­ности с уча­стием ес­тест­­вен­ного отбо­ра, запоминает для сво­их клю­че­вых механиз­мов пре­и­му­ществен­но слу­чаи, когда однознач­ность фи­зи­­ко-химичес­ких зако­нов при­водит к мно­го­вариантности кон­к­рет­ных реализаций объектов и про­цессов, в которых участвуют эти законы (к максимуму способности пре­в­ращений). Соотношение законов и собственно информации в стро­гом виде описывается в терминах функций комплексного перемен­ного и кон­кретно выражается числом (1.30) – семантическим коэффи­циен­том.

                Напри­мер, кислородная энергетика жизни. В ней од­но­­знач­ные “не­жи­вые” условия есть свойст­ва переход­ных металлов как хи­мических эле­­мен­тов –  сущест­во­ва­ние для них разных валентностей. В частности, для железа (подробнее глава VI) это есть изменение электрон­ного сос­то­я­­ния его атомов (их ва­лент­ности) вида:

                                           (4.1)

     обратимое отщепление или присоединение свободного электрона. Этот электрон может переноситься между биомолекулами с помощью цепо­чек подоб­ных реакций.

                Реакции с изменениями валентности воз­можны для других метал­лов, например, для меди или хрома. Физико-хи­мический “отбор” выде­ляет медь и железо из элемен­тов с перемен­ны­ми ва­­­лен­тно­стями как “ра­бочее тело” для кислородной энер­гетики жи­вых организ­мов. Био­ло­ги­­чес­кий естественный отбор огра­ничивает учас­тие в этом меди и вы­во­дит на первый план железо.

                Однозначность выбора железа как “ра­бо­че­го тела” огра­ни­че­на ус­ло­виями. Реакция (4.1) может протекать в растворах солей (элек­т­ро­ли­тах) с учас­ти­­ем железа в разных валентностях. Энер­ге­тические цик­лы ме­таболизма в электролитах неосуществимы (см. главу VI) Нужны био­молекулы как среда, в которой происходит перенос элек­т­ро­на. Такая среда допу­с­кает мно­го­знач­­ность конкрет­ных деталей кислород­ного ме­та­болизма с участием атома желе­за. Эти детали могут быть разные у раз­ных форм жиз­ни. В этом участ­ву­ют слу­чайности. С точки зрения физи­ко-хими­чес­ких законов детерми­низм жизни состоит в том, что, насмотря на случай­но­сти, реакция (4.1) должна произойти. С точки зрения самих слу­чайно­с­тей детерминизм эволюции жизни в том, что эти слу­чайности огра­ни­че­ны порогами – био­молекулы, участвующие в переносе элект­ро­на, не обязательно долж­ны быть тождественно одинаковыми. Перенос элект­рона в кислородной энергетике жизни осуществляют цитохромы. Слу­чай­ности выражаются тем, что в цитохромах как биомолекулах, уча­ст­­вую­щих в тождественных химических реакциях, возможны разные за­ме­­ще­ния аминокислотных остатков. Существование порога должна вы­ра­­жать указанная выше тождественность реакций.

                Такие случайности и такие пороги в живых организмах дейст­ви­тельно существуют и экс­периментально иссле­до­ваны на молекуляр­ном уровне (на примере реакции (4.1)). Их описал в 1968 г. М. Кимура, а также Дж. Кинг и Т. Джукс (обсуждение см. у М.В. Воль­кен­штейна в [95]). Они названы нейт­ра­лист­скими из­ме­­нениями, так как для отбора нейт­раль­ны. Их задают точеч­ные мутации в ДНК.

                В связи с нейт­ра­лист­скими из­ме­­нениями констати­ру­ется, что су­ще­­ст­вуют не при­спо­собительные отличия орга­низ­мов, кото­рые, не име­ют це­ли (в биологии её навязчиво хотят видеть). В связи с ними вводят поня­тие  нейт­ралистская те­о­рия отбора. Этот термин подразумевает, что нейтралистские изменения есть те случайности, накопление которых с по­­мо­щью отбора приводит к новым признакам видов или новому видо­об­разованию.

                В рамках терминов и решений этой книги нейтралистские изме­не­ния форм жиз­ни – это есть до­ка­за­тель­ст­во существования порогов слу­чайных изменений, то есть экспе­ри­мен­таль­ная конста­та­ция факта детерминизма эволюции жизни, не тре­бу­ю­щего сущест­во­вания цели эволюциии. Нейтралистские изменения есть отображение консерватизма форм жизни. Они сугубо приспособительные в том смысле, что согла­суют единые механизмы, например, кислородного обмена с мелкими, неустранимо разными деталями биохимии конкретных видов жизни.

    Однако, например, в синтетической теории эволюции жизни их счи­тают основой для отбора – смотрите, вот пример случай­но­с­тей, ко­то­рые не мешают организму, а потому отбор может ждать, когда они ста­нут “хорошими” для образования новых видов. Это не так. Уродства форм жизни, совместимые с выживанием (а потому нейтральные) есть за­датки для возникновения но­вых выживающих видов – отбора. Нейт­ра­лист­ские изменения – нет. Они есть констатация – человек сам есть “участ­ник” экстремума энтропии-информации, а потому он  видит слу­чай­ный разброс вблизи экстремума. Разброс не есть независимо случай­ный. Он ограничен и взаимосвязан порогами типа (1.14). Он доказывает де­тер­­ми­низ­м форм жизни как следствие существования этих порогов.

                В книгах и обзорных статьях в качестве примера нейтралистских изменений обычно приводят результаты Дикерсона [95], который ис­сле­до­вал методом гель-элект­ро­фо­­ре­­за полиморфизм бел­ка – ци­то­­хро­ма с – у форм жизни на раз­ных ветвях би­о­логичес­кой эволюции. Как белок ци­то­хром с есть “оболочка-носитель” ато­ма желе­за, уча­ст­вую­ще­го в ре­ак­ци­ях пе­ре­носа электрона ти­па (4.1).

                Цитохром с, как и все белки-ферменты, со­дер­жит активный центр (задаю­щий их каталитическую специфику) и окружающую его “пассив­ную” структуру из аминокислотных остатков. В ней по отношению к ка­та­­ли­ти­ческой активности белка важнейшее есть её пространственная организация – конформация.

                Эукариотическая клетка полу­чи­ла ки­с­­ло­род­­­ную энерге­ти­ку путём поглощения какого-то прокариота. Возник сим­би­оз производителя энер­гии в ви­де прока­ри­­о­та-мито­хонд­рии, имеющего свою ДНК, и клет­­ки, содержа­щей отде­лён­ное мем­браной ядро с дру­гой, ядерной ДНК. В исто­ри­чес­ки после­ду­ющих (простейших и многокле­точ­ных формах жиз­ни) в силу иерар­хич­­но­сти ро­ста энт­ропии-ин­­форма­ции этот симбиоз и его резуль­та­ты ис­поль­зуют­ся как “стандарт­ный” элемент.

    Рис. 4.2.

     
                Прин­ци­п структурной ком­плементарности гаранти­ру­ет об­ра­зо­ва­ние соеди­нений, в част­но­сти белков, которые различны по детальному сос­таву аминокислотных остат­ков, но одинаковы функцио­наль­но и по ключевым элементам кон­­фигурации. Цитохром с есть один из таких бел­ков, необходи­мых при переходе от электроли­ти­ческого равнове­сия рас­т­воров с ионами железа раз­ных ва­лент­но­с­тей к термоди­на­­ми­­чес­ким цик­лам производства энер­гии (см. главу VI). Он сос­то­ит из ге­ма – груп­­пы атомов во­­к­руг атома же­ле­за – и ами­но­­кис­лот­ных остат­ков, чис­лом немногим боль­­­ше сот­­ни. Атом же­ле­за есть ком­­­по­нент ци­то­хрома с, кото­рый отражает од­нознач­ность фи­­­зи­ко-химичес­ких за­ко­нов. Ами­­­нокис­лотные ос­­тат­ки есть сос­тав­ляю­щие мо­ле­кулы бел­­­ка, в которой возможны слу­чай­ные вариан­ты их замеще­ний, не затрагиваю­щие функ­ции желе­за в реакции типа (4.1).

                На рис. 4.2 показано эволюционное дерево с объектами от древ­ней­ших одноклеточных до человека. Кислородная основа метабо­лиз­ма есть их общая особенность. В предыдущей главе было рассмотрено мак­ро­скопическое действие физичес­ких законов при переходе живот­ных с кис­лородной энергетикой – рыб – в воздушную среду и да­лее к мле­ко­пи­та­ющим, включая их обратный переход в воду. Так­со­но­мические гра­да­ции, образо­вав­шиеся в процессе этих переходов, есть и на рис. 4.2.

                Митохондриальное осуще­ст­вление кислородной энергетики жизни (реакция типа (4.1) с уча­с­тием ци­то­хромов и дру­гих биомолекул) есть как функционально, так и в деталях, слож­­ный результат на внутрикле­точ­­ном уровне. Он обя­зательно дол­жен быть за­помнен как целое – слиш­ком велико коли­чество ин­­фор­ма­ции, синтез ко­то­­­рой его создал. Эволю­ция не в сос­тоянии каж­дый раз повто­рять его за­но­­во. Од­нако на рис. 4.2 ветв­ле­­ния вклю­­­­чали в се­бя из­­­ме­нение внеш­них ус­­­ло­вий клето­чного мета­бо­лиз­­ма. “Го­то­вый” эле­­­мент тре­бовал “под­­гон­ки” к но­вым объек­там. Са­мо его воспроиз­веде­ние не­избежно вклю­ча­ло в се­бя “тех­нологи­чес­кие” ошиб­­ки. Это на­­­­ш­ло своё выра­же­ние, в част­ности, в за­ме­ще­ниях амино­кис­лот­ных остат­ков в моле­ку­ле ци­то­хро­­­ма с. Ами­но­кис­лоты и их остатки есть “ато­­мы” на уровне сту­пеней иерар­­­хии, от­­вет­­ст­вен­ных за жизнь. Белки-ферменты со­с­­­то­­­ят из нихами­­но­­кис­лот­ных ос­татков. Ко­­ли­­­че­ст­во заме­ще­­ний “ато­­мов” в них в функции так­

    Рис. 4.3.

     
    со­но­мических еди­ниц эво­лю­ции жизни по­­­ка­за­но на рис. 4.3. Функ­цио­наль­но (то есть по отношению к ре­ак­ции (4.1)) цито­хром с сохранился тож­дествен­ным, не зависящим от ветв­ле­ний и эво­лю­ци­онных рас­сто­яний между фор­мами жизни, так как кис­лород сох­ранил свою решаю­щую роль в метаболизме у всех видов, изо­б­ражённых на рис. 4.2. В реа­ли­зации его активного центра за время около миллиарда лет накопились весьма малые отличия. Но по за­ме­ще­ни­ям кон­к­рет­ных “ато­мов” он изменялся тем боль­ше, чем боль­ше эволюцион­ное расстояние между ви­дами (рис. 4.3). Мак­си­маль­ное чис­ло (54) заме­щён­ных аминокислотных остатков в цито­хро­ме с от­ли­­ча­ет между собой ней­ро­спору и пшеницу. Минимальное (1) – обезьяну ре­зус и человека. В обоих случаях  все замещения происходили в “пас­сив­ной” части белка.

    Рис. 4.3.

     
                Отличия рис. 4.3 не есть приспособительные для реализации ре­ак­­ции (4.1) как таковой – в них нет признаков, непосред­ст­венно подконт­роль­ных отбору. Ре­ак­­ция остаётся неиз­мен­ной как при ма­лых и ред­ких заме­щениях амино­кис­­лотных остатков в ак­тивном цент­ре, так и при больших в “пассив­ной” части бел­ка. В та­ком смы­сле они нейт­ралист­ские. Однако дан­ный ци­тохром дол­жен быть сов­ме­­сти­мым с мета­бо­­лиз­­мом дан­ных ми­то­хондрий и кле­ток  их хозяев. Клет­ки за­ви­сят от ме­та­бо­­лизма ор­га­нов, которые они составляют, и ор­га­низ­ма в целом. Это ре­гу­­лируют состав и концен­т­ра­ция эндогенных и экзогенных веществ, их биохими­чес­кие вза­и­модей­ст­­вия. Изменения в цитохромах запомнены потому, что они делают реакции в них совместимыми с мета­бо­лизмом орга­низ­ма в целом.

    Обратите внима­ние. Морфологически, по внешним признакам ко­ро­ва и кит несопоставимы. Несопоставима среда, в которой они сущест­вуют. ­Общее у них  кислородный энергетический метаболизм, каза­лось бы, в несопоставимых условиях водной и воздушной среды. Но от­ли­чия в замещениях аминокислотных отстатков в важнейшем для кисло­род­­ного метаболизма белке-цитохроме с всего два и оба в “пас­сивной” час­ти белка. Кстати, сов­ремен­ные исследования показывают уникальную бли­зость ДНК кита и коровы. Итог – разная среда может при­­во­дить к не­сопоставимо разным мор­фоло­гичес­ким отличиям при ма­лых изменениях ДНК и ключевых био­хи­мических процессов.

    В этой и предыдущих работах [2]  [11] многократно под­чёрк­­ну­то, что отличия по количеству информации в ДНК внутри ступе­ней иерар­­­хии убывают по мере роста ветвлений эволюционного де­ре­ва. Это под­тверж­дают и нейтралистские изменения цитохромов. Они макси­маль­­­­­ны для простейших организмов  между, например, нейро­спо­рой и дрож­­жа­ми (рис. 4.3). Но между коровой и китом они ничтожны.

                Нейтралистские изменения на примере цитохрома с показывают, что эволюция жизни есть детерминированный процесс потому, что воз­мож­ны изменения белковых молекул, которые не меняют их функций в ре­а­ли­зации физических законов. Результат синтеза информа­ции на далё­ких предыдущих ступенях иерархии может сохраняться как целое во мно­гих последующих ступенях, несмотря на морфологи­чес­кое суще­ст­венное различие видов – это и есть истинный детерминизм жизни.  

                В этом примере в молекуле цитохрома с (как составляющей “ра­бо­чего тела” кислородных циклов энер­гетики жизни) амино­кис­лотные ос­тат­ки могут быть замещены на треть – моле­ку­ла в своей значительной час­ти стала другая – но свои функции в про­цес­се переноса электрона она сохраняет. При этом обя­за­тельно в дру­гих своих свойствах и функциях клетка, использующая эти цитохромы, сов­ме­сти­ма с организмом как це­лым – она ведь иная. Её нейт­ралистские из­ме­нения могут быть описаны гауссов­ски­ми незави­си­мы­ми случайно­с­тя­ми (что есть экспери­мен­таль­ный факт, см. ссылку на работу О.Б. Пти­цы­на в [95]). Однако в ор­га­низ­ме как еди­ном целом они есть приспо­со­би­тель­ные изменения потому, что без них клетка ока­жется невыжива­ю­щей в организме, а это часто ги­бель организ­ма, его от­бра­ковка ес­тест­вен­ным отбором. В этом нейт­ра­ли­ст­ские изменения цитохромов подконтрольны выживанию выживаю­щих – они отображают пороги, необходимые для детерминизма данного вида. Но одновременно суще­ст­венные морфо­ло­гические изменения ви­дов мо­гут быть не связаны с боль­­ши­ми из­ме­не­ни­ями в цитохромах.

                Нейтралистские изменения случайны в гауссовском смысле, но од­но­временно они не есть независимые случайности, которые безраз­лич­ны для вы­жи­ва­ния выживающих. Фенотипические изменения не­воз­­мож­ны без внутри­кле­точных биохимических изменений. Какие-то из случайно­с­тей в них пер­вично гауссовские Но в метаболизме взаимосвязи конкрет­ные и сложные. Любая одна гауссовская случайность вызывает законо­мер­ные множественные изменения других реакций и процессов. Их внеш­нее сопоставление в разных организмах может выражаться гауссов­с­ким распределением. Однако это распределение продик­то­вано законо­мер­ными взаимосвязями. Вуль­гар­ной свя­зи меж­ду биохимией и наблю­да­е­мыми внешними признаками нет – биохимические изменения кон­крет­ны и ад­рес­ны не всегда очевид­ным для человека образом.

                Задумайтесь над тем, что такое хорошо известная иммуноло­ги­чес­кая несовместимость? Функциональная тождественность в преде­лах ви­да некото­ро­го органа из особи-донора подтверждена его нор­маль­ной ра­бо­той сразу пос­ле хирургической пе­ресадки в организм дру­гой особи. Од­на­ко эти особи по своей биохимии не могут быть тождественными, так как существует нейтралистский случай­ный разброс в их ре­а­ли­зации. Результат – орган не может функционировать в почти тождест­вен­ной, но другой особи. Он гибнет. Без этого детерминизм жизни невозможен.

                Сравните с предыдущим. Случайности, ответственные за иммуно­ло­гическую несовмести­мость – гауссовские, но в ор­га­низме как целом они не есть незави­си­мые. Малые случайные от­ли­чия биохимии клетки в пределах каждого одного орга­низ­ма законо­мер­но взаимосо­гла­сованы. Среди них некоторое отли­чие возникло как гауссовская независимая случайность. В резуль­та­те биохимической взаи­мо­сог­ла­со­ван­ности мно­гие из других отличий также мож­­­но описать нор­маль­ным гауссовским рас­пре­делением (возможно, приб­­ли­жён­но). Но его гаус­сов­ская форма в этом случае есть индуци­ро­ван­­ное следствие взаимо­свя­занных законо­мер­ностей, а не выражение независимых слу­чай­ностей.

    При пересадке органов у организма-донора и организма-ре­ци­пи­ен­та существуют различия (слу­чай­ные пер­вич­но, но зако­но­мерно связан­ные в комплексе). Невоз­мож­ность описания жизни на основе не­за­виси­мых случай­нос­тей выражает отторжение пе­ре­­са­женного ор­га­­на – им­му­нологи­чес­кая не­совместимость осо­бей внутри био­логического вида.

                Законно применить к отличиям, определяющим иммунологичес­кую несовместимость, термин – нейтралистские из­ме­нения. Однако они тако­вы­ми в строгом смысле не являются. Их сог­ла­со­ван­ность в пределах одного организма есть результат действия от­бора из взаимо­свя­зан­ных случайностей. Между разными особями такого согласования нет. Разные особи прошли свой индивидуальный путь мик­­ро­отбора. Результат – ор­ган одной особи не заменим тождественным ему органом дру­­го­й. Чужой орган уничтожается даже ценой собственной жиз­ни особи.

                Случайности организмов и их метаболизма с точки зре­­­ния приня­той в биологии (но ложной) концепции существования цели эволюции, мо­гут быть названы нейтралистскими – всегда суще­ст­вуют отклонения в морфологии и метаболизме особей, которые не могут быть объяснены кон­­цеп­­­цией цели. Однако они не есть и не могут быть нейт­рально без­раз­­личными для организма. Даже если они ма­лые, особь может отве­тить на них не только своей гибелью до наступ­ле­ния пе­риода раз­мно­­жения, но и путём задержанной гибели – уменьше­ния сро­ка жиз­ни (системных болезней). Нейтралистские в таком смысле му­та­ции по­сту­пают в общий генофонд для отбора особей, не затрагивающего признаки вида в целом.

                Это подобно независимым слу­чай­ным от­кло­нениям типа извест­ных инженерам “допус­ков и по­са­док”, отражающих неизбежные откло­нения-оши­бки при из­готов­ле­нии деталей. Они не должны выходить за пре­делы, ко­торые сов­ме­сти­мы с работоспособностью изделия в целом. Однако в биологии (в отличие от ин­женерной практики) “допуски и по­сад­ки” долж­ны быть заданы “пер­вы­ми принципами”. Главнейший из них есть фор­ми­рование адиаба­ти­чес­кого инварианта системы на основе прин­­ципа максимума производ­ства энтропии. Окрестность вблизи экс­т­ре­мума, ко­то­рый реализует этот принцип, есть главный источник “до­пу­с­ков и по­са­док” и главный их контролёр. Физически им соответствует “толщина” плоскости синтеза ин­формации. Биохимически им отвечают редкие по отношению к вре­ме­нам эволюции и малые по величине изменения в активном центре тех бел­ков, которые при этом не меняют своих свойств и функций по отно­ше­нию к ключе­вым для них реакциям.

    В инженерной практике, когда невозможно или дорого поддер­жи­вать высокую точность изготовления деталей, исполь­зуют их сортировку – разбивают детали на группы по от­кло­­нениям размеров с последую­щей сборкой, при которой отрица­тель­ное отклонение деталей из одной груп­пы компенсируется выбором деталей из группы с положительной ошиб­кой. Подобное для жизни реализуют ней­т­ралистские изменения. Наблю­дает­ся это как иммунологическая несовместимость. 

                Как подчёркивалось в начале этого параграфа, находясь на уровне иерархии, отвечающем человеку, невозможно наблюдать (хотя бы пока) окрестность экстремума на атомном уровне. Это от­ра­­жает общеизвест­ный факт, что на уровне реализации химических свя­зей не возникает проблемы “до­пусков и поса­док”. Кван­то­вые законы энер­гетических уровней атомов, правила валентных, кова­лентных и во­до­родных связей, конформационных изменений есть автоматический, из “первых прин­ци­пов” учёт “до­пу­сков и посадок” на атомном уровне.

                Однако реализация иерархии роста энтропии-информации даже в этом – просто в химических связях – такие проблемы может создавать. В главе II упоминалось про углеродный изотопный метод опреде­ле­ния па­ле­­он­тологического возра­с­та живых организмов. Ничтожное отли­чие “раз­­ме­ров” изотопов углерода не может проявиться на уровне хи­ми­чес­ких связей при одиночных реакциях. Но на высоких ступенях иерар­хии энтропии-ин­фор­мации ошибка ничтожных отличий “размеров” ато­мов-изо­топов накапливается – многоступенчатая “кристалли­чес­кая сим­мет­рия” нарушается. В био­химии жизни равноправие этих изотопов ог­ра­ничивается. Возникает фикси­ро­ванное соотношение количеств основ­но­го атома уг­ле­рода 12С и его изотопа 13С – “допуски и посадки” реали­зу­ют­ся даже на уровне исходных основ био­хи­мии жизни.

                Поясню ещё более явно инженерную аналогию рассказанного.

                В строительстве, в инженерной практике иерархия понимается как существование простейших стандартных деталей – кирпичей заданного размера и свойств, болтов, гаек, транзисторов, микрочипов и других “по­куп­ных деталей”. Их сборка создаёт изделия. В результате в данный от­ре­зок времени автомобили, телевизоры, видеомагнитофоны одинакового по­т­ре­бительского класса примерно оди­на­­ковы, хотя различны по внеш­не­му виду и второстепенным особенностям. Их детали-составляющие функ­­ционально одинаковы, но не могут быть взаимозаменяемыми.

                Ин­же­нер использует на старшей ступени иерархии (в итоговом изделии) похо­жие (но в мелких подробностях разные) составляющие в ви­де де­талей и изде­лий предыдущего уровня иерархии. Нет этих состав­ляющих в нуж­ном виде – итоговый продукт не может быть реализован.

                Например, од­ни и те же болты и гайки могут быть заложены в про­ект в мет­рическом или дюй­мовом стандарте (в Америке это массовая прак­­ти­ка). Замена болта на похожий по размерам из другого стандарта не скажется на ра­бо­то­спо­соб­ности изделия в целом. Но она невозможна без однов­ре­мен­ной заме­ны и гайки. Нет воз­мож­ности произвести такую компле­мен­тарную замену – изделие выбрасывается на помойку.

                Эта инженерная особенность справедлива при образовании осо­бей и видов жи­вых организмов. Только инженера-творца над этим нет. То, что делает ин­женер, происходит самопроизвольно в силу слу­чай­но­с­тей и кон­­т­роля над ними в виде ме­ханических, фи­зи­чес­ких, хи­ми­чес­ких за­конов с последующим естественным отбором  – синтезом инфор­ма­ции как функции комплексного пе­ре­менного.

                Нейтралистские изменения, показанные на рис. 4.3, есть результат та­кой самопроизвольной (с участием естественного от­бо­ра) подгонки для использования однотипных деталей из раз­ных стан­дар­тов – исполь­зо­вание “метчика и плашки” по отношению к “гайкам и бол­там” жизни.

                Эволюция жизни есть детер­ми­ни­ро­ван­ный процесс потому, что слу­чайности на старших уровнях иерар­хии могут быть скомпен­си­ро­ва­ны самопроизвольными случайными изменениями “болтов и гаек” – эле­ментов преды­дущих уровней иерархии. В параграфе о мутациях главы V я подробнее вернусь к этим вопросам. Здесь ещё раз отмечу, что “не­точ­ность изготовления”  на атомном уровне ограничена квантовыми зако­нами – существова­ни­ем адиабатических инвариантов тех предыдущих уров­ней иерархии энт­ропии-информации, которые поставляют “покуп­ные детали”. Они часто иерархически далеки, а потому “неточность из­го­товления” на уровне элементарных химических реакций и физических процессов чаще всего пренебрежимо мала.

                В первой книге этого цикла [11] в связи с определением детерми­низ­­­­ма приводилась наглядная аналогия – “строительным материалом” при­­­роды в фазовом пространстве являются нерастяжимые “мешки”, иерар­­­­хически разных размеров. Случайные изменения “размеров меш­ков” иерархически младших адиа­ба­тических инвариантов с “высоты” уров­ня иерархии жиз­ни и человека практически ненаблюдаемы. Для сту­пе­ней иерар­хии жизни они проявляются в виде малых изменений, на­при­мер, в актив­ных цент­рах белков. Но на всех уровнях иерархии “мешки” имеют плотную упаковку, при которой они обязательно деформируются взаимосогласо­ван­но. Нейтралистские изменения при эволюции жизни отображают со­бой оба эти процесса. Квазикристаллы (глава VI) есть от­ве­чающие им физические формы.

                Не имеющие цели, в меру вредные для организма излишества (урод­­­ства как функционально замкнутые процессы и органы) могут воз­ни­кать нейтральным образом у индивидуумов и ви­­дов, если они не пре­пятствуют выживанию выживающих. 

    Нейтралистского произвола в деталях при взаимодействиях ор­га­­нов внутри организма – нет. Это и есть конкретное выражение детер­ми­­низма жизни и её эволюции – возможны случайности, не меняющие ре­зультат гло­баль­но (пороги), но создающие малые его отличия –  под­порого­вые изменения.

    Нейтралистские изменения и возникающая как их следствие имму­но­логическая несовместимость есть феноменологическое выражение не­оп­ределённости (1.14) на уровне организма в целом.





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