Парадоксы случайностей в дарвинизме

Все живые организмы в той или иной мере выделяют вещества в окружающую среду. В силу принципа структурной комплементарности среди них случайно, но обязательно, оказываются такие, которые могут использоваться в процессах, не связанных с основным энергетическим метаболизмом. Вещество, на которое организм отвечает химически, но так, что явной “цели” в этом нет, создаёт возможность запомнить его как случайность, превращённую в сигнал взаимодействия организмов. В современном виде это, например, феромоны как средство управления сообществами насекомых. Возникает (как скачок иерархии энтропии-информации) сигнальная (гормональная и нейромедиаторная) биохимия. Когда организм увеличивает свои размеры, то составляющие его органы-симбионты сохраняют способность выделения внешних для них веществ. Но теперь эти вещества могут распространяться преимущественно только внутри организмов. Так возникают и эволюционируют важнейшие для живых существ гормональные системы.

Запоминание в процессе роста возможностей симбиоза находится (как и на всех этапах эволюции жизни) ещё и под контролем законов механики и физики. В своей работе [6] я приводил пример того, как известная в механике неустойчивость Релея с ростом размеров организма приводит к возникновению в нём сосудистых систем в качестве средства транспорта продуктов и кислорода.

Неустойчивость Релея иллюстрируют капли на холодном потолке в комнате с очень влажным воздухом. Пар осаждается на потолок равномерной плёнкой, но неустойчивость делает обязательным нарастание в виде капель случайных нарушений однородности её толщины. Подобная неустойчивость возникает и при фильтрации жидкостей через однородную деформируемую среду - в ней возникают каналы как, например, при прорыве грунтовых дамб. При заданных свойствах среды порог возникновения релеевской неустойчивости зависит от поперечного размера области, через которую происходит фильтрация.

Например, у насекомых размеры тела малы. При заданных, близких друг другу механических парамерах тканей, образующих организмы разных видов жизни, размеры насекомых меньше тех, которые необходимы для возникновения неустойчивости при фильтрации жидкостей в организме. Насекомые сосудистых систем, как правило, не имеют. Жидкости в них циркулируют, фильтруясь через однородные ткани.

С ростом размеров организма при фильтрации жидкостей в нём возникает неустойчивость Релея. Но организм есть симбионт клеток. Изменение условий питания на границах каналов, возникших как случайно расположенные в однородной среде следствия неустойчивости, делает эти области (на основе случайностей, контролируемых принципом структурной комплементарности) местом роста сосудов, как сообществ клеток-симбиотов, возникших в результате естественного отбора при других локальных условиях метаболизма внутри организма. Неустойчивость Релея создаёт внутри организмов специфическую “экологическую нишу”, а естественный отбор закрепляет её “заселение”. В главе VII этой книги я расскажу что есть подобная по принципам причина возникновения и эволюционного роста нервных систем.

Возможности симбиоза как реализация принципа максимума производства энтропии создают плоскости “тупиков равновесия”. В самом начале их образования огромная скорость размножения закрепляет совершенно невероятные случайные формы симбиоза. Выросло случайно пять глаз - сойдёт. Выросло 14 ног - хоть и с огромными трудностями, но ходить можно и т.д. Нет предзаданной цели, нет предзаданной оптимальности. Есть свободные экологические ниши для новых живых существ и их заполняют любые, хоть сколько-нибудь жизнеспособные формы жизни. Поскольку внутри иерархической ступени синтеза информации, на конкретной плоскости существует “цель” - равновесие, то возникают понятия оптимальности, “целесообразности” в достижении равновесия, которого нет при начале взрывного роста энтропии-информации, задаваемом принципом максимума производства энтропии. Оптимальность - это есть классический дарвиновский отбор и эволюционная изменчивость в его процессе. Случайность наплодила монстров. Условия регулируют их взаимодействие между собой и с внешней средой. В пределах плоскости “тупиков равновесия” становятся решающими самые малые отличия и преимущества конкретных видов. И, конечно, пятиглазки и подобные извращения обречены. Пять глаз надо кормить. Надо, чтобы сигналы пяти глаз хотя бы не мешали друг другу. Два глаза создают преимущество при определении расстояний. Очень много (но простейших) глаз сосуществуют друг с другом в виде фасеточного глаза насекомых. Промежуточные трёх-пятиглазки либо пожираются более “целесообразными” двухглазыми, либо в процессе малой случайной изменчивости превращают лишние глаза в отделы своей нервной системы, которые приобретают новые функции.

Например, есть реальность “третий глаз” как функционально автономная область мозга у млекопитающих.

Скорость размножения и скорость вымирания, когда действуют значительные преимущества в “борьбе за существование”, может быть сопоставлена со скоростями вымирания при планетарных катаклизмах.

Вспомните общеизвестный пример с кактусом-опунцией, который завезли в Австралию без паразитирующих на нём симбионтов-насекомых. Из-за огромной скорости размножения этих кактусов возникла экологическая катастрофа. Но как только привезли их паразитов, размножение кактусов остановилось на ничтожном уровне.

Равновесие кактус-паразит возникло давно как результат дарвиновского отбора, независимого от тех, кто завозил кактусы или паразитов в Австралию. А “пятиглазки” должны были ещё выдержать испытание естественным отбором.

Поскольку они случайного происхождения, то гарантий успешных испытаний у них не было. Возможно, что некоторым из них для вымирания и “поедающие” не были нужны. Достаточно сослаться на ещё более общеизвестный пример с завозом коз на необитаемый остров, где их раньше никогда не было. Они вымерли, так как, расплодившись, съели без остатка источники своей пищи.

Причина возникновения иммунитета

Реально плоскость на рис 2.4 состоит из многих плоскостей, в которых описываются таксономические градации, возникшие на основе принципа максимума производства энтропии. В каждой из этих, детализирующих задачу, плоскостей действуют процессы рис. 1.2 и существует “цель” в виде равновесия. Однако вечное равновесие невозможно. Это выразил факт - в конце “Кембрийского взрыва” большинство монстров, составлявших его фауну, вымерло с той же скоростью, как при глобальных природных катаклизмах (хотя их не было). Тех монстров, что остались и дали начало обычным сегодня видам, именно поэтому монстрами не называют.

Палеонтологи это вымирание считают необьяснимым. Я утверждаю, что оно есть плата за возникновение иммунитета.

Эволюционная история иммунитета описана во многих статьях и книгах [92]. Изложенные в литературе важные и интересные подробности, я не собираюсь пересказывать или опровергать. Ниже ввожу главное, что стоит над ними и создаёт направление эволюции в сторону формирования иммунитета.

Синтез генетической информации на основе принципа максимума производства энтропии создает те необъяснимые в дарвинизме скачки, которые Дарвин аксиоматически принимал “актами творения”. Они есть внешние проявления изменений на уровне ДНК как процесса иерархического роста энтропии-информации. После скачков система стремится прийти к равновесию. На первый план выходят процессы рис. 1.2 при синтезе генетической информации для достижения “цели”-равновесия.

В этом сказываются особенности иерархии синтеза информации, которые отображает рис. 1.6. Как указывалось в [2], количества информации, отличающие друг от друга виды прокариотических клеток, больше, чем для эукариотических и, тем более, для многоклеточных организмов. Изменения прокариот требовали большего времени, чем видообразование новых многоклеточных организмов. Не забывайте, что результат эволюции жизни есть всего единицы тысяч видов прокариот, а животных - миллионы видов.

Начало Кембрийского периода отстоит от возникновения жизни на Земле больше, чем на 3 миллиарда лет. Геофизические условия на Земле за это время значительно изменились (в том числе и как следствие существования на ней жизни). Отделяющие нас от начала Кембрия 550 миллионов лет - интервал малый в таких масштабах.

Огромная численность особей сложных многоклеточных организмов, а также разнообразие их видов, которые стали Кембрийским взрывом, создали новую богатую ресурсами экологическую нишу для прокариот - внутреннюю среду многоклеточных организмов. Начался отбор внутри этой экологической ниши. Возникла ситуация, типичная при правильном понимании дарвинизма - наиболее приспособленные прокариоты эффективно уничтожали организмы, которые были их средой обитания. Но этим они полностью уничтожали сами себя.

Многоклеточные формы жизни должны были исчезнуть вместе с летальными для них видами прокариот. Не было бы ни Кембрийского взрыва, ни последующей эволюции многоклеточной жизни - болезни уничтожали бы всё это в самом зачатке, сразу после возникновения любого нового вида [2].

Однако этого не произошло. Иерархия синтеза информации сохранила жизнь на Земле, так как количества информации, ответственной за виды прокариот, намного больше, чем количества информации, ответственной за ступень иерархии в виде многоклеточных форм жизни. Они эволюционировали с большей скоростью, чем их болезни. Но этого одного для сохранения многоклеточной жизни было недостаточно.

Экспоненциальность размножения прокариот до Кебрийского периода создала геологические масштабы их живой массы. Сразу заселить новую экологическую нишу внутри многоклеточных организмов, они не могли. За счёт больших количеств информации, отличающей их внутри своей ступени иерархии, им не хватало скорости и возможностей изменчивости. Это дало время для формирования и экспоненциального размножения многоклеточных видов жизни. Возникло многообразие их видов и высокая плотность расселения. Но прокариоты, наконец, накопили случайные изменения, необходимые для выживания выживающих в новой для них экологической нише - внутри многоклеточных организмов. Они реализовали свой синтез информации.

Высокая плотность высших форм жизни гарантировала массовое запоминание любой патологической формы прокариот. Это и означает появление массовых и разнообразных болезней. Эпизотии охватили весь живой мир Земли. Всё повымирало - катастрофа, которая маркировала конец Кембрийского периода. Инфекционные болезни - вот ключевое слово для описания катаклизма вымирания высших форм жизни в кембрийской экологической нише.

Широко распространённое толкование дарвинизма в виде - выживает сильнейший, выживает наиболее агрессивный и прожорливый - это наглая вульгаризация дарвинизма. Заселение экологической ниши внутри многоклеточных организмов привело к парадоксу, обычному в истории эволюции жизни. Наиболее приспособленные, а потому безотказно вирулентные виды бактерий, полностью уничтожали те виды жизни, к которым они были приспособлены. Этим они уничтожили себя.

Поэтому в эволюции сосуществования бактерий и многоклеточных организмов выжили наименее приспособленные бактерии - только те, которые имели антагонистов или были малоэффективны в разрушении организма-хозяина (для краткости я не упоминаю о вирусах, но всё сказанное относится и к ним, конечно, с уточняющими деталями).

Важно, что в конце Кебрия ценой вымирания большинства видов высокоразвитой жизни сформировалась ситуация динамического равновесия, когда выжили отдельные бактерии совместно с их антагонистами, а потому и высшие формы жизни, в которых как в экологической нише сосуществовали эти бактерии и их антагонисты одновременно. Породила этот симбиоз маловероятная случайность. Но ведь и вымерло подавляющее большинство существовавших видов жизни. Это цена, заплаченная за возникновение иммунитета и иммунных систем как равновесия многоклеточного организма, питающихся за его счёт бактерии, и их антагонистов.

Биологи знают о необъяснимом, казалось бы, факте - в любом высшем организме заранее есть формы клеток (или их зародыши), которые приспособлены к разрушению для нужд своего метаболизма носителей многих болезней. Антагонисты (в ассортименте) специализированы для уничтожения бактерий, “заранее зная” каких именно! Почему случайность могла создать массово, у всех высших форм жизни пары “антиген - антитело”, предусмотрительно заготовленные для всех болезней?

Случайности как основа эволюции жизни потому так и называются, что заранее всё предусмотреть некому и невозможно. Хотя простейшие формы жизни консервативны из-за больших количеств ответственной за них информации, невозможно предусмотреть и запомнить в конце Кембрия впредь всех антагонистов для всех микробов и вирусов.

Консерватизм простейших клеток возникает как результат случайностей. В них обязательно должны встречаться альтернативные варианты. В частности, малой изменчивости прокариот должны быть противопоставлены случайности неустойчивых видов в виде изменчивых клеток. У них мал запас устойчивости и область устойчивости (ценность и незаменимость генетической информации, см. параграф 12 главы I). Это дефект. Он затрудняет выживание.

Однако в богатой экологической нише в виде живого организма запоминается случайность симбиоза: организм-хозяин - консервативная вирулентная бактерия - высоко изменчивый антагонист. В результате дефектная, малоустойчивая клетка становится призёром выживания. Эта ситуация подчёркнута с помощью рис. 3.14.

Высокая изменчивость анатагониста, ограниченная условиями есть причина “знания им” (приспособленности к питанию ими) многих видов бактерий. Это не есть результат, возникший “для того, чтобы …”. Он есть следствие несовершенства случайностей. Случайность, а не цель есть источник такого симбиоза. Она не гарантирует результат в виде защиты организмов от всех болезней. О существовании бактерий, которые не смогли вписаться в этот симбиоз и витальны для всех без исключения особей данного вида, можно только догадываться - они вымерли (как козы на необитаемом острове), уничтожив свою экологическую нишу - тот вид жизни, который служил средой их обитания.

Варианты случайностей при взаимодействии микробов и вирусов с организмами могут быть различны. В частности известны пандемические инфекции, которые приводят к почти полному вымиранию одного биологического вида, но носители которых относительно безобидны для другого вида. Они в этом случае не могут быть уничтожены вместе с видом, вымирание которого вызывают. Но сам факт существования организмов другого вида, устойчивых к данной инфекции, означает, что антагонисты для этой инфекции существуют и совместимы с особенностями старшей таксономической градации (семейства, отряда, класса), к которой принадлежит поражаемый вид.

Пример - эпидемии чумы среди людей. Мелкие грызуны есть природный резерв обитания её носителей. Существуют среди людей отдельные индивидуумы, выживающие после чумы. Они становятся носителями иммунитета к этой болезни. Он связан с генетикой данного организма. В нём могут быть составляющие универсализма. Например, в Европе в результате эпидемий чумы Средневековья возникла повышенная частота генетически заданной иммунологической устойчивости к ней. Механизмы борьбы с поражением организма при чуме и при СПИДе похожие. Средневековая чума в Европе проявила себя сегодня индивидуумами, имеющими иммунитет к СПИДу.

Болезни в конце Кембрийского периода уничтожали формы жизни не на уровне отдельных видов, а массово. Отсюда катаклизм вымирания тогда жизни. Но в его результате не с “целью”, а в силу витальной массовой платы, остались только те виды жизни, у которых с высокой вероятностью реализован иммунитет для многих из существующих инфекций. Это случайная, но не бесплатная, “находка”. За неё эволюция жизни заплатила огромную цену вымерших 99% существовавших видов. В этом ответ на сформулированный вопрос.

Результат в виде формирования иммунитета смог сохраниться сотни миллионов лет потому, что по отношению к высшим формам жизни количество вирусов и бактерий ничтожно, так как их изменчивость на порядки меньше, чем изменчивость высших форм жизни.

Иммунология есть самостоятельная область науки с огромным количеством результатов и литературы о них. В ней читатели могут найти много подробностей, подтверждающих главное, введеное в [2] и здесь.

Зашоренность и безответственность научных работников уникальна даже по отношению к уголовной среде - они участвуют в разработках бактериологического оружия. Но они обязаны понимать в чём существо их работы! С помощью изощрённой современной техники они искусственно снижают барьеры для изменчивости бактерий и вирусов. Этим они целенаправленно создают условия для восстановления тех видов бактерий и вирусов, которые природа уничтожила ценой жизни 99% (или намного больше) из существовавших в Кембрийский период огромного числа видов. Они знают - никаких гарантий того, что внесенное генетическое изменение останется под контролем, нет и быть не может. Наоборот, известно, что искусственно созданные человеком разновидности форм жизни самопроизвольно изменяются за ничтожные времена.

Пандемии гриппов возникают из-за малых изменений всего лишь оболочки его вируса. Предки лошади Пржевальского в своё время массово заполнили все доступные им экологические ниши на Земле. Они вымерли мгновенно из-за пандемии как результата изменчивости какого-то микроба или вируса. Осталась от них редкость, каковой является лошадь Пржевальского. Современные средства транспорта гарантируют за дни, недели и месяцы распространение инфекции по всей Земле.

История взрывчатых веществ знает не одного генерала, который был уверен, что его звание обязывающее не только для людей, но и для природы. Такие считали, что им, генералам, можно зажигать огонь или курить в пороховых погребах. Природа отвечала им их гибелью. Но ведь от биологического оружия в случае “взрыва” погибнет не генерал со свитой, а все люди на Земле, да ещё не известно сколько и каких биологических видов впридачу (что людям будет уже безразлично).

Дарвинизм - частная модель эволюции жизни

Дарвин сформулировал свою теорию эволюции на начальном этапе сбора фактов о видах жизни. Он сам был в этом одним из первых.

Дарвинизм утверждает, что естественный отбор является той силой, которая движет и направляет эволюцию жизни. Это утверждение требует указать формализованные правила, на основе которых работает естественный отбор. Начиная от самого Дарвина, их пытаются формулировать в терминах наблюдаемых признаков видов, утверждая, что правила выражает дивергенция или конвергенция, внутривидовая или межвидовая борьба и подобное. В современности это заменили признаки молекулярной биологии и генетики. Итог - споры, неудовлетворённость, не препятствующие практическим успехам биологии и генетики.

Такое сочетание и результаты означают, что дарвинизм есть модель с ограниченной областью применения. Спорить об его истинности или ошибочности как модели непродуктивно. Как всякая модель, дарвинизм обязательно содержит в себе границы, за которыми его применение ошибочно. Дарвинизм, как и полагается для эффективной модели, позволил накапливать знания о видах жизни. Собранные в его рамках сведения указали границы справедливости дарвинизма - есть задачи, в которых, несмотря на ошибки предпосылок, дарвинизм даёт правильные результаты, однако существуют факты, не совместимые с ним. Такое означает, что дарвинизм при своём возникновении был хорошей моделью, но дальше “спасать и латать” его нечего. Современные трансформации дарвинизма типа синтетической теории эволюции не затрагивают его центральную предпосылку о независимых случайностях как основе для работы естественного отбора, а потому не могут быть результативными.

В дарвинизме первичная ошибка состоит в том, что случайности принимаются независимыми, а естественный отбор не играет роль движущей и направляющей силы эволюции жизни. Он есть пассивное выживание выживающих, реализующее запоминание в процессе иерархического синтеза информации на основе случайностей и условий.

Противоречия дарвинизма может и должен устранить новый синтез информации в науке. Он осуществлён в [2] - [12] и в этой книге. В таком понимании дарвинизм опровергать нет оснований. Поэтому во многих местах этой книги новые результаты формулируются в терминах объяснений парадоксов дарвинизма.

Выводы

Дарвиновский естественный отбор из независиымх случайностей не содержит в себе причин и движущей силы эволюции жизни. Он описывает запоминание как составляющую синтеза информации в форме выживания выживающих.

Биологические виды жизни есть динамические равновесия, которые возникают в процессах стремления к статическому равновесию в виде устойчивых экстремумов иерархической энтропии-информации и её производства.

Дарвиновская непрерывная эволюция содержит скачки признаков биологических видов, неизбежные по двум причинам:

дискретность возможных состояний динамических равновесий как следствие внешних и внутренних условий;

неустранимая скачкообразность переходов на основе принципа максимума производства энтропии.

Переходные формы в дарвиновской эволюции могут существовать только как редкие исключения, так как по определению переходные формы есть неустойчивые объекты.

Случайности всегда ограничены условиями. В частности, при образовании новых видов их задают физико-химические законы и метаболизм видов, на основе которых происходит новое видообразование.

Как правило, отбор по внешним вульгарным признакам в природе нереализуем. Выживание выживающих зависит от комплекса взаимодействий организма со своей внутренней и внешней средой. Отбор по внешним признакам либо не даёт ожидаемого результата, либо приводит ко многим взаимосвязанным изменениям в организме.

Вульгарное “наследование приобретенных признаков” в природе невозможно. Обратные связи между генетикой организма и внешней средой - обязательны.

Эволюция жизни подчинена физико-химическим законам потому, что синтез информации есть один из таких законов. Однако к экстремумам свободной энергии и их следствиям в виде химических равновесий жизнь и её эволюция не сводятся.