Что такое жизнь и как она возникла? I-7-10. Что такое информация?
I-7-10. Что такое информация?
Что такое жизнь и как она возникла?
Как на уровне индивидуальных организмов, так и на уровне биосферном, все процессы взаимодействия, консолидации, координации, коммуникации регулируются с помощью универсальной способности живого воспринимать, перерабатывать и производить информацию. Информация как сопряженный и протяженный во времени процесс восприятия, переработки и отражения градиентов живыми организмами лежит в основе важнейших свойств живого, определяет пан-информизм живого, как с точки зрения функционирования индивидуальных организмов, так и с точки зрения функционирования биосферы в целом.
Иными словами, инфобиосфера неотделима от биосферы, а биосфера, в свою очередь, немыслима без пан-иформизма. Пан-информизм в свою очередь немыслим без многообразия и разнообразия инфотрегеров - носителей и переносчиков криптоинформации. Инфотрегеры представляют собой мозаику градиентов и не более того. Инфотрегеры немы, глухи и слепы в отсутствие биологического рецептора и транслятора информации, заключенной в инфотрегерах в виде этой мозаики градиентов. Мозаику градиентов, по понятным причинам лишённую рецепторов и генераторов информации по ошибке принято называть информацией, искажая тем самым смысл этого понятия и предельно сужая области его теоретического и практического использования. А ведь на понятии "информация", очищенном от понятия "мозаика градиентов", могут строиться объяснения любых форм проявления свойств живого.
Успех в жизнеспособности любого организма зависит от адекватного реагирования на изменения условий окружающей среды, т.е. от адекватного реагирования на возникающие градиенты. Для этого каждое существо должно воспринимать градиенты внешней среды (свет, звук, температуру, давление и др.), усваивать, обрабатывать их и соответствующим образом на них реагировать, что представляет собой сочетанное использование эндо- и экзоинформации. Только тогда организм может выступать как единое целое, органы и системы органов которого работают согласованно. Такую упорядоченность действий в организме животных выполняют два механизма: нервный и гуморальный. Их действием и влиянием на органы и системы органов осуществляется регуляция всех процессов жизнедеятельности организма, обеспечивается его целостность.
С помощью осязания, благодаря рецепторам, расположенным в коже, мышцах, слизистых оболочках, человек способен фиксировать градиент температуры, давления, воспринимать болевые ощущения, чувствовать прикосновения. Два вида рецепторов кожи - нервные окончания, окружающие волосяные луковицы, и капсулы, состоящие из клеток соединительной ткани, фиксируют именно градиенты. Человек и животные, благодаря слуховой сенсорной системе и голосовым связкам, способны воспринимать и производить мозаику акустических градиентов. Речь человека, лай собаки, пенье соловья есть не что иное, как мозаика градиентов.
У ряда животных акустическое восприятие осуществляется, благодаря комбинации различных органов. Например, летучие мыши во время полёта способны ощущать градиент между отсутствием и наличием отраженного ультразвука. Зрение представляет также способность анализировать мозаику градиентов интенсивности зрительных раздражителей и длин волн. Когда мы смотрим на сплошную белую стену, то мы не получаем информации. Когда на стену садится комар, то градиент в окраске фиксируется нашим зрением и в наш мозг поступает информация.
Выше я рассматривал вопросы таксиса у бактерий, представляющего собой простейшую форму восприятия и переработки различных типов градиентов, присущих среде их обитания. Для каждого конкретного организма способность воспринимать и перерабатывать информацию является первейшим качеством, необходимым для их успешной эволюции. Утрата способности воспринимать наличие градиентов среды обитания - вот причина эволюционного вымывания определенных генов из популяции видов и подвидов живого. Таким образом, эволюционный процесс сводится к превалированию тех особей в популяции, которые тоньше реагируют на наличие градиентов. Приобретением или утратой по разным причинам способности воспринимать градиенты, т.е. информацию, объясняются многие загадки палеонтологии, при разрешении которых обычно способность воспринимать информацию игнорируется по многим причинам и в первую очередь потому, что органы восприятия животных не сохраняются в ископаемых остатках.
В качестве яркого примера эволюции в направление создания способов улавливания физических градиентов в окружающей среде можно привести обнаруженный 1975 году магнитотаксис бактерий или способность бактерий реагировать своим движением на магнитное поле. Дело в том, что магнитотаксисные бактерии являются микроаэрофилами, из-за чего живут на дне водоёмов, на границе ил-вода. В случае, если бактерии по каким-либо причинам попадут в верхние слои воды, наполненные губительным для них кислородом, они начнут двигаться в направлении магнитного севера или юга, в зависимости от полушария, при этом погружаясь и попадая в бескислородную зону. Процесс магнитотаксиса происходит благодаря наличию в клетках бактерий особых мембранных структур, содержащих магнитные наночастицы определённой формы (магнетосомы). Эти монодоменные ферромагнитные кристаллы магнетита в количестве от 15 до 20 кристаллов действуют как игла компаса.
Таким образом, информация представляет собой перцепцию и переработку мозаики градиентов, с помощью которой инфотрегеры хранят и переносят информацию в криптоформе. Мозаика градиентов может быть представлена во времени и в пространстве, составлена из материальных или виртуальных элементов, может представлять собой наложение всех этих факторов. По существу, уровень биологической организации субъекта, воспринимающего и продуцирующего информацию может быть оценен с двух позиций. Первая из них заключается в актуальном многообразии и в чувствительности органов восприятия, являющихся продуктами эволюционного усовершенствования информационного обеспечения жизнедеятельности. Вторая выражается в том, насколько аналитические способности органов восприятия шире тех, которые необходимы для удовлетворения нормальных физиологических потребностей в граничных условиях жизнедеятельности. Собаки, например, намного лучше человека слышат и различают запахи, но они не увлекаются поэзией, хотя эстетика им не чужда, не испытывают потребности в создании произведений искусства, не мучаются над решением научных проблем.
Но существует нечто, что не подаётся утилитарной оценке. Все организмы обладают неконтролируемой или трудноконтролируемой способностью координировать информационную взаимосвязанность и состоятельность фантастического многообразия химические процессов, лежащих в основе жизнедеятельности. Здесь невозможно говорить об иерархии этой состоятельности, поскольку в каждом конкретном случае структура и функция обмена веществ должна быть идеально подогнана к физиологическим особенностям организма, к граничным условиям среды выживания, к источникам и механизмам энергетического обслуживания жизнедеятельности организмов. В упрощенной форме сказанное проявляется в качестве сопряжения процессов анаболизма и катаболизма. Процессы анаболизма всегда связаны с запасанием энергии, в то время как процессы катаболизма - с извлечением запасенной энергии. Растения-фототрофы начинают с анаболизма, с создания сложных органических соединений из атмосферной углекислоты и воды, фосфора и азотистых соединений, поставляемых из корневой системы. В процессе анаболизма они запасают энергию Солнца. В качестве первичных акцепторов этой энергии они принципиально отличаются от гетеротрофов, которые извлекают энергию из органических веществ, прямо или косвенно являющихся продуктами, произведёнными фототрофами и хемотрофами.
У более примитивных организмов в качестве инфотрегеров могут служить простые и сложные химические вещества, а в качестве акцепторов хемоинформации - биополимерные химические структуры, комплексы сопряжённых энзиматических процессов. У более сложно организованных представителей мира живых существ в качестве детекторов эндоинформации могут служить специализированные органы, как, например, антенны у самцов бабочек, улавливающие ничтожные концентрации половых феромонов - экзоинформантов самок. Во главе иерархической пирамиды внутривидового многообразия способов восприятия и генерирования информации находится человек с его нейрогуморальной системой координации метаболитических процессов, с его способностью к невербальной коммуникации (инфотрегеры: интонация, громкость речи, мимика, жесты, позы), с его языком и речью, с его мышлением и органами чувств, уникально способными к мировосприятию многовариантной, сценарно-игровой виртуальности. К обмену знаками способны не только люди, но и животные (зоосемиотика). Однако при всём при том невозможно говорить о том, насколько один вид живого организован лучше другого. Джорджу Симпсону - американскому палеонтологу, специалисту по вымершим млекопитающим и их межконтинентальным миграциям, принадлежит очень точное высказывание о том, что ни одно из живых существ не должно считаться неудачником эволюции, если оно дожило до наших дней.
В растениях энергия Солнца расходуется на развитие корневой системы, на строительство древесины, на образование целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина, участвующих в синтезе ствола (стебля), соединяющих два симбиотически связанных организма, из которых состоят растения, - кроны и корневой системы. Цветы, опадающие листья, семена, плоды являются пищей для животных, насекомых, бактерий и грибов, образующих гумусоподобные вещества. Таким образом, благодаря определенному структурно-функциональному разобщению кроны и корней, катаболизм и анаболизм растений - процессы взаимозависимые, но не критически связанные. Эти два противоположных процессуальных комплекса оказываются как бы информационно связанными, но функционально разъединёнными.
У гетеротрофных же организмов ситуация принципиально иная. У них пища разлагается прежде всего с целью выработки энергии, которая затем затрачивается на анаболитические процессы. Поскольку в подавляющем числе случаев гетеротрофы не могут не быть мобильными, то они отличаются от фототрофов целостностью анатомической структуры. В случае гетеротрофов важно дифференцировать внешнее и внутреннее приложение активности двух противоположных процессов - катаболизма и анаболизма. С одной стороны это - катаболизм веществ, продуктов питания, извлекаемых организмом из внешней среды (к) и катаболизм веществ внутриорганизменных (К), например, апоптоз - программируемая клеточная смерть, разложении альбуминов с извлечением законсервированных в них аминокислот и т.д.
Анаболитическая же активность гетеротрофов в направлении внешней среды (а), представляет собой отходы жизнедеятельности организма (например, экскременты, систематическое удаление волос (шерсти), ногтей (когтей), пота и т.д.), а внутриорганизменный анаболизм (А) заключается в синтезе компонентов, из которых организм строится и на основе которых жизнедетельствует, например, в синтезе белков, в синтезе из двухуглеродных фрагментов холестерина, который является конструкционным элементом энергонепроизводящих клеток, в синтезе из аминокислот пищи вышеупомянутых альбуминов, играющих важную роль в транспорте и метаболизме веществ и т.д. Очевидно, что у гетеротрофов отношение "к-а/к+а" будет величиной относительно постоянной, поскольку "к-а" будет соответствовать в основном теплоотдаче организма, в то время как отношение "К/А" у различных типов организмов будет радикально изменяться в процессе роста и развития. Так, у человека и животных величина "К/А" должна закономерно расти от рождения к смерти.
Известен эмпирический закон смертности Гомпертца — Мейкхама, представляющий собой статистическую закономерность, описывающую смертность человека и большинства многоплодных животных. Согласно этому закону относительная вероятность смерти "р" за фиксированный короткий промежуток времени по достижении возраста "х" равна сумме двух слагаемых, одно из которых представлено константой, не зависящей от возраста, она называется константой Мейкхама, в то время как второе слагаемое представляет собой другую константу в степени возраста "х". Из вышеприведённых рассуждений можно сделать вывод, что величина "к-а/к+а" очень напоминает константу Мейкхама, а второй член уравнения Гомпертца — Мейкхама соответствует значениям отношения К/А, являющимся функцией от "х". Таким образом предлагаемое мною уравнение, описывающее смертность человека и животного, будет иметь вид:
p = α[к-а/к+а] + β[К/А], (1)
где к-а/к+а = Const,
К/А = φ(х)
α и β - константы
Что касается растений, то у них среднегодовое значение коэффициента к-а/к+а по понятным причинам также должно быть величиной постоянной, поскольку фотосинтез (а) зависит от транспорта воды, фосфора, азота и т.д., которые поставляются корневой системой растений (к) в зависимости от поставки в корневую систему питательных веществ из кроны. Деревья усиленно испаряют воду в летний сезон для предохранения листьев от перегрева. Так, например, берёза в пересчёте на 100 г листьев за лето испаряет около 80 литров воды. И эту испарённую воду также необходимо причислить к продуктам катаболизма, поскольку вода поставляется в основном почвенной микрофлорой в ответ на поставку кроной в почву питательных веществ. Что же касается второго члена приведенного выше уравнения (1), то в отличие от гетеротрофных организмов у растений К/А = Const. Это постоянство связано с тем, что растения относятся к метаболитически (информационно) открытым организмам, которые и своей надземной частью, и своей корневой системой открыты для метаболитического взаимодействия с биосферой, т.е. свободно информационно общаются с биосферой.
Кислород, выделяемый растениями, потребляется другими организмами биосферы. Листья, которые опадают с растений, являются пищей для почвенной микрофлоры. Цветы растений являются источником питания для многих насекомых. Плодами и семенами питается множество разнообразных организмов - животных, насекомых, бактерий, грибов, нематод. Растения с помощью корневой системы неограниченно сообщается с почвенными организмами, а с помощью листьев - с солнечным излучением и углекислотой воздуха. Границы для такого общения у кроны и корней теоретически не существует.
Листья дерева, корневая его часть могут рассматриваться в качестве специализированных органов. Так, помимо главного корня растения имеют боковые корни. На концах их находится чехлик (калиптра), представляющий собой живой наперсток из клеток, живущих порядка одной недели. Клетки чехлика постоянно обновляются. Они выделяют слизь, снижающую трение корней о почву. Основную массу воды и питательных веществ молодые корни всасывают с помощью корневых волосков - выростов клеток поверхностной ткани. Корневые волоски, появляющиеся в виде небольших сосочков - выростов клеток, выделяют в почву различные вещества-инфотрегеры, регулирующие видовое разнообразие резидентных организмов ризосферы. Длина волосков варьирует у разных видов растений от 0,06 до 10 мм. С увеличением влажности почвы их образование замедляется, не образуются они и в очень сухой почве. По прошествии 1-3 недель корневой волосок отмирает.
Периодически происходит массовое опадение листьев растений, но сбрасывание листвы в небольших количествах происходит практически постоянно. Среди некоторых факторов массовый листопад в средней климатической полосе объясняется замерзанием почвы, прекращением активности организмов, населяющих ризосферу, прекращением поставок воды в крону. Эти примеров достаточно, чтобы понять, что деревьев функциональные органы могут дробно обновляться, отмирать и возникать de novo без радикального нарушения обмена веществ, без изменения процессов, сопрягающих анаболизм с катаболизмом. У животных организмов с их замкнутой информационной системов существует апоптоз и обновление клеток органов, но все эти процесс сильно взаимосвязаны, в то время как опадение листьев у дерева не влияет на работу корневой системы.
Понятно, что сырьё, поступающее в процесс "к" у гетеротрофов имеет более высокую удельную теплоту сгорания в сравнении с отдельными продуктами, из которых синтезируются структурные и функциональные компоненты клеток (процесс "а"). На этой закономерности строится вся система утилизации энергии Солнца биосферой, все её пищевые цепи. Недоокисленные продукты восстанавливаются или же дальше окисляются, вовлекая в процесс всё новые виды живых существ. Выделяющаяся при полном окислении органических веществ углекислота вновь используется фотосинтезирующими организмами для образования новых продуктов с высокой теплотой сгорания, которые поступят в процесс "к". Образующийся при восстановлении полупродуктов метан будет окислен метанотрофами...
Что же касается внутриорганизменных катаболизма и анаболизма - "К" и "А", то здесь возникает множество вопросов, ответов на которые в настоящее время не существует. Если "К" и "А" у деревьев демонстрируют псевдоравновесный характер, то у животных организмов альтернативность динамики этих процессов лежит в основе феномена жизни и смерти. На первый взгляд непонятно, почему сосна Pinus longaeva живёт 5 тысяч лет, куст шиповника - 400, а жизнь животных не только протекает в очень короткие сроки, но и в значительной степени изменяется в процессе онтогенеза с точки зрения физиолого-биохимического качества.
В связи со сказанным выше продуктивно рассуждать не о средней, а о максимально достижимой продолжительности жизни, поскольку сокращение продолжительности индивидуальной жизни зависит от многих условий, большинство из которых имеет частный характер и может вообще не иметь отношения к биологии. Те, которые предпочитают верить в библейские сказки, могут позволить себе не сомневаться в том, что Мафусаил прожил 969 лет (Быт. 5:21-27). Потерявшие всякое чувство меры руководители советского Азербайджана придумывали долгожителей - чемпионов мира - для того, чтобы в очередной день рождения фальшивых долгожителей информацию ТАСС об этом событии покупали зарубежные информационные агентства. Так, например, сначала чемпионом мира был Махмуд Багир оглы Эйвазов, якобы проживший 152 года, а затем на этой почётной должности его сменил Ширали Фарзали оглы Муслимов, якобы проживший 168 лет. Известно, что список старейших верифицированных людей за всю историю возглавляет Жанна Кальман, прожившая всего лишь (!) 122 года и 164 дня.
Между тем, в отличие от людей, возраст деревьев однозначно определяется по их годовым кольцам. Вот список некоторых деревьев-долгожителей: сосна остистая межгорная (Pinus longaeva) по имени Прометей возрастом в 4862 года была срублена в 1964 году (Гора Уилер, Невада, США, ), сосна остистая межгорная (Pinus longaeva) по имени Мафусаил имеет возраст 4842 года (Округ Иньо, Калифорния, США, старейшее в настоящее время живое дерево), Фицройя (Fitzroya cupressoides), возрастом 3622 года (Национальный парк Алерсе-Андино, Лос-Лагос, Чили), фикус священный (Ficus religiosa) по имени Джайя Шри Маха Бодхи возрастом 2299 лет (Анурадхапура, Северо-Центральная провинция, Шри-Ланка), можжевельник западный (Juniperus occidentalis) возрастом 2200 лет (Сьерра-Невада, Калифорния, США) и многие другие деревья и кустарники, прожившие тысячелетия и столетия.
Таким образом, позволительно говорить о том, что свободный, неограниченный информационный обмен со средой можно рассматривать каким-то образом связанным с максимальной продолжительностью жизни организма. В то время как характер информации, скрытой в инфотрегерах, никак не влияет на продолжительность существования инфотрегеров. Это отличие информации от носителей криптоинформации является ещё одним доказательством того, что информация является исключительной особенностью живых существ. В информационно (метаболитически) - открытых организмах механизмы, ответственные за метаболитические и информационные процессы, не нуждаются в обособлении, они непосредственно соединены с биосферой. В организме мобильных животных подобное невозможно. Основные физиолого-биохимические функции у них обособлены в виде специализированных органов, информационный обмен которых осуществляется при участии нейрогуморальной системы под управлением мозга.
У животных изнашивание органов приводит к старению, чего (изнашивания) не может быть у растений, у которых изношенные части легко отделяются без нарушения целостности обменных процессов. В организме животных новая печень, новые почки, новое сердце и т.е. вырасти не могут, поскольку все эти органы информационно взаимосвязаны в одном организме. У растений новые ветки, новые листья, новые корни вырастают постоянно, информационный обмен с окружающей средой в отличие от животных не прекращается, поэтому растения могут быть вечнорастущими в отличие от животных. Таким образом, здесь мы подходим к вопросам, касающихся продолжительности жизни.
(Продолжение следует)
Что такое жизнь и как она возникла?
Как на уровне индивидуальных организмов, так и на уровне биосферном, все процессы взаимодействия, консолидации, координации, коммуникации регулируются с помощью универсальной способности живого воспринимать, перерабатывать и производить информацию. Информация как сопряженный и протяженный во времени процесс восприятия, переработки и отражения градиентов живыми организмами лежит в основе важнейших свойств живого, определяет пан-информизм живого, как с точки зрения функционирования индивидуальных организмов, так и с точки зрения функционирования биосферы в целом.
Иными словами, инфобиосфера неотделима от биосферы, а биосфера, в свою очередь, немыслима без пан-иформизма. Пан-информизм в свою очередь немыслим без многообразия и разнообразия инфотрегеров - носителей и переносчиков криптоинформации. Инфотрегеры представляют собой мозаику градиентов и не более того. Инфотрегеры немы, глухи и слепы в отсутствие биологического рецептора и транслятора информации, заключенной в инфотрегерах в виде этой мозаики градиентов. Мозаику градиентов, по понятным причинам лишённую рецепторов и генераторов информации по ошибке принято называть информацией, искажая тем самым смысл этого понятия и предельно сужая области его теоретического и практического использования. А ведь на понятии "информация", очищенном от понятия "мозаика градиентов", могут строиться объяснения любых форм проявления свойств живого.
Успех в жизнеспособности любого организма зависит от адекватного реагирования на изменения условий окружающей среды, т.е. от адекватного реагирования на возникающие градиенты. Для этого каждое существо должно воспринимать градиенты внешней среды (свет, звук, температуру, давление и др.), усваивать, обрабатывать их и соответствующим образом на них реагировать, что представляет собой сочетанное использование эндо- и экзоинформации. Только тогда организм может выступать как единое целое, органы и системы органов которого работают согласованно. Такую упорядоченность действий в организме животных выполняют два механизма: нервный и гуморальный. Их действием и влиянием на органы и системы органов осуществляется регуляция всех процессов жизнедеятельности организма, обеспечивается его целостность.
С помощью осязания, благодаря рецепторам, расположенным в коже, мышцах, слизистых оболочках, человек способен фиксировать градиент температуры, давления, воспринимать болевые ощущения, чувствовать прикосновения. Два вида рецепторов кожи - нервные окончания, окружающие волосяные луковицы, и капсулы, состоящие из клеток соединительной ткани, фиксируют именно градиенты. Человек и животные, благодаря слуховой сенсорной системе и голосовым связкам, способны воспринимать и производить мозаику акустических градиентов. Речь человека, лай собаки, пенье соловья есть не что иное, как мозаика градиентов.
У ряда животных акустическое восприятие осуществляется, благодаря комбинации различных органов. Например, летучие мыши во время полёта способны ощущать градиент между отсутствием и наличием отраженного ультразвука. Зрение представляет также способность анализировать мозаику градиентов интенсивности зрительных раздражителей и длин волн. Когда мы смотрим на сплошную белую стену, то мы не получаем информации. Когда на стену садится комар, то градиент в окраске фиксируется нашим зрением и в наш мозг поступает информация.
Выше я рассматривал вопросы таксиса у бактерий, представляющего собой простейшую форму восприятия и переработки различных типов градиентов, присущих среде их обитания. Для каждого конкретного организма способность воспринимать и перерабатывать информацию является первейшим качеством, необходимым для их успешной эволюции. Утрата способности воспринимать наличие градиентов среды обитания - вот причина эволюционного вымывания определенных генов из популяции видов и подвидов живого. Таким образом, эволюционный процесс сводится к превалированию тех особей в популяции, которые тоньше реагируют на наличие градиентов. Приобретением или утратой по разным причинам способности воспринимать градиенты, т.е. информацию, объясняются многие загадки палеонтологии, при разрешении которых обычно способность воспринимать информацию игнорируется по многим причинам и в первую очередь потому, что органы восприятия животных не сохраняются в ископаемых остатках.
В качестве яркого примера эволюции в направление создания способов улавливания физических градиентов в окружающей среде можно привести обнаруженный 1975 году магнитотаксис бактерий или способность бактерий реагировать своим движением на магнитное поле. Дело в том, что магнитотаксисные бактерии являются микроаэрофилами, из-за чего живут на дне водоёмов, на границе ил-вода. В случае, если бактерии по каким-либо причинам попадут в верхние слои воды, наполненные губительным для них кислородом, они начнут двигаться в направлении магнитного севера или юга, в зависимости от полушария, при этом погружаясь и попадая в бескислородную зону. Процесс магнитотаксиса происходит благодаря наличию в клетках бактерий особых мембранных структур, содержащих магнитные наночастицы определённой формы (магнетосомы). Эти монодоменные ферромагнитные кристаллы магнетита в количестве от 15 до 20 кристаллов действуют как игла компаса.
Таким образом, информация представляет собой перцепцию и переработку мозаики градиентов, с помощью которой инфотрегеры хранят и переносят информацию в криптоформе. Мозаика градиентов может быть представлена во времени и в пространстве, составлена из материальных или виртуальных элементов, может представлять собой наложение всех этих факторов. По существу, уровень биологической организации субъекта, воспринимающего и продуцирующего информацию может быть оценен с двух позиций. Первая из них заключается в актуальном многообразии и в чувствительности органов восприятия, являющихся продуктами эволюционного усовершенствования информационного обеспечения жизнедеятельности. Вторая выражается в том, насколько аналитические способности органов восприятия шире тех, которые необходимы для удовлетворения нормальных физиологических потребностей в граничных условиях жизнедеятельности. Собаки, например, намного лучше человека слышат и различают запахи, но они не увлекаются поэзией, хотя эстетика им не чужда, не испытывают потребности в создании произведений искусства, не мучаются над решением научных проблем.
Но существует нечто, что не подаётся утилитарной оценке. Все организмы обладают неконтролируемой или трудноконтролируемой способностью координировать информационную взаимосвязанность и состоятельность фантастического многообразия химические процессов, лежащих в основе жизнедеятельности. Здесь невозможно говорить об иерархии этой состоятельности, поскольку в каждом конкретном случае структура и функция обмена веществ должна быть идеально подогнана к физиологическим особенностям организма, к граничным условиям среды выживания, к источникам и механизмам энергетического обслуживания жизнедеятельности организмов. В упрощенной форме сказанное проявляется в качестве сопряжения процессов анаболизма и катаболизма. Процессы анаболизма всегда связаны с запасанием энергии, в то время как процессы катаболизма - с извлечением запасенной энергии. Растения-фототрофы начинают с анаболизма, с создания сложных органических соединений из атмосферной углекислоты и воды, фосфора и азотистых соединений, поставляемых из корневой системы. В процессе анаболизма они запасают энергию Солнца. В качестве первичных акцепторов этой энергии они принципиально отличаются от гетеротрофов, которые извлекают энергию из органических веществ, прямо или косвенно являющихся продуктами, произведёнными фототрофами и хемотрофами.
У более примитивных организмов в качестве инфотрегеров могут служить простые и сложные химические вещества, а в качестве акцепторов хемоинформации - биополимерные химические структуры, комплексы сопряжённых энзиматических процессов. У более сложно организованных представителей мира живых существ в качестве детекторов эндоинформации могут служить специализированные органы, как, например, антенны у самцов бабочек, улавливающие ничтожные концентрации половых феромонов - экзоинформантов самок. Во главе иерархической пирамиды внутривидового многообразия способов восприятия и генерирования информации находится человек с его нейрогуморальной системой координации метаболитических процессов, с его способностью к невербальной коммуникации (инфотрегеры: интонация, громкость речи, мимика, жесты, позы), с его языком и речью, с его мышлением и органами чувств, уникально способными к мировосприятию многовариантной, сценарно-игровой виртуальности. К обмену знаками способны не только люди, но и животные (зоосемиотика). Однако при всём при том невозможно говорить о том, насколько один вид живого организован лучше другого. Джорджу Симпсону - американскому палеонтологу, специалисту по вымершим млекопитающим и их межконтинентальным миграциям, принадлежит очень точное высказывание о том, что ни одно из живых существ не должно считаться неудачником эволюции, если оно дожило до наших дней.
В растениях энергия Солнца расходуется на развитие корневой системы, на строительство древесины, на образование целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина, участвующих в синтезе ствола (стебля), соединяющих два симбиотически связанных организма, из которых состоят растения, - кроны и корневой системы. Цветы, опадающие листья, семена, плоды являются пищей для животных, насекомых, бактерий и грибов, образующих гумусоподобные вещества. Таким образом, благодаря определенному структурно-функциональному разобщению кроны и корней, катаболизм и анаболизм растений - процессы взаимозависимые, но не критически связанные. Эти два противоположных процессуальных комплекса оказываются как бы информационно связанными, но функционально разъединёнными.
У гетеротрофных же организмов ситуация принципиально иная. У них пища разлагается прежде всего с целью выработки энергии, которая затем затрачивается на анаболитические процессы. Поскольку в подавляющем числе случаев гетеротрофы не могут не быть мобильными, то они отличаются от фототрофов целостностью анатомической структуры. В случае гетеротрофов важно дифференцировать внешнее и внутреннее приложение активности двух противоположных процессов - катаболизма и анаболизма. С одной стороны это - катаболизм веществ, продуктов питания, извлекаемых организмом из внешней среды (к) и катаболизм веществ внутриорганизменных (К), например, апоптоз - программируемая клеточная смерть, разложении альбуминов с извлечением законсервированных в них аминокислот и т.д.
Анаболитическая же активность гетеротрофов в направлении внешней среды (а), представляет собой отходы жизнедеятельности организма (например, экскременты, систематическое удаление волос (шерсти), ногтей (когтей), пота и т.д.), а внутриорганизменный анаболизм (А) заключается в синтезе компонентов, из которых организм строится и на основе которых жизнедетельствует, например, в синтезе белков, в синтезе из двухуглеродных фрагментов холестерина, который является конструкционным элементом энергонепроизводящих клеток, в синтезе из аминокислот пищи вышеупомянутых альбуминов, играющих важную роль в транспорте и метаболизме веществ и т.д. Очевидно, что у гетеротрофов отношение "к-а/к+а" будет величиной относительно постоянной, поскольку "к-а" будет соответствовать в основном теплоотдаче организма, в то время как отношение "К/А" у различных типов организмов будет радикально изменяться в процессе роста и развития. Так, у человека и животных величина "К/А" должна закономерно расти от рождения к смерти.
Известен эмпирический закон смертности Гомпертца — Мейкхама, представляющий собой статистическую закономерность, описывающую смертность человека и большинства многоплодных животных. Согласно этому закону относительная вероятность смерти "р" за фиксированный короткий промежуток времени по достижении возраста "х" равна сумме двух слагаемых, одно из которых представлено константой, не зависящей от возраста, она называется константой Мейкхама, в то время как второе слагаемое представляет собой другую константу в степени возраста "х". Из вышеприведённых рассуждений можно сделать вывод, что величина "к-а/к+а" очень напоминает константу Мейкхама, а второй член уравнения Гомпертца — Мейкхама соответствует значениям отношения К/А, являющимся функцией от "х". Таким образом предлагаемое мною уравнение, описывающее смертность человека и животного, будет иметь вид:
p = α[к-а/к+а] + β[К/А], (1)
где к-а/к+а = Const,
К/А = φ(х)
α и β - константы
Что касается растений, то у них среднегодовое значение коэффициента к-а/к+а по понятным причинам также должно быть величиной постоянной, поскольку фотосинтез (а) зависит от транспорта воды, фосфора, азота и т.д., которые поставляются корневой системой растений (к) в зависимости от поставки в корневую систему питательных веществ из кроны. Деревья усиленно испаряют воду в летний сезон для предохранения листьев от перегрева. Так, например, берёза в пересчёте на 100 г листьев за лето испаряет около 80 литров воды. И эту испарённую воду также необходимо причислить к продуктам катаболизма, поскольку вода поставляется в основном почвенной микрофлорой в ответ на поставку кроной в почву питательных веществ. Что же касается второго члена приведенного выше уравнения (1), то в отличие от гетеротрофных организмов у растений К/А = Const. Это постоянство связано с тем, что растения относятся к метаболитически (информационно) открытым организмам, которые и своей надземной частью, и своей корневой системой открыты для метаболитического взаимодействия с биосферой, т.е. свободно информационно общаются с биосферой.
Кислород, выделяемый растениями, потребляется другими организмами биосферы. Листья, которые опадают с растений, являются пищей для почвенной микрофлоры. Цветы растений являются источником питания для многих насекомых. Плодами и семенами питается множество разнообразных организмов - животных, насекомых, бактерий, грибов, нематод. Растения с помощью корневой системы неограниченно сообщается с почвенными организмами, а с помощью листьев - с солнечным излучением и углекислотой воздуха. Границы для такого общения у кроны и корней теоретически не существует.
Листья дерева, корневая его часть могут рассматриваться в качестве специализированных органов. Так, помимо главного корня растения имеют боковые корни. На концах их находится чехлик (калиптра), представляющий собой живой наперсток из клеток, живущих порядка одной недели. Клетки чехлика постоянно обновляются. Они выделяют слизь, снижающую трение корней о почву. Основную массу воды и питательных веществ молодые корни всасывают с помощью корневых волосков - выростов клеток поверхностной ткани. Корневые волоски, появляющиеся в виде небольших сосочков - выростов клеток, выделяют в почву различные вещества-инфотрегеры, регулирующие видовое разнообразие резидентных организмов ризосферы. Длина волосков варьирует у разных видов растений от 0,06 до 10 мм. С увеличением влажности почвы их образование замедляется, не образуются они и в очень сухой почве. По прошествии 1-3 недель корневой волосок отмирает.
Периодически происходит массовое опадение листьев растений, но сбрасывание листвы в небольших количествах происходит практически постоянно. Среди некоторых факторов массовый листопад в средней климатической полосе объясняется замерзанием почвы, прекращением активности организмов, населяющих ризосферу, прекращением поставок воды в крону. Эти примеров достаточно, чтобы понять, что деревьев функциональные органы могут дробно обновляться, отмирать и возникать de novo без радикального нарушения обмена веществ, без изменения процессов, сопрягающих анаболизм с катаболизмом. У животных организмов с их замкнутой информационной системов существует апоптоз и обновление клеток органов, но все эти процесс сильно взаимосвязаны, в то время как опадение листьев у дерева не влияет на работу корневой системы.
Понятно, что сырьё, поступающее в процесс "к" у гетеротрофов имеет более высокую удельную теплоту сгорания в сравнении с отдельными продуктами, из которых синтезируются структурные и функциональные компоненты клеток (процесс "а"). На этой закономерности строится вся система утилизации энергии Солнца биосферой, все её пищевые цепи. Недоокисленные продукты восстанавливаются или же дальше окисляются, вовлекая в процесс всё новые виды живых существ. Выделяющаяся при полном окислении органических веществ углекислота вновь используется фотосинтезирующими организмами для образования новых продуктов с высокой теплотой сгорания, которые поступят в процесс "к". Образующийся при восстановлении полупродуктов метан будет окислен метанотрофами...
Что же касается внутриорганизменных катаболизма и анаболизма - "К" и "А", то здесь возникает множество вопросов, ответов на которые в настоящее время не существует. Если "К" и "А" у деревьев демонстрируют псевдоравновесный характер, то у животных организмов альтернативность динамики этих процессов лежит в основе феномена жизни и смерти. На первый взгляд непонятно, почему сосна Pinus longaeva живёт 5 тысяч лет, куст шиповника - 400, а жизнь животных не только протекает в очень короткие сроки, но и в значительной степени изменяется в процессе онтогенеза с точки зрения физиолого-биохимического качества.
В связи со сказанным выше продуктивно рассуждать не о средней, а о максимально достижимой продолжительности жизни, поскольку сокращение продолжительности индивидуальной жизни зависит от многих условий, большинство из которых имеет частный характер и может вообще не иметь отношения к биологии. Те, которые предпочитают верить в библейские сказки, могут позволить себе не сомневаться в том, что Мафусаил прожил 969 лет (Быт. 5:21-27). Потерявшие всякое чувство меры руководители советского Азербайджана придумывали долгожителей - чемпионов мира - для того, чтобы в очередной день рождения фальшивых долгожителей информацию ТАСС об этом событии покупали зарубежные информационные агентства. Так, например, сначала чемпионом мира был Махмуд Багир оглы Эйвазов, якобы проживший 152 года, а затем на этой почётной должности его сменил Ширали Фарзали оглы Муслимов, якобы проживший 168 лет. Известно, что список старейших верифицированных людей за всю историю возглавляет Жанна Кальман, прожившая всего лишь (!) 122 года и 164 дня.
Между тем, в отличие от людей, возраст деревьев однозначно определяется по их годовым кольцам. Вот список некоторых деревьев-долгожителей: сосна остистая межгорная (Pinus longaeva) по имени Прометей возрастом в 4862 года была срублена в 1964 году (Гора Уилер, Невада, США, ), сосна остистая межгорная (Pinus longaeva) по имени Мафусаил имеет возраст 4842 года (Округ Иньо, Калифорния, США, старейшее в настоящее время живое дерево), Фицройя (Fitzroya cupressoides), возрастом 3622 года (Национальный парк Алерсе-Андино, Лос-Лагос, Чили), фикус священный (Ficus religiosa) по имени Джайя Шри Маха Бодхи возрастом 2299 лет (Анурадхапура, Северо-Центральная провинция, Шри-Ланка), можжевельник западный (Juniperus occidentalis) возрастом 2200 лет (Сьерра-Невада, Калифорния, США) и многие другие деревья и кустарники, прожившие тысячелетия и столетия.
Таким образом, позволительно говорить о том, что свободный, неограниченный информационный обмен со средой можно рассматривать каким-то образом связанным с максимальной продолжительностью жизни организма. В то время как характер информации, скрытой в инфотрегерах, никак не влияет на продолжительность существования инфотрегеров. Это отличие информации от носителей криптоинформации является ещё одним доказательством того, что информация является исключительной особенностью живых существ. В информационно (метаболитически) - открытых организмах механизмы, ответственные за метаболитические и информационные процессы, не нуждаются в обособлении, они непосредственно соединены с биосферой. В организме мобильных животных подобное невозможно. Основные физиолого-биохимические функции у них обособлены в виде специализированных органов, информационный обмен которых осуществляется при участии нейрогуморальной системы под управлением мозга.
У животных изнашивание органов приводит к старению, чего (изнашивания) не может быть у растений, у которых изношенные части легко отделяются без нарушения целостности обменных процессов. В организме животных новая печень, новые почки, новое сердце и т.е. вырасти не могут, поскольку все эти органы информационно взаимосвязаны в одном организме. У растений новые ветки, новые листья, новые корни вырастают постоянно, информационный обмен с окружающей средой в отличие от животных не прекращается, поэтому растения могут быть вечнорастущими в отличие от животных. Таким образом, здесь мы подходим к вопросам, касающихся продолжительности жизни.
(Продолжение следует)