Форум неоцена

Предисловие.
По роду своей работы я - конструктор. Поэтому возникла шальная мысль узнать некоторые тайны работы Конструкторского Бюро природы. А разработано этим КБ несметное количество оригинальных конструкций – органы зрения, слуха, движения и целые системы – пищеварения, дыхания, кровообращения, нервная система. Кто творец? Я, как поклонник материализма полагаю, что материя сама и экспериментировала над собой. Для этого у неё были огромные изначальные резервы материала, энергии, времени и большое количество разнообразных свойств исходных компонентов.
Предполагается, что в истории нашей Вселенной были разные этапы эволюции материи:
- переход из состояния физического вакуума в энергетическую фазу («большой взрыв»);
- квантовая эволюция перехода квантов энергии в элементарные частицы;
- физическая эволюция возникновения атомов вещества;
- химическая эволюция возникновения молекул вещества, в том числе и углеводородных молекул.
- биологическая эволюция – зарождение живой клетки и её сложных комбинаций и конструкций.
Ниже беру на себя смелость изложить свои дилетантские соображения по теме.

Причины усложнения материальных структур
Я думаю, что одно из замечательных свойств материального мира, в котором нам посчастливилось жить, это – дискретность. Именно она позволяет дискретам материи комбинироваться и перекомбинироваться в самых немыслимых комбинациях. Отсюда один шаг к разнообразию и сложности материальных образований. Но с природой усложнения дело не простое. В чём причина усложнения? Одна из них в том, что при усложнении структуры идёт процесс минимизации внутренней энергии. Это сопровождается выделением тепла. Это тепло рассеивается - диссипатирует в окружающее пространство. Согласно второму началу термодинамики это и есть рост тепловой энтропии Вселенной, что и этим законом приветствуется. Например горение, то есть окисление вещества. В результате образуется более сложное вещество – окисел. Недалеко ушёл и термоядерный синтез – из простого водорода образуется гелий, а из него тянется цепочка других превращений - усложнений вещества. А вот насчёт углеводородных соединений – ясности уже меньше. Простейшее соединение – метан («цэ аш четыре»). Говорят - даже в условиях космоса он образуется. И не только он – простейший, а даже аминокислоты!
Создается впечатление, что уже атомы подчинялись некоей Программе усложнения, комбинировния, рекомбинирования и создания великого Разнообразия в этой комбинационной игре атомов. Прослеживается некоторое «стремление» или направленность на усложнение на самых разных уровнях великого множества разнообразия материальных структур. Элементарных частиц и атомов всего несколько десятков, а молекул и их комбинаций уже бесконечное множество. Не зря Бертран Рассел говорил, что вся Вселенная закодирована на электронных оболочках атомов.
Органогенных атомов всего около 20 и свойств у них для создания разнообоазия сложностей не так много средств – дуальность, комплементарность, автокаталичность процессов и некоторые другие.
Это разнообразие просеивается через сито естественного отбора как песок на прииске и на дне корыта остаются золотые крупинки - это находки эволюции. Сколько триллионов тонн этого песка пришлось просеивать эволюции? Далее – кто обеспечивал это исходное разнообразие? Мутация, кроссинговер и другие манипуляции генами якобы могут создать как полезные так и вредны изменения вида. А нейтральные изменения?. Кроме этих трех категорий вполне можно допустить появление «полутонов», то есть промежуточных состояний – частично полезных, сочетания полезных и вредных, частично нейтральных и полезных и т.д. Латимерия – это неудачный результат мутации или нейтральный образец? А прожила до наших дней без дальнейших изменений. Естественно сочетание удачно- неудачного результа может со временем может оказаться удачным или неудачным по отношению требований внешней среды. Мне кажется, что именно такие сочетания в ходе эволюции появлялись чаще. Это согласуется с теорией ошибок – наиболее часто встречаются малые отклонения от нормы, а большие отклонения встречаются гораздо реже.
С точки зрения эволюции сложность выживала только в тех случаях, если она повышала выживаемость этой сложной структуры – живой или неживой безразлично. Как говорят – на войне как на войне. А эволюция это – война жестокая и без снисхождений.

Живой организм – открытая система
Как утверждает современная наука, любой живой организм является «открытой системой», то есть он вынужден общаться с внешнеё средой – получать из неё пищу, энергию и много другое, а также вернуть в среду отработанный материал. Как говорит Э.Шрёдингер – «организм питается отрицательной энергией». Если это образное выражение перевести на конкретный язык, то сказанное значит, что организм получает из среды высокоупорядоченный материал с низкой энтропией, а возвращает назад низкоупорядоченный материал с высокой энтропией. Разность энтропий «вход-выход» отрицательная. Для неё введён даже термин «негэнтропия».
Коли так, то организм, даже будь он простейший, должен прежде всего «кушать», а для этого иметь и средства и способы получения пищи.
Следовательно, первейшей по важности конструкцией эволюции было именно изобретение средств доставки пищи и переработки её внутри организма.
Но вскоре появились и вытекающие отсюда цепочка потребностей - изобретение средства и умение перемещаться в поисках пищи, а так же распознавания пищи среди других непищевых субстанций. Распознавание видимо шло на химическом уровне, это было вроде примитивного обоняния. Кроме пищи первейшим организмам был нужен некоторый «жизненный комфорт» - тепло, солнечный свет, влажность, определенная химическая среда и др. Он не должен был забывать и о размножении и передавать по эстафете свою конструкторскую и технологическую тайну своим последователям.
Организм, чтобы выжить, должен был иметь определенные органы чувств (датчики) для контроля этих параметров условий жизни. Эволюция для некоторых счастливчиков и весьма успешно стала изобретать недостающую «технику и технологию» контроля за средой. Небходим был и некий Центр управления, способный воспринимать сигналы датчиков и выработать реакцию на них. В общем организм это вроде биологического робота-автомата, работающего по программе ВЫЖИТЬ. А кто оставался без соответствующего снаряжения или плохо выполнял эту программу, стали жертвой этого ненасытного и безжалостного естественного отбора, обнаруженного сэром Дарвиным.

Поиск факторов, побуждающих эволюцию что-то изобретать и совершенствовать в живом организме.
Есть философы и нефилософы, утверждающие, что жизнь есть движение «против течения» естественных процессов в природе и даже во Вселенной. Они ссылаются на второй закон термодинамики, согласно которого энтропия Вселенной только возрастает, а жизнь есть результат понижения энтропии на некоторых локальных участках Вселенной (на Земле и возможно на некоторых экзопланетах). Но в последние десятилетия возникли новые науки, в том числе и синергетика - теория самоорганизации материи.
Её создатели Хакен, Эйген, Пригожин раскрыли изумительное свойство материальных образований самопроизвольно перейти из хаотического состояния в упорядоченное состояния без всякого вмешательства божественных сил. Главное то, что эта закономерность доказана экспериментально и может быть проверено опытным путём! Следовательно, эта «косная материя» скрывала от нас свои глубинные свойства до поры до времени. Не зря Пригожин и Стенгерс назвали свою книгу так – «Новый диалог с природой».
Заслуга новой науки в том, что она доказывает возможность самопроизвольного происхождение жизни и возможно других высокоупорядоченных структур на отдельных островках Вселенной, то есть возможно локальное понижения энтропии в определенных условиях. Создатели синергетики назвали их условиями неравновесной термодинамики, а возникающие при этом структуры - диссипативными.
В итоге - появление жизни при определенных условиях вовсе не случайность, а закономерный процесс. Учёные уже близки к созданию живой клетки в лабораторных условиях.
Но как примирить новую и старую науки – согласно старой науки энтропия Вселенной непрерывно растёт. Выход есть – он заключается в том, что локальное уменьшения порядка на островках Вселенной происходит за счёт дополнительного повышения энтропии в окружающей этот островок среде. Так что суммарный баланс энтропий системы «островок-внешняя среда» - всегда в пользу роста энтропии Вселенной.
Другая загадка эволюции - её неистовое стремление к разнообразию во всём – в структуре, функционировании форм жизни. но обеспечивалось видимо не только мутациями, но прежде всего способностью генов комбинироваться, перекомбинироваться, трансформироваться, совершать обменные процессы и другими способностями.
Очень трудно представить все эти процессы исходных компонентов клетки и самой клетки на биохимическом уровне – они как бы разумные, целесообразные, но в то же время совершались «неотдухотворённой» материей. Видимо, тут уже крепко работал естественный отбор, за ширмой которого и скрывается секрет целесообразности всего живого.

Странные методы работы Конструкторского бюро и Технологического отдела эволюции
Основной метод её работы – метод проб и ошибок (как «Слепой часовщик» Докинза). В математике тоже есть похожий метод – метод случайного поиска решения сложной задачи. Но эволюция универсальнее, она пошла дальше. Её правило – ничего не выбрасывать из прошлых разработок, а на их базе попытаться создать нечто новое – опять же методом проб и ошибок.
И самое замечательное технологическое изобретение - применение блочного метода сборки из деталей, блоков, узлов ранее разработанных конструкций. В общем действует метод: «шьём и порем и опять шьём – из старья.
Учёный люд раскрыл этот секрет эволюции - Э.Солстон, Х.Горвиц, С.Бреннер - расшифровали механизм «биологического строительства организма», о чем я думал тоже. На примере ленточного червя - простейшего многоклеточного. Оказалось, стройка идет весьма не рационально и не экономично - по принципу «шьем да порем» путем множеств перестроений, разрушений построенного. Первичная модель живого - зародыш совсем не похож на конечный организм, доводка делается путем массового «добровольного» отмирания (АПОПТОЗа) клеток лишних структур по сигналам генов при помощи протеинов. Фрагменты клеток не удаляются, а как кирпичики используются для дальнйшего сумбурного строительства.
Иначе и не могло и быть, очевидно, если природа нашла эту технологию методом проб и ошибок).

Эволюция не только слепой часовщик, но и скупой вдобавок. Генетики говорят, что в кодовых цепях ДНК содержится большой процент старых ненужных или неудачных генов, черновиков прежних «проектов». Это видимо и есть отражения стиля работы эволюции - сохранять прошлые разработки по принципу «авось пригодится!».

Доклеточная эволюция - изобретение компонентов будущей живой клетки
Какие физико-химические предпосылки появления упорядоченных углеводородов были на ранней Земле? Очень интересный первичный вопрос – «затравка» для их развития была привнесена извне – например, метеоритами или это чисто земное изобретение?
Предки клетки - доклеточные компоненты, РНК, ДНК и другие образования.
Фотосинтез простейших – космическое изобретение? И ещё немаловажный вопрос – как сохраняли эти первичные белки, аминокислоты свою живучесть? Ведь они не умели размножаться делением как клетки? Как выстояли против разрушительных факторов внешней среды? Можно предполагать, что они возникали в массовом порядке там, где среда благоприятствовала этому. Выжили самые устойчивые, пройдя через естественный отбор.
Эти сложные процессы популярно изложены в следующем источнике: Б.Албертс, Д.Брей, Дж.Льюис, М.Рэфф, К.Робертс, Дж.Уотсон. "Молекулярная биология клетки", 2-е издание, "Мир", 1994. « ЭВОЛЮЦИЯ КЛЕТКИ». http://evolution.powernet.ru/library/evolution_sell.html Спасибо им за труды!

Новые изобретения и конструкции - клеточная и послеклеточная эволюция:
* Комбинационный успех симбиоза - живая клетка (прокариот и эукариот ).
* Программа пространственной координации частей биоконструкций и синхронизации взаимосвязанных процессов в организме.
* Первичные «рефлексы» клетки – умение распознавать пищу и захватывать и переваривать.
* Органы восприятия сигналов из внешней среды (датчики).
* Система пищеварения (у «вегетарианцев» и хищников) Органы движения и способы их применения
* Органы движения и способы их применения – молекулярные двигатели, жгутики, плавники, ласты, ноги.
* Органы и способы размножения (микроорганизмов, водных, земноводных, земных).
* Скелет, позвоночник (первый скелет – цитоскелет изобрели ещё эукариоты 3 млрд лет назад!).
* Система кровоснабжения
* Система дыхания
* Центр управления, нервная система
* Память, разум, мышление.

А на всё это богатство эволюция потратила ещё 3.5 миллиард лет. А что она придумает в следующие миллиарды? Или жизнь на Земле прекратится гораздо раньше и нечему будет эволюционировать? А жаль – такие прекрасные разработки исчезнут бесследно.