Дарвинизм в XXI веке

Если некая система находится в резко неравновесном состоянии, это означает, что в ней имеется значительная разница каких-то потенциалов. Это может быть электрический потенциал, разница температур, давления (в жидкости или газе), разность потенциальных энергий, определяемая перепадом высот и т. д. Между такими областями могут возникать потоки вещества, энергии или того и другого, направленные на выравнивание потенциалов: тепло передается от нагретой части к холодной, вода течет вниз, между электрическими полюсами возникает ток — потоки заряженных частиц. Все эти процессы сопровождаются увеличением суммарной энтропии системы — в полном соответствии с представлениями классической термодинамики. Но оказалось, что в самих этих потоках (или в тех средах, через которые они текут) при определенных условиях могут возникать процессы самоорганизации: в некоторой локальной области элементы системы сами собой начинают выстраиваться в высокоупорядоченные структуры и вести себя согласованно. В качестве примера такого спонтанного само-упорядочивания обычно приводят конвекционные ячейки Бенара — правильные шестиугольные структуры, образуемые конвекционными потоками в не слишком толстом слое вязкой жидкости при равномерном подогреве снизу. На самом деле феномены такого рода разнообразны и общеизвестны: это морские течения, сезонные ветры, циклоны и т. д. При этом энтропия областей, вовлеченных в самоорганизацию, снижается, хотя энтропия системы в целом повышается. Получается, что самоорганизующиеся структуры отдают остальным частям системы не только всю причитающуюся им прибавку энтропии, но и кое-что сверх того. Чтобы подчеркнуть парадоксальность такого поведения, Пригожин назвал такие системы диссипативными, то есть «рассеивающими»: происходящее в них повышение упорядоченности происходит за счет ускоренного рассеивания энергии в окружающих их частях «большой» системы.

Созданная Пригожиным неравновесная термодинамика и особенно концепция самоорганизации окончательно сняли мнимое противоречие между эволюционной теорией (а фактически — всей биологией) и термодинамикой: живые организмы с термодинамической точки зрения суть не что иное, как пригожинские диссипативные системы, возникшие и существующие в потоках энергии (будь то солнечный свет или иные виды энергии — см. сноску в начале главы), протекающих в далекой от равновесия макросистеме — Солнечной. Ни индивидуальное развитие живых существ, ни их эволюционные изменения (включая усложнение некоторых из них), ни даже само возникновение жизни из чисто химических веществ и процессов также не противоречат современной термодинамике. И если некоторые авторы продолжают видеть тут какой-то разрыв (напомним, что эссе Роже Кайуа увидело свет в 1972 году — через 25 лет после первых публикаций Пригожина), то это говорит лишь об их слабой осведомленности в тех областях, о которых они берутся судить.

Картину полного взаимопонимания между разными областями современного естествознания портит лишь одно: сегодня, спустя 70 лет после создания неравновесной термодинамики, задача, поставленная Больцманом, остается нерешенной: содержательное количественное описание функционирования (а тем более эволюции) живых систем в категориях термодинамики по-прежнему отсутствует. Хотя за это время и сама «новая термодинамика» отнюдь не стояла на месте[262], и попыток применить ее достижения к анализу биологических явлений и процессов было немало. Но последние оказались слишком сложными, слишком нелинейными, слишком богатыми обратными связями и степенями свободы, так что даже сама возможность строгой термодинамической интерпретации эволюционных процессов в общем виде сегодня выглядит весьма сомнительной.

Что ж, как известно, образцовая научная теория — классическая механика — оказалась неспособной решить в общем виде (то есть для произвольных значений масс, скоростей и взаимного начального расположения) задачу о взаимодействии всего трех тел. И это не отменяет ни ее достижений, ни ее эффективности в решении конкретных задач. То же самое можно сказать и о термодинамическом подходе к проблемам биологии: на его счету уже имеется немало успехов. Существуют целые области теоретических исследований, целиком основанные на термодинамическом или схожем с ним формальном аппарате, и предметом их рассмотрения становятся, в числе прочих, эволюционные процессы (правда, в основном представленные математическими моделями). Однако содержательный рассказ о таких исследованиях требует привлечения соответствующего математического аппарата и в любом случае выходит за рамки темы этой книги.

* * *