ПРОБЛЕМА ОСНОВАНИЙ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

яюНе нами выбран мир, который нам приходится изучать; мы родились в этом мире и нам следует воспринимать его таким, каким он существует... Да, мир нестабилен. Но это не означает, что он не поддается научному изучению... Следует лишь распроститься с представлением, будто этот мир - наш покорный слуга. Мы должны с уважением относится к нему.
Мы должны признать, что не можем полностью контролировать окружающий нас мир нестабильных феноменов, как не можем полностью контролировать социальные процессы (хотя экстраполяция классической физики на общество долгое время заставляла нас поверить в это).

Илья Пригожин

ПРЕДИСЛОВИЕ

В научном познании, как о том свидетельствуют публикации последних десятилетий1, наступает новая смена времен. В естествознании начинает осознаваться завершение так называемого машинного века, основанного на механистическом восприятии мира. В физике обнаруживается, что, начиная с Нового времени, она говорит на аналитическом языке сохранения и симметрии, оставляя изменение, возникновение, становление в глубокой тени, и что такое развитие обусловлено лежащим в ее основаниях разделением мира на два несовместимых полюса и выбором одного из них. Время, изменение, асимметрия в результате такого разделения оказавшиеся в сущности вне пределов рациональной науки, начинают со временем играть в ней все более заметную роль, внося в нее диссонансы и чрезмерное усложнение и формируя то состояние, которое можно определить как кризис оснований.
Первой реакцией на осознание этого кризиса и его преодоление можно считать появление неравновесной термодинамики и развившихся из нее теорий самоорганизации, замечательной особенностью которых является то, что они строятся на основе новой концепции асимметричного времени и "овремененного пространства"2 - того самого фундамента новой науки, который знаменует собой начало преодоления кризиса оснований.

ВВЕДЕНИЕ

Исследование оснований в силу специфики развития точной науки не входит в ее непосредственные задачи. Начала, или истоки науки, от которых она отталкивается и равномерно удаляется в своем поступательном движении, как и ее основания, а также пределы, положенные этими основаниями, остаются вне поля ее зрения.
Возвращение к началам или основаниям обычно бывает обусловлено неблагополучием в пути, например выявлением неустранимого противоречия, т.е. парадокса, в теории или экспериментальным обнаружением таких явлений, которые не укладываются в традиционную схему объяснения, иначе говоря, когда границы действия принципов, лежащих в основе закономерностей, начинают определяться и возникает необходимость осознания этих принципов с целью их изменения, расширения, углубления.

Г л а в а I

ПРОБЛЕМА ЖИЗНИ КАК ЦЕНТРАЛЬНАЯ ПРОБЛЕМА БИОЛОГИИ
И ЕЕ ЭМПИРИЧЕСКОЕ ОСНОВАНИЕ

§ I. Два лика биологии: витализм и механицизм

Если физика в своем развитии, которое можно представить как прямолинейное, равномерно удаляющееся от своих начал и бесконечно удаленное от концов, не обнаруживает прямой зависимости от истории (основания и границы- проблема, выходящая за пределы компетенции физической науки, а законы ее вневременны1, т.е. инвариантны относительно трансляций и инверсий во времени), то биология - наука существенно историчная2, и не только потому, что предмет ее изучения - живые системы - немыслим вне развития во времени, но и из-за постоянного вынужденного возвращения к собственным истокам и началам. Развитие биологии это движение по кругу, или перемещение вокруг неподвижного центра - проблемы жизни. Удаление от центра или от начал есть в то же время возвращение к ним. Историю "науки о жизни, взятой как целое" 3, можно было бы представить спектром концентрических окружностей, описанных вокруг неподвижной точки - центральной проблемы науки о живом - центра притяжения и отталкивания одновременно. Эта история в отличие от истории физики не снимается, а повторяется снова и снова, пересекая в центростремительном движении и таким образом актуализируя, исторические круги ее в самых неожиданных точках.

§ 2 Биология как проблема

Мышление, как о том свидетельствует история познания, всегда начинает с отождествления. А есть А, - его начало и простейший закон, трактующий о том, что нечто остается самим собой в любых познавательных ситуациях. Закон этот составляет основу симметрии в иерархических уровнях явлений, физических законов и принципов, смысл которой заключается в том, что в природе есть нечто сохраняющееся при определенных условиях, что можно выразить в форме физического закона, и что сами законы можно преобразовывать так, чтобы структура их оставалась неизменной, инвариантной.

§ 3 Возможность описания феномена жизни на языке
физических законов

Следует отметить, что нас здесь интересует не проблема происхождения жизни и не тот или иной сценарий возникновения молекулярной асимметрии, а возможность их решения средствами математического естествознания, поскольку проблема жизни является самым серьeзным испытанием для оснований физики и биологии на прочность, универсальность и единство.
На языке физики жизнь - это крайнее маловероятное, граничащее с чудом, явление, так как физические законы - и в особенности второй закон термодинамики - запрещают асимметрию. Согласно второму закону статистическая система, изолированная от внешних воздействий, деградирует от более упорядоченного состояния к менее упорядоченному (или движется в направлении более вероятного состояния) до полного выравнивания энергий и наступления термодинамического равновесия. Количественной мерой беспорядка служит понятие энтропии.

Поскольку нас здесь интересует рациональное ядро витализма, совершенно, затемненное далекой от целей понимания критикой, которая обычно сама строит грубую модель объекта, а затем обрушивается на нее, и поскольку витализм как правило рассматривался или только изнутри - самими виталистами, или только извне - его противниками и критиками в указанном смысле, то здесь представляется целесообразным кратко рассмотреть эту позицию глазами современных представителей второй группы мнений.
Разумеется, такой угол зрения не является чем-то новым, и в истории биологии можно найти немало примеров тому.

Г л а в а 2

АСИММЕТРИЯ В ФИЗИЧЕСКИХ ЗАКОНАХ

§ 1. Законы сохранения

Основная отличительная черта физических законов заключается в том, что они основаны на симметриях. Законы физики можно преобразовывать так, что при этом их структура остается инвариантной, симметричной. Принципы симметрии кажутся настолько сами собой разумеющимися, что в физике они долгое время существовали в неявном виде.

§ 2 Ниспровержение четности

Ситуация, сложившаяся в физике к 1957 году, была такова, что ни в коем случае не позволяла усомниться в универсальности принципов симметрии, чему способствовала, в частности, удивительная плодотворность и эффективность теории симметрии в квантовой физике. Особо важное значение симметрии здесь определялось отсутствием удовлетворительной теории, в рамках которой можно было бы объяснить с единых позиций разные типы взаимодействий.7
Каждое из четырех или пяти типов взаимодействий основано на определенных, типах динамической симметрии, между которыми до самого последнего времени (до открытия электрослабого взаимодействия) не было найдено каких-либо взаимосвязей.

§3 Основания и границы симметрийной физики

Первая мысль, которая здесь напрашивается, заключается в том, что симметрия и асимметрия - это две стороны единой сущности, именуемой физической реальностью, два лика многоликой истины (естины29), которая не есть ведь только плоская "картина мира". Сама возможность науки и научного метода определяется выбором того "лика" реальности, который оказался более доступным, так как поддавался измерению и описанию на точном языке симметрии.
Это язык математики, точность которой предваряется законом тождества: А есть А  первым простейшим абстрактным определением симметрии. Движение А может принадлежать только мысли, а результатом его должно быть самосовмещение А. Закон этот определяет неизменный и неподвижный мир элеатов, в котором ничего не возникает и не уничтожается. Его сокровеннейший смысл  в ограждении знания от противоречий или асимметрии. Только придерживаясь этого закона мышления, определяющего его способность нанизывать цепочки аргументов, оставаясь все время "правым", т.е. не впадая в противоречие30, можно получить достоверное знание. Все остальное, как сказал бы физик, или из области лирики, т.е. чувственного, недостоверного знания, или из области философии - еще более презренной области чистых спекуляций.

Г л а в а 3

АСИМMEТРИЯ  КЛЮЧ К ПРОБЛЕМЕ ОСНОВАНИЙ

§I Великий закон смерти

В глaвe об асимметрия физических законов мы не коснулись второго закона термодинамики, считая, что вопрос этот заслуживает особого внимания и специального рассмотрения в связи с интересующей нас проблемой о возможности описания феномена жизни, как молекулярной асимметрии или хиральной чистоты биосферы, в свете этого закона.
Если динамические законы, о которых шла речь во второй главе, в силу своей симметричной структуры выносят всякую асимметрию за черту своих оснований в область граничных условий и тем самым запрещают асимметрию вообще, то второй закон термодинамики, содержащий в своих основаниях определенную асимметрию, конкретно запрещает молекулярную асимметрию и поэтому представляет для нас исключительный интерес.

§2 От термодинамики необратимых процессов
к физике организованных систем

Собственно, историю новой физики, по-видимому, следует начинать не с планковского кванта действия и эйнштейновского принципа относительности, а с клаузиусовской энтропии, поскольку именно она создала в физике ту асимметричную взрывоопасную обстановку, которая подорвала основания классической механики, побудила Больцмана к поискам закономерности нового типа, основанном на чисто математических идеях теории вероятностей, и создала реальную возможность для появления теории относительности и квантовой
механики.
Однако даже этой серией блестящих революционных открытий не удалось обезвредить вызывающую асимметричность энтропии настолько, чтобы считать состояние современной физики бескризисным.

Здесь, по-видимому, необходимо внести некоторую ясность в употребление термина "равновесие" в его термодинамическом и динамическом аспектах.

создателей теорий самоорганизации. Сегодня ситуация в корне изменилась. Необратимость, или "стрела времени", задаваяемая законом возрастания энтропии (принимаемым в качестве "основополагающего постулата"), приводит к новой концепции "овремененного пространства", т.е. такого понимания пространства-времени, где акценты переставлены с пространства и "пространственноподобного" симметричного времени эйнштейновского континуума  на время как необратимость и необходимое условие всякой эволюции.34
3)И, наконец, самоорганизация есть процесс, совершающийся в

§ 3 Перспективы нового подхода

Следы нового начала можно усмотреть в науке с незапямятннх времен. "Текут наши тела, как ручьи, и материя вечно возобновляется в них, как вода в потоке", говорит Гераклит, посрамляя некоторых современных представителей строгой науки, которые даже на фоне непосредственных наблюдений "метаболического вихря" не могут отличить живой организм от "куска горной породы".

Особый интерес в этой связи представляет концепция Пригожина и его сотрудников, к которой мы обращались неоднократно на страницах этой работы, так как именно в этой концепции проблема самоорганизации ставится как фундаментальная проблема.
Исходным пунктом концепции Пригожина является принятие второго закона термодинамики в качестве "основополагающего постулата". Отталкиваясь от факта существования "стрелы времени", вытекаюшего из закона возрастания энтропии, автор в конце концов приходит к новой концепции необратимого времени и пространства, наделенного временной структурой. Акценты, как видим, переносятся  впервые в истории науки!  с симметричного пространства и "пространственноподобного времени" на необратимое время и "овременное пространство". И перенос этот осознается как необходимое условие для возможности описания любой эволюции.
Это уже не следы нового начала, а один из краеугольных камней в фундаменте науки будущего, способной не только ясно очертить границы симметрийной науки, но и встать на путь, ведущий к синтезу асимметрии и симметрии на уровне оснований физики с приоритетом первой как начала активного, структурообразующего, жизненного.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы задались целью исследовать вопрос о том, как возможна теоретическая биология в качестве самостоятельной области научного познания наряду с теоретической физикой. Мы обнаружили, что проблема эта упирается в другую: как возможно средствами математического естествознания решение центральной проблемы биологии  проблемы жизни,  рассмотрение которой позволяет сделать вывод, на первый взгляд несколько неожиданный.
Не только биология, но и физика и философия сегодня стоят в преддверии осознания того, что эпоха полной самостоятельности, или радикальной автономии, подходит к концу, наука о жизни существует не как теоретическая дисциплина, а как проблема, растянутая между полярно противоположными, от века противостоящими и в равной мере претендующими на самодостаточность полюсами математического естествознания и идеалистической философии, определяя ту, пожалуй, единственную точку в познании,  проблему жизни,  где плоскость естествознания и сфера философии с неизбежностью перекрещиваются, и возникает проблема их соизмерения.

ПРИМЕЧАНИЯ

1. См.,например Пригожин И. От существующего к возникающему.М.,1985; Пригожин И.,Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986.
2.Пригожин И., Стенгерс И. Указ. соч. с. 60.
1.Об этом см. Алексеев И.С.,Овчинников Н.Ф.,Печенкин А.А. Методология обоснования в квантовой теории М.,1984; Философские основания естествознания. М., 1977.
2. Клини С. Математическая логика.М., 1973, с. 221.
3. Клини С. Введение в метаматематику. М., 1957.

Глава 1
ПРОБЛЕМА ЖИЗНИ КАК ЦЕНТРАЛЬНАЯ ПРОБЛЕМА БИОЛОГИИ И ЕЕ ЭМПИРИЧЕСКОЕ ОСНОВАНИЕ

§1 Два лика биологии: механицизм и витализм

1. Речь идет о традиционной физике до создания в ней теорий самоорганизации.
2. "Все и только биологические объекты,- пишет С.Э.Шноль,- являются результатом длительной эволюции", и далее, "только теория эволюции является собственно биологической теорией . Ш н о л ь С.Э.
Физико-химические механизмы и биологическая специфичность// Биология и современное научное познание /матер.к конфер./, ч.1,М., 1975, с. 16.
3. Определение биологии Г.Р.Тревирануса. См. Дриш Г. Витализм. Его история и система. М., 1915,с.108.

§2 Биология как проблема

17. Во всяком случае Гегель считал свою систему завершением философии.
18. Развитие идеи тождества в современной математике идет в направлении уточнения границ применимости этого понятия (указание на интервал абстракции отождествления), вне которых утрачивается осмысленность применения понятия тождества. 0 понятии тождества в математике см. Акопян И.; Симметрия и асимметрия в познании. Ереван, 1980, с. 19-39.
19. Все эти виды движения тем не менее принадлежат сфере человеческой мысли, или являются математической формой движения, ибо объект движения - А - остается неизменным. В физике - это аналог механического движения.
20. В е й л ь Г. Симметрия. М., 1968, с. 8.
21 См. Об основаниях геометрии. М.,1968, и статью Клайн Ф. Сравнительное обозрение новейших математических исследований в той же книге.
22. Вигнер Е. Этюды о симметрии. М., 1971, с.23.

§3 Возможность описания жизни на языке физических законов

37. 0 трех группах мнений см.: Бриллюэн Л. Термодинамика - кибернетика - жизнь // Кибернетика. Современное состояние. М., 1980, с. 3.
38. Ленинджер А. Указ. соч. с. 13.
39. Там же, с. 10.
40. Там же, с. 12.
41. Там же, с. 13.
42. Шредингер Э. Что такое жизнь? С точки зрения физика. М, 1977, с. 70-71.
43. Там же, с. 75.
44. Здесь следовало бы напомнить о том, что "упорядоченность»х окружающей среды всегда намного ниже упорядоченности самого организма. Под упорядоченностью можно понимать структурную, функциональную, иерархическую и т.д. упорядоченность живого организма. Однако здесь имеется ввиду термодинамический аспект этого понятия, а именно, неравновесность, т.е. асимметричность на молекулярном уровне.
45 Там же, с. 76.
46. Блюменфельд Л. А. Проблемы биологической физики. М., 1977, с. 27.
47. Физические автоморфизмы в данном случае в отличие от математических не должны содержать отражений.

§ 1. Законы сохранения

I. Фейнман Р. Характер физических законов. М., 1968, с. 88-89.

§3 Основания и границы симметрийной физики

29. В русском языке истина означает то, что есть (естина), т.е. объективную реальность.
30. Этот закон, запрещающий противоречие или асимметрию в мышлении, сам, однако, по удивительной парадоксальности самого мышления, основан на асимметрии. Ибо в процессе научного познания мышление должно сохранять такую же асимметрическую чистоту, как и живые молекулы в процессе жизнедеятельности.
31. Об этом высказывании Гете см. 3иммель Г. Гете. М., 1828, с. 71.

Глава 3.

АСИММЕТРИЯ - КЛЮЧ К ПРОБЛЕМЕ ОСНОВАНИЙ

§ I. Великий закон смерти

1. Лауэ М. История физики. М., 1956, с. 110.
2. Второе начало, изложенное в мемуаре Сади Карно "Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу", вышло в свет в 1824 году. Первое начало, изложенное им же, по удивительному стечению обстоятельств, увидело свет столетием позже, в 1927 году.

§2 От термодинамики необратимых процессов к физике организованных систем

20. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986, с. 401.
21. Которой, строго говоря, больше пристало название термостатики, поскольку она описывает равновесное состояние физических систем и не содержит в своем основном законе независимой переменной времени.
22. Пригожин И., Стенгерс И. Указ соч., с. 191.
23. Там же, 197.
24. Там же, с. 197-198.
25.Там же, с.190.
26. Реакционная смесь, состоящая из лимонной кислоты, бромата калия в присутствии катализатора (паров церия), вместо предсказываемого вторым началом перехода к термодинамическому равновесию, начинает автоколебательный процесс, периодически меняя цвет.
27. Там же, с. 229.

§ 3 Перспективы нового подхода

41.Тимофеев-РесовскийН.В. Генетика, эволюция и теоретическая биология// Чтения памяти Н.В.Тимофеева-Ресовского. Ереван, 1983, с. 10.
42. Кант И. Соч., т. 6, М., 1966, с. 58.
43. Как видим, такая постановка вопроса вполне в русле научного метода исследования, решительно исключающего вопросы, касающиеся сущности, или "что есть?", и ограничивающегося вопросом, "как?" она есть. Так, что теория эволюции Дарвина не заслуживает упрека в "ненаучности" и в этом смысле.
44. Бауэр Э.С. Теоретическая биология. М., 1935, с. 18-19.
45. Тимирязев К.А. Указ. соч., с. 131-132.
46. Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение избранных пород в борьбе за жизнь. Т. 1, кн. 2, М.-Л. 1926, с. 453-454.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.АграновичВ.М.,ГинзбургВ.Л.Кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии. М., 1978.
2. Акопян И.Д. Симметрия и асимметрия в познании. Ереван, 1980.
3. Акопяи И.Д. Философские основания единства биологического и физического знания. Ереван, 1987.
4. Акчурин И.Л. Единство естественно-научного знания. М., 1975.
5. Аракелян Г.Б. Фундаментальные безразмерные величины. Ереван, 1981.
6. Ахутин А.В. История принципов физического эксперимента. М., 1976.
7. Ахутин А.В. Понятие "Природа" в античности и в Новое время. М., 1983.
8. Арнхейм Р. Искусство и визуальное восприятие. М., 1974.
9. Бергсон А. Творческая эволюция. М., СПб., 1914.
10. Бернал Дж. Наука в жизни общества. М., 1956.
11. Бернал Дж. Молекулярная структура, биохимическая функция и эволюция // Теоретическая и математическая биология. М., 1968.
12. Бернар К. Курс общей физиологии: жизненные явления, общие животным и растениям. СПб, 1-378.
13. Бауэр Э.С. Теоретическая биология. М., 1935.
14. Библер В.С. Мышление как творчество: Введение в логику мысленного диалога. М., 1975.
15. Библер В.С. Культура, диалог Культур // Вопросы философии, 1989,! 6.
16. Борзенков В.Г., Северцов А.С. Теоретическая биология: размышления о предмете. М., 1960.
17. Борзенков В.Г. Биология и физика. М., 1982.

* * *

138. Bernal J.D. The Physical Basis of Life. - London Routtledge, 1951.
139. Bergson H. Ecrits et paroles, t. 2, Paris, 1959.
140. Bertalanffy L. General systems Theory.-n.v.: G.Brasiller, 1968.
141. Clausius R. Abhandlungen ьber die mechanischen Warme theorie. Braunschweig Abt. 2, 1867.
142. Cassirer E. Das Erkenntnisproblem in Philosphie und Wiessenschaft der neueren Zeit. B., 1906. Bd. 1.
143. Dyson F. // J. Mol. Evol., 1982, v. 18.
144. Dress A., Hendrichs H., Kuppers G. Selbstorganisation - Die Entstehung Von Ordnung in Natur und Gesellschaft. Mьnchen/Zьrich, 1986.
145. Eddington A.S. The Nature of the Physical world // n.v.: Macmilan, 1948.
146. Husserl E. Die Krisis der europдischen Wissenschaften und die transzentale Phдnomenologie // Husserliana.Bd. 6. Haag 1954.
147. Heel A.V. Supplement to Nature, 3106, Mag, l929.
148. Heidegger M. Zeit des Weltbildes // Holzwege Frankfurt m., 1963.
149. Hooke R. Philosophical experiments and observations. L., 1967.
150. Fox S. Dose K. Molecular evolution and the Origin of Life. Revised Edition. Marcel Dekker, Inc. 1977.