3. 4. 4 Самоорганизация и эволюция живого вещества

1. Общие представления

На сегодняшний день нет достаточно четкого определения, что такое жизнь. С точки зрения материалистической философии жизнь — это особая форма движения материи. С биологической точки зрения жизнь — это особая форма существования белковых структур.

С точки зрения системно-синергетического подхода жизнь — это форма существования макроскопических гетерогенных открытых систем, далеких от равновесия, способных к самоорганизации, саморегуляции и самовоспроизведению (М. Волькенштейн).

Это определение является наиболее полным, так как отражает принципиальное отличие живой материи от косной. По сравнению с последней, жизнь — это качественно новая форма организации материи, основные свойства которой — способность усваивать энергию Солнца за счет фотосинтеза и воспроизводить из неживого живое.

Структурная организация живого, и проблемы самоорганизации обсуждались в предыдущих разделах. Только необходимо добавить, что в живых системах процессы саморегуляции осуществляются на уровне активного обмена веществом, энергией и информацией. Это связано с тем, что реакции живого организма на воздействие среды носят опережающий характер.

Элементарная единица такого организма — клетка. Ей присущи все признаки живого — обмен веществ, раздражимость, самоорганизация, саморегуляция, самовоспроизведение, передача наследственных признаков. Она является самоорганизующейся биохимической системой, состоящей из большого числа согласованно функционирующих органоидов. Клетка, хотя и обладает всеми функциями живого, неспособна к самостоятельному существованию (за исключением одноклеточных организмов) в открытой среде. Основу клетки составляют сложнейшие биополимеры, играющие важные функциональные роли в системе сопряженных автокаталитических циклов, составляющих основу жизнедеятельности живых организмов.

Основное проявление жизни биологической системы — деление клетки. С ростом клетки ухудшаются условия питания ее элементов, что должно привести к замедлению процессов жизнедеятельности. Кроме того, рост клетки связан с построением копий каждого ее элемента. Вследствие этого снижаются возможности управления внутренними процессами. Эти явления приводят к повышению энтропии клетки и способствуют ее переходу в неустойчивое состояние, выход из которого — деление материнской клетки на две дочерние. Наиболее благоприятные условия для деления складываются в момент удвоения массы, при этом лишняя энтропия сбрасывается в окружающее пространство и образовавшиеся две новые системы вновь обретают устойчивость до очередного момента деления. Отдельной клетке в отличие от одноклеточного организма практически невозможно выжить в одиночку. В средах с определенными условиями они образуют колонии. Однако и здесь, после 50-60 делений клетки неизбежно гибнут, ибо на уровне колонии отсутствует управление. В энерго-энтропийном плане более выгодным, чем колония, является объединение клеток в более сложные структурные образования — многоклеточные системы: ткань, орган, органная система, многоклеточный организм. В рамках организма осуществляется саморегулирование, появляются механизмы управления и клетка сохраняет свою жизнеспособность даже после 10 тысяч делений. При этом увеличение структурной сложности и упорядоченности системы компенсирует рост энтропии, связанный с увеличением числа ее элементов. Разные подсистемы сложных организмов развиваются с разной скоростью и используют разные стратегии. Поэтому оптимальная согласованность их взаимодействия достигается только в определенный временной промежуток, по истечении которого компенсаторные возможности организма, определяемые его генотипом, снижаются. Рассогласованность функционирования органных систем усиливается нарастанием рассогласования биохимических процессов на клеточном уровне. Становится невозможным эффективное управление процессами при данной системной организации, что ведет к нарушению целостности системы и ее разрушению.

Подобный механизм действует на видовом, групповом и популяционном уровнях. Любое сообщество, любая совокупность взаимодействующих живых организмов (сообщество бактерий, насекомых, косяк рыб, стая птиц, стадо млекопитающих) имеют свои специфические формы самоорганизации. Это может быть пирамидальная структура (как у муравьев или пчел), на вершине которой находится матка либо структура с вычленением элитных особей (вожаков), обретающих абсолютную власть над стадом. Самоорганизация живых организмов происходит под воздействием объективных законов природы и энергии, поступающей по пищевым цепям.

При наличии в среде обитания неограниченных ресурсов и благоприятных условий рост численности любого вида подчиняется экспоненциальному закону. Однако. в процессе эволюции Земли природно-климатические условия изменяются и порой существенно, рано или поздно уменьшается количество ресурсов, необходимых для поддержания его целостности. Борьба за ресурсы порождает внутривидовую и межвидовую конкуренцию, что повышает энтропию системы. Вид теряет свою устойчивость. Адаптируясь к изменившимся условиям, он вынужден изменяться. Если этого не происходит, то он вообще вымирает, как это случилось с древними гигантскими растениями и животными.