Наука о живом. Современные концепции в биологии
Шрифт:
Состояние живого — это некоторое свойство системы, т. е. характеристика, которая может быть приложена только к организованной системе. Это, однако, не означает, что отдельные части такой системы сами не могут обладать тем же свойством, потому что для живых организмов характерна иерархическая организация; так, общество состоит из людей, а отдельный человек — из органов, каждый из которых в определенной степени обладает собственной целостностью и функциональным единством. Органы и ткани в свою очередь слагаются из клеток, которые также обладают значительной самостоятельностью. Вполне понятно, что общество погибает, т. е. распадается, раньше, чем умирают все его члены, и что человек умирает раньше, чем тот или иной из его органов (например, почка) потеряет способность работать в организме другого человека так, как он работал в организме своего первого владельца. Только благодаря этому оказывается возможной пересадка органов.
Упомянутые выше конкретные случаи связаны новее не с пустопорожними спорами о значении слов, но с чрезвычайно важными вопросами, касающимися чисто эмпирических фактов. В качестве примера можно привести трудный и мучительный вопрос, может ли — и если может, то с какого момента, — считаться мертвым
Протоплазма. Одно время широко бытовало мнение, будто материальной основой всякой жизни является сложная субстанция, получившая название протоплазмы. Предполагалось, что протоплазма — это своего рода тонкий биологический эфир, пронизывающий структуры, которые без него остались бы неодушевленными, точно так же, как постулировавшийся тогдашними физиками эфир якобы пронизывал все материальные объекты. Оба эфира оказались одинаково мифическими. Когда Томас Генри Гексли описал протоплазму как физическую основу жизни, основное ударение было поставлено на слове «физическая». Жизнь или жизненное начало с этих пор рассматривалось как нечто, чем могли обладать объекты, являющиеся физическими в общепринятом смысле слова; из этого следовало, что существование живого не зависит от деятельности какой бы то ни было жизненной силы или витального духа. И действительно, после Гексли учение, которое Дж. Г. Вуджер назвал «догматическим витализмом», все быстрее теряло сторонников и уже больше не принималось биологами всерьез. Догматический витализм утверждает, что живая система состоит из материальных частей в обычном смысле слова и сверх того из чего-то еще, что и наделяет ее жизненной силой. Словно у автомобиля, кроме исправно взаимодействующих колес, тормозов, коробки скоростей и мотора, есть еще особый дух движения, который и обеспечивает ему двигательную силу для езды. Существует множество нерешенных и чрезвычайно сложных проблем, связанных с вопросами о том, как функционируют живые организмы и как они поддерживают протекающие в них процессы, но ни один современный биолог не считает, что можно хоть как-то облегчить решение этих проблем, прибегнув к таким понятиям, как, энтелехия или жизненный порыв. Традиционному {15} витализму прямо противоположен механицизм, у которого тоже есть догматическая и умеренная формы. Догматический механицизм безоговорочно утверждает, что в живом организме нет ничего, что не могло бы быть полностью объяснено на основе свойств составляющих его частей, — к этому взгляду мы еще вернемся при рассмотрении доктрины «сводимости» и «возникновения» (см. гл. 22).
На самом деле никакой протоплазмы не существует, и в научных биологических работах это слово употребляется теперь либо как сознательный архаизм, либо в переносном смысле. Однако на умы биологов викторианской эпохи идея протоплазмы воздействовала так сильно, что Т. Г. Гексли в пресловутой статье, напечатанной в Quarterly Journal of Microscopical Science, чрезвычайно подробно и обстоятельно описал свойства некоего организма, выловленного в Северной Атлантике с глубины около четырех километров и состоявшего, как он утверждал, практически из голой протоплазмы. Новый организм был назван Bathybius haeckeli в честь Эрнста Геккеля, великого зоолога из Йены, который первым выдвинул предположение о существовании группы организмов Мопега, состоящих почти полностью из Urschieim (первичной слизи)*. Весь этот эпизод представляет собой прекрасный пример «поэтизма» — принятия научной теории по причине ее элегантности, привлекательности или романтичности (Medawar P. В. The Hope of Progress. — Wildwood House, London, 1974, pp. 128–130). Другим примером поэтизма может служить глубоко ложная идея, будто человеческая кровь, как и кровь всех наземных позвоночных вообще, в определенном смысле является эволюционировавшим преемником той жидкости, которая содержалась в теле позвоночных, когда они покидали море, чтобы освоить сушу, и представляет собой частицу первозданного океана. Многих натурфилософов чрезвычайно прельщала мысль, что в добавление ко всем другим доказательствам своего древнего происхождения человек несет в крови сувенир силурийского океана. {16}
На протяжении многих лет мистическое обаяние протоплазмы сохранялось в вере, что жизнь — это проявление поведения некоторых сложных и тончайшим образом сбалансированных коллоидных систем. Фредерик Гоуленд Хопкинс, отец английской биохимии, даже сказал в 1913 году на съезде Британской ассоциации содействия развитию науки, что жизнь «есть выражение особого динамического равновесия в полифазной системе». Этот взгляд словно бы получил некоторое подкрепление, когда благодаря работам английского физика Джона Десмонда Бернала и других ученых было установлено существование «жидких кристаллов» — т. е. подчинение растворов законам кристаллической структуры. Теперь, однако, уже никто не считает, что химия коллоидов представляет собой (особый вид химии — что коллоиды обладают свойствами, отличными от тех, которые следует ожидать от растворов, содержащих очень большие молекулы, часто несущие электрические заряды. Более того, «основа жизни» — если это выражение вообще хоть что-то значит — структурна почти исключительно в грубо анатомическом смысле: молекулярные изменения происходят в определенном месте и в определенной последовательности потому, что агенты, при посредничестве которых они происходят (главным образом ферменты), обладают определенной правильно упорядоченной структурой. Исследование клеток с помощью электронной микроскопии выявило в них жесткие структуры, имеющие определенную форму и такой вид, что, будь они достаточно велики, мы буквально могли бы взять их в руки и повертеть в пальцах. Поскольку теории об организации жизни в форме, протоплазмы уже полностью сошли со сцены, объяснения организации биологических систем мы теперь ждем не от химиков, занимающихся коллоидами, а от специалистов по электронной микроскопии. Телеология и телеономия. Известно, что при объяснении биологических явлений биологи отвергают всякую идею о телеологии, однако для профана кажется очевидным — и с полным на то основанием, — что целенаправленность является одной из отличительных особенностей живых существ. Бесспорно, птицы строят гнезда для того, чтобы выводить там своих птенцов, и равным образом очевидно, что {17} вторая почка после удаления первой увеличивается, чтобы она могла производить ту же работу, которую прежде выполняли обе почки.
Так почему же термин «телеология» столь неприемлем? Для Аристотеля Конечная Причина есть «то, ради чего вещь существует». Биологов раздражает именно такой аспект телеологии, т. е. превращение провозглашаемой ею целенаправленности или характера уже достигнутой цели в причинное объяснение какой-либо биологической деятельности. Биологи относятся к телеологии, как благочестивый человек — к источнику искушения, когда он не очень уверен в своей способности устоять. Вот почему они предпочитают употреблять более уклончивый и чисто описательный термин телеономия, чтобы обозначать целенаправленный или «как бы целевой» характер биологической деятельности. Для описания той связи, которой не может не существовать между отдельными биологическими действиями, если они должны быть направлены к достижению какой-то определенной цели, Г. Зоммергоф ввел термин направляющая корреляция*. В этой книге, однако, мы будем неоднократно употреблять слово «телеология»: мы не видим особого греха в исследовании телеологии отторжения пересаженного органа — отторжения, возможно представляющего собой досадное побочное следствие деятельности контролирующей системы, которая охватывает весь организм и существует для того, чтобы выискивать и уничтожать злокачественные варианты клеток тела (см. гл. 14)* {18}.
Специфичность. Когда биологи начинают говорить о своей работе, тут же обязательно всплывает понятие специфичности. В биологическом смысле это слово означает единственно возможную и совершенно точную связь между агентом и тем, на что он действует, или между агентом и тем действием, которое он производит. Классическим примером такой специфической связи является связь, существующая между антигеном и антителом (см. гл. 13), или, в более общем виде, между вызывающим иммунную реакцию агентом и вызываемой им реакцией. Другие примеры специфичности в биологии — это единственно возможная связь между стимулом и реакцией на него в простых рефлекторных действиях, а также между ферментом и веществом, на которое он воздействует (так называемым субстратом). Специфичность взаимодействий антиген — антитело и фермент — субстрат опирается на молекулярную основу, т. е. зависит от конфигурации молекул взаимодействующих агентов, а специфичность рефлекторных действий определяется особенностями строения организма, точно так же, как специфическая связь между объявленной конечной станцией и тем местом, куда поезд действительно придет, определяется направлением, в котором уложены рельсы.
Но частота, с которой упоминается специфичность, — это, естественно, не единственное, чем отличается разговор биологов от разговора физиков или химиков; другим отличием является частота употребления понятий, связанных с изменениями во времени. «Снежинка и сегодня остается точно такой, как в тот день, когда выпал первый снег», — сказал Д'Арси Томпсон. И эта неизменность, характерная для мира физики, резко отличает его от биосферы, где все изменяется, где жизненные циклы, состоящие из зачатия, развития, старения и смерти, налагаются на всеохватывающие эволюционные изменения, длящиеся тысячелетиями. Идея изменения во времени пронизывает всю биологию. Некоторые биологи склонны верить, что в этом-то и заключается принципиальное и абсолютное {19} различие между биологическими и физическими науками; однако им не дается по вере их. Вполне исчерпывающее различие между этими науками, достаточно ясное для того, чтобы удовлетворить все университеты мира, хотя многие из них кишат педантами, заключается в том, что биология изучает живые организмы и их части, а физика и химия изучает неодушевленные системы*.
Информация, порядок и шум. В этой книге снова и скова встречается слово «информация» — выражение, которое не получило бы столь широкого употребления в биологии, если бы оно не служило чрезвычайно полезной цели. Информация означает порядок и упорядоченность или что-то, что воплощает их, — т. е. сообщение или набор инструкций, точно определяющие порядок. Такое словоупотребление ничем принципиально не отличается от утверждения, что архитектурный чертеж воплощает информацию, необходимую для постройки дома именно такого, а не какого-либо иного типа. Генетическая информация — это заложенная в структуре молекул нуклеиновых кислот упорядоченность, которая определяет или воплощает инструкции для соединения молекул строго определенным образом.
Информация и порядок связаны между собой самым прямым образом, и это напоминает нам о том, что понятие информации заимствовано биологией из теории связи. Совершенно ясно, что информация в сообщении, например в телеграмме или письме, зависит от порядка слов и от порядка букв в словах, и, чем более многочисленны возможные их комбинации, тем больше информационная емкость письма или телеграммы. Шумы прямо противоположны информации — это, так сказать, случайность или беспорядочность. Сигнал, который не несет информации в том контексте, в котором ее ожидают, отбрасывается как шум. Это описание и в техническом, и в повседневном смысле слова вполне приложимо, например, к потрескиваниям и странному бормотанию эфира, которыми {20} иногда сопровождаются радиопрограммы, в равной степени оно приложимо и к «снегу», вдруг прерывающему телепередачи. Если шумовые сигналы настолько приглушены, случайны и неоднородны, что мысль, будто они несут информацию, можно сразу отбросить, мы называем их белым шумом: таков, например, звук (словно мириады мышей грызут кукурузные хлопья), нередко сопровождающий междугородные телефонные разговоры. Всякий шум представляет собой вторжение в информационную систему элемента, нарушающего порядок.