Биологическая химия. Том 31 - Карасев В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Однако, еще Бауэр [3] связывал специфику живых систем с активным характером их взаимодействия с внешней средой. Если вернуться к формуле 1.1, то следует отметить, что для
И
поддержания энтропии системы на постоянном уровне {dS=0) поток энтропии в систему должен быть не только отрицательным, но и по абсолютной величине равным производству энтропии внутри системы (|deS| = |djS|) (21]. При этом возникает вопрос: чем определяется знак и величина deS/dt — внешней средой или самой системой? Мы полагаем, что специфика живых систем заключается как раз в том, что живые системы сами в известных пределах задают характер взаимодействия с внешней средой и тем самым определяют значение deS/dt. Напротив, как отметил Аршавский [2], в примерах, касающихся самоорганизации небиологических систем (17, 18,
24], характер взаимодействия системы со средой задается экспериментатором, то есть внешним фактором. В этом, на наш взгляд, глубокое отличие живых систем от неживых.
Чем определяется это отличие? Что позволяет живым системам задавать «антиэнтропийный» характер взаимодействия с внешней средой и тем самым избегать равновесия? Шредин-гер отметил [25], что тенденция материи переходить к неупорядоченности связана со статистическим характером законов физики. Однако, согласно Шредингеру, существует и другой тип физического закона — «динамический». (Этому типу закона подчиняется, например, движение планет, работа часового механизма и т. п.). Согласно Шредингеру, живая материя подчиняется именно динамическому типу физического закона.
Вопрос о том, подчиняются ли биологические системы статистическим законам, достаточно широко в литературе пока не обсуждался. Однако, еще в 1930 г. Петерс [35] отмечал ограниченность применения статистического подхода для описания функционирования биологических систем. Аналогичные взгляды можно найти и в ряде недавних работ [16, 27, 41]. Так, Блюменфельд [4] отметил, что «клетка несравненно ближе к часовому механизму, чем к чисто статистической системе». В то же время он подчеркнул, что биологические системы не допускают раздельного статистического или механического описания.
С другой стороны, как аргумент в пользу адекватности статистического описания могут быть приведены данные об успешном применении законов статистики при моделировании биологических процессов [6, 7, 32, 34] (см. также [5, 17]), Однако такие модели охватывают лишь часть функций системы (к тому же, при заданных внешних условиях) и поэтому не могут использоваться для доказательства адекватности статистического подхода. Поэтому, на наш взгляд, неподчинение живых систем законам статистики является одной из главных особенностей этих систем.
Сказанное не означает, однако, что живые системы не могут включать подсистемы, которые подчиняются статистическим законам. Для таких подсистем внешней средой является:
биологическая система более высокого уровня, которая и задает характер взаимодействия подсистемы с системой.
Николаев [16] обратил внимание, что в биологических системах доминирующую роль играет тот тип взаимодействий, который он назвал «кодовым». Для взаимодействий такого типа важна не столько количественная характеристика воздействия (скажем, количество полученной энергии), сколько пространственно-временная упорядоченность воздействия (скажем, вид энергии, частота, точка воздействия). По мнению Николаева, связи организма со средой в основном кодовые, и именно «кодовые связи способны вывести систему из сферы подчинения статистическим законам».
Важно отметить, что подобные кодовые взаимодействия —
t Признак высокоорганизованной системы. В связи с этим возникает вопрос: какие особенности структурной организации поз-Ш воляют вывести биологическую систему из сферы подчинения Щ' статистическим законам? Чтобы ответить на этот вопрос, надо вспомнить, что законы статистики действуют только в систе-^ мах, содержащих мириады частиц. Поэтому можно думать, что именно микрокомпартментализация, то есть локализация процессов в малом объеме, где действует малое число частиц . по сравнению с тем, которое необходимо для статистического / описания, определяет способность живых систем поддерживать ^ упорядоченность и избегать равновесия. Таким образом, микро-Щ компартментализация является необходимым условием органи-Д>. 'зации жизни.
Помимо этого, согласно Шредингеру [25], система может Ф* подчиняться динамическому закону, если она состоит из твер-‘Т дых тел, форма которых удерживается химическими связями ¦у между ее атомами. Подчинение динамическому закону живых Ц систем Шредингер обосновал тем, что в основе организма ле-ф! Жит твердое тело — ген, который он назвал «апериодическим I кристаллом». Однако, Волькенштейн [5] называет «апериоди-#; веским кристаллом» уже весь организм. Блюменфельд [4] так-g' же отмечает, что присутствие конструкций, то есть долгоживу-ю ‘Щих медленно релаксирующих образований, обязательно для Ц живой материи. Это дает основания полагать, что весь орга-S- низм является высокоупорядоченным кристаллоподобным те-§ лом, все атомы которого связаны в единую механическую сис-
