книги из ГПНТБ / Драбкин, А. С. ЭВМ и живой организм

ки могут пройти активированные мономеры. Полимер­ ные же молекулы сквозь стены не проникают.

Внутри ящика происходит полимеризация мономеров. Идет там и противоположный процесс — распад поли­ мерных цепей. Кроме того, цепь может служить как бы матрицей для сборки собственных копий из свободных мономеров (репликации). При сборке копий возможны ошибки.

При условии, если обеспечено постоянство концентра­ ций мономерных единиц и суммы всех полимерных це­ пей, в системе начнутся естественный отбор и эволюция.

В ходе работы Эйген анализировал особую величи­ ну — «селекционную ценность» цепей. Ее значение опре­ деляется соотношением скоростей репликации и распа­ да с учетом наличия мутаций.

Таким образом, физико-химическое толкование эво­ люции и отбора на уровне макромолекул базируется на анализе скоростей реакций полимеризации и распада.

Как видим, фактор времени оказывает влияние даже на такие образования, которые находятся на предбиологическом уровне существования живого. С совершен­ ствованием биологической структуры организмов фак­ тор времени приобретает едва ли не решающее значение в их эволюции.

Пока что разговор о временных связях имел весьма общий характер. Если же посмотреть на дело более конкретно, то можно увидеть различия разительные. Скажем, действие относительно постоянных факторов отличается от действия повторяющихся внешних воз­ действий. Периодическое или непериодическое воздей­ ствие относительно постоянных внешних факторов при активном передвижении живых существ отличается от действия никогда не повторяющихся факторов.

В чем же особенность каждой из этих форм? Для простоты объяснения начнем с последней.

Символически такие воздействия можно обозначить

30

«1», «2», «3» .... При этом под каждым числом понима­ ется явление, никогда не повторяющееся в жизни орга­ низма.

Если от уникальных явлений перейти к повторяю­ щимся последовательным событиям, то их можно символически выразить, например, как «1—2—3—4», «1—2—3—4»... Здесь под каждой цифрой понимается повторяемость компонентов в одном и том же порядке. Это могут быть смена утра, дня, вечера и ночи.

Мы можем иметь дело также с последовательными, но не периодическими явлениями (например, туча, мол­ ния, гром, обозначенные комплексом чисел «5—6—7»), В этом случае запись воздействия периодических и непериодических явлений может выглядеть так: «1(5—6—7)2—3—4», «1—2 —3—4», «1—2—3—4»... Тем самым символически мы обозначили место грозы в ряду смены времени суток.

Если мы говорим о тех же самых воздействиях, но при активном перемещении живого организма (напри­ мер, нерестовые перемещения рыб), мы должны будем дополнить нашу символическую запись еще одним чис­ лом, характеризующим такое перемещение. Так, пос­ ле обозначений времени года появится обозначение «пе­ ремещение к нерестилищам», и последовательность со­ бытий вернется к началу периода.

Постоянно действующие факторы, такие, как, напри­ мер, химический состав атмосферы, являются существен­ ной, но, видимо, не требующей пояснений формой вре­ менной связи живой и неживой природы.

Очевидно, можно было бы дополнить эту характерис­ тику понятием относительной устойчивости воздействия. Например, дерево, растущее на берегу реки, до тех пор дает приют птицам, пока вода не подмоет его корни и оно не рухнет. Однако для наших рассуждений отно­ сительность устойчивости не имеет решающего значения, ибо мы хотим обратить внимание на иной аспект

31

временной структуры мира — на последовательность воз­ действий внешних факторов и их повторяемость.

Можно утверждать, считает академик П. К- Анохин, что основой развития жизни и ее отношения к внешне­ му неорганическому миру были повторяющиеся воздей­ ствия этого внешнего мира на организм. Именно такие воздействия, как результат изначальных свойств прост­ ранственно-временной структуры неорганического мира, обусловили всю анатомическую организацию и приспо­ собительные функции первичных живых существ. В этом отношении организация живых существ представляет собой в подлинном смысле слова отражение простран­ ственно-временных параметров и конкретной среды оби­

тания.

Ну, а как быть с неповторяющимися факторами? Никогда не повторяющиеся воздействия не оказыва­ ли, очевидно, какого-либо решающего влияния на эволюцию форм приспособления животных к внешнему миру, хотя и могли привести, например, к гибели какихто отдельных существ (достаточно вспомнить, как птицы во время исключительно сильных морозов замерзают на

лету).

Представим себе на минуту иное положение: сущест­ вуют только последовательные и никогда не повторяю­ щиеся явления. Смогла бы тогда развиваться на Земле жизнь в нынешнем ее виде? Нет, не могла, считает ака­ демик Анохин. Живой организм не мог бы иметь устой­ чивой и прочной структуры, потому что структура появ­ ляется лишь как следствие отражения повторяющихся воздействий. Проще говоря, живые организмы не смогли бы приспособиться к неживой природе.

Как же обстоит дело с иными воздействиями — пос­ тоянными?

Сначала нужно договориться о том, что считать пос­ тоянным. Наличие кислорода в атмосфере есть фактор, действующий на протяжении всей истории существова­

32

ния живого на земле. Относительно менее постоянно, например, выветривание скальных пород. Наконец, еще менее постоянно влияние какого-либо мелиоративного преобразования — скажем, создание оросительных сис­ тем. Таким образом, все дело в том, как конкретно со­ относится продолжительность того или иного жизненно­ го цикла организма и длительность внешнего воздейст­ вия. В общем же случае так называемые постоянные факторы можно считать лишь очень большими звенья­ ми в цепи последовательных явлений.

Итак, перебрав различные воздействия и явления, остается лишь сделать бесспорный вывод: повторяющие­ ся последовательные воздействия представляют собой универсальную форму связи уже сложившихся живых существ с окружающей их средой.

У любознательного читателя немедленно встает воп­ рос: с помощью каких же конкретных механизмов жиз­ ненно важные повторяющиеся события приспосабливают организм к себе? В каких интимных процессах живых клеток могли бы отразиться повторные воздействия внешнего неорганического мира на уже оформившиеся

Как считают ученые, простейшие живые существа нашей планеты представляли собой «открытые системы», кото­ рые были связаны с окружающей средой через ряд хи­ мических превращений. Эти превращения начинались на границе живого многомолекулярного образования. Они продолжались целой цепью отдельных реакций и закан­ чивались вредным или полезным для жизни итогом.

Каждое из внешних, по отношению к организму, яв­ лений отражается в химическом составе самого живого существа в форме более или менее длинных цепей хими­ ческих превращений. Эта цепь реакций может иметь ха­ рактер обмена веществ между организмом и средой.

В З Р Ы В А Ю Щ А Я С Я Ц ЕП Ь

Дело в том, что между последовательными воздей­ ствиями внешнего мира и реакциями на них со стороны живого вещества существует определенное несоответ­ ствие. Если рассматривать эти процессы с точки зрения времени их осуществления, то в глаза бросится одна за­ кономерность. Внешние события могли происходить в са­ мые разные периоды времени и иметь самые разные ис­ токи. Вместе с тем все эти явления отражались на одном и том же живом существе. При этом в живой материи возникали различные химические реакции, развивавши­ еся опять-таки в замкнутом объеме живого образования. Реакции эти могут протекать с различными скоростями, в том числе и с очень большими.

Живая материя «суммирует», «интегрирует» различ­ ные воздействия окружающего мира. Последовательно повторяющиеся ряды внешних воздействий, пусть даже разделенных большими интервалами, получили возмож­ ность объединять и отражать себя в быстрых химичес­ ких превращениях живого вещества.

Время как бы разделилось. Одно время — для внеш­ них событий, другое время — для их отражения в живом организме. Деление это, конечно, условное. Для нагляд­ ности. Для наглядности же приведем один пример.

Внешние факторы (скажем, морской прилив и последу­ ющий отлив) воздействовали на организм в непрерыв­ ной последовательности в течение суток. Следовательно, химические реакции, развивавшиеся в организме и соот­ ветствующие каждой стадии такого воздействия, разви­ вались тоже в течение суток. Однако поскольку хими­ ческие реакции разыгрывались в небольшом, но весьма сложном образовании, отдельные части которого тесно связаны друг с другом, происходило, как считает П. К. Анохин, очевидное взаимодействие этих реакций. Различные последовательные воздействия на организм привели к образованию ответных реакций; причем реак­ ций непрерывных и взаимозависимых.

В результате сложилась одна совершенно универ­ сальная закономерность: быстрое отражение в цепных химических реакциях организма медленно развертыва­ ющихся событий внешнего мира. (Разумеется, мы упро­ щаем в высшей мере сложную, еще не до конца изучен­

ную проблему.)

Чтобы представить этот процесс более наглядно, вер­ немся к схематическому изображению явлений и собы­ тий, которые мы уже применяли раньше.

Допустим, что во внешнем мире развивается после­ довательный ряд некоторых явлений, которые мы обоз­ начим через 1, 2, 3. Пусть они действуют на организм в течение длительного времени, допустим, на протяже­ нии полусуток (под этими обозначениями могут быть зашифрованы, например, отдельные периоды дня). Каж­ дое из этих явлений вызывает в организме химическое превращение. Обозначим эти ответные реакции через

I, II, III.

Кроме того, примем, что ряд внешних воздействий на организм 1, 2, 3 (мы условились, что это может быть восход солнца, полдень и закат) систематически повто­ ряется на протяжении многих лет и имеет важное по­

36

ложительное значение для его существования. Допустим, что под их влиянием устанавливаются определенные постоянные цепи химических реакций, помогающие ста­ билизации жизненного процесса. Тогда в результате дли­ тельного и многократного повторения реакций в орга­ низме живого существа между отдельными звеньями таких химических превращений, очевидно, может уста­ новиться связь, а весь ряд реакций I — II — III превра­ тится в непрерывную цепь быстро развивающихся взаи­ модействий.

Все эти условия, создавшиеся уже на самых ранних этапах эволюции живой материи, привели к тому, что организм получил возможность отражать в микроинтер­ валах времени те последовательные события внешнего мира, которые по самой своей природе могут развивать­ ся только в макроинтервалах времени. Так, можно пред­ ставить себе постепенное развитие способности первич­ ных организмов отражать внешний неорганический мир не пассивно, а активно, с опережением явлений внешне­ го мира, развертывающихся последовательно и много­ кратно. Как указывают данные биохимиков, изучающих первичную жизнь, формирование цепей быстропротекающих химических реакций в организме, своеобразный катализ процессов, имел огромное значение для жизне­ деятельности, поскольку обеспечил течение обменных реакций именно в нужном направлении, а не в какомлибо другом. Ускоренное (по сравнению с внешними процессами) отражение внешних процессов в живой ма­ терии — вот один из фундаментальных принципов су­ ществования живого.

В самом деле, представим себе, что в живом орга­ низме установилась единая, общая цепь химических реакций. Ранее реакции вызывались последовательным действием внешних факторов 1—2—3. Если эти. факторы разделены значительными интервалами времени, то

37

теперь уже действие только одного первого фактора «1» способно вызвать всю последовательную цепь хими­ ческих превращений организма.

Так, можно представить себе создание в живом орга­ низме условий, при которых скорость химических реак­ ций организма опережала развертывание последователь­ ных, много раз повторяющихся внешних воздействий.

Таким образом, эволюция уже очень рано пошла по универсальному и единственно возможному пути при­ способления организма к внешнему миру. Глубокий смысл этого нового свойства первичного организма прежде всего состоит в универсальных и быстрых хими­ ческих реакциях его. Благодаря их многочисленному повторению, они образуют «дорогу», по которой хими­ ческие превращения «проносятся» с огромной скорос­ тью. Достаточно подействовать только на комплекс «I», соответствующий первому фактору внешних воздейст­ вий «1», как вся цепь химических реакций организма ока­ зывается «взорвавшейся», и процесс возбуждения почти мгновенно пробегает путь от «I» до «III».

Живой организм получил, очевидно, от такой формы реагирования на повторные группы воздействий огром­ ные преимущества. По сути дела, без опережающего развертывания цепей химических реакций трудно пред­ ставить себе даже существование амебы или усвоение ею пищи.

Вся история развития животного мира сегодня видит­ ся как наглядный пример усовершенствования универ­ сальной и самой древней закономерности, которую мож­ но было бы назвать опережающим отражением действи­ тельности.

Опережающее отражение действительности, как считает академик Анохин, есть основная форма приспо­ собления живой материи к пространственно-временной структуре неорганического мира, в котором последова­

38