Капра Фритьоф - Паутина жизни. Новое научное понимание живых систем

• Название: Паутина жизни. Новое научное понимание живых систем
• Автор: Капра Фритьоф
• Издательство: София
• Жанр: Психология
• Год: 2003
• ISBN: 5-9550-0044-5

Это третья научно-популярная книга известного ученого-физика, посвященная самым фундаментальным вопросам науки — причинам и законам бытия живой и неживой материи. Стремясь к научному разрешению загадки жизни, автор предпринимает попытку синтеза новейших достижений и открытий в физике, математике, биологии и социологии. Проблемы самоорганизации сложных систем, расшифровки генетического кода, передачи и использования биологической информации и другие волнующие задачи физики живого рассматриваются с единой методологической позиции, не исключающей внимательного отношения к научной, философской и мистической мысли различных эпох и цивилизаций. Книга адресована широкому кругу серьезных читателей, в том числе старшим школьникам, студентам и преподавателям

---

Планетарная система функционирует в огромных пространственных и временных масштабах. Поэтому конкретно осмысливать Гайю как живое существо весьма затруднительно. Жива ли планета как целое или это относится лишь к ее отдельным частям, и если верно последнее, то к каким частям? Чтобы помочь нам увидеть в Гайе живую систему, Лавлок предложил аналогию дерева37. У растущего дерева лишь очень тонкий слой клеток, расположенных по его периметру, как раз под корой, является живым. Вся древесная масса внутри, более 97 процентоввсего дерева, мертва. Подобным же образом, Земля покрыта тонким слоем живых организмов — биосферой, — которая углубляется в океан на 5–6 миль и поднимается над земной поверхностью примерно на такую же высоту. Итак, живая часть Земли — не что иное, как тонкая пленка вокруг земного шара. Если представить планету в виде мяча, размером с баскетбольный, с нарисованными на нем океанами и странами, то толщина биосферы будет примерно равна толщине краски!

Точно так же как корой дерева защищен внутренний тонкий слой живой ткани от повреждений, жизнь на Земле защищена слоем атмосферы, который закрывает нас от ультрафиолетового излучения и других вредных воздействий и поддерживает температуру планеты на уровне, благоприятном для процветания жизни. Ни атмосфера над нами, ни комья земли под нами не являются живыми, но и те, и другие в значительной мере сформированы и преобразованы живыми организмами — точно так же как кора и древесная масса дерева. Открытый космос и недра Земли составляют часть окружающей среды Гайи.

Чтобы понять, может ли система Гайи действительно быть описана как автопоэзная сеть, применим три критерия, предложенные Гэйлом Фляйшакером39. Гайя — система определенно самоограниченная, по крайней мере это касается внешней границы, атмосферы. Согласно Гайя-теории, атмосфера Земли создается, преобразуется и поддерживается метаболическими процессами биосферы. Бактерии играют важнейшую роль в этих процессах, влияя на скорость химических реакций, и, таким образом, функционируют как биологический эквивалент ферментов в клетке40. Атмосфера полупроницаема, как клеточная мембрана, и формирует общую часть планетарной сети. Например, она создала защитную теплицу, в которой стало возможным зарождение жизни на планете три миллиарда лет тому назад, хотя в те времена излучение Солнца было на 25 % слабее, чем сейчас41.

Система Гайи является также, несомненно, самопорождающейся. Планетарный метаболизм превращает неорганические вещества в органические — в живую материю, — а затем возвращает их в почву, океаны и воздух. Все компоненты сети Гайи, включая элементы атмосферной границы, производятся процессами внутри самой сети.

Ключевой характеристикой Гайи является сложное переплетение Живых и неживых систем в пределах единой паутины. Это приводит к возникновению циклов обратной связи совершенно разных масштабов. Циклы горных пород, например, растягиваются на сотни миллионовлет, тогда как организмы, связанные с ними, живут очень недолго. Как метафорически выразился Стивен Хардинг, эколог и соратник Джеймса Лавлока: «Живые существа выходят из камней и уходят в камни»42.

И наконец, система Гайи очевидно самосохраняющаяся. Компоненты океанов, почвы и воздуха, равно как и все организмы биосферы, непрерывно заменяются в ходе планетарных процессов производства и преобразования. Похоже, таким образом, что основания для признания Гайи автопоэзной сетью очень вески. И Линн Маргулис, соавтор Гайя-теории, уверенно заявляет: «Мало сомнений в том, что планетарная паутина, включая и нас самих, автопоэзна»43.

Убежденность Линн Маргулис в автопоэзности планетарной паутины подкреплена тремя десятилетиями новаторской работы в области микробиологии. Для понимания сложности, разнообразия и самоорганизующих свойств сети Гайи абсолютно необходимо понимание микрокосма — природы, развития, метаболизма и эволюции микроорганизмов. Маргулис внесла огромный вклад в это понимание не только в научном мире. Ей также удалось, в сотрудничестве с Дорион Саган, объяснить свои радикальные открытия ясным и занимательным языком непосвященному читателю44.

Жизнь на Земле зародилась примерно 3,5 миллиарда лет назад, и первые два миллиарда лет живой мир состоял исключительно из микроорганизмов. В течение первого миллиарда лет эволюции бактерии — простейшие формы жизни — покрыли планету сложной паутиной метаболических процессов и начали так воздействовать на температуру и химический состав атмосферы, что она стала благоприятной для эволюции высших форм жизни45.

Растения, животные и люди поздно появились на Земле: они возникли из микрокосма менее миллиарда лет назад. И даже сегодня известные нам живые организмы функционируют лишь благодаря хорошо развитой связи с бактериальной паутиной жизни. «Мы вовсе не оставили микроорганизмы где-то позади на эволюционной беговой дорожке, — пишет Маргулис. — Мы все окружены ими и состоим из них… [Нам следует] воспринимать самих себя и всю нашу окружающую среду как эволюционную мозаику микрокосмической жизни»46.

За всю эволюционную историю жизни более 99 % когда-либо существовавших видов вымерло, однако планетарная паутина бактерий выжила и продолжает регулировать условия для жизни на Земле, как она это делала на протяжении последних трех миллиардов лет. СогласноМаргулис, концепция планетарной автопоэзной сети оправданна, поскольку вся жизнь заключена в самоорганизующуюся паутину бактерий, включающую сложные сети сенсорных и исполнительных систем, которые мы только начинаем познавать. Мириады бактерий, живущих в почве, скалах и океанах, равно как и внутри всех растений, животных и людей, непрерывно регулируют жизнь на Земле: «Именно рост, метаболизм и способность микробов к обмену газами… формируют сложные физические и химические системы с обратной связью, которые, в свою очередь, модулируют биосферу, а вместе с ней и нас, ее обитателей»47.

Вселенная в целом

Размышляя о планете как о живом существе, невольно задумываешься о системах более крупного масштаба. Не является ли Солнечная система автопоэзной сетью? А Галактика? А что можно сказать о Вселенной в целом? Жива ли Вселенная?

Что касается Солнечной системы, то здесь мы с определенной степенью уверенности можем сказать, что она не является живой системой. И именно поразительное различие между Землей и всеми другими планетами Солнечной системы привело Лавлока к формулировке Гайя-гипотезы. В отношении нашей Галактики, или Млечного Пути, мы даже близко не подошли к тем данным, которые могли бы позволить выдвинуть вопрос о том, живая ли это система; а переключая наше внимание на Вселенную в целом, мы тем более упираемся в ограниченность человеческих представлений.

Для многих людей, включая меня, в философском и духовном аспекте предпочтительней предположить, что космос в целом жив, нежели думать, что жизнь на Земле существует в окружении безжизненной Вселенной. В рамках науки, однако, мы не можем — или по крайней мере пока не можем — делать подобные заявления. Если мы применим наши научные критерии жизни ко всей Вселенной, мы встретимся с серьезными концептуальными трудностями.

Живые системы определяются как открытые непрерывному потоку энергии и материи. Но как мы можем представить себе Вселенную открытой системой, если она, по определению, заключает в себе все сущее? В этом вопросе, похоже, не больше смысла, чем в вопрошании: что происходило до Большого Взрыва? По словам известного астронома сэра Бернарда Лоувелла:

Здесь мы приходим к великому барьеру для нашей мысли… Я ощущаю себя так, как будто внезапно въехал в огромную полосу тумана — знакомый мир исчез48.

Мы можем сказать относительно Вселенной только то, что потенциал для жизни в избытке существует во всем космосе. Исследования двух последних десятилетий дают достаточно ясную картину геологических и химических особенностей ранней Земли, которые сделали появление жизни возможным. Мы начали понимать, как развивались все более и более сложные химические системы и как они формировали каталитические циклы, которые в конце концов развились в автопоэзные системы49.

Изучая Вселенную в целом и, в частности, нашу Галактику, астрономы обнаружили, что характерные химические компоненты, встречающиеся во всех проявлениях жизни, присутствуют там в избытке. Для того чтобы из этих компонентов смогла возникнуть жизнь, требуется тонкий баланс температур, атмосферных давлений и содержания воды. В ходе долгой эволюции Галактики такой баланс с большой вероятностью мог быть достигнут на многих планетах миллиардов планетарных систем, содержащихся в Галактике.

Даже в нашей Солнечной системе, как на Венере, так и на Марсе, в период их ранней истории, возможно, существовали океаны, в которых могла зародиться жизнь50. Однако Венера была слишком близка к Солнцу, чтобы обеспечить неторопливую эволюцию. Ее океаны испарились, и в конце концов водород был выбит из молекул воды мощным ультрафиолетовым излучением и исчез в космосе. Мы не знаем, каким образом потерял свою воду Марс, нам лишь известно, что это действительно произошло. Лавлок высказывает по этому поводу догадку, что, возможно, на Марсе существовала жизнь на ранних стадиях его развития, но он потерял ее в результате некоей катастрофы; или же водород пропал там быстрее, чем на ранней Земле, из-за гораздо более слабой силы гравитации на Марсе.