Наука о живом. Современные концепции в биологии

Но частота, с которой упоминается специфичность, — это, естественно, не единственное, чем отличается разговор биологов от разговора физиков или химиков; другим отличием является частота употребления понятий, связанных с изменениями во времени. «Снежинка и сегодня остается точно такой, как в тот день, когда выпал первый снег», — сказал Д'Арси Томпсон. И эта неизменность, характерная для мира физики, резко отличает его от биосферы, где все изменяется, где жизненные циклы, состоящие из зачатия, развития, старения и смерти, налагаются на всеохватывающие эволюционные изменения, длящиеся тысячелетиями. Идея изменения во времени пронизывает всю биологию. Некоторые биологи склонны верить, что в этом-то и заключается принципиальное и абсолютное  {19}  различие между биологическими и физическими науками; однако им не дается по вере их. Вполне исчерпывающее различие между этими науками, достаточно ясное для того, чтобы удовлетворить все университеты мира, хотя многие из них кишат педантами, заключается в том, что биология изучает живые организмы и их части, а физика и химия изучает неодушевленные системы*.

Информация, порядок и шум. В этой книге снова и скова встречается слово «информация» — выражение, которое не получило бы столь широкого употребления в биологии, если бы оно не служило чрезвычайно полезной цели. Информация означает порядок и упорядоченность или что-то, что воплощает их, — т. е. сообщение или набор инструкций, точно определяющие порядок. Такое словоупотребление ничем принципиально не отличается от утверждения, что архитектурный чертеж воплощает информацию, необходимую для постройки дома именно такого, а не какого-либо иного типа. Генетическая информация — это заложенная в структуре молекул нуклеиновых кислот упорядоченность, которая определяет или воплощает инструкции для соединения молекул строго определенным образом.

Информация и порядок связаны между собой самым прямым образом, и это напоминает нам о том, что понятие информации заимствовано биологией из теории связи. Совершенно ясно, что информация в сообщении, например в телеграмме или письме, зависит от порядка слов и от порядка букв в словах, и, чем более многочисленны возможные их комбинации, тем больше информационная емкость письма или телеграммы. Шумы прямо противоположны информации — это, так сказать, случайность или беспорядочность. Сигнал, который не несет информации в том контексте, в котором ее ожидают, отбрасывается как шум. Это описание и в техническом, и в повседневном смысле слова вполне приложимо, например, к потрескиваниям и странному бормотанию эфира, которыми  {20}  иногда сопровождаются радиопрограммы, в равной степени оно приложимо и к «снегу», вдруг прерывающему телепередачи. Если шумовые сигналы настолько приглушены, случайны и неоднородны, что мысль, будто они несут информацию, можно сразу отбросить, мы называем их белым шумом: таков, например, звук (словно мириады мышей грызут кукурузные хлопья), нередко сопровождающий междугородные телефонные разговоры. Всякий шум представляет собой вторжение в информационную систему элемента, нарушающего порядок.

Истину, заключенную во втором законе термодинамики, можно, в частности, выразить таким образом: общая тенденция протекания всех естественных процессов в мире направлена на увеличение случайного и беспорядочного; равномерное распределение тепла по Вселенной представляет собой последний этап распространения неупорядоченности.

Нередко приходится сталкиваться с довольно наивным предположением, что, поскольку процесс развития и эволюции подразумевает увеличение видимого порядка, значит, живые организмы ухитряются в каком-то смысле обойти или обмануть второй закон термодинамики (этот вопрос более подробно рассматривается в других работах*). Хотя на самом деле живые организмы ему все же подчиняются, в определенном смысле можно сказать, что они смеются над его духом, если и не над буквой, — ведь эволюция и развитие обычно сопровождаются увеличением упорядоченности и сложности. Однако не следует заходить в этом утверждении слишком далеко, поскольку увеличение видимой сложности в процессе развития частично является своего рода картированием одной формы порядка в другой — переходом генетической информации, содержащейся в нуклеиновых кислотах хромосом, в иную форму порядка, воплощенную в специфических белках, ферментах, а также в структурах организма (см. гл. 10). В любом случае второй закон термодинамики приложим только к замкнутым системам — к таким, в которых не существует никакого обмена веществом или энергией с  {21}  внешней средой. А все живые организмы в термодинамическом отношении являются открытыми системами, и происходящее в них увеличение упорядоченности оплачивается общим увеличением беспорядка в их окружении (см. великолепную книгу Э. Шредингера «Что такое жизнь? С точки зрения физика»).