Что такое жизнь? - Эрвин Шредингер

От организма следует ожидать новых законов

В этой последней главе я хочу разъяснить следующее: на основании всего, что мы узнали о структуре живой материи, нам нужно быть готовыми к тому, что механизмы ее работы не удастся свести к обычным физическим законам. И дело не в том, что некая «новая сила» направляет поведение отдельных атомов в живом организме. Его строение отличается от того, что мы изучили в физической лаборатории. Грубо говоря, инженер, знакомый лишь с тепловыми двигателями, должен быть готов к тому, что, изучив конструкцию электрического двигателя, обнаружит, что тот работает по еще не известным ему принципам. Инженер увидит медь, знакомую ему по котлам, в виде очень длинной проволоки, намотанной на катушки. Привычное по рычагам, стержням и паровым цилиндрам железо будет заполнять сердцевины этих медных катушек. Инженер не усомнится, что это те же медь и железо, подчиняющиеся тем же законам природы, и будет прав. Различия в конструкции окажется достаточно, чтобы подготовить его к совершенно иному принципу работы. Он не подумает, будто электрический мотор крутит призрак, потому что тот начинает вращаться при повороте переключателя, без котла и пара.

Обозревая биологическую ситуацию

Ход событий в жизненном цикле организма обладает восхитительной регулярностью и порядком, с которыми не сравнится ничто из того, что мы наблюдаем в неодушевленной материи. Им управляет в высшей степени упорядоченная группа атомов, представляющих лишь небольшую часть атомов в клетке. Более того, согласно сформированному нами взгляду на механизм мутаций, мы полагаем, что перемещение нескольких атомов из «правящей» группы зародышевой клетки способно привести к определенному изменению в крупномасштабных наследственных характеристиках организма.

Эти факты являются едва ли не самыми интересными из всех, что выявила современная наука. Вероятно, они не столь уж неправдоподобны. Удивительная способность организма сосредотачивать на себе «поток упорядоченности» и тем самым избегать атомарного хаоса – «пить порядок» из подходящего источника, – судя по всему, связана с наличием «апериодических твердых веществ», хромосомных молекул, которые, без сомнения, олицетворяют высшую – намного выше, чем в обычном периодическом кристалле – степень упорядоченности известных нам атомных ассоциаций в силу особой роли каждого атома и группы.

Перед нами свидетельство того, что существующий порядок обладает силой поддерживать себя и вызывать упорядоченные явления. Это звучит правдоподобно, хотя в данном случае мы, несомненно, опираемся на опыт социального устройства и иные события, связанные с активностью организмов, что напоминает порочный круг.

Суммируя физическую ситуацию

Еще раз подчеркну, что для физика такое состояние дел выглядит не только правдоподобным, но и многообещающим, потому что у него нет прецедентов. Вопреки расхожему мнению, регулярный ход событий, подчиняющихся физическим законам, никогда не является следствием существования одной упорядоченной конфигурации атомов – если только она не повторена многократно, как это бывает в периодическом кристалле или жидкости либо газе, состоящем из большого числа одинаковых молекул.

Даже работая с очень сложной молекулой in vitro, химик всегда имеет дело со множеством таких молекул. К ним применимы его законы. Например, он может сказать, что через минуту после того, как начнется некая реакция, прореагирует половина молекул, а через еще минуту – три четверти. Однако он не сумеет определить, окажется ли одна конкретная молекула (если бы мы могли проследить ее судьбу) среди тех, что прореагировали, или тех, что остались неизменными. Это вопрос вероятности.

Это не чисто теоретическая гипотеза. Мы можем проследить за отдельной небольшой группой атомов или даже одним атомом – и делаем это. Но всегда обнаруживаем полную хаотичность, которая лишь в усредненном виде дает закономерность. В главе 1 мы рассматривали пример. Броуновское движение маленькой частицы, погруженной в жидкость, является хаотичным. Но если таких частиц много, то посредством своего хаотичного движения они вызовут упорядоченное явление – диффузию.

Распад отдельного радиоактивного атома можно наблюдать – он испускает частицу, вызывающую видимую сцинтилляцию на флуоресцентном экране. Но вероятная продолжительность жизни одного радиоактивного атома намного менее конкретна, нежели продолжительность жизни здорового воробья. Достаточно сказать следующее: пока он существует (а это может продолжаться тысячи лет), вероятность распасться в следующую секунду – большая или маленькая – остается для него неизменной. Тем не менее эта оригинальная нехватка личной определенности позволяет вывести точный экспоненциальный закон распада большого числа одинаковых радиоактивных атомов.

Поразительный контраст

В биологии мы имеем дело с иной ситуацией. Отдельная группа атомов, существующая лишь в одном экземпляре, вызывает упорядоченные события, замечательно согласующиеся друг с другом и с окружающей средой и подчиняющиеся чрезвычайно хитроумным законам. Я сказал про один экземпляр, поскольку у нас есть примеры яйцеклетки и одноклеточных организмов. Верно, при переходе к высшим организмам копии множатся, но до какой степени? Нечто вроде 1014 во взрослом млекопитающем, насколько я понимаю. Какая мелочь! Это одна миллионная доля числа молекул в дюйме кубическом воздуха. Пусть и сравнительно крупные, объединившись, они сформируют крошечную каплю жидкости. Посмотрите, как они распределены. Каждая клетка содержит лишь один экземпляр (или, если не забывать про диплоидность, два). Нам известна власть этой крошечной главной конторы в отдельной клетке. Разве не похожи они на органы местного самоуправления, распределенные по всему телу, легко взаимодействующие друг с другом благодаря общему коду?

Подобное фантастическое описание больше подходит поэту, нежели ученому. Однако не требуется обладать поэтическим воображением – достаточно ясного, трезвого научного взгляда, чтобы понять: перед нами явления, регулярным и упорядоченным течением которых управляет «механизм», всецело отличающийся от «вероятностного механизма» физики. То, что в каждой клетке управляющий принцип воплощен в атомной ассоциации, существующей в одном (иногда двух) экземпляре, является наблюдаемым фактом – как и то, что эта ассоциация запускает события, являющие собой образец порядка. Вне зависимости от того, кажется ли нам удивительным или правдоподобным, что маленькая, но организованная группа атомов способна играть такую роль, это беспрецедентная ситуация, какую не встретишь нигде за пределами живой материи.

Физик и химик, исследуя неживую материю, никогда не наблюдали феноменов, которые могли бы интерпретировать подобным образом. Такого случая не было, и потому его нет в нашей теории – нашей прекрасной статистической теории, которой мы столь заслуженно гордились, поскольку она позволяла нам приподнять завесу, увидеть великолепный порядок точного физического закона, возникающий из атомарного и молекулярного хаоса. Ведь она открыла нам, что самый главный, самый общий, всеобъемлющий закон роста энтропии можно понять, не прибегая к специальным допущениям: за ним стоит не что иное, как сама молекулярная неупорядоченность.