Самая большая птица, которая
может летать, это дрофа, и она не может иметь весь больше 23-24 килограмм.
Александр Гордон : Жить в физике и быть свободным от физики нев
озможно.
М.К. Невозможно. Законы физики диктуют очень жёстко конформац
ию живой материи.
М.Л. Если можно, я тут скажу несколько слов. Уже прозвучало, что и
неживой и живой материи присуще свойство самоорганизации. Надо сказать
, что это очень важная концепция Ц концепция самоорганизации, которая и
звестна давно и происходит от естественных наук. Она стала более широкой
и глобальной по своему значению, влиянию и применению, чем первоначальн
о.
Здесь существенно подчеркнуть, что самоорганизация возникает в открыт
ых системах, где должны быть развитыми системы обратных связей Ц положи
тельных и отрицательных. Положительные обратные связи важны в том отнош
ении, что в нелинейной системе может самопроизвольно происходить перех
од из одного состояния в другое. Флуктуация, которая связана положительн
ыми обратными связями с этими условиями, позволяет ей самой не самоуничт
ожаться быстро, а продолжать действовать. И постепенно системе уже невоз
можно оставаться в предыдущем состоянии, и она переходит в новое. А отриц
ательные обратные связи стабилизируют ситуацию. Поэтому мы имеем во вре
мени некий переход. В пространстве он может сопровождаться образование
м диссипативных структур, вообще, неким формообразованием. И это существ
енно. Причём, имеются системы с накоплением изменений.
Система может запомнить изменение, а потом его усилить на следующих цикл
ах. Это тоже объединяет и физические законы, и то, что может иметь место в б
иологических системах. Об этом мы ещё поговорим попозже.
М.К. Я хотел бы поговорить о том, каким образом процессы, сущест
вующие в неживой материи, используются живыми системами. Так скажем, пер
едача энергии в сопряжённых химических реакциях происходит через пром
ежуточный продукт. Если мы себе представим реакцию, скажем, А-В-С, а следую
щую реакцию сопряжённую С-D-E, то С будет общим продуктом для этих двух цепо
чек химических систем, причём, в одной она будет конечным продуктом, а в др
угой системе будет начальным продуктом. Такие процессы существуют в нео
рганической природе, и они очень широко распространены в биологической
природе.
И очень важны для понимания функционирования живых систем так называем
ые процессы кросс-катализа. Например, реакция Жаботинского-Белоусова, г
де химические молекулы синхронно меняют своё тождество, и раствор превр
ащается по цвету то в красный, то в синий. Эту реакцию называют «химически
ми часами» Ц через равные промежутки времени меняется цвет раствора. Эт
о объясняется тем, что конечный продукт катализирует начальный продукт,
это кросс-катализ. Такие реакции широко наблюдаются в биологии. Скажем, с
интез нуклеиновых кислот определяется белками. А структура белков, и их
синтез определяется нуклеиновыми кислотами. Кросс-катализ имеется и в н
еживой природе, и в живой природе, то есть существует некий континуум эво
люционных процессов в этих системах.
М.Л. В итоге такого вступления мы постарались проследить прим
еры закономерностей, известных из физики и хорошо уже проверенных, в час
тности, закономерностей самоорганизации, и сделать качественные вывод
ы, которые очень похожи на то, что имеет место и в живой природе. Это даёт бо
льше оснований думать о том, что они действительно связаны между собой. И
вообще говоря, в чём-то природа едина и не нуждается в каких-то специфиче
ских, очень иногда надуманных концепциях, объясняющих непреодолимое ра
зличие между неживой и живой природой. Мы, конечно, не касаемся всего сраз
у. Здесь очень много вопросов можно задать. Мы можем говорить только о том
, о чём говорим сами.
И ещё можно сказать вот что. Концепция рождения и развития Вселенной, соб
ственно, не такая уж старая. Когда я учился в школе, нас учили, что Вселенна
я безгранична, она никогда не начиналась во времени, и никогда не закончи
тся. И уже начав работать, я узнал, что существуют просто захватывающие по
своему сюжету сценарии развития Вселенной, Ц это уже вторая половина XX
века.
Любопытно вот что отметить. Считается, что XX век Ц это время триумфа биол
огии. Сколько много важных Нобелевских премий присуждено за выдающиеся
работы в области биологии и примыкающей к ней медицине. Много работ, коне
чно, и по физике удостоено Нобелевской премии. Но среди выдающихся дости
жений науки, на мой взгляд, как-то не очень заметно то, что сделал ряд учёны
х (их не так много), которые разработали концепцию Вселенной. Просто для эт
ого нужно иметь глубокие профессиональные знания, гораздо более глубок
ие, чем может пропустить через себя даже человек, имеющий высшее образов
ание. И в этом трудность Ц как донести это до слушателей, читателей, зрите
лей.
А.Г. Ещё одна проблема. Дело в том, что наблюдательные эксперим
ентальные данные, особенно в астрофизике, с каждым днём обновляются, при
бавляются, заставляют теоретиков менять свои представления о том, что бы
ло справедливо ещё год назад, два года назад. Поэтому, конечно, астрофизик
а Ц и космология, как следствие, Ц сейчас тоже впереди, на коне. Но всё-та
ки, не проводя жирной черты между живой и неживой природой, утверждая, что
и та, и другая развиваются и действуют по одним и тем же законам усложнени
я, самоорганизации и усложнения Ц всё-таки мы натыкаемся-то на невозмож
ность экспериментальным путём получить ту самую первую форму жизни, ту с
амую первую, не знаю, как её назовём, Ц «матрицу», способную репродуциров
аться. И это остаётся огромной загадкой.
М.К. Я бы на этот вопрос ответил так. В неравновесных системах и
дут необратимые процессы. Время имеет направленность, и поэтому невозмо
жно повторить то, что уже было. Попытки это сделать, правда, предпринимают
ся, но, в общем, они большого успеха не имеют. Дело в том, что, скажем, амфибии
произошли от рыб. Но амфибии не могут превратиться в рыб. Ступеньки такие:
рыбы, амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие. Млекопитающие опять верн
улись в воду, дельфины, китообразные Ц но ведь они не приобрели жабры. Они
решили эту проблему иначе. То есть эволюция необратима. В зоологии это фо
рмулируется как закон Долло. Но это лишь частный случай общего закона од
нонаправленности времени.
А.Г. Но, тем не менее, присутствуют же регрессивные формы в эвол
юции, когда некий вид сознательно отказывается от морфологических приз
наков, которые он приобрёл в течение эволюции Ц по сути дела, упрощаясь, а
не усложняясь. Это же тоже эволюция.
М.К. Это характерно для многих паразитов. Паразит возлагает ча
сть функций на хозяина, система паразит-хозяин при этом усложняется.
А.Г. Продолжайте, извините, что перебил.
М.К. Я хотел ещё остановиться на основной нашей концепции, мы п
очему-то о ней ничего не сказали Ц на том, что материя принимает формы в с
оответствии с условиями. И, как я уже говорил, Ц в сильно неравновесных с
остояниях материя подстраивается под условия.
А.Г. Когда вы говорите «форма», вы что имеете в виду?
М.К. Скажем, если о неорганической материи, я бы сказал так: водо
род превращается в гелий при определённых условиях. Чтобы эта реакция пр
оизошла, нужно 10 миллионов градусов.
А.Г. Всё понятно.
М.К. На ранней Земле простейшие организмы жили без свободного
кислорода, то есть не было кислорода, и они прекрасно существовали и разм
ножались. И они дали начало сине-зелёным водорослям, которые стали испол
ьзовать энергию солнечного света, то есть начался фотосинтез. В результа
те метаболизма начал выделяться свободный кислород, и он стал появлятьс
я в атмосфере. И этот кислород уже был ядом для тех начальных форм, которые
породили новые. Поэтому эволюцию можно сформулировать таким образом (во
т на этом этапе, крупномасштабно, чтобы понять): новое зарождается в недра
х старого, новое изменяет условия, и эти условия становятся неприемлемым
и для старого. И старое должно либо погибнуть, либо уйти с авансцены.
М.Л. Либо трансформироваться.
М.К. Поэтому анаэробы, организмы, которые могут жить только без
наличия свободного кислорода в атмосфере, вынуждены были уйти в илы, то е
сть туда, где нет свободного кислорода. А всю арену жизни заняли организм
ы, которые используют свободный кислород. Таким образом, они очень сильн
о продвинулись, потому что использование кислорода позволяет более эфф
ективно осуществлять метаболизм.
А.Г. Хотя любопытно было представить себе, как пошла бы анаэроб
ная эволюция, если бы не случилось то, что случилось.
М.К. Да. Это очень интересно. Но всё-таки есть такая точка зрения
, что они непременно бы дали начало организмам, которые начали использов
ать энергию солнца.
М.Л. Ну да, быть более приспособленными к тем условиям, которые
есть.
М.К. Потому что закон усложнения диктует материи этот путь Ц ф
изический закон, кстати.
А.Г. А закон усложнения говорит о том, до какой степени материя
может быть усложнена?
М.К. Нет, нет.
А.Г. То есть это бесконечный процесс.
М.К. Физики говорят: «будущее не задано», поэтому трудно сказат
ь.
М.Л. Это на самом деле вопрос очень дискуссионный и интересный
, в принципе. Вот скажем, очень сложная система, многофакторная, открытая с
истема, где есть сильные обратные связи, которая способна к неустойчивос
ти. Тут предсказать поведение системы очень трудно. Более того, есть так н
азываемый горизонт прогноза для таких систем, когда небольшое отклонен
ие в начальных условиях ведёт на определённом шаге к непредсказуемому р
езультату. И в этом плане словесные представления недостаточны.
Математическое описание Ц где да, где нет. Но даже при его наличии мы полу
чаем некую непредсказуемость. И это очень важный вывод современной сине
ргетики, одной из очень быстро прогрессирующих областей знания. К ней от
носятся по-разному разные учёные, я не хочу в эту полемику вступать, но им
енно ей принадлежит такой вывод, что мир непредсказуем Ц в широком смыс
ле. Поэтому здесь нельзя говорить о детальной точности.
Но можно обратиться теперь к другой точке зрения по этому вопросу. Мы гов
орим: мир не равновесен. И это очень правильно. Собственно, все науки, астр
офизика, космология, все они уже экспериментально свидетельствуют о том
, что мир действительно не равновесен. Он не линеен, это тоже понятно. Но сп
рашивается: а всё-таки к чему стремится весь Мир Ц с большой буквы? К како
му-то равновесию, в конце концов, как какая-то конкретная система, или нет?
Каково глобальное будущее? Так вот спрашивается: на какое время давать п
рогноз? И тут ответа, конечно, нет. Потому что и этот вопрос остаётся вопро
сом.
То есть с любой точки зрения есть разные решения… До сих пор неизвестно т
очно, какова средняя плотность вещества во Вселенной. То ли она будет неп
рерывно раздуваться и расширяться, то ли будет, в конце концов, возвратно
е движение и схлопывание, которое пойдёт по другому пути, и само по себе эт
о будет уже совершенно другой процесс эволюции.
А.Г. Но вот от астрофизиков я слышал версию о том, что открытие ф
изического вакуума и определение того факта, что Вселенная расширяется
с ускорением, говорит всё-таки о конечном разуплотнении вещества во Все
ленной, по крайней мере, в видимой его части, и, так или иначе, финал неизбеж
ен.
М.Л. Ну, да. Это другой финал. Правильно? Да, это иная схема финала.
Но время достижения финала в этом смысле тоже растяжимо. То есть, на что за
казывать прогноз?
М.К. Физики постулируют, что будущее не задано, и, тем не менее, о
ни не могут удержаться от гипотез. Предположим, что же будет, когда Вселен
ная перестанет расширяться и время потечёт в обратную сторону? Ибо Вселе
нная, по модели Фридмана, пульсирует.
М.Л. Вот я вижу картинки. Это что значит?
А.Г. Это значит, что вы можете говорить о них. Пожалуйста.
М.Л. Я узнал одну из своих картинок, которая относится к теме са
моорганизации. Это довольно старая картинка. Это вспышка излучения импу
льсного лазера, которое через линзу фокусируется на поверхность матери
ала и производит облучение с довольно высокой плотностью мощности, так ч
то поверхность изменяется. Среди различных изменений, простых и сложных
, можно заметить типичные картины самоорганизации, которые нам интересн
ы. О них я могу чуть подробнее рассказать, если мы увидим следующую картин
ку.
Вот такая интересная шляпка. Был сделан следующий опыт, сделан физиками
Узбекистана, тогда Узбекистан был республикой Советского Союза. Это изл
учение непрерывного лазера на углекислом газе подавалось на поверхнос
ть медной пластины, довольно толстой. Излучение было достаточным для тог
о, чтобы пластина оплавилась. И вот из области расплава начал подниматьс
я вот такой «пенёк», который возвысился и закристаллизовался. Это некие
довольно сложные композиции из металла, его окислов: это медь, Cu2О, покрыта
я сверху пластиночками (затвердевшими окислами), как шапочкой. Это типич
ная картина самоорганизации. Такой результат не задан никакими условия
ми самой медной пластины. «Пенёк» появился в результате действия излуче
ния и факторов, которые способствовали вытягиванию материала, вроде как
зарождающегося смерча. Это один тип самоорганизации при воздействии ла
зерного излучения. Я занимаюсь лазерным воздействием очень давно, поэто
му мне ближе эти картинки. Следующие две тоже очень интересны.
Вот тут, может, не очень хорошо видно, но, если приглядеться, то можно увиде
ть серию «полосочек», или рябь на поверхности. Это более мягкое воздейст
вие уже нескольких импульсов лазерного излучения на поверхность полуп
роводника. А «полосочки» соответствуют образованию так называемых сам
оорганизующихся поверхностных структур. Не говоря детально о том, как эт
о происходит, я хочу сказать, что во многих областях науки были сделаны лю
бопытные шаги вперёд. Например, в оптике стало возможным говорить о том, ч
то при падении света на границу раздела, не всех сред, но многих, на поверх
ности происходит не только отражение света и преломление, но и частичное
преобразование света в поверхностную электромагнитную волну. Она инте
рферируют с падающей, и в интерференционном поле образуется такой релье
ф. Этот рельеф закрепляется Ц поверхность оплавлена и начинает чуть-чу
ть испаряться, в температурных максимумах индуцированного поля происх
одит «выедание» луночки, а в минимумах остаётся бугорок.
Интересно вот что. Чем больше высота такой структуры, тем сильнее преобр
азование света в поверхностную волну, тем глубже модуляция, и от импульс
а к импульсу идёт усиление такой структуры.
А вот следующая картина, она наиболее характерна. Когда я показываю её на
лекциях, я спрашиваю: что это такое? Самый простой ответ, типичный, между п
рочим, что это вязаный свитер, с дырками, правда. Вот приглядитесь, можно т
ак сказать? Свитер, правда?
А.Г. Можно сказать, да. А можно отнести это, кстати, и к вашей обла
сти деятельности. Поскольку похоже на поверхность какого-нибудь листа…

М.Л. А вот на самом деле это тоже последовательное воздействие
на поверхность, скажем, германия (в данном случае неважно) серии лазерных
импульсов, которые привели к образованию целой гаммы поверхностных вол
н, которые интерферируют и очень сильно изменяют форму поверхности. В чё
м здесь самоорганизация? В процессе такого воздействия возникают и усил
иваются положительные обратные связи между изменениями высоты рельефа
и коэффициентом преобразования лазерного излучения в поверхностную в
олну Ц от импульса к импульсу. И если добавить, что здесь тысяча импульсо
в воздействовала, это будет очень любопытно.
Так вот, можно провести некие аналогии между тем, что происходит в таких о
пытах (кстати, они достаточно интересны и сами по себе) и, допустим, какими-
то биологическими процессами. В чём сила самоорганизующейся системы? В п
оявлении таких обратных связей. Она закрепляет то, что получилось, даже п
ри импульсном воздействии, и сохраняет это до следующего такого воздейс
твия. Возможна эстафетная передача с постепенным переходом от исходной
системы к новой. Ведь, собственно, такой системы не было, она появилась и о
сталась тут в виде картинки, можно образец показать. Можно эту систему ра
зрушить, условия изменятся, и такой рисуночек пропадёт.
В биологии тоже такое возможно, и в химии это возможно. И в этом смысле сам
оорганизация Ц это действительно процесс, который очень широк по своим
возможностям.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24