Философия_возм.как факт.напр.хим.эвол

Эволюция как отбор возможностей. Многообразие химических возможностей и их иерархия по степени общности. Изначальная направленность отбора и эволюции. Главные возможности и основная полнота возможного содержания химической материи. Понятие формы основной полноты возможного химического содержания. Биохимическая и геохимическая формы основной полноты. Направленность химической эволюции на живое.

Развитие есть процесс реализации возможностей, присущих материи. Развитие химической формы материи является процессом реализации ее возможностей, которые (исходя из способа существования этой формы – субстратного химического синтеза) являются возможностями соединения атомов химических элементов в различных по их количеству и качественному разнообразию сочетаниях – возможностями появления разных химических соединений. Разнообразие соединений, формально допускаемое свойствами химических элементов, колоссально и намного превышает количество вещества во Вселенной. Например, углеводород С200Н402 может иметь 1087 изомеров, а белок с молекулярным весом 34000 (для сравнения: молекулярный вес гемоглобина человека – 64000), в котором 12 разных аминокислот присутствуют в одинаковых количествах, – 10300 изомеров1, притом, что число нуклонов (протонов и нейтронов) во Вселенной имеет порядок всего 1080. Отсюда следует, что в эволюции химической материи от ее возникновения до появления жизни (и далее) на самом деле реализуется ничтожная доля в принципе возможных соединений, возникают немногие из них и, значит, имеет место отбор, допускающий к реализации одни возможности и не допускающий другие. В

этом отношении эволюция есть отбор возможностей. Он действует,

например, через наличие или отсутствие условий реализации возможности конкретного соединения. Однако ответ на вопрос, почему в ходе химической эволюции возникают одни соединения и не возникают другие, можно было бы ограничить ссылкой на условия, если бы содержание последних всегда было внешним по отношению к содержанию химических возможностей и не зависело от их реализации. Это справедливо лишь для немногих первых соединений, возникающих в чисто физических условиях, в то время как условия возникновения остальных соединений уже имеют химическую составляющую. Ее имеют, например, молекулярные облака межзвездной среды, газопылевые

69

туманности, кометы, планеты и подобные им объекты, в условиях которых происходит синтез новых соединений. Следовательно, эти условия сами являются результатом отбора и реализации каких-то химических возможностей, что возвращает нас к вопросу, почему возникают одни и не возникают другие соединения, который теперь включает аналогичный вопрос о возникновении самих условий. Это включение отражает то очевидное, в общем, обстоятельство, что реализация одних возможностей создает, не создает или ликвидирует условия реализации других.

Тем не менее, отбор возможностей – реальность, и мы обсудим здесь проблему его направленности, исходя из содержания сферы химических возможностей и не касаясь пока механизмов отбора. Направленность отбора выражается определенной временно й последовательностью его результатов, что соответствует этапам и ступеням химической эволюции. Если определенная направленность присуща отбору как необходимая с самого начала эволюции, то ее выражает и один окончательный его результат. Им может быть, например, возникновение живой материи. Если же окончательный результат не необходим по отношению к началу и промежуточным ступеням эволюции, он мало что говорит о направленности отбора. Она оказывается случайной в его отношении, и если бы химическая эволюция неоднократно начиналась при одинаковых физических условиях, итог (и промежуточные результаты) отбора каждый раз существенно отличался бы от предыдущего. Один раз возникала бы, допустим, жизнь, другой – что-то совсем другое. Развитие всегда включает момент запоминания случайного выбора (об этом, в частности, говорят синергетика и термодинамика), но он невозможен, если не выражает никакой необходимости, которая определяла бы характер подлежащих отбору случайностей, ограничивала бы их количество или способность их

«запоминать», или то и другое2. Подобные ограничения отчасти накладывает само содержание возможностей химической материи, поскольку оно имеет определенную упорядоченность, организацию и потому является элементом детерминации направления химической эволюции. Тривиальной иллюстрацией этому служит то, что одни возможности могут переходить в действительность не до, а только после реализации других. Белки, например, не появляются раньше аминокислот. Менее тривиально предлагаемое далее понимание детерминации направленности отбора и химической эволюции этим содержанием, отраженное на схеме 6.

Очевидно, что химические возможности различаются по сте-

пени общности и существует их иерархия от уровня единичных воз-

70

можностей (е) отдельных соединений до химически всеобщей (вс) возможности «соединения вообще», связанной с ним несколькими переходными уровнями возможностей уменьшающейся общности (о, … о,о,о). Возможностям, которые фактически реализуются в ходе эволюции, соответствуют «жирные» значки е, о, о, о, …о, вс. Хотя раз-

ее́е е е ́е е е е е е е ́е е е е е е́е е е е е ́е е е ́е е́е е е́е е е е е ́е е е е е е е е ́е

оо о́о о о́о о о о́о о о о́о о́о о́о о о́ о о о о́о о о о о о о о́о о́о о́о

о́ о о о́ о о́ о́ о о́ о о о́ о о́ о́ о

о́ о́ о́ о́ о́ о́ **

……………….

о́ о́

в́с

Схема 6. Иерархия возможностей по степени общности. Пояснения в тексте.

мер значка увеличивается в направлении возрастания степени общности возможности, ее содержание в этом направлении уменьшается, поскольку «общее» здесь имеет смысл абстрактно-общего или общегосходного и выполняется известное правило формальной логики: чем больше объем понятия (количество охватываемых им предметов), тем беднее его содержание. Возможность химического «соединения вообще» беднее возможности, например, этилового спирта. Поскольку этанол является и спиртом, и ациклическим, и органическим, и вообще химическим соединением, его возможность включает содержание всего ряда соответствующих этому более общих возможностей. Поэтому

все они оказываются реализованными, если реализуется единичная возможность этилового спирта. На схеме этому соответствует ломаная пунктирная линия, соединяющая возможности разных уровней общности. Очевидно, что количество и разнообразие возможностей существенно уменьшается с увеличением степени их общности – общего, так сказать, заведомо меньше, чем особенного и единичного – и это постепенно сокращает – вплоть до закрытия – потенциальное поле действия отбора, одновременно увеличивая, если так можно выразиться, реализуемость возможности по мере увеличения степени ее общности.

71

Что дает такая схема и ее свойства для решения проблемы изначаль-

ной направленности отбора и эволюции?

Примем, что схема действительно соответствует некоему объективному окончанию химической эволюции, выраженному набором отдельных соединений, возможности которых были отобраны к реализации из огромного массива всех единичных возможностей. Из сказанного выше следует, что при этом обязательно будут реализованы все возможности, начиная с некоторого уровня их общности – на схеме он отмечен значком (**) – и, значит, отбор не действует, реа-

лизуя одно и не реализуя другое, на этом и более общих уровнях химически возможного. Здесь к реализации предопределено все. Под-

черкнем, что уровень (**) содержательнее нижележащих уровней возможного, в чем состоит его особая ценность при анализе направленности отбора и эволюции. Его содержание – куда входит и содержание нижележащих уровней возможного – не является предме-

том отбора, поскольку реализуется полностью, но оно включено в содержание подлежащих отбору менее общих возможностей и этим

предопределяет направленность их отбора как необходимую, а не просто вытекающую каждый раз из предшествующего «случайного выбора». В этом свете изначальную направленность отбора и эволю-

ции можно понимать как их направленность на реализацию в части

возможного многообразия отдельных соединений всех без исключения возможностей, начиная с некоторого уровня их общности – на фор-

мирование такого набора соединений, в котором будет актуализировано все содержание возможностей этого уровня. Имеющий такую направленность отбор состоит в том, что не допускает к реализации те единичные возможности, осуществление которых исключало бы полную реализацию возможностей этого уровня. Он не обязательно реа-

лизует также и те единичные возможности, которым есть равноценная замена, если случайно выбирает замену. Поскольку возможности об-

суждаемого уровня общности (**) придают направленности отбора и

в этом отношении – химической эволюции необходимый характер, их можно определить как основные или главные возможности химической материи. Определим формируемый отбором и реализующий эти возможности набор соединений как их оптимальное многообразие. В его содержании можно выделить две составляющие: одна соответствует содержанию основных химических возможностей, вторая – тем особенностям этих соединений, которые отбираются (с элементом случайности) из многих возможных и обеспечивают в итоге присутствие в этом содержании первой составляющей (поскольку общее не существует без особенного и единичного). В этом контексте, создавая

72

вторую составляющую, отбор как бы создает «оболочку» для первой,

содержание которой и определяет, однако, его направленность. На-

зовем это содержание – по аналогии с основными, главными воз-

можностями – основной полнотой возможного содержания химиче-

ской материи. Используя введенные определения можно заключить,

что эволюция и отбор необходимо направлены к достижению ос-

новной полноты возможного содержания химической материи в оптимальном многообразии химических соединений, и сделать одну оговорку. Она состоит в том, что «необходимо» относится здесь к сфере возможного, которой далеко не исчерпывается природа необходимости.

Мы получили формальную и довольно абстрактную модель, которая допускает распространение на другие формы материи просто путем замены терминов. Заменив, например, «химическое соединение» на «биологический вид», а «спирт», «ациклическое», «органическое» и «вообще химическое» (соединение) – на «лошади», «непарнокопытные», «млекопитающие» и «вообще организмы», можно приниматься за биологию. Окажется, что биологические эволюция и отбор тоже должны быть направлены к достижению основной полноты возможного биологического содержания в оптимальном многообразии биологических видов. О том, что это не пустые слова, говорит надежда ряда биологов3 построить, основываясь на каких-то фундаментальных закономерностях строения организмов, такую систему, которая исчерпывала бы круг их возможных общих форм и имела бы вид таблицы с «априорной» (в смысле «изначальной для живого») необходимостью «заполняемой» эволюционным процессом. Это весьма близко идее основной полноты возможного содержания и направленности эволюции на ее достижение.

Абстрактность модели чревата скептическим вопросом: «Ну и что?» Действительно, ее свойства таковы, что она гарантирует изначальную направленность эволюции… на любой результат. Каких бы и сколько единичных возможностей ни было реализовано, в них обязательно обнаружится содержание, которое будет формально соответствовать понятиям основной полноты возможного содержания и основных возможностей, набор которых будет меняться в зависимости от того, какие и сколько единичных возможностей перешли в действительность. Уровень основных возможностей в этой модели плавающий: если уменьшить разнообразие реализуемых возможностей уровня «е», уровень основных возможностей может опуститься, скажем, до

«о», а если увеличить – подняться до «о» и т.п. Из модели еще не следует, какие возможности на самом деле являются основными воз-

73

можностями и к чему же в итоге с необходимостью направлена эволюция. Это, однако, не основание отказаться от ее использования.

Во-первых, «плавучесть» уровня основных возможностей в мо-

дели говорит о том, что и любой промежуточный результат эволюции

иотбора имеет изначально необходимую составляющую. Во-вторых,

модель является средством анализа и интерпретации конкретнонаучного материала, который загружается в нее извне и должен быть достаточным для объективной оценки содержания основной полноты химической материи. Наконец, сама модель имеет свойства, указывающие на характер критерия основной полноты возможного химического содержания.

Допустим, наша схема соответствует основной полноте химического содержания, реализованы все единичные возможности, ведущие к оптимальному многообразию химических соединений, и оно уже существует. Возможно ли продолжение химической эволюции, и как его характеризовать? Оно возможно, поскольку остается «море» нереализованных единичных возможностей (е е е…е е е е…) и поскольку уже существующее оптимальное многообразие отдельных соединений равнозначно новым условиям реализации тех возможностей, которые раньше не были допущены отбором к осуществлению. Одна-

ко все главные возможности уже реализованы, и если начальный этап эволюции был их последовательным осуществлением, то ее продол-

жение ничего не добавляет к наличному содержанию основной полноты химической материи, в этом отношении эволюция закончена – раз

инавсегда. Если закрыть на это глаза и рассматривать ее продолжение как не имеющий предшественника процесс, окажется, что и он в тен-

денции направлен к достижению основной полноты возможного хи-

мического содержания, но в иной, чем создана его предшественником, «оболочке». Это следует из того, что любая единичная возможность отдельного соединения включает содержание каких-то возможностей, относящихся к каждому уровню иерархии их общности (напомню, что на схеме это отражает пунктирная линия, соединяющая возможности разных уровней). Так как основных возможностей заведомо меньше, чем единичных, дополнительная реализация определенного разнообра-

зия последних должна вести к повторной реализации всех основных возможностей. На схеме такому результату соответствует знак «ударение» над некоторыми вновь и «вновь» реализованными возможностями, «вновь» означает повторную реализацию.

Не исключено, что в долговременной перспективе химическая эволюция имеет этапы, соответствующие воспроизведению основного химического содержания во множестве вариантов. Это требует поня-

74

тийного закрепления. Им может служить – по аналогии с понятиями «форма материи», «основная форма материи» – понятие формы ос-

новной полноты возможного содержания химической материи.

Этой форме отвечает оптимальное множество и многообразие соединений во всем его содержании, которое, как уже говорилось, имеет две составляющие: основную полноту и ее «оболочку» – те особенности соединений этого многообразия, которые совместно обеспечивают присутствие в нем содержания основной полноты. Разумеется, эти составляющие физически неразрывны как общее и особенное, но вторая может варьировать, оставаясь на «якоре» первой. Условный пример такого отношения. Допустим, что в одной форме основной полноты «кислотность» как элемент этой полноты обеспечивается серной кислотой, а в другой форме – лимонной. При этом формы различаются не «кислотностью», а ее «серностью» и «лимонностью».

Если возможны разные по содержанию формы одной и той же основной полноты химического содержания, то кроме него они долж-

ны различаться характером пространственно-временной организа-

ции этого содержания – формой в собственном, более узком смысле этого слова. Наивно полагать, что, знай мы содержание основной полноты и располагай коллекцией соединений с подходящими свойствами, мы располагали бы особой формой этой полноты и могли менять ее, переставляя посуду и периодически обновляя коллекцию. Форма в этом смысле предполагает взаимодействия, функциональные связи

между предметами, объединяющие их в такое целое, которое в той или иной мере само, изнутри поддерживает свой состав и тенденции его изменения, определяет количественное и пространственное соотношения своих компонентов, свои пространственно-временные масштабы, границы и т.п. Такое целое является естественным телом, как его понимал В.И.Вернадский4. Например, молекула по этим признакам является естественным телом, а грамм-молекула (количество граммов вещества, численно равное его молекулярному весу) не является, поскольку не существует физических и химических связей и реакций, предопределяющих разделение или собирание вещества именно в грамм-молекулы как изнутри присущую ему форму существования. Упомянутая коллекция тоже не является естественным телом. Если же химическая эволюция действительно имеет этапы, соответствующие последовательному становлению ряда форм основной полноты химического содержания, то человеку, видимо, придется искусственно создавать какие-то из них, используя при этом принципы организации естественных тел.

75

Вероятность существования разных форм основной полноты химической материи позволяет найти в модели, хотя и несколько смутный, критерий этой полноты. Если в природе имеется два богатых содержанием и сравнимых по этому богатству, но вместе с тем очевидно и принципиально различных варианта химизма, обладающие признаками естественных тел, частичное совпадение их содержаний и может явиться основной полнотой. Чем богаче содержанием эти варианты, тем больше вероятность, что они совпадают именно в основной полноте, а не в одном из ее фрагментов или на уровне более общем и менее содержательном, чем интересующий нас уровень (**) на схеме 6.

Теперь расскажите все это себе сами, и приступим к загрузке нашей модели конкретно-научным материалом.

Начнем снизу – с атомов химических элементов и всеобщей химической возможности их соединения. Периодический закон и аппарат квантовой химии позволяют теоретически судить о возможностях существования разных соединений, часто находя их раньше, чем обнаруживаются или синтезируются сами соединения. В этом отношении химия выгодно отличается от биологии, не имеющей пока эффективных средств определять, какие организмы в принципе возможны. Кроме того, о части возможностей можно судить ретроспективно – по наличному многообразию соединений (они когда-то были возможны), а по их научной классификации можно установить иерархию общности их возможностей. Полнота ретроспективной реконструкции будет снижаться в направлении массива единичных возможностей, но, вероятно, она будет полной вплоть до некоторого уровня общих возможностей. Эта реконструкция не позволит точно определить содержание основных химических возможностей, но укажет на характер его структуры, соотношение разных его составляющих.

Для реализации основных химических возможностей необходим определенный набор (разнообразие) химических элементов, которые существенно различаются вкладом, вносимым ими в этот процесс. Непосредственный вклад инертных газов, например, исчезающе мал. Максимален вклад элементов-органогенов (Н, О, С, N, P, S) во главе с углеродом. Число возможных соединений на основе углерода по некоторым оценкам на 5-7 порядков больше, чем на основе других элементов. Из примерно 10 млн. известных соединений органические соединения составляют 96% , на долю неорганических соединений приходится около 400 тысяч, причем многие из них тоже имеют в своем составе элементы-органогены как, например, окислы или кислоты. Подавляющее большинство соединений является соединениями ато-

76

мов трех первых периодов таблицы Менделеева, представленных химически активными элементами, включая органогены. Сравнительно небольшой совместный вклад элементов остальных периодов в многообразие соединений, в общем, снижается – в расчете на элемент – к концу периодической системы. Этому есть объяснение.

Химическое разнообразие соединений зависит, в том числе, от

выраженности химических различий составляющих их атомов. Эти различия – смысл периодического закона – наиболее выражены у элементов «типических» периодов – второго и третьего. Далее они начинают – сначала незначительно – сглаживаться, что обусловлено закономерностями заполнения электронных оболочек у атомов четвертого и следующих периодов. В шестом и седьмом периодах сглаживание нарастает до того, что по 15 элементов (лантаноиды и актиноиды, соответственно) вообще занимают в них одно и то же место, т.е. почти не различаются химическими свойствами. Если бы атомы восьмого периода были устойчивы, характерное для периодического закона изменение их химических свойств было бы, по-видимому, совершенно размыто5.

Основные возможности химической материи относятся к общим возможностям, и их различия по содержанию в среднем более глубоки, чем аналогичное среднее различие единичных возможностей. Это вытекает из следующего. При одинаковом диапазоне или размахе различий в рядах общих и единичных возможностей (органическое «соединение-вообще» отличается от неорганического «соединениявообще» не больше и не меньше, чем, например, С2Н5ОН – от K2SO4) общих возможностей заведомо меньше, чем единичных. Следовательно, базой реализации основных возможностей должны быть именно элементы с ярко выраженными различиями химических свойств, т.е. элементы начала периодической таблицы, где располагаются и главные элементы-органогены.

Исходя из свойств химических элементов, наиболее общими можно считать возможности неорганических и органических соединений. В свете сказанного выше следует допустить, что основная полнота содержания неорганического типа химизма заключена в соединениях элементов трех первых периодов между собой с добавкой соединений остальных элементов не столько друг с другом, сколько с элементами первых периодов. Не исключено, что набор существующих в природе элементов в данном отношении даже избыточен, и элементы конца периодической системы не необходимы для этого. Основная полнота химизма органического типа, по-видимому, требует в основном элементов-органогенов и, может быть, немного других эле-

77

ментов первых периодов. Это связано с тем, что у органических соединений своеобразными дополнительными «атомами» выступают радикалы – группы атомов-органогенов (метильная группа -СН3 , спиртовая группа -СН2ОН, аминогруппа -NH2 и множество других), которые присоединены к цепочкам атомов углерода разной длины и конфигурации. Это и обеспечивает крайнее разнообразие органических соединений, их свойств и реакций. Возможность «органического соединения-вообще» распадается (при движении вверх по схеме) на три менее общих возможности – ациклических, изоциклических и гетероциклических соединений. Первые имеют незамкнутый (линейный или разветвленный) углеродный остов. Вторые – кольцеобразный остов как, например, у фенола. Третьи – остов-кольцо, который включает наряду с углеродом атомы других органогенов (азота, серы, кислорода). Каждая из этих возможностей распадается далее на некоторое множество – менее общих. Гетероциклическая возможность, например, распадается в соответствии с тем, сколько атомов имеет цикл, какие и сколько в нем гетероатомов (S, N, O), имеются ли в цикле двойные связи или нет, конденсированы (объединены) ли в соединении несколько циклов и каких или нет и т.д. Эти возможности ветвятся дальше в соответствии с тем, какого типа группы и радикалы присоединены к гетероциклам.

Данный обзор можно продолжить по учебникам органической химии, но уже ясно, что схема 6 подлежит уточнению. По-видимому, иерархия возможностей органического химизма содержит больше уровней, чем такая же иерархия неорганического химизма, и массив основных возможностей имеет подобие рельефа, местами поднимаясь к массиву единичных возможностей, местами уходя от него в глубину. Подъем характерен неорганическому химизму, впадина – органическому. Поэтому при их движении к основной полноте содержания характер отбора единичных возможностей может несколько различаться. В первом случае у отбора меньше химически равноценных вариантов (замен), элемент случайности в его действии невелик и высока степень изначальной предопределенности его конкретного результата. Во втором – в какой-то степени наоборот, что дополнительно увеличивает итоговое разнообразие органических соединений.

Попытка характеризовать основные химические возможности исходя из свойств химических элементов и их «соединительных» способностей недостаточна для их (возможностей) точного определения, но, в принципе, многое говорит о структуре их многообразия. Обра-

тим внимание на то, что распространенность химических элементов во Вселенной, в общем, соответствует этой структуре. Элементы,

78