Файл: Камшилов, М. М. Эволюция биосферы.pdf

чпвых особей. В обоих случаях более упорядоченные фермы организации с более низким уровнем энтропии вытесняют меиее упорядоченные формы организации с более высоким уровнем энтропии»22. Одним словом, в процессе естественного отбора повышается информа­ ционное содержание органического мира, степень его ор­ ганизованности. Приспособленность представляет собой биологическую форму организации. Теорема Фишера го­ ворит о росте оргаиизованпости живой системы в итоге деятельности естественного отбора.

Всоответствии со вторым началом термодинамики са­ мопроизвольно происходят лишь процессы, ведущие к обесцениванию энергии, к потере структурности, к дез­ организации. В органическом мире также наблюдаются процессы дезорганизации и распада.

Врезультате размножения у подавляющего большин­ ства организмов - от пары родителей появляется огром­

ное количество зародышей, исчисляемое у некоторых рыб

тальные гибнут, становясь жертвой многочисленных вра­ гов. Таким образом, сохранение вида достается ценой ги­ бели подавляющей массы его представителей. Коэффици­ ент выживания составляет доли процента. Это явное вы­ ражение роста эитропии.

Для противодействия энтропии организм «должен из­ влекать упорядоченность из окружающей среды». Хищник вынужден истреблять травоядных животных. На прирост 1 кг биомассы хищника требуется «извлечь упорядочен­ ность» примерно из 10 кг травоядных. Следовательно, хищник как «самоорганизующаяся система» живет за счет дезорганизации травоядных, вызывая эту дезоргани­ зацию в масштабе, оставляющем далеко позади масштаб собственной самоорганизации. Математики и физики, ин­ тересующиеся термодинамическими или только информа­ ционными аспектами проблемы, на этом, как правило, ставят точку. Биолога интересуют последствия «дезорга­ низующей деятельности хищника». Оказывается, хищник не только «дезорганизатор», но и фактор отбора, т. е. фак­ тор, ответственный за прогресс.

аИ. И. Шмальгаузен. Кибернетические вопросы биологпп. Новосибирск, «Наука», 1968, стр. 139.

2U

Действительно, эволюция травоядных, явно ведущая к морфофизпологическому прогрессу, происходит в итоге «дезорганизующей» деятельности хищника. Таким обра­ зом, «извлечение упорядоченности» из яшвых организ­ мов, их дезорганизация одновременно оказывается орга­ низующим фактором. Отсюда важность взаимных отно­ шений между организмами в жизни и в эволюции ви­ дов, которые Дарвин далеко не случайно назвал «самы­ ми важными пз всех отношений».

Поскольку каждый вид оргаипзмов представляет собой лпшь отдельное звено в эволюционном процессе, ни один из них не может быть ни абсолютным «организатором», ни абсолютным «дезорганизатором». Все они выступают и как факторы «извлечения упорядоченности», а следова­ тельно, дезорганизаторы и агенты отбора, т. е. как фак­ торы совершенствования механизмов жизни путем эколо­ гического обмена наследственной информацией. Эволюирующая макросистема, очевидно, также не является фактором дезорганизации внешней среды, что с неизбеж­ ностью следовало бы из одностороннего понимания приме­ нимости к явлениям жизни второго начала тер­ модинамики.

В процессе макроэволюции изменяется неорганическая среда, однако это изменение никак нельзя назвать дез­ организацией. Скорее можно говорить о преобразующей и реорганизующей роли жизни по отношению к окру­ жающей неорганической природе.

Снова как будто бы налицо противоречие со вторым началом термодинамики — живое «извлекает упорядочен­ ность из внешней среды», а внешняя среда не разру­ шается, не становится от этого менее упорядоченной.

Подобное противоречие возникает, по-видимому, в ре­ зультате смешения энергетического и информационного аспектов энтропии. Извлечение энергии и вещества не­ избежно ведет к истощению источника вещества и энер­ гии. Извлечение информации, напротив, не обедняет ис­ точник информацип. Можно прочитать книгу (извлечь информацию), причем книга после этого извлечения ин­ формации ие превратится в тетрадь с чистыми листами. Поскольку в эволюции жизни решающую роль играет накопление информации, а ие энергетическая или веще­ ственная сторона, постольку и жизнь не должна быть дезорганизующим фактором. Она и на самом деле не яв­

212

ляется таковым, особенно если учесть, что поставщиком энергии служит солнечное излучение — практически не­ иссякаемый источник.

В органическом мире постоянно обнаруживается ор­ ганизующая роль дезорганизации. Н. К. Кольцов, рас­ сматривая проблему прогресса в эволюции, обращает вни­ мание на распространение регрессивных явлений. Однако «огромное значение регрессивных процессов в эволюции животного царства не должно удивлять нас,— пишет он,— так как это явление вытекает из применения вто­ рого закона термодинамики, т. е. общей направленности исторического процесса к переходу из сложного в про­ стое» 23. Несмотря на тенденцию к регрессу и упроще­ нию, сложность и дифференциация организмов в фило­ генезе в результате отбора непрерывно возрастает. «Это есть следствие статистических закономерностей, накопле­ ния с течением времени редчайших, маловероятных ком­ бинаций, сочетающих сложную дифференцировку геноти­ па с его стойкостью и с достаточной приспособленно­ стью фенотипа к внешним условиям» 24.

Регресс и дегенерация как явления макроэволюции, свойственные отдельным видам, действительно не могут трактоваться иначе, как выражение «общей направлен­ ности исторического процесса к переходу из сложного в простое». Однако при рассмотрении в плане эволюции биосферы они приобретают иное значение. Увеличивая гетерогенность живого, его неравномерность, регресс и дегенерация выступают как факторы усложнения всей живой макросистемы. Увеличивая резнообразие биотиче­ ской среды, они создают предпосылки к морфофизиоло­ гическому прогрессу других видов.

Многие часто возникающие мутантные изменения от­ дельных генов резко снижают жизнеспособность организ­ ма. Такие мутации нередко представляют собой явные нарушения генной структуры, они могут рассматриваться как деструктивные, снижающие приспособленность орга­ низма к среде. Как впервые показал Фишер, естествен­ ный отбор стремится уменьшить деструктивный эффект подобных мутаций путем повышения их рецессивности,

23 Я. H. Кольцов. Проблема прогрессивной эволюции. «Биологический журнал», 1933, т. 2, вып. 4-5.

’* Там же.

213

т. е. ослабления проявления в гетерозиготе. Это дости­ гается путем образоваиия .различных компенсационных механизмов, повышающих устойчивость нормы. Согласно И. И. Шмальгаузену и Р. Л. Берг, повышение устойчи­ вости нормы связано с формированием коррелятивных связей в развитии органов, с увеличением стабильности процесса развития. И в этом случае деструкция генов — явное выражение тенденции к распаду, упрощению — ведет к формированию особенностей, которые представ­ ляются, несомненно, прогрессивными.

Строение многоклеточных организмов, а также, повидимому, смерть индивидов и вымирание отдельных ви­ дов многими исследователями также рассматриваются как выражение роста энтропии.

Таким образом, и в органическом мире в отдель­ ных процессах и явлениях наблюдается явная тенден­ ция к упрощению, дегенерации, распаду. Однако эти яв­ ления нередко выступают как средство повышения орга­ низованности. В общем потоке жизни оии таковыми яв­ ляются, по-видимому, всегда. Вспомним, что говорил о природе Гёте: «Жизнь — ее лучшее изобретение; смерть для нее средство для большей жизни» 25.

В процессе эволюции у организмов возникали много­ численные приспособления против деструктивного влия­ ния внешних воздействий. В общей форме эти приспо­ собления можно охарактеризовать как способность к са­ морегуляции.

По И. И. Павлову, организм — в высшей степени са­ морегулирующаяся система, сама себя поддерживающая, восстанавливающая, направляющая и даже совершен­ ствующая. И. И. Шмальгаузеи считает, что организм можно рассматривать как сложную систему, способную к авторегуляции.

Способность к саморегуляции функций особенно от­ четливо проявляется у высших организмов. П. К. Анохин в 1935 г., экспериментируя с собаками, соединял нервы, идущие от органов дыхания, с осязательным центром моз­ га, а осязательные нервы — с центром дыхания. Такие животные в ответ на раздражение ноги кашляли; при дыхании у них в такт с грудной клеткой двигалась лапа.

“И. В. Гёте. Природа. Избранные сочинения. М., Изд-во АН СССР, 1057,

стр. 362.

214

Через некоторое время, однако, нервные центры «пе­ реучивались» и начинали выполнять функции, требуемые для нормальной жизни.

Человек при помощи особых очков может увидеть ок­ ружающий мир перевернутым. Первые мгновения испы­ туемый совершенно теряется, однако через четыре дня все нормализуется и он уже не терпит никаких не­ удобств. Если снять очки, мир снова становится пере­ вернутым. Но оказывается, что одного зрения для подоб­ ного «переучивания» мозговых центров недостаточно. Ис­ пытуемый должен ходить, двигать руками. Если он ездит в кресле на колесиках, «переучивания не происходит».

Э. Ш. Айрапетьянц вместе со своими учениками бло­ кировал у собак, обезьян, кур и некоторых других жи­ вотных поток информации от различных органов чувств, или, как их называют физиологи, анализаторов. В резуль­ тате подобных операций сохранившиеся органы чувств как анализаторы поступающей извне информации заме­ щали функции утраченных органов чувств. Особенно зна­ чительна замещающая роль двигательного анализатора, передающего информацию о двигательных актах. В про­ явлении свойства взаимного замещения анализаторов Ай­ рапетьянц усматривает «один из физиологических факто­ ров приспособительного процесса в эволюции».

Разнообразие форм поведения, а следовательно, и спо­ собность к саморегуляции зависят от богатства внутрен­ них связей: «...чем меньше связей в системе, тем меньше у нее возможных форм поведения» 26. «Самым существен­ ным фактором в организации целостной системы, к какой бы категории эта система ни относилась (машины, орга­ низмы, общество),— пишет П. К. Анохин,— является циркуляцией в ней информации. Только благодаря непре­ рывному обмену информацией между отдельными ча­ стями системы может осуществляться их организо­ ванное взаимодействие, заканчивающееся полезным эф­ фектом» 27’.

Способность к саморегуляции обеспечивает адаптив­ ный ответ и на такие внешние воздействия, которые, повидимому, никогда не встречались в жизни не только

26 У. Р. Эшби. Конструкция мозга. М., ИЛ, 19G2, стр. 319.

22 П. К. Анохин. Физиология и кибернетика. Сб. «Философские вопросы ки­ бернетики». М., Соцэкономиздат,1961, стр. 280.

215

особи, но й вида. Диким медведям никогда, койечйо, нб приходилось кататься на велосипеде. Одиако их можно этому научить. Дыхательный центр мозга не участвовал непосредственно в возбуждении двигательной активности лапы, однако, будучи связан с нервами, идущими от лапы, он быстро «переучивается» и начинает регулировать функции движения. Крыса, лишенная всех конечностей, в природе вряд ли могла выжить, но в опытах Э. А. Ас­ ратяна она не только выжила, ио научилась двигаться, катаясь и переворачиваясь.

П. К. Анохина, работы Э. А. Асратяна, Э. Ш. Айрапетьянца, саморегуляция осуществляется лишь в тех случаях, когда в организм поступает информация из внешней сре­ ды. По-видимому, саморегуляция — в своей основе при­ способительная реакция — невозможна без поступления внешней информации. Так как способность к саморегу­ ляции — свойство, несомненно, противодействующее возрастанию энтропии,— поступление и переработка внешней информации — способ борьбы с ростом энтропии. Таким образом, и на этом пути мы приходим к тому же выводу, к которому в свое время пришел Шредингер: жить — значит извлекать упорядоченность из внешнего мира.

Машина — произведение человеческого ума и рук — во время работы «питается» чистой энергией. Постепенно она изнашивается. Чтобы вернуть машине прежнюю ра­ ботоспособность, требуется заменить износившиеся части на новые, иначе говоря, дать ей новую упорядоченность взамен утраченной. Организм в отличии от машины по­ глощает информацию, усваивая вещество и энергию. По­ глощение информации — важное условие жизнедеятель­ ности. С потерей способности поглощать информацию те­ ряется способность к саморегуляции со всеми вытекаю­ щими из этого последствиями.

Можно сделать и обратный вывод: если способность к поглощению информации представляет собой средство повышения саморегуляции, организмы, поглощающие большую информацию, должны обладать определенными преимуществами. Значит, естественный отбор будет спо­ собствовать накоплению информации, т. е. усложнению организации, что фактически и имеет место.

216

Известный советский специалист в области физиоло­ гии и генетики поведения животных Л. В. Крушинский совершенно четко продемонстрировал зависимость эле­ ментарных форм рассудочной деятельности животных от сложности структуры мозга: «Чем из большего числа нейронов построен мозг и чем совершеннее система кон­ тактных соединений между нейронами, тем большая ве­ роятность того, что животное обладает более высокой рассудочной деятельностью» 28.

Организованная сложность выступает как основа при­ способленности и способности к приспособляемости.

58 Л. В. Крушинский. Физиолого-генетическое изучение элементарной рас­ судочной деятельности животных. «Журнал высшей нервной деятель­ ности» , 1970, т. XX, вып. 2, стр. 369,

Глава 7

НООГЕНЕЗ

Наш долг — сохранить и умножить для поколений, которые, будут жить в комму­ нистическом обществе, [все [богатства и красоту природы.

Из постановления Верховного Совета СССР

«О мерах по дальнейшему улучшению охраны природы и рациональному использованию природных ресурсов>

В последние годы проблема биосферы как среды жиз­

Бурный научно-технический прогресс — научно-техниче­ ская революция — сопровождается быстрой перестройкой природы и особенно ее живого покрова. Существенно со­ кратилась площадь лесов, естественные сообщества орга­ низмов (биоценозы) уступают место искусственным, сти­ раются с лица земли некогда процветавшие виды живых существ. Отходы промышленности, в частности радиактивные осадки н концерогеиные углеводороды, загрязня­ ют воду, воздух, почву. Перед человечеством вырисовы­ вается угроза голода, самоотравления, разрушения био­ логической основы наследственности. «Нехватка чистой пресной воды, загрязнение воздуха, эрозия почв сегодня

•стали, к сожалению, реальным фактом»

Пища

Человек может прожить без пищи около пяти недель, без воды не более пяти суток, а без воздуха всего пять минут. Следовательно, для нормального существования1

1 Из доклада академика В. А. Кириллина на IV Сессии Верховного Со­ вета СССР восьмого созыва. «Известия» 20 сентября 1972 г.

218

человечество должно в достатке снабжаться водой, пищей и воздухом. Бельгийские ученые П. Дювипье, М. Танг2 на основании материалов ФАО подсчитали объем продук­

планеты (3,11 Х109 человек в 1963 г.) — 670 Х106 т ус-

ваимого человеком органического вещества. В начале 70-х годов эта потребность возрастает до 775 ХЮ6 т. Таким образом, даже при равномерном распределенпн продукция биосферы такова, что не все жители Земли обеспечива­ ются достаточным питанием. Однако распределение про­

точной Азии, либо недоедает, либр получает неполноцен­ ное питание.

Демографы обращают внимание на быстрый рост на­ селения в течение последних десятилетий. Численность людей на земном шаре увеличивается ежедневно на 50 тыс. человек. При таких темпах роста население Зем­ ли к 2009 г. составит 7 млрд.

Таким образом, если продуктивность биосферы сейчас не полностью удовлетворяет пищевые потребности людей и почти ноловииа человечества обречена на полуголодное существование, то рост численности населения неизбеж­ но углубит разрыв между фактической продукцией био­ сферы и потребностью в продуктах питания.

Вода

Не лучше обстоит дело с запасами пресиой воды. Для поддержания жизни одному человеку в год требуется ме­ нее 1 м3 воды. В связи с нуждами промышленности и сельского хозяйства эта потребность возрастает более чем в тысячу раз. В США, например, уже сейчас на одного жителя приходится 1200 м3. Потребность в пресной воде стремительно растет, а это ограничивает и рост населе­ ния, и развитие техники.

Положение с водой обстояло бы более или менее бла­ гополучно, если бы промышленность, транспорт, населе­

?П. Дювинъе, М. Танг. Биосфера и место в ней человека. М., «Прогресс», 1968.

219