Эволюция как сопротивление энтропии




Скачать 443.58 Kb.
НазваниеЭволюция как сопротивление энтропии
страница7/7
Дата публикации23.03.2013
Размер443.58 Kb.
ТипДокументы
vbibl.ru > Биология > Документы
1   2   3   4   5   6   7
^

Генетический «замысел» зиготы


Построение многоклеточного тела можно рассматривать как деятельность зиготы, направленную на создание оптимальных условий для сохранения и размножения клеток зародышевого пути. Курица — это способ, которым яйцо порождает яйцо. При таком взгляде вся эволюция сводится к эволюции зародышевого пути, непрерывной зародышевой плазмы, побочным результатом которой оказывается эволюция многоклеточных организмов, более высокоорганизованных монад2, чем клетки. Организмы различаются по уровню организации, тогда как генеративные клетки всех организмов являются одноклеточными и не могут быть представлены иерархически. Если это так, если, например, зигота человека мало отличается от зиготы дождевого червя, то как возникает конечная разница между человеком и червем? Это ведь должно быть предопределено в зиготах. Где источник новой информации, появляющейся в онтогенезе? Редукционисты склонны думать, что в онтогенезе никакой новой информации не возникает, что идет просто дублирование и переформулирование информации, содержащейся в хромосомах зиготы. П. Б. Медавар справедливо охарактеризовал такую точку зрения как самое беспомощное описание развития. О громадной разнице в информационном содержании между зиготой и взрослым организмом см., например, в работе (Riedl, 1978).

Онтогенез многоклеточного организма может быть представлен как разветвляющаяся последовательность необратимых трансформаций, каждый этап которой сопровождается появлением новой информации, не содержавшейся в структурах предшествующего этапа в явном виде и не выводимой из них однозначно в соответствии с каким бы то ни было алгоритмом. Новое содержится в предшествующем в качестве возможного. Эту скрытую (потенциальную) информацию зиготы я обозначил здесь термином «генетический замысел». Несмотря на креационистское звучание, он правильно отражает объективное содержание данной информационной категории, не имеющей аналогии в неживых системах, но весьма сходной с тем, что мы вообще вкладываем в понятие «замысел». Это не план, не проект, не модель. Это то, что нуждается в творческом воплощении.

Генетическим замыслом зиготы дождевого червя является дождевой червь, а генетическим замыслом зиготы человека является человек. Содержание генетического замысла последовательно, поэтапно развертывается в онтогенезе. Наглядные примеры реализации генетического замысла дают процессы самосборки субклеточных структур. В клетке существует группа генов, кодирующих рибосомные белки. После транскрипции этих генов и трансляции оказывается, что линейные последовательности аминокислот (полипептиды) содержат информацию для свертывания их в трехмерную белковую структуру. Далее оказывается, что эти трехмерные молекулы обладают специфическим сродством друг к другу и к молекулам рибосомных РНК. Они определенным образом соединяются между собой, образуя рибосому, молекулярную машину, предназначенную для синтеза полипептидов на матрице информационной РНК. Процесс сборки рибосомы идет самопроизвольно и необратимо, с созданием сложности, наделенной функцией (организации). Самосборка привела к появлению новой информации, не содержавшейся ни в ДНК, ни в белковых молекулах. Точно так же идет самосборка других сложных полиферментных комплексов (молекулярных машин), осуществляющих те или иные молекулярно-биологические процессы. Мы говорим, что белки обладают специфическим сродством друг к другу и взаимодействуют друг с другом и с другими компонентами клетки. Мы говорим также, что белки «узнают» друг друга. Это знание — результат эволюции организма как целого, включающей отбор на способность генных продуктов образовывать функциональные сложные структуры. Эта пригнанность, это сродство белков друг к другу не содержатся в явном виде в последовательности нуклеотидов в генах, кодирующих эти белки. О существовании этого сродства мы можем судить только a posteriori.

Можно возразить, что мы можем по последовательности нуклеотидов в гене судить о трехмерной структуре кодируемого белка, а затем и о возможном сродстве между белками. Однако фундаментальная теория, способная по первичной последовательности аминокислот в полипептиде предсказывать трехмерную структуру белка, невозможна. Теории свертывания полипептидов являются эмпирическими. Переход же отсюда к взаимодействию белков будет связан с еще большей неопределенностью. Следующие слои онтогенеза, идущие через взаимодействие клеток, зародышевых листков, органов, находятся уже так далеко от ДНК зиготы, что их предсказуемость по ДНК находится за рамками научной фантастики. Таким образом, информация, определяющая целостное развитие, хотя и содержится в зиготе, содержится в ней как потенция и предварительному декодированию недоступна.

Наиболее сильный аргумент против сводимости биологии к физико-химии представляет сама последовательность ДНК, которая не может быть выведена из физико-химии нуклеотидов. Напротив, эта невыводимость — необходимое условие, позволяющее ДНК содержать генетическую информацию, содержать код. Последовательность — это зафиксированная отбором случайность. Нельзя предсказать текст литературного произведения по алфавиту. Между прочим, не следует заблуждаться относительно нашей способности читать генетический код. Мы это умеем делать только потому, что код оказался универсальным. Мы его узнали эмпирически. Связать структуру триплетов ДНК с определенными аминокислотами, исходя из физико-химических свойств триплетов и аминокислот, невозможно, ибо этой связи нет. Связь эта символическая. Мы читаем генетические тексты только потому, что все организмы Земли «говорят» на одном языке. Когда клетка сама читает генетические тексты, переводя их сначала в тексты РНК, а затем и в аминокислотные последовательности, она использует аппараты, основанные на физико-химических взаимодействиях, но роль их только служебная. Все сущностные процессы биологии имеют характер символичности. Ни физико-химия вообще, ни энергетика в частности, не определяют живое. Хотя живое во всём этом нуждается, определяющими являются смысловые составляющие, не физико-химическая причинность, а смысловые сигналы: «Вдруг слабым манием руки на русских двинул он полки». И никакого «causa equat effectum». Общая теория биологии должна быть семантической, а не физико-химической. Организм гораздо ближе к компьютеру, чем к химическому ферментеру.

Самосборка и самоорганизация являются тем механизмом, который реализует, материализует, воплощает генетический замысел. Ферменты, другие макромолекулы априорно знают друг о друге и благодаря этому способны к организации в функциональные структуры. Совершенствование способности к самоорганизации и есть главное содержание биологической эволюции. В генетическом замысле потенциально содержится не только знание частей организма друг о друге, но и знание о внешней среде. Все организмы умеют распознавать в окружающем мире нужные им компоненты, так же как и компоненты вредные или опасные. Ферменты знают свои субстраты и умеют с ними обращаться, животные распознают в окружающей среде пищу и врагов. Для всего этого в ДНК зиготы не содержится прямых инструкций. Они создаются в ходе онтогенеза. Бесполезно искать в ДНК зиготы закодированные инстинкты или музыкальный талант — они возникают на последних этапах самосборки организма. Концепция генетического замысла позволяет понять, каким образом в ходе индивидуального развития идет наращивание сложности и организованности в кажущемся противоречии со вторым законом термодинамики. Теории термодинамики разрабатывали для характеристики поведения атомов, то есть монад, лишенных разума и знаний. При этом поведение монад определяется правилами теории вероятности. Когда же м переходим к поведению биологических монад (генов, белков, клеток, организмов и т. д.), мы не имеем права игнорировать наличие у них способности к целенаправленному поведению. Понятию целенаправленности я придаю здесь достаточно широкий смысл, не обязательно включающий осознанное поведение, а только поведение, ведущее к определенному, заданному результату. Например, поведение рибосомных белков и рибосомных РНК таково, что оно всегда приводит к образованию рибосомы (в адекватной среде).

Процесс развертывания генетического замысла — творческий процесс, поскольку включает в себя оба необходимых компонента всякого творчества: случайный перебор вариантов и отбор правильного варианта. По своему содержанию генетический замысел не идентичен ценности информации. Ценность информации предполагает возможность ее однозначного декодирования знающим приемником, аналогично переводу текста на другой язык. При этом новая информация не создается. В онтогенезе же идет сотворение, воплощение в реальность того, что существовало лишь как возможное. Замысел — это третий, вернее первый, компонент всякого творчества. Замысел не расшифровывается, не декодируется, а эмпирически (методом проб и ошибок) воплощается.

Когда появились данные по последовательности нуклеотидов в ДНК человека и других организмов, мы были удивлены, как мало человек отличается не только от шимпанзе, но и от мухи и даже от червя, если судить по ДНК. Но замысел не связан напрямую ни с объемом генетических текстов, ни с количеством глав и параграфов в этих текстах. Идея невыводимости высшего уровня организации из предшествующего уровня более низкого ранга не нова. Например, Е. Г. Мерсер (Merser, 1981) утверждает, что действующие принципы организации более высокого ранга не обязательно являются производными свойств компонентов, которые они контролируют, или их внутренних действующих принципов. Адаптационные механизмы и организационные ограничения живых организмов, возникая случайно, не могут быть выведены из какого-либо общего принципа или закона и могут быть поняты только в контексте их истории. Сходные воззрения о несводимости граничных условий биологических систем к физике и химии высказывал М. Полани (Polanyi, 1968). Очевидно, что ДНК не является алгоритмом организма, его сжатой формулой. Организм есть организация, его информация обладает, следовательно, свойством несжимаемости (Denbigh, 1975).

В биологической эволюции определяющими становятся изменения генетического замысла зиготы. Эволюция зародышевой плазмы есть эволюция граничных условий онтогенеза. Граничные условия — это тоже законы, но не фундаментальные законы физики, а законы (правила), наложенные эволюцией, которые больше похожи на законы юридические, чем на законы физики. Если законы физики можно считать внутренними свойствами вещества и энергии, то граничные условия — это внешние законы. В машинах и организмах вещество и энергия, продолжая подчиняться законам физики, оказываются также в подчинении внешним законам. Внешние законы действуют и в неодушевленном мире: река течет, подчиняясь внешним ограничениям русла, но только машины и организмы имеют «разумные» граничные условия, придающие конструкции целесообразность. Эволюция организмов идет через отбор граничных условий на эффективность использования энергии и вещества для созидания. Такая направленность эволюции автоматически рождается из того факта, что выживает только то, что выживает. Произошло землетрясение, и сохранились только те здания, которые устояли. Это, конечно, тавтология, но только до тех пор, пока мы не интересуемся вопросом, почему одни здания разрушились, а другие устояли. Механизмы жизнеспособности могут быть самыми разными. Организмы размножаются, и удачные конструкции воспроизводятся.

Законы, управляющие онтогенезом, это не физико-химические запреты, а семантические правила. Реализуются эти правила физико-химическими взаимодействиями, ведущими к самосборке. На каждом этапе самосборки возникают новые конфигурации, обеспечивающие возможность новых взаимодействий. Онтогенез можно сравнить с многомерной детской головоломкой, в которой каждый этап сборки приводит к созданию новых конфигураций, отсутствующих среди первоначальных деталей. То есть генетический замысел — это свернутая информация о многомерной организации, где роль измерений играют уровни организации: генетический, биохимический, морфологический, физиологический, нервно-психический, Продолжая старинный спор о преформизме и эпигенезе, я говорю в пользу эпигенеза: в ходе онтогенеза информация творится заново, эпигенетически. Но на место жизненной силы я ставлю менее таинственное представление о генетическом замысле. Впрочем, если угодно, эту свернутую информацию можно трактовать как информационный эквивалент гомункулюса преформистов.

Онтогенез есть эмпирическое воплощение генетического замысла об организме. Эпитет «эмпирическое» призван подчеркнуть принципиальную непредсказуемость каждого этапа онтогенеза на основании свойств компонентов предыдущего этапа. Эта непредсказуемость несет в себе большую мировоззренческую нагрузку. Из нее следует уникальность и неповторимость каждого индивидуума и космическая значимость каждой жизни.

Филогенез многоклеточного вида формально похож на онтогенез индивида. Он тоже представляет собой последовательную смену этапов от одноклеточности до современной высокоорганизованной формы. Насколько сущностна эта аналогия? Можно ли говорить о филогенетическом замысле? Положительный ответ на этот вопрос увел бы нас за пределы естественнонаучной парадигмы. Мы ограничимся философской констатацией, что современное состояние Вселенной наличествовало в новорожденной Вселенной в качестве возможного. Интересно, что само слово «эволюция», придуманное Шарлем Бонне, означает развертывание (e-volvo — развертывать). Бонне просто перенес представление об эмбриогенезе на филогенез. Взгляд на мир как на гигантский организм, наделенный импульсом к прогрессивному развитию, высказывали и Платон, и Августин, и Кант, и Гёте. Принципиальное различие между филогенезом и онтогенезом состоит, однако, в том, что филогенез осуществляется впервые, тогда как развитие индивидуальных организмов — это варианты воспроизведения истории вида, предопределенные генетическим замыслом. Действительно новое возникает в филогенезе. Оно возникает как изменение в зародышевой плазме. Пресловутая антиномия «яйцо или курица?» — недоразумение. Конечно, яйцо. Если изменение в замысле оказалось удачным, то есть было санкционировано естественным отбором, оно унаследуется в виде измененного генетического замысла. Таков механизм биогенетического закона — онтогенез повторяет филогенез.

Образно говоря, генетический замысел представляет собой подобие туго скрученной пружины, которая развертывается в ходе онтогенеза. Это развертывание, это наращивание организованной сложности производит впечатление чуда.

Разгадка — в происхождении генетического замысла. Далеко не каждое случайное изменение в генотипе передается потомкам, а только такое, которое реализуется в жизнеспособный организм. То, что мы видим в окружающей нас живой природе, — это ничтожная выборка удачных вариантов из мириад других, менее удачных. За нас, ныне живущих, заплачено очень дорого. Мы — редкая случайность, зафиксированная отбором. Такой отбор, отбор редких организаций со свойством выживания — организаций, противостоящих энтропии, есть Демон Максвелла или Бог Дарвина. Глобально, с учетом всей истории биосферы, второй закон не нарушен, но локально идет сотворение маловероятного мира.

Как обстоит дело с энтропией эмбриогенеза? Эмбриогенез — необратимый процесс, а необратимость предполагает рост энтропии. Брукс и Вили (Brooks, Wiley, 1986) считают эмбриогенез таким же энтропийным процессом, как и филогенез. В самом деле, структурная энтропия взрослого организма, состоящего из сотен миллиардов клеток, намного больше структурной энтропии зиготы. Для объяснения очевидного возрастания информации в онтогенезе они привлекают идею Дэвида Лэйзера, что источником новой информации является рост разности между максимально возможной энтропией и действительной энтропией организма, которая растет с меньшей скоростью (Layzer, 1975, 1977). Эту разность можно оценить, сравнив действительную энтропию беспорядочного нагромождения сотен миллиардов клеток с действительной энтропией живого организма. Рост энтропии — необходимое условие всякого движения, однако не рост энтропии, а генетический замысел каузально определяе направление эмбриогенеза. Здесь исторические ограничения выражены в гораздо большей степени, чем в филогенезе. Эмбриогенез довольно жестко детерминирован в пределах нормы реакции генотипа.

Если наблюдать за строительством здания со стороны и ничего при этом не знать ни об архитекторе, ни о прорабах, ни о каменщиках, то постройка здания покажется процессом совершенно невероятным. Но подумав, мы можем догадаться и о замысле архитектора, и о мастерстве рабочих, и об их руководителях, а может быть, и о совершенно особой необратимости — необратимости управляемых процессов.
1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

Эволюция как сопротивление энтропии iconКонцепция информации и живые системы
Отношение информации к энтропии аналогично отношению других «ценных» зарядов (механический, электрический, химический и др.) к энтропии....

Эволюция как сопротивление энтропии iconВ, внутреннее сопротивление 1,5 Ом. Батарейка замкнута на сопротивление...
...

Эволюция как сопротивление энтропии iconСопротивление
По выражению Фрейда, «больной оказывает сопротивление врачу в интересах своей болезни» с. 182]. И это действительно так. «Нет более...

Эволюция как сопротивление энтропии iconЭлитные группы, их возникновение и эволюция Об одной математической...
Вы не ошиблись — заголовок статьи действительно „что-то напоминает“. Это парафраз названия книги И. С. Шкловского об эволюции звёзд....

Эволюция как сопротивление энтропии iconНаталия Лескова Как началась и чем завершится эволюция мозга  
Что это — некая закономерность? Если да, то чем она обусловлена? И что дальше — закончилась ли эволюция мозга или она продолжается?...

Эволюция как сопротивление энтропии iconНаправленности времени и изменения энтропии
Внутренняя структура реальности раскрывается, как сосуществование двух форм энергии (гравитационной и электромагнитной), причем локальное...

Эволюция как сопротивление энтропии iconЭволюция графики в Windows
В этой главе вы ознакомитесь с архитектурой wpf. Вы узнаете, как она справляется

Эволюция как сопротивление энтропии iconПланирование (аппо) Мякишев, Буховцев, 11 класс 4 ч/нед стр из Примерное...
Условия существования электрического тока. Сила тока. Единицы силы тока. Действия тока Закон Ома для участка цепи. Вольтамперная...

Эволюция как сопротивление энтропии iconЕлин А. В., Елина И. Е. Эволюция понимания категории «качество» как...
Образуется как последний результат отвлечения (абстрагирования) от предметов, их особенных признаков, наиболее общее и фундаментальное...

Эволюция как сопротивление энтропии icon«Морис Дэйви. Эволюция войн»: Центрполиграф; Москва; 2009 isbn 978-5-9524-4070-8
Как повлияло на характер конфликтов совершенствование оружия. Каковы первопричины каннибализма, рабства и кровной мести. В чем состоит...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
vbibl.ru
Главная страница