Поиск по сайту
Проект публикации книги «Познай самого себя»
Узнать, насколько это интересно. Принять участие.

Короткий адрес страницы: fornit.ru/7152
Список основных тематических статей >>
Этот документ использован в разделе: "Список теоретических статей"Распечатать
Добавить в личную закладку.

Пирназарова Ф.Н. ЧТО ЕСТЬ ЖИЗНЬ? Информационно-энтропийная модель живых систем.

В статье освещаются экспериментальные результаты физико-химических исследований взаимодействия партнёров системы хозяин-паразит, чтобы дать возможный ответ на сакральные вопросы науки: «В чём состоит коренное отличие живого от неживого? Что есть жизнь?» Предлагается гипотеза предбиологической эволюции и возникновения жизни. Разработана информационно-энтропийная модель живых систем, которая даёт возможность определения качественной специфичности биологической формы движения материи - цикличности и равновесия энтропийных и информационных процессов в целостной 2-хкомпартментальной живой системе.

Относится к разделу Биология

Эта статья опубликована автором самостоятельно с помощью автопубликатора, отражает личное мнение автора и может не соответствовать мировоззренческой направленности сайта Fornit. Оценка публикации может даваться в виде голосования (значок качества) или обосновано в обсуждении. Ссылки на обе эти возможности есть внизу статьи.

 

ПирназароваФ.Н.  ЧТО ЕСТЬ ЖИЗНЬ?  Информационно-энтропийная модель живых систем.

 

Аннотация

 

В статье освещаются экспериментальные результаты физико-химических исследований взаимодействия партнёров системы хозяин-паразит, чтобы дать возможный ответ на сакральные вопросы науки: «В чём состоит коренное отличие живого от неживого? Что есть жизнь?»  Предлагается гипотеза предбиологической эволюции и возникновения жизни. Разработана информационно-энтропийная модель живых систем, которая даёт возможность определения качественной специфичности биологической формы движения материи - цикличности и равновесия энтропийных и информационных процессов в целостной 2-хкомпартментальной живой системе.

Введение

В настоящее время определение понятия “живое вещество”, удовлетворяющее требованиям рационализма, отсутствует.  «Как это ни странно, но до сих пор нет удов­летворяющего всех определения понятия «жизнь, живое», - делают выводы эволюционисты [1].

«Хотя сегодня нам известны куски и обрывки о машинерии клеток, мы не знаем, что делает их живыми», - говорит известный биолог-теоретик StuartKauffman [2].  Он даёт   системное определение жизни:  живые организмы – самоорганизованные и самопродуцируемые. Вариации этого определения включают определение живых организмов как автономного агента или мультиагентной открытой термодинамической системы, способной репродуцировать себя и совершать по меньшей мере один термодинамический рабочий цикл [2]. 

«Текущие попытки ответить на вопрос «Что есть жизнь?» определением жизни в терминах  метаболизма или репродукции – характеристик, которые мы обычно используем, чтобы признать образцы земной жизни – маловероятны, чтобы  следовать им», - говорит    CarolCleland из университета Colorado.  «В каком ответе мы нуждаемся на вопрос «Что есть жизнь?» - это в общей теории живых систем» [3].

Под понятием «жизнь» большинство ученых сейчас подразумевают процесс существования сложных систем, состоящих из больших органических молекул и способных самовоспроизводиться и поддерживать свое существование в результате обмена энергией и веществом с окружающей средой [4].

По Моисееву Н.Н., «…феноменом, который мы называем ЖИЗНЬЮ, имеет место исключительность сочетания по меньшей мере трех особенностей данной формы существования материи: метаболизма, т.е. способности обмениваться со средой материей и энергией, способности редупликации, т.е. воспроизведения того или иного организма или системы организмов, и стремления к сохранению своей целостности, т.е. способности формировать петли отрицательной обратной связи» [5].  В 60-70-е годы появилась серия работ М. Эйгена, в которых было показано, что такой явно неживой объект, как биологические макромолекулы, обладают всеми указанными свойствами [6].

Так как нет никакого чёткого  определения жизни, текущее понимание описательно,  где жизнь есть характеристика организмов, в которой представлены  следующие явления: 1)Гомеостаз. 2)Организация. 3) Метаболизм, 4) Рост. 5) Адаптация. 6) Ответ на стимул, т.е. реактивность. 7)Репродукция. Но эти явления присущи уже высокоорганизованным  сложным биологическим системам, с развитой дифференциацией клеток, тканей, органов  [7].

После работ Эйгена стало очевидным, что метаболизм и редупликация вовсе не являются прерогативой только одного живого вещества и этих свойств недостаточно для того, чтобы идентифицировать живое вещество – выделить его из мира остального вещества.

«…ни метаболизм, ни редупликация, ни даже возникновение обратных связей, обеспечивающих стабильность системы, не являются прерогативой только живого вещества. Они всего лишь свойства, необходимые для его функционирования. Но они недостаточны для его идентификации, для определения ЖИЗНИ как феномена, рожденного Универсумом в процессе его эволюции» [5].  Участие в обмене веществом и энергией с окружающей средой и способность к самовоспроизведению не являются исчерпывающими признаками жизни. Это означает, что понятие "жизнь" шире, чем его конкретное проявление.

Проблема зарождения жизни формулируется очень просто: как из мертвой материи появляются живые организмы?

---------------------------------------------------------------------------------

 

1.    Гипотеза предбиологической эволюции и возникновения жизни.

 

Вопросы происхождения жизни на Земле всегда волновали исследователей. Гипотез о происхождении жизни много. Вернадский считал, что жизнь — имманентное свойство материи и она существовала всегда, Сванте Аррениус — что она внесена из космоса. Сторонники креационизма до сих пор утверждают, что при создании такой сложнейшей организации, как клетка, не обошлось без дизайнера или творца [7].

Но реконструировать начало жизни было и остается сложным.

Земле 4,55 млрд лет, и первые несколько сотен миллионов лет она то и дело плавилась целиком в результате страшных столкновений. Любая жизнь, возникшая в то яростное время, наверняка погибла бы. Но даже после того, как планета достигла своего сегодняшнего размера и начали формироваться океаны, с небес каждые несколько миллионов лет продолжали падать громадные камни по миллиону тонн. Последний ураган титанических столкновений произошел 3,9 млрд лет назад; 50 млн лет спустя жизнь на Земле уже играла заметную роль. Молекулярные следы из Гренландии свидетельствуют, что 3,85 млрд лет назад  на нашей планете уже была какая-то жизнь. Ученые не могут точно сказать, какого рода жизнь оставила в Гренландии свои следы, но ясно, что эта жизнь уже начала менять химический состав океанов и атмосферы на глобальном уровне. Возможно, это были микроорганизмы, подобные цианобактериям, возможно, всего лишь организмы мира РНК, — а может быть, и что-то промежуточное. Жизни потребовалось не слишком много времени, чтобы развиться от первых организмов, содержавших минимум генов, до настоящих микроорганизмов, таких как цианобактерии, в которых уже более 3000 генов [7].

Хотя прямое самозарождение живых существ невозможно, жизнь могла появиться постепенно в результате долгой "химической эволюции". Что касается идеи об изначальности жизни, то она сейчас практически не имеет сторонников, поскольку на первых этапах развития Вселенной синтез даже самых простых органических соединений был невозможен [8].

Во времена молодости Земли, предвестники биологической материи, возможно, концентрировались в дождевых каплях или океанских брызгах. Некоторые ученые полагают, что жизнь зародилась на срединных океанских хребтах, где горячая магма из земной мантии изливается в море и контактирует с насыщенной химическими веществами морской водой. Они указывают на то, что ветви жизни, отходящие от ствола ближе всего к основанию, принадлежат бактериям и археям, обитающим в исключительных условиях, в кипящей воде или кислоте. Они вполне могут быть реликтами первых экосистем Земли [9].

По современным представлениям возраст Земли около 4,6 млрд. лет, поэтому вряд ли жизнь старше этого срока. Еще Ч.Дарвин понял, что жизнь может возникнуть только при отсутствии жизни. Второе условие, при котором жизнь может возникнуть, - отсутствие свободного кислорода в атмосфере. Это важное открытие сделал русский ученый А.И.Опарин в 1924 г. (к такому же выводу в 1929 г. пришел английский ученый Дж.Б.С.Холдейн). А.И.Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4,5 млрд. лет назад состояла из азота, водорода, углекислого газа, паров воды и аммиака, возможно, с добавкой синильной кислоты (ее обнаружили в хвостах комет), могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Поэтому возникающие на поверхности Земли органические вещества могли накапливаться, не окисляясь [4].

Первый абиогенный синтез органических веществ (т.е. идущий без участия живых организмов) из случайной смеси газов приписывают американским ученым С.Миллеру и Г.Юри. В 1953 г. они поставили эксперимент по программе, намеченной Опариным, и получили под действием электрических разрядов напряжением до 60 тыс.В, имитирующих молнию, из водорода, метана, аммиака и паров воды под давлением в несколько Паскалей при t=800С сложную смесь из многих десятков органических веществ. Среди них преобладали органические (карбоновые) кислоты – муравьиная, уксусная и яблочная, их альдегиды, а также аминокислоты (в том числе глицин и аланин). По данным, полученным в последнее время нашими учеными, простейшие органические вещества могут возникать и в космическом пространстве при температуре, близкой к абсолютному нулю. В принципе Земля могла бы получить абиогенные органические вещества и как приданое при возникновении. В результате океан превратился в сложный раствор органических веществ (т.н. первичный океан), которым в принципе могли бы питаться анаэробные бактерии (организмы, способные жить и развиваться при отсутствии свободного кислорода и получающие энергию для жизнедеятельности за счет расщепления органических или неорганических веществ). Кроме аминокислот в нем были и предшественники нуклеиновых кислот – пуриновые основания, сахара, фосфаты и др.

Однако низкомолекулярные органические вещества еще не жизнь. Основу жизни представляют биополимеры – длинные молекулы белков и нуклеиновых кислот, слагающиеся из звеньев – аминокислот и нуклеотидов.  Биополимеры не могли возникнуть сами в первичном океане, т.к. реакция полимеризации первичных звеньев в водном растворе не идет. Американский исследователь С.У. Фокс, нагревая до 130С сухую смесь аминокислот, показал, что в этом случае реакция полимеризации идет (выделяющаяся вода испаряется) и получаются искусственные протеиноиды, похожие на белки, имеющие до 200 и более аминокислот в цепи. Растворенные в воде, они обладали свойствами белков, представляли питательную среду для бактерий и даже катализировали (ускоряли) некоторые химические реакции, как настоящие ферменты. Возможно, они возникали в предбиологическую эпоху на раскаленных склонах вулканов, а затем дожди смывали их в первичный океан. Есть и такая точка зрения, что синтез биополимеров шел непосредственно в первичной атмосфере и образующиеся соединения выпадали в первичный океан в виде частиц пыли. Следующий предполагаемый этап возникновения жизни – протоклетки. А.И. Опарин показал, что в стоящих растворах органических веществ образуются коацерваты – микроскопические «капельки», ограниченные полупроницаемой оболочкой – первичной мембраной. В коацерватах могут концентрироваться органические вещества, в них быстрее идут реакции, обмен веществ с окружающей средой, и они даже могут делиться, как бактерии. Подобный процесс наблюдал при растворении искусственных протеиноидов Фокс, он назвал эти шарики микросферами.

В протоклетках вроде коацерватов или микросфер шли реакции полимеризации нуклеотидов, пока из них не сформировался протоген – первичный ген, способный катализировать возникновение определенной аминокислотной последовательности - первого белка. Вероятно, первым таким белком был предшественник фермента, катализирующего синтез ДНК или РНК. Те протоклетки, в которых возник примитивный механизм наследственности и белкового синтеза, быстрее делились и забрали в себя все органические вещества первичного океана. На этой стадии шел уже естественный отбор на скорость размножения; любое усовершенствование биосинтеза подхватывалось, и новые протоклетки вытесняли все предыдущие.

Последние этапы возникновения жизни – происхождение рибосом и транспортных РНК, генетического кода и энергетического механизма клетки с использованием АТФ – еще не удалось воспроизвести в лаборатории. Все эти структуры и процессы имеются уже у самых примитивных микроорганизмов, и принцип их строения и функционирования не менялся за всю историю Земли.

Жизнь возникла на земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на земле исключена [4].

Наш общий предок — все микроорганизмы, обитавшие в то время на Земле, некая изменчивая матрица генов, покрывавшая всю планету. Первые 3 млрд лет  микроорганизмы были единственными хозяевами и обитателями Земли. Эра микроорганизмов была временем удивительных перемен, постоянного движения генов, в результате которого были изобретены бесчисленные способы превращения энергии в жизнь. Только после этого могли появиться на свет наши многоклеточные предки — первые животные. Из мутного пруда ранней эволюции вышли три базовые ветви жизни: эукариоты, археи и бактерии [7].

Пока нет убедительных, логически стройных научных обоснований и доказательств, раскрывающих сущность саморазвития и самоорганизации в микро- и в макромире, отсутствует системный, или целостный, подход к саморазвитию и самоорганизации природных  систем.  Ученые пытаются реконструировать самое первое из величайших биологических превращений: переход от нежизни к жизни.

Ученые предполагают, что из добиологических молекул могли сложиться самоподдерживающиеся циклы химических реакций. Группа молекул захватывала молекулы из окружающей среды и формировала из них копии самих себя — новые комплекты молекул, способные независимо поддерживать циклические реакции. Возможно, поначалу на Земле существовало и действовало множество разных химических циклов. Если в них использовались одни и те же стройматериалы, циклы начинали конкурировать между собой. При этом самый эффективный цикл опережал остальные, менее эффективные.  Иными словами, биологической эволюции предшествовала эволюция химическая [7].

В 1971 г. М. Эйген [6] сформулировал последовательную концеп­цию предбиологической молекулярной эволюции. Эйген распро­странил идеи дарвиновского отбора на популяции макромолекул в первичном бульоне.  Он показал, что кооперирование мо­лекул в «гиперциклы» приводит к компартментализации в виде отдельных клеточных единиц. Гиперцикл – это средство объеди­нения самовоспроизводящихся единиц в новую устойчивую систе­му, способную к эволюции. Он построен из автокатализаторов, которые сочленены посредством циклического катализа, т.е. посред­ством еще одного автокатализа, наложенного на систему.

Дарвиновский отбор, являющийся предпосылкой для возник­новения гиперциклов, на молекулярном уровне может иметь ме­сто в системах, обладающих следующими свойствами:

1.   метаболизмом – система должна быть далеко от равновесия. Образование и разложение молекулярных видов должны быть независимы. Отбор должен действовать только на промежуточные состояния, которые образуются из высокоэнергетических предшественников и разрушаются в низкоэнергетические отходы. Система должна использовать освободившуюся энергию и вещества;

2.   самовоспроизведением – способностью инструктировать свой соб­ственный синтез;

3.   мутабилъностью, которая всегда сопутствует самовоспроизведению. Ошибки копирования – основной источник новой информации.

Образование и отшлифовка эйгеновских гиперциклов привели к созданию аппарата трансляции. Образование вслед за этим клеточ­ной мембраны завершило предбиологический период эволюции [6].

Крупнейший микробиолог академик Г. А. Заварзин предположил,  что устойчивое существование биосферы возможно только при условии относительной замкнутости биогеохимических циклов — в противном случае живые существа очень быстро израсходуют все ресурсы или отравят себя продуктами собственной жизнедеятельности [10].

Замкнутость циклов может быть обеспечена только сообществом из нескольких разных видов микроорганизмов, разделивших между собой биогеохимические функции. Одни, используя ресурсы среды, наполняют ее продуктами своей жизнедеятельности, а другие, используя эти продукты, возвращают в качестве своих отходов первоначальный ресурс во внешнюю среду. Примером такого сообщества являются цианобактериальные маты, о которых пойдет речь в главе 3. Г. А. Заварзин считает, что организм, способный в одиночку замкнуть круговорот, так же невозможен, как и вечный двигатель.  Для этапа химической преджизни это еще более очевидно. Никакая отдельно взятая органическая молекула не сможет устойчиво самовоспроизводиться и поддерживать гомеостаз в окружающей среде. На это способны только комплексы из довольно большого числа разных молекул, между которыми наладилось «взаимовыгодное сотрудничество» (симбиоз) [10].

Из необходимости циклов Вернадский сделал вывод: невозможно построить устойчивую систему на монофилетическом основании. Универсальный предок не может существовать, поскольку он представлял бы собой "вечный двигатель", даже будучи фототрофом – автотрофным днем и гетеротрофным ночью. Представление об "универсальных предках" логически противоречиво. Изначальная группировка микроорганизмов должна была быть разнородной и функционально комплементарной. Иные группировки не могли быть устойчивыми и существовать в течение геологически длительного времени. Этим требованиям отвечает цианобактериальное сообщество. Для становления биогеохимических циклов необходимо участие разнообразных групп прокариот, взаимодействующих друг с другом. Реакции геохимических циклов сопряжены друг с другом в единую систему [10].

Некоторые авторы считают, что одноклеточные организмы, предки современных архебактерий появились на Земле около 4,5 млрд лет тому назад. Многие архебактерии способны выживать в крайне неблагоприятных экологических условиях. Некоторые из них являются термофилами и обитают только в горячих источниках с температурой 90°С и даже выше, где другие организмы попросту погибли бы. Превосходно чувствуя себя в таких условиях, эти одноклеточные организмы потребляют железо и серусодержащие вещества, а также ряд химических соединений, токсичных для других форм жизни. По мнению ученых, найденные термофильные архебактерии являются крайне примитивными организмами и в эволюционном отношении – близкими родственниками самых древних форм жизни на Земле. Всплеск эволюции, давший начало многоклеточным организмам, произошел гораздо позже, немногим более полумиллиарда лет назад [7]. Разнообразие, симбиоз, разделение функций и информационный обмен — изначальные свойства земной жизни [9].

Первая двунитевая молекула образуется в результате случайного и весьма маловероятного процесса: на одной из однонитевых полимерных молекул успевает до ее распада пройти матричный синтез. Последовательность нуклеотидов в этой однонитевой молекуле могла быть любой. Однако после того, как двунитевая структура образовалась, ситуация резко изменилась. Последовательность, реализованная в таком долгоживущем двунитевом полимере, приобрела смысл. Этот смысл состоит в том, что эта последовательность в стабильной и способной к редубликации молекуле существует, а другие возможные последовательности - нет. В системе будет быстро возрастать концентрация полимеров именно с такой, теперь уже особой, последовательностью. Таким образом, благодаря запоминанию случайного выбора возникла упорядоченность, имеющая смысл, возникла система, способная создавать осмысленную информацию [11,12].

В основе ощущения особой упорядоченности биологических структур лежит то обстоятельство, что она имеет смысл. Осмысленно то, что имеет цель.

До того, как полимер со случайной последовательностью нуклеотидов образовал стабильную двунитевую структуру, информации о том, что эти последовательности "лучше" других, просто не существовало. Информация была создана, сотворена. Непредсказуемое превратилось в неизбежное.

Системы, создающие осмысленную упорядоченность, обладают одним общим свойством: они содержат компоненты, конструкции, продолжительность жизни которых превышает время одного цикла работы системы. Для системы нуклеиновых кислот это значит, что двунитевой полимер не распадется до редубликации. Требование наличия долгоживущих, медленно релаксирующих конструкций обязательно для живой материи. Нельзя построить живое на основе газовой фазы!  [12]

Процессы распада ядер тяжелых элементов расплавили недра планеты и запустили процессы формирования недр и кристаллической земной коры. Далее опять процессы распада образовали кору выветривания нашей планеты, вулканическая деятельность образовала атмосферу, водную среду и создали условия для начала новой фазы негэнтропийных процессов, сотворивших сложные органические молекулярные соединения и саму жизнь [13].

Из физического хаоса в откры­тых системах сначала возникают флюктуации, затем рождаются диссипативные структуры, о кото­рых говорится в книге Пригожина и Стенгерс [14]. В древнегреческой мифологии ДЕМИУРГ  - бог, создающий мир из хаоса, существующего извечно, а творение мира понимается как его оформление - организация хаоса [15].  Как утверждает И. Пригожин: “…жизнь, заведомо укладывающаяся в рамки естественного порядка, предстает перед нами как высшее проявление происходящих в природе процессов самоорганизации” [14]. Возникновение диссипативных структур в ходе временной эволюции в открытых системах через последовательность все более упорядоченных диссипативных структур характерно для процессов самоорганизации.  «Необра­тимость есть тот механизм, который создает порядок из хаоса» [14].  Пригожину удалось объяснить на языке математики, что хаос может быть конструктивен — он порождает новый порядок [16].  Впол­не вероятно, что с необратимостью через отбор подхо­дящей бифуркации связана и хиральная асимметрия в живых системах.

По оценке Б.Е. Быховского и А.Г. Банни­кова, суммарная годовая продукция фотосинтеза земного шара равна 42 млрд. т органического уг­лерода. Близкую величину, 46 млрд. т, привёл А.А.Ничипорович. По подсчетам американского ученого Е.Рабиновича, весь кислород атмосферы оборачивается через живые организмы за 2 тыся­чи лет, углекислота совершает полный цикл за 300 лет, а вся вода океанов, морей и рек разлага­ется и восстанавливается в биотическом кругово­роте за 2 млн. лет. "Иначе говоря, - резюмировал М.М. Камшилов [17], - за время эволю­ции не только углекислота и кислород, но и вся вода прошли через живое вещество планеты не одну сотню раз!". Из сопоставления веса всего живого вещества Земли, по подсчетам В.И. Вернадского, равного 1012 т, с весом ежегодной продукции за счет фото­синтеза (1.15 х 1011 т) М.М. Камшилов заключил, что ежегодно возобновляется  примерно 10 % биомассы живого. Этот грандиозный циклический процесс синтеза и распада живой протоплазмы и составляет, согласно М.М. Камшилову, сущность жизни. Основываясь на представлении В. И. Вер­надского об организации жизни в планетном мас­штабе, он утверждал: "Биологический кругово­рот, основанный на взаимодействии синтеза и де­струкции органического  вещества,  -  одна  из самых существенных, если не самая существен­ная, форма этой организации. Только она обеспе­чивает непрерывность жизни и ее прогрессивное развитие”  [17,C.126].

Идея сопряжённых трансформеров A.J. Lotka,  гипотеза взаимозависимости продукции и потребления HowardT.Odum,  метаболизм-репарационная  модель  R.Rosen, концепция косвенного мутуализма и   управляющей перспективы R.E. Ulanowicz  и связующая их экосистемная гипотеза  жизни DanielA. Fiscus - включают в себя дуалистическое динамическое напряжение между противостоящими силами[18].  Fiscus  ввёл понятия возникновения фазового перехода и бифуркации:

«Бифуркация  на конструктора и деструктора  имела особое свойство, при котором два системных состояния (или функциональные подсистемы), являются взаимозависимыми.  Система конструктор-деструктор, таким образом, имела свойства целостной  системы, чем не обладает в отдельности никакая подсистема. Эти качества обеспечили  более широкие возможности выжить и сохраниться как динамический процесс в изменяющейся среде – большую способность для устойчивого производства»  (продукции)» [18].    «Бифуркация  в начале жизни  результирует два функциональных процесса – конструктора молекулярной нити (прото-автотрофы) и деструктора молекулярной нити (прото-гетеротрофы). Функция конструктора заключается в эффективном использовании энергии (солнечной, химической или тепловой), чтобы образовать химические связи и строить молекулярные нити. Функция деструктора заключается в эффективном использовании энергии в химических связях и разрыве молекулярных нитей на составные части» [18].

Взгляд на жизнь, как на единое целое, требующее два комплементарных  функциональных блока, и, таким образом, два сдвоенных между собой  динамических аспекта, предполагает приливы и отливы между изменением и стабильностью, взаимозависимость снизу-вверх и сверху-вниз и поведение каждого в  сборке целостного.  «Гипотеза экосистемной жизни обеспечивает рамки, в которых два, казалось бы, противоположных  экологических принципа могут быть истинными одновременно, подобно теории дуальности  или комплементарности света в физике» [18]. 

Экосистемная  гипотеза жизни представляет собой основу для построения некоторой целостности и последовательности шагов в «активации» материи.  Материя становится «активной»: она порождает необратимые процессы, а необратимые процессы орга­низуют материю [14].

«Сравнивая круговороты в природе, М.М.Камшилов нашёл, что "главное отличие биотического круговорота от любого другого, в частности от круговорота воды, как раз и заключается в том, что он проис­ходит на всех уровнях в итоге устойчивого взаи­модействия противоположных процессов: синте­за и деструкции молекул, рождения и гибели особей, появления и отмирания видов". Единство и устойчивость жизни обусловливается всей совокупностью систем жизни [19].

На недавней конференции ISSS (2011 г.) было высказано:  «В мире существуют две противоположные силы, которые постоянно взаимодействуют друг с другом, создавая поток энергии, вещества и информации между системами и окружающей средой. С одной стороны, мы имеем силу беспорядка, управляемую вторым законом термодинамики,  уносящую всё в равновесное состояние с максимумом энтропии. С другой стороны,  мы имеем организационную силу, управляемую ограничениями системы, которая вовлекает систему в особенное устойчивое состояние с низкой энтропией» [20,p.46].

Жизнь началась с того момента, как самоорганизованная группа полимерных молекул изолировалась  от среды первичной мембраной и  индуцировала бифуркацию на два состояния с противоположно направленными в пространстве процессами – деструктивными, энтропийными, и конструктивными, антиэнтропийными, или информационными.   Об этих сопряжённых процессах указывают многочисленные авторы [18, 21-22].  Нами было показано, что кинетика изменения концентрации свободных радикалов в листовой ткани хлопчатника после хаотропного воздействия  отвечает динамике энтропийных процессов, в то время как изменения антиоксидантной активности – динамике антиэнтропийных процессов [22].

 

В природе нет обособленных энтропийных и аптиэнтропийных процессов, а есть физико-химические процессы и они выступают как в роли разрушительных, так и созидательных процессов — все определяется их направленностью на создание порядка или беспорядка. Движущей силой этих процессов является свободная энергия, которая выполняет тоже двоякую роль в природе, участвуя как в созидательных, так и в разрушительных процессах.

Но эта бифуркация оказалась возможной после того, как развились механизмы структурной компартментализации этих двух противоположных процессов в разных отсеках мембран и клеток.   Недаром компарментализацию Кошланд назвал 3-м столпом жизни [23]:  «Причина такой компартментализации  в том, что жизнь зависит от кинетики реакций её компонентов, субстратов и катализаторов (ферментов) живых систем. Такие  кинетики зависят от концентрации ингредиентов. Простое разбавление содержимого клетки убивает её из-за снижения концентрации содержимого, даже если все химические вещества остаются активными, как до разбавления. Поэтому компартменту важно сохранить  концентрации и размещение  внутри живого организма и  обеспечить защиту  снаружи» [23].  Именно сотворение оболочек, или первичных мембран с амбивалентными свойствами индуцировало бифуркацию.  Возникновение оболочек явилось важнейшим этапом самоорганизации материи, позволившим осуществить бифуркацию.

Если относительная динамичность процессов дают нам ощущение "времени", то относительность масштабов дают нам ощущение пространства. Тогда пространство и время можно рассматривать как категории, определяющие разные грани движущейся материи [24].

Необратимые химические реакции запускают динамический  процесс сотворения из флюктуаций в  материальные  структуры в необратимом Времени.  Устойчивые структуры создают Пространство для эволюции, роста и развития планет и звёзд. Только одновременно с началом динамических  процессов появляется Пространство, и не раньше. Все энтропийные процессы направлены в сторону возрастания беспорядка, а негэнтропийные процессы направлены в сторону его убывания [22]. 

Когда в процессах самоорганизации из хаоса первичных структур через последовательность диссипативных структур возникает необратимость – структуры начинают функционировать – изменяться в пространстве со временем:  лабильные неустойчивые, в т.ч. радикальные – в энтропийном пространстве,  всё более упорядоченные, устойчивые – в информационном пространстве. Так происходит бифуркация пространства и реципрокно направленных  функций – энтропийных и информационных  [22].   

На молекулярном уровне на этапе предбиологической эволюции происходит каскад химических процессов: синтез и распад биомолекул через образование  и флуктуации лабильных структур – активных форм,  радикалов, составляющие энтропийные процессы,  и синтез стабильных молекул и ферментов, ускоряющих процессы упорядочивания и самоорганизации,  формирующий в целом информационные процессы [25].  

И в космических масштабах жизнь звезд  связана с процессами самоорганизации на каждой фазе жизни звезды и поддержанием динамического равновесия энтропийных и антиэнтропийных процессов [26]:

1) Эволюция идет через постоянное создание и разрушение объектов  - «созидательное (творческое) разрушение».  «Эволюция сильнее объектов». Космические процессы сопровождаются постоянным образованием, развитием, изменением и гибелью различных объектов (звезд, галактик и т. п.). «Жизнь сильнее организмов», то есть жизнь продолжается именно потому, что организмы смертны. То же касается и звездной эволюции.

2) Ротация и поддержание баланса происходит за счет постоянного уничтожения (перехода на новые фазы жизни) одних объектов и рождения других. Тем самым поддерживается баланс и создаются условия для развития, так как развитие – всегда результат смены генераций и видов.

3) Конец одного – это начало другого. Звездно-эволюционная эстафета. Материал погибших объектов становится исходным или дополнительным материалом для формирования новых. Это знаменует и круговорот вещества и энергии в природе и одновременно как бы процесс передачи эстафеты. Это обеспечивает постоянную преемственность и поле для продвижения к новому, подобно тому, как смена поколений биологических особей всегда влечет какие-то изменения.

4) Новые генерации организмов и таксонов – способ качественного развития. Можно увидеть и генерации таксонов, которые имеют уже заметные эволюционные и системные отличия.   

5) Синтез градуализма и катастрофизма. В космической эволюции можно увидеть сочетание двух принципов, вокруг которых не утихают споры в геологии и биологии. А именно о том, какой тип развития преобладает – медленные, постепенные изменения, в итоге ведущие к огромным переменам (градуализм), или катастрофизм (пунктуализм), то есть развитие преимущественно резкими, революционными скачками, в биологии часто связываемое именно с катастрофами. Однако катастрофы того или иного масштаба есть в жизни любой звезды. Правда, у одних такие крутые перемены могут выражаться в  местных проявлениях (таких как отделение оболочек), а у других – это грандиозные катастрофы, когда звезды гибнут «ярко», «геройски», освещая собой Вселенную, оставляя световой след длиной в миллиарды лет. Последних, как и среди людей, намного меньше. Героев всегда немного. В наше время сверхновая в нашей Галактике взрывается довольно редко (раз в пятьдесят лет) [26].

 

2.Информационно-энтропийная модель живых систем.

 

«Противоречие есть корень всякого движения и жизненности» – это утверждение,  как никогда актуальное, становится ядром предлагаемой идеи происхождения жизни [14, c.402].  Внутренним фактором развития, эволюции, источником самодвижения служит противоречие, заложенное в самой структуре биомолекул с компартментализацией энтропийных и антиэнтропийных локусов, вы­полняющих противоположно-направленные реципрокные функции.  И в то же время конфликт противоречий в структуре преобразуется в гармоническое единство в целостной системе, обретающей новую функциональность в самоорганизации. Так, в дипольной структуре молекулы воды объединены противоположно заряженные полюсы на атомах водорода(+) и кислорода(-), и тогда целостная молекула обретает уникальные свойства – способность ассоциироваться и структурироваться в полимолекулярные кластеры, приобретающие формы снежинок, микротрубочек, спиралевидных структур, характерных для живых тканей – с парадоксальными параметрами плотности, удельной теплопроводности, поверхностного натяжения, теплоты парообразования [27].  Недаром  вода стала  основой жизни на нашей планете.

В конце прошлого века фундаментальное изучение феномена энтропии было проведено Больцманом, одним из самых глубоких мыслителей прошлого века. Он построил статистическую теорию термодинамики и установил, что энтропию можно определить как логарифм числа возможных состояний системы. Но уже тогда возникло определение энтропии как меры «беспорядка», «дезорганизации» биологической системы, а информации — как меры организации [28]

Компартментализация и реципрокность энтропийных и антиэтропийных функций в мембранах и клетках обуславливают специфичность кинети­ки каждого процесса. Равновесие и реципрокность энтропийных и антиэнтропийных функций легко проследить по сопряжённым процессам дыхания и гликолиза, расщепления и синтеза АТФ, свободнорадикальных и антиокислительных процессов и пр. [22,29]

Таким образом мерой разупорядоченности биосистемы может служить повышение интенсивности энтропийных функций и, соответственно, мерой упорядоченности биоструктур - интенсивность антиэнтропийных процессов [22].  Антиэнтропийные функции клетки и организма заключаются в развёртывании во времени восстановительных и в то же время созидательных функций,  структурирующих новую информацию – усложнение и организованность на всех уровнях биологической интеграции: физико-химической, фермен­тативной, клеточной и популяционной репарации.

Окислительные, деструктивные процессы, ведущие к дезорганизации и беспорядку, можно отнести к энтропийным процессам, а восстановительные, АО-процессы с накоплением информации – можно отнести к антиэнтропийным, или информационным процессам.

Хаотропное возмущение приводит к окислительной деструкции мембранных фрагментов, увеличению проницаемости кислорода во внутриклеточное пространство и усилению СРОЛ мембран. Примерами неспецифического хаотропного воздействия являются облучение, гипертермия. Тогда повышение уровня деструктивных процессов, концентрации свободных радикалов, мембранной пероксидации и дыхания можно отнести к энтропийным процессам, вызывающим «хаос» и деструкцию мембранной и клеточной структуры.

Именно радикальные промежуточные соединения являются основным фактором реактивности энтропийных локусов и изменчивости биосистем [22]. Их действующая концентрация обеспечивает энтропийный потенциал системы (так же как «хаотический потенциал» обеспечивает творческий потенциал личности)  [30]. 

 Компенсаторно-восстановительные процессы, индуцируемые через определенный промежуток времени, отражаются в повышении уровня АОА, накопления ц-АМФ и активации ферментных комплексов. Их можно отнести к антиэнтропийным процессам, повышающим упорядоченнность биологических структур.

 

 

 

Рис.1. Кинетика энтропийных (Е) и антиэнтропийных процессов (АЕ) во времени при хаотропном возмущении  () в координатах  интенсивность параметра/время

 Рис.2.  Кинетика энтропийных (IЕ) и антиэнтропийных процессов (IАЕ) во времени при хаотропном возмущении  ()  в координатах:   степень упорядоченности – время  (IAE/t,   IE/ t).

Таким образом самоорганизованная биосистема осуществляет во времени и пространстве определенную программу реализации динамического равновесия ассиметрично ориентированных функций - энтропийных и информационных (антиэнтропийных), обуславливая прямую и обратную связь между ними.  Противоположно ориентированные в пространстве энтропийные и антиэнтропийные функции конструируют в своих компартментах (+) и (-) пространства свои устойчивые и лабильные структуры и свою стрелу времени.

 


Рис.3. Энтропийные и антиэнтропийные процессы в координатах функция/время

При неспецифическом хаотропном воздействии происходит сдвиг в интенсивности энтропийных процессов (кривая Е), обуславливающий затем через латентный промежуток времени t всплеск  антиэнтропийных процессов (рис.1-2).  Динамика антиэнтропийных процессов имеет зеркально-антибатный характер – (кривая АЕ – рис.1).  На графике зависимости Пространство АЭ и Э-функций - Время (рис.2) показана реципрокная взаимосвязь этих функций.   В  координатах Пространство-Время эти процессы реципрокны и в масштабе времени более 1 миллисекунды осуществляются практически одновременно (рис.3)  - время жизни свободных радикалов перекисного типа в физиологических условиях не превышает 1 мсек, а семихинонных радикалов – менее 0,1 мсек [31].  В масштабе жизни одного поколения клетки,  организма,  биосистемы – функции АОА, также как и  интенсивность СР имеют  широко известное в информатике Гауссово распределение,  характеризующее графически во времени и пространстве жизненный процесс биологического субъекта: зарождение - рост - развитие - зрелость - старение – гибель.  Но эти процессы реципрокно (противоположно) направлены, т.е. зеркально антибатны, и потому реализуются фактически в разных пространствах:  информационные процессы – в (+)пространстве, энтропийные процессы – в  (-) антипространстве (Рис.3)

 В этой  схеме налицо бифуркация пространства и функций, которая инициируется необратимостью процессов и началом отсчёта времени жизни биосистемы. Таким образом  «наше восприятие природы становится дуалистическим» [32].

 

 

Рис.4. Энтропийные E(-) и антиэнтропийные информационные AE(+) процессы  в эволюции поколений в координатах функция/время.

Современная философская мысль под развитием понимает прежде всего особый тип изменения. Из огромной массы изменений выделяются такие, которые связаны с обновлением системы, ее структурного и функционального содержания. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, его структурно-функциональной сущности. С точки зрения философии информационной цивилизации под развитием понимается процесс накопления структурной информа-ции. Развитие рассматривается в координатах энтропии — информации, где под энтропией понимается мера беспорядка, а под информацией — мера упорядочен-ности в координатах уровня организации или дезорганизации систем.  В отличие от преобразова-ний, реформ, развитие связано с внутренними, присущими системе силами [11]. Прогрессивная эволю-ция развития биосистемы  приводит к повышению интенсивности как энтропийных, так и информационных процессов, что мы и наблюдали для растений хлопчатника различной вилтоустойчивости [25, 29]. 

На рис. 4 показана динамика изменений энтропийных (Е) и анти-энтропийных (АЕ) процессов  в биосистеме в эволюции поколений.  Со старением биосистемы происходит затухание как энтропийных, так и антиэнтропийных процессов.  Безжизненность (смерть) биосистемы наступает, когда  Е = АЕ = 0. 

 

 

 

Рис.5. Схема взаимосвязи структуры, функции и флюктуаций по Пригожину.

Рис. 6. Схема взаимосвязей «структура-функция» в двумерных координатах.

 Пригожиным показано, что неравновесие и необратимость могут стать источником порядка и что необратимые процессы могут привести к новому типу динамических состояний материи, названных «диссипативными структурами» [33].  Три аспекта связаны с диссипативным структурами: функция, выраженная химическими уравнениями, пространственно-временная структура, которая получается из нестабильностей, и флуктуации, которые запускают нестабильности. Взаимосвязь между этими тремя аспектами приводит к самому неожиданному явлению, включающему «порядок через флуктуации» (Рис.5)

Циклическую схему взаимосвязи структуры, функции и флюктуаций по Пригожину – рис.5 [33] можно трансформировать с учётом бифуркации пространства в ортогональную двумерную схему структура-функция,  послужившую основой для конструирования информационно-энтропийной модели биосистемы  (рис.6).

 Если рассматривать схему взаимодействия структура-функция с точки зрения устойчивых и неустойчивых структур, то продуцирование Информации является функцией устойчивых структур, а  продуцирование Энтропии – нестабильных короткоживущих структур, какими являются флуктуации, радикалы и диссипативные структуры.

Возникновение диссипативных структур в открытых системах через последовательность все более упорядоченных устойчивых структур характерно для процессов самоорганизации [14]. Любое описание системы, имеющей бифуркации, подразумевает как детерминистские - устойчивые, так и вероятностные – неустойчивые элементы [33].   Детерминизм природы есть устойчивость по отношению к множественным реализациям микросостояний её объектов.

Авторами работы [25] был сделан вывод о том, что целостность клетки (биосистемы) обеспечивается надёжностью защитных реакций мембранных структур путем развития структурной устойчивости и функциональной реактивности. Оптимальное соотношение критериев устойчивости и реактивности определяет диапазон высокой надежности биологических свойств системы высших организмов. В то же время оптимальное сочетание параметров лабильности и чувствительности обуславливают диапазон высокой изменчивости неустойчивых элементов – диссипативных и радикальных структур (рис.7). Объединяя схемы на рис. 6 и 7, получим информационно-энтропийную модель биосистемы в координатах устойчивость-лабильность - информация-энтропия - время (рис.8).

 

 

 

7. Информационно-энтропийная модель биосистемы в координатах устойчивость-пространство  (структура – функция)

Рис.8.  Информационно-энтропийная модель биосистемы в координатах пространство-время-устойчивость

«Но полноценное включение "стрелы времени" в науки о природе произошло только во второй половине уходящего столетья, и связано это прежде всего с работами Ильи Пригожина, показавшего, что направленность во времени — фундаментальное свойство всех естественных систем (физических, химических, биологических и даже социальных), причем "естественное стремление" к хаосу отнюдь не ведет к утрате гармонии» [16].  Пригожин утверждает:«Время — это нечто такое, что конструируется в каждый данный момент»  [34].

На слабую  асимметрию в балансирующем акте между аспектами упорядочивания  и разупорядочивания  указывал Ulanowicz [18]  и в силу превалирования организационных сил  интегральный объем Информации всегда больше, нежели Энтропии. Тогда в череде поколений стрела времени будет отклоняться от прямой линии, а эволюция биосистемы во времени на двумерной плоскости координат Пространство-Время будет иметь вид спирали (рис. 9).

Эта модель биосистемы показывает, как время конструируется бифуркацией пространства и соответствующих функций. Наши далёкие пращуры, обладая интуитивным познанием, видимо, придавали особую значимость спирали, изображениями которой покрыты скалы по всему миру.

Как отдельная субстанция время не существует.  То, что мы обозначаем термином время – это сама динамика процессов в Системе. Общность пространство-времени заключается в том, что они оба связаны с динамическими процессами в Системе. И если характер процессов и внутренняя структура определяют само пространство и его параметры, то динамика внутренних процессов создают эффект времени. Тогда относительная динамичность процессов дают нам ощущение "времени",  а  относительность масштабов дают нам ощущение пространства [24].

             


 

 

Рис.9.  Информационно-энтропийная модель биосистемы во временной спирали эволюции

Рис.10. Динамическая модель октаэдра живой системы  в координатах материя-пространство-время

 Динамическую модель живой системы можно представить в виде октаэдра, имеющего в каждый момент времени жизни t  свои векторы  информации и энтропии, устойчивости и лабильности (рис. 10) Пять импульс-векторов модели, включая вектор-стрелу необратимого времени составляют 5-мерное пространство модели.  Модель октаэдра позволяет представить 4 вектора противоположной направленности – Энтропия-Информация, Устойчивость-Лабильность и 5-й вектор - Времени, имеющий одну единственную направленность – от прошлого к будущему (рис.10)

На связь пространства и времени  и 5-мерное пространство живых систем указывал поэт-авангардист начала XXвека Велимир Хлебников в своих «Досках судьбы» [35].  Симметрия с осями L5 характерна для живых структур, но не для кристаллов. Долгое время считалось, что у кристаллов имеются оси симметрии лишь 1, 2, 3, 4, и 6-го порядка, в то время, как для живого (существа) характерна ось симметрии 5-го порядка. Однако теперь известны квазикристаллы, обладающие осью симметрии 5-го порядка, и таким образом "симметрийный разрыв" между мирами живого и неживого заполнился [36].

Таким образом,  любая живая система – это мир 5 измерений, -  трава, листик, растение, животное, человек, - живёт в своём времени и в своём пространстве  и  анти-пространстве,  осуществляя  как  деструктивные, энтропийные процессы, так и  противоположно-направленные - информационные процессы (Рис.10).

Акад. Эрик Галимов утверждает, что в живой природе действует наряду со вторым законом термодинамики – законом разупорядочения – сопряжённый с ним закон непрерывного упорядочения,  который совершенно очевидно согласуется с информационно-энтропийной моделью функционирования живых систем [37].

В биологии прочно утвердился принцип непре­рывности живого вещества в интервале геологического времени; предлагалось даже рассматри­вать совокупность всех видов современности и прошлого как один организм. Сопоставляя подоб­ные высказывания с представлением о биотичес­ком круговороте, М.М. Камшилов [17.c. 142] заметил, что они позволяют "еще более глубоко ощутить внутреннюю интимную взаимосвязь экологических и генеалогических отношений между организмами". Становится очевидным, что противоречие между безграничной способностью к размножению (давление жизни) и ограниченными возможностями использования на данном этапе новых материальных средств к существованию "разрешается на базе изменчивости и естественного отбора путем овладения все новы­ми и новыми источниками жизнедеятельности, что ведет к прогрессивному расширению взаимодействия между биотическим и абиотическим, к постоянным перестройкам биотических отноше­ний и среды жизни, к накоплению информации” [17, c.143]   М.М. Камшилов счел возможным расширить сферу применения прин­ципа Бауэра. "Принцип устойчивого неравнове­сия можно распространить и на более высокие уровни организации живого. Ведь и на уровне ор­ганизмов жизнь осуществляется в результате постоянной смены особей, гибели одних, рождения других" [17,c. 137].

Вслед за Н.К.Кольцовым (1933), М.М.Камшилов пришел к выводу, что с точки зрения макроэволюции рег­ресс и дегенерация, увеличивая гетерогенность живого, "выступают как факторы усложнения всей живой макросистемы", они увеличивают так­же разнообразие биотической среды, создавая тем самым "предпосылки морфофизиологическому прогрессу других видов" [17, c. 115]. Прогрес­сивное развитие, в ходе которого из простого воз­никает все более сложное, "представляет собой в своей сущности процесс интеграции рассеянной информации" [38,c.21]. Более сложные и организованные объекты способны из­влекать из окружения большую информацию и са­ми служат источником большей информации. Ес­ли вписать теперь макроэволюцию и биотический круговорот в систему планетного и космического масштаба, то напрашивается следующий вывод. "Возникновение более сложной организации из относительно простой, следовательно, представ­ляет собой закономерную интеграцию в неболь­шом объеме особенностей эволюции больших ма­териальных систем" [38].

Динамическая энтропийно-информационная модель октаэдра в 5-мерном пространстве  биосистемы наглядно демонстрирует необходимость единства и гармонии  таких противоположно ориентированных категорий, как, например, устойчивость и лабильность, изменчивость и надёжность, деструкция и синтез, организация и дезорганизация, и, наконец, Энтропия и Информация.

 

3.    3. Качественная специфичность биологической формы движения материи.

На заре XX века  выдвинуто положение о том, что качественно новый уровень материи возникает в результате возникновения новых структурных связей и отношений в рамках предшествовавших, уже существовавших форм материи, что и приводит к появлению целостных систем нового типа. Энгельгардт В.А. в 1969 г. писал, что именно в способности живого создавать порядок из хаотического темнового движения молекул состоит глубокое, коренное отличие живого от неживого [39].

Открытия в области элементарных частиц продемонстрировали фундаментальную нестабильность материи. «Число элементарных частиц достигло к 1974 году двух сотен! Атом демонстрирует свою неисчерпаемость: элементарные частицы обладают такими противоречивыми, удивительными, странными, поражающими свойствами» [40].   Как тут не вспомнить изречения провидца на пороге XX века: «Электрон так же неисчерпаем, как и атом, природа бесконечна, но она бесконечно существует, и вот это-то единственно категорическое, единственно безусловное признание ее существования вне сознания и ощущения человека и отличает диалектический материализм от релятивистского агностицизма и идеализма» [41].

Пригожин в своей Нобелевской лекции  подчёркнул специфичность биологического времени: «…уже сейчас развитие теории позволяет нам отличить разные уровни времени:  время, связанное с классической или квантовой динамикой, время, связанное с необратимостью через функцию Ляпунова, и время, связанное с «историей»  через бифуркации» [33]. Бифуркация процессов и пространства формируют каждой биосистеме своё время,  а  стрела времени с развитием  биосферы в перспективе формирует спираль эволюции (рис.9). 

Биосфера  никогда  не возвращается в прежнее состояние.  Двигателем  ее  необратимости  служит  ее биологическая составляющая, непрерывно и последовательно эволюционирующая от прошлого к будущему.  Резкое отличие биологического  времени  от  всех  других его  форм  основано  на  отличительных  чертах,  связанных  с  чисто  биологическим уровнем организации материи, а именно с  необратимостью  и  однонаправленной прогрессивностью.  Обе  эти   качественные   характеристики   биологического времени и свойственный  только  живому  особенный  характер  пространства позволили  сделать  Вернадскому  эмпирическое  обобщение   о   специфичности биологического Пространства-Времени [42].

Вернадский в своей книге «Проблемы времени пространства и симметрии» пишет: «Пространство, проявляющее диссимметрию, каким является вещество всякого живого организма, может наблюдаться только в процессах необратимого характера т.к. только в этих процессах геометрические выражения времени неизбежно выражаются полярными векторами». Он утверждал, что Вселенная безначальна и бесконечна в пространстве и времени, качественно и структурно неоднородна, «мозаична». Подчеркивал организованность биологической материи, объективно существующую закономерную упорядоченность и динамическое равновесие природных явлений и процессов [43].

Двоичностъ компартментализованных функций является предпосылкой для возникновения, как естественных биоритмов, так и колебаний, индуцированных  внешним воздействием. Наличие двухфункционального динамического равновесия объясняет механизмы клеточной ритмики различных биохимических параметров.

Современная теория самоорганизации связана с исследованиями феноменов  нелинейности, неравновесности, изучением процессов становления "порядка через хаос", бифуркационных изменений, необратимости времени, неустойчивости как основополагающей характеристики процессов эволюции [14]. Необратимость воз­никает из неустойчивости, наделяющей на­ше описание неустранимыми статистическими особенно­стями [14].

Именно накопление информации, а не вещественная и энергетическая стороны процесса, играет в эволюции жизни решающую роль. Прогрес­сивное развитие, в ходе которого из простого воз­никает все более сложное, "представляет собой в своей сущности процесс интеграции рассеянной информации" [16]. 

Двоичная (бинарная) компартментализация реципрокных функций является качественной специфичностью биологической формы материи и индуцирует цикличность в реализации естественных биоритмов и жизнедеятельности организмов на всех уровнях биологической интеграции. Цепь передачи возбуждения от энтропийных локусов к антиэнтропийным с накоплением качественно новой биологической информации является основанием для утверждения безграничности эволюционного процесса с неуклонным увеличением жизненной  Информации во Времени и Пространстве [22].

Компартментализация этих процессов и обнаруженная реципрокность могут свидетельствовать o наличии регуляторной связи и динамического равновесия между компартментами с противоположно ориентированными функциями в мембране и клетке. Двухкомпартментальная модель мембранных процессов с разделением реципрокных функций – окислительных и антиокислительных  может служить также базой для реализации механизмов клеточной ритмики многих биохимических параметров. Ритмичность (цикличность) является также одним из основных проявлений жизнедеятельности. Практически все физиологические процессы в организме протекают ритмично, образуя правильные циклы, например, дыхательный, сердечный, цикл возбуждения (потенциал действия). Циклические изменения деятельности клеток, органов, систем, организма в целом получили название биологических ритмов (биоритмов). Основой биоритмов являются непрерывные чередования фаз потребления и выделения энергии посредством управляемых реакций синтеза и расщепления АТФ, направленные на обеспечение устойчивого неравновесного термодинамического состояния биологических систем. Можно считать, что биоритмы являются способом существования всех живых организмов. Но в базовой основе биологических ритмов макропроцессов заложены пульсация и обмен информацией между 2-мя пространствами – компартментами, в которых реализуются микропроцессы противоположной направленности – энтропийные и антиэнтропийные, т.е. информационные процессы [22]. Создание целостной системы с циклом энтропийных-антиэнтропийных процессов (ЭП-АЭП) венчает эпоху предбиологической эволюции и переходит к сотворению жизни - первых редуплицирующих циклов  «мира РНК» [9].

Цикл энтропийных-антиэнтропийных процессов (ЭП-АЭП) характерен для всего геологического времени развития Земли, он является имманентным свойством движения материи. Но если пульсация цикла осуществляется на молекулярном микроуровне – между коипартментами с Э и АЭ-функциями, со временем реализации цикла менее 1 мсек, - тогда возникает возможность осуществления долгоживущей макросистемы, объединяющей и уравновешивающей эти противоположно ориентированные процессы в  своей целостной структуре.  Более высоко-организованной системе отвечает повышенная интенсивность как энтропийных, так и антиэнтропийных процессов.  Живые организмы отличаются от неживых наличием цикла ЭП-ИП, пульсирующего в определённых границах времени и интенсивности, что и определяет видовую характеристику многочисленных классов и популяций живых систем.  Диалектический анализ цикла ЭП-АЭП приводит к выводам о единстве и борьбе противоположностей как основе развития и существования всего не только в макромире, но и в микромире живых структур, а также к прямой  аналогии со спиралью диалектики – в схеме саморазвития Гегеля (Рис.11)[11]. Пульсация цикла ЭП-АЭП с выходом на новый, более высокий уровень реципрокных процессов и является источником саморазвития живого (Рис.12). Движение живого не нуждается во внешней причине, движение живого -  самопричинно [11, 44].      

 

       

Рис.11. Спираль диалектики Гегеля   

      

  Рис.12. Цикл энтропийных и антиэнтропийных процессов в живой системе.

  «Феномен жизни и ее эволюцию можно интер­претировать как строго преемственный процесс возникновения и развития информации, постепенно, по мере исчерпания емкости своих физических носителей, приобретавшей все новые формы: генетической, поведенческой и логической. На третьей стадии раз­вития, в форме логической информации, последняя начала при­нимать все более глобальный характер, объединяя в единую информационную систему не только отдельных людей внутри человеческих сообществ, но и все человеческие сообщества, всю биосферу в целом. Технологии – это, по сути дела, реализация, материализация логической информации в операторы, специфи­ческие для информационных систем второго рода, а идеи – ре­лигиозные, нравственные, этические, политические и научные – осознаваемые человеческими сообществами фрагменты единой логической информации, спаивающие ее в глобальную инфор­мационную систему» [45].

 

Таким образом, качественную специфичность биологической формы движения материи составляют следующие факторы:

1.   Бифуркация пространства и функций  на энтропийные процессы – распада и разупорядочивания и информационные процессы – упорядочивания.

2.   Компартментализация и динамический баланс противоположно-направленных функций, функционирующих  одновременно в двух пространствах – энтропийном и информационном.

3.   Появление стрелы времени, формирование биологического Пространства-Времени.

4.   Появление диссимметрии и хиральности – качественного свойства живых систем.

5.   Способность к  выполнению термодинамического цикла - производить работу против  равновесия, способность к самоорганизации, саморазвитию, саморепродукции,- за счет свободной энергии открытой термодинамической системы.

6.   Биоритмы как  основной способ существования живых организмов.

7.   Интеграция рассеянной информации в единое русло культурного достояния человечества.

8.   Цикл  «Энтропийные процессы-Информационные процессы» – имманентное свойство материи,  но когда время пульсации и интенсивность реципрокных процессов цикла превышают определённый порог, тогда возникает целостная двухкомпартментальная система, обретающая уникальные свойства живого.

 

4.   Что есть жизнь?

Известные поэты-хулиганы, сгорая в «топке энтропийных процессов», высекали огонь вдохновения в муках творения своих шедевров. Творчество как созидание антиэнтропийных процессов – это  диалектика жизни гениев от науки и искусства. Невозможность творчества для них граничит с физической смертью. Этой трагедии не смогли миновать ни Больцман, ни Маяковский, ни Эрнест Хемингуэй, ни Эвальд Ильенко – гений советской философии.   

«Материалистическая диалектика всег­да рассматривала как  противоестественное представ­ление о какой-то противоположности между духом и ма­терией, человеком и природой, душой и телом, которое распространилось в Европе со времени упадка класси­ческой древности». С тех пор как были написаны эти слова, минуло более ста лет. В наши дни противоестественность противостояния человека и природы, необходимость установления их подлинной гармонии и единства все более осознается как одна из самых актуальных и первоочередных за­дач социальной практики» [14, Послесловие].

Тогда на вопрос, заданный Шредингером более 6 десятилетий тому назад,  «Что есть жизнь?» [46] уже с позиций предложенной гипотезы можно ответить следующим образом:

Жизнь – это динамическое равновесие ассимметричных реципрокных процессов – энтропийных и антиэнтропийных (информационных) с формированием своей уникальной стрелы времени.

Ассимметрия живой системы проявляется в преобладании упорядоченных информационных процессов над неупорядоченными энтропийными процессами. В силу этого спираль времени раскручивается в эволюционную спираль (рис. 9).          

Целостность энтропийных и антиэнтропийных процессов в живой системе   включает в себя принципиально неформализуемые компоненты высшей формы жизни: неповторимость душевной основы индивидуального и присутствие духа.

 

5.   Заключение.

 

Мы все – носители своего Прошлого, Духа и культуры своих предков, накопленной тысячелетиями Наши предки – зороастрийцы, от которых мы наследовали обычаи (напр., Навруз, особенности фольклора и языка - оригинальные двойственные словосочетания-антонимы, широко используемые в современном узбекском языке и означающие новое целостное понятие), создали древнейшую религию, основанную на интуитивном понимании дуализма природных процессов: «Дух» в зороастрийском понимании - это mainyu, то есть «мысль». Два изначальных духа — добрый и злой (Спента и Ангра) — символизируют две противонаправленные ментальности: направленную на созидание и направленную на разрушение» [47].  Великий поэт,  основоположник  узбекской литературы Алишер Навои, - современник Леонардо да Винчи, - воспел «огонь сердца и хлад разума», человеческое достоинство и извечное стремление к гармонии.   Выдающийся мыслитель  более 5 веков тому назад в поэтической форме дал понятие  категории меры как показателя баланса противоположностей человеческой натуры:  «Средина – мера лучшая всего»,   и времени – как универсального связующего фактора,  обуславливающего необратимость и причинность бытия [48]:

В мгновенье каждом, это помни ты,

Грядущее и прошлое слиты.

                                                                     А.Навои «Смятение праведных», 1485 г.

В культуре человечества издавна прослеживается тенденция к дуалистическому восприятию природы. В древне-индийских верованиях одновременно  присутствуют бог-творец Брахма  и бог-разрушитель – Шива.   Учение о дуализме полярных сил инь-ян в китайской философии  символизировало взаимодействие крайних противоположностей: света и тьмы, дня и ночи, солнца и луны, неба и земли, жары и холода, положительного и отрицательного и т.д., и  рассматривало его как основную космическую силу движения - первопричину постоянной изменчивости в природе [15].

Фундаментальный дуализм западной традиции связан с генетическим восхождением культуры христианской Европы к двум равно значимым духовным истокам: рациональному интеллектуализму античной и сакрально-мистическому иррационализму ближневосточной традиций, что позволяет говорить об амбивалентности ее глубинных мировоззренческих оснований [15].

В настоящее время, пользуясь глобальным инструментом информационного общества - Интернетом – мы имеем возможность воспринять Культуру человечества в планетарном масштабе. Информационные ресурсы не имеют границ и потому доступны каждому человеку  со средним стартовым образованием. Взрыв планетарного творческого потенциала неизбежен. А это означает и рост Энтропии, т.к.  любой творческий импульс нарушает сложившийся порядок.  Как следствие – неизбежный рост Информации человечества по стреле времени, взлетающей в бесконечность.

Речь может идти об ограниченности наших представлений о собственных ментальных возможностях. Многие специалисты полагают, что формально-вычислительные, «аристотелевские» процессы, лежащие в основе логического мышления, составляют лишь часть человеческого сознания. Другая же его область, принципиально «невычислительная», отвечает за такие проявления, как интуиция, творческие озарения и понимание. И если первая половина разума подпадает под гёделевские ограничения, то вторая от подобных рамок свободна [49].

Наиболее последовательный сторонник подобной точки зрения — крупнейший специалист в области математики и теоретической физики Роджер Пенроуз  предположил существование некоторых квантовых эффектов невычислительного характера, обеспечивающих реализацию творческих актов сознания. И хотя многие его коллеги критически относятся к идее наделить человеческий мозг гипотетическими квантовыми механизмами, Пенроуз со своими сотрудниками уже разработал схему эксперимента, который должен, по их мнению, подтвердить их наличие. 

Одним их многочисленных следствий гипотезы Пенроуза может стать, в частности, вывод о принципиальной невозможности создания искусственного интеллекта на основе современных вычислительных устройств, даже в том случае, если появление квантовых компьютеров приведет к грандиозному прорыву в области вычислительной техники. Дело в том, что любой компьютер может лишь всё более детально моделировать работу формально-логической, «вычислительной» деятельности человеческого сознания, но «невычислительные» способности интеллекта ему недоступны [50].  Из теоремы Гёделя Пенроуз сделал принципиальный для всей его концепции вывод, что не только математические выводы, а все процессы, связанные с работой мозга, сознания и мышления, не поддаются полной формализации и «исчислимости». Пенроуз стремится показать, что «математическое мышление (а, следовательно, и умственная деятельность в целом) не может быть полностью описано при помощи чисто компьютерной модели разума».  Процессы восприятия и сознания не могут быть смоделированы никакой вычислительной процедурой [50]. Логическим итогом настоящей работы является тот факт, что энтропийные процессы в принципе невычислимы и потому создание искусственного интеллекта с моделированием процесса мышления является абсурдной идеей.

 Мы должны помнить, что “в политике и истории монокаузальность может вести к догматизму, отсутствию толерантности и фанатизму... Изучение сложных систем дает шанс предотвратить хаос в сложном нелинейном мире и использовать креативные возможности синэргетических эффектов" [16]. Заложенная в основу синергетики «идея нестабильности… кладет конец претензиям на абсолютный контроль над какой-либо сферой реальности, кладет конец любым возможным мечтаниям об абсолютно контролируемом обществе» [34].

В одной из последних статей И.Пригожин  высказывался с оптимизмом:  «…глобализация и сетевая революция ведут не только к большей связанности людей друг с другом, но и к повышению роли отдельного индивида в историческом процессе. Точно так же, как в точке бифуркации поведение одной частицы может сильно изменить конфигурацию системы на макроскопическом уровне, творческая личность, а не безликие восставшие массы будет все сильнее влиять на исторические события на новом этапе эволюции общества»  [16]. 

Информационно-энтропийная  гипотеза жизни порождает новые взгляды на парадигму эволюции, а вернее, коэволюции сопряжённых биосистем, которая открывает совершенно новые перспективы в исследованиях эволюционных процессов биологических и социальных систем  и значительно расширяет масштабы и горизонты  практического применения этих идей. 

 

оооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооо

Список литературы

 

1.     Яблоков, Юсуфов А.Г.  Эволюционное учение.  Москва, Высшая школа, 2006, с.29

2.     Stuart Kauffman (11.03.03) THE ADJACENT POSSIBLE   http://www.edge.org/3rd_culture/kauffman03/kauffman_index.html

3.     Defining Life  http://www.astrobio.net/exclusive/226/defining-life

4.     ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ. ГИПОТЕЗА А.И.ОПАРИНА.  http://www.on-lan.ru/biologiya/proisxozhdenie_zhizni.php

5.     Моисеев Н.Н.  Судьба цивилизации. Путь Разума. – М.: Изд-во МНЭПУ, 1998. – 228 с.

6.     Эйген М. Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул. М.:«Мир», 1976.

7.     Карл ЦИММЕР  Эволюция. Триумф идеиАльпина нон-фикшн, 2011 г. http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431509/Evolyutsiya_Triumf_idei_Glava_iz_knigi

8.      Марков А.В. Зарождение жизни. Древнейшие ее следы в геологической летописи. http://www.evolbiol.ru/document/1325

9.     МАРКОВ А.В.,  НАЙМАРК  Е.Б.   Эволюция  Издательская группа АСТ, 2014 г.  http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/432303/Evolyutsiya_ Klassicheskie_idei_v_svete_novykh_otkrytiy_Glava_iz_knigi/

10.   Заварзин Г.А.  Становление системы биогеохимических циклов. ПАЛЕОНТОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2003, № 6, с. 16-24  http://www.evolbiol.ru/document/zavarzin2003.html

11.   ФИЛОСОФСКИЕ ТРАКТОВКИ РАЗВИТИЯ  http://www.cih.ru/a1/f43.html

12.   БЛЮМЕНФЕЛЬД Л.А. ИНФОРМАЦИЯ, ТЕРМОДИНАМИКА И КОНСТРУКЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ. Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 6. С. 88-92.        http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/136.html

13.   Неспокойная река энтропии  http://pouldther.3dn.ru/news/nespokojnaja_reka_ehntropii/2013-04-15-120

14.   И.Пригожин, И.Стенгерс  ПОРЯДОК ИЗ ХАОСА.  Новый диалог человека с природой.Пер. с англ. - М.: Прогресс, 1986. 432 с.  http://yanko.lib.ru/books/betweenall/prigogine-stengers.ru.htm

15.   Новая философская энциклопедия  http://iph.ras.ru/elib/1103.html

16.   Илья Пригожин. ДЕТЕРМИНИЗМА НЕТ НИ В ОБЩЕСТВЕ, НИ В ПРИРОДЕ (2000) http://www.futura.ru/index.php3?idart=122

17.   Камшилов М.М.Биотический круговорот. М.: Наука, 1970. 160 с.

18.   Daniel A. Fiscus. "The Ecosystemic Life Hypothesis". Bulletin of the Ecological Society of America. April 2002.http://www.calresco.org/fiscus/esl.htm. Retrieved 2009-08-28.

19.   Мирзоян Э.Н.  ИНФОРМАЦИОННО-БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ ЖИЗНИ М.М.КАМШИЛОВА.  ИЗВЕСТИЯ РАН, сер.биол.,  2004, № 6, с. 761-767

20.   Thomas Wong, System Theory and Our Mind. The 55th Annual Conference of the International Society for Systems Sciences. Workshop Abstracts. July 17, 2011.     http://www.isss.org/conferences/hull2011/2011_Program_Book.pdf ,    

21.   http://en.wikipedia.org/wiki/Life

22.   Пирназарова Ф.Н. Динамический баланс энтропийных и информационных процессов в сопряжённых биосистемах.  http://scorcher.ru/theory_publisher/show_art.php?id=646

23.   Koshland Jr, Daniel E. (March 22, 2002). "The Seven Pillars of Life". Science 295 (5563): 2215–2216. doi:10.1126/science.1068489. PMID 11910092. http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/295/5563/2215. Retrieved 2009-05-25

24.   АНАКСАГОР  КЭНЗ  ПРОСТРАНСТВО И ПРИЗРАК ВРЕМЕНИ        http://www.scorcher.ru/art/theory/anaksagor/time.htm

25.   Ф.Н.Рустамова,А.А.Абдувахабов,  Х.Х.Сагдуллаев.К  ВОПРОСУ  О  КРИТЕРИЯХ  НАДЁЖНОСТИ  И  ФАКТОРАХ  КОЭВОЛЮЦИИ ПАРТНЁРОВ  ДИНАМИЧЕСКОЙ  СИСТЕМЫ  РАСТЕНИЕ-ХОЗЯИН – ПАРАЗИТ,  в кн.  Структура и функции физиологически активных  соединений, Ташкент, Изд-во «ФАН» Узбекской ССР, 1990, с.154-180 http://scorcher.ru/theory_publisher/show_art.php?id=645

26.   Гринин Л.Е. Большая история развития мира: космическая эволюция. http://www.evolbiol.ru/docs/docs/grinin_bighistory_2013.pdf

27.   http://ru.wikipedia.org/wiki/Вода,  http://ru.jazz.openfun.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%B0

28.   Кузнецова М. Энтропийный парадокс. http://sci-book.com/osnovyi-sotsiologii/entropiynyiy-paradoks-33633.html 

29.Пирназарова Ф.Н., Сагдуллаев Х.Х., Исмаилов А.И., Садыков А.С. Окислительные и антиокислительные процессы в динамике взаимо­отношений растение-хозяин - патоген. Физиология растений,  198З, №1,  с.108-114

30.   Сущность творчества.http://scorcher.ru/theory_publisher/show_art.php?id=69

31.Ben Best -  Mechanisms of Aging  http://www.benbest.com/lifeext/aging.html#radical

32.   Prigogine I. The philosophy of instability. - "Futures", 1989, р. 396—400.             Prigozhin I. Filosofiya nestabilnosti, Voprosi filosofii, 1991, №6, p.46-52. http://ec-dejavu.ru/i/Instability.html

33.    PRIGOGINE TIME, STRUCTURE and FLUCTUATIONS. Nobel Lecture, 8 December 1977http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1977/prigogine-lecture.html

34.   Пригожин И., Николис Г. "Познание сложного". Издательство "Едиториал УРСС". 2008. 352 с   http://www.humanities.edu.ru/db/msg/9885

35.   Бабков В.В. «Космология как контекст поэзии Велимира Хлебникова» http://www.ka2.ru/nauka/babkov_1.html

36.   Эволюция живых существ на Земле. http://www.scorcher.ru/art/theory/evolition/evolution.php

37.   Акад. Эрик Галимов в ст.Костиной Г., Механик А. Общая судьба сложных соединений в нашей Вселенной. Журнал «Эксперт», №8, 2007. АКАДЕМИЧЕСКИЕ БЕСЕДЫ / 83-89, http://expert.ru/expert/2007/08/galimov/

38.   Камшилов  М.М.  Эволюция  биосферы.  М.:  Наука, 1974. 254 с.

39.   Энгельгардт В.А. Проблема жизни в современном естествознании. М.1969, 284 с. Энгельгардт В.А.  Познание явлений жизни, М., 1984.

40.   Чирков Ю.Г. «Охота за кварками» (1985), http://readr.ru/yuriy-chirkov-ohota-za-kvarkami.html

41.   http://www.magister.msk.ru/library/lenin/len14v06.htm

42.   Вернадский В. И.  Живое вещество, М., 1978.  http://www.ref.by/refs/97/33406/1.html

43.   Вернадский В.И. Проблемы времени, пространства и симметрии, 1920-1942.   http://vernadsky.lib.ru/

44.   Науменко Л. К. Эвальд Ильенков и диалектическая традиция в мировой философии.   http://www.alternativy.ru/ru/node/577

45.   Корогодин В.И., Корогодина В. Л    Информация как основа жизни.  Дубна, 2000         http://rudocs.exdat.com/docs/index-26225.html

46.   Шредингер Э.  Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки. – Москва-Ижевск:  НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2002, 92 с.

47.   Бойс М. Зороастрийцы. Верования и обычаи. М.: Главная редакция восточной литературы издательства «Наука», 1988.

48.   Навои Алишер  «Смятение праведных» (1485 г.) Соч., том III, Гл. XXXII, стр.84-86, Ташкент, 1968.

49.  Музыкантский Александр.  Теория противоречивости бытия,   «В мире науки» №3, 2007,  http://www.scorcher.ru/art/theory/any/gedel2.php

50.   Юлина Н.С. Роджер Пенроуз: поиски локуса ментальности в квантовом микромире. ВФ,  30.06.2012. http://www.vphil.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=553&Itemid=52

 

оооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооо

 

Комментарии:

*Светлой памяти отца – Пирназарова Назара, прожившего короткую, но яркую жизнь (1905-1944) и передавшего единственной  дочери гены чувствительности и извечного стремления к гармонии и познанию Истины – посвящает автор эту статью

 **Автор выражает искреннюю признательность доктору философских наук, проф. Кучкару Х.Ханазарову за обсуждение, анализ  и ценные замечания, которые помогли оформить финальный вариант статьи.

 

Ташкент, Республика Узбекистан,

Май  2016 г.

 



Автор flora-nazar
Список произведений >>
Список публикаций >>

Обсуждение Еще не было обсуждений.
Оценить статью можно после того, как в обсуждении будет хотя бы одно сообщение.
Об авторе: Статьи на сайте Форнит активно защищаются от безусловной веры в их истинность, и авторитетность автора не должна оказывать влияния на понимание сути. Если читатель затрудняется сам с определением корректности приводимых доводов, то у него есть возможность задать вопросы в обсуждении или в теме на форуме. Про авторство статей >>.

Тест: А не зомбируют ли меня?     Тест: Определение веса ненаучности

Поддержка проекта: Книга по психологии
В предметном указателе: ПИРНАЗАРОВА Ф.Н. Парадигма коэволюции сопряжённых биосистем. (flora-nazar) | Пирназарова Ф.Н. Динамический баланс энтропийных и информационных процессов в сопряжённых биосистемах (flora-nazar) | Пирназарова Ф.Н. Вклад Узбекистана в победу над фашизмом. (flora-nazar)
Последняя из новостей: О том, как конкретно возможно определять наличие психический явлений у организмов: Скромное очарование этологических теорий разумности.

Нейроны и вера: как работает мозг во время молитвы
19 убежденных мормонов ложились в сканер для функциональной МРТ и начинали молиться или читать священные тексты. В это время ученые наблюдали за активностью их мозга в попытке понять, на что похожи религиозные переживания с точки зрения нейрологии. Оказалось, они похожи на чувство, которое испытывает человек, которого похвалили.
 посетителейзаходов
сегодня:11
вчера:33
Всего:130154

Авторские права сайта Fornit
Яндекс.Метрика