(c) Конструкция жизни (1)

Земная эволюция, оцениваемая по ее результатам, заслуживает и положительной и отрицательной оценки. Отрицательной – поскольку, как об этом пойдет речь далее, и своим начальным выбором (строительного элемента) и позднейшими методами формирующего действия эволюция лишила свой конечный и наивысший продукт, а именно нас, шансов на плавное продолжение дела прогресса в биологической плоскости. Как биотехнологические, так и моральные соображения не позволяют нам действовать и дальше методами эволюции: биотехнологические – поскольку как определенное конструктивное решение мы слишком детерминированы созидающими силами Природы; моральные – поскольку мы отбрасываем и метод слепых проб и метод слепой селекции. Вместе с тем решение, данное эволюцией, можно оценить и положительно, ибо при всех биологических ограничениях мы располагаем благодаря общественному развитию науки свободой действия, хотя бы в перспективе.

Представляется вполне вероятным, что «земной вариант» по введенным выше критериям – не наихудший и не наилучший из возможных. Статистические рассуждения о солнечной системе, строго говоря, недопустимы, ибо она насчитывает всего лишь несколько планет. И все же, если исходить из столь скудного сравнительного материала, напрашивается заключение, что клеточно-белковый гомеостаз, несмотря ни на что, в каком-то отношении выше среднего, коль скоро при том же времени существования другие планеты солнечной системы не создали разумных форм. Но это, как я оговорился, очень рискованное умозаключение, поскольку и временные масштабы и темпы изменений могут быть разными; возможно, что метаново-аммиачные планеты принадлежат другой эволюционной цепочке и нашим столетиям отвечают в ней миллионы лет. Поэтому прекратим дальнейшие спекуляции на эту тему.

От «жидких» гомеостатов перейдем к твердым и газовым. Какими, спрашивается, были бы перспективы развития самоорганизации, если бы некий Конструктор положил ей начало в газовых или твердых скоплениях материи?

Эта проблема имеет не академическое, а весьма реальное значение, поскольку ответ на поставленный вопрос может относиться и к возможным инженерным решениям и к вероятности возникновения на непохожих на Землю космических телах других, не коллоидных, а «твердых» или «газовых» эволюционных процессов. Как известно, скорость происходящих реакций имеет здесь первостепенное значение. Конечно, не исключительное, так как течение реакций должно удерживаться в надлежащих рамках, должно допускать контроль над ними и их воспроизведение. С созданием циклических процессов возникают самые ранние, первые автоматизмы на молекулярном уровне, основанные на обратной связи и освобождающие частично центральный регулятор от необходимости безустанно наблюдать за всем, что делается в подчиненной ему области.

Итак – газы. Реакции могут происходить в них быстрее, чем в водной среде, но очень существенными факторами являются здесь температура и давление. На Земле для инициирования реакций и их ускорения эволюция использовала «холодную» технологию, то есть основанную на катализе, а не на применении высоких температур. Этот косвенный метод был единственно возможным. Сложность системы, вырабатывающей высокие давления и температуры, может быть, правда, меньшей, чем сложность каталитической системы, но ведь эволюция не могла создать этой первой из ничего. В данном случае она была «Робинзоном-химиком». В подобной ситуации решающим оказывается не «абсолютный» информационный баланс, то есть не тот факт, что количество информации, нужное для постройки соответствующих насосов, для сопряжения некоторых реакций (например, для фокусирования солнечных лучей), благодаря чему создаются условия для реагирования тел, является наименьшим. Наилучшей оказывается та информация, какую можно в данный момент использовать и привести в действие. Твердые тела и атмосфера на Земле не представляли подобных возможностей. Могли ли возникнуть благоприятные условия при других обстоятельствах? На это мы не в состоянии ответить. Можно лишь строить различные предположения. Конечно, из твердых тел мы уже умеем делать гомеостаты, хотя пока еще примитивные (например, электронные машины). Но эти решения, содержащие ряд принципиальных недостатков, можно признать лишь вступлением к настоящему конструированию таких гомеостатов.

Во-первых, модели, которые мы строим, это «макрогомеостаты», то есть системы, молекулярная структура которых не находится в прямой связи с выполняемыми ими функциями. Такая связь означает не просто пригодность к выполнению функций, необходимую, конечно, электронной машине. Проводники машины должны иметь нужную проводимость, а транзисторы или нейромимы – заданную характеристику и т.п. Такая связь означает прежде всего, что сложная система, зависящая от очень большого числа элементов, непрерывно следить за состоянием которых она не может, должна быть построена по принципу «надежность действия при ненадежности компонент». Эти компоненты должны тем самым обладать автономией исправления и компенсации повреждений, вызываемых внешними или внутренними причинами. Машины, конструировавшиеся до сих пор, этими свойствами не обладают (хотя новые, проектируемые ныне, будут ими обладать хотя бы частично).

Во-вторых, такое положение вещей имеет свои последствия. Цифровая машина может требовать охлаждения некоторых частей (например, ламп), то есть понадобится насос для поддержания циркуляции охлаждающей жидкости. Однако этот насос сам по себе не является гомеостатом. Правда, благодаря этому он устроен значительно проще, чем гомеостатический насос; но зато в случае его повреждения вся машина, вероятно, скоро остановится. В то же время насос органического гомеостата, например сердце, хотя оно и предназначено для чисто механических действий (нагнетание крови), представляет собой многоуровневую гомеостатическую систему. Во-первых, оно является частью объемлющего гомеостата (сердце плюс сосуды плюс невральное регулирование); во-вторых, оно является системой с локальной автономией (автономия регуляции сокращений сердца, встроенная в его собственные нервные узлы); в-третьих, само сердце состоит из многих миллионов микрогомеостатов – мышечных клеток. Решение очень сложное, но зато с многосторонней защитой от возмущений.[107] Эволюция, как уже было сказано, решила эту задачу на основе «холодной» технологии молекулярного катализа в жидкой среде. Можно представить себе аналогичное решение, но с твердым строительным материалом, например как конструкцию кристаллических гомеостатов. По пути к такому решению идут молекулярная техника и физика твердого тела.

О постройке такого «универсального гомеостата», каким является клетка, мы пока не можем и думать. Мы идем по пути, обратному эволюционному, поскольку, как это ни парадоксально, нам легче изготовлять узкоспециализированные гомеостаты. Эквивалентами нейрона являются, например, нейристоры, нейромимы, артроны, из которых строят соответствующие системы, такие, как MIND (Magnetic Integrator Neuron Duplicator), которая выполняет логическую функцию распознавания образов, состоящих из ряда информационных сигналов. По величине системы типа криотрона уже почти соперничают с нервными клетками (всего десять лет назад элементы, выполняющие подобные функции, – катодные лампы – были в миллион раз больше нейрона!) и превосходят их по быстродействию. Пока нам не удается воспроизвести тенденций к самоисправлению. Заметим, кстати, что и ткань центральной нервной системы не регенерируется. Но мы знаем кристаллические системы, возникающие, когда в атомную решетку вводятся следы примесных атомов определенных элементов; эти системы в зависимости от способа изготовления ведут себя как каскадный усилитель, как гетеродин, как реле, выпрямитель и т.п. Из подобных кристаллов можно собрать, например, радиоприемник. Дальнейшим шагом будет уже не составление произвольного функционального целого из кристаллических блоков, а радиоустройство (или электронный мозг) в виде одного кристалла.

В чем привлекательность такого решения? В том, что радиокристалл, разрезанный на две части, представляет собой два независимых и продолжающих действовать радиоаппарата, только с половинной мощностью. Эти части можно разрезать дальше и каждый раз получать «радио» до тех пор, пока последняя частица будет еще содержать необходимые функциональные элементы, то есть атомы. Таким образом, мы приближаемся к тому пределу использования параметров строительного материала, которого на другом, так сказать, фронте материи – в коллоидах – достигла эволюция. Ведь и эволюция применяет «молекулярную технику», с нее она и начала всю свою конструкторскую работу. С самого начала кирпичиками служили ей молекулы, которые она сумела отобрать как по их динамической полезности, так и по их информационной емкости. Источником универсальных решений являются ферменты: они могут выполнять любые функции разложения и синтеза, а также (как элементы генов) функции передачи внутриклеточной и наследственной информации.
[1] [2] [3] [4]