Причина времени
Шрифт:
Собственно говоря, многие, исходя из подобных очевидных наблюдений, делали вывод о существовании особой, антиэнтропийной способности ЖВ. Сразу после создания Майером закона сохранения энергии, исходившего, кстати, из наблюдений над живыми организмами, и после формулирования второго начала термодинамики возникло много работ, утверждавших, что живые организмы не подчиняются второму началу, или владеют антиэнтропийными приспособлениями.
Для примера возьмем довольно популярную у нас в начале двадцатых годов теорию эктропизма Ауэрбаха. Немецкий физик утверждал, что против обесценения энергии живой организм действует концентрацией энергии и назвал эту способность эктропией: “Жизнь – это та организация, которую мир создал для борьбы против обесценения энергии”.( Ауэрбах, 1911). Но как показал Вернадский, живое может как концентрировать вещества, так и рассеивать их и на этом существовать. Так что принцип эктропии не имеет физического смысла. Как пример подобных
Разумеется, и Ауэрбах и Муравьев, правы, как правы и многие современные исследователей, рассуждающие в сходных категориях о “третьем начале термодинамики”, каком-то аналоге особой “жизненной силы”. Но это правота натурфилософская, словесная, которая мало что объясняет. Между тем принцип Ламарка, утверждающий экологическую или биосферную способность живых существ использовать разрушительный поток, добавляет к этой правоте то “чуть-чуть”, после чего философия становится наукой. Наука антиинтуитивна, она противоречит здравому смыслу, на котором строится натурфилософия. Она действует путем уточнения своих формулировок, сужает их до степени применимости. Сужение суждения Ламарка заключается в словах “одна сила”. Одна и та же сила действует в живых организмах созидающе, тогда как в неживых разрушающим образом. Значит, энтропия не только может быть творческой силой, но благодаря ей живое и созидает. ЖВ не преодолевает нивелирующую силу, ничему не противодействует, оно и живет, используя направление энергии к ее усреднению, к рассеянию, то есть благодаря энтропии, о которой Ламарк ничего не знал, но догадывался. Ламарк нащупал механизм осуществления “силы”, заключенный в организации самой природы и благодаря своей идеи непроизводности жизни, но производности неживых химических соединений из живых организмов, механизм предвосхитил.
Но конечно, он не мог его найти в деталях, для того не было условий, была только верная научная интуиция. Объяснительный механизм начал формироваться позже, оформляться путем создания понятия биогеохимической энергии Вернадского и еще одного принципа – принципа устойчивой неравновесности Эрвина Бауэра 1935 г. Последний звучит просто: “Все и только живые организмы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях”. (Бауэр, 1935, с. 43). И пожалуй, в наибольшей степени способствует пониманию, актуализации “принципа Ламарка” даже не Вернадский, а Бауэр. Дело в том, что он раскрыл свой принцип неравновесности через сходное с понятием Вернадского биогеохимической энергии, но немного более точное, указывающее на форму осуществления, на механизм и конкретный биохимический путь энергетических потоков – через понятие “структурная энергия”.
Неравновесность живой материи, которую Бауэр возвел в принцип, выражается, как он говорит, в структурной энергии, то есть в предварительной (непроисходимой, непроизводной, а бывшей всегда) заряженности живых молекул “лишней” по сравнению с равновесной неживой материей энергией. Это выражается, говорит Бауэр, в электрическом потенциале клеток, создающем деформированную ее структуру. Деформация и есть неравновесность или структурная энергия, потенциальная энергия, способная производить работу. В одном месте клетки благодаря мембранам накапливаются заряды или концентрируются химические элементы. Если их освободить, они распределятся по всему объему. То есть потенциальная энергия превратится в кинетическую путем распрямления деформированной структуры клетки и превращения ее в недеформированную, в равновесную. Это происходит с молекулами каждой отдельной клетки в определенное время, затем следует зарядка энергией и превращение ее в деформированную. “Неравновесное состояние живой материи и следовательно ее постоянно сохраняющаяся работоспособность в конечном счете обусловливается, как того требует наш первый принцип (неравновесности – Г.А.), молекулярной структурой живой материи, а источником работы, производимой живой системой, служит в конечном счете свободная энергия, свойственная этой молекулярной структуре, этому состоянию молекул. Или соответственно второй формулировке нашего принципа, внешняя работа может быть произведена лишь за счет структурной энергии”. (Бауэр, 1935, с. 76-77).
Неравновесность – и с непременным эпитетом “устойчивая” – есть ни откуда не произошедший, а всегда существовавший склон, причем бегущий вниз склон, на котором живет,
Еще раз подчеркнем заключительную мысль Эрвина Бауэра из только что цитированного отрывка: “Внешняя работа может быть произведена лишь за счет структурной энергии”. Подобное уточнение принципа устойчивой неравновесности исключительно важно. Бауэр тоже привел в движение свою конструкцию из деформированных молекул и увидел нечто удивительное. Вся работа делается живыми организмами не за счет потребляемой энергии, а за счет всегда существовавшей, вечной структурной энергии.
К любому биофизическому процессу, говорит Бауэр, биофизики подходят как к неживой системе, к машине: вот механизм стоит, у него нулевой уровень работы, вот включена энергия, работа началась. Всегда легко рассчитать приход – расход за счет сделанной работы. Все видели всегда баланс поступления и расхода энергии, в результате чего сделана полезная работа. Но этого баланса никогда и нигде нет там, где есть живая клетка. К балансу прихода добавляется внутренняя структурная энергия и живое работает за счет притока энергии чрезвычайно своеобразно. Не замечали очень тонкой и главной вещи, говорит Бауэр: энергия никогда не расходуется напрямую на производство работы, которую совершает организм. Энергия поступает в систему, обладающую собственным поведением, то есть уже обладающей некоторым запасом структурной энергии, и потому включается в сложный, обходной путь, а не прямо тратится на работу, как в любом механизме. Внешняя, поступающая извне в виде электрических зарядов энергия тратится не на что иное, как на создание неравновесной, деформированной структуры, а должная по функции клетке работа делается спонтанно, сама собой, за счет “выпрямления” деформации, за счет естественного стремления молекулы придти в равновесное состояние. Вот это и есть самое главное: на что идет энергия?
Полезная, к примеру, солнечная энергия не идет через организм, как вода через мельницу, производя полезную работу, а отводится на строительство мельницы и ее непрерывный ремонт. организм с ее помощью упорно поддерживает ее в работоспособном состоянии, а нужная данной клетке, например, мышечной, говорит Бауэр, работа производится сама, уже по принципу наименьшего действия.. “Структуры живой системы не являются равновесными, что следовательно для сохранения их, т.е. условий системы, необходимо их постоянно возобновлять, т. е. постоянно затрачивать работу. Таким образом, химическая энергия пищи потребляется в организме для создания свободной энергии структуры, для построения, возобновления, сохранения этой структуры, а не непосредственно превращается в работу”. (Бауэр, 1935, с.55).
Бауэр по сути дел нашел некую общую принципиальную схему внутреннего устройства “черного ящика” биосферы. Если Вернадского как геохимика интересовал больше вход и выход, то Бауэра как биофизика вслед за Ламарком (о котором он ничего не говорит) – главный тракт энергии внутри живого организма. На пути от входа до выхода в “черном ящике” происходит не замечаемая нами подмена. На выходе – совсем другой уже вид той же энергии. Бауэр нашел основное отличие организма от механизма. В механизм поступает топливо и благодаря более или менее хитроумному устройству производит полезную работу. Так думает и биофизика в основном. Но в организме согласно принципу неравновесности энергия идет на строительство и возобновление механизма, а не на работу, чего не делает ни один механизм. Работает другой вид энергии.
Работает “естественное стремление” к распрямлению от деформации, а не входящий в устройство поток энергии, то есть трудится сама Госпожа Энтропия. Работает стремление к нивелировке всех и всяческих потенциалов и градиентов, будь они химические, электрические или структурные. В живом веществе никогда и нигде нет “нуля” энергии. Над всеми исследователями всегда довлела общая идея “происхождения” жизни, поэтому возникает загадочная и неразрешимая проблема “лишней”, откуда-то берущейся энергии. Между тем принцип Гюйгенса-Вернадского о вечности жизни предполагает что эта лишняя энергия была всегда, чтобы под этим “всегда” ни понимать. Живое с помощью внешней полезной энергии только поддерживает перепад высот, передающийся в готовом виде от одного организма к другому без изменения. Он занимается только непрерывным ремонтом мельницы, то есть изготовлением неравновесного, “неправильного” с точки зрения химии и физики состояния. А работа делается сама, за счет распрямления его в “правильное”. На это затрачивать энергию не надо, кроме как на триггерный эффект.