Эволюция биосферы: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

В течение многих веков для большинства людей проблемы возникновения живого вообще не существовало. Даже известные ученые допускали возможность постоянного зарождения живых существ из неживого. Отец наук, греческий философ Аристотель, живший более чем за три столетия до нашей эры, не сомневался в самозарождении лягушек, мышей, не говоря уже о более мелких животных и растениях. В III в. н. э. философ-идеалист Плотин говорил о самозарождении живых существ из земли в процессе гниения.

В XVII в. голландский ученый Ян Баптист Ван-Гельмонт, известный своими количественными исследованиями питания растений, был и автором рецепта получения мышей из пшеницы и загрязненного потом белья. Английский философ Френсис Бэкон, основоположник экспериментальной науки, выступил в своем знаменитом труде «Новый органон» с резкой критикой Аристотеля и его последователей за отвлеченный характер мышления. В то же время он пишет о самозарождении мелких животных в гниющих субстратах. По его мнению, гниение — зачаток нового рождения. Идея самопроизвольного зарождения живого из неживого не вызывала возражений и у таких выдающихся мыслителей, как Г. Галилей, Р. Декарт, В. Гарвей, Г. Гегель, Ж. Б. Ламарк.

Перелом в представлениях начался лишь со второй половины XVII в., когда тосканский врач Франческо Реди в 1668 г. доказал, что белые черви, развивающиеся в гниющем мясе, представляют собой личинки мух. Сто лет спустя итальянец Лазаро Спалланцани и русский ученый Мартын Тереховский нанесли первый удар по представлениям о самозарождении микроскопических организмов. И лишь еще через 100 лет, в 1862 г., гениальный французский ученый Луи Пастер окончательно опроверг догму самопроизвольного зарождения, утвердив положение «все живое из живого».

Опыты Пастера, доказавшие невозможность самопроизвольного зарождения простейших организмов в современных условиях, привели к тому, что вопрос о возникновении жизни на Земле стал важной научной проблемой. Ученые, в какой-то мере пытавшиеся ответить на него, разделились на два лагеря. Представители одного лагеря развивали идею вечности жизни. Согласно этой идее жизнь на нашей планете никогда не зарождалась, а была занесена на Землю из глубин Космоса, где она существует вечно. Таким образом, проблема возникновения жизни на Земле вообще снималась с повестки дня научного исследования. Представители другого лагеря, основываясь на некоторых фактических экспериментальных данных, пытались создать более или менее правдоподобные представления о возникновении живого из неживого. Наибольшей известностью пользовались гипотезы Ф. Аллена, Г. Осборна, Э. Пфлюгера. Несмотря на несомненную ценность подобных гипотез, все они имели один весьма существенный недостаток — возникновение живого из минеральных элементов трактовалось как внезапный случайный процесс.

Научная постановка проблемы возникновения жизни принадлежит Ф. Энгельсу. Жизнь, согласно Энгельсу, не возникла внезапно, а сформировалась в ходе эволюции материи. Эта же мысль выражена в известной статье К. А. Тимирязева «Из научной летописи 1912 года»[8]. Эволюционная идея была положена в основу теорий возникновения жизни, развитых известным советским: ученым академиком А. И. Опариным в 1924 г. и английским естествоиспытателем Дж. Холдейном в 1929 г. Все наши современные представления о происхождении жизни основываются на получивших всеобщее признание работах этих исследователей.

После работ Опарина, Холдейна и их многочисленных последователей стало очевидным, что возникновение жизни на Земле подготовлено длительным процессом эволюции материи — процессом, начало которого удалено от современности на многие миллиарды лет.

Далеко не все детали этого процесса выяснены. Многое будет в дальнейшем уточнено и, вероятно, изменено. Однако главное — представление о сложном многоступенчатом пути развития материи, предшествующем зарождению жизни на Земле, — несомненно, сохранится.

Около 20 млрд. лет назад где-то в просторах Вселенной возникло большое водородное облако. В результате гравитации (сил тяготения) облако начало сжиматься. Гравитационная энергия стала переходить в тепловую, облако разогрелось и превратилось в звезду. После того как температура внутри звезды достигла миллионов градусов, начались ядерные реакции превращения водорода в гелий. Из четырех атомных ядер водорода образовалось одно атомное ядро гелия. Этот процесс сопровождался выделением энергии. В силу ограниченности запасов водорода его ядерные реакции постепенно приостанавливались, давление внутри звезды ослабевало, ничто уже не препятствовало силам гравитации, и звезда снова начала сжиматься.

Гравитационное сжатие вызвало новый подъем температуры. Началось превращение гелия: каждые три ядра гелия превращались в ядро углерода.

Гелий горит быстрее водорода, тепловое давление внутри звезды преодолело силы гравитации — звезда снова стала расширяться. На этом этапе она состояла из очень горячего и плотного ядра, в котором продолжалось горение гелия, и разреженного вещества — оболочки гигантских размеров, состоящей преимущественно из несгоревшего водорода. Астрономы называют такие звезды красными гигантами.

Ядерные процессы внутри звезды продолжались. Ядра гелия, объединяясь с ядрами углерода, образовывали ядра кислорода, а затем неона, магния, кремния, серы и т. д. Когда догорали остатки ядерного горючего, некоторые звезды утрачивали устойчивость и взрывались. Возникали так называемые сверхновые звезды.

Во время взрыва происходят два важных события, имеющих огромные последствия: синтезируется масса тяжелых химических элементов, небольшая часть вещества звезды, содержащая эти элементы, выбрасывается в космос, смешиваясь с водородом. Таким образом, происходил синтез всех встречающихся на Земле химических элементов и распространение их в космическом пространстве. В результате следующее поколение звезд, образовавшееся из водорода, уже с самого начала содержало примесь тяжелых элементов. Солнце как раз и принадлежит к числу звезд, возникших из обогащенного тяжелыми элементами водородного облака, их концентрация на Солнце (0,044%) в четыре раза выше, чем в космосе (0,011%).

«Солнце — весьма „пожилая“ звезда в том смысле, что оно должно было уже „пережить“ ряд взрывов сверхновой, в ходе которых возникли тяжелые элементы, являющиеся в настоящее время основными компонентами Земли»[9].

Существует несколько гипотез образования планет. Так как по своему химическому составу планеты очень сходны с Солнцем, наиболее вероятна гипотеза, согласно которой они образовались из остатков того же облака, из которого возникло само Солнце.

«Звезды должны собраться, взорваться и вновь собраться для того, чтобы пренебрежительно малая доля исходной материи превратилась в те разнообразные вещества, которые мы видим на Земле... Потребовалось чрезвычайно много времени и чрезвычайно большое количество материала, чтобы создать вещество нашего мира»[10]. Оно начало образовываться около 20 млрд. лет тому назад!

В ходе эволюции материи из относительно простого возникает более сложное — все разнообразие химических элементов. Создается впечатление, что организация возникает из хаоса. Так ли это? И вообще что такое хаос, организация, информация?

Противопоставление организованного неорганизованному, порядка — хаосу принадлежит к числу самых древних представлений. Аристотель в «Метафизике» цитирует греческого философа Гесиода, жившего в VIII в. до н. э.: «В самую первую очередь возник хаос, а затем уже Гея (Земля) с широкой грудью»[11]. В библейском мифе о происхождении мира бог создал организованную вселенную из первоначального хаоса. Английский кибернетик Ст. Бир не без основания утверждает, что в основе многих современных концепций лежит это древнее представление о первичности хаоса (1965). В подтверждение мысли Бира можно, в частности, сослаться на книгу английского ученого Д. Бернала, в которой проблема возникновения жизни отождествляется с вопросом, «как из беспорядка возник порядок... как возник порядок в практически неупорядоченном мире»[12].

Однако, что такое хаос? Пожалуй, наилучший ответ на этот вопрос дал У. Р. Эшби (1959). Хаос, по Эшби, неограниченное разнообразие, т. е, отсутствие каких-либо связей между элементами. Предметы и явления представляют собой примеры ограничения разнообразия.

Таким образом, понятие «хаос» — философская абстракция, мир без связей и взаимодействий. Естественно, что подобный мир не способен развиваться самостоятельно. Поэтому представление о первичном хаосе неразрывно связано с идеей о высшей организующей силе — боге-творце, с представлением о сверхъестественном происхождении организованности Вселенной. Подобная Вселенная, будучи предоставлена сама себе, способна только упрощаться и разрушаться. Немецкий ученый Ф. Ауэрбах писал: «Акт творения — это единственный акт всеобщего сосредоточения мировой энергии, образование противоположностей и максимальных ценностей... С тех пор — если рассматривать мир как таковой — все убывает, и мы не знаем ни об одном, хотя бы самом незначительном приращении... В Космосе, взятом в целом, нет развития»[13].

Абстрактному представлению о мире без внутренних, присущих самим вещам и явлениям связей и взаимодействий противостоит идея всемирной связи всех предметов и процессов. «Все vermittelt = опосредствовано, связано в едино, связано переходами..., — писал В. И. Ленин. — ...Причина и следствие, ergo, лишь моменты всемирной взаимозависимости, связи (универсальной), взаимосцепления событий, лишь звенья в цепи развития материи»[14].

Вселенная организована. Организованность обнаруживается не только в мире живых существ, где на нее уже давно обратили внимание, но и в элементах неживой природы от элементарных частиц до звездных систем и скоплений галактик. «Порядок более естествен, чем хаос», — пишет Бир[15]. Организованность — не привнесенная извне творцом особенность мира, деградирующая, после акта творения, а ее неотъемлемое свойство.

Таким образом, нельзя говорить о возникновении организации из хаоса, речь может идти лишь о более простых и более сложных формах организации. Организованность — такое же неотъемлемое свойство предметов и процессов, как вещество и энергия.

Вещество и энергию можно сравнительно легко измерить — вещество в граммах, энергию в эргах. Можно ли измерить организацию? Долгое время сама постановка такого вопроса казалась лишенной смысла. В самом деле, в каких единицах измерять организованность собаки, березы, кристалла поваренной соли и других предметов? С развитием кибернетики и теории информации этот вопрос перестал представляться столь нелепым. Были сопоставлены два понятия: организация и информация.

Под конкретной организацией обычно понимается какая-то совокупность элементов, связанных между собой определенным образом. Заяц, скажем, представляет собой организацию живых клеток, тканей, органов, объединенных в некое морфофизиологическое единство. Стол — тоже организация, смонтированная из характерных частей. Три момента характеризуют организацию: наличие нескольких компонентов, сходных или различных, существование связей между ними и особенности этих связей, придающие конкретной организации определенную форму и устойчивость.

Более сложен вопрос о содержании понятия «информация». До работ основателя кибернетики Норберта Винера и автора теории передачи информации по каналам связи Клода Шеннона под информацией понимали сообщение, содержащее какие-то сведения. Совинформбюро, скажем, во время Великой Отечественной войны 1941—1945 гг. информировало о положении на фронтах; газеты, радио, телевидение ежедневно информируют о событиях в нашей стране и за рубежом; в процессе обучения ученики воспринимают информацию, передаваемую преподавателем, усваивают ее путем чтения учебных пособий и на практических занятиях; исследователь, изучая какое-либо явление, процесс или предмет, стремится как можно больше узнать о нем, т. е. извлечь из него как можно больше информации. В информации, следовательно, находят отражение какие-то реальные процессы, явления, особенности строения. Сообщение Совинформбюро отражало ход боев с фашистами на полях сражений; средства массовой информации отражают ход различных событий на нашей планете; в информации, полученной исследователем в результате изучения каких-либо процессов или явлений, отражается их специфика, находят выражение особенности их организации. Иначе говоря, «информация существует постольку, поскольку существуют сами материальные тела и, следовательно, созданные ими неоднородности. Всякая неоднородность несет с собой какую-то информацию»[16], — пишет академик В. М. Глушков и поясняет далее: звезды, например, создавая определенную неоднородность в распределении вещества и энергии, служат источником информации. То же самое можно сказать о любом предмете или явлении окружающего нас мира. Таким образом, источником информации является организация.

В силу того, что все предметы и процессы окружающего нас мира связаны между собой в той или иной мере различными категориями связей, они неизбежно обмениваются не только веществом и энергией, но и информацией.

При одинаковом порядке сложности обмен в равной мере обогащает оба (или несколько) взаимодействующих компонента; в случае взаимодействия сложной системы с относительно простой они извлекут из этого взаимодействия разную информацию. Иначе говоря, каждое взаимодействие обязательно сопровождается отбором лишь той информации, которая соответствует структуре взаимодействующих компонентов. Организмы получают из неорганической среды информацию об особенностях химических элементов и соединений, об их распределении, об источниках свободной энергии; неорганическая природа — информацию о продуктах метаболизма. В результате организм обогащается веществом, энергией и информацией, а неорганическая среда видоизменяется в итоге накопления продуктов жизнедеятельности, т. е. также становится информационно другой. Взаимодействие лис и зайцев представляет собой взаимоотношение сложных организмов. Решающую роль при этом играют реакции поведения — результат высшей нервной деятельности. Таким образом, обмен информацией между взаимодействующими компонентами представляет собой своеобразный обмен сведениями об их организации.

Способность извлекать информацию из окружения, очевидно, определяется особенностями взаимодействующих компонентов. «Стакан есть, бесспорно, и стеклянный цилиндр и инструмент для питья. Но стакан имеет не только эти два свойства или качества или стороны, а бесконечное количество других свойств, качеств, сторон, взаимоотношений и „опосредствований“ со всем остальным миром», — говорит В. И. Ленин[17]. Далее В. И. Ленин перечисляет некоторые другие особенности стакана: тяжелый предмет, пресс-папье, помещение для пойманной бабочки и т. д. К этому можно добавить, что стакан может стать вещественной уликой для следователя, предметом размышления о развитии стекольного дела, подарком и т. п. А вот для лягушки, жука и подавляющего количества других животных он в принципе неотличим от любого камня. Волны прибоя будут обкатывать стакан так же, как и другие камни, пока он не превратится в россыпь гладких стекляшек...

Значит, один и тот же предмет, обладая бесконечным количеством свойств и, следовательно, бесконечным потенциалом информации (вспомним, что В. И. Ленин говорил о неисчерпаемости электрона), в зависимости от того, с кем или с чем он вступает в связь, обнаруживает различную информационную ценность. «Текст очень содержательной математической статьи не содержит по существу никакой информации для человека, который не является специалистом в данной области математики»[18]. Этот же текст уже не содержит ничего нового и для его автора.

Информационная ценность предмета или явления, таким образом, зависит не от количества заключенной в нем информации (оно бесконечно!), но от того, кто или что этой информацией пользуется. Это, естественно, создает весьма большие трудности в измерении информации. В настоящее время благодаря основополагающим работам К. Шеннона разработана пока лишь формальная математическая теория передачи количества информации по каналам связи. Она исходит из представления об информации как о степени снятой неопределенности.

[8] См. эпиграф к главе 1.

[9] Кальвин М. Химическая эволюция. М.: Мир, 1971, с. 115.

[10] Вайскопф В. Наука и удивительное. М.: Наука, 1965, с. 199—200.

[11] Аристотель. Метафизика. М.—Л.: Соцэкономиздат, 1934.

[12] Бернал Д. Возникновение жизни. М.: Мир, 1969, с. 30, 191.

[13] Ауэрбах Ф. Эктропизм, или физическая теория жизни. СПб: Образование, 1911, с. 32, 45.

[14] Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 29, с. 92, 143.

[15] Бир Ст. Кибернетика и управление производством. М.: Наука, 1965, с. 285.

[16] Глушков В. М. О кибернетике как науке. — В кн.: Кибернетика, мышление, жизнь. М.: Мысль, 1964, с. 53.

[17] Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 42, с. 289.

[18] Шрейдер Ю. А. Об одной модели семантической теории информации. — В кн.: Проблемы кибернетики, вып. 13. М.: Наука, 1965, с. 235.