Сущность живого и проблема его происхождения
Одной из глубочайших до сих пор нерешенных загадок природы, как известно, является разница между живой и неживой материей. Однако, можно охарактеризовать жизнь феноменологически: живая материя, очевидно, отделена от неживой глубокой пропастью. Жизненные процессы происходят только в материальных системах, которые с физико-химической точки зрения следует рассматривать как системы высокой сложности. Описательно и без претензий на полноту можно перечислить некоторые из типичных черт живого организма: его клеточное строение (клетки - это единицы живого, имеющие самые общие главные свойства); его цельность как формы и как функционального комплекса со взаимной корректировкой всех клеточных изменений по отношению друг к другу; обеспеченность метаболизмом с его способностью использовать чужое вещество, как пищу, и включать ее в свой собственный организм; развитие с помощью усвоения пищи, рост и дифференциация от сравнительно простых до более сложных состояний; несмотря на внутреннюю неустойчивость, далеко идущая, хотя и ограниченная способность сохранять себя, как дифференцированное целое, под воздействием внешних изменяющихся влияний, в особенности в хаосе молекулярного теплового движения, и восстанавливать себя после повреждающих воздействий; ограничение во времени индивидуального существования (рождение и смерть); способность к распространению и к передаче специфических особенностей своей конституции своему потомству.
Научный анализ живой природы выявил ее основное звено - ген и его основное свойство - самовоспроизведение. В ходе этого процесса живая клетка из доступных материалов синтезирует копию гена. Заслуживает внимания то существенное обстоятельство, что разрыв между живой и неживой природой был несколько сокращен благодаря открытию вирусов. Вирусы являются субмикроскопическими объектами, которые ведут себя как мертвая инертная материя, до тех пор, пока не попадут в какую-то живую клетку. Будучи паразитами в таких клетках, они проявляют, однако, основные свойства жизни - самовоспроизведение и мутацию. С другой стороны, многие вирусы имеют структуру, типичную для неорганических веществ; они - кристаллы. В размерах они колеблются от сложных белковых молекул до мельчайших бактерий. Химически они состоят из нуклеопротеинов, так же как и гены. Вирус, очевидно, является чем-то похожим на обнаженный ген. Наиболее изученный вирус - вирус табачной мозаики - является нуклеопротеином с высоким молекулярным весом, состоящим из 95% белка и 5% нуклеиновой кислоты; он кристаллизуется в виде длинных тонких иголок. Основные законы, открытые физикой и управляющие во многих случаях химией, касаются, несомненно, также и живой природы.
Отечественные исследователи И.С. Добронравов и С.П. Ситько обращают внимание на новое понятие "физика живого", означающее появление в науке принципиально нового подхода к проблеме формирования и многообразной дифференциальной устойчивости живых систем, подхода, основанного на новейших достижениях фундаментального естествознания и подкрепленного многоплановыми экспериментальными и клиническими исследованиями. Физика живого опирается на высказанное одним из отцов квантовой физики Э. Шредингером в его знаменитой и провидческой книге «Что такое жизнь с точки зрения квантовой механики» положение о том, что живая природа подчиняется законам квантовой физики (эту идею воспринял и Г. Вейль как математик и философ математики). Последняя, как известно, является теоретической основой фундаментальных наук, изучающих объекты на трех уровнях квантовой организации природы: ядерном, атомном и молекулярном. Представление, что живое занимает следующую, четвертую ступень этой, по определению В. Вайскопфа, "квантовой лестницы природы", дает возможность объединить жизнь - нежизнь в методологическом плане и создает предпосылки для становления фундаментальной теории живого.
Фундаментальная связь человеческого тела (и психики) с реальным миром, прежде всего, с биосферой, осуществляется через клетку, отражающую в себе историю земного живого вещества. Действительно, тело человека есть многоклеточный организм, а "любая живая клетка несет в себе опыт экспериментирования ее предков на протяжении миллиарда лет" (Дельбрюк). Существенными компонентами живой клетки являются белки и ДНК, причем ее "двойная спираль" возникла, как предполагается, в процессе охлаждения горячей Вселенной. Сначала при достаточно высокой температуре из вещества начали образовываться отдельные молекулы, потом в связи с дальнейшим охлаждением молекулы стали образовывать нити, существование которых невозможно при более высокой температуре. В конечном счете молекулы собираются в строго определенном порядке: звено нити с "неправильным" расположением молекул имеет меньшую энергию, чем звено с "правильным" их расположением. Оно разрушается под воздействием теплового движения. Энергия "разрушения" нитей в двойной спирали в несколько раз меньше энергии "разрушения" одной нити. При дальнейшем охлаждении нити начинают свиваться в "двойную спираль" с "правильным" расположением молекул. К тому же исследования химических реакций в биополимерах при температурах, близких к абсолютному нулю, указывают на то, что белки и ДНК можно рассматривать как своеобразные "гетерогенные стекла", т.е. структурно-разупорядоченные вещества.
Весьма существенным является то, что считываемые, записываемые с хромосом и на хромосомах полевые образования представляют собой ключевые элементы полевой самоорганизации биосистем. Эти элементы зависят от особых колебательных и квантово-механических свойств ДНК и других клеточных компонент. Особенность данных колебаний состоит в их когерентности, что означает существование лазероподобных процессов в организме. Оказывается, что в живых организмах на всех уровнях эволюционной лестницы существуют универсальные лазероподобные процессы. Иными словами, биосистемы обладают собственными лазерами, чьи полевые действия проявляются в "фантомном эффекте". Когерентные поля биосистем не могут не интерферировать, что и является, собственно говоря, голографическим процессом. Неизбежно их взаимодействие с породившей их биосистемой, дающее информацию о многомерной структуре организма и использование этой информации в процессах самоорганизации высших биосистем.
Вместе с тем не следует абсолютизировать представление о полях биосистемы с позиций их биоголографических функций, ибо не все физические поля биосистем укладываются в рамки биоголографии. "Механизмы саморегуляции человека, животных, растений с помощью собственных полей шире и включают в себя плюрализм структур полей-символов, полей-знаков, в которых голографические поля лишь часть целого" (П. Гаряев и др.).
Необходимо отметить, что именно физика живого намечает подход к решению такой сложнейшей задачи биологии, как формирование надклеточной организации при морфогенезе. Этому процессу возникновения сложноорганизованных структур в процессе развития организма посвятил свою оригинальную работу "Физические основы биологического формообразования" биофизик Б.Н. Белинцев. Действительно, ни одна из конструкций, созданных человеком, не способна конкурировать по сложности решаемых задач с обыкновенной мухой. Одной из таких задач является создание себе подобных: каким образом яйцеклетка и спермий, объединяясь, дают зародыш, а из него в свою очередь развивается взрослый организм? Наука еще не дала настоящего объяснения этих весьма непростых вопросов.
Известно, что вся исходная информация, на основе которой строится, а затем и функционирует организм, сосредоточена в ДНК. Эта информация закодирована в виде уникальной последовательности нуклеотидов субъединиц ДНК. В разных органах клетки функционируют по-разному - одни секретируют гормоны, другие проводят сигналы и т.п. потому, что в них доступны для считывания разные фрагменты ДНК - гены. Понятно, что когда-нибудь молекулярная биология выяснит, как включаются различные гены и как из этого получается тот или иной тип специализированных клеток взрослого организма. Однако, по мнению Б.Н. Белинцева, не только в этом состоит проблема, так как эмбриологи могут довольно точно указать место в зародыше, на котором в определенное время начинают формироваться глаза, конечности и т.п. Они не могут дать ответ на вопрос о том, каким образом «знает» это сам зародыш? Иными словами, как организуется макроскопический порядок при морфогенезе? С этим связан ряд проблем, которые физики считают своими проблемами.
Способность к таким регуляциям обнаруживают эмбрионы многих видов животных (морские иглокожие, амфибии и др.). Суть явления заключается в том, что ранний зародыш можно разделить на части, можно срастить несколько зародышей, перемешать клетки так, чтобы изменилось относительное расположение его отдельных частей. В результате обнаруживается, что относительное расположение ипропорции различных структур формируются такими же, как в норме. Понятно, такого не должно было бы получаться в случае действия жесткой программы эмбриогенеза.
Вместе с тем в современной науке имеются указания на возможность того, что "в бесконечном мире существуют вселенные, пространства которых имеют более трех измерений, со сложными формами материи (галактики, звезды, планеты, живые организмы), движение которой описывается иными физическими законами" (Л.Э. Гуревич). Нужно отметить, что наука еще не может решить эту проблему, однако существенна уже сама ее постановка. Не исключено, что в будущем мы сможем проникнуть в одну из таких вселенных.
Гипотеза о возможной электромагнитной основе белково-нуклеиновой жизни (принцип фотонной констелляции) рассматривает поле как носитель информации в организации, регулировании и активировании генетических и молекулярно-ферментативных и неферментативных систем. Эта гипотеза может служить естественнонаучным средством познания процессов жизни. В дополнение к ней В.П. Казначеев выдвигает еще одну гипотезу, исходя из мысли В.И. Вернадского о том, что существуют особые состояния (типы организаций) пространственно-временных явлений, с которыми связана жизнедеятельность живых организмов живого вещества.