И. Акопян. Кандидат философских наук
Своеобразие науки о живой природе заключено, по-видимому, прежде всего в том, что в её основе лежит неразгаданная тайна происхождения жизни. Это, пожалуй, самый трудный из всех вопросов, когда-либо поставленный перед человеческим разумом. Развитие же биологии испокон века напоминает движение внутри некоего "заколдованного круга". В нём может перемещаться всё, кроме неподвижного центра. Поразительный феномен ускоренного движения и в то же время топтания на месте, ибо огромные скорости на периферии всё расширяющегося круга биологических исследований не в силах сдвинуть с места ось - центральную проблему науки о живом.
Физика никогда не вращалась в том замкнутом круге, из которого биологии не удаётся вырваться по сей день. Развитие физики можно сравнить скорее с поступательным движением от простого к сложному, от единичных явлений - ко всеобщим законам. Конечная цель - единое описание всего многообразия природы.
Но только в последние десятилетия стало бросаться в глаза отсутствие в физике теории эволюции, способной описать образование и усложнение структур. В биологии же такая теория существовала как эволюционное учение Дарвина с того самого времени, когда в физике появилось второе начало термодинамики - своеобразная теория эволюции в направлении разрушения структур, деградации и смерти. Почти одновременное появление в науке двух теорий эволюции, описывающих прямо противоположные тенденции, более того, не имеющих между собой никаких точек соприкосновения, и определило водораздел между науками о живой и неживой природе. Дальнейшее развитие естествознания сделало всё, чтобы "сгладить" этот водораздел: с одной стороны, биологи приложили максимум усилий к тому, чтобы обеспечить эволюционной теории Дарвина надёжный научный фундамент, с другой - физики постарались обобщить второй закон, стремясь ввести в сферу его действия и биологические объекты. Со временем, однако, стало проясняться: описывать живую систему на языке второго закона термодинамики или даже развившейся из неё неравновесной термодинамики означает примерно то же, что говорить о жизни на языке смерти. В науке такая инверсия не запрещена, но...
Ещё в середине прошлого века Клод Бернар в "Курсе общей физиологии" писал: "В живом существе непременно есть два порядка явлений: явления жизненного созидания, или организующего синтеза, и явления смерти, или органического разрушения. Жизнь - это творение, созидание и в то же время - это смерть". Так что описывать жизнь на языке смерти можно, но только в тех случаях, когда нас интересуют сохраняющиеся стороны живого существа, например внешний вид, строение и расположение внутренних органов или структура клеток, макромолекул и т.д. Более того, всеми своими поразительными достижениями биология, развившаяся в русле точного естествознания, обязана этому подходу к проблеме жизни "с другой стороны".
Но биофизики и биохимики подчас склонны забывать, что описываемая ими сторона феномена жизни есть вторая среди равных, теневая и "второстепенная" сторона, поскольку нас привлекает в первую очередь жизнь в этой неразъединимой, непрепарируемой цельности феномена "жизнь-смерть". Иначе говоря, именно изменение, развитие, усложнение живых организмов - главные и первостепенные вопросы наряду с сохранением, симметрией и тенденцией к деградации. (Отметим, что нас здесь интересует философский аспект проблемы жизни, то есть вопрос о том, насколько возможно научное описание этого феномена.).
В том-то основное отличие дарвиновской теории эволюции, что она - впервые в истории научных теорий - ставит на первое место изменение и эволюцию, оставляя за сохранением второе среди равных место, соответствующее ему в живой природе. Впрочем, эволюционному учению Дарвина отказывают подчас в статусе научной теории. Этакая описательная теория, придающая многообразию мира живой природы "интеллектуальную связанность". Ведь кантовский тезис "В любом частном учении о природе можно найти науки в собственном смысле лишь столько, сколько имеется в ней математики" всё ещё воспринимается как критерий научности.
Сегодня тезис Канта нуждается в серьёзном переосмыслении, так как классическая научность означает не только математизируемость теории, но и её неэволюционность, неисторичность, "безвременность". Классическая физика, этот огромный часовой механизм лапласовского мира, начинает наконец представляться карикатурой на эволюцию. Об этом говорят уже в полный голос, так как мы стоим в преддверии невиданной "научной революции, когда коренной переоценке подвергается место и самое существо научного подхода" (Илья Пригожин).
Физика достигла такого уровня развития, когда она не может и дальше двигаться прямолинейно и равномерно. Обнаруживая явную зависимость от биологической проблематики, она пытается "вращаться" подобно науке о живом. К этому её побуждает ещё и молчаливая уверенность в том, что биология, страдающая комплексом научной неполноценности из-за неумения достаточно бегло изъясняться на языке математики, не в состоянии самостоятельно справиться с проблемой жизни или эволюции.
Собственное независимое развитие привело физику к открытию необратимости и асимметрии. Необратимость вошла в физику вместе с клаузиусовской формулировкой второго закона ("энтропия мира возрастает"), и вся последующая история этой науки являет нам попытки избавиться от необратимости или доказать её иллюзорность. Так было вплоть до 1957 года, когда закон сохранения чётности в слабых взаимодействиях был ниспровергнут, после чего асимметрии посыпались в физику как из рога изобилия. Впечатление было такое, словно открытие несохранения чётности пробило брешь в плотине симметрийной физики. За сравнительно короткий срок асимметрия получила в физике право гражданства, правда, в обличье несохранения, неравновесия, спонтанного нарушения симметрии и т.д.
"Открытия последних десятилетий в области физики элементарных частиц, - пишет Фримен Дайсон, - заставляют нас обратить особое внимание на концепцию нарушения симметрии. Развитие Вселенной с момента её зарождения выглядит как непрерывная последовательность нарушений симметрии. В момент своего возникновения при грандиозном взрыве Вселенная абсолютно симметрична и однородна. По мере остывания в ней нарушается одна симметрия за другой, что создаёт возможности для существования всё большего и большего разнообразия структур. Феномен жизни естественно вписывается в эту картину. Жизнь - это тоже нарушение симметрии".
Асимметрия начинает восприниматься как структурообразующий принцип, привлекающий к себе особое внимание физиков, но выступает она только своей негативной стороной, внося диссонанс сплошных нарушений в гармоничное строение науки о неживой природе. Но диссонанс этот оказывается созидательным началом, открывающим новые страницы и даже главы современной теоретической физики. Их можно, соответственно, назвать асимметрией физических законов; неравновесной термодинамикой, вылившейся сегодня в теории самоорганизации; новой концепцией асимметричного пространства-времени, той самой точки опоры, на которой может быть построена новая физика организованных систем.
Но неужели асимметрия - это всего лишь нарушенная или ущербная симметрия? Не обладает ли это понятие собственным положительным содержанием? Увы, в физике невозможно найти ответы на эти вопросы, и концепция отсутствующей асимметрии может выглядеть здесь примерно как концепция "дырки от бублика".
Мы - свидетели чрезвычайно любопытной парадоксальной ситуации, когда асимметрия, изгнанная в дверь, - за пределы оснований физики, - возвращается в окно и претендует на роль первого принципа при построении теорий элементарных частиц, космологических моделей развития Вселенной или глобальной теории эволюции. Чтобы хоть немного прояснить ситуацию, нужно обратиться к фундаменту точного естествознания и понять тот метод, которым возводится это сооружение.
Дело в том, что сама возможность естественнонаучного познания основана на изучении сохраняющихся сторон окружающего мира, которые можно отобразить языком простых физических законов, оставив случайности, нерегулярности, асимметрии за пределами физических теорий - в области граничных или начальных условий. Нобелевский лауреат Евгений Вигнер, уделивший много внимания этому вопросу, считает, что абстракцию, лежащую в основе такого разбиения структуры мира на два несовместимых полюса (законы и начальные условия), можно отнести к числу наиболее плодотворных идей, выдвинутых человеческим разумом.
Разумеется, это так. Люди не только никогда бы не создали науки, но и попросту не научились бы считать, если бы не догадались, например, что две головы и два камня обладают одним общим признаком, который можно обозначить как "два". Этой счастливой способности мы обязаны созданием арифметики; геометрия была создана потому, что мы сумели абстрагироваться от всех материальных свойств фигур; логика - благодаря тому, что мы отвлеклись от содержания наших мыслей и занялись только их формой.
Речь же идёт о том, что никогда нельзя забывать об этой сделке с абстракцией, иначе мы потеряем веру в свою способность видеть, не сумеем отличить голову от "куска горной породы", и ситуации "голого короля" будут складываться сплошь и рядом. И ещё нужно помнить о том, что абстрагирование - временное средство для познания мира и что рано или поздно мы должны будем вернуться к тем сторонам реальности, от которых абстрагировались, и воссоздать ту целостность природы, что было нам позволено дробить на части.
Симметрия - удивительно мощное средство познания, некий универсальный ключ, позволяющий отпирать едва ли не все тайные двери скрытной природы, более того, описывать единство и гармонию мира; и именно благодаря ей теоретическая физика считается образцом, достойным подражания, и даже недосягаемым идеалом научной дисциплины. Поэтому столь неожиданным "потрясением основ" стало экспериментальное обнаружение асимметрии - достаточно грозный симптом, свидетельствующий о близости границ симметрийной физики. Ничего не поделаешь, ведь любая "картина мира" точного естествознания, при всех своих неоспоримых достоинствах, есть достаточно грубое упрощение, так как получить её удаётся дорогой ценой абстрагирования от жизни природы. Именно так. В то время как физика в лице этакого андерсеновского Кая тщится, например, из льдинок математических формул составить слово "жизнь" (Во времена классической физики Кай составлял слово "вечность" - занятие более уместное в науке о неживой природе.), первые вестники настоящей жизни вламываются в окно этого мёртвого царства абсолютной симметрии в виде экспериментально обнаруживаемых асимметрий. Но физики делают вид, что ничего не случилось, и продолжают заниматься трудным делом описания асимметрий на языке симметрии, тем самым усложняя картину мира до состояния того "неведомого шедевра", постичь который , видимо, не в состоянии сами его создатели.
Слишком долго мы отвлекались, или абстрагировались, от жизни природы - и органической, и так называемой неживой, которая на поверку оказывается далеко не мёртвой, - ибо с самого начала мы вынесли жизнь "за скобки" и изучали то, что остаётся за вычетом её. Мы научились создавать Адама из глины математических формул, не понимая, что оживить его мы не умеем; мы поняли, что Вселенная развивается и что процесс этот состоит из непрерывного ряда нарушений симметрии, не догадываясь, что нарушенная симметрия - это след узурпированной наукой асимметрии, или жизни. Теперь мы уже можем понять, почему жизнь оказывается для симметрийной науки проблемой "потусторонней". И самое главное - понять, что наука не может и дальше развиваться стихийно, без постоянной философской рефлексии над собственными действиями и их последствиями; что самосознание науки уже не может существовать отдельно от неё, в виде так называемой философии науки, что наука должна наконец научиться осознавать свои основания и предсказывать границы, а не обнаруживать их постфактум.
Асимметрия - понятие для физики "потустороннее" (дословно: находящееся по ту сторону границ симметрийной физики) - лежит в основаниях биологии со дня её возникновения, ибо вопрос о том, что есть жизнь, упирается в проблему асимметрии. И не только молекулярной, структурной или функционально-структурной, но асимметрии как проблемы познания. Лежит же она в качестве нерешённой и, как видим, неразрешимой в традиционной науке.
Но в таком случае возможно ли научное построение биологии, иначе - существует ли наука о жизни, биология, или же она является лишь отделом прикладной физики и химии? Вопрос в такой формулировке принадлежит Эрвину Симоновичу Бауэру, автору "Теоретической биологии", вышедшей в свет в 1935 году, и лишний раз подтверждает парадоксальность развития этой науки, когда один и тот же основополагающий вопрос может задаваться из века в век без изменения, несмотря на всё возрастающие скорости её развития.
Две существующие позиции рассматривает Бауэр в решении данного вопроса, прежде чем изложить свою, третью. Первая отрицает своеобразие живых систем и пытается свести (редуцировать) их описание к законам физики и химии. Это позиция механицизма. Вторая, признающая всё разнообразие живых организмов и закономерностей их существования, отрицает всякую связь этих закономерностей с известными законами физики и химии, оставляя их вне пределов научного знания - в области сверхматериальных, божественных сил. Это позиция витализма, "преданного анафеме" и "отлучённого" от науки.
Всё развитие биологии со времён Аристотеля и до наших дней можно представить как смертельную распрю механицизма и витализма, растащивших проблему жизни-смерти и претендующих на полноту в своём плоском изображении крайних сторон этого целостного и неразъединимого феномена.
Необходимость третьей позиции Бауэр обосновывает с завидной ясностью: "Ни минуты не сомневаясь относительно того, что физические и химические процессы, протекающие в обозначенных как живые системах, подчиняются законам физики и химии и ясно определены ими, как и условиями системы и окружающей среды, мы, однако, считаем, что наша задача естественно состоит не в том, чтобы на этом успокоиться, а в том, чтобы посмотреть, не могут ли эти другие требования, с которыми мы связываем обозначение "живой", быть фактически установленными и в чём, собственно, они состоят".
Если вспомнить, что эта работа опубликована Бауэром за десять лет до знаменитой книжки Эрвина Шредингера "Что такое жизнь? С точки зрения физика", где, как казалось, впервые прозвучала мысль о необходимости нового типа физического закона для описания живых систем, то сказанное Бауэром звучит сегодня как пророчество.
"Если, таким образом, уже в химической динамике в связи с образованием цепных реакций недостаточно термодинамики, приспособленной к равновесным состояниям, то ясно, что там, где работа против равновесия, а следовательно, против самих частей системы, является в качестве основного свойства и общей закономерности, как это имеет место у живых систем, там мы стоим перед другими новыми закономерностями, которые уже нельзя представить при помощи поправок, вносимых в старые понятия, так как именно эти-то отклонения и становятся закономерностями" (курсив мой. - И.А. )
Интересно, что на необходимость систематического изучения отклонения от состояния термодинамического равновесия как "первичного свойства самостоятельных живых существ" обращали внимание многие исследователи. "Тем удивительнее, - пишет Бауэр, - что, признавая это положение, из него не делают всех выводов и твёрдо придерживаются представления о постоянном нарушении равновесия извне". (Ситуация удивительным образом напоминает ту, что сложилась сегодня с концепцией нарушения симметрии.)
И Бауэр формулирует "всеобщий закон биологии, который гласит: все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счёт своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях".
На языке второго закона термодинамики замкнутая система стремится к равновесию или деградирует в направлении выравнивания энергии до состояния однородности, или симметрии, что соответствует состоянию смерти. Бауэру же удалось увидеть, что основное отличительное свойство живого - способность противостоять этой тенденции неживой природы и уметь сохранять состояние устойчивого термодинамического неравновесия . В силу своей устойчивости в живой системе нарушение термодинамического равновесия, или нарушение симметрии, обладает свойством сохраняющейся величины и может быть выражено в форме закона. Это можно понимать как провозглашение асимметрии всеобщим законом биологии - факт тем более ошеломляющий, что Бауэр не сопоставлял свой закон с оптической активностью (Свойство органических молекул вращать плоскость поляризации света, свидетельствующее об их ассиметричном строении), открытой Луи Пастером, объявившем молекулярную асимметрию "единственной чёткой демаркационной линией" между химией живой и неживой природы. Тем не менее молекулярная асимметрия - именно термодинамически неравновесное состояние, которое вне живой системы обнаруживает признаки неустойчивости, то есть стремление к равновесию, или рацемизации. "Наш принцип, - пишет Бауэр, - выражает также в краткой форме характерное свойство живых систем, так как мы не знаем ни одной неживой системы, у которой неравновесное состояние обладало бы признаками устойчивости".
Если Бауэр не только предсказал асимметричную структуру "живых" молекул и всей живой природы, но и, открыв эту специфичнейшую черту биологического объекта, попытался построить на её основе как на едином принципе систему теоретической биологии, то это можно считать самым выдающимся достижением на пути научного "строительства" со времён Дарвина. Факт, что оно осталось незамеченным, можно объяснить тем, что только теперь, полвека спустя после появления книги Бауэра, асимметрия начинает осознаваться как структурообразующий принцип и привлекать пристальное внимание физики.
Бауэр открыл и сформулировал закон, который описывает тенденцию живой природы к образованию и усложнению структур, противоположную стремлению к их разрушению и деградации, о которых трактует второе начало термодинамики. Это новое "жизненное начало" - своеобразный принцип сохранения асимметрии в живой природе - Бауэр мыслит как научный закон, несмотря на его ярко выраженный качественный характер, и даже пробует обеспечить этому закону количественную характеристику. "...Живая система, - пишет он, - всегда превращает всю свою свободную энергию в работу против ожидаемого равновесия. Это выражение количественное, и его правильность может быть экспериментально проверена посредством измерений".
Бауэр пришёл в биологию из физики и попытался создать теорию живой природы по образу и подобию теоретической физики, но он не биофизик, а истинный, бескомпромиссный биолог, первым - после Дарвина - дерзнувшим вернуть биологию "на круги своя", обеспечив ей прочный научный фундамент. Он ни на минуту не упускает из виду, что объект изучения биологии - живое. Жизнь in vitro, или жизнь в пробирке, не является предметом его научных интересов, ибо он ясно сознаёт, что вне организма живое вещество угасает ("токи покоя") до наступления термодинамического равновесия в полном согласии со вторым законом термодинамики.
"Живые системы не являются ни термодинамическими, ни хемодинамическими машинами, - пишет он. - Они вообще не являются машинами в обычном смысле этого слова; они подчинены особым, своеобразным законам, которыми отличаются от машин и живых систем. Законы термодинамики сохраняют при этом своё значение, но проявляются в совершенно иной форме и не могут быть применены к живым системам непосредственно, без учёта этих особых законов и особого состояния и строения материи".
Бауэр поставил проблему создания "общей теории живой материи" - шаг, непосредственно следующий за дарвиновской теорией эволюции. Вопрос о том, как возможна теоретическая биология, получает у него ясный и недвусмысленный ответ: она возможна только как самостоятельная область научного знания, построенная на основе "всеобщего закона биологии", того самого неизвестного науке закона, о необходимости которого заговорили физики десять лет спустя, так, словно ни Бауэра, ни его принципа вовсе не существовало. Воистину неисповедимы пути научных идей. Физики не заметили принципа Бауэра, несмотря на то, что он выражен на родном для них языке термодинамики, чужом и непонятном для биологов. Но биологического языка, способного описывать жизнь со стороны жизни, не существует по сей день - он находится в компетенции виталистов со времён Аристотеля.
Наука предпочла другой, предложенный Шредингером, путь описания крайне маловероятной (с позиций термодинамики) упорядоченности живого как энтропии, взятой с отрицательным знаком. При этом не было замечено, что выражение "хаос, взятый с отрицательным знаком, есть мера упорядоченности" - нонсенс не только для здравого, но и для научного смысла. Энтропия с отрицательным знаком входит в прямое противоречие со вторым законом, запрещающим необратимо деградирующей системе вернуться в исходное состояние. Короче говоря, наука выбрала редукционизм и, совершив ещё один круг, вернулась к поставленной Бауэром проблеме.
Но ничего неожиданного в этом нет. Такова логика развития науки о живом как вращения внутри некоего "заколдованного круга", где чередование картин "механицизм - витализм" веками происходит с непреложной регулярностью. И каждый раз, когда кажется, что наконец-то удалось прорвать этот порочный круг и покончить раз и навсегда с "реликтовыми" позициями и их вековой тяжбой, они целыми и невредимыми появляются снова, но уже в новом обличье.
Справедливости ради отметим, что как раз витализму, этому злосчастному дитяте греховной связи биологии с вненаучными понятиями, оставшимися вне науки из-за узости её границ, именно витализму сегодня наука обязана тем, что редукционизму так и не удалось окончательно восторжествовать и конституировать запрет на живое.
Научный подвиг Бауэра состоит именно в том, что он дерзнул объявить асимметрию фундаментом науки о живом, оставив за симметрией соответствующее ей здесь второе среди равных место. Правда, его принцип, выраженный на языке физики, прозвучал столь косноязычно - устойчивое термодинамическое неравновесие, - что расшифровать и понять всё его значение стало возможно только после того, как асимметрия стала камнем преткновения и для физики.
Эта первая и первостепенная сторона феномена жизни, описывающая её витальность, стянута, "сколлапсирована" в неподвижную точку, определяя "витацентричность" нашей науки, её предкоперниканский период развития. Конечно, концепция Бауэра - не коперниканский переворот, но это ещё один, следующий за дарвиновской "интеллектуальной" революцией и соизмеримый с ней по масштабу шаг, приближающий нас к решению проблемы жизни.
Каким же будет дальнейшее движение в этом направлении? По-видимому, биология как учение о жизни должна сначала вобрать в себя все достижения человеческого познания и, расширившись таким образом до научной вселенной, вернуться вспять к своему будущему, к неподвижной мёртвой точке, чтобы открыть новое измерение науки и сдвинуть наконец с места её неподвижную ось.
|
