Знание-сила, 2008 № 09 (975)

Научное описание природного явления исключает понятие цели. В то же время поведение живых организмов явно целесообразно. Возникает мысль, что если цель (замысел) в принципе имеет место в природе как явление, то почему не допустить присутствие изначального замысла — наличие Творца в истоке бытия? Противоречие между основополагающей для науки идеи о принципиальном отсутствии внешнего замысла и цели в развитии материального мира и очевидным присутствием цели в мире живых существ нобелевский лауреат Жак Моно назвал «глубоким эпистимиологическим противоречием, с которым фактически связана основная проблема биологии». Именно это противоречие питает поиски «божественной реальности» в духе Лотара Шеффера или идей присутствия во Вселенной высшего разума, параллельного сосуществования материального и духовного начал и т.п., что можно найти в рассуждениях Эддингтона, Экклеза, Шеррингтона и др. Наука не может претендовать на владение истиной в последней инстанции. Она лишь расширяет область знания, все дальше раздвигая горизонт, за которым еще возможны гипотезы и верования. С каждым шагом она завоевывает право в очередной раз сказать: «Я в этой гипотезе больше не нуждаюсь».

Для того чтобы отказаться от гипотезы Творца, необходимо указать естественный (и тем или иным образом проверяемый) механизм упорядочения, ведущий к возникновению и эволюции жизни.

Долгое время считалось и сегодня большинство это принимает, что эволюция осуществляется путем дарвинского естественного отбора. Дарвинизм предлагает естественный механизм превращения случайных изменений в направленный процесс эволюции. В той мере, в какой дарвиновская концепция применяется к явлениям адаптации и биологического разнообразия, она справедлива и подтверждается многочисленными наблюдениями. Но, как общая теория эволюции, она сталкивается с трудностями. В частности, дарвинизм оказывается непродуктивным применительно к объяснению происхождения жизни. Понимая это, современные сторонники дарвинизма (см., например, Ричарда Доукинса) полагают, что сначала организованные, способные к развитию структуры каким-то образом случайно создались, а затем уж их подхватил механизм естественного отбора. К идее возникновения организованных структур с последующим включением естественного отбора обращались в разной интерпретации И. Пригожин (диссипативные структуры), М. Эйген (гиперциклы), С. Кауфман (системы критической сложности).

Успехи молекулярной биологии открыли исключительную сложность и видимую целевую предназначенность молекулярных механизмов, не находящие правдоподобного объяснения в рамках дарвинизма. Эти механизмы не могли возникнуть в ходе последовательных актов естественного отбора, а как бы были сразу спроектированы в соответствии с неким замыслом. Дж. Бехе писал: «Вы не можете начать с деревянной основы мышеловки и поймать мышь, добавить пружину, поймать еще несколько мышей, добавить ударник, поймать еще больше мышей и т.д. Система в целом должна быть собрана сразу или мышь уйдет». Подобные проблемы вызвали нарастающую критику дарвинизма и оживление теологических концепций: «дизайнера», «творца» и т.п.

Очевидной и наиболее общей характеристикой жизни является возрастание упорядочения вовлеченного в процессе жизнедеятельности материала, как в течение жизни индивидуума (онтогенезе), так и в течение всей истории эволюции жизни, начиная с ее зарождения миллиарды лет назад. Что же является движущей силой упорядочения, если это не естественный отбор и если это не «дизайнер»?

Прежде всего, что такое упорядочение?

В физике мерой разупорядочения является энтропия. Увеличение беспорядка описывается увеличением энтропии:

S = kln W

где S — энтропия, k — коэффициент, известный как постоянная Больцмана, W — число степеней свободы. Возьмем, к примеру, автомобили на городских улицах. Предположим, каждая машина в любой момент времени может двигаться в любом направлении. Такая система обладает максимумом степеней свободы и одновременно, как мы понимаем, характеризуется полным беспорядком. Упорядочение движения требует введения ограничений, которые предусмотрены правилами уличного движения: двигаться по одной стороне улицы, останавливаться перед запрещающим сигналом светофора, поворачивать в соответствии со знаками и т.п.

Каждое ограничение, налагаемое на систему, увеличивает степень ее упорядочения. Упорядочение — это ограничение свободы. Это — уменьшение энтропии.

Но правила уличного движения устанавливаются людьми. А возможно ли упорядочение, возникающее и развивающееся само по себе?

Здесь я хочу остановиться на двух понятиях, которые совокупно и составляют суть моей концепции упорядочения, ее я кладу в основу возникновения и эволюции жизни.

Во-первых, следует детализировать понятие энтропии.

Энтропия самопроизвольно идущего процесса всегда возрастает. Но если некий процесс имеет две составляющие, то возможна такая ситуация, при которой одна из составляющих общего процесса характеризуется повышением энтропии, а другая — ее понижением. При этом процесс в целом должен идти обязательно с повышением энтропии.

Нужно подчеркнуть, что речь идет не о том, что в каком-то месте осуществляется процесс с повышением энтропии, а в другом — с понижением. Речь идет о тесно сопряженных процессах, являющихся, по существу, разными сторонами одного и того же процесса. В химии сопряжение осуществляется, если продукт одной реакции является реагентом другой. Например:

AB + R = A + B

M+N = R +MN

Эти процессы можно сложить в один.

Источником понижения энтропии в одной реакции является повышение его в другой. Это похоже на связанные между собой зубчатые колеса. Вращение одного из колес по часовой стрелке приводит к вращению другого колеса против часовой стрелки.

Но это говорит лишь о том, что отдельные акты, отдельные эпизоды упорядочения, возможны. Жизнь характеризуется устойчивым развивающимся упорядочением. Чтобы понять, как это может происходить, следует обратиться еще к одному понятию, которое называется аттрактором.

Мир устроен так, что всякая система стремится к минимуму свободной энергии и к максимуму энтропии. В этом состоянии достигается равновесие. Если систему из этого состояния вывести, она снова будет стремиться к нему вернуться. «Стремиться» — вот решающее слово.

Для того чтобы происходило последовательное нарастание упорядочения, должно существовать устойчивое стремление к упорядочению, такое же, каким является стремление к разупорядочению, обусловленное вторым законом термодинамики. Стремление возникает, если существует так называемый аттрактор. Существование аттрактора проявляется в том, что если система выведена из некого устойчивого состояния, то аттрактор стремится вернуть ее в прежнее состояние. В химической системе аттрактором является достижение равновесия, которое характеризуется минимумом свободной энергии для этой системы и максимумом энтропии. Если в равновесную химическую систему добавить один из реагентов и тем вывести ее из равновесия, то система вновь вернется в это состояние. При условии, правда, что система будет не слишком далеко выведена из равновесия — не настолько, чтобы произошли необратимые изменения, — например, выпал осадок и т.п. Иначе говоря, изменения должны осуществляться в линейной области взаимодействий. Точно так же, если растянуть пружину, к которой прикрепили груз, то пружина вернет его в прежнее устойчивое состояние, если только растяжение не превысит порог деформации и пружина не будет разорвана.