Что есть Жизнь?

Сколько существует человеческая мысль, столько существует этот вопрос. Столкновения с ответами на него и породили эту заметку. Есть, к примеру,  замечательный ученый Анатолий Никифорович БАРБАРАШ, есть его замечательные публикации, к примеру: http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6018.html. «Код. Жизнь. Вселенная. (теории и гипотезы)». В этой книге, помимо всего прочего, прямо поставлен и данный вопрос:

1.4. Что есть Жизнь?
Сакраментальный вопрос о коренном отличии живой материи от неживой, в некотором смысле является главным вопросом естествознания, потому что для разумных существ исключительно важно выяснить, что именно отделяет их мир живой материи от остальной Вселенной, узнать, где проходит принципиальная граница между этими мирами?
Жизнь является формой существования материи, отличающейся информационным способом формирования сходных структур, с передачей им на молекулярном уровне информации для дальнейшего воспроизведения. С изложенных позиций, Жизнь неразрывно связана с существованием наследственной информации. Моментом возникновения Жизни во Вселенной является момент возникновения кодирования - появления генетического кода.
Молекулярное воспроизведение есть … средство активного переноса информации, обеспечивающее сохранение отличительных черт отдельных организмов и видов." "Именно воспроизведение как механизм, ответственный за продолжение и преемственность нормальных жизненных процессов, и является тем, что отличает живое от неживого.
Постепенно стало ясно, что в проблеме возникновения жизни главное - именно это точное воспроизведение молекулярных структур, основанное на сохранении соответствующей информации в самовоспроизводящихся последовательностях нуклеотидов в нуклеиновых кислотах." [Бернал, 1969].

Так дословно выглядит позиция Барбараш А.Н. по данному вопросу, по крайней мере, в книге.

Для сравнения напомним и энциклопедическое определение Жизни:

жизнь - одна из форм существования материи, закономерно возникающая при определенных условиях в процессе ее развития. Организмы отличаются от неживых объектов обменом веществ, раздражимостью, способностью к размножению, росту, развитию, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движений, приспособляемостью к среде и т.п.

В этом определении наворочено столько, что замечание Барбараш: "когда громоздкое многофакторное определение обнаруживается в мире с малым числом качественно отличающихся групп объектов, это – верный признак их недостаточной изученности... Привычка к многофакторным определениям сыграла с биологами злую шутку. Они не избежали многофакторности даже в пространстве признаков, где нужно разделить всего две группы объектов – живые и неживые", вполне обосновано.
Трудно сказать, почему Анатолий Никифорович считает вопрос сакраментальным. Ответ на него далеко не очевиден и не общеизвестен, наглядное тому свидетельство - приведенный выше ответ самого Барбараш, да и энциклопедическое определение не блещет прозрачной чистотой научности. Лично я не знаю ответа на столь широко поставленный вопрос: "Что есть Жизнь?", поэтому предпочту поискать ответы на ряд более конкретных, взаимосвязанных, но разных вопросов:

- в чем отличие "живой материи от неживой"?

- в чем отличие "живого организма от неживого"?

- условия возникновения (существования) Жизни?

- условия воспроизведения Жизни?

Прямой лобовой ответ на вопрос "отличия живой материи от неживой" достаточно долго не давался науке, но оказался до смешного прост:

- нет никакого отличия живой материи от неживой.

И, хотя до сих существуют оппоненты, пытающиеся доказать обратное, но научные факты вполне однозначны - и живая, и неживая материя - суть одна и та же материя. Любой живой организм, это не раз экспериментально доказывалось, состоит из тех же атомов водорода, кислорода, углерода и прочих элементов, что и неживые объекты. Выдыхаемый, к примеру, живым организмом углекислый газ ничем не отличается от углекислого газа сгораемого графита. "Строительным материалом" для таких живых организмов, как растения - основа любой пищевой цепочки, являются только неорганические соединения. Отличия нет и быть не может, это экспериментальный факт.

Однако, и вопрос, и ответ на него содержат и ряд нюансов, связанных с далеко не простым химическим составом живых организмов, огромным разнообразием высокомолекулярных структур в их составе. На этом многие и пытаются "делать погоду", даже в вопросе отличия живой материи от неживой.
Тот же Барбараш опирается на определение Бернала: "в проблеме возникновения жизни главное - именно это точное воспроизведение молекулярных структур".

Так ли это?

Экспериментальные факты говорят - нет, не так.

1. Нет на Земле двух организмов, даже среди искусственных клонов, с точными дублями всех молекулярных структур. Фундаментальным фактом такой науки, как генетика, является утверждение о неповторимости индивидуального генокода любого организма. Сам этот принцип уникальности является принципиальной основой биологической защиты любого организма. Более того, идея точного воспроизведения автоматически ставила бы крест не только на понятии биологической эволюции, на даже на понятии полового размножения. Тезис о точном воспроизведении молекулярных структур должен быть отвергнут, как противоречащий фактам. Даже функциональные принципы жизни разные - фотосинтез, хищничество, хемиосинтез ...

Другими словами, живые организмы - не точные копии кем-то разработанной конструкции с некой конвейерной линии, это - штучные, индивидуальные объекты.

Наверное речь должна идти не о точном воспроизведении структур, не это главное в понятии Жизни. Другими словами, главное отличие живого организма от придорожного камня состоит не в том, что организм состоит из некоторого точно определенного набора высокомолекулярных белковых структур. Точно таким же набором белковых структур обладает и свежий труп, но, почему-то, мы предпочитаем быть именно живыми, а не трупами, пусть и свежими.

2. Если взять живой организм и его же свежий труп, то есть жизнь и нежизнь в самом прямом смысле, то налицо следующие факты:

- "сложность окружающего мира" для обоих одинакова - это один и тот же Мир;
- "кирпичный состав" обоих одинаков и на атомарном, и на молекулярном уровне, даже на макроподсистемном;
- оба - открытые системы, изменяются, тем самым изменяя и окружение.

Стоит задуматься, чем живой организм, реальная Жизнь, отличается от своего же трупа, от Смерти, не жизни. Нет бессметных организмов даже среди простейших. И с точки зрения любого конкретного организма важнейшим содержанием его жизни является не его создание по какому-то "чертежу", поскольку до этого создания самого именно этого организма, как такового, не было. С этой точки зрения не является содержанием именно его жизни появление его потомков, его копий. Это - похожие организмы, но не он конкретно и их жизнь - не его Жизнь. Другими словами, воспроизводство Жизни не есть сама Жизнь. Жизнь с большой буквы, будь то Жизнь конкретного организма, Жизнь популяции организмов, Жизнь планетного биоценоза когда-то начинается и когда-то заканчивется и Жизнью с большой буквы как раз и называется именно этот промежуток между возникновением Живого и его кончиной и ничего более.

С точки зрения Барбараш, живая материя принципиально отличается от неживой использованием кодирования, "что неразрывно связано с удивительным фактом обозначения. Каждая из 20-ти используемых в биохимии аминокислот (из сотен известных!) обозначается триплетом нуклеотидов. При этом во всех организмах использован один и тот же код, одна и та же система соответствий между триплетом и кодируемой им аминокислотой - одна из 64! (факториал 64-х) возможных".

Но, труп - уже не живой организм, уже не Жизнь. Однако, он также, как и живой организм имеет и "сходную" структуру, и "сходный один и тот же код, одна и та же система соответствий между триплетом и кодируемой им аминокислотой - одна из 64! (факториал 64-х) возможных", чем плотоядное живое множество с удовольствием пользуется.

Одного факта существования и живых организмов, и их трупов вполне достаточно, чтобы поставить крест на идее обозначения Жизни через код. И живой организм, и его труп имеют практически один и тот же кодовый набор, более того, из весьма скромных останков когда-то вымершего животного, к примеру сибирского мамонта, ученые с обоснованным оптимизмом пытаются получить тот самый кодовый набор и вырастить давно вымершее животное. Другими словами, труп может быть источником "информации" для размножения - тоже научный факт. Тогда по "информационно-кодовому" определению Жизни получается, что труп все равно тоже есть Жизнь. С таким пониманием вопроса можно далеко уйти.

Не менее парадоксально утверждение Барбараш, что: "живая материя принципиально отличается от неживой использованием кодирования". Тогда придется доказывать, что атомы водорода, кислорода, углерода живого организма имею "бирки" из "триплетов нуклеотидов", а труп их не имеет. Дополнительно придется доказать, что сами "триплеты нуклеотидов" не состоят из "тех же атомов водорода, кислорода, углерода и прочее, что и неживые объекты". Понятно, что доказать такой абсурд невозможно. Понятно, что атомы водорода, кислорода, углерода живого организма никаких "особых бирок", особых систем кодирования, не имеют. И живой организм, и его труп, и придорожный камень состоят из тождественных атомов. В этом парадокс Жизни.

У живого и не живого при исходном тождественном составе разное системное  функционирование. Причем, что самое важное, исходно живое и неживое взаимно обратимы, то есть, живой организм может умереть, а умерший организм в течении некоторого времени (клиническая смерть), пока объем необратимых реакций не стал критическим, можно реанимировать. Другими словами, одна и та же система может функционировать по-разному, как живая и как неживая.
Последнее принципиально важно для понимания.
Значит, дело не в "кирпичном" составе, не в заложенной информации. Дело только в функционировании системы. Живая система себя самовосстанавливает, компенсирует разрушающее внешнее воздействие. Неживая система этого не делает.
Это - фундаментально.

Таким образом автоматически снимаются все вопросы о среде, о химическом составе, об информационно-структурном составе. Для обоих объектов все это тождественно.

Жизнь - понятие системное, значит, уровневое. На элементном уровне, на уровне атомов понятие Жизни не существует, не бывает живых и неживых атомов, все неживые. Мы, живые, состоим из мертвых атомов, нет других. Идея "живой материи" противоречит фактам.

Теперь у нас есть некоторая основа для перехода ко второму подвопросу:

- в чем отличие "живого организма от неживого"?

Поскольку экспериментальным фактом является то, что материя, хотя бы с уровня атомного ядра, связана в квазиустойчивые системы, а понятие Жизни появляется лишь на уровне высокомолекулярных химических соединений, то Жизнь не может рассматриваться иначе, как системное понятие.
Рассмотрим живую систему и постараемся понять, чем это она так кардинально отлична от неживой системы, хотя бы своего трупа. Такое кардинальное, более того, резко бросающееся в глаза, отличие есть, оно даже обозначено в энциклопедическом определении: "обмен веществ, раздражимость, способность к размножению, росту, развитию, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движений, приспособляемость к среде и т.п.". Разберемся с этой активностью, в конечном счете и вулкан, и артиллерийский снаряд тоже "активны", что не означает, что они живые.
А что такое сама "активность", что это за понятие?
Здесь есть один парадокс, на который не обращают внимание. Обычно под активностью живого организма понимаю его реальное воздействие на окружающую среду и только. Но и не только живое может воздействовать, к примеру, замершая вода может расколоть камень. В чем разница? А разница в том, что смотреть надо не на результат воздействия, не на результат "активности", а на саму "активную" систему, на то, как она "активна".
Рассмотрим, в чем разница между двумя "активностями", приводящими к одному и тому же результату со стороны живого и не живого. К примеру, то же раскалывание камня замерзанием воды и ударом вашей могучей руки. Здесь принципиальная разница в том, что данная льдинка другой камень уже не расколет. Для этого ей надо растаять, испариться, выпасть дождем в другую трещину другого камня, снова замерзнуть. Но не будет эта новая льдинка той самой - старой, чудо это не повторимо и это - главное. Вы, ударив по камню и раскрошив его в порошок или, как былинный богатырь, даже выжав из него воду, остались самим собой и можете повторить то же самое с другим камнем. Вот в этом и кроется принципиальное отличие живого от неживого.
Хочу обратить Ваше внимание на одну принципиальную тонкость.
Для того, чтобы реально воздействовать на окружающую среду, расколоть тот же камень, Вам необходимо совершить ряд действий - протянуть руку, взять камень, сжать его и т.д. Принципиально важно, что все это действия Вы совершаете сами и над собой. Ни один живой организм не воздействует на окружающую среду непосредственно. Единственное, на что он может воздействовать, что он может изменять - это самого себя. И только вследствие принципа взаимодействия открытых систем изменения в самом живом организме приводят к изменениям окружающей среды. Также принципиально важно, что после совершения этих действий (над собой) Вы практически возвращаетесь в исходное состояние, что и позволяет совершать действия неоднократно. Мы не изменяем Мир, мы обратимо изменяем самих себя.
Именно это и является принципиальным отличием живых систем от неживых.
Живая система отличается от неживой только одним - обратимым самоизменением.
Везде, где имеет место обратимое самоизменение, можно уверенно говорить о наличии Жизни.
Таким образом живой может считаться система не с внешней, а с внутренней причиностью изменений, причем изменений обратимых. Естественно, это не означает полную изолированность живых систем в смысле полной независимости внутренней причинности от внешней среды. Наблюдается как раз обратная картина - внутренняя причинность обуславливается состоянием внешней среды. Но это не принцип Жизни, как понятия, а следствие естественного отбора живых организмов, закрепившего самосохранение в качестве одного из основных принципов внутренней причинности. Тогда многое становится на место. Ни одна капля воды сама себя не изменяет, потому - не живая. Изменения трупа не являются самоизменениями и не являются обратимыми, потому - не живой. Ваши изменения - протягивание руки, сжимание камня являются самоизменениями, с неочевидной, непрямой внешней причинностью, и они - обратимы. Потому - Вы живой.

Здесь также необходимо сразу сделать оговорку. Обратимые изменения живого являются, строго говоря, условными, квазиобратимыми и ограничены принципиальной неповторимостью ни одного физического события. Именно это является принципиальным ограничением жизни любого организма даже при отсутствии специальных внутрисистемных механизмов старения. Поэтому организм жив и существует понятие Жизни, пока имеет место условно обратимое самоизменение системы организма. Смерть организма - не смерть материи, а необратимая реструктуризация системы без какого-либо изменения ее элементов-кирпичей.

Теперь легче говорить о третьем подвопросе:

- условия возникновения (существования) Жизни?

Для начала поговорим о естественных условиях возникновения (существования) Жизни. Исходя из вышесказанного нетрудно констатировать наиглупейшее утверждение, что Жизнь будет там, где есть условия естественного существования обратимо самоизменяющихся систем. К сожалению, это "масло масляное" практически ничего не дает. Разберем подробнее.

Что такое с физической точки зрения изменение системы?
Это есть переход из одного состояния квазиустойчивого равновесия в другое состояние квазиустойчивого равновесия. Это и будет отправным пунктом.

Итак, для начала нужна среда, где наличествуют "кирпичи", из которой может быть собрана и запущена живая (с обратимым самоизменением) система, как совокупность физических объектов (подсистем) с неким взаимодействием, в условиях задачи проявляющих функциональное единство. Другими словами, внешнее воздействие не должно быть разрушающим.

Требование обратимости налагает существенное ограничение на возможное множество открытых, изменяющихся систем. Оно будет выражаться в том, что вероятности как прямого, так и обратного переходов между квазиустойчивыми состояниями системы в данной среде, при данном неразрушающем уровне внешнего воздействия, должны быть равны или хотя бы очень близки. При этом этом совершенно не ставится требование, чтобы сами цепочки прямого и обратного переходов были тождественными.

Требование естественной обратимости таких переходов означает, как правило, близость энергетических уровней множественности квазиустойчивых состояний, что позволяет без существенного нарушения энергетического равновесия с окружающей средой и за счет энергетических процессов окружающей среды находиться в любом из этих состояний. С этой точки зрения становится понятным, почему Жизнь невозможна, к примеру, на уровне элементарных частиц, почему нет "живых" атомов. Ответ прост - разрешенные состояния разделены слишком высокими энергетическими барьерами, которые не преодолеть за счет естественных в некой среде процессов, а вероятности прямых и обратных переходов при данном уровне энергетического фона слишком разнятся. Только на уровне высокомолекулярных соединений, где разрешенные состояния несчетно множественны и энергетически близки потенциально возможно возникновение понятия Жизни.

Понятно, почему Жизнь возникла на Земле. И "кирпичей" достаточно, и типичное энергетическое состояние среды не разрушает высокомолекулярные системы. Понятно, почему Жизнь невозможна, к примеру, на Солнце - хотя "кирпичей" и много, но энергия окружающей среды столь велика, что происходит разрушение любых систем, энергетические барьеры которых хотя бы соизмеримы с энергией среды.
Понятно, когда Жизнь, в наблюдаемом ее варианте, прекратится на Земле. Через несколько миллиардов лет, когда звездная эволюция превратит Солнце в красный гигант, температура на Земле поднимется на несколько сотен градусов, что гарантированно разрушит живую биосистему. Но, жизнь на Земле прекратится еще раньше за счет усиленной фотодиссоциации молекул воды и потерей Землей одного из главных "кирпичей" - водорода. Земля пройдет предварительно стадию Венеры, а это, хотя и неизбежно, но не скоро.

Замечание, что: "обратимые изменения живого являются, строго говоря, условными, квазиобратимыми и ограничены принципиальной неповторимостью ни одного физического события" требует рассмотрения и последнего подвопроса:

- условия воспроизведения Жизни?

Поскольку конкретная жизнь любого конкретного организма, любой системы, ограничена принципиальной неповторимостью физических событий, то реальная Жизнь может наблюдаться только в одном основном варианте - варианте постоянного воспроизведения. Естественным вариантом воспроизведения Жизни сам принцип живого, как обратимого самоизменения, нашел в самокопировании, как одного из вариантов того же самого обратимого самоизменения. И лишь здесь на первый план выходит понятие кода и все рассуждения Барбараш обретают некоторую почву.

Но, хотелось бы наполнить понятие Жизни не только естественно наблюдаемыми вариантами, но и искусственными, мимо чего мы пока спокойно проходим, не замечая. Вопрос не касается биохимер, получаемых в сегодняшних лабораториях. Обобщенно говоря, это - все та же естественная Жизнь, лишь в несколько необычных модификациях, не встречающихся в природе.

Вопрос касается того, что мы обобщаем под понятием Техники. Уже есть все основания считать ее искусственной преджизнью. Конечно, пока ни один механизм не отвечает требованию обратимого самоизменения, то есть как таковой самой искусственной жизни еще нет, но это уже не за горами. По крайней мере все исходные основы в наличии. Есть в наличии, отработаны основные "кирпичи" искусственной жизни: материальная основа изготовления основных технических систем и технологии их изготовления. Конечно все они именно искусственные, основаны на процессах, не встречающихся в естественном виде. Нет естественных домн по выплавке стали, естественных металлообрабатывающих производств, естественных "кремниевых долин", химических заводов и т. д. и нет в естественном виде процессов, используемых в них. Все они, как правило,  существенно неравновесные. Но есть и серьезное преимущество перед естественной жизнью. Оно - в гигантских энергетических возможностях, совершенно недоступных биосистемам, и что позволяет преодолевать эту самую существенную неравновесность. Есть не только "исходные кирпичи" и прекрасные энергетические возможности, есть "информационная часть". Не важно, что она в весьма некомпактном виде, это - вопрос прогресса. Все это многообразие одного очевидного фундамента - обратимого самоизменения. Таким образом, на лицо все исходные необходимые элементы для потенциального возникновения искусственной жизни. Вопрос наделения технических систем внутренней самостоятельностью, как и вопрос самовоспроизводства - чисто технические, которые рано или поздно будут поставлены по причинам чисто производственной необходимости и нет никаких принципиальных препятствий для их успешного решения. "Кирпичи" могут быть подобраны искусственно, это не важно, важно особым образом функционирование системы из них. По причинам чисто производственной необходимости естественная биологическая эволюция в уже обозримом будущем должна не только породить искусственную техническую эволюцию, но и дать ей новую среду обитания. И нет никаких веских оснований не считать это тоже Жизнью.

Станислав Кравченко

Hosted by uCoz