Помоги проекту - поделись книгой:
М. М. Камшилов
Эволюция биосферы
АКАДЕМИЯ НАУК СССР
Издание 2-е, дополненное
Ответственный редактор
член-корреспондент АН СССР К. М. РЫЖИКОВ
Предисловие
Никто не отыщет удачно природу вещи в самой вещи — изыскание должно быть расширено до более общего.
В 1970 г. в издательстве «Наука» вышла моя небольшая книжка «Биотический круговорот». В предисловии я охарактеризовал ее как попытку наведения порядка в «мыслительном хозяйстве» научного работника, занимающегося биологией более 40 лет. Книжка быстро разошлась, вызвав многочисленные отклики.
По-видимому, в наше время — время научно-технической революции — особенно усилилась потребность в синтетических исследованиях. Огромный фактический материал, накопленный различными биологическими дисциплинами, требует новых подходов, новых точек зрения, новых понятий. Ясно, что новые подходы, а тем более новые понятия, возникают не сразу. Кроме того, решение подобной задачи не под силу одному исследователю. Многих из тех, кто пытается идти по этому пути, ожидают и разочарования, и неудачи. Но, однако, идти надо! Английский философ-материалист Ф. Бэкон справедливо говорил: «Ведь опасность не совершить попытку и опасность испытать неудачу не равны. Ибо в первом случае мы теряем огромные блага, а во втором — лишь небольшую человеческую работу».
Представление об эволюции биосферы родилось не сразу. Ему предшествовал длительный период становления эволюционных идей. Развитие научной теории эволюции органического мира началось с появления трудов Дарвина.
В ходе развития дарвинизма ясно наметилось несколько периодов. Вторая половина XIX в. прошла под флагом борьбы за дарвинизм как материалистическую теорию эволюции. Наряду с английским биологом Т. Хаксли и немецким эволюционистом Э. Геккелем большую роль в отстаивании и развитии дарвинизма сыграли русские биологи К. А. Тимирязев, братья А. О. и В. О. Ковалевские, И. И. Мечников.
Следующий период, начавшийся с конца прошлого века, характеризуется проникновением эволюционных идей в конкретные биологические дисциплины. Процесс этот не шел гладко. Почти в каждой дисциплине можно проследить острую борьбу передовых материалистических представлений с идеалистическими воззрениями. В эмбриологии возродился воинствующий витализм, в палеонтологии и сравнительной анатомии появились многочисленные разновидности идеализма. Зародившаяся в начале нашего века генетика первоначально заняла позиции антидарвинизма: преувеличивалось значение внезапных наследственных изменений (мутаций) и отрицалась роль естественного отбора, высказывались идеи о возможности эволюции при постоянстве наследственных факторов.
Проникновение материалистических эволюционных идей в конкретные науки произошло в основном лишь в первой трети нашего столетия. Велика заслуга советских ученых, всегда выступавших в первых рядах борцов за материалистическую эволюционную теорию. Талантливые ученики Н. К. Кольцова: С. С. Четвериков, А. С. Серебровский, М. М. Завадовский, Б. Л. Астауров, Н. П. Дубинин, школы академиков Н. И. Вавилова, В. Н. Сукачева, А. Н. Северцова, А. И. Опарина, а также биологи, связавшие свои исследования с практикой сельского хозяйства, И. В. Мичурин и М. Ф. Иванов сделали очень много для подведения эволюционного фундамента под конкретные исследования.
К 40-м годам во всех биологических науках накопился огромный фактический материал, в той или иной мере конкретизирующий общие положения эволюционной теории. Возникла задача синтеза многочисленных и весьма разрозненных исследований. В Советском Союзе эту титаническую работу осуществил И. И. Шмальгаузен, за рубежом — английский биолог Дж. Хаксли. Были заложены основы учения о факторах, путях и закономерностях эволюционного процесса.
С возникновением синтетической теории эволюции начался третий период в развитии эволюционных идей, прекрасно охарактеризованный К. М. Завадским (1971).
Эволюционные представления всегда отражали уровень развития производительных сил общества. Низкому уровню, экстенсивным формам ведения сельского хозяйства соответствовала идея постоянства органических форм, их независимости друг от друга. Когда возникла необходимость интенсификации сельского хозяйства, побуждаемая потребностями роста товарной продукции, реальными единицами хозяйственной деятельности стали порода и сорт. Только тогда появилась теория эволюции видов. «Социальный генезис учения Дарвина можно проследить во всех деталях»[1], — писал Н. И. Вавилов.
Эволюционное учение по мере развития начинает оказывать всевозрастающее влияние на практику выведения новых пород и сортов культурных животных и растений. В результате «селекция на наших глазах превращается в научную дисциплину, изучающую проблемы эволюции управляемой человеком, другими словами, становится экспериментальной эволюцией»[2].
Таким образом, третий период в развитии эволюционной теории характеризуется не только синтезом огромного фактического материала, накопленного различными биологическими дисциплинами, но и четкой формулировкой практической задачи — целенаправленного преобразования пород и сортов сельскохозяйственных организмов. Человеческое сознание становится важным фактором эволюции этой группы живых существ.
В процессе преобразующей деятельности создатели новых пород и сортов первоначально обращали внимание лишь на немногие виды, доставляющие продукты питания и сырье для промышленности или в той или иной степени вредящие производству. Подобное ограничение объекта воздействия в действительности оказывалось лишь кажущимся. Виды в природе не существуют изолированно друг от друга. И потому, преобразуя, казалось бы, лишь отдельные формы, творцы новых пород и сортов всегда имели дело со сложными комплексами организмов, связанных между собой теснейшими взаимозависимостями. Следовательно, в процессе селекции осуществлялось не только сознательное преобразование отдельных видов, но и не вполне сознаваемая перестройка отношений между разными видами. В результате возникли вредители сельскохозяйственных культур, злостные сорняки и т. п.
Такая же перестройка происходила (и тоже помимо воли человека) при развитии промышленности, транспорта, строительстве городов.
Более 100 лет тому назад, в канун появления основного труда Дарвина, К. Маркс и Ф. Энгельс писали: «...Определенное отношение к природе обусловливается формой общества, и наоборот. Здесь, как и повсюду, тождество природы и человека обнаруживается также и в том, что ограниченное отношение людей к природе обусловливает их ограниченное отношение друг к другу, а их ограниченное отношение друг к другу — их ограниченное отношение к природе, и именно потому, что природа еще почти не видоизменена ходом истории...»[3]
В настоящее время природа, в частности органический мир, претерпевает в результате хозяйственной деятельности общества колоссальные видоизменения.
Время «ограниченного отношения человека к природе», о котором писали К. Маркс и Ф. Энгельс, безвозвратно ушло. «...человеческое общество все более выделяется по своему влиянию на среду... Это общество становится в биосфере... единственным в своем роде агентом, могущество которого растет с ходом времени со все увеличивающейся быстротой. Оно одно изменяет новым образом и с возрастающей быстротой структуру самих основ биосферы», — писал основатель биогеохимии В. И. Вернадский[4].
Иначе говоря, человек всем ходом хозяйственной деятельности определяет направление эволюции биосферы и собственной биологической эволюции. Переживаемая нами научно-техническая революция неизбежно оказывается и революцией всей биосферы.
Идея о человеке как о ведущем факторе эволюции была выдвинута в 30-х годах в нашей стране не только В. И. Вернадским, но и известным биологом Б. П. Токиным. Ее развивали в Англии биолог Дж. Хаксли, во Франции философ Э. Ле Руа, палеонтолог П. Тейяр де Шарден. В последние годы эта мысль привлекает внимание все большего круга исследователей. Заслуженный деятель науки Н. В. Лазарев во главе коллектива ученых выпускает сборник «Введение в геогигиену», в котором со всей остротой и серьезностью говорится о необходимости гигиены Земли, т. е. охраны природы от неразумной и бесплановой технизации. Мысль о необходимости как-то упорядочить отношения человека и природы лежит в основе статей сборника «Природа и общество», вышедшего в издательстве «Наука» в 1968 г. Академик Н. П. Дубинин подчеркивает: «Во весь рост стала проблема разумного контроля над эволюцией жизни на Земле»[5]. Н. В. Тимофеев-Ресовский, Н. Н. Воронцов, А. В. Яблоков пишут: «...Человечество сейчас встало перед необходимостью сознательно планировать и детально предвидеть результаты все большего вмешательства в прежде стихийные процессы, идущие в биосфере Земли»[6]. О том же говорит в своей последней книге Д. Бернал. Сознательное управление эволюцией биосферы выдвигается как одна из самых актуальных теоретических задач сегодняшнего дня. Становится все более очевидным, что от успешного ее решения зависит будущее человечества. Наступило время, когда человечество вынуждено принять на себя ответственность не только за ход научно-технической революции, но и за вызванную научнотехническим прогрессом революцию биосферы. Контроль за революцией биосферы не мечта, не фантазия, а жестокая необходимость!
Эволюционная теория, таким образом, вступает в четвертый период своего развития — в период сознательного руководства эволюцией жизни на нашей планете. Существенное отличие этого периода от предыдущих заключается в том, что основной объект исследования — уже не отдельные виды, а эволюция всей биосферы в целом. Предлагаемая вниманию читателей книга и представляет собой попытку рассмотреть некоторые особенности этого глобального процесса.
В целом эта книга представляет собой синтез дарвинизма и идей нашего крупнейшего естествоиспытателя В. И. Вернадского. Развитие рассматривается как последовательность интеграций рассеянной информации. Такое представление позволило с единой точки зрения охарактеризовать и возникновение атомов, и развитие биосферы, и весь ход ее эволюции. Это тоже своего рода интеграция рассеянной информации вокруг идей эволюции.
Жизнеспособность новых синтезов в природе определяется взаимодействием их результатов с окружением. О достоинствах и недостатках моей работы будете судить Вы, мой читатель! За все отклики, как положительные, так и отрицательные, буду искренне благодарен.
Первое издание «Эволюции биосферы» разошлось в течение нескольких дней, вызвав многочисленные отклики. Небольшой тираж (17 тыс.) не смог удовлетворить всех желающих приобрести книгу, возникла потребность в ее переиздании.
Второе издание, однако, не повторяет первое. Значительно большее внимание уделено абиотическому компоненту биосферы. Это нашло отражение в заново переработанных главах о факторах и закономерностях ее эволюции. Переработана и глава об эволюции, управляемой человеком, — ноогенезе. Становится все более очевидным, что ноогенез — не только способ преодоления экологического кризиса и, следовательно, предпосылка процветания человеческого общества, но и необходимое условие неограниченного временем существования биосферы. Лишь с помощью целенаправленной человеческой деятельности, обладающей предвидением, биосфера сможет преодолеть критические ситуации, неизбежные на пути длительного стихийного процесса ее развития. Ноогенез, таким образом, знаменует собой не только качественно новую вершину эволюции биосферы, он определяет и ее дальнейшую судьбу — «становление природы человеком»[7].
Подобный вывод накладывает на людей Земли огромную ответственность. С помощью человеческого разума Вселенная не только познает себя, но и приобретает способность — заменять стихийные силы развития целенаправленной деятельности, в какой-то мере сознательно творить свое будущее. Разрушить эту способность в пламени ядерной войны или в результате необратимых изменений среды жизни — значит уничтожить ценнейшее достижение эволюции материи — человеческий разум. Противостоять подобным разрушительным силам способно лишь общество, цель которого не погоня за прибылью, а повседневная забота о благе настоящего и будущих поколений людей, а следовательно, и о процветании среды жизни человечества — биосферы.
Глава 1. Космические и планетарные предпосылки эволюции жизни
Мы вынуждены допустить, что живая материя осуществлялась так же, как все остальные процессы, путем эволюции... процесс этот, вероятно, имел место и при переходе из неорганического мира в органический.
В течение многих веков для большинства людей проблемы возникновения живого вообще не существовало. Даже известные ученые допускали возможность постоянного зарождения живых существ из неживого. Отец наук, греческий философ Аристотель, живший более чем за три столетия до нашей эры, не сомневался в самозарождении лягушек, мышей, не говоря уже о более мелких животных и растениях. В III в. н. э. философ-идеалист Плотин говорил о самозарождении живых существ из земли в процессе гниения.
В XVII в. голландский ученый Ян Баптист Ван-Гельмонт, известный своими количественными исследованиями питания растений, был и автором рецепта получения мышей из пшеницы и загрязненного потом белья. Английский философ Френсис Бэкон, основоположник экспериментальной науки, выступил в своем знаменитом труде «Новый органон» с резкой критикой Аристотеля и его последователей за отвлеченный характер мышления. В то же время он пишет о самозарождении мелких животных в гниющих субстратах. По его мнению, гниение — зачаток нового рождения. Идея самопроизвольного зарождения живого из неживого не вызывала возражений и у таких выдающихся мыслителей, как Г. Галилей, Р. Декарт, В. Гарвей, Г. Гегель, Ж. Б. Ламарк.
Перелом в представлениях начался лишь со второй половины XVII в., когда тосканский врач Франческо Реди в 1668 г. доказал, что белые черви, развивающиеся в гниющем мясе, представляют собой личинки мух. Сто лет спустя итальянец Лазаро Спалланцани и русский ученый Мартын Тереховский нанесли первый удар по представлениям о самозарождении микроскопических организмов. И лишь еще через 100 лет, в 1862 г., гениальный французский ученый Луи Пастер окончательно опроверг догму самопроизвольного зарождения, утвердив положение «все живое из живого».
Опыты Пастера, доказавшие невозможность самопроизвольного зарождения простейших организмов в современных условиях, привели к тому, что вопрос о возникновении жизни на Земле стал важной научной проблемой. Ученые, в какой-то мере пытавшиеся ответить на него, разделились на два лагеря. Представители одного лагеря развивали идею вечности жизни. Согласно этой идее жизнь на нашей планете никогда не зарождалась, а была занесена на Землю из глубин Космоса, где она существует вечно. Таким образом, проблема возникновения жизни на Земле вообще снималась с повестки дня научного исследования. Представители другого лагеря, основываясь на некоторых фактических экспериментальных данных, пытались создать более или менее правдоподобные представления о возникновении живого из неживого. Наибольшей известностью пользовались гипотезы Ф. Аллена, Г. Осборна, Э. Пфлюгера. Несмотря на несомненную ценность подобных гипотез, все они имели один весьма существенный недостаток — возникновение живого из минеральных элементов трактовалось как внезапный случайный процесс.
Научная постановка проблемы возникновения жизни принадлежит Ф. Энгельсу. Жизнь, согласно Энгельсу, не возникла внезапно, а сформировалась в ходе эволюции материи. Эта же мысль выражена в известной статье К. А. Тимирязева «Из научной летописи 1912 года»[8]. Эволюционная идея была положена в основу теорий возникновения жизни, развитых известным советским: ученым академиком А. И. Опариным в 1924 г. и английским естествоиспытателем Дж. Холдейном в 1929 г. Все наши современные представления о происхождении жизни основываются на получивших всеобщее признание работах этих исследователей.
После работ Опарина, Холдейна и их многочисленных последователей стало очевидным, что возникновение жизни на Земле подготовлено длительным процессом эволюции материи — процессом, начало которого удалено от современности на многие миллиарды лет.
Далеко не все детали этого процесса выяснены. Многое будет в дальнейшем уточнено и, вероятно, изменено. Однако главное — представление о сложном многоступенчатом пути развития материи, предшествующем зарождению жизни на Земле, — несомненно, сохранится.
Около 20 млрд. лет назад где-то в просторах Вселенной возникло большое водородное облако. В результате гравитации (сил тяготения) облако начало сжиматься. Гравитационная энергия стала переходить в тепловую, облако разогрелось и превратилось в звезду. После того как температура внутри звезды достигла миллионов градусов, начались ядерные реакции превращения водорода в гелий. Из четырех атомных ядер водорода образовалось одно атомное ядро гелия. Этот процесс сопровождался выделением энергии. В силу ограниченности запасов водорода его ядерные реакции постепенно приостанавливались, давление внутри звезды ослабевало, ничто уже не препятствовало силам гравитации, и звезда снова начала сжиматься.
Гравитационное сжатие вызвало новый подъем температуры. Началось превращение гелия: каждые три ядра гелия превращались в ядро углерода.
Гелий горит быстрее водорода, тепловое давление внутри звезды преодолело силы гравитации — звезда снова стала расширяться. На этом этапе она состояла из очень горячего и плотного ядра, в котором продолжалось горение гелия, и разреженного вещества — оболочки гигантских размеров, состоящей преимущественно из несгоревшего водорода. Астрономы называют такие звезды красными гигантами.
Ядерные процессы внутри звезды продолжались. Ядра гелия, объединяясь с ядрами углерода, образовывали ядра кислорода, а затем неона, магния, кремния, серы и т. д. Когда догорали остатки ядерного горючего, некоторые звезды утрачивали устойчивость и взрывались. Возникали так называемые сверхновые звезды.
Во время взрыва происходят два важных события, имеющих огромные последствия: синтезируется масса тяжелых химических элементов, небольшая часть вещества звезды, содержащая эти элементы, выбрасывается в космос, смешиваясь с водородом. Таким образом, происходил синтез всех встречающихся на Земле химических элементов и распространение их в космическом пространстве. В результате следующее поколение звезд, образовавшееся из водорода, уже с самого начала содержало примесь тяжелых элементов. Солнце как раз и принадлежит к числу звезд, возникших из обогащенного тяжелыми элементами водородного облака, их концентрация на Солнце (0,044%) в четыре раза выше, чем в космосе (0,011%).
«Солнце — весьма „пожилая“ звезда в том смысле, что оно должно было уже „пережить“ ряд взрывов сверхновой, в ходе которых возникли тяжелые элементы, являющиеся в настоящее время основными компонентами Земли»[9].
Существует несколько гипотез образования планет. Так как по своему химическому составу планеты очень сходны с Солнцем, наиболее вероятна гипотеза, согласно которой они образовались из остатков того же облака, из которого возникло само Солнце.
«Звезды должны собраться, взорваться и вновь собраться для того, чтобы пренебрежительно малая доля исходной материи превратилась в те разнообразные вещества, которые мы видим на Земле... Потребовалось чрезвычайно много времени и чрезвычайно большое количество материала, чтобы создать вещество нашего мира»[10]. Оно начало образовываться около 20 млрд. лет тому назад!
В ходе эволюции материи из относительно простого возникает более сложное — все разнообразие химических элементов. Создается впечатление, что организация возникает из хаоса. Так ли это? И вообще что такое хаос, организация, информация?
Противопоставление организованного неорганизованному, порядка — хаосу принадлежит к числу самых древних представлений. Аристотель в «Метафизике» цитирует греческого философа Гесиода, жившего в VIII в. до н. э.: «В самую первую очередь возник хаос, а затем уже Гея (Земля) с широкой грудью»[11]. В библейском мифе о происхождении мира бог создал организованную вселенную из первоначального хаоса. Английский кибернетик Ст. Бир не без основания утверждает, что в основе многих современных концепций лежит это древнее представление о первичности хаоса (1965). В подтверждение мысли Бира можно, в частности, сослаться на книгу английского ученого Д. Бернала, в которой проблема возникновения жизни отождествляется с вопросом, «как из беспорядка возник порядок... как возник порядок в практически неупорядоченном мире»[12].
Однако, что такое хаос? Пожалуй, наилучший ответ на этот вопрос дал У. Р. Эшби (1959). Хаос, по Эшби, неограниченное разнообразие, т. е, отсутствие каких-либо связей между элементами. Предметы и явления представляют собой примеры ограничения разнообразия.
Таким образом, понятие «хаос» — философская абстракция, мир без связей и взаимодействий. Естественно, что подобный мир не способен развиваться самостоятельно. Поэтому представление о первичном хаосе неразрывно связано с идеей о высшей организующей силе — боге-творце, с представлением о сверхъестественном происхождении организованности Вселенной. Подобная Вселенная, будучи предоставлена сама себе, способна только упрощаться и разрушаться. Немецкий ученый Ф. Ауэрбах писал: «Акт творения — это единственный акт всеобщего сосредоточения мировой энергии, образование противоположностей и максимальных ценностей... С тех пор — если рассматривать мир как таковой — все убывает, и мы не знаем ни об одном, хотя бы самом незначительном приращении... В Космосе, взятом в целом, нет развития»[13].
Абстрактному представлению о мире без внутренних, присущих самим вещам и явлениям связей и взаимодействий противостоит идея всемирной связи всех предметов и процессов. «Все vermittelt = опосредствовано, связано в едино, связано переходами..., — писал В. И. Ленин. — ...Причина и следствие, ergo, лишь моменты всемирной взаимозависимости, связи (универсальной), взаимосцепления событий, лишь звенья в цепи развития материи»[14].
Вселенная организована. Организованность обнаруживается не только в мире живых существ, где на нее уже давно обратили внимание, но и в элементах неживой природы от элементарных частиц до звездных систем и скоплений галактик. «Порядок более естествен, чем хаос», — пишет Бир[15]. Организованность — не привнесенная извне творцом особенность мира, деградирующая, после акта творения, а ее неотъемлемое свойство.
Таким образом, нельзя говорить о возникновении организации из хаоса, речь может идти лишь о более простых и более сложных формах организации. Организованность — такое же неотъемлемое свойство предметов и процессов, как вещество и энергия.
Вещество и энергию можно сравнительно легко измерить — вещество в граммах, энергию в эргах. Можно ли измерить организацию? Долгое время сама постановка такого вопроса казалась лишенной смысла. В самом деле, в каких единицах измерять организованность собаки, березы, кристалла поваренной соли и других предметов? С развитием кибернетики и теории информации этот вопрос перестал представляться столь нелепым. Были сопоставлены два понятия: организация и информация.
Под конкретной организацией обычно понимается какая-то совокупность элементов, связанных между собой определенным образом. Заяц, скажем, представляет собой организацию живых клеток, тканей, органов, объединенных в некое морфофизиологическое единство. Стол — тоже организация, смонтированная из характерных частей. Три момента характеризуют организацию: наличие нескольких компонентов, сходных или различных, существование связей между ними и особенности этих связей, придающие конкретной организации определенную форму и устойчивость.
Более сложен вопрос о содержании понятия «информация». До работ основателя кибернетики Норберта Винера и автора теории передачи информации по каналам связи Клода Шеннона под информацией понимали сообщение, содержащее какие-то сведения. Совинформбюро, скажем, во время Великой Отечественной войны 1941—1945 гг. информировало о положении на фронтах; газеты, радио, телевидение ежедневно информируют о событиях в нашей стране и за рубежом; в процессе обучения ученики воспринимают информацию, передаваемую преподавателем, усваивают ее путем чтения учебных пособий и на практических занятиях; исследователь, изучая какое-либо явление, процесс или предмет, стремится как можно больше узнать о нем, т. е. извлечь из него как можно больше информации. В информации, следовательно, находят отражение какие-то реальные процессы, явления, особенности строения. Сообщение Совинформбюро отражало ход боев с фашистами на полях сражений; средства массовой информации отражают ход различных событий на нашей планете; в информации, полученной исследователем в результате изучения каких-либо процессов или явлений, отражается их специфика, находят выражение особенности их организации. Иначе говоря, «информация существует постольку, поскольку существуют сами материальные тела и, следовательно, созданные ими неоднородности. Всякая неоднородность несет с собой какую-то информацию»[16], — пишет академик В. М. Глушков и поясняет далее: звезды, например, создавая определенную неоднородность в распределении вещества и энергии, служат источником информации. То же самое можно сказать о любом предмете или явлении окружающего нас мира. Таким образом, источником информации является организация.
В силу того, что все предметы и процессы окружающего нас мира связаны между собой в той или иной мере различными категориями связей, они неизбежно обмениваются не только веществом и энергией, но и информацией.
При одинаковом порядке сложности обмен в равной мере обогащает оба (или несколько) взаимодействующих компонента; в случае взаимодействия сложной системы с относительно простой они извлекут из этого взаимодействия разную информацию. Иначе говоря, каждое взаимодействие обязательно сопровождается отбором лишь той информации, которая соответствует структуре взаимодействующих компонентов. Организмы получают из неорганической среды информацию об особенностях химических элементов и соединений, об их распределении, об источниках свободной энергии; неорганическая природа — информацию о продуктах метаболизма. В результате организм обогащается веществом, энергией и информацией, а неорганическая среда видоизменяется в итоге накопления продуктов жизнедеятельности, т. е. также становится информационно другой. Взаимодействие лис и зайцев представляет собой взаимоотношение сложных организмов. Решающую роль при этом играют реакции поведения — результат высшей нервной деятельности. Таким образом, обмен информацией между взаимодействующими компонентами представляет собой своеобразный обмен сведениями об их организации.
Способность извлекать информацию из окружения, очевидно, определяется особенностями взаимодействующих компонентов. «Стакан есть, бесспорно, и стеклянный цилиндр и инструмент для питья. Но стакан имеет не только эти два свойства или качества или стороны, а бесконечное количество других свойств, качеств, сторон, взаимоотношений и „опосредствований“ со всем остальным миром», — говорит В. И. Ленин[17]. Далее В. И. Ленин перечисляет некоторые другие особенности стакана: тяжелый предмет, пресс-папье, помещение для пойманной бабочки и т. д. К этому можно добавить, что стакан может стать вещественной уликой для следователя, предметом размышления о развитии стекольного дела, подарком и т. п. А вот для лягушки, жука и подавляющего количества других животных он в принципе неотличим от любого камня. Волны прибоя будут обкатывать стакан так же, как и другие камни, пока он не превратится в россыпь гладких стекляшек...
Значит, один и тот же предмет, обладая бесконечным количеством свойств и, следовательно, бесконечным потенциалом информации (вспомним, что В. И. Ленин говорил о неисчерпаемости электрона), в зависимости от того, с кем или с чем он вступает в связь, обнаруживает различную информационную ценность. «Текст очень содержательной математической статьи не содержит по существу никакой информации для человека, который не является специалистом в данной области математики»[18]. Этот же текст уже не содержит ничего нового и для его автора.
Информационная ценность предмета или явления, таким образом, зависит не от количества заключенной в нем информации (оно бесконечно!), но от того, кто или что этой информацией пользуется. Это, естественно, создает весьма большие трудности в измерении информации. В настоящее время благодаря основополагающим работам К. Шеннона разработана пока лишь формальная математическая теория передачи количества информации по каналам связи. Она исходит из представления об информации как о степени снятой неопределенности.
Путник стоит у развилки дороги, не зная по какой дороге идти дальше, чтобы дойти до поселка А. Встречный указывает: нужно выбрать правую дорогу. Неопределенность устраняется в результате выбора одного из двух возможных путей. Указание встречного оценивается в один бит (от английских слов binary digit, т. е. «двоичный разряд»). Допустим, что наш путник для того, чтобы попасть в поселок А, должен сделать на встречных развилках дороги еще два выбора, сначала выбрать левую дорогу, потом правую. Следовательно, для достижения поселка А он должен сделать три выбора, т. е. получить информацию, равную трем битам. Приятель из поселка А, к которому направлялся наш путник, мог заранее передать информацию о дороге по телефону или телеграммой в виде сочетания букв ПЛП (правая, левая, правая), или (если П — 1, a Л — 0) в виде числа 101. Количество переданной информации при этом равнялось бы трем битам. В сочетании букв ПЛП или в числе 101 нет ни путника, ни дороги, ни поселка А, но в них есть то, что в данный момент нужно путнику — указание маршрута следования. И это может быть измерено достаточно точно.
Математическая теория информации позволяет подсчитывать в битах количество информации, содержащейся в том или ином сообщении, в литературном произведении. (Ясно, например, что во всех томах энциклопедии содержится больше информации, чем в одном томе, причем примерно во столько раз, сколько всего томов в энциклопедии). Некоторые исследователи пытались применять ее для оценки организованности живых существ или их сообществ, однако пока без особого успеха. К сожалению, как справедливо говорит академик В. А. Энгельгардт, «математические аспекты теории информации еще не находят отчетливых приложений к анализу элементарных основ жизненных явлений, хотя имеются основания предполагать, что благодаря универсальности принципов этой теории дальнейшее ее развитие откроет возможности для такого рода приложений, которые будут все расширяться и углубляться»[19].
В настоящее время мы вынуждены ограничиться следующими положениями, которые разделяются большинством исследователей:
I. Все предметы и процессы Вселенной, как и сама Вселенная, представляют собой тройственное единство вещества, энергии и организации.
II. В процессе взаимодействия предметы обмениваются между собой веществом, энергией и информацией. В информации находят отражение особенности организации взаимодействующих предметов.
III. При взаимодействии предметов и процессов специфичность обмена информацией обусловлена особенностями организации взаимодействующих объектов: более организованные объекты способны извлекать из окружения большую информацию, чем менее организованные, одновременно они сами служат источником большей информации.
IV. Поскольку каждая организация может быть охарактеризована бесконечным количеством свойств, постольку бесконечно и количество информации, которое в принципе может быть из нее извлечено. Однако отдельные аспекты информации поддаются математической обработке, что вселяет надежду на то, что не только вещество и энергия, но и степень организованности в конце концов получат удовлетворительную относительную количественную оценку.
Вернемся, однако, к проблеме возникновения сложного из относительно простого. Для этого требуется:
1. Наличие массы относительно простых компонентов.
2. Принципиальная способность компонентов к образованию связей.
3. Источник энергии, обеспечивающий взаимодействие между компонентами.
4. Условия, благоприятствующие некоторой стабильности вновь образующихся систем.
Для обеспечения многостадийности процесса, помимо перечисленных четырех условий, требуется еще пятое — сохранение возможности участия вновь возникшей организации в дальнейших эволюционных преобразованиях. В случае преобразования водородного облака имели место все пять условий:
1. Водород — самый распространенный элемент во Вселенной.
2. Экспериментально доказана способность водорода превращаться при высоких температурах в гелий. Ядерный синтез лежит в основе взрывной реакции водородной бомбы.
3. Источником энергии синтеза служат силы гравитации, переходящие в тепловую энергию движения атомов, а также особые условия, создающиеся при взрывах звезд, ведущих к образованию сверхновых звезд.
4. Относительная стабильность вновь возникших химических элементов обеспечивается, во-первых, внутриядерными силами и, во-вторых, выбросом в космическое пространство при взрывах звезд.
5. Выброс некоторой части тяжелых элементов в Космос открывает возможности для их участия в дальнейшей эволюции материи. «Значительная, вероятно большая часть этих тяжелых атомов навсегда остается в плотных белых карликах. Только выброшенное в межзвездную среду вещество продолжает участвовать в дальнейшей эволюции звезд и туманностей»[20].
Возникновение сложных химических элементов из водорода, таким образом, — длительный, сложный и многоступенчатый процесс. Их структура и распространенность — результат циркуляции веществ между звездами и межзвездной средой, своеобразного космического круговорота веществ, а также отражение космической истории их формирования.
Возникновение более сложной организации из относительно простой, следовательно, представляет собой закономерную интеграцию в небольшом объеме особенностей эволюции больших материальных систем. Прогрессивное развитие, характеризующееся возникновением сложного из простого, представляет собой в своей сущности процесс интеграции рассеянной информации.
Образование химических элементов в недрах звезд — закономерный процесс эволюции материи. Но для ее дальнейшего развития в направлении жизни необходимы планетарные системы с условиями, благоприятными для возникновения живого.
Первое условие: жизнь может развиться на планете, масса которой не превышает определенной величины. Так, если масса планеты превысит 1/20 массы Солнца, на ней начнутся интенсивные ядерные реакции, поднимется температура, она начнет светиться. Даже планета с массой, составляющей 0,01 массы Солнца, по своим температурным данным непригодна для развития жизни. Планета, имеющая массу 0,001 массы Солнца, будет холодной, но в ее атмосфере сохранится водород, аммиак, метан в соотношениях, характерных для Космоса, а лучи Солнца не смогут проникать сквозь мощную атмосферу. Таковы Юпитер, Сатурн и другие крупные планеты солнечной системы. Следовательно, планеты большой массы непригодны для развития жизни.
Другая крайность — планеты малой массы типа Меркурия и Луны. Они в силу слабой интенсивности тяготения не способны удерживать в течение длительного времени атмосферу, необходимую для развития жизни. Из планет солнечной системы первому условию, таким образом, удовлетворяют лишь Земля, Венера и в меньшей степени Марс. А. И. Опарин и В. Г. Фесенков (1956) оценивают вероятность встречи в Космосе планеты подходящей массы в один процент.
Второе важное условие — относительное постоянство и оптимум радиации, получаемой от центрального светила. Для соблюдения этого условия планета должна иметь орбиту, приближающуюся к круговой, ее расстояние от звезды не должно быть слишком малым или слишком большим. Наконец, центральное светило должно характеризоваться относительным постоянством излучения. Переменные и тем более взрывающиеся звезды явно не подходят. Вероятность второго условия А. И. Опарин и В. Г. Фесенков оценивают в 0,01%.
Вычисления вероятности соблюдения первого и второго условий (оптимум массы и постоянства, оптимум радиации) дают величину, равную 0,001%. Это значит, что лишь около одной из 100 тыс. звезд или, как полагают А. И. Опарин и В. Г. Фесенков, даже около одной из миллиона можно найти планету с условиями, не препятствующими развитию жизни. В нашей Галактике, где насчитывается более 150 млрд. звезд, таких планет будет несколько сотен. Однако отсутствие космических препятствий к развитию жизни еще не означает, что жизнь на них обязательно разовьется.
В недрах звезд образовались химические элементы. Из них слагается Земля. В табл. 1 сопоставлено относительное содержание химических элементов в веществе звезд, в солнечном веществе и в телах растений и животных[21].
Основываясь на данных таблицы, можно сделать вывод о почти полном тождестве элементарного состава звездного и солнечного вещества и о существенном возрастании процентного содержания тяжелых элементов в телах растений и животных. Второй вывод, пожалуй, еще более примечателен: четыре элемента — водород, углерод, азот и кислород, наиболее широко распространенные во Вселенной, в организмах тоже представлены в наибольшем количестве — от 92,28 до 96,0% от общего числа химических элементов, составляющих их тела. Живые организмы, таким образом, построены из наиболее простых и наиболее распространенных в космосе атомов.
Таблица 1. Элементарный состав звездного и солнечного вещества при сопоставлении с составом растений и животных
| Химический элемент | Содержание в % | |||
|---|---|---|---|---|
| Звездное вещество | Солнечное вещество | Растения | Животные | |
| Водород (Н) | 81,76 | 87,0 | 10,0 | 10,0 |
| Гелий (Не) | 18,17 | 12,9 | — | — |
| Азот (N) | 0,33 | 0,33 | 0,28 | 3,0 |
| Углерод (С) | 3,0 | 18,0 | ||
| Магний (Mg) | 0,08 | 0,05 | ||
| Кислород (О) | 0,03 | 0,25 | 79,0 | 65,0 |
| Кремний (Si) | 0,01 | 0,004 | 0,15 | 0,254 |
| Сера (S) | ||||
| Железо (Fe) | ||||
| Другие элементы | 0,001 | 0,04 | 7,49 | 3,696 |
Поделиться книгой: