Наука о живом. Современные концепции в биологии

На протяжении многих лет мистическое обаяние протоплазмы сохранялось в вере, что жизнь — это проявление поведения некоторых сложных и тончайшим образом сбалансированных коллоидных систем. Фредерик Гоуленд Хопкинс, отец английской биохимии, даже сказал в 1913 году на съезде Британской ассоциации содействия развитию науки, что жизнь «есть выражение особого динамического равновесия в полифазной системе». Этот взгляд словно бы получил некоторое подкрепление, когда благодаря работам английского физика Джона Десмонда Бернала и других ученых было установлено существование «жидких кристаллов» — т. е. подчинение растворов законам кристаллической структуры. Теперь, однако, уже никто не считает, что химия коллоидов представляет собой (особый вид химии — что коллоиды обладают свойствами, отличными от тех, которые следует ожидать от растворов, содержащих очень большие молекулы, часто несущие электрические заряды. Более того, «основа жизни» — если это выражение вообще хоть что-то значит — структурна почти исключительно в грубо анатомическом смысле: молекулярные изменения происходят в определенном месте и в определенной последовательности потому, что агенты, при посредничестве которых они происходят (главным образом ферменты), обладают определенной правильно упорядоченной структурой. Исследование клеток с помощью электронной микроскопии выявило в них жесткие структуры, имеющие определенную форму и такой вид, что, будь они достаточно велики, мы буквально могли бы взять их в руки и повертеть в пальцах. Поскольку теории об организации жизни в форме, протоплазмы уже полностью сошли со сцены, объяснения организации биологических систем мы теперь ждем не от химиков, занимающихся коллоидами, а от специалистов по электронной микроскопии. Телеология и телеономия. Известно, что при объяснении биологических явлений биологи отвергают всякую идею о телеологии, однако для профана кажется очевидным — и с полным на то основанием, — что целенаправленность является одной из отличительных особенностей живых существ. Бесспорно, птицы строят гнезда для того, чтобы выводить там своих птенцов, и равным образом очевидно, что {17} вторая почка после удаления первой увеличивается, чтобы она могла производить ту же работу, которую прежде выполняли обе почки.

Так почему же термин «телеология» столь неприемлем? Для Аристотеля Конечная Причина есть «то, ради чего вещь существует». Биологов раздражает именно такой аспект телеологии, т. е. превращение провозглашаемой ею целенаправленности или характера уже достигнутой цели в причинное объяснение какой-либо биологической деятельности. Биологи относятся к телеологии, как благочестивый человек — к источнику искушения, когда он не очень уверен в своей способности устоять. Вот почему они предпочитают употреблять более уклончивый и чисто описательный термин телеономия, чтобы обозначать целенаправленный или «как бы целевой» характер биологической деятельности. Для описания той связи, которой не может не существовать между отдельными биологическими действиями, если они должны быть направлены к достижению какой-то определенной цели, Г. Зоммергоф ввел термин направляющая корреляция*. В этой книге, однако, мы будем неоднократно употреблять слово «телеология»: мы не видим особого греха в исследовании телеологии отторжения пересаженного органа — отторжения, возможно представляющего собой досадное побочное следствие деятельности контролирующей системы, которая охватывает весь организм и существует для того, чтобы выискивать и уничтожать злокачественные варианты клеток тела (см. гл. 14)* {18}.

Специфичность. Когда биологи начинают говорить о своей работе, тут же обязательно всплывает понятие специфичности. В биологическом смысле это слово означает единственно возможную и совершенно точную связь между агентом и тем, на что он действует, или между агентом и тем действием, которое он производит. Классическим примером такой специфической связи является связь, существующая между антигеном и антителом (см. гл. 13), или, в более общем виде, между вызывающим иммунную реакцию агентом и вызываемой им реакцией. Другие примеры специфичности в биологии — это единственно возможная связь между стимулом и реакцией на него в простых рефлекторных действиях, а также между ферментом и веществом, на которое он воздействует (так называемым субстратом). Специфичность взаимодействий антиген — антитело и фермент — субстрат опирается на молекулярную основу, т. е. зависит от конфигурации молекул взаимодействующих агентов, а специфичность рефлекторных действий определяется особенностями строения организма, точно так же, как специфическая связь между объявленной конечной станцией и тем местом, куда поезд действительно придет, определяется направлением, в котором уложены рельсы.

Но частота, с которой упоминается специфичность, — это, естественно, не единственное, чем отличается разговор биологов от разговора физиков или химиков; другим отличием является частота употребления понятий, связанных с изменениями во времени. «Снежинка и сегодня остается точно такой, как в тот день, когда выпал первый снег», — сказал Д'Арси Томпсон. И эта неизменность, характерная для мира физики, резко отличает его от биосферы, где все изменяется, где жизненные циклы, состоящие из зачатия, развития, старения и смерти, налагаются на всеохватывающие эволюционные изменения, длящиеся тысячелетиями. Идея изменения во времени пронизывает всю биологию. Некоторые биологи склонны верить, что в этом-то и заключается принципиальное и абсолютное {19} различие между биологическими и физическими науками; однако им не дается по вере их. Вполне исчерпывающее различие между этими науками, достаточно ясное для того, чтобы удовлетворить все университеты мира, хотя многие из них кишат педантами, заключается в том, что биология изучает живые организмы и их части, а физика и химия изучает неодушевленные системы*.

Информация, порядок и шум. В этой книге снова и скова встречается слово «информация» — выражение, которое не получило бы столь широкого употребления в биологии, если бы оно не служило чрезвычайно полезной цели. Информация означает порядок и упорядоченность или что-то, что воплощает их, — т. е. сообщение или набор инструкций, точно определяющие порядок. Такое словоупотребление ничем принципиально не отличается от утверждения, что архитектурный чертеж воплощает информацию, необходимую для постройки дома именно такого, а не какого-либо иного типа. Генетическая информация — это заложенная в структуре молекул нуклеиновых кислот упорядоченность, которая определяет или воплощает инструкции для соединения молекул строго определенным образом.

Информация и порядок связаны между собой самым прямым образом, и это напоминает нам о том, что понятие информации заимствовано биологией из теории связи. Совершенно ясно, что информация в сообщении, например в телеграмме или письме, зависит от порядка слов и от порядка букв в словах, и, чем более многочисленны возможные их комбинации, тем больше информационная емкость письма или телеграммы. Шумы прямо противоположны информации — это, так сказать, случайность или беспорядочность. Сигнал, который не несет информации в том контексте, в котором ее ожидают, отбрасывается как шум. Это описание и в техническом, и в повседневном смысле слова вполне приложимо, например, к потрескиваниям и странному бормотанию эфира, которыми {20} иногда сопровождаются радиопрограммы, в равной степени оно приложимо и к «снегу», вдруг прерывающему телепередачи. Если шумовые сигналы настолько приглушены, случайны и неоднородны, что мысль, будто они несут информацию, можно сразу отбросить, мы называем их белым шумом: таков, например, звук (словно мириады мышей грызут кукурузные хлопья), нередко сопровождающий междугородные телефонные разговоры. Всякий шум представляет собой вторжение в информационную систему элемента, нарушающего порядок.

Истину, заключенную во втором законе термодинамики, можно, в частности, выразить таким образом: общая тенденция протекания всех естественных процессов в мире направлена на увеличение случайного и беспорядочного; равномерное распределение тепла по Вселенной представляет собой последний этап распространения неупорядоченности.