Другие журналы на сайте ИНТЕЛРОС

Журнальный клуб Интелрос » Философия науки » №1, 1995

Акчурин И.А.
Эволюция современной естественнонаучной парадигмы
Просмотров: 960

Сложные многоплановые и многоуровневые, действительно диалектические взаимодействия больших понятийных систем современной физики и биологиитребуют, по нашему мнению, все возрастающего внимания со стороны методологии науки, ибо уже самые первые проведенные здесь исследованияпоказывают, что очень и очень многие интересные, наиболее многообещающие и фундаментальные идеи современного научного миропонимания в целомзародились отнюдь не в сфере какой-то отдельно взятой «чистой» науки, а именно в этой пограничной области очень сложных диалектическихвзаимодействий общепризнанного «лидера современного естествознания» со столь же маститым и авторитетным претендентом на это высокое и ко многомуобязывающее (в философском плане) звание.

Начнем с того, что назовем столь революционизирующие в последние годы и унифицирующие всю современную науку сначала чисто математическиепонятия категории и функтора: впервые в естествознании они были введены (для решения проблемы концептуальной характеризации живого – в егонаиболее глубоком отличии от неживого) еще три десятилетия тому назад одним из основателей биофизики как науки американским ученым русскогопроисхождения Николаем Николаевичем Рашевским. В наши дни исключительная эффективность категорий и функторов в деле унификации самых различныхфизических дисциплин (и разделов этой науки) ясна всем. Но отнюдь не таково было положение дел несколько десятилетий тому назад: очень показательноздесь было, нам вспоминается, резко отрицательное отношение к категориям и функторам многих ведущих специалистов по методологии и логике науки,продемонстрированное в вопросах по докладу Н.Н.Рашевского на III Международном конгрессе по логике, методологии и философии науки в Амстердаме в1967 году.

 

Можно, правда, сказать, что почти все они были позитивисты или позитивистски настроенные люди, скорее всего просто интуитивно чувствовавшие, чтоименно категории и функторы (а позднее – и топосы) идут на смену исчислению высказываний и исчислению предикатов как наиболее основательным идоказательным средствам – в то время – методологического анализа научных построений. Все это так. Но ведь сильно опечаленный таким приемомН.Н.Рашевский прочел (на превосходном русском языке) специально расширенную версию своего доклада – на целых 2 часа! – советской делегации и ученым«стран народной демократии». И тоже встретил довольно прохладное отношение к категориям и функторам.

Так что дело здесь, по-видимому, не только в позитивизме (хотя и его отрицательное влияние, конечно, сбрасывать со счетов нельзя). Но и в объективнойтрудности восприятия научной общественностью всякого нового, особенно революционно нового. Нам кажется, что совершенно аналогичная история в нашидни повторяется с методологическим анализом целого ряда важнейших идей и понятий молекулярной биофизики – области исследований, пограничноймежду физикой и биологией и основными концепциями которой мы не можем поэтому пренебрегать при рассмотрении проблемы единства физическогознания.

Самый глубокий анализ методологического значения для теоретической унификации «всей» физики крупнейшего, по-видимому, открытия науки второйполовины XX века – единого для всего живого генетического кода – дал американский биофизик Г.Патти [1] в работе «Природа иерархического контроля вживой материи», напечатанной в первом томе трехтомника «Основания математической биологии», посвященном памяти Н.Н.Рашевского. О генетическомкоде, вообще говоря, написано очень и очень много, – может быть, даже слишком много. Но только Патти удалось, по нашему мнению, взглянуть на неговпервые непредвзятыми глазами – как на чисто физическое явление, а не просто автоматически, не задумываясь, переключить нашу общую физическуюпарадигму – картину мира как «большого часового механизма», которой пользовались все физики до введения понятия о генетическом коде, на какую-тосовсем другую, скорее всего, неорганизмическую, когда мы начинаем использовать этот код при теоретическом анализе всей совокупности весьма и весьмасложных молекулярно-биофизических процессов в любой живой клетке.

 

И сделать очень важные фундаментально важные выводы для всей этой нашей общей картины мира, самых общих наших представлений о мироздании вцелом, восходящих еще к Иоганну Кеплеру и описывающих его в общем и целом как некоторый большой и очень сложный часовой механизм – «колесики вколесиках», как выражается Р.Ф.Фейнман. Начинает Г.Патти с, казалось бы, очень и очень традиционного вопроса: в чем состоит наиболее глубокое, самоепервичное различие живого и неживого? Фантастические успехи современной молекулярной биофизики (и биохимии) почти каждую неделю – с каждымновым номером «Hэйчер» или «Сайенс», как бы специально «посвятивших» себя ныне пропаганде единства современного научного знания, и других, болееспециализированных журналов – приносят нам все новые и самые удивительные подробности весьма и весьма многоуровневой и многоплановойкогерентности физических (и химических) процессов в живом. Любые «специально биологические» понятия – контроля, гомеостаза, функции, «считывания»,интегрированного поведения, теленомии, цели, смысла, отражения и т.д. – все они предполагают очень высокую степень взаимной когерентностиопределенных физических явлений жизни. Но что составляет физическую основу такой когерентности – как она возникает из совершенно невообразимогохаоса случайных атомно-молекулярных движений, что превращает самую обычную молекулу или даже какую-то ее «часть» (аминокислоту, нуклеотидноеоснование и т.п.) в специальное «послание»-информацию, описание или даже инструкцию? Почему одна-единственная молекула, – самая обычная по своимфизическим свойствам, возможно, только несколько более «длинная», – приобретает благодаря этой когерентности молекулярно-биофизических процессовисключительно эффективный и устойчивый контроль над всеми остальными молекулами живого? И как это так получается, что из термодинамического хаосасамых произвольных молекулярных движений внутри живой клетки в ней все-таки всегда «организуется» когерентное физическое взаимодействиеопределенных групп молекул, связанное с координированными перемещениями их друг относительно друга и приводящее к правильному «считыванию» вконце концов таких молекулярных «посланий» и поражающему до сих пор любого физика целенаправленному многоэтапному синтезу по ним совершенноуникальных последовательностей аминокислот, которые чисто случайно, конечно же, никогда не смогли бы возникнуть во Вселенной за все два десяткамиллиардов лет ее существования, если бы физика ограничила себя в исследовании поведения систем многих частиц только вторым началом термодинамики?

Говард Патти видит ответ на эти трудные вопросы в том, что все такие процессы молекулярно-иерархической организации и контроля очень глубоковскрывают принципиальную неполноту известных нам на сегодня фундаментальных динамических законов и понятий физики. Он считает, что последниеобязательно должны быть пополнены совершенно необходимым для понимания любых физических молекулярно-генетических процессов и, видимо, столь жефундаментальным, что и динамические законы физики (Ньютона, Максвелла и т.д.), понятием символического, лингвистического – идеального в чем-тосодержания тех или иных конкретных атомно-молекулярных структур и специфических биофизических закономерностей их генетического функционированияв живой клетке. Он предлагает тщательно исследовать, какая именно максимально простая система таких физических структур и случайно замороженных вних, определяемых ими динамических процессов контроля и управления молекулами в клетке заслуживает названия языка. По его мнению, минимальным такимусловием, необходимым для серьезного теоретического синтеза в этом пункте физики и биологии, является эволюционный потенциал языка – его способностьменяться и расти, образовывать новые уровни описания и контроля, не теряя сколько-нибудь серьезно свою грамматическую структуру, определяющую смысли физические (динамические) следствия соответствующих символических интерпретаций конкретных атомно-молекулярных структур (и процессов).

Таким образом, современное – «пост-уотсоновское», так сказать, и «пост-криковское» – понимание единства физической науки должно обязательно включатьв себя и эти ее совершенно новые аспекты, которые становятся существенными только на уровне молекулярно-биофизических процессов в живом и которыеисследуются сколько-либо обстоятельно только сейчас. Ниже будет показано, что единственное общефизическое понятие, способное унифицировать и всюфизику и одновременно вполне совместимое с существованием генетического кода, – это понятие топоса, пространства с переменной топологией.

Итак, единый для всего живого генетический код, управляющий в той или иной степени почти всеми молекулярно-биофизическими (биохимическими)процессами в клетке, – принципиально новое понятие среди основных законов, концепций и категорий физики, по-видимому, способное самым радикальнымобразом перестроить, революционизировать всю их современную систему, заставив даже изменить общенаучную парадигму естествознания наших дней – общуюкартину мира как «большого часового механизма». Ведь когда мы начинаем практически использовать при объяснении каких-то молекулярно-биофизическихпроцессов не только скорости или ускорения, не только электрические или магнитные силы, но также и такие лингвистические или теоретико-информационные понятия, как сигнал, символ, кодирование, смысл, значение и т.д., мы не можем просто так, не меняя ничего более, «перенести» пониманиевсех этих терминов в гуманитарных дисциплинах, основанное на явной (или неявной) предпосылке о существовании всегда некоторого «понимающего» этитермины и концепции человеческого сознания, на мир физических явлений, существовавших задолго до появления первого человека.

Нет, мы обязаны в таком случае и очень сильно, даже весьма и весьма радикально, перестроить всю нашу картину мира, – чтобы в ней понятия сигнал, символ,кодирование и т.д. имели четко определенный «физический» смысл с самого начала, до обусловленного всей биологической эволюцией появления мыслящихсуществ на Земле. Только тогда сколько-либо систематическое использование этих понятий в физике и биофизике будет законным и оправданным. Но ведьпросто вернуться в наши дни, скажем, к аристотелевой картине мира как большого «живого организма» уже никак невозможно: она явно противоречит всейсовременной, подтвержденной экспериментом и практикой, физике. Так что надо искать какие-то пути ее модернизации, новой математической экспликацииее идей, которые позволяют устранить все такие противоречия.

Генетические языковые структуры молекулярно-биофизических процессов в клетке ведь тоже являются своего рода физическим «итогом» многих миллиардовлет эволюционного развития – на них надо посмотреть и как на более нигде не наблюдавшийся, не выявляющийся ни в каком другом реальном экспериментефизический результат бесчисленных актов комплексных, нелинейных взаимодействий в течение многих миллиардов лет очень сложных атомно-молекулярныхструктур друг с другом. В этом смысле постепенное формирование и усложнение молекулярно-биофизического генетического языка – такое же естественноефизическое явление, как и формирование и длительное движение, например, какого-то солитона или странного аттрактора. Оно – такой же физическийзакон, как, например, и закон Кулона или правило буравчика, оно – столь же необходимый «компонент» нашей Вселенной, что и ядра урана, например, или углерода, на которых основаны всеорганические процессы. Жизнь, являясь с точки зрения физики особого рода «программированной – с помощью генетического языка – материей»,представляет из себя в этом плане закономерное порождение, итог развития всей Вселенной в целом, а не просто совершенно невероятное «пересечение»еще более невероятных случайностей.

Поэтому надо очень внимательно исследовать в методологическом (и чисто физическом) плане все основные свойства генетического кода как объективнойструктуры, определяющей все (или почти все) биофизические процессы на молекулярном уровне живого. Это должно дать нам и много нового в пониманиитого, как именно следует представлять единство физического знания в наши дни.

 

Новые «физические» свойства генетических биофизических процессов

Г.Патти очень внимательно анализирует основные существенно новые «физические» свойства молекулярно-биофизических символических лингвистическихструктур генетического кода, поскольку они раскрывают как бы принципиально новые идеальные, символические «измерения» самых обычных физическихпроцессов внутри определенных комбинаций атомов и молекул. Символы генетического кода, как и всякого языка, во-первых, дискретны, устойчивы(неизменны с течением времени) и произвольны. Это значит, что они могут рассматриваться как буквы некоторого алфавита, или абстрактные символы, илидаже своего рода «зарубки» или «узлы». Они не должны меняться в течение всего времени протекания информационно-физического процесса.

Произвольность исходных символов генетического кода – наиболее глубокое «динамически и еще не совсем понятное нам его новое «физическое» свойство.Она, конечно, очень относительна и скорее всего является просто биофизически «замороженной случайностью» еще неизвестных нам начальных (играничных) условий его формирования. Но вместе с тем она фундаментально необходима во всяком языке, поскольку обеспечивает появлениеальтернативных описаний самого глубокого динамического уровня, что является достаточным условием всякого органического развития.

Скорее всего все основные новые «физические» свойства генетического кода как совершенно специфической символически информационной структуры как-то следуют уже из самого простого и «ясного» физически требования самовоспроизведения биологических объектов, как оно было проанализировано Дж.фон Нейманом[2] в его классической (и посмертной) работе по самовоспроизводящимся автоматам. Но непосредственно из этой работы можно пока чтоусмотреть только обязательность наличия во всякой самовоспроизводящейся физической системе некоторого информационно-символического, скажем,«предидеального» уровня чисто физических объектов, который содержит некоторое кодированное описание этой самовоспроизводимой системы.

Во-вторых, комбинации лингвистических элементов-символов языка – линейны, счетны, не все они имеют смысл, а операции, образующие (илипреобразующие) комбинации, ассоциативны только по смежности (т.е. в языке нет «метрики», подобной даже музыкальной нотной записи, и всякое«расстояние» между двумя символами эквивалентно просто символам, расположенным между ними). Эта группа совершенно новых «физических» свойстватомно-молекулярных структур, выполняющих информационно-сигнальные регулирующие функции в биофизических системах, очень эффективно«выключает» их из обычных причинных и пространственно-временных динамических связей и отношений, характерных для такого рода простейшихфизических систем.

Единственно существенным становится только одно измерение – то, «вдоль» которого упорядочены кодирующие символы, все остальные (в том числе ивремя) теряют свой непосредственный физический – динамический – и информационный смысл. Прежде всего довольно произвольные правила «генетическойграмматики», а не фундаментальные динамические законы природы начинают теперь определять регуляторное значение тех или иных сочетаний символов.Именно здесь, с этих условий начинается фундаментальнейшее для всей современной биофизики разделение систем материальных и идеальных, физическихи логических. Из чисто физических, протяженных, материальных структур именно в этом кардинальном пункте начинают расти структуры символические –при наложении на первые (физические) этих существенно новых «правил игры» природы (с точки зрения классической физики). Совершенно кардинальное значение имеют эти соображения, конечно, и для нашего современного понимания общефилософской проблемы идеального – с чего оно «начинается», изкаких необходимых структур складывается, как происходит его дальнейшее развитие.

Для действительно глубокого понимания новых общих «онтологических» свойств физических систем, способных к длительной эволюции, наиболее важны ихдве последние новые характерные «физические» черты, которые довольно трудно точно описать на традиционно далеком от лингвистики языке этой наукиили даже понять. Символический язык, описывающий эволюцию, содержит и свой метаязык (т.е. он может содержать и утверждения о себе самом, своейграмматике, символах или любых условиях и ограничениях, благодаря которым образуются его грамматика или символы). Важнейшая (для эволюции)операция такого рода в метаязыке (и языке) – классификация любых объектов, лежащая в основе всякой логики или математики, всякого языка вообще. Онапредполагает определенные правила, позволяющие различить альтернативные физические события и структуры, и во всех известных нам символическихсистемах правила эти выглядят хотя и довольно произвольными, но вполне определенными.

Г.Патти подчеркивает, что все его попытки найти какие-то действительно «физические» основания естественных или «спонтанных» систем классификациини к чему не привели, упираясь в те же трудности, что и вопрос о происхождении языка. И он сейчас считает, что, наоборот, всякий реальный физическийпроцесс классификации, выполняемый в некоторой физической системе на самом деле – как процесс измерения, – сам уже предполагает существованиенекоторой обобщенно-языковой сигнальной структуры. В этом пункте Патти особенно глубоко подходит к методологическим основаниям применения всовременной физике так называемых обобщенных топологий Гротендика.

Далее, язык изменяется постепенно и непрерывно, никогда не теряя свою грамматическую структуру. Эта характерная черта всякого символическогоязыка, связанного с какой-то эволюцией, отражает (эволюции) последовательность и непрерывность. Математическая лингвистика уже доказала вотношении этого последнего из совершенно новых фундаментальных физических свойств символических систем очень важную теорему: оно влечет, имеетсвоим следствием тот факт, что в любой момент времени грамматические правила эволюционирующей символической системы должны иметь по крайней мередва совершенно различных альтернативных, но правильных, адекватных реальности описания, так что функционально должно иметь место полное взаимное «перекрытие»этих описаний.

Обратившись затем к методологическому анализу биофизических процессов управления с помощью этих новых «физических» свойств эволюционирующихсимволических систем, Патти подчеркивает, что само понятие когерентной, взаимно согласованной активности атомно-молекулярных структур такжеосновано всегда на существенной переклассификации (в альтернативном способе их описания) всех их динамических переменных на наиболее существенные– с какой-то точки зрения – или совсем не существенные. С одной стороны, в одном описании мы имеем локальные чисто механические или электромагнитныесилы, действующие на индивидуальные отдельно взятые атомно-молекулярные комплексы. С другой же стороны, в альтернативном описании мы пока чточисто феноменологически получаем некоторые совсем новые когерентные, согласованные во времени и пространстве, перемещения и взаимодействиясовершенно иных в каком-то смысле динамических структур живого – солитонов, волн возбуждения и т.п.

Что определяет их соответствие друг другу? Ясно, что сейчас мы можем пока что только ставить такого рода очень глубокие вопросы об этих совершенноновых сторонах внутреннего динамического единства физически столь отличающихся друг от друга объектов, имеющих, однако, в своей природе нечтообщее всем им. Что же? Скорее всего какие-то пока что неизвестные нам глобальные топологические характеристики самых различных видов физическогодвижения – механического, электромагнитного и т.д., детерминирующие образование в живом новых динамических систем.

Ведь в каком-то смысле когерентная – коллективная, совместно согласованная – активность молекулярно-биофизических структур иерархического контролязначительно более проста, чем полное динамическое описание поведения составляющих ее элементов. Это происходит благодаря тому, что всегдасуществующее альтернативное символическое описание способной к эволюции системы всегда «переклассифицирует» важные детали ее поведения в оченьсложной ситуации, отделяя их тем самым от несущественных (в совершенно определенном контексте). Поэтому когерентная активность иерархическогоконтроля, основанного на эволюционирующих символических системах, всегда проще, чем детальная динамика его элементов. Простейший пример подобной ситуации, не связанной, правда, еще с эволюционирующими символическими системами, это – молекулярно-динамическое описание какой-то газовой системы и альтернативное описание той же системы с помощью таких термодинамических понятий и параметров как температура, давление и т.п.

Но эти параметры и понятия не являются еще ни чисто символическими, ни способными к эволюции, так что более интересной для биофизика являетсяпростейшая ситуация столкновений молекулы некоторого специфического белкового энзима со своими ближайшими соседями. Большинство из них протекаеттакже как чисто физический – «символические измерения» (способности) «живых» белковых молекул проявляют себя только при столкновениях, например, сопределенными аминокислотами, которые данный энзим «собирает» вместе для синтеза какого-то совершенно нового специфического белка. Здесь-то воткак раз и имеет место впервые новая лингвистически-символическая (возможно, топологическая) «переклассификация» всех степеней свободы такихдинамически очень сложных сталкивающихся комплексов, чтобы на каком-то новом, вероятно, очень простом, но неизвестном нам (возможно,топологическом) языке проблема селективного поведения этих комплексов стала снова достаточно простой (вплоть до того, что некоторые «части» молекулиграют роль «ключей», входящих в определенные «пазы» белкового энзима и делающих его способным осуществить тот или иной жизненно важныйбиофизический процесс или биохимическую реакцию).

От обычной причинно-физической пространственно-временной динамики молекул это новое эволюционно-символическое «измерение» особо сложныхбиофизических процессов на молекулярных комплексах отличает то, что конкретный физический механизм его «овеществления», «инкарнации» в каких-токонкретных аминокислотах или нуклеотидах снова весьма и весьма произволен. Правда, определенные биофизические процессы и биохимические реакции внекоторых случаях, ведущие, например, к фотосинтезу хлорофиллом органических веществ, должны быть весьма однозначными. Но здесь перед нами –крайний случай «трудно обходимого» закона природы, в котором произвол символического описания все же необходимо также присутствует в произволевыбора нуклеотидных оснований, кодирующих синтез белковых молекул, необходимых для осуществления фотосинтеза.

 

В самом же общем случае удивительная когерентность, взаимная согласованность в пространстве и во времени тысяч и тысяч самых разнообразныхмолекулярно-биофизических процессов в живой клетке или целом организме основаны, конечно, на целой иерархии достаточно произвольноустанавливаемых символически-языковых информационных систем, которые обеспечивают «перевод» исходных дискретных генетических инструкций в болеепростые непрерывные, «гуморальные» условия протекания нужных реакций при определенных концентрациях некоторых веществ.

Таким образом получается, что уже на уровне молекул жизнь и язык – параллельные и неотделимые друг от друга понятия и что эволюция живого возможна,только если существует по крайней мере два альтернативных описания одной и той же сложной физической системы управления, которые уже самим своимналичием вводят чисто физически и символический, сигнальный, информационный уровень бытия одних и тех же атомно-молекулярных пространственныхкомплексов. Г.Патти совершенно правильно считает, что сейчас мы еще не понимаем до конца чисто физические основания этого нового «символического»измерения динамических структур и объектов – того, что физически отличает простые столкновения различных молекул между собой от их оченьсущественной качественной «переклассификации» в обсужденных кратко выше столкновениях их с аллостерическим энзимо-белковым комплексом, уже«различающим» нужные ему для «строительства» совершенно новых веществ аминокислотные «блоки».

Строгое математическое описание и физическое объяснение такого рода и чисто пространственно-причинных, и вместе с тем информационно-символическихпроцессов с атомно-молекулярными энзимными комплексами в живом станет возможным, по-видимому, только в рамках физической теории топосов – физической теории пространств с меняющейся топологией. Именно изменения последней резко и глобально меняют, «переклассифицируют» динамическиесвойства «живых» – «работающих» белковых молекул, энзимов, топологические перестройки трехмерной аллостерической конфигурации которых и лежатскорее всего в основе столь озадачивающей Патти и других серьезных исследователей способности этих энзимов «узнавать» нужные им аминокислоты (илидругие малые молекулы) и собирать, синтезировать из них совершенно новые вещества.

 

Анализируемые здесь особенные физические свойства иерархических систем контроля в живом параллельны в определенном плане новым физическимсвойствам рассмотренных ранее эволюционирующих символических систем, особенно в отношении исходных моментов различия чисто физических отфункциональных (в биологическом смысле) – сигнальных, информационных биофизических процессов. Именно в сказанном выше таятся, по-видимому, весьмаи весьма глубокие, не все еще нам понятные корни отличия физического и «символического» поведения одних и тех же материальных атомно-молекулярныхкомплексов.

Но любые биологические системы иерархического контроля – всегда вместе с тем и какие-то компоненты, «части» биологически эволюционирующихструктур, поэтому они также должны иметь способность к эволюции. Согласно сказанному ранее о символических эволюционирующих системах это значит,что и они также должны допускать по крайней мере еще одно альтернативное описание в каждый данный момент времени – кроме чисто физического,атомно-молекулярного. И описание это – обычно символическое, информационное – может проявить себя совершенно спонтанно также в каждый моментвремени чисто физически как очень существенная для всей физической динамики детального поведения системы принципиально новая«переклассификация» ее основных характеристик на определяющие и второстепенные. Так обычно и возникают новые уровни организации и контроля вживом, совершенно необходимые для новых «шагов» эволюции.

Скорее всего «онтологически» каждый такой новый уровень организации материи – это конкретная физическая «инкарнация», реализация с помощьюкаких-то новых, ранее никогда не существовавших структур живого, некоторой новой топологии, достаточно необычной и нетривиальной, отличающейся вчем-то от метрической Эвдокса-Архимеда. Как это происходит – благодаря сложным информационно-комплексным взаимодействиям чисто физическихобъектов, – еще надо исследовать и исследовать.

 

Креоды К.Уоддингтона и единое понимание динамических траекторий

Мы полагаем, что также и фундаментальное понятие креода, введенное К.Уоддингтоном для понимания специфики динамических процессов в живом, оченьважно и эвристично в плане выявления некоторых существенно новых сторон единства различных динамических процессов в физике. Креод, по Уоддингтону,– это устойчиво «канализированная», предпочтительная, наиболее часто встречающаяся траектория всех составляющих живое структур, способная«притягивать» к себе и увлекать другие, близлежащие траектории. В каком-то смысле креод является динамическим «микроэлементом» всехцеленаправленных биологических процессов: он «вбирает» в себя все то новое, необычное, что биология приносит с собой в физику – постояннуюустремленность любых молекулярно-биофизических процессов к определенному, часто очень и очень важному для существования или развития живогоорганизма результату.

Понятие креода, разумеется, пока что в биофизике в значительной степени феноменологично, описательно: оно сейчас является просто попыткой выразитьвсю специфику живого – в его отличии от неживого – в одном-единственном понятии. В этом плане оно в чем-то аналогично понятию стационарных,устойчивых орбит в старой квантовой теории Бора: оно просто фиксирует общую всему живому и столь резко отличающую его от неживого особенностьглобального динамического поведения почти всех составляющих его физических структур. Оно наиболее глубоко вскрывает именно те моменты, которыепозволяют увидеть максимально отчетливо и недвусмысленно определенную неполноту, недостаточность (или просто неразработанность еще в некоторыхаспектах) известных нам на сегодня фундаментальных динамических законов физики, и то направление, в котором следует искать их уточнение, обобщениеи развитие[3]. В самом деле, сейчас ни один из этих законов пока что совершенно ничего не говорит о необходимости существования креодов: более того,второе начало термодинамики исключает саму возможность их сколько-либо продолжительного, устойчивого существования в любых физических системах –совершенно аналогично тому, как совместное применение динамических законов классической механики и электродинамики к любому (финитному) движениюэлектронов в атоме полностью исключало в первые десятилетия нашего века возможность самого существования каких-либо их устойчивых, стационарных внутриатомных траекторий (орбит). Правда, в глобальном анализе сложных нелинейных динамических систем в последние годысформировалось понятие, в чем-то довольно близкое уоддингтоновским креодам – понятие странного аттрактора. Это также специфически притягивающеесоседние динамические траектории устойчивое подмножество фазового пространства системы, которое имеет довольно сложную топологическую структуру(спиралей, наматывающихся концентрически и перескакивающих квазипериодически с одной поверхности «наматывания» траекторий спиралей на другуюповерхность такого же наматывания, обычно – перпендикулярную первой).

Нам хотелось бы особо подчеркнуть высокую унифицирующую способность понятия креода – в плане установления с его помощью единого пониманияпреимущественных траекторий материального движения в физике и биологии (прямые инерциального перемещения, окружности магнитных силовых линий ит.п.).

Наиболее отчетливо, можно даже сказать «визуально» креоды проявляют себя в самом начале эмбриогенеза – на стадии гаструляции – в очень тонкой ипоразительно скоординированной в пространстве и во времени последовательности микроскопических движений биологических структур самых различныхуровней организации, ведущей к целенаправленному развитию из одной-единственной оплодотворенной яйцеклетки сложнейшего многоклеточногоорганизма с целой системой весьма и весьма специализированных органов и тканей. С точки зрения основных динамических законов физики и особенно еевторого начала – термодинамики – это почти чудо или, во всяком случае, еще ждущее своего полного биофизического объяснения замечательнейшееявление природы, не менее, а может быть, даже более загадочное, чем инстантоны, кварки, глюоны, их вакуум и черные дыры (а топологически с ними, по-видимому, как-то связанное).

Сначала К.Уоддингтон надеялся описать координированные перемещения самых различных биологических структур в процессах эмбриогенеза с помощьюмногомерных фазовых пространств физики, в которых каждой новой характеристике или степени свободы изменяющегося объекта сопоставляется некотороеновое, дополнительное физическое измерение. Тем самым общая картина формирования данного конкретного живого организма (фенотипа) как результатаего многосторонних и многоплановых взаимодействий с определенной внешней средой и при участии достаточно жестко фиксированных генетических программ его развития (генотипа), так сказать, «визуализировалась» – приобретала некоторуюобобщенно-геометрическую наглядность. Развитие фенотипа представляется тогда некоторой обобщенной пространственно-временной «фигурой»,имеющей начало в очень сложных, но замечательно координированных движениях субклеточных структур оплодотворенного яйца, ведущих к его первомуделению и убыстренному делению затем всех «дочерних» клеток, а также к их очень координированным и целесообразным механическим перемещениямдруг относительно друга на стадии гаструляции. Постепенно происходит пространственное «разветвление» определенных групп клеток на отдельные ихгеометрические субконфигурации, соответствующие прогрессивной специализации, обособлению и окончательному формированию все более отличающихсядруг от друга клеток специализированных органов живого существа – его кожи, мышц, сердца, сосудов, желудка, печени, почек, нервной системы, мозга ит.д.

Развивающиеся эмбриогенетические системы обладают, как известно, весьма высокой «теленомической» устойчивостью – способностью «компенсировать» вдовольно больших пределах почти любые «возмущающие» и даже нарушающие развитие воздействий внешних сил. Объяснить сложнейшеецеленаправленное изменение всей локальной и глобальной физической динамики и внутренней саморегуляции биофизических процессов в каждой клетке,когда зародыш гидры, например, целиком «перетирают» и пропускают его отдельные «части» через мелкое сито, а он потом все-таки восстанавливает опятьсвою специфическую структуру и направление развития, по мнению Уоддингтона, можно только предполагая креодичность движения даже на уровнемолекул живого и их отдельных частей. Удивительная координация, согласованность во времени и пространстве биофизических процессов различных, ужеотдифференцировавшихся друг от друга и пространственно разделенных органах и тканях такого очень сильно «возмущенного» внешними воздействиямиживого организма «начинается» ведь уже на молекулярно-биологическом уровне.

Здесь понятие креода вступает в очень интересное и плодотворное для развития физики концептуальное взаимодействие с понятием аллостеричности – очень сильной зависимости, даже определяемости результата почти любого молекулярно-биофизического (и биохимического) процесса от топологическойпространственной конфигурации трехмерно очень сложно закрученных и головоломно переплетенных между собой, многократно спирализированных аминокислотных цепочек, составляющих «работающие» белковые молекулярные комплексы ферментов. Исключительно высокаяэффективность белковых ферментов как активных катализаторов или «носителей» всех жизненно важных для организма биохимических реакций илибиофизических процессов определяется именно их далеко не тривиальной топологической трехмерной конфигурацией: в некоторых случаях фермент«одевается» на нужные молекулы буквально как перчатка на пальцы – и только такая их аллостерическая фиксация обеспечивает быстрое и эффективноепротекание определенного биофизического процесса (или биохимической реакции, – например, синтеза совершенно нового белка, с чего обычно иначинается специализация и последующая дифференцировка группы клеток в какую-то новую ткань или даже особый орган).

Это предполагает, что «живые» белковые молекулы и даже их определенные «части» имеют в живом организме некоторые преимущественные,предпочтительные траектории движения, описываемые какими-то обобщениями известных нам ныне динамических законов физики – уравнений Ньютона,Максвелла, Шредингера, Дирака и т.д.

 

Примечания

 

 

[1] Patee H. The Nature of Hyerarchie Controls in the Living Matter, in Foundations of Mathematical Biology. V. 1. N.Y., 1975.

 

[2] Нейман Дж. фон. Теория самовоспроизводящихся атомов. М., 1971.

 

[3] Уоддингтон К. Основные биологические концепции // На пути к теоретической биологии. Т. 1. М., 1970. С. 21 и далее. 

Архив журнала
№1, 2018№1, 2017№2, 2017№2, 2015№20, 2015№17, 2012№16, 2011№15, 2010№14, 2009№13, 2008№12, 2006№11, 2005№10, 2004№9, 2003№8, 2002№7, 2001№6, 2000№5, 1999№ 4, 1998№3, 1997№2, 1996№1, 1995
Поддержите нас
Журналы клуба