§ 3. Проблема соотношения химического и биологического в аспекте понятия сложности
Соотношение химического и биологического нельзя понять вне универсального понятия сложности. Химическое и биологическое— это два уровня сложности, или два многообразия, находящиеся в генетической и актуальной зависимости.
Как осуществляется переход одного многообразия в другое? Ранее отмечалось, что процесс развития материи при переходе ее с одной ступени сложности на другую выражается в росте богатства содержания. Высшая ступень раз/вития обладает большим многообразием и вариабельностью элементов и связей. Поэтому элементы низшего уровня не могут механически переходить в систему высшего уровня Переход одного многообразия в другое необходимо связан с появлением но-
211 См Жданов Ю.А. Углерод и жизнь, с 38—72
74
вых элементов и их связей. Однако поскольку высшая ступень сложности появляется на основе низшей, элементам высшего неоткуда возникнуть, кроме как из элементов низшего Это означает, что образование элементов нового многообразия происходит в результате интеграции элементов старого многообразия.
Множество элементов и связей низшего уровня сложности перегруппировывается на подмножества, которые лежат в основе нового множества элементов и связей. Эти подмножества (названные индивидуальными основами, или эквивалентами элементов высшего уровня) остаются образованиями низшего уровня сложности и образуют систему, не выходящую за его рамки. Поскольку система формируется не сама по себе, а как специфическая основа высшего уровня сложности, она повторяет на своем уровне структуру высшей ступени, т. е. находится с ней в отношениях изоморфизма212Идея теневой системы, или изоморфизма высшей ступени и ее непосредственной. (преобразованной) основы, вытекает из факта согласованности высшего и включенного в его состав низшего уровня сложности, без которой (согласованности) высшее как сложное многоуровневое образование не могло бы существовать и функционировать в качестве единого целого.
Таким образом, соотношение двух многообразий опосредуется теневой системой.Идея теневой системы как механизма перехода от простого к сложному получает подтверждение в молекулярной биологии, молекулярной генетике, теории происхождения жизни. Общей тенденцией молекулярной биологии, как это было под мечено в докладе Дж. Уолда на V Международном биохимическом конгрессе (1961 г), является перевод сугубо биологических понятий эволюции, борьбы за существование, отбора, биогенетического закона, генотипа, фенотипа и т. д. на язык химии, поиск их «молекулярных эквивалентов». «Идеи, которые столетие назад высказывал Дарвин, исходя из данных на основе изучения крупных анатомических структур, мы теперь начинаем понимать в приложении к молекулярной структуре. Мы по-новому трактуем происхождение видов, как возникновение новых комбинаций ДНК, мутаций, как изменение структуры ДНК, и борьбу за существование, в основном, как борьбу за источники АТФ. За традиционными законами «зубов и когтей» мы ищем теперь их молекулярные эквиваленты»213.
212 См Орлов В.В. Психофизиологическая проблема, гл VI, § 3, гл VII
213 Уолд Дж. Филогения и онтогения на молекулярном уровне — Труды МБК Эволюционная биохимия М, 1962, с 19.
75
Молекулярная генетика, связанная с изучением одного и свойств биологических систем — самовоспроизведения, накапливает все больше данных, подтверждающих изоморфизм генотипа и его специфической химической основы. В классическом представлении ген есть «микроскопическая» биологическая единица, которая функционирует как целое, контролируя биологический признак, и как целое ведет себя при мутациях и рекомбинациях214. В свете данных молекулярной генетики мутационные и рекомбинационные изменения в гене не укладываются в те границы, которые очерчивают ген как функциональную единицу. Другими славами, ген содержит множество элементов (пар нуклеотидов), способных обмениваться в процессе рекомбинации и мутировать независимо от соседних элементов.
Это означает, что в основе «микроскопической» биологической единицы лежит специфический комплекс химических составляющих, который возникает путем синтеза из элементов фундаментального химического уровня (представляющих собой химические образования, существующие до живого) и образует индивидуальную химическую основу, или химический эквивалент, гена. Так, гены rIIA и rIIB, определяющие продолжительность жизненного цикла фага Т4, содержат приблизительно 2500 и 1500 пар нуклеотидов215. Тест на комплементарность показал, что совокупность пар нуклеотидов, включенные в эти гены, функционируют как относительно самостоятельные генетические образования, определяющие две различные полипептидные цепи, которые необходимы для размножения фага Т4. Следовательно, ген с химической стороны представляет собой индивидуальный комплекс пар нуклеотидов, детерминирующих элементарный биохимический признак. Согласно Г. Харрису, ген можно рассматривать как фрагмент молекулы ДНК, который содержит несколько сотен или тысяч пар нуклеотидов и имеет уникальную структуру, определяющую его функциональную специфичность216Комплекс пар нуклеотидов, лежащий в основе гена, называют цистроном, который выступает, таким образом, в качестве химического эквивалента гена. Как справедливо отмечает С. Бензер, термин «ген» лучше применять на более высоком, чем «цистрон», уровне интеграции генетического материала217. Следовательно, с одной стороны, ген есть химическое целое, обладающее химическими свойствами и под-
214 См Рейвин А. Эволюция генетики М, 1967, с 98
215 См Уотсон Дж. Молекулярная биология гена М, 1967 с 278
216 См Харрис Г. Основы биохимической генетики человека М, 1973, с 12
217 См Бензер С. Тонкая структура гена — В кн.: Молекулярная генетика М, 1963, с 31.
76
чиняющееся химическим законам, а с другой — ген есть биологическое образование, обладающее биологическим качеством и способностью выполнять в клетке биологические функции
Однако ген и цистрон суть не одно и то же.
Одним из важнейших проявлений их качественного различия служит слитность, простота первого и составность, сложность второго. Ген с биологической точки зрения является элементарным и неразложимым, т е. это есть целостность безотносительно к частям как самостоятельно существующим биологическим субъединицам. С химической стороны ген также характеризуется целостностью, подчиняющей себе свои отдельные химические компоненты. Но химическая целостность гена остается целостностью системы химических частей (ансамбля), поскольку индивидуальность нуклеотидных пар в ней еще сохраняется. Об этом свидетельствует тот факт, что мутации возникают благодаря изменениям какой-либо одной пары оснований в цистроне. Причем частота мутаций в цистроне различная, что можно объяснить, очевидно, сильным влиянием соседних пар нуклеотидов на изменения в единичной нуклеотидной паре. В этом смысле ген и его специфическую химическую основу (цистрон) можно рассматривать как простое биологическое и комплексное химическое образования. Вместе с тем цистрон не есть нечто существующее вне гена или наряду с ним. Он существует как включенный в него, как «его другое», или как противоположность Следовательно, в одном (гене) содержится «другое как свое другое» (цистрон). Будучи противоположностями, ген и цистрон и тождественны, и различны. Ген пронизан биологической сущностью, биологическим «смыслом», а цистрон — химической сущностью, но вместе с тем между ними существует формально-структурное соответствие.Поскольку каждый ген имеет свой эквивалент на химическом уровне, очевидно, совокупность этих эквивалентов (цистронов) образует целостную химическую систему, которая с тужит матрицей генотипа, ибо цистроны, как химические образования, не могут вступать ни в какие другие связи, кроме химических. Не будучи целостным образованием, химическая основа генотипа не была бы способной к постоянному самовоспроизведению и передаче генетической информации, а без этих свойств химической основы генотипа живое не могло бы существовать.
Хотя процессы, составляющие основу генотипа, являются по своей природе химическими, они подчинены биологическим процессам, «пригнаны» к ним, являются механизмом, средством их возникновения. Так, функционирование цистро-
77
нов служит тем механизмом, с помощью которого гены определяют различные биологические признаки Участие генов в передаче наследственных признаков оказывается невозможным, если лежащие в их основе цистроны остаются инактивированными (репрессированными) Молекулярной биологи ей обнаружена четкая корреляция динамики образования и угасания пуффов (представляющих собой активные цистроны) с теми или иными фазами развития организма
Считывание генетической информации и ее трансляция также определяются «потребностями» собственно биологического, что подтверждается, в частности использованием в зависимости от биологических потребностей клеток популяции иРНК, характеризующихся различной скоростью распада долгоживущих, с умеренной продолжительностью жизни, маложивущих218. Поэтому функционирование генотипа как целого возможно только на основе изоморфной ему системы цистронов.
Генотип и лежащая в его основе теневая система принадлежат к двум качественно различным областям действительности и подчиняются собственным законам. Теневой уровень представляет собой химический (нуклеиновый) комплекс. Комплементарное взаимодействие пуриновых и пиримидиновых оснований является существенной особенностью нуклеиновых кислот, которая обусловливает их участие в процессах самовоспроизведения и передаче наследственных признаков обеспечивая возможность процессов, не характерных для молекул других типов репликации, транскрипции трансляции.
Однако, будучи по своей сущности химическим макромолекулярный комплекс (комплекс ДНК — РНК и т.д.) качественно отличается от других разновидностей химического существующих вне структуры живого. Химическое, включаясь в биологическое, не теряет своей качественной определенности (сохраняет общие химические свойства и закономерности), но оказывается в более развитых условиях и потому достигает большей сложности, чем в «свободном виде».
Условия, в которых находится химический уровень в структуре живого не чужды химическому, так как создаются самими химическими явлениями в результате их синтеза в биологическое явление. Поэтому макромолекулярный комплекс оказывается наиболее развитой разновидностью химического, не существующей вне живого. Регуляция химических процессов в нем осуществляется собственным (химическим) регуляторным механизмом, возникшим под влиянием биологических условии и соответствующим им по степени сложности регу-
218 См Дэвидсон Э Действие генов в раннем развитии М, 1972 с 259—260
78
ляция по типу репрессивного контроля у прокариотов и активирующего контроля у эукариотов.
Генотипические процессы также определяются биологическими законами, хотя появляются и существуют в глубокой зависимости от химических законов и условий. Мутабильность генов, межгенные изменения, линейное расположение генов в хромосомах, возникновение нерасхождения хромосом, изменение плоидности в половом процессе и т.д. находятся под непосредственным контролем генотипа 219.
В некоторых исследованиях биологический ген прямолинейно отождествляется с комплексом нуклеотидов (цистроном), а генотип — с целостной системой их. Такой подход, на наш взгляд, является односторонним, редукционистским и ведет фактически к отождествлению биологического и химического. Иллюзия полного сведения биологического уровня организации материи к химическому основана на существовании изоморфного (формально структурного) соответствия биологической системы и ее непосредственной химической ос новы Ген и генотип могу быть описаны на языке химии, по-скольку имеют изоморфные собственно биологическому химические основы. Однако химическое описание их не тождественно биологическому, ибо первое отображает химическое качество а второе — биологическое. Иначе, на языке химии описываются не биологические образования (ген, генотип) с их биологическим качеством, определенностью, а их химические основы. Поэтому химическое объяснение живого недостаточно для его полного понимания Нетождественность биологического и химического описаний живого отмечается многими советскими и зарубежными авторами.
Научное сведение высшего к низшему в отличие от прямолинейного редукционизма учитывает качественную специ фику высшей ступени сложности, ее несводимость к низшей и следовательно, выступает как одна из сторон научного исследования, тесно связанная с другой его стороной — выве
219 См Жакоб Ф Генетика бактериальной клетки —В кн Гершкович И. Генетика VI 1965 с 397
220 См Карпинская Р.С. Философские проблемы молекулярной бно логин М 1971 Сцент-Дьердьи А. Предисловие —В кн Селье Г. На уровне целого организма. М., 1972 Энгельгардт В.И. Интегратизм— путь от простого к сложному в познании явлении жизни — В кн Философские проблемы биологии М 1973 Юдин Б Г Философия биологии и неопозитивизм — Вопр. философии 1976 № 4; Волькенштейн М.В. Биофизика; Needham J Order and life M.I.T. Press U S A 1968 DobzhanskyT On Some Fundamental Concepts of Darwinian Biology Evolutionary Biology. N.Y. 1967, v 2 Thorpe W. Peductionism Its Powers and Limits — Teilhard rev L, 1972, vol. 7, № 3 Hull D Philosophy of Biological Science Englewood Chffs. 1974
79
дением, которая акцентирует внимание на специфике высшего 221.
Современные исследования по проблеме происхождения жизни также подтверждают идею теневой системы. Как считают А. И Опарин, Дж. Бернал, Д. Кеньон и Г. Стейнман, А П. Рудемко, Л Б. Меклер, живые организмы сформировались не путем интеграции готовых молекул белка, нуклеиновых кислот, углеводов и т. д., а посредством доразвития химической (предбиологической) системы, играющей роль матрицы для биологической системы. «Согласно моей гипотезе,— пишет Дж. Бернал, — жизнь существовала еще до возникновения каких бы то ни было организмов. Но это представление содержится также в первоначальной гипотезе А. И. Опарина, согласно которой примитивная клетка... представляла собой нечто вроде неоформленного коацерватного комочка, еще лишенного каких бы то ни было органелл и не подразделенного на участки»222. «Идея о жизни без живых существ может показаться противоречивой…, однако... такая стадия должна существовать, так как простые молекулы должны предшествовать сложным и так как истинные организмы не могут сформироваться без предсуществования сложных молекул»223. Д. Кеньон и Г Стейнман отмечают, что «соединения, которые вполне могли образоваться в процессе химической эволюции, обладают способностью организовываться в сложные надмолекулярные структуры. Эти образования могли бы далее выступать в качестве матриц, на основе которых могли протекать дальнейшие стадии биогенетической эволюции»224. По А П Руденко, «любое свойство живого... обязательно имеет своего предшественника в свойствах неживых открытых каталитических систем»225 «В самый решающий момент превращения неживых катали-
221 Вопрос о различии научного и ненаучного (редукционистского) сведения был принципиально решен в философской литературе 50—60 годов. В современной дискуссии о редукционизме, к сожалению, не всегда ясно выражена мысль о и различии — См. Энгельгардт В.А. Интегратизм — путь от простого к сложному в познании явлении жизни, Карпинская Р С Методология биологического редукционизма — Вопр. философии, 1974, №11, Мейен С.В. Прогноз в биологии и уровни системности живого — В кн.: Биология и современное научное знание М, 1980, Дубровский Д.И. Информация, сознание, мозг, Григорьев Б.В. Взаимосвязь атомизма и редукционизма — Филос. науки, 1981, № 1, Фролов И.Т. Жизнь и познание О диалектике в современной биологии М, 1981
222 Бернал Дж. Возникновение жизни, с 100
223 Bernal I D. The Physical Basis of Life London, Routledge and Kegan Paul, 1951, p 43—44
224 Кеньон Д., Стейнман Г. Биохимическое предопределение М, 1972, с 259
225 Руденко А.П. Теория саморазвития открытых каталитических систем, с 232
80
тических систем в живые при преодолении II кинетического предела появляется только одно новое свойство — свойство самовоспроизведения, возникновение которого обусловлено всем комплексом свойств, присущим каталитическим системам на этапе эволюции»226 до II кинетического предела.
Таким образом, процесс возникновения живого состоит из двух этапов: образования первичной теневой химической системы и матричного копирования, ведущего к появлению собственно живого.
Формирование теневой системы живого есть существенная сторона процесса развития химического в биологическое, ибо жизнь возникает на основе не какой угодно, а лишь достаточно сложной химии, получившей определенную структуру, на базе которой может существовать живое.
Первичная теневая химическая система формируется в период, когда химическая эволюция приобретает непосредственное направление к возникновению живого. Этот период, аналогичный, например, периоду антропогенеза, начинается, вероятно, с момента возникновения аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований и т. д., поскольку они являются теми блоками, из которых складывается живое. Далее происходило образование упорядоченных полипептидов и самореплицирующихся полинуклеотидов. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что саморепликация нуклеиновых кислот могла иметь место в абиотических условиях еще до появления ферментов, так как способность к образованию пар является неотъемлемым свойством оснований. Однако самовоспроизведение без участия ферментов возможно лишь для относительно коротких цепей с малым количеством информации. На завершающем этапе перехода к живому формируется молекулярный механизм, который позволяет переводить последовательность оснований самореплицирующихся нуклеиновых кислот в последовательность аминокислот полипептидной цепи. По С. Оно, «промежуточные формы, обеспечивающие переход от самореплицирующихся «абиотических» нуклеиновых кислот к первым живым формам , очевидно, содержали самореплицирующиеся нуклеиновые кислоты (более вероятно, что они содержали РНК, а не ДНК), причем некоторые из этих нуклеиновых кислот функционировали как первые тРНК. Благодаря наличию тРНК из соответствующих аминокислот уже должны были синтезироваться полипептидные цепи»227. С появлени-
226 Руденко А.П. Теория саморазвития открытых каталитических систем, с 232
227 Оно С. Генетические механизмы прогрессивной эволюции. М, 1973, с 28.
81
ем молекулярного механизма, обеспечивающего синтез специфического катализатора-фермента, возникновение живого становится вполне реальным.
В процессе эволюции вещества в направлении жизни существует критический момент (скачок), когда окончательно формируется теневая химическая система и на ее основе система живого. Период непосредственного развития химической формы материи в биологическую включает в себя этап непосредственной количественной подготовки химического и этап скачка, превращения химической формы материи в биологическую.
В период, непосредственно ведущий к возникновению биологической формы материи, происходит интенсивное развертывание потенциального содержания химической формы материи, т. е. возможности и .необходимости биологического, которые заложены в химическом. Химическое представляет собой противоречивое образование, оно имеет специфическое актуальное содержание и более сложное потенциальное содержание. Установлено, что типы соединений, могущие, как полагают, образоваться в результате добиологической химической эволюции, обладают способностью к формированию протоклеточных структур. По Д. Кеньону и Г. Стейнману, «уже в простых соединениях и условиях заложена некоторая информация о движущих силах эволюции протометаболизма и протоклеток»228. Следовательно, биологическое не является абсолютно случайным по отношению к химическом}. Напротив, возможность и необходимость появления жизни заложены в самой сущности химической материи. Однако химическое может породить живое, лишь обладая такими свойствами, которые по существу представляют собой зародыши, аналоги важнейших свойств живого (самовоспроизведения, роста, развития и т. д.), т.е. имея предпосылки основного содержания живого.
Здесь мы встречаемся со своеобразным парадоксом: с одной стороны, образование теневой системы живого должно предшествовать самому живому, поскольку оно может сложиться только на основе соответствующей ему системы макромолекул, с другой — теневая система живого должна соответствовать (быть «пригнанной», приспособленной) еще не возникшему живому, поскольку она возникает не сама по себе, а как специальная химическая основа живого.
Общее решение парадокса теневой системы было пред-
228 Кеньон Д., Стейнман Г. Биохимическое предопределение, с. 263.
82
ложено А.Н. Кобловым 229. Так как низшее содержит в себе возможность и необходимость высшего, развитие можно представить как сложный и многоплановый процесс развертывания потенциального (высшего) и актуального (специфического, низшего) содержания низшей ступени. Этот двойственный процесс особенно интенсивно протекает в период непосредственного развития низшего в высшее. В этот период начинается формирование теневой системы высшего, которое (формирование) выражает процесс развертывания потенциального (высшего), содержания низшей ступени организации материи. Особый интерес в рассматриваемом отношении представляет заключительный — критический период (скачок) непосредственного развития низшего в высшее, когда окончательно складывается «первичная» теневая система высшего и на ее основе высшее как целое.
Таким образом, во-первых, теневая система окончательно складывается только в период скачка от низшего к высшему («Критический период»), во-вторых, приспособленность теневой системы к еще не возникшему высшему (т. е. ее формирование в направлении к структуре, соответствующей структуре высшего) объясняется направленностью развития от низшего к высшему, развертыванием потенциального содержания, заключенного в низшем. Поэтому необходимо признать, что биологическое обладает такой специфичностью, которая имеет свой эквивалент, или основу, в химической форме материи, но присуща только биологической форме материи, поскольку в свойствах теневой системы нет готового специфического биологического содержания: они заключают в себе лишь возможность и необходимость возникновения такого содержания. Д. Кеньон и Г. Стейнман отмечают, что структуры, подобные биологическим, никоим образом не должны рассматриваться как живые, это всего лишь образования, способные впоследствии развиться в живые системы230. Высшее как реализованная действительность не может быть тождественно потенциальным и нереализованным возможностям, заложенным в низшем.
Теневая система — это химическое, но доведенное до крайней степени развития, химическое, содержащее в себе свое отрицание, т. е. химическое, накануне его перехода в биологическое. Как известно, противоположность, доведенная до крайности, переходит в свою противоположность. Химическое, заключая «в себе», в потенции еще не развернутое
229 Коблов А. Н Соотношение физической и биологической форм материи в молекулярно-кинетическом аспекте —В кн : Философия пограничных проблем науки. Пермь, 1970, вып. 3.
230 См.: Кеньон Д., Стейнман Г. Биохимическое предопределение, с. 277.
83
биологическое, тем самым «отменяет» себя, переходит в живое. Живое снимает в себе химическое, включает его в себя, но как более сложное не сводится к нему, а представляет собой единство химического и собственно биологического. Когда доказывают, что живое нацело, «без остатка», сводится к химическому, то обычно не замечают того, что их формальное тождество в большей мере свидетельствует о зависимости химического от биологического, ибо химическое, включенное в живое, формируется как специальная матрица живого. Эта матрица развивается согласно химическим законам, «химической логике», но «достраивается» под влиянием биологического.
Формирующаяся в период непосредственного развития химической формы материи в биологическую теневая система, или протосистема, имеет первичный характер и претерпевает в процессе развития живого существенные изменения под влиянием фактора жизни. Она приобретает в этом смысле вторичный характер, зависящий как от внутренней логики развития химического, так и — прежде всего — от логики развития жизни. Так, строго специфические последовательности пар нуклеотидов в цистронах нельзя вывести полностью из свойств элементов фундаментального химического уровня, поскольку в них записана информация, являющаяся результатом исторической эволюции живых форм. Установлено, что увеличение степени сблоченности ДНК шло параллельно прогрессивной эволюции крупных таксонов. При этом темпы ее эволюции были непосредственно связаны с биологической эволюцией. Например, темп эволюции ДНК млеко питающих почти в три раза выше, чем ДНК рыб, и в десять раз выше, чем ДНК беспозвоночиых, что коррелирует с темпом эволюции млекопитающих231.
Очевидно, чем сложнее биологический объект, тем сложнее и лежащая в его фундаменте теневая система, тем в большей степени структура и специфика этой системы определяются ее включенностью в живое, подчиненностью собственно живому. Например, химическая основа генотипа бактерий содержит более 1000 цистронов (структурные цистроны преобладают), причем подавляющее количество цистронов находится в активном состоянии. С эволюцией жизни число цистронов возрастает от нескольких тысяч у многоклеточных до 7 млн. у человека, при этом большинство цистронов остается инактивированным (репрессированным).
231 См. Мазин А.Л. Эволюция генома — Журн. Всесоюз. хим. о-ва им. Д. И. Менделеева, 1980, т. 25, № 4, с. 364—367.
84
Еще по теме § 3. Проблема соотношения химического и биологического в аспекте понятия сложности:
- § 2. Критерий сложности химических элементов и соединений
- § 1. Вклад химического способа развития в биологический
- Глава 6. ДИАЛЕКТИКА ХИМИЧЕСКОГО, БИОЛОГИЧЕСКОГО И СОЦИАЛЬНОГО СПОСОБОВ РАЗВИТИЯ
- Биологические науки должны стать наравне с физическими и химическими среди наук, охватывающих ноосферу.
- 3. Соотношение социального и биологического в личности преступника
- Глава 4. ПРОБЛЕМА СЛОЖНОСТИ В ХИМИИ
- § 1. Понятие сложности в химии
- § 2. Проблема химической формы материи и движения в современной науке. Обзор концепций
- . Система права и система законодательства: понятия и проблемы их соотношения
- Основная причина сложности в определении понятия «компетенция
- 1. Социально-биологические проблемы современности и обозримой перспективы
- Раздел IV СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРАВОВЕДЕНИЯ Тема 19 СОДЕРЖАНИЕ, ФОРМА И ИСТОЧНИК ПРАВА ПОНЯТИЕ И СООТНОШЕНИЕ ДАННЫХ КАТЕГОРИЙ. ВИДЫ ФОРМ (ИСТОЧНИКОВ) ПРАВА
- Статья 9.20. Нарушение порядка использования объектов по хранению химического оружия и объектов по уничтожению химического оружия Комментарий к статье 9.20
- Нарушение биологического равновесия и биологического круговорота веществ