Страница 23 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука

Эволюцию жиз­ни можно изобразить как продолжение фи­­зико-хи­ми­ческой эволюции в ко­ординатах информация iS, се­ман­ти­чес­кая ин­фор­­мация  I  и адиа­ба­ти­чес­кие инва­рианты си­с­темы  J  (см. рис. 1.7).

По­с­кольку синтез ин­фор­­ма­­ции основан на слу­чай­ностях, то суще­ст­вует не­яв­ная связь ме­ж­­­­ду ин­тер­ва­лами времени и ко­ли­­че­ст­­ва­ми ин­фор­мации. Чем боль­­­ше ко­­ли­чество инфор­мации в объек­тах или про­цес­сах, тем боль­­шая неоп­ре­делён­ность ус­т­ра­­нена при синтезе ин­фор­ма­ции. Это тавтологично ут­вер­ж­де­нию, что необхо­дим вы­­бор из боль­ше­го чис­ла слу­чай­­­ных ре­­­а­лизаций. Со­от­­вет­ствен­но необ­ходимо боль­­­ше вре­мени для пере­бо­ра слу­чай­но­с­тей при её син­тезе.

Эво­лю­ция жизни изобра­же­на на рис. 2.4 в таких ко­ор­­ди­натах. На нём время есть пара­мет­ри­чес­­кая перемен­ная – не име­­­ет своей оси ко­ординат.

Син­тез инфор­ма­ции на ос­­но­ве прин­­ципа макси­му­ма про­­из­вод­­ст­ва энтро­пии соз­да­ет пло­с­ко­сти  при заданных  Jk. Связи слу­чайностей и времени, не­обхо­димого для син­те­за ин­форма­ции, поз­воляет со­поста­вить коор­дина­ту  Jk  и вре­мя воз­ник­но­вения  пло­с­ко­с­тей , в пре­де­лах ко­­то­рых эво­­­люция идёт пре­­и­му­щест­вен­но в нап­равлении к рав­но­весию. В одной плос­­­­ко­сти   мо­гут быть ото­б­ра­же­ны объекты, от­сто­я­щие по вре­­­­­мени эволю­ции или неиз­мен­ного суще­ст­­во­вания на миллио­ны или мил­­­ли­­ар­ды лет от вре­ме­ни воз­ник­но­ве­ния этой пло­с­кости. Да­ти­ровка плос­­ко­с­ти ука­зывает вре­мя воз­ник­но­ве­ния пер­вич­но­го пред­­ка форм жизни, характерных для этой плоскости. Плос­кости на рис. 2.4 по­казаны укрупнённо. Детальный анализ этапов отбора, несомненно, вве­дёт их дробление, но его рассматривать не буду.

Первичное возникно­ве­ниe на Земле простейшей жизни се­год­ня от­носят к 3,8 мил­ли­ар­дам лет на­зад. Ещё раз об­ра­­­тите вни­­мание. Каза­лось бы, са­­мое не­ве­­ро­ятное – пе­­ре­ход от не­жи­вой природы к пер­вич­ным ос­но­­вам всех форм жиз­ни занял в мас­­штабах вре­ме­ни эво­лю­ции жиз­­ни на Земле от­носи­тельно ма­­лый пе­риод – по­рядка мил­ли­ар­да лет. Не за­бы­вай­­­те, что в этот интер­вал вре­мени во­ш­ло за­вершение фор­ми­ро­ва­­ния Зем­­­ли как пла­неты и боль­шое по ве­ли­чине из­ме­нение ус­ло­вий – ге­­­о­­ло­ги­чес­ких, фи­зи­ко-хи­мичес­ких, ат­­­мо­с­ферных, ра­­­ди­а­­цион­ных. Воз­­­мож­ная про­­дол­жи­тель­ность предбиоло­ги­ческой эво­­­лю­ции не мо­жет быть рав­на все­­му этому вре­мени. В мас­шта­бах времени ге­оло­ги­чес­кой эво­лю­ции Земли пред­би­о­ло­гическая эволюция бы­ла почти “мгно­вен­ной”. Высо­кую ве­ро­ятность по­ло­жи­тель­ного ито­га пред­био­ло­гичес­кой эволюции за­­да­ёт ве­ду­щая для неё роль семанти­чес­кой ин­фор­мации – од­но­знач­ных физико-хи­ми­ческих за­ко­нов (результата пре­ды­ду­щих “не­живых” сту­пеней иерар­хии энт­ро­пии-информации). При этом важно под­черк­нуть:  итог предбиологической эволюции, необходимый для воз­ник­новения жизни, есть классы со­е­ди­нений (рис. 2.1) в виде РНК и ДНК, для которых минимум свободной энергии создал вы­со­кий уро­вень слу­чай­­ностей структуры и формы при примерно одина­ко­вой сво­бодной энергии.

Следующий фундаменталь­ный этап в истории эволюции жизни – син­тез ин­фор­мации о прокариотической клетке. Возникновение плоско­с­ти прокариот относят к временам порядка 2 миллиардов лет назад. Это  сопровождал предыдущий (при­мерно на уровне 3,5 миллиардов лет на­зад) биохи­ми­чес­кий переход от первичной высо­ко­температурной жизни к её современ­ной ос­­­нове. Геоло­ги­ческие дан­ные показывают, что 1,5 – 2 миллиарда лет назад биомасса прокариот бы­ла сопоставима с биомассой совре­мен­ных форм жиз­ни. Жизнь в геологической эволюции Земли воз­никла не только очень рано, но быстро стала планетарным явлени­ем.

Далее в эволю­ции жизни снизилась роль семанти­чес­кой инфор­ма­ции. Решающим стал перебор слу­чайностей для энергетически приб­ли­жен­но равноправных мо­лекул РНК и ДНК. Количество ин­фор­мации, от­вет­ст­вен­ной за прокариотические клетки, ог­ром­но. На следующих за ни­ми ступенях иерархии роста энтропии-информации в эволюции жизни дей­ствует закон экспо­ненци­аль­но­го уменьшения ко­ли­честв инфор­ма­ции. Первый такой иерар­хи­ческий ска­чок при эволюции жизни – эука­ри­оти­чес­­кая клетка. В пре­де­лах своей иерархической ступени она содержит мень­ше инфор­ма­ции, чем прокари­о­тическая. Это отражает всего около 1 миллиарда лет, ушед­ших на пере­бор случайностей, необходимых для её воз­никновения в современном виде. Сум­марно энтро­пия-информация в эукариотической клет­ке боль­ше, чем в прокари­оти­чес­кой. В пределах своей ступени иерар­хии инфор­мация, от­ли­чающая эукариотическую клет­­­ку от про­кариотической – мень­ше (см. рис. 1.6 в главе I). 

Ещё раз подчеркну. Первый интервал из времён эволюции жизни на рис. 2.4 мал потому, что для первичных форм жизни велика роль се­ман­­ти­ческой информации (близок к единице семантический коэф­фи­ци­ент ). Меньше 0,7 – 0,8 миллиарда лет понадобилось для, казалось бы, са­мо­го невероятного – возникновения из неживой при­ро­ды (хими­чес­­ких эле­ментов) самой прос­тейшей первичной формы жиз­ни. Итог этих сту­пе­ней эволюции – класс энерге­ти­чес­ки рав­но­правных мо­лекул РНК и ДНК (ещё ме­нее за­ви­сящих от кон­к­ретных величин сво­бодной энер­гии). “Под­сказка” ми­ни­му­ма свободной энергии после этого этапа те­ря­ет ре­ша­ю­щую роль в контроле новых шагов эволюции жизни. Рас­тёт роль соб­­ственно инфор­ма­ции – запом­нен­ного выбора из слу­чай­­но­стей.

Для ступени иерархии эволюции жизни, выраженной прокарио­та­ми, несмотря на доминирующую роль случайностей, участие “подсказ­ки” фи­зико-химических законов существует преимущественно в виде за­ко­­нов диффузии, поверх­ност­ного на­тя­жения, термодинамических цик­лов преобразования энер­гии (о них см. главу VI). В част­ности, более слож­ная эука­ри­о­тическая клет­­ка возникла отно­сительно быс­т­ро (при­мер­но за миллиард лет) в силу “подсказ­ки” законов поверх­но­ст­ного на­тя­жения и диффузии, участвующих в спо­собе питания про­кариот (рас­смот­рю подробнее в по­сле­дующих па­ра­гра­фах этой гла­вы). “Уникаль­ность подсказок” на этом эта­пе эволю­ции жиз­ни связана также с про­из­вод­ством энергии для мета­бо­лизма.

На уровне возникновения и эволюции многоклеточных организмов роль физико-химических законов становится меньше. Работают слу­чай­ности и экспоненциальность уменьшения высоты иерархических сту­пе­ней. Семантический коэффициент (1.30) уменьшается. Интервал вре­ме­ни, потребовавшегося для перехода к мно­гокле­то­чным ор­­ганизмам, мень­­­ше за счёт меньшего количества информации, ответственной за них. Датировка в литературе этапов, положенная в основу рис. 2.4, имеет ди­а­­па­зон отклонений, что для изложенного значения не имеет.

Переход от простейших многоклеточных организмов к их слож­ным фор­мам, имеющим диф­фе­­рен­цированную внутреннюю структуру (вклю­­­ча­ющую основные сис­те­мы и органы современных живых су­ществ), ещё больше связан с информацией, основанной на слу­чайно­с­тях. Количества информации внутри ступеней иерархии уменьшились – вероятности синтеза информации увеличились.

Уменьшению высоты ступеней иерархии энтропии-информации соответствует увеличение числа видов жизни – воз­ра­стающая экспонен­та. При показателях больших единицы экспонента стала быстро расти с пределом в бесконечности, как ей и полагается. Эволю­ция пошла со скоростью, оп­ре­­де­ля­емой понятием – взрыв (синонимом растущей экс­поненты). Это под­чёркивает терминология палеон­то­логических шкал, в кото­рой суще­ст­вует название – Кембрийский взрыв, датируемый полу­мил­лиардом лет назад. Количество информации внутри следующих иерар­­­хических ступеней синтеза информации (ответ­ст­венных за услож­не­ния многоклеточных орга­низ­мов) быстро падает по ступеням эволю­ции жизни – для синтеза ин­фор­мации о современном многообразии выс­ших форм жизни на Зем­ле потребовалось всего полмиллиарда лет.

Подчеркну, что в процессе эволюции суммарная энтропия-инфор­ма­ция толь­ко рас­тёт. Например, на уровне Кембрийс­кого взрыва она вклю­­чает в себя инфор­ма­цию о пред­­­биологической эволю­ции. К ней до­ба­вляется ко­личество инфор­ма­ции о прокариотах. Далее сум­мируется ин­формация об эукариотах. Потом добавляется информация о простей­ших многоклеточных организмах. К этим огромным количествам инфор­ма­ции добавляются уже малые количества информации о высших фор­мах жизни после Кем­брий­­­с­­ко­­го взрыва. Эту иерархию отражает ряд (1.25) или (1.29) в главе I – сум­мар­ная ин­фор­мация растёт, количество ин­форма­ции, определяющее высоту иерар­хической ступени, падает.