Как ни странно, но биология, являющаяся по определению наукой о жизни, развивалась и развивается до сих пор, строго не определив, что такое жизнь. Очевидной причиной этой парадоксальной ситуации является, на наш взгляд, то, что до недавнего времени такого определения просто не требовалось, поскольку для отнесения того или иного объекта к категории живых было достаточно интуитивного представления о том, чем на самом деле является жизнь. Однако необходимым следствием такого представления является субъективизм оценок, поэтому по мере расширения области биологических исследований между биологами необходимо возникали разногласия, порой и непримиримые. В частности, такая ситуация возникла при решении вопроса о том, к живым или неживым объектам должны быть отнесены вирусы и фаги, которые, как известно, не способны самостоятельно воспроизводить себе подобных.

Совершенно очевидно, что в таких условиях дать универсальное определение жизни, исходя из ее проявлений, невозможно. А так как в настоящее время создание такого определения стало настоятельной необходимостью (без него не может быть создана теоретическая биология, или общая теория жизни, как называет это Г. А. Югай¹), то решить проблему может только такое определение жизни, против которого не сможет выступить ни один биолог.

Такое определение уже давно известно - это философское положение, определяющее жизнь как особую форму движения материи². На первый взгляд, это определение не может быть

¹ Югай Г. А. Общая теория жизни. М., 1985.

² Философский словарь. М., 1987.

стр. 133

использовано для построения теоретической биологии, поскольку оно не дает критерия, которому должен удовлетворять процесс, участвующий в создании феномена жизни. Предлагаемая работа посвящена доказательству, что неопределенность этого определения только кажущаяся и, следовательно, из него можно логически вывести критерии, выделяющие из всего множества процессов те, которые создают феномен жизни. Учитывая, что познание сущности жизни, не говоря уже о построении действительно теоретической биологии, имеет несомненное мировоззренческое значение, установление таких критериев представляется актуальным не только для биологии, но и для философии.

Учитывая, что движение - это физический процесс, приведенное выше определение жизни необходимо приводит к выводу, что феномен жизни создают физические процессы.

Это утверждение, имеющее принципиальное значение, примем в качестве аксиомы, на основе которой будут строиться последующие рассуждения. Заметим, что оно обязывает в рассуждениях исходить только из известных физических (или химических, поскольку химические реакции можно считать частным случаем физических процессов) законов, что автоматически должно обеспечить независимость полученных результатов от воззрений разных групп биологов. Сразу условимся, что поскольку нами будут использоваться только те физические законы и положения, которые давно известны и в силу этого представлены в соответствующих учебниках и даже справочниках, то каждый раз делать ссылку на такие источники не будем.

Считаем необходимым заметить следующее. Мы будем использовать аксиомы, в свое время использовавшиеся Б. М. Медниковым для вывода основных положений биологии³. Однако принятая им совокупность аксиом постулирует положения (наличие у субъектов жизни генотипа и фенотипа, матричный метод репликации генетических программ и т. п.), которые в теоретической биологии должны быть выведены. Сразу условимся, что для упрощения изложения все последующие рассуждения будут вестись применительно к простейшему субъекту жизни, т.е. клетке.

³ Медников Б. М. Аксиомы биологии // Наука и жизнь. 1980. N 7 - 10.

стр. 134

Совершенно очевидно, что все достаточно сложно устроенные структуры, в том числе, естественно, и клетки, не могут возникнуть, если участвующие в их создании процессы будут идти одновременно. Отсюда следует, что необходимым условием существования клеток является строгая последовательность процессов, реализующих их индивидуальное развитие. А это возможно, только если в число условий, необходимых и достаточных для начала каждого процесса этой последовательности, входит наличие некоего фактора, момент появления которого зависит от времени. Не вызывает сомнения, что в окружающей клетку среде такой фактор возникнуть не может, поэтому его формирование должно происходить во внутренней среде клетки. Учитывая, что индивидуальное развитие клетки реализуют химические (биохимические) реакции, а каждая из них только ей присущим образом изменяет состав среды в зоне ее протекания, интересующим нас фактором может быть только соответствующее изменение состава внутриклеточной среды, т.е. изменение в ней содержания какого-либо вещества (или веществ). Чтобы выявить природу этого вещества, рассмотрим, как изменяется состав внутренней среды клетки в ходе ее индивидуального развития. Оболочка клетки является мембраной и, следовательно, интенсивность перемещения через нее веществ прямо пропорциональна перепаду на ней их концентраций. Вследствие этого поступление в клетку ассимилируемых из окружающей среды веществ равно количеству ею использованных, а это обеспечивает практическую неизменность их концентраций в ее внутренней среде, что исключает их участие в управлении внутриклеточными процессами. Кроме этих веществ во внутренних средах клеток имеются только продукты идущих там реакций. Те из них, которые являются продуктами метаболизма клетки, из нее удаляются через ее оболочку, которая, как уже было сказано, является мембраной. А это значит, что и содержание во внутренней среде клетки продуктов ее метаболизма можно считать практически постоянным и, следовательно, они тоже не могут управлять развитием клетки. Что же касается остальных продуктов идущих в клетке реакций, то поскольку они не удаляются из клетки, концентрация каждого из них в ее внутренней среде увеличивается с момента начала реакции, в ходе которой он образуется, и до тех пор, пока он не начнет использоваться в какой-то другой реакции. (Заметим, что такие продукты

стр. 135

образуются в ходе каждой реакции, участвующей в создании внутриклеточных структур, так как иначе эти реакции в нем бы не участвовали.) Других изменяющихся во времени параметров внутриклеточная среда не имеет. А если так, то для того, чтобы идущие в клетке реакции были разведены во времени, необходимо, чтобы каждая из них начиналась только тогда, когда концентрация участвующего в ней продукта предыдущей реакции достигнет определенной величины. Легко видеть, что это условие может быть выполнено, только если до этого момента этот продукт не будет вступать в реакцию, реагентом которой он является. Причиной того, что данная реакция не начинается несмотря на то, что в зоне ее протекания присутствуют все ее реагенты, может быть только недостаточная химическая активность по крайней мере одного их них. Понятно, что в рассматриваемом случае реагентом, задерживающим начало реакции, должен быть продукт предыдущей.

Химическая активность вещества определяется кинетической энергией электронов в его молекулах и, следовательно, не зависит от его концентрации в зоне реакции. Отсюда следует, что для управления своим индивидуальным развитием клетка должна иметь структуру, которая при достижении во внутриклеточной среде определенной концентрации данного продукта формирует воздействие, увеличивающее химическую активность его молекул. Любое управление может осуществляться только на основе соответствующей информации. А так как информацией в клетке обладает только генотип, то из сказанного следует, что управление индивидуальным ее развитием может осуществляться только его взаимодействием с внутренней средой.

Приходится констатировать, что до сих пор не ясно, какие именно процессы реализуют это взаимодействие. Очевидно однако, что оно не может быть реализовано столкновениями их молекул и, следовательно, должно происходить без механического их контакта. Известно, что на уровне молекул дистанционное взаимодействие возможно только посредством либо электромагнитных, либо гравитационных полей. Гравитационное поле создает масса тела независимо от его химического состава, поэтому гравитационное взаимодействие генотипа с молекулами внутриклеточной среды не может обеспечить управление идущими в ней реакциями.

стр. 136

Электромагнитное поле создают движущиеся электрические заряды. В молекулах это электроны, вращающиеся вокруг атомных ядер, и сами эти ядра, поскольку они, согласно квантовой механике, непрерывно колеблются относительно точек, в которых равна нулю равнодействующая их химических связей с соседними по молекуле атомами. Результат взаимодействия тел - это соответствующее изменение параметров их движения, в рассматриваемом случае - колебательного. Такое движение полностью характеризуются его частотой и амплитудой. Частота колебаний данного атомного ядра однозначно определяется упругостью его химических связей с соседними атомами, а поскольку рассматриваемое взаимодействие не изменяет строение молекулы, оно не может изменить и частоты колебаний ее атомов. Точно так же оно не может изменить и круговую частоту движения электронов вокруг атомного ядра. Но если так, то параметром, который может изменить взаимодействие генотипа с веществом во внутренней среде клетки, являются амплитуды колебаний соответствующих атомных ядер и (или) электронов в их молекулах.

Неконтактное взаимодействие тел может привести к увеличению амплитуд их колебаний, только если они войдут в резонанс.

Электроны движутся по замкнутым орбитам, поэтому для того, чтобы они могли войти в резонанс, необходимо, чтобы, во-первых, их круговые частоты были одинаковы, и, во-вторых, они должны двигаться синфазно. В рассматриваемом случае центр вращения одного из электронов непрерывно и беспорядочно перемещается по объему клетки, поэтому говорить о синфазности их движения, а значит, и о возможности их резонанса, не имеет смысла. Колебания атомных ядер не круговые, поэтому при совпадении частот их свободных колебаний с частотой воздействующего на атом поля, они могут войти в резонанс. Однако, если учесть отличие масс и электрических зарядов электрона и атомного ядра, а также наличие у последнего химических связей с соседними по молекуле атомами, необходимо придем к выводу, что электрон одной молекулы не сможет ввести в резонанс атомное ядро другой. Если же учесть, что увеличение амплитуды колебаний атомного ядра соответственно увеличивает и амплитуды вращающихся вокруг них электронов, то из сказанного следует, что инициировать в клетке реакции может только резонанс

стр. 137

атомных ядер в молекулах соответствующего вещества и генотипа.

В каждой точке пространства суммарная напряженность поля, образованного наложенными друг на друга двумя электромагнитными полями одной частоты, генерируемыми в разных точках пространства, равна алгебраической сумме их напряженностей. Это необходимо приводит к появлению зон, где суммарная напряженность поля равна или близка нулю. Но если учесть, что в рассматриваемом случае источники этих полей непрерывно перемещаются, то ясно, что появляющиеся зоны с нулевой напряженностью будут сразу же исчезать. Если же учесть и то, что во внутренней среде клетки молекулы веществ, а значит, и источники электромагнитных полей, распределены практически равномерно, то можно считать, что во всех точках внутриклеточной среды суммарная напряженность поля данной частоты одна и та же, и тем больше, чем больше в ней концентрация соответствующего вещества.

Предположим, что в молекуле генотипа данной клетки есть атом, частота свободных колебаний которого совпадает с частотой одного из полей, создаваемого молекулами одного из продуктов идущих в этой клетке реакций. Предположим также, что упругость его связей с соседними атомами меньше, чем у атомных ядер, создающих это поле. По мере роста концентрации продукта напряженности генерируемых его атомами полей в объеме внутренней среды клетки возрастают. Но амплитуды колебаний атомных ядер квантованы, поэтому когда напряженность поля той же частоты, с какой колеблется рассматриваемый атом генотипа, достигнет определенной величины, этот атом скачком увеличит амплитуду своих колебаний. А так как упругость химических связей атомов, создавших возбудившее его поле, больше, чем у него, амплитуды их колебаний останутся прежними.

Увеличение амплитуды колебаний атомного ядра генотипа увеличит напряженность генерируемого им поля, что позволит ему вовлечь в резонанс находящиеся достаточно близко к нему атомы, участвующие в создании возбудившего его поля. Вызванное резонансом увеличение амплитуды колебаний атомного ядра необходимо влечет за собой и увеличение линейных скоростей вращающихся вокруг него электронов, а значит и химической активности тех молекул, которые содержат такие атомы. Увеличение химической активности определенного ве-

стр. 138

щества является достаточным условием для начала соответствующей реакции, естественно при наличии всех остальных ее реагентов. Понятно, что эта реакция будет идти до тех пор, пока концентрация инициировавшего ее продукта не снизится до определенного уровня.

Выше уже говорилось, что взаимодействие генотипа клетки с ее внутренней средой может осуществляться только посредством электромагнитных полей. А если так, то описанный процесс является единственно возможным, который способен избирательно повышать химическую активность молекул. А так как избирательность обеспечивается совпадением частот колебаний атомных ядер в молекулах генотипа и продукта во внутренней среде клетки, то отсюда следует, что наследственная информация должна кодироваться частотами свободных колебаний атомов в молекуле генотипа. Этот результат получен впервые, но несмотря на это, он не противоречит общепринятому утверждению, что наследственная информация закодирована строением молекулы ее носителя, поскольку частоты свободных колебаний атомов молекулы однозначно определяются ее строением. Считаем необходимым подчеркнуть, что здесь, насколько известно автору, впервые описан процесс трансформации наследственной информации в химическую реакцию.

Напряженность электромагнитного поля быстро падает по мере удаления от его источника. Поэтому каждый возбудившийся атом генотипа создает во внутриклеточной среде ограниченную зону, в которой он может возбудить (и возбуждает) находящиеся в этой среде молекулы соответствующего продукта. Будем, для общности, считать, что для инициации какой-либо внутриклеточной реакции необходимо возбуждение не одного, а нескольких атомов генотипа. Но если так, то данная реакция может идти только там, где пересекаются зоны, образованные теми атомами генотипа, возбуждение которых необходимо и достаточно для ее инициации. Понятно, что для того, чтобы такое пересечение существовало, необходимо, чтобы эти атомы достаточно компактно располагались в носителе наследственной информации. Следует отметить, что поскольку в клетке наследственная информация содержится в хромосомах, представляющими собой совокупность плотно упакованных молекул ДНК, то не исключено, что такие зоны могут быть образованы и атомами разных молекул.

стр. 139

Из сказанного следует, что генотип клетки управляет идущими в ней реакциями, в самих реакциях не участвуя. А это значит, что он, по сути дела, является их катализатором. Явление катализа довольно широко используется в реакциях, не имеющих никакого отношения к феномену жизни, и, следовательно, не может входить в категорию особых. Однако каталитический процесс в клетке отличается от катализа в неживой природе тем, что в ней происходит изменение активности катализатора по программе, определяемой содержащейся в клетке информацией.

Что же касается идущих в клетке реакций, то их отличие от реакций в неживой природе заключается в том, что для их реализации необходим катализатор, который они же и образуют (генотип дочерней клетки создается в ходе реакций, реализующих индивидуальное развитие материнской).

Таким образом, принципиальным отличием субъектов жизни от объектов неживой природы является наличие у них информации, инициирующей процессы ее воспроизводства и управления активностью ее частей (генов). Совершенно очевидно, что именно эти процессы образуют категорию особых, и, следовательно, жизнь - это движение материи, управляемое наследственной информацией.