11.3.5. Физическая эволюция л. Больцмана и биологическая эволюция ч. Дарвина

Мы уже обсуждали ранее, что имелось противоречие между моделью эволюции Больцмана для неупорядоченных, но стремя­щихся к равновесию изолированных систем неживой природы и эволюцией Дарвина для высокоупорядоченных структур живого организма. В общем смысле под эволюцией понимается процесс длительных, постепенных, в основном медленных изменений, но которые в конце концов создают качественно новые измене­ния, приводящие к образованию уже других структур, форм, ор­ганизмов и их видов.

В 1859 г. английский естествоиспытатель Ч. Дарвин (1809— 1882) и английский натуралист А. Уоллес (1823—1913) предста­вили в лондонское Линнеевское общество совместный доклад о механизме, обеспечивающем направленность эволюции. В до­кладе была высказана главная идея этого механизма — естест­венный отбор, согласно которому живые организмы могут само­совершенствоваться, эволюционировать в сторону все большей приспособленности к среде обитания и таким образом виды жи­вых организмов могут изменяться. На большом фактическом материале ими было показано, что в целом развитие организмов в историческом плане идет от простых одноклеточных до много­клеточных млекопитающих, т.е. по восходящей линии — от простого к сложному, упорядоченному.

Более того, Ч. Дарвина и А. Уоллеса можно считать в извест­ном смысле предтечами биологической синергетики, поскольку из этих идей вытекало, что порядок и целесообразность могут спонтанно возникать из беспорядка. Механизмом такой эволю­ции является естественный отбор, а материалом для отбора — наследственная изменчивость. Отметим, что заслугой Дарвина является не сама идея эволюции, этим вопросом занимались и Аристотель, шведский натуралист К. Линней (1707—1778), французский биолог Ж. Ламарк (1774—1829), и другие ученые, а то, что он первым увидел в природе принцип естественного отбора.

Заметим, однако, что к идее естественного отбора практически одновремен­но с Ч. Дарвином. пришел и малоизвестный натуралист (ставший впослед­ствии основателем зоогеографии) А. Уоллес, который использовал в своих предположениях работу английского экономиста Мальтуса (1776—1834) «Опыт о законе населения». Свои результаты в виде небольшой брошюры в 20 страниц он и отослал Дарвину в 1858 г., результатом чего явился их сов­местный доклад. Однако когда в 1859 г. появилась книга «Происхождение видов путем естественного отбора», то автором ее был только Ч. Дарвин [72]. И мы теперь связываем эту теорию именно с Ч. Дарвином. Книга вышла 24 ноября 1859 г., и все 1250 экземпляров были распроданы в пер­вый же день. Как говорили современники Дарвина, по своему воздействию на человеческое мышление она уступала только Библии.

Физическая эволюция Больцмана для изолированных систем в рамках равновесной термодинамики, как мы уже знаем, вела именно к установлению равновесия, к равновесному распреде­лению хаотических состояний. Может быть, поэтому классиче­ская физика не интересовалась развитием систем. Классические физические представления, в том числе и квантовая механика, могли объяснить, как устроена природа на атомно-молекуляр­ном уровне, но не отвечали на вопросы, каким образом она по­лучилась именно такой и как правильно определить, в каком на­правлении должно развиваться живое. Таким образом, согласно Ч. Дарвину, имеется высокая упорядоченность живой материи и имеется полная разупорядоченность, в конечном итоге, в нежи­вой природе по физической модели Больцмана.

В природе, в том числе и живой, присутствуют одновремен­но процессы, приводящие и к хаосу, и к порядку, более того, их взаимодействие происходит гармонично, что позволяет ис­пользовать принципы и идеи синергетики к эволюции и сни­мает кажущееся противоречие между моделями развития Больцмана и Дарвина в синтетической теории эволюции. Вто­рой закон термодинамики в современном представлении отра­жает необратимость всех реальных процессов в живой и нежи­вой природе и тем самым может являться всеобщим законом развития материи.

Физический же смысл эволюции состоит во все большем уда­лении живого от равновесия, от состояния той первичной среды, в которой оно возникло. При этом необходимым элементом эво­люции является хаотичность системы, которая подтверждается вероятностью поведения природных систем. Условия возникнове­ния хаотичности в эволюции существуют для абсолютного боль­шинства физических, химических, биологических структур. За­метим также, что биоэнергетическая направленность эволюции определяет повышение в целом энергии жизнедеятельности жи­вого, перераспределение которой в организме происходит в со­ответствии с законами неравновесной термодинамики и увели­чивает преимущество организма в борьбе за существование и приспособление к окружающей среде

.

11.4. Физическая интерпретация биологических законов

Скорее ураган, проносящийся по кладбищу старых самолетов, собе­рет новехонький суперлайнер из кусков лома, чем в результате случайных процессов возникнет из своих компонентов жизнь.

Викрамасингхе

Неудивительно, что случай имеет:. над нами такую огромную ела ведь то, что мы живем, — случайность.

Сенека''

Я обеща/i вам говорить правду, но никогда не обещал говорить всЮ правду.

У. Черчилль

'

Что может еще привнести физика возникающего в современ­ные представления о живом? На основе каких физических моде­лей можно объяснить те или иные особенности живых организ­мов? Рассмотрим эти вопросы сначала в макроскопическом представлении. Прежде всего отметим, что мир живого необхо­димо представлять как целостную систему, мир растений и жи­вотных един и поэтому должны существовать общие законы раз­вития живой природы. В то же время живая природа является неоднородной целостной системой, которой свойственна иерар­хическая организация.

Эту реальную иерархию живой природы классифицировал еще К. Линней и затем развил Дарвин. Причем само возникновение иерархии, завершившееся в живой природе видообразованием, определяется естественным отбором и наследственностью. Не­смотря на статистический характер взаимодействия биологиче­ских объектов, в живой природе системы формируются не слу­чайно, а в определенном порядке, который может быть описан с помощью системного анализа иерархии сложных систем. В этом смысле возникновение жизни — системный процесс. А обмен ве­ществом, энергией и информацией является основным интегри­рующим фактором, создающим и поддерживающим органиче­скую целостность жизни. Один из главных признаков живого со­стоит в приспособлении (адаптации) организмов к внешней среде при взаимодействии с ней. Специфичными формами адап­тации можно считать организацию жизни и ее эволюцию.

Организация живого организма связана с упорядочением его элементов, частей, целевой функцией которого является дости­жение полезного результата и сохранение системы. В этом и есть смысл целеполагания самоорганизующихся систем и живых ор­ганизмов. Самоорганизация реализуется через адаптацию, и

,

следовательно, приспособляемость является причиной из­менения живого. Для существования и развития жизни необхо­димо целесообразное, т.е. способствующее сохранению системы, реагирование на воздействие внешней среды, и адаптация здесь выступает в качестве основного системообразующего фактора живых систем. Можно считать, что саму жизнедеятельность лю­бого организма следует рассматривать как приспособляемость в условиях эволюции. В этом смысле адаптация — общебиологи­ческий принцип [204].