ДИНАМИЧЕСКИЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В ПРИРОДЕ

<

112014 2010 1 ДИНАМИЧЕСКИЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В ПРИРОДЕПроблемы детерминизма и причинности

Основное содержание проблем детерминизма и причинности — это соотношение динамических и статистических закономерностей.

Детерминизм — это учение об объективной закономерной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений материального и духовного миров. Центральным ядром детерминизма является положение о существовании причинности.

Причинность — это генетическая связь между отдельными состояниями видов и форм материи в процессе ее движения и развития.

Понятие причинности возникло в связи с практической деятельностью людей. Для него характерно три признака: 1) Временное предшествие причин следствию («нет дыма без огня»). 2) Одна и та же причина всегда обуславливает одно и то же следствие (яблоко одинаково падает, так как причина — притяжение Земли). 3) Причина — это активный агент, производящий действие.

Идея детерминизма, таким образом, состоит в том, что все явления и события в мире не произвольны, а подчиняются объективным закономерностям, существующим вне и независимо от их познания.

Проявление детерминизма связано с существованием объективных физических законов и находит отражение в фундаментальных физических теориях.

Динамические и статистические законы и закономерности

Все физические законы делятся на две большие группы: динамические и статистические.

 

Динамическими называют законы, отражающие объективную закономерность в форме однозначной связи физических величин. Динамическая теория — это теория, представляющая совокупность физических законов.

Статистические
законы — это такие законы, когда любое состояние представляет собой вероятностную характеристику системы. Здесь действуют статистические распределения величин. Это означает, что в статистических теориях состояние определяется не значениями физических величин, а их распределениями. Нахождение средних значений физических величин — главная задача статистических теорий. Вероятностные характеристики состояния совершенно отличны от характеристик состояния в динамических теориях. Статистические законы и теории являются более совершенной формой описания физических закономерностей, так как любой известный сегодня процесс в природе более точно описывается статистическими законами, чем динамическими. Различие между ними в одном — в способе описания состояния системы.

Смена динамических теорий статистическими не означает, что старые теории отменены и сданы в архив. Практическая их ценность в определенных границах нисколько не умаляется. При разговоре о смене теорий имеется в виду, в первую очередь, смена глубоких физических представлений более глубокими представлениями о сущности явлений, описание которых дается соответствующими теориями. Одновременно со сменой физических представлений расширяется область применения теории. Статистические теории расширяются на больший круг явлений, недоступных динамическим теориям.

Фундаментальные физические законы

Фундаментальные физические законы — это наиболее полное на сегодняшний день, но приближенное отражение объективных процессов в природе. Различные формы движения материи описываются различными фундаментальными теориями. Каждая из этих теорий описывает вполне определенные явления: механическое или тепловое движение, электромагнитные явления.

Существуют более общие законы в структуре фундаментальных физических теорий, охватывающие все формы движения материи и все процессы. Это законы симметрии, или инвариантности, и связанные с ними законы сохранения физических величин.

Законы сохранения физических величин

Законы сохранения физических величин — это утверждения, согласно которым численные значения этих величин не меняются со временем в любых процессах или классах процессов. Фактически во многих случаях законы сохранения просто вытекают из принципов симметрии.

Законы сохранения тесно связаны со свойствами симметрии физических систем. При этом симметрия понимается как инвариантность физических законов относительно некоторой группы преобразований входящих в них величин. Наличие симметрии приводит к тому, что для данной системы существует сохраняющаяся физическая величина. Если известны свойства симметрии системы, как правило, можно найти для нее закон сохранения и наоборот.

Таким образом, законы сохранения: 1) Представляют наиболее общую форму детерминизма. 2) Подтверждают структурное единство материального мира. 3) . Позволяют сделать заключение о характере поведения системы. 4) Обнаруживают существование глубокой связи между разнообразными формами движения материи.

Важнейшими законами сохранения, справедливыми для любых изолированных систем, являются: закон сохранения и превращения энергии; закон сохранения импульса; закон сохранения электрического заряда; закон сохранения массы.

Кроме всеобщих существуют законы сохранения, справедливые лишь для ограниченного класса систем и явлений. Так, например, существуют законы сохранения, действующие только в микромире. Это: закон сохранения барионного или ядерного заряда; закон сохранения лептонного заряда; закон сохранения изотопического спина; закон сохранения странности.

В современной физике обнаружена определенная иерархия законов сохранения и принципов симметрии. Одни из этих принципов выполняются при любых взаимодействиях, другие же — только при сильных. Эта иерархия отчетливо проявляется во внутренних принципах симметрии, которые действуют в микромире.

Рассмотрим важнейшие законы сохранения.

Закон сохранения массы. М.В. Ломоносов открыл закон сохранения вещества, или, как его называют, закон сохранения массы. Через 17 лет после Ломоносова этот закон подтвердил многочисленными опытами французский химик А. Лавуазье. В дальнейшем закон сохранения массы неоднократно подтверждался многочисленными и разнообразными опытами. В настоящее время он является одним из основных законов, лежащих в основе наук о природе.

Закон сохранения импульса. Имеется физическая величина, одинаково изменяющаяся у всех тел под действием одинаковых сил, если время действия силы одинаково, равная произведению массы тела на его скорость и называемая импульсом тела.

Изменение импульса равно импульсу приложенной силы. Импульс тела является количественной характеристикой поступательного движения тел.

Система тел, не взаимодействующих с другими телами, не входящими в эту систему, называется замкнутой. Таким образом, в замкнутой системе геометрическая сумма импульсов тел остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой. Этот фундаментальный закон природы называется законом сохранения импульса.

Необходимым условием применимости закона сохранения импульса к системе взаимодействующих тел является использование инерциальной системы отсчета.

Закон сохранения заряда. Самое простое и повседневное явление, в котором обнаруживается факт существования в природе электрических зарядов, — это электризация тел при соприкосновении. Взаимодействие тел, обнаруживаемое при электризации, называется электромагнитным взаимодействием, а физическая величина, определяющая электромагнитное взаимодействие, — электрическим зарядом. Способность электрических зарядов притягиваться и отталкиваться говорит о наличии двух различных видов зарядов: положительных и отрицательных.

Электрические заряды могут появляться не только в результате электризации при соприкосновении тел, но и при других взаимодействиях, например, под воздействием силы (пьезоэффект). Но всегда в замкнутой системе, в которую не входят заряды, при любых взаимодействиях тел алгебраическая (т.е. с учетом знака) сумма электрических зарядов всех тел остается постоянной. Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения электрического заряда.

Закон сохранения энергии в механических процессах. Механическая энергия подразделяется на два вида: потенциальную и кинетическую. Потенциальная энергия характеризует взаимодействующие тела, а кинетическая — движущиеся. И потенциальная и кинетическая энергии изменяются только в результате такого взаимодействия тел, при котором действующие на тела силы совершают работу, отличную от нуля.

Рассмотрим теперь вопрос об изменении энергии при взаимодействии тел, образующих замкнутую систему. Если несколько тел взаимодействуют между собой только силами тяготения и силами упругости и никакие внешние силы не действуют, то при любых взаимодействиях тел сумма кинетической и потенциальной энергий тел остается постоянной. Это утверждение называется законом сохранения энергии в механических процессах.

Сумма кинетической и потенциальной энергий тел называется полной механической энергией. Поэтому закон сохранения энергии можно сформулировать так: полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения и упругости, остается постоянной.

Основное содержание закона сохранения энергии заключается не только в установлении факта сохранения полной механической энергии, но и в установлении возможности взаимных превращений кинетической и потенциальной энергий в равной количественной мере при взаимодействии тел.

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает, а только превращается из одной формы в другую. Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения и превращения энергии.

Любые формы энергии, превращаясь друг в друга посредством механического движения, химических реакций и электромагнитных излучений, в конце концов переходят в тепло и рассеиваются в окружающее пространство.

Законы сохранения, будучи почерпнутыми из опыта, нуждаются время от времени в экспериментальной проверке и уточнении. Нельзя быть уверенным, что с расширением пределов человеческого познания данный закон или его конкретная формулировка останутся справедливыми. Закон сохранения энергии, все более уточняясь, постепенно превращается из неопределенного и абстрактного высказывания в точную количественную форму.

Законы сохранения в микромире. Большую роль законы сохранения играют в квантовой теории, в частности, в физике элементарных частиц. Законы сохранения определяют правила отбора, нарушение которых привело бы к нарушению законов сохранения. В дополнение к перечисленным законам сохранения, имеющим место в физике макроскопических тел, в теории элементарных частиц возникло много специфических законов сохранения, позволяющих интерпретировать наблюдающиеся на опыте правила отбора. Таков, например, закон сохранения барионного или ядерного заряда, выполняющегося при всех видах взаимодействий. Согласно ему, ядерное вещество сохраняется: разность между числом тяжелых частиц (барионов) и числом их античастиц не изменяется при любых процессах. Легкие элементарные частицы — лептоны (электроны, нейтрино и т.д.) также сохраняются.

Существуют и приближенные законы сохранения, выполняющиеся в одних процессах и нарушающиеся в других. Такие законы сохранения имеют смысл, если можно указать класс процессов, в которых они выполняются.

Динамические и статистические законы

Понятие энтропии — меры хаоса — связано с развитием термодинамики и формулированием ее двух основных законов.

Первый закон термодинамики и невозможность создания вечного двигателя первого рода

Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии применительно к тепловым процессам. Этот закон утверждает невозможность создания вечного двигателя первого рода, который бы производил работу без подведения энергии.

Этот закон утверждает, что тепловая энергия, подведенная к замкнутой системе, расходуется на увеличение ее внутренней энергии и работу, производимую против внешних сил.

<

Второй закон термодинамики и невозможность создания вечного двигателя второго рода

Второй закон термодинамики
утверждает, что не может быть создан вечный двигатель второго рода, который бы производил работу за счет тепла окружающей среды, без каких-либо изменений в окружающих телах. То есть в природе не может быть процессов, единственным результатом которых было бы превращение теплоты в работу. Этот закон утверждает, что во всех явлениях природы теплота сама переходит от более нагретых тел к менее нагретым. Если система замкнута и невозможны никакие ее самопроизвольные превращения, то энтропия достигает максимума. Состояние с наибольшей энтропией соответствует статическому равновесию. Энтропия является мерой вероятности осуществления данного термодинамического состояния или мерой отклонения системы от статического равновесия.

Второй закон термодинамики можно сформулировать как закон, согласно которому энтропия теплоизолированной системы будет увеличиваться при необратимых процессах или оставаться постоянной, если процессы обратимы. Это положение касается только изолированных систем.

Второй закон термодинамики говорит о том, что в замкнутой системе при отсутствии каких-либо процессов не может сама по себе возникнуть разность температур, т.е. теплота не может самопроизвольно перейти от более холодных частей к более горячим. Согласно второму закону термодинамики, любые замкнутые системы должны перейти в более вероятное состояние, характеризуемое термодинамическим равновесием с наименьшей свободной энергией и с наибольшей величиной энтропии.

Принцип минимума диссипации

В мировом процессе развития принцип минимума диссипации энергии играет особую роль. Суть его: если допустимо не единственное состояние системы, а целая совокупность состояний, согласных с законами сохранения и принципами, а также связями, наложенными на систему, то реализуется то состояние, которому соответствует минимальное рассеивание энергии, или, что то же самое, минимальный рост энтропии («рыба ищет, где глубже, а человек — где лучше»).

 

Принцип минимума диссипации энергии является частным случаем более общего принципа «экономии энтропии». В природе все время возникают структуры, в которых энтропия не только не растет, но и локально уменьшается. Этим свойством обладают многие открытые системы, в том числе и живые, где за счет притока извне вещества и энергии возникают так называемые квазистационарные (стабильные) состояния.

Таким образом, если в данных конкретных условиях возможны несколько типов организации материи, согласующихся с другими принципами отбора, то реализуется та структура, которой соответствует минимальный РОСТ энтропии. Так как убывание энтропии возможно только за счет поглощения внешней энергии, то реализуются те из возможных форм организации материи, которые способны в максимальной форме поглощать энергию.

Редукционизм

Редукционизм — стремление свести объяснение сложного через более простое. Это есть некоторый своеобразный образ мышления, и он пронизывает все науки, в разной степени, но все. Редукционизм есть способ сведения сложного к анализу явлений более простых и является мощнейшим средством исследования, Он позволяет изучать явления самой различной физической природы. Редукционизм как особенность мышления возник, вероятно, в процессе эволюции, однако прививается человеку в процессе обучения — это объяснение «на пальцах». Модельные конструкции физиков — это и есть редукционизм.

 

2. ХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ВЕЩЕСТВ

 

Формы движения материи

Движение как постоянное изменение присуще материи в целом и каждой ее мельчайшей частице. Можно выделить следующие формы движения материи: нагревание и охлаждение тел; излучение света; электрический ток; химические превращения; жизненные процессы и т.д.

Формы движения характеризуются тем, что одни могут переходить в другие, например, механическое движение может переходить в тепловое, тепловое — в химическое, химическое — в электрическое и т.д. Эти переходы свидетельствуют о единстве и непрерывной связи качественно разных форм материи.

Вещества и их свойства

Веществом называется отдельный вид материи, обладающий при данных условиях определенными физическими свойствами. Примеры вещества: кислород, вода, железо. Для того чтобы установить свойства вещества, нужно иметь его в чистом виде, но в чистом виде вещества в природе не встречаются. Природные вещества представляют из себя смеси, состоящие иногда из очень большого числа различных веществ.

Чистое вещество всегда однородно, смеси же могут быть однородными и неоднородными. Однородными называются смеси, в которых ни непосредственно, ни при помощи микроскопа нельзя обнаружить частиц этих веществ вследствие ничтожно малой их величины. Такими смесями являются смеси газов, многие жидкости, некоторые сплавы. В неоднородных смесях неоднородность можно обнаружить при помощи микроскопа или даже невооруженным глазом.

Химическими называются явления, при которых из одних веществ образуются другие, новые вещества, а наука, изучающая превращение вещества, называется химией. Она изучает состав и строение веществ, зависимость их свойств от состава и строения веществ, условия и пути превращения одних веществ в другие.

Энергетика химических процессов

Молекулы состоят из атомов. Возможны два вида молекул: содержащие одинаковые атомы и молекулы, содержащие два или более различных атомов. Эти два вида молекул имеют разные названия: элемент — состоит из атомов только одного вида; соединение, или сложное вещество, — состоит из двух или более различных атомов.

 

Один моль каждого индивидуального вещества обладает определенным теплосодержанием, равно, как и определенной массой. Теплосодержание является мерой энергии, накапливаемой веществом при его образовании. Тепловой эффект химической реакции равен разности между теплосодержанием ее продуктов реакции и теплосодержанием реагирующих веществ. Если теплосодержание реагирующих веществ больше, чем у продуктов реакции, то при такой химической реакции тепло выделяется и она называется экзотермической. Если же теплосодержание продуктов реакции больше, чем у реагирующих веществ, то при реакции тепло поглощается и такая реакция называется эндотермической.

То, что в каждом индивидуальном веществе заключено определенное количество энергии, служит объяснением тепловых эффектов химических реакций. Теплосодержание иногда называют химической энергией, так как его величина тесно связана с химическим составом вещества.

Реакционная способность химических реакций

Химические реакции протекают с разными скоростями. Скорость реакции зависит от: природы реагирующих веществ; концентрации реагирующих веществ; температуры. Было установлено: во многих случаях при повышении концентрации реагирующих веществ скорость реакции возрастает. Температура заметно влияет на скорость химических реакций. Повышение температуры приводит к увеличению скорости реакции.

Катализаторы химических реакций

Многие реакции протекают очень медленно, если просто смешать реагирующие вещества, но их можно значительно ускорить путем введения некоторых других веществ, называемых катализаторами. При реакции они не расходуются.

Очень большое число катализаторов, называемых ферментами, содержится в живых тканях. Наиболее известные ферменты пищеварительной системы — птиалин, содержащийся в слюне, и пепсин, вырабатываемый поджелудочной железой. Оба эти фермента способствуют разрушению больших молекул, например, крахмала и белка, на более простые молекулы, которые могут непосредственно усваиваться клетками организма.

 

Равновесие в химических реакциях

Под равновесием обычно понимается состояние, в котором свойства системы, определенные экспериментально, не претерпевают дальнейшего изменения даже по истечении определенного промежутка времени. Таким образом, равновесие характеризуется постоянством макроскопических свойств. Равновесие может осуществляться только в замкнутой системе, содержащей постоянное количество вещества при постоянной температуре.

Факторами, влияющими на состояние равновесия, являются концентрация и температура. Именно от этих факторов зависит скорость реакции. Равновесие достигается, когда скорости прямой и обратной реакций становятся одинаковыми.

Принципом Ле Шателье, или принципом подвижного равновесия: если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих равновесие, то равновесие смещается в том направлении, в каком эффект воздействия уменьшается.

Принцип Ле Шателье позволяет качественно судить о состоянии равновесия.

Можно отметить следующие характерные черты химических реакций: 1) Химические реакции протекают самопроизвольно в направлении достижения равновесия. 2) Фактором, определяющим состояние равновесия, является энергия. Равновесие стремится сместиться в сторону образования веществ с минимальной энергией. 3) Другим фактором, определяющим состояние равновесия, является беспорядочность движения, обусловленная температурой. Равновесие стремится сместиться в сторону максимальной беспорядочности движения. 4) Состояние равновесия определяется одновременно обоими факторами: минимальной энергией и максимальной беспорядочностью движения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ

 

Проблема происхождения живого решалась довольно просто, пока ученые находились в счастливом неведении относительно сущности живого, как, впрочем, и того, что представляла собой Земля в младенчестве.

Первая идея, которая была выдвинута, — это идея самопроизвольного зарождения жизни. Эмпедокл, например, считал, что все дышащее обязано своим существованием самозарождению отдельных органов — рук, ног, лап, голов, сердец, которые затем, случайно комбинируясь, складывались в тела и достигали в конце концов вполне удачных комбинаций.

Эта идея самопроизвольного зарождения организмов, видимо, представлялась многим поколениям наших далеких предков очень убедительной, так как просуществовала, не меняясь, долгие века. Самопроизвольное зарождение лягушек, мышей, саламандр, ягнят и т.п. из различных материальных образований, в том числе гниющей земли, отбросов и иных объектов, рассматривалось многими выдающимися умами и мыслителями: Аристотелем, Коперником, Декартом, Галилеем, и именно благодаря этому идея имела столь широкое распространение и просуществовала так долго.

Таким образом, опыты Луи Пастера имели двоякое значение:

1. Доказали несостоятельность концепции самопроизвольного зарождения жизни.

2. Обосновали идею о том, что все современное живое происходит только от живого.

Примерно в тот же период, когда Пастер продемонстрировал свои опыты, немецкий ученый Г. Рихтер (1865 г.) разработал гипотезу занесения живых существ на Землю из космоса. Зародыши могли попасть на Землю вместе с метеоритами и космической пылью и положить начало эволюции живого, которая породила все многообразие земной жизни. Эта концепция называлась концепцией панспермии. Ее разделяли такие ученые, как Г. Гельмгольц, У. Томсон, что способствовало ее широкому распространению среди ученых. Но она не получила научного доказательства, так как примитивные организмы или зародыши должны были погибнуть под действием ультрафиолетовых и космических лучей.

В 1924 г. вышла книга «Происхождение жизни» советского ученого А. И. Опарина, где он теоретически и экспериментально доказал, что органические вещества могут образовываться абиогенным путем при действии электрических зарядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси, содержащие пары воды, аммиака, метана и др. Под влиянием различных факторов природы эволюция углеводородов привела к образованию аминокислот, нуклеотидов и их полимеров, которые по мере увеличения концентрации органических веществ в первичном бульоне гидросферы способствовали образованию коллоидных систем, которые, выделяясь из окружающей среды и имея неодинаковую внутреннюю структуру, по-разному реагировали на внешнюю среду. Превращению углеродистых соединений в химический период эволюции способствовала атмосфера с ее восстановительными свойствами, которая потом стала приобретать окислительные свойства, что свойственно атмосфере и в настоящее время.

Все современные концепции происхождения жизни можно условно разделить: 1) Концепция субстратного происхождения жизни (ее придерживаются биохимики во главе с А. Опариным). 2) Концепция энергетического происхождения (И. При-гожин, А. Волькенштейн). 3) Концепция информационного происхождения (ее развивали А.Н. Колмогоров, А.А. Ляпунов, Д.С. Чернавский и др.).

Все концепции ставят целью определить тот низший порог, с которого начинает действовать естественный отбор на биологическом уровне, а значит, начинают функционировать биологические законы. Однако ниже этой границы действуют другие законы — закономерности эволюционной химии, т.е. совсем иная форма естественного отбора.

В 1969 г. А.П. Руденко предложил химический аспект происхождения жизни. Используя положение Ч. Дарвина о естественном отборе и принцип усложнения и прогрессивной направленности эволюции, он заложил теоретическую базу эволюционной химии.

Современные биологи доказывают, что универсальной формулы жизни (т.е. такой, которая исчерпывающе отображала бы ее сущность) нет и не может быть. Такое понимание предполагает исторический подход к биологическому познанию как постижению сущности жизни, в ходе чего менялись и сами концепции происхождения жизни и представления о тех формах, в которых такое познание возможно.

Термин биоэнергоинформатика был введен д.т.н., профессором МГТУ им. Н.Э. Баумана В.Н. Волченко в 1989 г., когда им и его единомышленниками была проведена первая Всесоюзная конференция по биоэнергоин-форматике в Москве .

Понятие информации как сообщения и сама информатика как наука об информационном обмене появились недавно. Новое понятие — биоэнергоинформационный обмен — возникло в сфере биофизики, биоэнергетики и экологии в связи с последними достижениями в этих областях. Изучение его дало основание высказать предположение об информационном единстве Вселенной, о наличии в ней «Информации — Сознания», а не только известных форм материи и энергии. Одним из элементов этой концепции выступает наличие во Вселенной некоторого общего замысла, плана. Эта гипотеза подтверждается современной астрофизикой, согласно которой фундаментальные свойства Вселенной, значения основных физических констант и даже формы физических закономерностей тесно связаны с фактором структурности Вселенной во всех ее масштабах и с возможностью Жизни. Иначе говоря. Вселенная такова, как это нужно ей для существования Жизни и Сознания в ней самой.

 

Отсюда следует второй элемент концепции биоэнергоинформатики — Вселенную нужно рассматривать как живую систему. А в живых системах фактор Сознания (информации) наряду с материей — энергией должен занимать весьма существенное место.

Можно говорить о необходимости триединства Вселенной: материи, энергии, информации (эти вопросы еще будут затрагиваться и подробно рассматриваться дальше). Но информация здесь не просто сообщение, она глубоко структурирована вплоть до уровня Сознания. Исходя из этого триединства, можно по-новому определить само понятие нетермодинамического равновесия в Природе.

Основные свойства живых систем Вселенной:

избирательность информационно-энергетических взаимодействий (наряду с материально-энергетическими), приводящих к иерархическому структурированию вещества, энергии, информации и наличию информационно-энергетического обмена со средой;

целесообразность рассмотрения энтропии в трех составляющих: энергетической, конфигурационной и структурно-информационной вместо одной для обычных термодинамических систем;

изменчивость за счет наличия внутренних сил, самопроизвольно реализующих состояние системы;

живые системы, изменяясь, эволюционируют. По А. Эйнштейну, «жизни присущ элемент истории». Репродуцируемость, или же воспроизведение, упоминаемое обычно как признак живого, присуща и косной природе.

Для того чтобы оценить и рассмотреть понятие «биологическая вечность жизни», необходимо сформулировать определение жизни: «Жизнь — это активное, идущее с затратой энергии поддержание и воспроизведение специфической структуры». Активное воспроизведение — это такой процесс, когда система сама воспроизводит себя и поддерживает свою целостность, используя для этого элементы окружающей среды с более низкой упорядоченностью. Пассивный процесс такого рода — отнюдь не признак жизни.

Поддержание и воспроизведение структуры живого организма, идущие с затратой энергии, отличает живые существа от других самовоспроизводящихся структур, например, кристаллов.

Из поколения в поколение организмы воспроизводят характерную для видов, к которым они принадлежат, упорядоченность, причем с абсолютной точностью. Чужая упорядоченность организму не нужна, и он изо всех сил борется с ней.

Организмы берут извне не упорядоченность, а энергию: растения — в виде квантов света, животные — в виде мало окисленных соединений, которые можно сжечь в процессе дыхания. За счет этой энергии они строят свою «доморощенную» упорядоченность, пренебрегая чужой. Вот почему в определении жизни должно быть «воспроизведение специфической структуры».

Жизнь использует свой ресурс, любую возможность для размножения.

Живое эволюционирует путем естественного отбора — в этом суть блестящего открытия, сделанного Ч. Дарвином и А. Р. Уоллесом в середине XIX столетия. Красота и элегантность современных форм жизни обязана своим происхождением естественному отбору, в результате которого выживали и размножались те организмы, которые случайно смогли приспособиться к своему окружению. Эволюция случайна и непредсказуема. Лишь благодаря гибели огромного количества недостаточно приспособленных организмов, мы со всем, что у нас есть, живем на Земле.

Иногда жизнь считают проявлением химической организации, забывая, что ее в организмах не более 10%. Основная же масса биотики — вода, которая выступает не только средой, но и обязательным участником всех биохимических процессов.

Жизнь — это объемное проявление свойств специфически направленных молекул, самоорганизованных в самовоспроизводящиеся системы в водных средах. Сложные молекулы, обеспечившие появление живых систем, образовались в природе из более простых: метана, аммиака, синильной кислоты, окиси и двуокиси углерода, сероводорода, фосфорного ангидрида и др. Формирование сложных молекул шло под влиянием жесткого ультрафиолетового излучения, возможно, по нескольким путям в присутствии катализаторов. В качестве последних могли служить металлы магматических выбросов.

Биологическая форма организации материи в своем каноне завоевывает все новые области Вселенной. Однако при этом ее связи с колыбелью — гидросферой — только укрепляются. Вода создала и саму жизнь и всякие условия, создавшие ее симметрию. Возникнув в одной из сфер, при переходе в другую жизнь должна капсулироваться для переноса среды, в которой она родилась. Ни о какой замене внутренних средств не может быть и речи. Они лишь наращиваются. Природа неизменно бережет свои достижения, особенно в информационном плане и при развитии не уничтожает их, а надстраивает уже имеющиеся, если информационная ветвь не имеет тупика. Свои удачи она всегда старается сохранить, проявляя в консерватизме осмотрительность и мудрость.

В растениях вода вместе с двуокисью углерода служит основным строительным материалом при создании крахмала, клетчатки и прочих углеводов.

Границы живого и неживого проходят через молекулы ДНК, в которых содержится программный механизм самовоспроизведения, самокопирования. Этот признак живого есть уже у вирусов, способных в определенных условиях передавать генетическую информацию. Энергетику живых систем обеспечивают моно- и полиуглеводы, в частности, глюкоза, а также жиры. В водной среде первичного океана сложные молекулы породили репродуцирующиеся сгустки, которые накапливали энергию химическим путем. Со временем сгустки приобрели оболочки и превратились в клетки, хотя и с примитивными процессами обмена веществ (метаболизмом). Первичные клетки не имели ядра и занимали промежуточное положение между растительными и животными и развивались по анаэробному механизму. В процессе эволюции в систему клетки попадает ион магния, что дало начало растительным структурам. Они под действием солнечных лучей поглощают из атмосферы двуокись углерода и выделяют кислород.

Как животные, так и растительные системы стали объединяться в более сложные многоклеточные системы. Клетки обзавелись ядрами, причем содержимое внутри оболочек обладало всеми свойствами первозданного бульона, имело присущую ему концентрацию органических и неорганических веществ, а также температуру 35—40° С. Некоторые живые организмы со временем выплеснулись с океаном на сушу, но и там сохранили внутри клеток океаническую среду.

Итак, жизнь зародилась в воде, но при переходе из гидросферы в воздушную среду была вынуждена захватить с собой «приметы» первой. Человек — творение второй, воздушной среды и может существовать только в ней. В иных средах — водной или космической — он может функционировать только внутри оболочки, сохраняющей неизменность привычных условий. Оболочки могут иметь разные размеры: от индивидуального скафандра для выхода в космос до современных просторных кораблей.

Как и человек, ДНК в индивидуальном «скафандре» может только перемещаться из одной сферы в другую. Но жить и репродуцироваться в другой среде они способны только находясь в клетке. Со временем появляются сгустки клеток — обитаемые космические структуры, где будет царствовать Разум.

С помощью метода «меченых атомов» было установлено, что метаболизм (обмен веществ) сопровождается высокой скоростью передвижения. Эти скорости построения, распада и воссоздания вновь созданных органических комплексов, входящих в биологические структуры, таковы, что биологический этот процесс может называться не просто метаболизмом, а метаболическим вихрем.

Молекулы в нашем теле и любом другом организме находятся в состоянии непрерывного восстановления. Атомы протекают через него почти непрерывным потоком. Велика вероятность того, что никто из нас не сохранил больше нескольких атомов, с которыми мы начали жизнь. Будучи взрослыми, мы меняем большую часть материала нашего тела за несколько месяцев. Половина всех белков печени обновляется за 10 дней, смена белков скелетных мышц происходит за 158 дней, во всем организме половина всех белков обменивается на новые в среднем за 80 дней. И при таких скоростях обменных реакций в процессе метаболического вихря белок не только не теряет своего равновесия, а порождает исключительную устойчивость свойств структуры, что особенно выпукло проявляется в процессах наследственности и памяти. Равновесие здесь держится именно на движении.

Таким образом, обмен веществ, или метаболизм, есть проявление общего специфически биологического явления — саморегуляции живых систем в целом и поддержании в них постоянной внутренней среды.

В связи с новыми открытиями в биологии потребовались дополнения не только научного аппарата, но и некоторых теоретических положений о жизнедеятельности. Было дополнено определение Ф. Энгельса о том, что «жизнь есть способ существования не только белковых тел, но и нуклеиновых кислот».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

  1. Акимов О. С. Естествознание. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.
  2. Горелов А. А. Концепции современного естествознания. — М.: Центр, 2002.
  3. Горохов В.Г. Концепции современного естествознания. — М. : ИНФРА-М, 2000.
  4. Дубнищева Т.Я. и др. Современное естествознание. — М.: Маркетинг, 2000.
  5. Основные концепции современного естествознания. — М. : Аспект — Пр, 2001
  6. Павлов А.Н. Воздействие электромагнитных излучений на жизнедеятельность. — М.: Гелиос АРВ, 2002.
  7. Петросова Р.А. Естествознание и основы экологии. — М. : Академия, 2000.
  8. Пригожий И., Стенгерс И. Время, хаос, квант. — М., 1994.
  9. Соломатин В.А. История и концепции современного естествознания. -Яросл., ДИА-пресс, 2000.
  10. Чайковский Ю.В. Элементы эволюционной диагностики. — М., 1999.
  11. Лаптин А.И. Основания современного естествознания: Модельный взгляд на физику, синергетику, химию. — М.: Вузовская книга, 2001.

     

     

     

     

     

     


     

<

Комментирование закрыто.

MAXCACHE: 0.97MB/0.00998 sec

WordPress: 22.42MB | MySQL:125 | 1,566sec