Проблема возникновения жизни на земле

1 Проблема возникновения  жизни на земле

Проблема возникновения жизни на Земле — это очень сложная и самостоятельная проблема, которой посвящена огромная литература. Но как бы сложна и самостоятельна она, ни была. Эта проблема все-таки является частью другой, еще более сложной и обширной проблемы — возникновения и развития тонкой пленки у поверхности Земли, именуемой биогеносферой. Возникновению жизни на Земле предшествовала сложная эволюция материи в пределах биогеносферы. Именно поэтому проблему возникновения жизни на Земле следует рассматривать как биолого-географическую, а не чисто биологическую или биохимическую. Обнаруживается у этой проблемы и такой еще чисто географический аспект: одноочаговым или многоочаговым был самый процесс появления живых организмов?.. Моноцентрнчсское представление вполне было бы в духе В. И. Вернадского с его предположением о мгновенном «покорении» планеты, но более вероятным — хотя речь идет лишь о гипотезе — кажется полицентрическое возникновение жизни, многоочаговость процесса как в пространстве, так и во времени, при гибели отдельных очагов, а возможно и конкуренции, с борьбой за существование между ними. В полицентрической гипотезе убеждает географическая аксиома: при любой комбинации природных условий на планете определенное сходство их наблюдалось, но широтным поясам, в закономерно расположенных, но различных районах земного шара, что относится и к условиям, благоприятным для возникновения жизни. Но возможна еще одна географическая локализация процесса жизни, уже более тесно связанная с физико-химическими процессами. По точной формулировке Д. Л. Арманда, «чем сложнее взаимодействующие тела, тем больше новых свойств могут они приобрести в результате взаимодействия» (1957, стр. 75). Наиболее сложными участками биогеносферы были побережья морей и океанов, где теснейшим образом взаимодействовали все имевшиеся тогда компоненты: горные породы, солнечная радиация, вода, атмосфера, насыщавшая воду газами, в том числе кислородом; там наивысшего напряжения достигал сток, скапливались сносимые водами суши разрыхленные породы, а химический состав вещества отличался наибольшим разнообразием. Надо полагать, что именно на побережьях морей, в мелких теплых лагунах приэкваториальной полосы с наибольшими колебаниями температуры и возникала органическая форма материи, жизнь. Там при участии солнечной радиации протекали сложные реакции между углеродистыми соединениями и водой, причем этому способствовали содержащиеся в воде катализаторы — соли железа, кальция, ускорявшие процесс созидания высокомолекулярных соединений углерода. Этот процесс, в конце концов привел к возникновению очень сложных белковых молекул. Белковые же молекулы, как известно, обладают свойством соединяться, образовывать капли-комочки. Процесс образования белковых капелек называется коацервацией, а сами капельки — коацерватами. Бесчисленное количество коацерватных капелек возникало и бесследно исчезало в теплых соленых водах лагун, но постепенно их структура усложнялась, и усложнялся кристаллический код, определявший их свойства. Жизнь настолько сложное явление, что поддается определению лишь в самых общих чертах (например, «способ существования белковых тел»). Но с физико-географической точки зрения (и с биологической, конечно, тоже) важно подчеркнуть, что неживые коацерваты от живых наипростейших отличаются характером наследственной информации и способом ее передачи. Бытие первых определялось и определяется кристаллическим кодом, бытие вторых — генетическим.  

2 Современные представления  о пространстве и времени Пространство-время—  физическая модель, дополняющая  пространство равноправным временны́м измерением и таким образом создающая теоретико-физическую конструкцию, которая называется пространственно-временным континуумом. Первый развёрнутый вариант модели естественного объединения пространства и времени, пространство Минковского, был создан Германом Минковским в 1908 году на основе специальной теории относительности Эйнштейна, а несколько ранее (в 1905 году), ключевое продвижение на этом пути сделал Анри Пуанкаре, заложивший основы четырехмерного пространственно-временного формализма. Концепцию пространства-времени допускает и классическая механика, но в ней это объединение искусственно, так как пространство-время классической механики — прямое произведение пространства на время, то есть пространство и время независимы друг от друга. Однако уже классическая электродинамика требует при смене системы отсчета преобразований координат, включающих время «наравне» с пространственными координатами (т. н. преобразований Лоренца), если желать, чтобы уравнения электродинамики имели одинаковый вид в любой инерциальной системе отсчета. Непосредственно наблюдаемые временные характеристики электромагнитных процессов уже в классической электродинамике оказываются зависящими от системы отсчета (или, иначе говоря, от относительного движения наблюдателя и объекта наблюдения), то есть оказываются не «абсолютными», а определенным образом связанными с пространственным движением и даже положением в пространстве системы отсчёта, что и явилось первым толчком для формирования современной физической концепции единого пространства времени. Ключевым математическим отличием пространства-времени (пространства Минковского, или, в случае общей теории относительности — четырехмерного многообразия с лоренцевой метрикой) от обычного евклидова 4-мерного пространства является то, что при вычислении расстояния (интервала) квадраты значений разностей времени и длин пространственных координат берутся с противоположными знаками (в обычном пространстве соответствующие значения равноправны для любой оси координат и имеют одинаковый знак). Из этого вытекает следующее: прямая между двумя точками этого континуума (под прямой понимается движение по инерции) даёт максимальную продолжительность собственного времени. Для пространственной же длины прямая — это минимальная, а не максимальная величина. В контексте теории относительности время неотделимо от трёх пространственных измерений и зависит от скорости наблюдателя. Концепция пространства-времени сыграла исторически ключевую роль в создании геометрической теории гравитации. В рамках общей теории относительности гравитационное поле сводится к проявлениям геометрии четырехмерного пространства-времени, которое в этой теории не является плоским (гравитационный потенциал в ней отождествлен с метрикой пространства-времени). Количество измерений, необходимых для описания Вселенной, окончательно не определено. Теория суперструн, например, требовала наличия 10 (считая время), а теперь даже 11 измерений (в рамках М-теории). Предполагается, что дополнительные (ненаблюдаемые) 6 или 7 измерений свёрнуты (компактифицированы) до планковских размеров, так что экспериментально они пока не могут быть обнаружены. Ожидается, тем не менее, что эти измерения каким-то образом проявляют себя в макроскопическом масштабе. В самом старом — бозонном — варианте теория струн требует 26-мерного объемлющего пространства-времени; предполагается, что «лишние» измерения этой теории также должны или могут быть компактифицированы сперва до 10, сводясь, таким образом, к теории суперструн, а потом уже, как упомянуто здесь чуть выше, до 4 обычных измерений.  

3 Организм человека как  сложная диссипативная система

Приобщение проблемы экстремального состояния к теории диссипативных систем и синергетики требует изменения категории основополагающих понятий. Это, прежде всего, относится к объекту исследования – организму человека, который в данном случае не может рассматриваться отвлеченно, как самостоятельный природный объект, вступающий во взаимодействие с внешней средой через свою, так сказать, "внешнюю орбиту", представленную органами чувств. Он должен рассматриваться как обобщенная категория, единая для всех уровней организации в пределах биосферы, но имеющая свои дефиниции, составляющие конкретную характеристику обобщенного понятия. Такая категория в теории термодинамики неравновесных процессов обозначается понятием "система".  

В наиболее общем смысле под системой принято понимать единство структурно-функциональных элементов (или принципов, взглядов, воззрений), которое в результате объединения обретает новые свойства, не присущие его составляющим и не отражающие их сумму. Иными словами, система – это качественно обособленная категория, образующаяся в результате интеграции функционально сопряженных составляющих. В данном случае имеется ввиду не система взглядов или научных положений. Рассматривается структурно-функциональная система. Любая живая система от бесчисленных в своем разнообразии живых организмов до популяций, биоценозов, социумов и, наконец, самой биосферы в целом представляет собой единство структурно-функциональных элементов или подсистем. В зависимости от сложности и функционального предназначения в интегральном процессе эволюции биосферы в целом каждый из видов живых систем имеет свою динамичную инфраструктуру, представляет собой единство структурно-функциональных элементов или подсистем. Синтезируя представленные выше положения физиологической концепции адаптации и теории термодинамики диссипативных процессов, а затем – ориентируя их на клиническое предназначение, возможно, сформировать общее представление о системе, соответствующей клинико-физиологическому пониманию высшей формы компактной организации живой природы – организму человека.

Прежде всего, как и любой объект живой природы, организм человека представляет собой открытую систему. Это означает не просто тесную связь его жизнедеятельности с внешней средой, а полную невозможность существования вне этой среды. Она является источником энергетических и пластических ресурсов организма, она же предоставляет объекты для целенаправленного расходования, создающегося энергетического потенциала. В этом в конечном итоге и состоит жизнь как форма существования организма.  

Организм являет собой, далее, яркий пример неравновесной системы. Абсолютное большинство внутренних его процессов носит необратимый характер. Неравновесность, необратимость внутренних процессов основывается на двух термодинамических феноменах. О первом из них много уже говорилось. Его содержание, природа, роль и значение в термодинамике неравновесных процессов хорошо изучены. Это энтропия, определяющая непроизводительное рассеивание энергии, обеспечивающей реализацию каждой функции, начиная с элементарных процессов и, следовательно, делающая эти процессы необратимыми.

Второй феномен проявляется только при сопоставлении положений термодинамики с физиологическим восприятием, но думается, что и его следует ввести в теорию термодинамики живых существ. О нем очень много сказано и написано применительно к различным уровням жизнеобеспечения организма, но пока он не рассматривается в едином сочленении с энтропией в качестве фактора неравновесности внутренних процессов. Этот фактор можно было бы обозначить, на наш взгляд, как "термодинамический феномен информации". Суть феномена состоит в том, что слабый в энергетическом отношении, но качественно специфичный сигнал (импульс), встретив на своем пути соответствующее специфичное воспринимающее устройство, способен инициировать функциональные сдвиги, связанные с несравненно большими термодинамическими преобразованиями. Причем эти преобразования нередко затрагивают несколько уровней в сложной иерархии процессов жизнеобеспечения организма и реализуются не только в потреблении, но и высвобождении внутренней энергии.

Сложность иерархической структуры организма составляет третью особенность соответствующей ему системы. В физиологии и медицине существует несколько схем, отражающих многоуровневую иерархию систем жизнеобеспечения. Обычно эти схемы ориентируются на морфофункциональные представления. В большинстве из них выделяются общеорганизменный, органо-системный, клеточный и субклеточный, или молекулярный, уровни. При переходе от категории организма к категории сложной биосистемы во главу угла ставятся системообразующие факторы и их проявление на различных уровнях жизнедеятельности. Отсюда и необходимость иного иерархического построения уровней (этажей) жизнеобеспечения. Оно может быть представлено в виде пирамиды. Основание, или фундамент, пирамиды составляют те системообразующие факторы, которые обеспечивают сопряженность элементарных базисных вегетативных процессов во всем их разнообразии. Эта сопряженность строится на универсальных природных закономерностях, но благодаря сложности взаимодействия элементарных процессов универсальные в своей основе закономерности в итоге способствуют созданию индивидуальности, неповторимости целого организма. Правда, выделяется ряд типовых особенностей, получающих выражение в конституционных типах (в широком их толковании, предлагаемом А.И. Клиориным, в физиологических типах гемодинамики с выделением гипер- и гипокинетических, в типах иммунологической и общей реактивности, а также в типах высшей нервной деятельности, выделенных еще И.П. Павловым. Следует лишь оговориться, что всякое типирование в пределах одного вида обусловлено не столько объективной необходимостью, сколько нашим сознательным стремлением к систематизации субъективных представлений. Это своеобразный методологический прием, обеспечивающий ориентацию в бесконечном множестве индивидуальностей на базе тех качественных признаков, которые могут составить основу обобщающих суждений.