Эволюция открытых термодинамических систем от молекулярных до живых организмов.

Казалось бы, с развитием науки человечество всё более приближается к раскрытию деталей возникновения жизни, возникновению живой материи. Но сам процесс развитие научной мысли подразумевает наличие на любом этапе познания определённых противоречий, любой уровень знания о предмете всегда является не полным, на каждый тезис всегда находится антитезис, как основа для дальнейшего развития мысли по цепочке: тезис – антитезис – синтез (становящийся новым тезисом) и т.д. И эта неполнота знаний зачастую используется для защиты идеалистических позиций на любом уровне развития науки, не смотря на то, что базой любых новых научных знаний всегда является материальный мир.

Существует несколько подходов к возникновению жизни на земле:

1.         Божественный (всё создано богом).

2.         Жизнь, как и весь материальный мир, существовала всегда.

3.         Жизнь на землю пришла из космоса.

4.         Жизнь возникла не земле путём самоорганизации химических элементов.

 С материалистических позиций первый вариант вообще вряд ли имеет смысл рассматривать. Материалист неизбежно является и атеистом. Атеистом не в вульгарном, навязываемом представителями религий, смысле, как верующий в то, что бога нет, а атеистом как человеком принципиально отказывающийся от всякой веры в пользу знаний. Если атеист утверждает, что бога нет, то это вовсе не означает, что он верует, что его нет, это означает только то, что он считает, что нет оснований считать, что он есть.

 Второй вариант не выдерживает элементарной критики. Если бы жизнь существовала всегда (это не исключает того, что она где-то во вселенной бесконечно зарождается и гибнет), то вселенная была бы так же наполнена живыми организмами, как и различными другими элементами.

А вот третий и четвёртый варианты, в принципе однотипны. Для наших целей, в конечном счете, неважно, где жизнь зародилась, важно как.

 «Фаза химической эволюции на земле «началась около 4-4,5 эонов (миллиардов лет) назад и длилась около одного эона. Основным результатом первой стадии химической эволюции стала интеграция простых атомов H, C, N, P, … в относительно сложные органические молекулы. Следующий эволюционный процесс состоит в интеграции этих молекул в макромолекулы. … Её основной результат состоит  в интеграции атомов химических элементов во многие сложные органические молекулы, а молекул – во многие ещё более сложные цепные молекулы. … через некоторое время возникают особые органические цепные молекулы, наделённые способностью к самовоспроизведению или саморепродуцированию. «Физика процессов эволюции» стр. 38 http://www.vixri.ru/?p=835 

 «Различные примеры самоорганизации известны из области макромолекулярных процессов. Молекулы рибонуклеиновой кислоты (сокращённо РНК) представляют собой гетерополимер (состоящий из разных типов мономеров), состоящий из огромного числа (от 103 до 104 ) звеньев. … в результате двукратной дополнительной репродукции самовоспроизводится исходная цепь РНК.

Аналогичным образом происходит и самовоспроизводство цепей дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК)». Там же. Стр. 106

 У современных организмов белки, РНК и ДНК обычно считаются наиболее важными компонентами, а ДНК и носителем наследственного материала.

«Макромолекулы постоянно обмениваются энергией и веществом с окружающим раствором, содержащим мономеры с большим запасом энергии. Синтез макромолекул приводится в действие за счёт положительного сродства реакции синтеза. Подсистема макромолекул представляет собой открытую термодинамическую систему, …» Там же, стр. 203

 Различают понятия открытой, закрытой и изолированной термодинамических систем. В данном контексте нас интересует только открытая термодинамическая система, т.е. такая система, которая обменивается веществом и энергией с окружающей средой, не зависимо от того имеет она или нет чёткие границы с ней. Зачастую слово термодинамическая упускается, поскольку все открытые системы по своей сути и есть системы термодинамические. Эволюция таких систем может осуществляться либо путем самоорганизации и возникновения упорядоченных структурных состояний с неустойчивым равновесием (метастабильных), либо путем общей деградации и распада системы. И опять же, в данном контексте нас интересует только первый тип эволюции, и эволюции именно молекулярных систем, как начало развития более сложных систем, вплоть до живых организмов, человека и общества.

 « Теория О. с. (Открытых систем) важна для понимания физико-химических процессов, лежащих в основе жизни, т.к. живой организм представляет собой устойчивую саморегулирующуюся О. с., обладающую высокой организацией как на молекулярном, так и на макроскопическом уровне. Подход к живым системам как к О. с., в которых протекают нелинейные химические реакции, открывает новые возможности для исследования процессов молекулярной самоорганизации на ранних этапах возникновения жизни.  БСЭ http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/117454/%D0%9E%D1%82%D0%BA%D1%80%D1%8B%D1%82%D1%8B%D0%B5

«Если через нагретую смесь воды и газов, таких, как углекислый газ, аммиак, метан и водород, пропускать электрический разряд или ультрафиолетовое излучение, они реагируют с образованием малых органических молекул. Обычно набор таких молекул невелик, но каждая образуется в сравнительно больших количествах.

Среди продуктов есть ряд соединений, таких, как цианистый водород (HCN) и формальдегид, которые легко вступают в последующие реакции в водном растворе. Наиболее важно, что в эксперименте удается получить четыре основных класса внутриклеточных малых молекул: аминокислоты, нуклеотиды, сахара и жирные кислоты.

 Хотя в таких опытах нельзя точно воспроизвести условия, существовавшие ранее на Земле, они показывают, что органические молекулы образуются на удивление легко». «ЭВОЛЮЦИЯ КЛЕТКИ» http://evolution.powernet.ru/library/evolution_sell.html 

 В неживой природе множество примеров самоорганизации.

«Самоорганизация в химических системах связана с поступлением извне новых веществ, которые обеспечивают продолжение реакции, и выведением в окружающую среду отработанных. Такие реакции были получены в 50-х годах 20-го века советскими учеными Б. Белоусовым и А. Жаботинским. Однако полученные ими результаты были настолько необычными, что ученые долго не могли опубликовать их. Лишь в 80-х годах они получили признание». http://academout.ru/referates/56/21.php 

  Можно проследить сквозную эволюцию молекулярных открытых термодинамических систем из неживой природы в живую, и до самых совершенных форм их развития – человека и общества.

«Итак, мы предполагаем, что 3,5-4 млрд. лет назад где-то на Земле самореплицирующиеся системы молекул РНК положили начало эволюционному процессу». http://evolution.powernet.ru/library/evolution_sell.html 

Приблизительно 1,5 млрд. лет назад произошел переход от маленьких клеток со сравнительно простой внутренней структурой (так называемых ПРОКАРИОТ, к которым относятся различные бактерии) к большим по размеру и значительно более сложно устроенным ЭУКАРИОТИЧЕСКИМ клеткам, подобным клеткам высших животных и растений. (Там же).

 А если брать  от зарождения нашей планеты Земля, то можно наверно выстроить следующую цепочку: газообразное (плазменное) состояние земли – образование атомов – образование молекул – образование сложных полимеров как открытых термодинамических систем способных воспроизводить свои копии – образование устойчивых групп таких полимеров как единой термодинамической системы (к наиболее совершенным их видам наверно можно отнести вирусы, которые хоть уже и имеют оболочки, но ещё не имеют ядра и размножаются не делением, а репликацией, созданием своих копий, хотя и более сложным путем, чем полимеры) – образование живой клетки, размножающейся делением – объединение клеток в более сложные структуры – организмы, и их развитие. При создании копий, каким бы путём это не осуществлялось, неизбежны ошибки, что ведёт к мутации объектов. Попадая в разные среды, выживают оказавшиеся наиболее приспособленные, наиболее устойчивые в данной среде. Бесконечные мутации, перемешивания, изменения среды обитания, привели к образованию огромного множества живых организмов.

 Получается, что начало эволюционного процесса приведшего к появлению человека и общества начался 3,5 -4 миллиарда лет назад как процесс эволюции открытой термодинамической системы в форме сложных полимеров. Из этого можно сделать следующие выводы:

1.         Какой бы сложной не являлась открытая термодинамическая система, образовавшаяся путём эволюции из простейших молекулярных систем, базовым условием её существования и развития является возможность обмена веществом и энергией с окружающей средой.

2.         Её развитие определяется процессом мутации, как  погрешности при копировании, и выживанием наиболее устойчивых её экземпляров к изменяющимся внешним условиям.

В настоящее время уже неплохо исследованы механизмы движения одноклеточных организмов. Но каковыми бы не были эти механизмы, в основе их лежит набор химических реакций катализируемых внешними раздражителями. Наверно вряд ли можно сомневаться, что при случайных наборах этих реакций в разных типах клеток, полученных путём мутации из одного определённого типа, выживали те, реакции в которых приводили их к движению в направлении более благоприятных условий для их существования. Соответственно, в процессе дальнейшей мутации и конкуренции за удовлетворение своих потребностей, двигательные механизмы совершенствовались именно в направлении более полного удовлетворения организмом своих потребностей.

То есть, первичным стимулом к деятельности даже самых простейших организмов являлось удовлетворение их потребностей и потребностей не только в питании, но и в остальных условиях существования, включая и  безопасности (первичная форма страха повреждений и смерти). Всё дальнейшее развитие растительного и животного мира, всё их многообразие объясняется беспрерывными мутациями организмов и выживанием наиболее устойчивых к тем средам, в которые они попадали (к изменениям окружающей среды) и способностью в изменяющихся средах более полно удовлетворять свои потребности. С развитием (превращением) открытых молекулярных термодинамических систем из сложных полимеров (неживая природа) в живые организмы и обретением способности передвигаться, к их исходным условиям (законам) существования – обмену материей и энергией с окружающей средой, добавляется и стремление к более комфортным условиям существования и безопасности.

 Всё дальнейшее развитие живых организмов, вся их эволюция, вплоть до возникновения у них центральной нервной системы и разума (человека и общества), обеспечивалась путём мутации, конкуренции за доступ к ресурсам окружающей среды, необходимым для их существования и развития, и выживания наиболее приспособленных к изменениям окружающей среды. А в основе этого всегда лежало, и лежит потребность живого организма, как открытой термодинамической системы, в обмене веществом и энергией с окружающей средой и обеспечение его максимально возможного комфортного существования и, в первую очередь безопасность.

 Даже страх смерти у высокоорганизованных живых организмов, включая и человека, это заложенное в них на генном уровне, ещё на этапе зарождения подвижных клеток, условие их дальнейшего существования, как высокоорганизованных открытых термодинамических систем. И даже разум зародился именно как более эффективный способ решения именно этих коренных вопросов существования организма как природной системы. У разума никогда не было, и нет никаких других задач. А все текущие, как бы они не были внешне далеки от них, в конечном счете, работают именно на их решение. Хотя при этом всегда надо учитывать, что как и при любой мутации всегда появляются экземпляры совершенно не пригодные для дальнейшего существования и развития, так и плод разума не всегда соответствует основной цели его существования. То есть, тот же процесс естественного отбора, но только уже на более высоком уровне.