Лекция: Универсальный эволюционизм

"живые" молекулы. Для существования живой материи требуется относительно

узкий диапазон температур. Самая низкая ступень - нулевая температура, жизнь

замрёт и вся материя образует большой кристалл, в котором разнообразие форм

будет сохранено, но заморожено в неактивном состоянии.

Весьма вероятно, чго образование материи во Вселенной шло в соответствии со

спуском по квантовой лестнице: от высокой энергии к низкой с добавлением

нового качества. Если Большой взрыв имел какое-то отношение к

действительности, то некоторые из его ранних фаз могли произойти на самой

последней ступени квантовой лестницы (Вайскопф 1977: 43-45, 48-53).

Судя по современной скорости расширения Вселенной, оно началось примерно 15-

20 млрд. лет назад (Дэвис 1985: 41). В фазе сверхрасширения, каждые 10 ~~ с

все области Вселенной удваивали свои размеры, процесс удвоения продолжался в

геометрической прогрессии. Чрезвычайно быстрое и непрерывно ускоряющееся

сверхрасширение (инфляция) и есть Большой взрыв. Когда инфляция иссякла,

Вселенная стала чрезвычайно горячей (энергия вакуума), состояние вакуума

распалось, энергия высвободилась в виде излучения, которое нагрело Вселенную

до 10' К (Гут, Стейнхардт 1984, Дэвис 1989: 211-212). В момент Большого

взрыва размеры Вселенной были равны по радиусу 10 м~ см, а сама она была

бесконечно плотной и горячей, но по мере расширения температура излучения

понижалась ("окинг 1990: 103).

Историю ранней Вселенной характеризуют последовательностью эпох (эры Планка и

великого объединения, адронная и лептонная, плазменная и современная) (Дэвис

198~: 45). Самая ранняя эпоха Планка продолжалась 10 ~~ с, температура 10~~

К, плотность 10~~ кг!ь~, вероятно, были значительными эффекты квантовой

гравитации, флуктуации кривизны пространства-времени (Дэвис 1985: 44, 57-58).

До 10 и~ с - эра великого объединения: космос заполнен "супом" из счранных,

неведомых нам частиц (однообразные, не имеющие индивидуальных свойств),

плотность "супа" 10 вв1ь~, температура 10" К, свет не успел пройти и

миллиардную долю поперечника протона. Сверхмассивные "-частицы (двойки

тяжёлых кварков) "супа" вызвали ассиметрию вещество-антивещество - (10

+1):10, аннигиляция привела к крошечному остатку вещества и гамма-излучению,

реликтовый фон которого сегодня равен 3К (моделирование данной фазы основано

на экспериментах и теории великого обьединения) (Дэвис 1989: 196-200).

Следующая адронная эра длится до 10 ~ с. Падение температуры вызывает фазовый

переход, напоминающий замерзание воды и образование льда, столь же внезапно

(через 10 'н с, Т=10" К, Вселенная сжата до размеров Солнечной системы)

обретают индивидуальность кварки и лептоны, их античастицы и фотоны.

Симметрия продолжает нарушатся. Сильное взаимодействие спустя 10 ~ с создаёт

ещё один фазовый переход: самоорганизуются субьядерные структуры, конгломерат

быстро движущихся кварков конденсируется, образуя адроны (протоны, нейтроны,

мезоны), объединения кварков попарно или по три (устойчивость субьядерных

частиц достигалась за счёт энергии внутренних связей, сильных

взаимодействий). Ещё одно нарушение симметрии - разделение электромагнитного

и слабого взаимодействий. Аннигиляция приводит к исчезновению античастиц и

излучению (лептонная эра, до 1с после инфляции, Т=10м~ К). Пространство

заполнено хаотически движущимися протонами и нейтронами (отбор на

устойчивость 3-х кварковых частиц), электронами и нейтрино (лептонов во много

раз больше) и тепловым излучением. Ранняя Вселенная расширялась очень быстро,

через минуту температура упала до 10 К, спустя ещё несколько минут - ниже

уровня, при котором возможны ядерные реакции

(плазменная эра). Начинается синтез лёгких ядер гелия (два протона и два

нейтрона), Избыгок протонов (ядра водорода) привёл к образованию плазмы,

состоявшей из 10% ядер гелия и 90% ядер водорода (Дэвис 1985: 41-46, 1989:

186-200).

Далее космическая эволюция временно теряет свой импульс. Примерно 100 тысяч

лет после Большого взрыва космическое вещество сохраняло форму разогрегой

плазмы из ионизированных водорода и гелия (Дэвис 1989:189). Через 10 лет

температура достигает 10 К, образуется атомарньф водород (протон и электрон),

вещество разъединяется с излучением. Охлаждение, расширение, падение давления

газа вводит в игру гравитацию на макроскопической ветви эволюции.

Охлаждающийся газ образовывал сгустки-облака, области повышенной плотности,

которые притягивали дополнительное вещество. Сила тяготения увеличивалась, в

газовых облаках начинается процесс звёздообразования (Дэвис 1985: 46~7).

Именно гравитация отвечает за мезогранулярность Вселенной (планеня и

планетные системы, звёзды и звёздные скопления, галактики и скопления

галактик). Гравитация обусловила коэволюцию макро- и микрокосма в звёздах. В

недрах звезд первого поколения из протонов синтезируется дейтерий (протон и

нейтрон, тяжёлый водород) с высвобождением энергии, реакции синтеза

превращают дейтерий в гелий, из лёгких ядер образуются тяжёлые (ядра лития,

углерода, кислорода). Онтогенез звёзд заканчивается взрывом, выбрасывая в

пространство следовые количества элементов, необходимых для образования

планет, дальнейшей химической и биологической эволюции. Наш организм состоит

из реликтовых осколков давно погасших звёзд (Дэвис 1989: 188-189).

Солнце, звезда второго поколения, также образовалась из облака вращающегося

газа, в котором находились осколки более ранних сверхновых. Газ из этого

облака пошёл на образование Солнца или был унесён взрывом, но небольшое

количество более тяжёлых элементов, собравшись вместе, превратилось в планеты

("окинг 1990: 106). Уникальная совокупность условий, сложившихся более 4-х

млрд. лет назад на Земле, положила начало новому этапу эволюции неравновесных

процессов (Назаретян 1991: 74).

4.10. Проблемы современной космологии До появления моделей А. А. Фридмана в

науке не стояли проблемы возникновения мира. В рамках модели эволюционирующей

Вселенной наука должна ответить на вопросы: из чего рождается Вселенная? и

почему произошёл Большой взрыв? Если для науки высшим идеалом является

эксперимент и теоретическое доказательство, то как научно ответить на вопросы

о происхождении мира7 Согласно мифу мир рождается как актуализация воли

гипертрофированной силы природы, в религии есть внеприродный творец, для

философии - мир рождается как актуализация воли познающего себя разума

(Гегель), а в науке?

В науке проблему - чем вызван Большой взрыв? - удаётся решать с помощью

исследований вакуума, теорий инфляции и космического бутстрэпа. Вселенная

начала своё существование из состояния вакуума, мир рождается как

актуализация вакуума. В современной физике вакуум рассматривается как

состояние материи, как "фермент" квантовой активности, кишащий виртуальными

частицами, сложными взаимодействиями и содержащий гигантскую потенциальную

энергию. Вакуум лишён вещества и излучения, но содержит частицы и вещество

потенциально, нераспакованно, в возможности. Взорвался вакуум, начал

инфлировать самопроизвольно, под действием сил отталкивания, за счёт

собственной энергии. Самосоздающаяся Вселенная вытянула сама себя за

собственные "шнурки" без помощи внешних факторов (Дэвис 1989: 210-215,

Павленко 1997: 206-213).

Вторая группа космологических проблем связана с объяснением удивительных

совпадений фундаментальных постоянных как будто ради появления человека во

Вселенной. Анализируя физические константы, П. Дирак обнаружил постоянное

присутствие величины 10~, например, число нуклонов во Вселенной - 10~~,

постоянная "аббла - 10и~, масса звезд ~ - 10~, число протонов в звезде - 10

(Павленко 1997: 236-237). П. Дэвис приводит 9 примеров с числом 40 (Дэвис

1985: 96-97). С другой стороны оказалось, что многие физические свойства и

соотношения не выглядят теоретически необходимыми, и с точки зрения

современного естествознания Вселенная могла бы обладать другими параметрами.

Но если бы масса нейтрино была бы не 5'10 ~' кг, а 5'10 ~, то сила гравитации

нейтрино вызвала бы радикальное изменение расширения и уже давно Вселенная

начала бы коллапсировать, если бы соотношение количества нейтронов и протонов

изменилось на десятую долю процента, то водорода было бы очень мало и не было

бы ни воды, ни макромолекул жизни, если бы масса нейтрона была не 1, а

0,9998, то не было бы ни ядер, ни атомов (Дэвис 1985: 98-131). Если бы через

секунду после Большого взрыва скорость расширения оказалась хоть на одну сто-

тысяча-миллион-миллионную меньше, то произошло бы повторное сжатие Вселенной

и она никогда бы не достигла современного состояния ("окинг 1990; 107).

Возникают вопросы: а случайны ли эти совпадения? Вселенная была изначально

запрограмированна на возникновение жизни и человека? существуют ли другие

формы интеллекта в физической Вселенной? почему существует корреляция мир-

наблюдатель? и т. д. В 1973 году Б. Картер на основе совпадений физических

постоянных сформулировал антропный космологический принцип: существование

разумных существ сильно зависит от счруктуры физического мира, наше

существование влечёт за собой строгий отбор типов Вселенной, мы видим

Вселенную такой, как она есть потому что, будь она другой, нас бы здесь не

было и мы бы не могли ее наблюдать. Есть два варианта объяснения антропного

принципа - сильный и слабый. Сильный вариант: эволюция не случайна, а

запрограмированна на появление жизни и человека. Слабый вариант: условия,

необходимые для возникновения известных нам форм жизни и человека,

выполняются только в некоторой области Вселенной. Существуют и иные варианты

эволюции в других областях, где либо нет наблюдателей, либо наблюдатели

другие. Слабый вариант согласуется инфляционной моделью. Философское

осмысление антропного принципа.

Антропный принцип поднимает проблемы иных цивилизаций и будущего Интеллекта в

космологических прогнозах. Будет ли Вселенная вечно расширятся или расширение

сменится сжатием и коллапсом? Если Вселенная рождается, то должна ли

Вселенная умереть? Ограничены ли частицы вещества сроком существования'?

Оказалась ли наша планета единственной приоритетной точкой или Земля - одна

из множества планет, на которых синхронно начиналась биотическая фаза

эволюции? Подавляющему большинству специалистов по космологии человеческое

существование видится бессмысленным. Какая бы космологическая модель ни

оказалась правильной, ни в одной из них мы не находим утешения. Вселенная

развилась из незнакомых начальных условий и ей предстоит угасание в

бескрайнем холоде. Чем более постижимой представляется Вселенная, тем более

она кажется бессмысленной (Вайнберг 1981: 139-144). Но в пессимистических

космологических прогнозах не учитьвается обратное влияние Интеллекта, о чём

писали русские космисты (Н. Фёдоров, К. Э. Циолковский).

5. Эволюционная химия и биология 5.1. Неорганическая химическая стадия эволюции

Д. И. Менделеев (1834-1907), определяя химию как науку о химических элементах

и их соединениях, к характеристике химии как системы применил принцип

неизменности химических элементов в химических реакциях, например, атомная

масса водорода всегда равна единице. Основанием химии по Менделееву выступает

двуединая проблема - получение веществ с заданными свойствами и выявление

способов управления свойствами вещества. Основной вопрос химии: от чего

зависят свойства веществ? В зависимости от того, как отвечали на этот вопрос,

в истории химии можно выделить четыре периода: учение о составе ("УП в.),

структурная химия (с начала "1" в.), учение о химических процессах ("" в.) и

эволюционная химия (с 70-х годов, Кузнецов, Идлис, Гутина 1996: 168-177).

Идеи эволюции атомов от водорода и гелия к более тяжёлым атомам, порядка и

системности в природе были уже в периодической системе химических элементов

Менделеева, но только в 1960-х годах обнаружили случаи самосовершенствования

катализаторов в ходе реакции и явления самоорганизации химических систем.

Эволюционные идеи проникают и в химию. Под эволюционными проблемами химии

следует понимать проблемы самопроизвольного синтеза новых, более сложных и

более высокоорганизованных химических соединений по сравнению с исходными

продуктами (Кузнецов, Идлис, Гутина 1996: 232). "имическая стадия эволюции

начинается с образования химических систем: немолекулярных соединений и

кристаллов, молекул, химических смесей (Эткинс 1991: 14-22) и химических

реакций (А.П.Руденко, И.Р.Пригожин). Достижение устойчивости химических

систем обусловило их структурное и поведенческое разнообразие, атомов или

химических элементов более 100, неорганических низкомолекулярных соединений -

сотни тысяч, а высокомолекулярных - миллионы. "имические системы образуются

за счёт ионных и ковалентных связей (Эрдеи-Груз 1976: 267-275, 333-348).

Инертные газы вообще не образуют молекул, большинство элементов образуют

двухатомные молекулы, кислород - трехатомные, а углерод - длинные цепи

различной конфигурации (Назаретян 1991: 71).

"имические системы на нашей планете прошли три стадии эволюции:

неорганическая, органическая и биохимическая (Жданов 1983: 76). В 70-х годах

профессор МГУ А.П. руденко предложил теорию эволюции открытых

автокаталитических химических реакций. "имическая эволюция представляет собой

саморазвитие каталитических реакций. В результате конкуренции за энергию и

пространство происходит отбор тех реакций, которые более активны, более

автономны (эффективность управления катализаторами ходом реакции), более

разнообразны (дробление реакций) и лучше реагируют на факторы среды

(Кузнецов, Идлис, Гутина 1996: 245-247). Каталитические неорганические

химические реакции способны реагировать на воздействия факторов внешней среды

как единое целое, изменяться, приспосабливаться к внешней среде и, отражая ее

воздействие на физико-химическом уровне, саморазвиваться (Руденко 1983: 260).

Открытые каталитические системы являются единственно возможными химическими

объектами, способными к прогрессивной химической эволюции вплоть до перехода

ее в биологическую эволюцию (Руденко 1983: 263). Эмпирическими основаниями

эволюции неорганических молекул являются данные палеобиохимии, обнаружение

многих неорганических молекул в космическом пространстве методами

радиоастрономии (Жданов 1983: 59) и исследования явлений самоорганизации И.

Р. Пригожиным.

Экспериментальные доказательства самоорганизации химических реакций были

получены школой И. Р. Пригожина. Вдали от равновесия химические системы с

каталитическими механизмами могут порождать диссипативные структуры

(открытые, неравновесные системы, стремящиеся перейти от хаоса к порядку).

Самый простой пример такой структуры является реакция химические часы или

модель брюсселятора: упорядоченность в поведении миллиардов молекул,

макроскопически проявляющаяся в периодичном изменении вдета реакционной

смеси. Неорганические каталитические химические реакции можно рассматривать

как прототипы сложных ферментативных биохимических реакций (И.Р.Пригожин,

1985, с. 116, 1986, с. 202-203).

5.2. Высший химизм и преджизнь Отбор химических элементов для построения

субстрата жизни это научный факт. Основу живых систем составляют только шесть

элементов, называемых органогенами: углерод, водород, кислород, азот, фосфор

и сера. Общая весовая доля органогенов составляет 97,4%, за ними следуют 12

элементов ( а, К, Са, Мд, Ре, Й, А1, С1, Сн, "п, Со, Мп) которые принимают

участие в построении многих компонентов биосистем, их весовая доля 1,6%. Ещё

20 элементов участвуют в построении узкоспециализированных биосистем

(Кузнецов, Идлис, Гутина 1996: 241,Грин,Стаут, Тейлор 1990: 151). Основу

жизни на молекулярном уровне составляют макромолекулы, гигантские молекулы-

биополимеры, построенные из многих повторяющихся единиц-мономеров. Существует

три типа макромолекул: из моносахаридов построены полисахариды, из

аминокислот - белки, из нуклеотидов - нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК). В

состав живого входят еще липиды, сложные эфиры жирных кислот и спирта. Белки

и нуклеиновые кислоты являются информационными молекулами, поэтому

последовательность мономерных звеньев в них варьирует (Грин,Стаут, Тейлор

1990: 155-188).

Из узкого круга отобранных природой органических молекул составлено 5-млрд.

видовое разнообразие живого за всю историю биосферы. Органогеном ю1 стал

углерод, так как этот элемент способен образовывать почти все типы химических

связей, соединения, обладающие каталитическими, энергетическими,

информационными свойствами и длинные цепи, кольца разнообразных подвижных

скрученных структур. Углерод отвечает всем требованиям лабильности (Кузнецов,

Идлис, Гутина 1996: 242).Высокомолекулярные соединения отличаются

способностью сохранять неизменным основной субстрат в ходе взаимодействий.

Речь идет о становлении устойчивой индивидуальности. "имический индивидуум

способен изменять свою природу, сохраняя себя (Жданов 1983: 73).

Но как происходила биохимическая эволюция? В 1824 году Ф. Веллер синтезировал

органическое вещество, щавелевую кислоту, а в 1926 году Дж. "олдейн, А. И.

Опарин и Дж. Бернал выдвинули гипотезу биохимической, доклеточной эволюции

(Фолта, Новы 1987: 256). В условиях первичной атмосферы, в океане из

неорганических соединений спонтанно образовывались более сложные

макромолекулы и протоклетка. Для синтеза органических соединений

использовалось ультрафиолетовое излучение. В первичном бульоне из

макромолекул происходил отбор наиболее устойчивых систем макромолекул

(коацерватов по Опарину), на границе система-среда выстраивались белки и

липиды, образуя мембрану (Яблоков, Юсуфов 1998: 43-45). А. И. Опарин был

сторонником первичности обмена веществ в коацерватной капле, а появление

нуклеиновых кислот считал завершением эволюции в итоге конкуренции

протобионтов. Согласно же "олдейну первичной была система, способная к

саморепродукции, "голый ген" (Кузнецов, Идлис, Гутина 1996: 299-303).

Первые эксперименты по неорганическому синтезу биополимеров в

восстановительной среде провёл американский биолог С. Миллер в 1953 году.

Колба, в которой создавались электрические разряды, заполнялась водой,

водородом, метаном и аммиаком. Кипящая вода создавала циркуляцию пара и воды

через прибор, пробы раствора исследовали методом

хроматографии на бумаге. Через 125 часов было обнаружено 15 аминокислот и

рибоза (входит в состав РНК). Эксперименты вызвали большой интерес и к

сходным опьггам приступили учёные во всём мире. Уже в 1960 году А. Уилсон,

добавив в исходный раствор серу, смог получить крупные молекулы полимеров,

содержащие более 20 атомов углерода. В колбе были обнаружены тонкие плёнки

(предмембраны). С. Поннамперума с сотр. проводили эксперименты, подобные

экспериментам Миллера, но использовали энергию ультрафиолетового света и

синтезировали аминокислоты, пурины (строительные блоки белков и нуклеиновых

кислот), полимеры из этих блоков. Дж. Оро с сотр. синтезировали крупные

органические молекулы без ультрафиолета, просто нагревая среду. С. Фокс с

сотр. использовали высокие температуры и синтезировали биополимеры в

безводных средах. М. Кальвин конденсировал низкомолекулярные единищя в более

крупные в водных растворах, содержащих НС . Следовательно, есть много

способов спонтанного образования биомолекул неорганическим путём в условиях,

моделирующих первичную атмосферу, но в этих экспериментах не моделировалось

геологическое время (Рутген 1973: 104-124).

До 80-х годов существовало три гипотезы начала биохимической эволюции:

гипотезы голобиоза, генобиоза и симбиоза. Гипотеза голобиоза: эволюционно

старше белковый протобионт (метаболизм), первичен обмен веществ в коацервате,

а появление в коацервате нуклеиновых кислот есть завершение эволюции в ходе

конкуренции протобионтов (А. И. Опарин). Гипотеза генобиоза: первичной была

не структура, способная к обмену веществ, а макромолекулярная система

подобная гену и способная к саморепродукции (голый ген, Дж. "олдейн).

Синтетическая гипотеза симбиоза: изначально формировался симбиоз белки-

нуклеиновые кислоты (гиперциклы М. Эжена). Проблемы начала биохимической

эволюции были решены тогда, когда открылся "мир РНК": молекула РНК была

первичной, так как она уникальна по своим свойствам. Молекула РНК наделена

такой же генетической памятью как и ДНК. Нет организмов без РНК, но есть

вирусы, геном которых составляет РНК, а не ДНК. Вопреки генетической догме

возможен перенос информации от РНК к ДНК, катализируемый РНК-зависимым

ферментом. В начале 80-х установили способность РНК к саморепродукции в

отсутствии белковых ферментов, процессингу (вырезание нуклеотидных

последовательностей) и сплайсингу (сшивание активных последовательностей). Но

главным было открытие у РЦК автокаталигических функций. Всё это означало, что

древняя РНК совмещала черты генотипа и фенотипа. Современная РНК - реликт

доклеточного предка, передавшего ферментативные и информационные функции ДНК

и белкам (Кузнецов, Идлис, Гутина 1996: 302-311).

Тогда можно смоделировать ранние этапы доклеточной эволюции: спонтанное

возникновение макромолекул (в том числе и РНК), отбор геномов РНК по

эффективности каталитических и информационных функций (метаболизм и

редупликация), передача РНК функций фермента белкам и памяти ДНК, образование

и эволюция сетей химических реакций (гиперциклов).

5. 3. "аракгеристика и эволюция гиперцикла В 70-х годах немецкий биохимик М.

Эйген (р. 1927 г., Нобелевская премия за 1967 г.) предложил математическую

модель самоорганизации макромолекул в единицу, способную к эволюции.

Гиперциклом называется принцип самоорганизации макромолекул в единицу,

способную к эволюции, для которого характерны гомеостаз, метаболизм и

редупликация. Гиперциклы это сети химических реакций, в которых на каждом

этапе продукты подвергаются цикличным превращениям: все биохимические реакции

носят циклический характер (репликация ДНК и биосинтез белка на рибосоме,

ферментативные реакции, цикл трикарбоновых кислот). М. Эйген опирался на

экспериментальное исследование биохимической эволюции, опьпы С. Спигельмана.

С. Спигельман моделировал доклеточную эволюцию "в пробирке": вирусный РНК фаг

ку-бета в бесклеточной среде смеси органических и неорганических молекул

самореплицировался, новые фаги мутировали и происходил их отбор по скорости

репликации (Эйген 1973: 172-184, Кузнецов, Идлис, Гутина 1996: 310-311).

Теоретическими основаниями модели М. Эйгена являются общеэволюционные законы.

Модель гиперцикла включает в себя принципы диссипативных структур, симбиоза

на молекулярном уровне. В результате конкуренции отбирались гиперциклы с

более эффективной корреляцией едщиц, более совершенные по каталитическому

совершенству. Гиперцикл допускает рост своих компонентов и регуляцию

размеров. Совершенствовались скорость редунликации и память.

Эволюция гиперциклов при определённых условиях - неизбежное событие.

Гиперциклы возникают раз и навсегда как закономерный этап универсальной

эволюции: анализ механизмов воспроизводства гиперциклов не даег оснований для

гипотезы живое - от живого. Оплвбка антиэволюционистов в том, что они

подсчитывая вероятность возникновения ДНК и приходя к результатам 10 ~~~, не

учитывают, что подсчитывать надо скорость процесса эволюции. Достаточно ли

времени для достижения данной величины биологического прогресса. Гиперциклы

описываются на таком же математическом языке как и неживые системы в

концепциях И. Р. Пригожина и Г. "акена, что доказывает общность процессов

самоорганизации на разных уровнях Универсума. Эволюция гиперцикла неизбежна:

система, возникающая в результате мутаций и отбора, непредсказуема в

отношении структуры, но неизбежным результатом всегда является процесс

эволюции - это закон. Процесс эволюции в принципе неизбежен, хотя выбор

конкретного пути не детерминирован (Эйген 1973: 207). Следующим шагом

эволюции является процесс образования мембран и эволюция клеточных форм жизни

(Эжен 1973, Эйген, Винклер 1979, »ноль 1979, Эйген, »устер 1982).

5. 4. Особенности биологической формы организации материи Место биологии в

современном естествознании: необычайная сложность и многообразие живых

систем, развитие во времени - неотьемлемое и наиболее характерное свойство

живого, теоретический характер и проблемы биологической эволюции,

включённость человека в мир живого (Природа биологического познания, М.,

1991). "Образы" биологии (Кузнецов, Идлис, Гутина 1996: 251-276):

описательная биология (классификация и система таксонов, нерасчленнёность

биоцелостности, гуманный характер исследований), экспериментальная биология

(методы, достижения, перспективы), эволюционная биология (от теории

естественного отбора Ч.Дарвина до современной синтетической теории эволюции

биосферы). Проблема создания теоретической биологии (поиски основополагающих

аксиом). Универсальный эволюционизм как основа для построения целостной

теории жизни. Анализ различных определений жизни (Ф. Энгельс, В. И.

Вернадский, Э. С. Бауэр, А.И. Опарин, П.А. Анохин, А.А. Ляпунов, М.И.

»теренберг, Б.М.Медников, С. Э. »ноль). По Э. »редингеру, жизнь - это

упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное на существовании

упорядоченности, которая поддерживается всё время (»редингер 1972:

71).Проблема традиционных признаков живой материи (гомеостаз, метаболизм,

редупликация) - биологические

макромолекулы обладают такими же признаками (М.Эйген), редупликация

свойственна неживым системам (Моисеев 1998: 88-91). Диссиметрия живых молекул

- живое вещество всегда поляризует свет (там же: 91-93).

Феномен жизни есть результат мирового эволюционного процесса, следовательно,

жизнь надо понимать как этап универсальной эволюции, а не противопоставлять

живое неживому. Нет чёткой границы, отделяющей мир живого от мира косной

материи. Переходные формы (макромолекулы и гиперциклы) были, как и во всяком

бифуркационном переходе, крайне неустойчивы - они просто исчезли (Моисеев

1998: 96). Первым общеэволюционным критерием прогрессивной эволюции является

более высокий уровень термодинамического неравновесия систем со средой и

более эффективный способ использования (концентрации) энергии. В 1935 году Э.

С. Бауэр (1890-1937) выпустил книгу "Теоретическая биология", в которой

сформулировал принцип устойчивого неравновесия живых систем. Живые системы

никогда не бывают в равновесии и за счёт свободной энергии постоянно

исполняют работу против равновесия (Бауэр 1935: 43). В 1943 году Э. »редингер

в книге "Что такое жизнь?" объяснил как живая материя избегает перехода к

равновесию. За счег метаболизма (обмен веществом со средой, питание, дыхание,

выделение), питания отрицательной энтропией и непрерывного извлечения

упорядоченности из окружающей среды (»редингер 1972: 72-76).

Живые системы более сложные и разнообразные по составу и структуре, чем

неживые. В эволюции биосферы чётко прослеживается рост разнообразия

(биохимическое единство и морфологическое многообразие видов) и сложности

живых систем (доядерные и ядерные клетки, многоклеточные растения,

безпозвоночные и позвоночные организмы).

Жизнь характеризуется и новой формой отражения (информационного

моделирования) мира и передачи информации. Исходным принципом, на котором

строятся отношения со средой биологических систем, является опережающая

модель мира. Опережающие формы отражения на уровне живого (раздражимость,

чувствительность, психика) приходят на смену реактивным и избирательным

формам отражения в неживой материи. Появилось активное отношение к факторам

среды, их разделение на вредные и способствующие её сохранению (Анохин 1978:

8). В эволюции живого огромную роль играет управление и память, механизм

хранения, извлечения информации в интересах организма (Моисеев 1998: 107).

Жизнь как активная, сигнальная форма самоорганизации и самовоспроизводства

химических гиперциклов и их иерархически организованных систем (клеток,

тканей, организмов, популяций) усложняет общезначимые критерии прогрессивной

эволюции (неравновесность, разнообразие, отражение).

5.5. Происхождение и многообразие форм жизни Самая древняя и простая

концепция происхождения жизни креационизм, предполагающая антитеоретические

идеи "чёрного ящика" и творения, не устраивала уже Аристотеля. С Аристотеля и

до 1688 года паралельно креационизму существовала теория постоянного

зарождения живого из неживого, опровергнутая Ф. Реди (1626-1698) и позже Л.

Пастером (1822-1895). Утверждается.принцип Реди: всё живое только от живого.

В конце прошлого века С. Аррениус (1859-1927) предложил гипотезу панспермии,

космического посева, но откуда взялась жизнь в Космосе? Признание вечности

жизни (В. И. Вернадский) противоречит современным моделям эволюции Вселенной

из вакуумной неустойчивости. С данными современного естествознания

согласуется теория биохимической эволюции. Жизнь - результат эволюции

Вселенной, возникает как естественный этап её усложнения сколь 1979: 21-76,

Руттен 1973: 96-141, »арден 1987: 71-89, Грин, Стаут, Тейлор 1990, т. 3: 253-

258, Яблоков, Юсуфов 1998: 41-46, Моисеев 1998: 88).

История развития Земпи условно поделена на четыре эры (эона) и одиннадцать

периодов, которые делятся на эпохи (в разных источниках используются разные

системы классификации и названия периодов истории Земли). Методами

радиоактивного датирования установлен возраст горных пород, принадлежащих

каждому периоду. Ископаемые останки живых организмов связаны с геологическими

слоями: так реконструируется палеонтологическое древо жизни (Грин, Стаут,

Тейлор 1990, 1998, т. 1: 363-364, Яблоков, Юсуфов 1998: 61).

1. Архей (4,5-2,5 млрд. лет назад). Методами микропалеонтологии в древних

породах были обнаружены первые клеточные формы жизни (прокариоты или

доядерные клетки), возраст которых около 4-х млрд. лет. Эго сине-зелёные

водоросли и бактерии. Первые организмы были гетеротрофами, так как

использовали энергию органических молекул. Они жили в бескислородной

атмосфере, концентрированных растворах, вулканических источниках, условиях

жесткой радиации: смерть не была ещё встроена в их генетический механизм

(Моисеев 1998: 127). Появление фототрофных (использующих энергию Солнца,

углекислый газ и выделяющих кислород) прокариот радикально меняет условия на

Земле: изменяется поверхность Земли под воздействием окисления, накапливается

кислород в атмосфере, озоновый экран предохраняет от ультрафиолетового

излучения. Некоторые прокариоты должны были приспособится к жизни в

кислородной атмосфере (дыхание). Трансформация макросистемы создала

предпосылки для развития более сложных форм жизни (Моисеев 1990: 80, Яблоков,

Юсуфов 1998: 59, Янч 1999: 153).

П. Протерозой (2,5 млрд.-590 млн. лет назад). Первые эукариоты (сложные

ядерные клетки) возрастом 2млрд. лет возникли в результате симбиоза аэробных

и • анаэробных прокариотов. Бывшие прокариоты всё ещё сохраняют определённую

автономию в качестве мембранных органелл (ядро, митохондрии, хлоропласты)

внутри эукариотов. Эукариоты овладели кислородным дыханием, могли более

эффективно утилизировать энергию и размножались половым путём (оплодотворение

и мейоз), но за сложность они заплатили индивидуальной смертью. Разделение

полов означало наличие специальной формы памяти - генетического кода.

Эукариоты более миллиарда лет назад разделились на царства растений, животных

и грибов.(Руттен 1973: Моисеев 1990: 81-83, Яблоков, Юсуфов 1998: 46, Янч

1999: 153). Следующим этапом эволюции ранних форм жизни стало образование

многоклеточности. Первые останки многоклеточных животных находят в морских

отложениях возрастом более 1млрд. лет (кишечнополостные - проточерви, полипы,

гидры, медузы, грибы и губки, отдельные беспозвоночные - мягкотелые моллюски,

брюхоногие и головоногие. В морях обитали различные вирр~ водорослей,

появляютя первые прикреплённые ко дну водоросли. Первичные

почвообразовательные процессы подготовили условия для выхода растений на

сушу.

». Палеозой (590-248 млн. лет назад). 1. Кембрий (590-505 млн.) - расцвет

беспозвоночных, иглокожих, эволюция хордовых; 2. Ордовик (505-438) -

позвоночные-бесчелюстные, трилобиты, моллюски и ракообразные; 3. Силур (438-

408) - челюстноротые, коралловые рифы, споровые растения; 4. Девон (408-360)

- наземные животные (земноводные), аммониты, паукообразные, хрящевые и

костистые рыбы, первые мхи и папоротники; 5. Карбон (360-286) -

пресмыкающиеся и насекомые, древовидные папоротники; 6. Пермь (286-248) -

зверообразные ящеры, Ьее0ез, хвойные.

ГЧ. Мезозой (248-65): 1. Триас (248-213) - первые динозавры; 2. Юра (213-144)

- доминирование динозавров и насекомых, появление пгин. млекопитающих и

цветковых растений; 3. Мел (144-65) - исчезновение динозавров, появление

современных рыб.

Ч. Кайнозой (65 млн. лет назад до современности) - расцвет млекопитающих,

дивергенция приматов от насекомоядных, путь развития человеческих гоминид

отделился от приматов (Грин, Стаут, Тейлор 1990, т. 1: 363-364, Грант 1991:

Яблоков, Юсуфов 1998: ).

5.6.Концепция уровней организации жизни Уровни организации материи (неживые

микро- и мегамиры, живое вещество, самосознание - человек, общество,

культура). Молекулярно-генетический уровень организации жизни (Рьюз 1977:

276-280, Кузнецов, Идлис, Гутина 1996: 320-332): единый жёсткий язык

биологического кода (линейные тексты многообразных структурных белков и

белков- ферментов как комбинации из 20 букв - аминокислот, генетическое

сообщение из чезырёх букв-оснований нуклеиновых кислот, механизм построения

белковых текстов - ДНК - РНК - кодон - аминокислота, рекомбинации и мутации,

проблема происхождения и эволюции биологического языка, Налимов 1979: 196-

201, молекулярные основы обмена веществ (диссимиляция и ассимиляция), вирусы

(строение, функционирование, происхождение, Грин, Стаут, Тейлор 1990, т. 1:

28- 32), генетическая инженерия (возможности, перспективы, этические

проблемы, Общественные науки и современность ~5, 1998: 108-123).

Онтогенетический уровень (Кузнецов, Идлис, Гутина 1998: 334-352, Грин, Стаут,

Тейлор 1990, т. 1: 13-28, 42): от гиперциклов к клеткам (проблемы

возникновения, механизма действия и языка мембран, экспериментальные

доказательства спонтанного образования мембран), от прокариотов к эукариотам

(прокариоты - строение, невероятная устойчивость, эволюционное значение,

гипотезы появления эукариот, эукариоты - строение, отличие от прокариотов,

классификация), типы трофии (хемотрофы и фототрофы).

Популяционно-биогеоценотический уровень (Кузнецов, эдлис, Гутина 1998: 354-

364): пространственная структура, обьём и границы популяций (групп особей

одного вида), этология как наука о поведении животных, взаимодействие между

популяциями и биогеоценозами (популяции и среда), трофические цепи (энергия

Солнца - растения - растительноядные - хищные - деструкторные).

Биосферный уровень (учение В. Вернадского). Экология как наука. Экологическая

система: структура, взаимодействие, управление. Биосфера и ноосфера: учение

П. Т. де »ардена.

5.7. Уровни биологической эволюции В современной синтетической теории

биологической эволюции различают три уровня эволюции: микроэволюция или

эволюция популяций, видообразование как результат микроэволюции и

макроэволюция или эволюция больших групп, текущая миллионы лет. Для изучения

микроэволюции используют экспериментальные генетические и экологические

методы, анализ антропогенного влияния, морфологические методы. Прямые

эксперименты с быстроразмножающимися организмами (мушки-дрозофилы,

микроорганизмы) позволили наблюдать и моделировать эволюцию. Элементарной

эволюционной единицей является популяция, минимальная самовоспроизводящаяся

группа особей одного вида. Микроэволюция - эволюционные изменения в пределах

локальных воспроизводящихся популяций. Основные экологические характеристики

популяции -величина, возрастная и половая структура, популяционная динамика

(колебания параметров популяции). Как показали эксперименты главная

особенность популяции это её генетическая гетерогенность или полиморфизм.

Популяции полиморфны по аллелям, альтернативным формам одного гена (единица

наследственности) и по типам хромосом (множество генов). Экспериментально

доказана динамика популяций (закон "арди-ВайИберга). Популяция не может быть

изолированной, поэтому ростёт генетическое разнообразие. Скрещивание не

бывает случайным, имеет место внутривидовой половой отбор. Мутации (внезапные

наследственные изменения в генах) вызывают фенотипические эффекты, "внепппою"

изменчивость (Яблоков, Юсуфов 1998: 102-125). Результатом микроэволюции

является видообразование. Вид - это совокупность всех географических и

экологических рас. Любой вид представляет также систему популяций. Виды

различаются по генетическим и морфологическим, физиологическим и

биохимическим, географическим признакам. Вид структурирован: особь и семья,

дем (группа особей) и группа демов, популяция и группа популяций, полувид,

вид и надвид. Вид изолирован: экологически, по времени, механически и

этологически. Изоляция популяций одного вида может привести к разделению вида

на генетически закрьпые системы. Существуют различные типы видообразования:

дивергентное, гибридогенное и филетическое. Дивергентное видообразование

(географическое и квантовое, В. Грант) происходит путём разделения единого

предкового вида. Гибридное (межвидовое) видообразование Филетическое

Исторический характер макроэволюции (эволюции родов, семейств, отрядов,

типов): данные палеонтологии, биохимии, сравнительной анатомии, эмбриологии.

Палеонтология - исследования ископаемых останков организмов (в вечной

мерзлоте, скелеты и мумии, кости, раковины, зубы, отпечатки и окаменелости,

следы ног) выявили ряд признаков, изменяющихся длительное время в каком-то

направлении. Эволюционные ряди~ (увеличение размеров тела и мозга, удлинение

ног, редукция пальцев, эволюция черепа, изменения зубов, Сравнительная

биохимия (сходства и различия на молекулярном уровне, например, сходство с

шимпанзе и различия с другими видами по гемоглобину у человека).

Сравнительная анатомия (скелет всех амфибий и до млекопитающих построен по

единому плану, гомологичные и рудиментарные органы). Сравнительная

эмбриология - сходные стадии развития в онтогенезе (Грин, Стаут, Тейлор 1990:

264-288, 299-303, Грант 1991: 294-299 ). 5.8.Механизмы эволюции биосферы

Акцент на актуальной целенаправленности поведения в теории естественного

отбора Ч. Дарвина и ее уточнение с позиций кибернетической теории систем и

энергетики (биосфера и каждый организм постоянно борются против

уравновешивающего давления физической среды, чтобы совершать работу по

поддержанию неравновесных процессов популяции и особи конкурируют за

ограниченные источники энергии, Назаретян 1991: 76), популяционной генетики

(значение репродуктивного успеха, Грант, 1991: ). Типы отбора (направленный -

по одному признаку, стабилизирующий - элиминация крайних вариантов,

дизруптивный - сохранение крайних и дивергенция, половой - конкуренция за

самку или самца, искусственный - изоляция и селекция популяции, Грин, Стаут,

Тейлор 1990, т.3: 288-297, Грант 1991: ). Другие причины диверсификации и

эволюции биосферы: многообразие способов высвобождения, утилизации

фотосинтезированной энергии и географических условий на Земле; изменения

среды из-за активности живого вещества; мутации как основной источник

новшеств; "внешние" катаклизмы - космические, геофизические, климатические,

Назаретян 1991: 77-78). Логика и разрешение "внутренних" (эволюционных)

кризисов: диалектика созидания (работа по поддержанию неравновесных

процессов) и разрушения (исчерпание ресурсов среды); преодоление кризиса -

регресс (упрощение), стабилизация параметров и прогрессивные изменения

(совершенствование методов и средств конкуренции - морфофизиологии, аппаратов

движения, модели мира). Рост сложности модели мира для эффективности анти

нтропийной работы как главный критерий прогресса. Сгремление живого не к

развигию, а к сохранению неравновесия со средой (Назаретян 1991: 79-83).

5.9.Природа психики и предпосылки антропосоциогенеза Чаще всего выделяют

следующие формы биологического прогресса (Яблоков, Юсуфов 1998: 250-259):

неограниченный (более высокая степень овладения окружающим миром, повышение

выживаемости, рост объёма информационных моделей, более сложные программы

поведения, инстинкты, формы отражения), биологический (морфофизиологические

изменения, усложнение форм размножения, увеличение численности вида,

совершенствование групповой организации) и биотехнический (энергетические

показатели организма, эффективность использования энергии за счег снижения

уровня устойчивости, Моисеев 1998: 127, лучшее восприятие сигналов из среды,

более эффективный способ передвижения). Но главным критерием прогресса в мире

живого является более сложная форма отражения, информационного моделирования

мира для антиэнтропийной направленности поведения. Живые формы отражения от

раздражимости и чувствительности до психического отражения всегда активные,

сигнальные, опережающие, эволюционирующие в сторону повышения сложности,

богатства программ поведения. На высших этажах биосферной организации

Страницы: 1, 2, 3, 4