4.2. Основные закономерности эволюции живой материи (пункты 7-9, 13).

Эволюция неживого вещества во Вселенной, начавшаяся бурными темпами, постепенно замедляется. Микромир сформировался за 300 с., а макромир усложняется уже более 15 млрд. лет. Замедление эволюционных процессов может быть вызвано, как снижением средней плотности вещества, так и снижением температуры, что хорошо известно из химической кинетики [84, 25]. Замедление эволюции неживого сопровождалось снижением устойчивости структур (атрибутивных информационных пакетов). Хорошо известно, что протон - это сверх устойчивая частица. Атом, особенно не радиоактивный, имеет срок жизни в сотни миллионов и даже миллиардов лет, молекулы «живут» на много порядков меньше.

     Появление живого на Земле придало новый стимул эволюции. Заработала оперативная информация, возникло управление, уменьшился стохастизм процессов развития, процессы стали ускоряться. Атрибутивная неустойчивость стала компенсироваться процессами регенерации, т.е. управляемыми процессами. В итоге устойчивость живых систем стала расти не за счет «прочности», а  из-за  управляемых процессов регенерации, самовосстановления. Жизнь - это уже не столько структура сколько процесс.

    Атрибутивная информация, достигнув очень высокого уровня сложности, когда в одном информационном пакете, например, в живой клетке собраны миллиарды молекул, стала настолько нестабильной, что, если бы не сформировался новый механизм самосохранения (управление),  процесс эволюции должен был бы прекратиться. Однако мы знаем, что с появлением живого процесс эволюции как бы получил второе дыхание. Началось ускорение. Обоснуем это фактами.

Жизнь на Земле в виде простейших одноклеточных обнаруживается в земных пластах (отложениях) возрастом 3,8 млрд. лет. В начале эволюция шла медленно. Биосфера, состоящая из простейших, существовала 1,5 млрд. лет, но темп образования новых, более совершенных организмов ускорялся в следующей последовательности [241]. Архитархи (700 млн), - рыбы (500 млн), - сухопутные позвоночные (350 млн), - рептилии (320 млн), - млекопитающие (220 млн), - птицы (140 млн), - приматы (10-20 млн), - человек (6-1 млн). Как видно, для образования нового вида требуется уже не миллиарды, а сотни и десятки  миллионов лет. Это ускорение эволюции произвело огромное разнообразие видов живых существ, значительно превышающее число видов молекулярных структур Мира. Предполагается, что за  4 млрд. лет на Земле появилось и исчезло более 1 млрд. видов живых существ (молекулярных соединений известно не многим более 10 млн.).  Еще быстрее смена видов происходила в семействе гоминид.

В неживой природе энергия затрачивается только на создание очередной организованности. «Внутренняя» деятельность неживых систем очень примитивна и не требует больших затрат энергии. В живой природе  затраты энергии идут и  на создание атрибутики, и на поддержание функционирования системы. В ходе эволюции энергопотребление живых существ все время возрастало (раздел 2.16). Возникли механизмы поддержания гомеостаза. Непрочная  живая конструкция сохраняется благодаря непрерывному “ремонту” и воспроизводству ( раздел 3.3). В природе произошла генеральная бифуркация, материя получила возможность развиваться двумя способами: путем живой и неживой материи. Активизировался процесс эволюции оперативной информации (раздел 2.3).

       Неживая материя замедляет свою эволюцию, а живая пока ускоряет. В неживой материи более простые информационные пакеты более устойчивы и “живут” дольше. В живой материи – все наоборот. Белковая молекула существует несколько суток [13, 250].  Клетка - несколько месяцев. Организм - год и более. Виды млекопитающих существуют в среднем 2-3 млн. лет и вымирают. Роды млекопитающих (более крупные таксоны) существуют около 8 млн. лет, семейства – около 30, отряды – 73 млн. лет, а типы, например хордовые, - сотни миллионов лет, вся биосфера Земли - 4 млрд. лет [59].

     Чем выше иерархический уровень живых информационных пакетов, тем дольше они существуют. Срок “жизни” биосферы соизмерим со сроком жизни планеты. Изобразить иерархию структур мира вместе с бифуркациями можно графической моделью рис.4.2.1.

Рассматривая эволюцию макромира, следует развернуть такой ряд событий: газопылевое облако – звезды – планеты - планеты с биосферой. Биосфера может появиться не на любой планете, а только там, где есть узкий коридор температур  -1500С - +1500С. За пределами этой экологической ниши царит мир неживых структур, или живых в непривычном для нас понимании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


                                                                                                                    

                                       Рис.4.2.1. Иерархия структур Мира.

 

Следует подчеркнуть, что в отличие от общепринятых линейных иерархических систем мира [139], наша модель разветвлённая (бифуркационная). Пригожин исследует бифуркации типа или-или, а в эволюции наблюдаются развилки типа и-и. Это означает, что эволюция природы в точках бифуркации не прекращает прежнего пути движения (хотя и снижает его интенсивность), но ответвляет новый, более активный вариант развития.

 Поясним суть нового механизма самосохранения сложных, живых систем. Прочность той или иной структуры можно охарактеризовать энергией связи между элементами структуры.

Энергия, разрушающая связь, характеризует прочность связи. Чем прочнее связь, тем стабильнее структура. В науке сказанное моделируют понятием потенциальной ямы (рис. 4.2.2).

 

                                                                 

                

                                    

 

 

           Рис.4.2.2.  Пример двух типов устойчивости.                                                                      

Поясним это следующей аналогией. Шарик 1 находится в потенциальной яме.  Чтобы “выбить” его  из ямы, надо преодолеть потенциальный барьер и затратить энергию DU. Шарик самопроизвольно стремится вернуться в ямку, тем самым, обеспечивая себе устойчивость. Так поддерживается равновесие в микромире (нуклоны, ядра, атомы, молекулы). Если шарик находится в положении 2, то его неустойчивое равновесие можно сохранить, осуществляя управление, работу по его удержанию. Таким  же способом  человек, идущий по канату, непрерывно контролирует положение своего тела и с помощью балансира возвращает себя в положение равновесия.

Как уже обсуждалось, увеличение и усложнение информационного пакета уменьшает его устойчивость, увеличивает вероятность его “поломок”. Чем больше в пакете связей, тем выше вероятность распада какой-либо из них. Полимерная молекула деструктирует чаще,  чем  мономер потому, что в полимерной молекуле тысячи связей. Самолёт содержит больше узлов и деталей, чем автомобиль, поэтому во избежание аварий техосмотр, профилактическая замена их осуществляется постоянно. В космических аппаратах предусматривается многократное дублирование ответственных узлов. Схематически процесс эволюционного восхождения по энергетической лестнице сложности  можно представить графиком (рис.4.2.3). Высота подъема на очередную ступеньку меньше, чем спуск на предыдущую, следовательно затраты энергии на каждый очередной ход уменьшаются. В ходе эволюционного времени Вселенной  информационные пакеты усложняются и растут в размерах, что моделируется увеличением размеров «шариков». Вертикальные штрихи символизируют высоту энергетических барьеров. Видно, что глубина «потенциальных» ям уменьшается, следовательно, с высоких ступенек шарик легче  может «выкатиться» и вернуться назад на предшествующий уровень. Снижение температуры уменьшает кинетическую энергию «шариков», повышая их устойчивость в ямах. Однако живые структуры удерживаются от распада не столько своими совсем мелкими ямками, сколько появлением других (управленческих)  механизмов стабилизации, как уже обсуждалось выше.

Подпись: энергия
 

 

 

 


                                                                                                   

 

 

                                      

 

 

 

 

                  

 

 

 

 

   Рис.4.2.3. Энергетическая модель эволюционной «лестницы».

 

         Биосфера практически возникла вместе с Землей. Древняя биосфера в качестве своих элементов имела одноклеточные организмы (бактерии).  Микроорганизмы способны размножаться делением. Срок их существования очень короткий (десятки минут) и адаптивные возможности огромны. Древняя биосфера обновлялась каждые ~ 30 минут и одноклеточные занимали все экологические ниши. Однако взаимодействия сводили микроорганизмы в колонии и последние объединялись в организмы.  В биосфере стали появляться более крупные образования, более сложные информационные пакеты. Срок жизни организмов уже был выше, чем у клетки. Организмы эволюционировали, приобретали структурную атрибутику (скелеты, панцири, нервы, мозг и т.п.). Структурная атрибутика наследовалась и сохранялась в тысячах и миллионах поколений. До нас «дожили» скелеты, нервная система, кровообращение, эндокринная система, система иммунитета и другое. Как было показано выше, эволюционировали вначале элементы, а с ними блоки и одновременно вся биосфера. Непрерывно изменялся спектр свойств биосферы. Биосфера становилась разнообразнее, приобретала все более крупные блоки. Чем крупнее блок, тем медленнее изменялись его параметры. Как в часовом механизме, часовая стрелка идет медленно, минутная быстрее, секундная еще быстрее. В биосфере быстрее обновляются малые «кирпичики». Например, косметический ремонт дома проводится чаще, чем капитальный,  и еще реже ведется реконструкция всего дома.

Следует дополнительно пояснить механизм увеличения сроков существования особо крупных, живых информационных пакетов (организмы, колонии, ценозы). Представим себе крупное производство, имеющее сотни типов станков. По мере износа станки по очереди заменяются более современными. Этот процесс растянут на десятки лет. Замена одного станка практически не изменяет характер производства. Но когда будет заменено хотя бы 50% станков, то мы увидим совершенно новое производство. Эволюция производства есть следствие эволюции станков. Станок живет меньше, чем производство.

Выводы

1.                 При “конструировании” новых организованностей живой природы используются более крупные информационные блоки, чем в неживой природе.  Клетка это самый малый “кирпич” в строительстве организма. Но биологическая эволюция предпочитает манипулировать более крупными системами: кровеносной, нервной, лимфатической, системами клеток и т.п.

2.                 В неживой природе энергия затрачивается только на создание очередной организованности.  На образование новых организованностей требуются меньшие затраты энергии, чем на образование их предшественников [210, 101].  В живом энергия тратится еще и на поддержание гомеостаза. Чем выше уровень организованности, живого, тем больше требуется энергии на поддержание функционирования (2.16).

3.                 В неживой природе происходит нарастание количества атрибутивной информации. В живом – атрибутивная информация дополнилась оперативной. Наблюдается интенсивный прирост количества оперативной информации (см. раздел 2.3). Оперативная информация приобрела сигнальный характер.

4.                 В ходе эволюции Мира произошла бифуркация на живое и неживое.

5.                 Неживое сохраняет гомеостаз за счет потенциальных барьеров.

6.                 Живое «работает» против сил разрушения, используя процессы управления Живые объекты существуют только благодаря регенерации своих элементов и для этого потребляют энергию. Чем сложнее живой информационный пакет, тем он устойчивее и живучее.

7.                 Эволюция неживого замедляется, а эволюция живого находится на стадии ускорения.

 


Следующий раздел



 



Хостинг от uCoz