Как наука о живой природе
| Отклонение такого основного явления, каким является живое вещество в его воздействии на биосферу, от принципа Карно указывает, что жизнь не укладывается в посылки, в которых энтропия установлена. | |||
|
| В.И.Вернадский | ||
Обмен веществ в живой и неживой природе. Принципиальные различия. Вынужденные процессы. Доминирующие процессы. Биосфера как отличительный признак живого. Альтернатива: «Порядок — хаос» или «свободная и связная мощность». Постулаты Бауэра и автоколебания. О принципе Лешателье. Сохранение биологического вида. Сохранение и усиление мощности. Направления изменения мощности. Переход от классической термодинамики к электродинамике Г.Крона. О неримановой динамике. О материально-энергетическом балансе всего живого.
1. 1. Обмен веществ в живой и неживой природе
Кажущиеся трудности в понимании ПРОЦЕССА органической жизни проистекают из того, что органическая жизнь есть не ПРЕДМЕТ, не ВЕЩЬ, которую можно подержать в руках, а ПРОЦЕСС ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ.
Известно, что сам по себе обмен веществ имеет место повсеместно как в явлениях ЖИВОЙ, так и в НЕЖИВОЙ ПРИРОДЕ. Он может быть специфическим признаком живой природы, если указана ПРОТИВОПОЛОЖНОСТЬ направления этого процесса в явлениях неживой и живой природы.
Термин «ПРОТИВОПОЛОЖНОСТЬ» здесь не случаен, так как нам необходимо найти такой признак обмена веществ, который охватывает ВСЕ ЯВЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОЙ ЖИЗНИ НА ПРОТЯЖЕНИИ ВСЕЙ ЕЕ ЭВОЛЮЦИИ И НЕ ОХВАТЫВАЕТ ЭВОЛЮЦИИ НЕЖИВОЙ ПРИРОДЫ.
Хотя обмен веществ и считается одним из признаков жизни — это правда, но не вся правда. Результат обмена веществ имеет два противоположных результата:
· · либо следствием обмена веществ является УВЕЛИЧЕНИЕ СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ,
· · либо следствием обмена веществ является УМЕНЬШЕНИЕ СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ.
2. 2. Принципиальные различия
В эволюции неживой природы, предшествовавшей возникновению жизни, доминировали процессы УМЕНЬШЕНИЯ СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ, что приняло форму ВТОРОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ. В эволюции живой природы доминируют процессы, которые приводят к УВЕЛИЧЕНИЮ СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ, что справедливо для всех форм жизни, включая явления ОБЩЕСТВЕННОЙ ЖИЗНИ. В обыденной жизни этот принцип приводит к росту энерговооруженности труда, которая и наблюдается как РОСТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТРУДА (в первом приближении). Само собою разумеется, что это термодинамически ВЫНУЖДЕННЫЙ процесс, который не может протекать самопроизвольно, но поток лучистой энергии Солнца мощностью 1014 квт и обеспечивает подходящие условия для подобного «принуждения».
3. 3. Вынужденные процессы
Такая противоположность обмена веществ уже давно была намечена в истории химии, когда химические реакции делились на ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЕ и ЭНДОТЕРМИЧЕСКИЕ. Первый тип реакций сопровождался ВЫДЕЛЕНИЕМ ЭНЕРГИИ, а второй тип характеризовался обратным образом — он был связан с ПОГЛОЩЕНИЕМ ЭНЕРГИИ.
Практически очевидно, что экзотермические реакции осуществляются за счет собственной, ранее накопленной энергии, что и позволило приписать им эпитет — «САМОПРОИЗВОЛЬНЫЕ». Наоборот, эндотермические реакции происходят при притоке энергии извне, что и позволило приписать им эпитет — «ВЫНУЖДЕННЫЕ».
В качестве простейших примеров ПРОТИВОПОЛОЖНОГО обмена веществ рассмотрим два примера: 1) ржавление гвоздя, который упал на дорогу; 2) рост растения. Как в первом, так и во втором случае имеет место обмен веществ, но при ржавлении гвоздя процесс экзотермический, где СВОБОДНАЯ (ХИМИЧЕСКИЯ, ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ) энергия УМЕНЬШАЕТСЯ, а при росте растения — наоборот — СВОБОДНАЯЯ (ХИМИЧЕСКАЯ, ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ) энергия УВЕЛИЧИВАЕТСЯ.
Именно этой же ПРОТИВОПОЛОЖНОСТЬЮ и характеризуются процессы обмена веществ в ЖИВОЙ ПРИРОДЕ в противоположность обмену веществ в НЕЖИВОЙ ПРИРОДЕ. Именно благодаря притоку внешней энергии и возможно такое явление, как ОРГАНИЧЕСКИЙ РОСТ, сопровождающийся превращением поступившей энергии извне в ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО, которое и является носителем химической или «свободной» энергии. Термин «свободная» энергия относится к той части энергии, которая способна совершать РАБОТУ. Частным случаем такой РАБОТЫ и является образование органического вещества.
4. 4. Доминирующие процессы
Не следует понимать эту противоположность ПРЯМОЛИНЕЙНО: как в живой, так и в неживой природе проходят как эндотермические, так и экзотермические химические реакции — важно здесь то, какой именно тип химических реакций оказывается ДОМИНИРУЮЩИМ.
Если экзотермические и эндотермические реакции идут с одинаковой скоростью, то полная энергия системы не изменяется.
Даже такое простое явление органической жизни, как РОСТ (клетки, растения, животного) требует, чтобы эндотермические реакции в обмене веществ ДОМИНИРОВАЛИ над экзотермическими реакциями.
В этом смысле, только указание на ДОМИНИРОВАНИЕ эндотермических реакций над экзотермическими дает точное ОПРЕДЕЛЕНИЕ всей совокупности явлений органической жизни. Такое ДОМИНИРОВАНИЕ ЯВНО УСКОЛЬЗАЕТ ОТ ВЗГЛЯДА ФИЗИОЛОГА, занятого тем или иным организмом. Но оно совершенно очевидно по отношению к науке, которая занимается БИОСФЕРОЙ, т.е. геологическим процессом на нашей планете, включающим в себя и всю совокупность социально-экономических явлений, являющихся частным случаем ОРГАНИЧЕСКОЙ ЖИЗНИ, возникающим и поддерживаемым всей совокупностью живых организмов.
5. 5. Биосфера как отличительный признак живого
Наиболее яркое выделение этого признака органической жизни было дано в «Геохимии» В.И.Вернадского. Он писал:
«Не только резко, коренным образом изменилось наше понятие материи. Давно отошла в прошлое материя не только С.Карно (1824), но и материя Клаузиуса (1854). Само представление об энергии под влиянием эмпирических обобщений начинает меняться; ход и последствия этого изменения нами в нужной мере еще не могут быть представлены. Принцип Карно неизбежно получит новое понимание. Проявления жизни являются эмпирическим фактом, с трудом входящим в рамки других природных явлений в аспекте принципа Карно. Уменьшение энергии, ее рассеяние в виде тепла, не имеет места в жизни (такой, как мы ее понимаем) зеленых хлорофилльных растений или автотрофных микробов, взятых в природном аспекте, т.е. неразрывно от биосферы.
Наоборот, в силу факта существования этих организмов количество свободной энергии, способной производить работу, очевидным образом увеличивается к концу их жизни в окружающей природе с ходом геологического времени. Свободный кислород, изготовляемый растениями, каменный уголь, образующийся из их остатков, органические соединения их тел, питающие животных, движения и другие физические и химические проявления, очень различные и многочисленные представляют выявления новой деятельной энергии, не сопровождаемой никоим образом деградацией исходной лучистой энергии солнца. Эта энергия перешла в такую форму, которая создает организм, обладающий потенциальным бессмертием, не уменьшающим, а увеличивающим действенную энергию исходного солнечного луча.
Физиологи, изучающие отдельный взятый — вне среды — организм животных, особенно высших, не считали себя обязанными делать эти выводы. Однако мир животных существует лишь за счет зеленого растительного живого вещества и отдельно существовать не может. И если бы зеленые растения погибли, то он неминуемо должен был бы разделить их судьбу. Это одно нераздельное явление природы.
Мир животных сам по себе не представляет явлений жизни. Животный организм рассеивает внутри своей физиологической машины энергию, накопленную хлорофиллсодержащими организмами. Но вся совокупность животных, особенно ЦИВИЛИЗОВАННОЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВО, по-видимому, соответствует тем же энергетическим проявлениям, которые столь характерны для зеленых растений. В своей совокупности животные и растения, вся живая природа представляют собою явление, ПРОТИВОРЕЧАЩЕЕЕ в своем эффекте в биосфере принципу Карно в его обычной формулировке. Обыкновенно в земной коре в результате жизни и всех ее проявлений ПРОИСХОДИТ УВЕЛИЧЕНИЕ ДЕЙСТВЕННОЙ ЭНЕРГИИ.
Если обратить внимание на всю биогеохимическую работу, производимую живыми организмами, от них неотделимую и ими создаваемую за счет захватываемой ими энергии, мы видим, что создается этим путем сложный, единый комплекс самодовлеющих организмов, активная энергия которых при одной той же исходной, непрерывной, но не увеличивающейся энергии солнца — увеличивается. Она увеличивается в ходе геологического времени. Это увеличение активной энергии сказывается хотя бы в увеличении СОЗНАТЕЛЬНОСТИ и в росте влияния в биосфере и геохимических процессах единого комплекса жизни. Одно создание, медленно шедшее в геологическом времени, такой геологической силы, какой является для нашей психозойской эры ЦИВИЛИЗОВАННОЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВО (с. 222 и сл.), ясно это показывает.
Но то же самое ясно показывает нам процесс эволюции видов, теснейшим образом связанный с ростом действенной геохимической энергии и с полной переработкой биосферы по-новому.
Воздействие жизни на биосферу увеличивается при единообразном притоке действенной (солнечной) энергии. Живое вещество ее накапливает и создает, а не рассеивает.
То же сказывается и в расширении и углублении геохимических функций жизни в ходе геологического времени, во все большем и большем разнообразии морфологических форм ее, очевидно, неизбежно связанным с расширением химического разнообразия.
В явлениях биосферы, в силу существования жизни, энтропия вселенной должна была бы уменьшаться, а не увеличиваться. Это эмпирическое обобщение вызвало новые спекуляции. Немецкий физик Ф.Аэрбах увидел в нем выражение нового принципа, противоречащего энтропии. Он назвал его ЭКТРОПИЕЙ. Он и другие исследователи старались вывести из него космогонические следствия.
Ничто, однако, не заставляет нас делать новые гипотезы. Энтропия Клаузиуса не имеет реального существования: это не факт бытия, это математическое выражение, полезное и нужное, когда оно дает возможность выражать природные явления на математическом языке. Оно верно только в пределах посылок. Отклонение такого основного явления, каким является живое вещество в его воздействии на биосферу от принципа Карно указывает, что жизнь не укладывается в посылки, в которых энтропия установлена». (В.И.Вернадский. Избр. соч.. Т. I. М.: Изд. АН СССР, 1954, с. 218—220).
6. 6. Альтернатива: