Этюд второй. Взаимодействие косного и живого вещества. Космизм живого вещества

В. И. Вернадский подчеркивает принципиальное значение связей живого и косного вещества, фундаментальный характер биогеологического единства земных естественно-природных процессов. "Между косным и живым веществом есть, однако, непрерывная, никогда не прекращающаяся связь, которая может быть выражена как непрерывный биогенный ток атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно. Этот биогенный ток атомов вызывается живым веществом. Он выражается в непрекращающемся никогда дыхании, питании, размножении и т. п." (Вернадский, 1977, с. 16).

В этом постоянном обмене, рассматривая взаимодействие живого и косного вещества в космопланетарном аспекте, В. И. Вернадский выделяет несколько основополагающих свойств, среди них первый и второй биогеохимические принципы:

1. "геохимическая биогенная энергия стремится в биосфере к максимальному проявлению";

2. "при эволюции видов выживают те организмы, которые своею жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию" (Вернадский, 1980, с. 260).

Ученый также указывает на необратимость процессоз жизни, на увеличение ее свободной энергии и выраженной дисимметрии в строении живого вещества. "...Диссимметрия выражена как особым характером симметрии пространства, занятого живым веществом, - существованием в нем ярко выраженных энантиоморфных полярных векторов - так особенно явным несоответствием - неравенством - между правым и левым характером явлений (обобщение Пастера)" (там же, с. 261). Развивая далее понятие о принципиальном значении явной диссимметрии, В. И. Вернадский пишет: "Необходимо подчеркнуть основной вывод: явления жизни позволяют здесь идти в изучении пространства и Космоса так далеко, как это невозможно пока никаким другим путем. В этом проявляется космичность жизни. Это ясно видел Пастер" (там же, с. 273). Итак, первый шаг в изменении современной естественнонаучной картины Вселенной, осуществленный В. И. Вернадским, - введение в эту картину живого вещества, второй - определение его как явления планетарно-космического.

Важная сторона естественнонаучных обобщений, сделанных В. И. Вернадским, состояла в том, что он постоянно подчеркивал космические, "вселенские" аспекты процессов и явлений, происходящих в живом веществе. Перечисляя планетные свойства жизни, В. И. Вернадский наряду с первым и вторым биогеохимическими принципами указывает также, что "живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей" (Вернадский, 1980, с. 260). Обмен этот проявляется, в частности, в том, что живое вещество "...создается и поддерживается на нашей планете космической энергией Солнца" (там же).

Сходные научные проблемы разрабатывал советский биофизик Александр Леонидович Чижевский. Он использовал концепцию биосферы как оболочки планеты, находящейся в непосредственной близости от космоса и впервые ввел представление о компенсаторно-защитной функции биосферы, необходимой для существования в планетарно-космических условиях Земли живых организмов.

Детальное обоснование теоретические представления В. И. Вернадского и А. Л. Чижевского получают в наши дни по мере проникновения человека в ближний и дальний космос, по мере нарастания космизации социальной деятельности человека. Так, пионерные исследования, уже четверть века осуществляемые советской космонавтикой, позволили открыть новые многочисленные данные о связи земных и космических процессов. В частности, они радикально повлияли на способы осуществления астрофизических и астрономических наблюдений и открытий. Согласно И. С. Шкловскому (1982), это даже привело к своеобразной "научной революции" в астрофизике.

Например, в 60-х годах были открыты квазары - космические объекты (возможно, ядра галактик) с грандиозным по энергетической мощи уровнем активности и такие космические явления, как вспышки сверхновых звезд - пульсаров. Они происходят в галактиках, подобных нашей, вероятно, один раз в несколько десятков лет. Во время вспышки сверхновая звезда за короткое время излучает количество энергии, которое равно излучению всех прочих звезд данной галактики за тот же период времени. Величина энергии, образуемой вспышкой сверхновой, составляет до 1052 эрг. Для сравнения можно указать (Ш кловский, 1982), что запас тепловой энергии в недрах Солнца, где температура достигает нескольких миллионов градусов, составляет 1048 эрг. Это во много раз меньше энергии, излучаемой сверхновой. По современным астрофизическим представлениям, именно излучение сверхновых является главным источником космических лучей в Галактике.

Теперь зададимся вопросом: могут ли влиять подобные мощнейщие космические взрывы на живое вещество? Советские биофизики Б. М. Владимирский и Л. Д. Кисловский (1982) отвечают на него так. Вспышки сверхновых, которые не слишком удалены от нашего Солнца, в принципе могут оказывать на биосферу Земли самое серьезное воздействие по сравнению со всеми иными, ныне известными источниками космических излучений. Это воздействие могло бы приводить к резкому увеличению количества мутаций и соответствующему этому изменению жизнедеятельности живых организмов. Возможно, что существенную роль в такой ситуации может сыграть воздействие исключительно мощного потока рентгеновского излучения, идущего от сверхновой, на атмосферу Земли. Теоретически такой рентгеновский поток может образовывать в стратосфере Земли высокие концентрации окиси азота - вещества, разрушающего озон. В результате озоновый экран планеты, образовавшийся еще на ранних стадиях ее эволюции, мог бы быть сильно поврежден. Тогда живое вещество Земли подверглось бы резко усиливающемуся воздействию жесткого излучения Солнца (ультрафиолетовое излучение и т. д.), от которого предохраняет озоновый экран. Конечно, подобные научные гипотезы нуждаются еще в значительной дальнейшей разработке.

Представления о различных формах взаимодействия живого вещества с космическими материально-энергетическими потоками приобретают все большее значение также благодаря активно разрабатываемым гипотезам о существовании по меньшей мере в пределах нашей Галактики всепроникающей общегалактической живой системы. Одна из таких гипотез получила научно разработанную форму в трудах астрофизиков Ч. Викрамасингха и Ф. Хойла. Согласно их концепции наличие в веществе звездной пыли органических полимеров или длинных цепочек органических молекул с углеродным основанием и другие данные указывают на присутствие в космическом пространстве нашей Галактики огромного количества микроорганизмов - порядка 1052 отдельных клеток (Викрамасингх, 1982. с. 36). Возможно, что это космическое живое вещество находится в постоянном взаимодействии с живым веществом на планетах, начиная со времен его появления по настоящее время. Некоторые важные для эволюции виды мутации, патологические процессы в живых организмах с этой точки зрения могут оказаться своеобразным "зеркалом", отражающим взаимодействие живого вещества Земли и космоса (Викрамасингх, 1982). Вместе с тем следует отметить, что изучение подобных процессов, по существу, только начинается и, вероятно, науку на этом фронте исследований ожидают многие удивительные открытия, многие, говоря словами А. Эйнштейна, "приключения познания". Исследования в этом направлении могут рассматриваться как свидетельства в пользу концепции, выдвигавшейся В. И. Вернадским о широком, космическом по масштабам распространении во Вселенной живого вещества, о его космическом значении.

При изучении взаимодействий между живым и косным веществом интерес также представляют концепции современной космологии об особенностях эволюции Вселенной. Согласно представлениям И. С. Шкловского (1982), А. Д. Долгова и У. Б. Зельдовича (1982), С. Вайнберга (1981) и других, первоначальная, горячая, сверхплотная плазма, из которой образовалось в течение 15-20 млрд. лет все многообразие звездных систем Метагалактики, представляла собой совокупность элементарных частиц: фотонов, нейтрино, электрон-позитронных пар, нейтрон-антинейтронных пар и т. д. Наряду с фотонным, так называемым реликтовым, излучением, заполняющим Вселенную, астрофизики предполагают возможность существования реликтовых нейтрино - примерно 75 нейтрино и соответственно антинейтрино на каждый 1 см3 Вселенной.

Если справедлива гипотеза о том, что нейтрино имеет массу, то в настоящее время именно в них сосредоточена в основном масса Вселенной (Долгов, Зельдович, 1982, с. 35-36). Таким образом, космос как бы заполнен своеобразным, всепроникающим "нейтринным морем".

В настоящее время выдвигаются различные гипотезы о возможном взаимодействии нейтрино (которое является по астрофизическим гипотезам функциональной частью космического косного вещества) и планетного живого вещества. Биометеоролог С. Мэкси (1982) отмечает, в частности, что М. Рудерфер, специалист в области физики элементарных частиц, занимался вопросами устройства экспериментальных "ловушек" для регистрации неуловимых и всепроникающих нейтрино. Он высказал предположение о том, что наряду е чрезвычайно дорогостоящими физическими экспериментальными установками для обнаружения нейтрино могут быть использованы "ловушки" с использованием биологических объектов. М. Рудерфер основывался на том, что нейтрино могут оказывать существенное воздействие на живое вещество, и осуществил математические расчеты, показывающие теоретическую вероятность подобной гипотезы.

Интересно, что расчеты Рудерфера согласуются с экспериментальными данными французского ученого Л. Кирврана, который получил результаты, свидетельствующие о том, насколько необычными могут оказаться типы взаимодействия живого и косного вещества.

Кирвран исследовал реакции превращения веществ в растениях. В ходе исследуемых им реакций наблюдались изменения химического состава растений, которые говорят в пользу возможности превращения здесь (своеобразная трансмутация) одного химического элемента в другой - калия в кальций.

Кирвран также изучал реакции подобных превращений и не итицах. Один из экспериментов состоял в том, что в пищевом рационе подопытных кур искусственно создавался недостаток кальция. После этого куры начали нести яйца с тонкой, "кожистой" скорлупой. Затем им в пищу добавлялась очищенная слюда, представляющая собой силикат алюминия и фосфора, т. е. добавки кальция при этом не было. Птицы в избытке поглощали корм с этой добавкой. Уже на следующий день они начинали нести яйца с твердой скорлупой. Вес этой скорлупы в среднем равнялся 7 г.

Необходимо было объяснить, каким образом в данном случае образуется твердая скорлупа с высоким содержанием кальция, если в пище был его недостаток. Кирвран выдвинул предположение о том, что существует специфический, мало известный тип взаимодействия живого и косного вещества, происходящий в живых организмах. В соответствии с гипотезой Кирврана при этом происходит ферментативная реакция, в ходе которой калий (К₁₉³⁹) связывается с водородом (H₁¹) и превращается в кальций (Ca₂₀⁴⁰). Эта реакция может быть записана с помощью элементарных обозначений:

Парадокс состоит в том, что для осуществления в живом организме ферментативной реакции ядерного синтеза по превращению калия в кальций необходима энергия, достаточная для уничтожения живого организма, в котором происходит рассмотренная выше ферментативная реакция.

М. Рудерфер, стремясь объяснить "эффект Кирврана" на основе уже сложившихся физических представлений, предположил, что реакция ферментативного ядерного синтеза по превращению калия в кальций возможна, если в ее осуществлении принимают участие нейтрино. Таким образом, "нейтринное море", заполняющее Вселенную, возможно, участвует в определенных, пока мало исследованных взаимодействиях между живым и косным веществом. Следует подчеркнуть, что подобная гипотеза в высшей степени условна.

Внимание исследователей также привлекают другие реакции ядерного превращения. Одна из них, в результате которой кислород (O₁₆) и углерод (C₁₂) превращаются в азот (N₁₄), имеет большое научно-практическое значение. Эта реакция может быть записана в виде следующей формулы:

Раскрытие сущности этой реакции, возможно, позволило бы объяснить механизм фиксации азота, который осуществляют растения типа клевера.

В описанных выше явлениях речь идет о специфических взаимодействиях живого и косного вещества. Они приоткрывают завесу над новыми аспектами этих взаимодействий и связей между живым и косным веществом, включая и процессы, идущие в космической среде.

Предметом внимания исследователей становится также явление взаимодействия живого вещества и фотонных, световых потоков. Последние, как отмечалось нами ранее (при обсуждении современных астрофизических представлений), пронизывают и наполняют Вселенную аналогично "нейтринному морю". В настоящее время предметом конкретных научных исследований являются процессы сверхслабого излучения фотонов живыми системами в земных условиях. Такие процессы экспериментально обнаружены во всех исследованных клетках растений и животных, исключая некоторые водоросли, бактерии и простейшие. Диапазон сверхслабого электромагнитного излучения живых организмов лежит на границе между инфракрасной и ультрафиолетовой областью. Биологическое значение этого излучения в настоящее время определяется по-разному. Однако накапливается все больше фактов, которые дают основание считать, что фотоны ультрафиолетовой области излучения играют важную роль в межклеточных взаимодействиях (Казначеев, Михайлова, 1981).

Достаточно обосновано представление о том, что любая область спектра электромагнитных волн играет известную роль в эволюции живой природы и принимает обязательное участие в процессах жизнедеятельности организмов. Как уже говорилось, она может выступать как своеобразный "дирижер" ряда проявлений жизнедеятельности организма. Такая возможность уже установлена для значительной области спектра от инфракрасного до ультрафиолетового излучения.

Есть основания предполагать, что электромагнитные взаимодействия представляют собой один из общих принципов информационных взаимоотношений живых систем и живого вещества в целом. Этот принцип находит выражение в проявлениях различных форм жизнедеятельности. Исходя из этих соображений, автор этой книги в 1965 г. предложил концепцию, в соответствии с которой биологическая система рассматривалась как особым образом организованное (неравновесное в соответствии с принципом Э. Бауэра)^* фотонное "созвездие" (констелляция). Организация такого "созвездия" существует за счет постоянного притока энергии извне.

^*(К принципу устойчивой неравновесности Э. Бауэра мы еще вернемся.)

Было предположено, что белково-нуклеиновые структуры в клетках сосуществуют в единстве до тех пор, пока их объединяет фотонная констелляция, которая образует информационно-регулирующую систему клетки с колоссальным запасом надежности. Квантовая информация, записанная в физико-химических соединениях клетки, извлекается из нее в результате биохимических превращений. Такие биохимические превращения "запускаются" в действие предшествующими потоками информации, которые существуют как внутри клетки, так и поступают в нее извне. Носителем информации, поступающей в биологические системы, могут быть кванты электромагнитного поля, или биофотоны. Исследования, проводившиеся на основе данной концепции, свидетельствуют об универсальном характере электромагнитной информационной связи и широком использовании электромагнитного канала передачи информации в живом веществе.

Ряд закономерностей взаимодействия электромагнитного поля (ЭМП) и живого вещества на клеточном уровне был выявлен нами многолетними исследованиями феномена межклеточных дистантных взаимодействий (подробнее см.: Казначеев, Михайлова, 1981).

Опыты проводились по следующей методике. В изолированных друг от друга колбах выращивались культуры (упрощенно говоря, "скопления") клеток. Колбы подсоединялись друг к другу плоскими донышками, представлявшими собой прозрачные кварцевые пластинки. Сквозь эту прозрачную перегородку (своеобразное "оптическое окно") культуры клеток могли обмениваться информацией, как бы "видеть" друг друга посредством описанного выше слабого электромагнитного излучения. Затем на одну из этих изолированных культур (находящуюся в первой колбе) производилось воздействие агентом физико-химической или биологической природы (ультрафиолетовое облучение, сулема, вирусы и т. д.). Примечательно, что культура во второй колбе (на которую агент непосредственно не действовал) синхронно прекращала рост и гибла, хотя до нее доходило лишь слабое электромагнитное излучение, т. е. поток фотонов, посланных умирающей под действием агента культурой из первой колбы. Эта реакция наблюдалась в десятках тысяч опытов в лаборатории клинической биофизики Института клинической и экспериментальной медицины СО АН СССР. Варьировались агенты, географическое место опытов и т. д. Само явление получило название "зеркального" цитопатического эффекта (ЦПЭ).

Мы рассмотрели естественнонаучные данные, относящиеся к возможным типам взаимодействия живого и косного вещества в ходе реакций ферментативного синтеза. Наряду с этим вкратце были изложены явления внутри- и межклеточных взаимодействий на основе световых, фотонных потоков. Эти данные позволяют высказать соображение достаточно общего характера, соотносимое с кругом идей, развивавшихся В. И. Вернадским.

Предварительно отметим следующее обстоятельство. Мы уже говорили о двух биогеохимических принципах В И Вернадского. Из этих принципов следует, что благодаря живому веществу и эволюции его организации в связи с появлением более совершенно устроенных типов живых организмов геохимическая биогенная энергия в биосфере стремится к максимальному проявлению. Сходные обобщающие представления выдвигались и видным советским биологом-теоретиком Э. Бауэром. Анализируя сущность биологической организации и ее специфику, Э. Бауэр ввел принцип "устойчивой неравновесности" биологических систем. Далее на основе этого принципа Э. Бауэр сформулировал принцип максимума эффекта внешней работы как исторической закономерности, т. е. закон исторического развития биологических систем. Суть его состоит в том, что развитие биологических систем есть результат увеличения эффекта внешней работы биосистемы (воздействия организма на среду) в ответ на полученную из внешней среды единицу энергии. Для этого биосистемы в отличие от систем неживой природы (т. е. от косного вещества, по В. И. Вернадскому) должны обладать свойством постоянно поддерживать свою структуру вне зависимости от факторов внешней среды. Поскольку живые системы постоянно совершают работу и разрушаются, то они должны одновременно и самовосстанавливаться, черпая из окружающей среды необходимые материалы, вещества, энергию и информацию. Благодаря процессу самовосстановления биосистемы сохраняют по отношению к среде обитания неравновесное антиэнтропийное состояние. В этом суть принципа устойчивой неравновесности Э. Бауэра.

Сходство между принципами, сформулированными В. И. Вернадским (первый и второй биогеохимические принципы) и Э. Бауэром (принципы устойчивой неравновесности" и "максимума эффекта внешней работы"), достаточно очевидно. В совокупности эти принципы, выражающие сущность организации и эволюции живого вещества, могут быть названы законом Бауэра - Вернадского.

Опираясь на изложенные ранее научные данные о ферментативных реакциях в живых организмах и о значении сверхслабых электромагнитных взаимодействий в форме фотонной констелляции для организации живого вещества, мы можем теперь сказать следующее. Эволюция живого вещества, состояние устойчивой неравновесности невозможны в равной мере без направленного стока (выхода) информации, заключенной в самом живом веществе, и без столь же направленного извлечения информации, а также сопутствующих материально-энергетических потоков из внешней среды. Здесь мы имеем дело со своеобразным, условно говоря, "зеркальным" эффектом. С одной стороны, живая система передает в среду определенные характеристики своей организации через внешнюю работу. С другой стороны, в процессе осуществления внешней работы и достижения ее максимума она столь же направленно воспринимает, "впитывает" необходимые для ее существования и обеспечения устойчивой неравновесности внешней среды.

И здесь, как нам представляется, закон Бауэра - Вернадского может быть связан с принципом дополнительности Н. Бора, если последний взять как характеристику самой объективной реальности (взаимодействие двух разнородных материальных систем в их единстве и противоположности). При этом следует напомнить, что под )азличными материальными системами мы имеем в виду живое вещество и косное. Свойство дополнительности при взаимодействии живого и косного вещества, возможно, имеет характер фундаментального естественно-природного принципа. Говоря о реакции ферментативного синтеза и о значении сверхслабых электромагнитных излучений в живом веществе, мы стремились показать, насколько удивительными и даже загадочными с точки зрения сегодняшних естественнонаучных представлений могут быть проявления принципа дополнительности во взаимодействии живого и косного вещества в процессе поддержания и увеличения живыми системами устойчивой неравновесности.

Изложенные выше естественнонаучные гипотезы и приведенные факты показывают, что исследования взаимодействий живого и косного вещества, начатые трудами В. И. Вернадского и его последователей, представляют опережающее, перспективное направление в естествознании, в постижении тайн природы.