Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул - Эйген М.
Скачать (прямая ссылка):
Предназначена 'для научных работников самых разных специальностей: биологов, химиков, физиков, математиков, философов, историков науки.
Редакция биологической литературы
Э ^ © Перевод на русский язьн^ «Мир», 1973
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Возникновение и становление молекулярной биологии, уже решившей ряд важнейших вопросов естествознания, таких, как проблема молекулярного строения и свойств гена, как проблема генетического кода, определили развитие молекулярной биофизики. Предметом молекулярной биофизики являются строение и физические свойства биологически функциональных молекул, прежде всего белков и нуклеиновых кислот. Биофизика, будучи неотъемлемой частью физики, а не вспомогательной биологической дисциплиной, ставит физические задачи, относящиеся к живым телам, т. е. исходит при изучении живой природы из общих законов, описывающих поведение вещества и поля, и из атомно-молекулярных представлений. Решение этих задач может достигаться и не физическими методами, как это было, например, в случае генетического кода.
Однако физика встречается с трудностями при рассмотрении свойственных живой природе процессов развития —как онтогенеза, так и филогенеза. На первый взгляд между обычной физикой и биологией имеются непреодолимые противоречия. Изолированная физиче_-ская система эволюционирует к_"состоянию наименьшей упо|ГядЭТШ1нб^й7^арГа"ктёрйзуёмому" максимальной энтропией. Напротив,'в биологической системе в процессе ее развития создается все больший порядок —дарвиновская эволюция прослеживается от одноклеточных микроорганизмов до Homo sapiens с его мыслящим мозгом. Биологическое описание развития имеет зачастую финалистический характер — задается вопрос «для чего?'», в то'время как обычная физика каузальна — она ставит вопрос «почему?», по каким причинам реализуется то или иное явление, Эти противоречия приводят
к неовиталистическим концепциям, согласно которым современная физика не в состоянии объяснить биологические явления, имеющие специальный «биотонный» характер [1, 2], и делается вывод о необходимости создания некой принципиально новой физики.
Противоречия эти кажущиеся. Физические законы также могут формулироваться финалистически, если они исходят из вариационных принципов. Достаточно сослаться на принцип Гамильтона, Мопертюи, Ферма, Ле Шателье, на правило Ленца и т. д. Противоречие между биологией и термодинамикой снимается, так как живое тело — всегда Открытая, а не изолированная система. Но физические подходы к рассмотрению таких систем весьма нетривиальны и физические проблемы, относящиеся к процессам развития, еще далеки от' своего решения.
Манфред Эйген, удостоенный в 1967 г. Нобелевской премии по химии за создание и теоретическое обоснование новых релаксационных методов химической кинетики, написал работу, принципиальное значение которой как раз и состоит в физическом рассмотрении биологических процессов — отбора и эволюции. Эйген ограничивается моделированием добиологической эволюции макромолекул, но развитые им идеи и методы имеют и более общее, принципиальное значение.
Естественно, что теоретико-физическое исследование биологических проблем начинается с феноменологического рассмотрения, основанного на неравновесной термодинамике и теории информации. Опираясь на работы Пригожина и его школы [3, 4], Эйген четко показывает, что рассмотрение процессов развития принципиально невозможно в рамках линейной термодинамики, т. е. вблизи состояния равновесия. Модели Эйгена относятся к стационарному состоянию, удаленному от равновесия.
Применению теории информации в биологии посвящено множество работ. В этих работах, как правило, применялось лишь понятие количества информации. Оно оказывается ' полезным: даже простой перевод биологических закономерностей на язык теории информации весьма“"йнформативен. Т а к,и н ф о р м а ц и о нн ы е аспекты Эволюционной теории были раскрыты в очень
важных и содержательных работах И. И. Шмальгау-зена [5, 6].
Однако постепенно становилось ясно, что понятие количества информации мало что дает. Эйген справедливо подчеркивает в этой связи, что, будучи комплементарным энтропии, количество информации только ее и характеризует. В монографии Аптера [7] отмечается, что для биологии существенно не количество информации, а программа последующего развития. О том же писал Моно [8], который ввел понятие «телеономии», выражающее план развития, наличествующий в зиготе, в эволюционирующей популяции, в биосфере. Впрочем, Моно_игнорирует основные особенности живых открытых систем, утверждая, что отличие живого организма от кристалла сводится лишь к "количеству "информации. Тем самым он никак не раскрывает физическое и философское содержание телеономии, и предложенная им натурфилософская конструкция повисает в воздухе.
Эйген с полной ясностью показывает, что для биологии важна ценность информации, а не ее количество. Информация обретает ценность в реальном физикохимическом процессе, и эта ценность должна быть выражена в измеримых физических величинах. Эйген предлагает теорию отбора и эволюции макромолекул, основанную на ценности информации, определяемой как селективная ценность. Селективная ценность выражается через конкретные кинетические параметры.
