Единственный в мире здоровый народ

Posted by Наталья Чавлытко | Статьи для размышления и самосовершенствования | Понедельник 23 Сентябрь 2013 19:21

 http://silaosoznania.ru/

Здоровье Пища Здоровая пища Жизнь Жизнерадостность Душевное равновесие Человек Современный человек Организм Организм человека Счастье Исследования Научные исследования Эксперименты Хунзы Народ хунзы


Статьи для размышления и самосовершенствования

Единственный в мире здоровый народ

Автор

Троцкая Светлана

Единственный в мире здоровый народ

Прежде чем рассказать о самой здоровой народности на земле, разберем, прежде всего, что понимается под словом «здоровье».

Врач скажет, что здоровье — это такое состояние, в котором при самом тщательном обследовании, не наблюдается никаких признаков заболевания — ни физического, ни душевного.

Но есть и другое определение, пожалуй, более точное.

«Здоровье следует понимать как состояние полного благополучия и хорошего самочувствия. Не как отрицательное определение — «нет болей, нет функциональных расстройств», а как положительное — есть чувство прекрасного функционирования тела и умственных способностей.

Когда каждые из 248 членов и 365 жилок организма действуют как часы. Если человек чувствует, что его тело, каждый орган, каждая конечность, каждая частица полны сил, возникает чувство полного счастья.

Нельзя не чувствовать себя счастливым при столь чудесно устроенном организме», — пишет М. Горен.

Здоровье в таком понимании означает, между прочим, что человек всегда в хорошем настроении, всегда весел и расположен к труду и развлечениям в равной мере.

В таком смысле здоровье означает, что старость должна быть бодрой и жизнерадостной, а не бессильной, изнемогающей под тяжестью разных недугов, которые мучают современного человека.

И наконец, последнее по счету, но не по значению: здоровье подразумевает, что жизнь должна подойти к своему концу легко и без всяких мучений. Здоровый мужчина, здоровая женщина спокойно встречают свой последний час. «...И смеется ко дню последнему», — сказано в Притчах Соломона о толковой жене. Это относится в равной мере и к мужчинам.

Можно в наше время встретить людей с таким отменным здоровьем?

Оказывается, можно. Это — хунзы. Народность эта, правда, малочисленна (всего 15 ООО человек), но ей совершенно неизвестны болезни.

Среди исследователей, открывших этот народ, находился молодой талантливый военный врач Мак-Карисон, который 14 лет прослужил в окрестностях северной границы Кашмира (в ту пору — Британская Индия). Британские власти возложили на него обязанность бороться в этом районе с болезнями.

Выполняя свои служебные обязанности, Мак-Карисон тесно общался со многими не болеющими народами и племенами, обитающими между Тибетом, Китаем, Памиром, Афганистаном и сегодняшним Пакистаном, и во время своих скитаний по этим местам он однажды столкнулся с народностью хунзы. С первого же взгляда его привлекли их красивое, стройное телосложение и высокая работоспособность.

Правда, в ту пору этого врача не интересовали здоровые люди, а лишь больные и их болезни и недомогания. Среди хунзов все были здоровы, если не считать нескольких переломов костей и воспаления глаз.

Однако вскоре Мак-Карисону поручили проверить влияние витаминов (незадолго до этого открытых учеными) на базедову болезнь. Ради этого в Конуре была организована специальная научно-исследовательская медицинская станция.

В одном из своих первых исследований Мак-Карисон приобрел несколько тысяч крыс, разделил их на две группы — подопытные и контрольные животные.

Вторая группа должна была быть совершенно здоровой. Но тут его начали одолевать сомнения: в какой мере совершенны эти эксперименты? Хотя крысы, как и люди, всеядные, они все же не могли заменить людей.

Надо, следовательно, ставить опыты и на людях. Но если в больных «подопытных» людях недостатка не будет, где взять совершенно здоровых людей для контрольной группы?

И тут он вспомнил о хунзах. Практически все они были здоровы.

И еще Мак-Карисон вспомнил, что он нигде не занимался проблемой здоровья и интересовался исключительно болезнями. В студенческие годы, во время учебы в университете и затем во время практической работы он ни разу не ставил перед собой вопроса: а что такое здоровье?

И отныне он решил всесторонне и обстоятельно изучить этот вопрос.

Но прежде, чем продолжить рассказ о его исследованиях, вернемся к хунзам.

Это довольно примитивный и очень бедный народ. Ни один западный человек и помыслить не может о том, чтобы вести жизнь, подобную той, какую ведут хунзы, даже ценой обретения счастья и полного здоровья.

Живут они в гористой местности, почти полностью лишенной плодородной почвы. Лесов там нет, и каждый клочок земли находится под плодовыми деревьями.

Лугов тоже нет, поэтому каждая пядь земли отводится под овощи и картошку. Обрабатываемые земли испытывают нехватку воды: дожди там очень редкие, и те идут только в течение трех-четырех зимних месяцев, когда температура падает до нуля и ниже.

И снегов там очень мало. Поэтому вода в этих краях на вес золота, ее собирают, дорожат каждой каплей и пользуются системой каналов, по которым вода доставляется издалека.

Коровы там чуть побольше сенбернаров, тощие козы и овцы пасутся на горных склонах, покрытых камнями. В таких условиях животные дают очень мало молока и еще меньше жира. Корова дает менее двух литров молока в день, и то лишь сразу после отела.

Овцы и вовсе не дают молока, козы — самую малость. Мясо этих животных жилистое и совершенно обезжиренное.

И люди едва спасаются от голода, особенно в зимние месяцы. Зимой они укрываются в своих крохотных каменных домах. В них нет окон (чтобы не напускать лишнего холода) и всего одно отверстие, которое служит дымоходом. Оно же обеспечивает вентиляцию воздуха.

Никакой мебели, семья живет вместе: спят, едят и зачинают потомство на каменных скамьях, высеченных вдоль стен. Домашний скот «расквартирован» в прихожих.

Подобная картина способна лишь отпугнуть современного человека, столь приверженного гигиене. Однако это еще не все. Поскольку, как уже было упомянуто, в окрестностях нет леса, — нет и дров для отопления. Огонь в очагах поддерживается за счет сухих веток и листьев, на нем варят пищу, но не хватает горючего для того, чтобы греть воду для стирки и купания.

Поэтому люди умываются (и стирают одежду) только холодной водой. Более того, нет веществ, из которых можно было бы сделать мыло. Нет животных жиров, нет маслин для получения растительного масла.

Так и живет этот народ: без бань, без горячей воды и без мыла.

Нет достаточного количества продуктов питания и растительного происхождения. В зимние месяцы люди ведут «вегетативный» образ жизни, питаясь скудными запасами злаков (прямо в зернах) и сушеными абрикосами, и когда наступает весна, люди переходят на подножный корм, собирают травы и овощи, пока не наступает пора сбора первого урожая.

В течение восьмидесяти теплых месяцев хунзы живут на открытом воздухе. Спят, работают, развлекаются, женятся, рожают детей и умирают вне дома. Вся семья, включая сыновей, их жен, внуков и правнуков, живет вместе. Дети с самого раннего возраста видят все, что происходит дома и у соседей, с момента рождения и до смерти.

Пусть читатель попробует представить себе свое самочувствие, если бы он, его жена и теща жили в подобных условиях. Пусть спросит своего врача, не превратились бы его дети в невропатов, подверженных всевозможным умственным расстройствам.

Достаточно вспомнить, как много толкуют нам психоаналитики о «душевных травмах» и «комплексах», об ужасном влиянии детских впечатлений, особенно сексуального толка, вынесенных из жизни с родителями.

И эта картина неполная, потому что еще не было сказано об одном обстоятельстве, непосредственно связанном с «генетическим» здоровьем. Считается аксиомой, что браки между близкими родственниками вредно отражаются на физическом и умственном здоровье каждого индивидуума.

Представители же этого народа, хоть и неуклонно соблюдают в течение веков запрет заключать брак внутри одной семьи и даже одной деревни, все же вступают в брак только с членами своей маленькой нации.

Согласно устному преданию, которое передается из поколения в поколение, чужая кровь не течет в жилах этого народа. Исключением является лишь царская семья, захватившая власть в этой стране 300-400 лет тому назад.

Весь этот народ насчитывает примерно тысячу больших семейств. Нетрудно представить, какое пагубное действие должны были возыметь браки между членами такого маленького народа, изолированного от своих соседей не только высокими горами и глубокими пропастями, но и различными обычаями и верованиями.

И тем не менее вопреки всему все представители этого народа обладают завидным физическим и психическим здоровьем.

Более того, согласно достоверным научным исследованиям, это единственный здоровый и счастливый народ во всем мире, тогда как его соседи, живущие в плодородных долинах и в гораздо более благоприятных условиях, располагающие изобилием продуктов питания, не обладают ни здоровьем, ни счастьем.

Причина такого здоровья и счастья у хунзов, согласно мнению ученых, посетивших этот народ и изучавших его жизнь и быт, кроется в характере питания.

Согласно нашей классификации, это питание является полноценным, натуральным и без вредных примесей. Они питаются скудно, но, можно сказать, правильно. В их пище мало калорий, но она полностью соответствует физиологическим потребностям человеческого организма.

Для отличного здоровья важны два аспекта: есть нужно немного, лишь в соответствии с истинными потребностями тела, но пища должна быть полноценной, доброкачественной и легкоусвояемой.

Разберем более подробно, что понимают ученые, побывавшие у этого народа, под выражением «прекрасное здоровье».

Первый врач, который их обследовал, Роберт Мак-Карисон, интересовался прежде всего тем, что мы называем отрицательным проявлением здоровья, т. е. отсутствием заболеваний, которые бытуют в соседних племенах Кашмира и Малого Тибета.

Он был удивлен, что не встретил среди этого народа ни инфекционных болезней, ни ревматических, ни порченых зубов, ни душевных заболеваний.

Встретились ему лишь единичные случаи воспаления глаз, вызванного, возможно, темнотой и сыростью, которые царят зимой в их домах.

Наибольший интерес ученого вызвал тот факт, что не обнаружилось ни одного из тех заболеваний, которые в преклонном возрасте принимаются современной медициной за «норму».

В отличном состоянии зубы, глаза, даже дальнозоркость, которая начинает развиваться у цивилизованных народов лет с сорока пяти, и та не встречалась.

Так же обстояло дело и с сердечными заболеваниями, и со склерозом, который наша цивилизация объявила «нормальным и неизбежным» явлением старости.

Во время своей второй экспедиции к хунзам Роберт Мак-Карисон жил вместе с ними в их домах и изучал их образ жизни. Отмечая их отменное здоровье, он особенно подробно остановился на следующих трех аспектах: Высокая трудоспособность в широком смысле слова: и во время работы, и во время плясок, и во время игр.

Это качество сразу бросается всем в глаза. Для хунзы пройти сто-двести километров — все равно что для нас совершить короткую прогулку возле дома.

Они легко взбираются на крутые горы, чтобы передать кому-то письмо, и возвращаются домой свежие и веселые.

Жизнерадостность. Хунзы постоянно смеются, они всегда в хорошем расположении духа. Даже тогда, когда голодны и страдают от холода.

Исключительная стойкость. «У хунзов нервы крепкие, как канаты, и тонкие и нежные, как струна», — говорит о них Мак-Карисон.

Они никогда не сердятся и не жалуются, не нервничают и не выказывают нетерпения, не ссорятся между собой и с полным душевным спокойствием переносят физическую боль, неприятности, шум и т. п.

Исследовав и описав их образ жизни, Мак-Карисон снова поставил опыты на крысах, но уже совсем другого рода. Они известны в науке под именем «Эксперименты Конур» — по месту нахождения его лаборатории.

Исследователь разделил тысячи подопытных крыс на три группы, в соответствии с тремя группами населения — «Уайтчепль» (район Лондона), «хунза» и «индусы». В

се они содержались в одинаковых условиях, но получали разную пищу, в соответствии с национальными традициями каждой страны.

Группа «Уайтчепль» получала пищу, которую употребляют жители Лондона: белый хлеб и разные изделия из белой муки, варенье, мясо, соль, консервы, яйца, сласти, вареные овощи и т. п.

Крысы «хунза» получали ту же пищу, что и люди этого племени, как и крысы «индусы». Он исследовал состояние здоровья целого поколения крыс, получавших три разные диеты, и выяснил интересную закономерность.

Группа «Уайтчепль» переболела всеми болезнями, которые поражают жителей Лондона, начиная от детских заболеваний и кончая хроническими и старческими недугами.

Группа «Уайтчепель» оказалась довольно нервозной и воинственной, крысы кусали друг друга и даже загрызали до смерти.

Крысы «индусы» по состоянию своего здоровья и по общему поведению оказались подобными тому народу, который олицетворяли в этих экспериментах.

А крысы «хунза» оставались здоровыми и жизнерадостными и проводили время в играх и спокойном отдыхе.

Какой же урок мы можем извлечь для себя из этих наблюдений?

Во-первых, мы убеждаемся, что пища, а не какая-то таинственная сила является причиной удивительного здоровья этого маленького народа хунзов. Ни климат, ни религия, ни обычаи, ни раса не оказывают заметного влияния на их здоровье — только пища.

Во-вторых, мы узнаем, что опять-таки пища, а не что-нибудь другое, может из здоровых людей сделать больных — достаточно только изъять из рациона некоторые питательные вещества, которые большинство людей считают маловажными.

Мы узнаем также, что большого количества пищи и высокой ее калорийности мало для здоровья. Не «недоедание» вызывает болезни, царящие в неимущих классахвсего мира, а состав употребляемой пищи.

Эксперименты, поставленные на трех группах крыс, подтвердили эту мысль.

В-третьих, мы узнаем, что даже моральное состояние может пострадать, если в рационе не хватает определенных питательных веществ.

Крысы, жившие в мире и дружбе между собой, становились агрессивными и пожирали друг друга, когда их лишали полноценной пищи, необходимой для их здоровья.

Одному Богу известно, до какой степени социальные беспорядки, революции, войны зависят от неправильного питания масс.

Неадекватная пища, а не ее недостаток (как утверждают политики) повинна в плохом состоянии общества. Неадекватная пища, а не тот факт, что мало едят протеинов или мало пьют молока (продукты, о которых современные государственные деятели говорят как о лучшем питании для неимущих классов и для малоразвитых стран), является причиной потрясений.

Ведь даже нищий в западных странах потребляет больше хваленых протеинов (мясо, яйца, сыр, молоко), чем представитель самого здорового и счастливого народа в мире — хунзы.

Другими словами, мы узнаем, что качественный состав пищи сильно влияет на сохранение здоровья, уберегает от заболеваний и сохраняет молодость. От него зависят и умственное здоровье, душевное равновесие, отсутствие неврозов и других психических расстройств.

Postedby 

 Троцкая Светлана

 

Получайте  свежие статьи  и другие полезные материалы на свой почтовый ящик,
подписавшись на рассылку проекта:

 

Ваш e-mail: *
Ваше имя: *

 

Еще статьи  в тему:

Напиток Pepsi растворяет тело мыши

Разберем, что мы пьем

Генетически модифицированные добавки и ароматизаторы

Отечественные компании и продукты, в приготовлении которых используется ГМО

Импортные продукты содержащие ГМО

Российские учёные доказали ОПАСНОСТЬ ГМО для здоровья

Вся правда о современном хлебе

В мясе ли сила?

 

 

 

<<< вернуться назад

на главную

вперед >>>

 к содержанию

 

 

Информация, термодинамика и конструкция биологических систем

Posted by Наталья Чавлытко | Грани нашей реальности | Четверг 29 Август 2013 22:46

http://silaosoznania.ru/

Информация Количество информации Исследования Пространство Реальность Макросистемы  Микросостояние Биологические системы Биофизика Биология Физика Термодинамика Энтропия Каналы связи Живая материя Организм человека

Грани нашей реальности

Информация, термодинамика и конструкция биологических систем

 

 

 

 Информация, термодинамика и конструкция биологических систем

Л. А. БЛЮМЕНФЕЛЬД

Московский государственный университет

им. М.В. Ломоносова

 

Лев Александрович Блюменфельд, доктор химических наук, действительный член Российской академии естественных наук, профессор кафедры биофизики Физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, главный научный сотрудник Института биохимической физики. Автор около 300 научных работ и 5 книг.

 

 

Статья посвящена анализу взаимосвязи между информацией и термодинамикой. Рассмотрены количественные соотношения между энтропией и количеством информации, необходимой для полного описания системы. Обсуждаются вопросы о смысле биологической упорядоченности и понятии "конструкции" живых систем и их компонентов.

ЧТО ТАКОЕ ИНФОРМАЦИЯ?

"Я бросал игральный кубик пять раз и каждый раз выпадало два очка". "Из колоды, содержащей 32 карты, я наугад выбрал одну, и она оказалась дамой пик". "Я взвесил образец на весах с точностью ?10 грамм. Вес оказался равным 100 грамм. Я повторил взвешивание на весах с точностью ?1 грамм, и вес оказался равным 99 грамм". В каком из этих трех случаев я получил больше информации? Во всех этих примерах речь идет о получении сообщения, ограничивающего возможность выбора вариантов значения некоторой величины. В этом смысле любое измерение ничем не отличается от получения сообщения по любым каналам связи.

Проблема оценки количества информации, содержащегося в сообщении, была решена в 1949 году [1].

Для упрощенной ситуации: когда может произойти 1/ p событий с одинаковыми вероятностями p # 1 для каждого из них, количество информации I определяется формулой

где р - априорная вероятность некоторого события (то есть вероятность до получения сообщения), а р1 - вероятность после получения сообщения. Если сообщения достоверны и однозначны, то р1 = 1 и

I = - log 2 p.

В качестве единицы информации I принимают количество информации в достоверном сообщении о событии, априорная вероятность которого равна 1/2. Эта единица получила название "бит" (от английского binary digits).

В первом из приведенных выше примеров р = = (1/6)5 = 1/7776 и I = log 27776 ї 12,9 бит; во втором примере I = - log 2(1/32) = 5 бит. В третьем примере повышение точности измерения в 10 раз приводит к десятикратному сужению интервала возможных значений измеряемой величины и, следовательно, к уменьшению в 10 раз вероятности получения измеренного значения: I = - log 2(1/10) ї 3,33 бит.

ИНФОРМАЦИЯ И ЭНТРОПИЯ

За 20 лет до появления работ Шеннона анализом информации занимался венгерский физик Сциллард [2] в связи с решением одного термодинамического парадокса, предложенного Максвеллом еще в прошлом веке [3].

Смысл парадокса Максвелла заключается в следующем (рис. 1). Изолированная система, состоящая из разделенного на две части резервуара с газом и с дверцей в перегородке, содержит также "демона" (существо или автомат), наделенного способностью отличать быстрые молекулы от медленных.

Демон открывает дверцу только в том случае, если к ней справа подлетает быстрая молекула. Поэтому газ в левой части резервуара будет нагреваться, а в правой - остывать.

Таким образом, в изолированной системе тепло будет переходить от холодного тела к горячему с понижением энтропии системы в противоречии со вторым законом термодинамики.

Сциллард [2], рассмотрев один из упрощенных вариантов парадокса Максвелла, обратил внимание на необходимость получения информации о молекулах и открыл связь между информацией и термодинамическими характеристиками. В дальнейшем решение парадокса Максвелла было предложено многими авторами (см., например, [4]).

Смысл всех решений заключается в следующем: информацию нельзя получать бесплатно. За нее приходится платить энергией, в результате чего энтропия системы повышается на величину, по крайней мере равную ее понижению за счет полученной информации.

Пусть задано макроскопическое состояние некоторой системы, то есть с определенной степенью точности указаны значения таких параметров, как объем, давление, температура, химический состав и т.п.

Каждому макросостоянию системы соответствует набор микросостояний. В микросостоянии прецизированы (точно заданы) состояния всех частиц, входящих в систему.

Для любой макросистемы при температуре выше абсолютного нуля число микросостояний W, соответствующих данному макросостоянию, огромно. W называется статистическим весом или термодинамической вероятностью данного макросостояния.

Согласно основному постулату статистической физики, все W микросостояний, соответствующие одному макросостоянию, имеют одинаковую априорную вероятность. Знать микросостояние системы - значит знать о системе все!

Величина W непосредственно связана с энтропией. По формуле Планка-Больцмана

S = k ln W,

где размерная постоянная Больцмана k = 1,38 i i 10-16 эрг/град или 3,31 " 10- 24 эе (эе - энтропийная единица, 1 эе = 1 кал/град). Рассчитаем, какое количество информации надо получить о системе, находящейся в данном макросостоянии, чтобы однозначно определить ее микросостояние.

Иначе говоря, какого количества информации недостает для полного описания системы в заданном макросостоянии?

Пусть микросостояние определено путем измерений или расчетов (на самом деле сделать это нельзя). До определения вероятность того, что макроскопическая система находилась именно в этом микросостоянии, была равна 1/ W, а после определения стала равной единице.

Полученное количество информации

I = - log 2 = log 2W.

Формулы (3) и (4) совпадают с точностью до постоянного размерного множителя. Величины I и S существенно идентичны. Ситуация здесь та же, что и для соотношения между массой и энергией: E = mc 2, где роль размерного множителя играет с 2 .

Аналогична ситуация и в случае соотношения между частотой и энергией кванта света, где размерным множителем является постоянная Планка: e = "w.

Энтропия системы в данном макросостоянии есть количество информации, недостающее до ее полного описания.

Чтобы перейти от количества информации в битах к энтропии в энтропийных единицах, необходимо перейти от логарифма при основании 2 к натуральному логарифму и умножить на k :

S(эе) = 2,3 " 10- 24I бит.

СКОЛЬКО СТОИТ БИОЛОГИЧЕСКАЯ УПОРЯДОЧЕННОСТЬ?

Почти во всякой книге, посвященной теоретической биологии и биофизике, можно встретить слова об удивительной упорядоченности биологических структур на всех уровнях от макромолекул до человека.

Рассуждения об антиэнтропийных тенденциях живого, об антиэнтропийном характере биологической эволюции стали общим местом не только у биологов и философов, но и у физиков.

Эти утверждения основаны на чувстве удивления, которое испытывают ученые, наблюдающие биологические структуры и процессы.

Для утверждения, что упорядоченность одной системы выше, чем другой, нужно эти упорядоченности измерить. Измеримая, выражаемая числом упорядоченность может относиться лишь к макросостоянию системы.

В распоряжении физики имеется пока лишь одна величина, характеризующая степень упорядоченности - энтропия. Оценим поэтому изменения энтропии, связанные с возникновением биологической организации.

Упорядоченность построения многоклеточного организма из клеток

Тело человека содержит примерно 1013 клеток. Допустим, что среди них нет ни одной пары одинаковых и что ни одну пару нельзя поменять местами без нарушения функционирования организма.

Это значит, что относительное расположение клеток в теле человека однозначно. Количество информации, необходимой для построения такой единственной структуры из 1013! возможных,

I = log 2(1013!) ї 1013 log 21013 ї 4 " 1014 бит.

Отсюда следует, что понижение энтропии при построении организма человека из клеток составит

DS ї 2 " 10- 24 " 4 " 1014 ї 10- 9 эе.

При испарении одного грамма воды энтропия повышается примерно на 1 эе. Таким образом, понижение энтропии при переходе от хаотически расположенных клеток к организму человека численно равно повышению энтропии при испарении 10- 9 грамм воды.

Принятые постулаты об отсутствии одинаковых клеток и о невозможности их перестановок лишь увеличили рассчитанное по формуле (6) количество требуемой информации, так что DS на самом деле гораздо меньше.

Упорядоченность построения клетки из биополимеров

Количество молекул биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полиуглеводов и др.) в одной клетке составляет в среднем 108.

Допустим снова, что все молекулы различны, а их относительное расположение уникально. Количество информации, необходимой для построения одной клетки из готовых биополимеров,

I ї 108 log 2108 ї 2,6 " 109 бит,

а для всех клеток в организме человека 2,6 " 1022 бит, что соответствует понижению энтропии примерно на 6 " 10- 2 эе.

Упорядоченность построения белков и ДНК из мономеров

Организм взрослого человека содержит около 7 кг белков и 150 г ДНК, что соответствует ї 3 " 1025 аминокислотных и ї 3 " 1023 нуклеотидных остатков.

Для создания единственной последовательности из 203 " 1025 возможных, для белка необходимо ї 1026 бит. Для ДНК необходимо ї 6 " 1023 бит. В пересчете на энтропию получаем для белков и ДНК 300 и 1,4 эе соответственно.

Таким образом, упорядоченность биологической организации человеческого тела "стоит" 301,5 эе и подавляющий вклад вносит упорядоченное распределение аминокислотных остатков в белках.

Понижение энтропии при возникновении такой биологической организации с легкостью компенсируется тривиальными физическими и химическими процессами.

Повышение энтропии на 300 эе обеспечивается испарением 170 г воды.

Эти оценки показывают, что возникновение и усложнение биологической организации происходит практически "бесплатно".

Все разговоры об антиэнтропийных тенденциях биологической эволюции основаны на недоразумении. Согласно физическим критериям, любая биологическая система упорядочена не больше, чем кусок горной породы того же веса.

Хотя эти оценки не могут быть оспорены, они вызывают чувство неудовлетворенности. Ведь без всяких расчетов поразительная упорядоченность биологических структур и процессов совершенно очевидны.

Если физика говорит, что эта упорядоченность ничего не стоит, то хочется ответить: тем хуже для физики. Интуитивно чувствуется, что биоструктуры обладают особой упорядоченностью, измерять которую в энтропийных единицах, конечно, можно, но многого для понимания особенностей живой материи при этом не стоит ожидать.

В основе ощущения особой упорядоченности биологических структур лежит то обстоятельство, что она имеет смысл.

Осмысленно то, что имеет цель.

СМЫСЛ БИОЛОГИЧЕСКОЙ УПОРЯДОЧЕННОСТИ

Исследуя природу, естествоиспытатель задает ей вопросы. При изучении мертвой материи возможны только два принципиальных вопроса: как и почему?

Ответы на первый вопрос дают описания строения исследуемых объектов, последовательности событий, с ними происходящих (например, в ходе химических превращений, при прохождении света через различные среды, во время землетрясений и т.п.).

Ответы на второй вопрос дают физические и химические законы. Почему кристалл поваренной соли имеет кубическую структуру с данным расположением ионов Na+ и Cl - друг относительно друга?

Ответ: потому что расчеты с использованием законов физики показывают, что такая структура соответствует минимуму свободной энергии системы, то есть наиболее стабильна.

Кстати, требование минимума свободной энергии значит, что структура кристалла не может быть идеально правильной. Вхождение в уравнение для свободной энергии DF = DU - TDS члена TDS приводит к появлению равновесной концентрации дефектов кристаллической решетки.

При исследовании объектов живой природы и объектов, сделанных живой материей (главным образом в результате деятельности человека), можно задать третий вопрос: для чего?

Собственно говоря, возможность задать такой вопрос и свидетельствует, что живая материя, ее компоненты и объекты, ею изготовленные, имеют смысл. Нельзя спросить: для чего кристалл NaCl имеет кубическую симметрию?

Однако можно спросить: для чего молекула гамма-глобулина построена так, а не иначе? И получить ответ: для того чтобы осуществлять функции иммунной защиты и предотвращать гибель организма, уменьшая вероятность гибели вида.

Попробуем разобраться в том, что такое "смысл" биологической упорядоченности и какими свойствами должны обладать системы, упорядоченность которых имеет смысл.

Впервые четко поставил эти вопросы и попытался на них ответить Кастлер [5]. Приведу некоторые примеры из этой книги.

Пусть имеется сейф с замком. Есть набор цифр от 0 до 9 и устройство случайного выбора, позволяющее выбрать тройку цифр. Выберем три цифры и введем их в качестве кода в замок сейфа.

До этого любые мыслимые последовательности из трех цифр ничем друг от друга не отличались. Все они не имели смысла. Введение случайно отобранной тройки цифр в замок сейфа сделало ее осмысленной. Смысл ее заключается в том, что она открывает сейф, а другие нет.

Другой пример возникновения осмысленной упорядоченности. Пусть в обширном водном резервуаре растворено большое количество нуклеотидов - мономеров, из которых построена ДНК.

Присутствуют четыре сорта нуклеотидов: на основе аденина (А), гуанина (Г), цитозина (Ц) и тимина (Т). Между нуклеотидами могут идти реакции конденсации с образованием однонитевых ди-, три- и т.д. полинуклеотидов. Например,

А + Т AT + H2O,

AT + A ATA + H2O и т.д.

Скорость распада ди-, три-, _ полинуклеотидов значительно больше скорости их образования, и равновесие в этих реакциях будет сдвинуто в сторону мономеров.

Концентрации полинуклеотидов будут невелики и тем меньше, чем длиннее цепочка.

Небольшое число полимерных нитей разной длины, которые всегда будут присутствовать в растворе в динамическом равновесии с огромным избытком мономеров, должно иметь совершенно случайные последовательности нуклеотидов (скорости реакций распада и синтеза для всех нуклеотидов практически одинаковы), и априорные вероятности всех последовательностей будут одинаковы.

Ясно, что та или иная реализующаяся последовательность, та или иная возникающая упорядоченность не будут иметь смысла.

Однако благодаря особым химическим свойствам нуклеотидов (возможность образования водородных связей между ними), помимо перечисленных выше реакций образования однонитевых цепочек, могут идти реакции присоединения цепочки других нуклеотидов и образование новой цепочки, связанной с первой.

Этот процесс называется матричным синтезом. Последовательность нуклеотидов в новой цепочке полностью определяется последовательностью в исходной цепочке: против А всегда стоит Т, а против Г - Ц:

Матричный синтез

Возникающая в результате матричного синтеза молекула двунитевого полимера гораздо стабильнее молекулы однонитевого. По достижении достаточной длины она образует двойную спираль, практически не распадается и может успеть "редублицироваться", нарастив на обе нити соответствующие нуклеотиды:

Редубликация

Первая двунитевая молекула образуется в результате случайного и весьма маловероятного процесса: на одной из однонитевых полимерных молекул успевает до ее распада пройти матричный синтез. Последовательность нуклеотидов в этой однонитевой молекуле могла быть любой.

Однако после того, как двунитевая структура образовалась, ситуация резко изменилась. Последовательность, реализованная в таком долгоживущем двунитевом полимере, приобрела смысл.

Этот смысл состоит в том, что эта последовательность в стабильной и способной к редубликации молекуле существует, а другие возможные последовательности - нет. В системе будет быстро возрастать концентрация полимеров именно с такой, теперь уже особой, последовательностью.

Случайные отклонения ("ошибки") от "правильной" последовательности будут также воспроизводиться и дадут начало самостоятельным системам, конкурирующим с исходной за наличные запасы мономеров.

Таким образом, благодаря запоминанию случайного выбора возникла упорядоченность, имеющая смысл, возникла система, способная создавать осмысленную информацию.

Этот пример стабильной самовоспроизводящейся системы нуклеиновых кислот ни в коем случае не претендует на то, чтобы его связывали с происхождением жизни на Земле.

Это просто попытка продемонстрировать наиболее существенные характеристики процесса создания осмысленной упорядоченности на примере биополимеров с использованием некоторых хорошо известных их свойств.

В обоих приведенных примерах речь шла именно о создании новой информации. До того, как полимер со случайной последовательностью нуклеотидов образовал стабильную двунитевую структуру, или до того, как случайная последовательность трех цифр была введена в замок сейфа, информации о том, что эти последовательности "лучше" других, просто не существовало.

Информация была создана, сотворена. Непредсказуемое превратилось в неизбежное (Пьер Буле, цитировано по [5]).

Системы, создающие осмысленную упорядоченность, обладают одним общим свойством: они содержат компоненты, конструкции, продолжительность жизни которых превышает время одного цикла работы системы.

Для системы нуклеиновых кислот это значит, что двунитевой полимер не распадется до редубликации, а для другого примера - что замок сейфа не разрушится до того, как будет испытана хотя бы одна тройка цифр.

Требование наличия долгоживущих, медленно релаксирующих конструкций обязательно для живой материи. Нельзя построить живое на основе газовой фазы!

Таким образом, понятие конструкции становится весьма важным при анализе функционирования живых систем и их компонентов.

С позиции статистической физики наличие конструкции означает наличие границ между областями фазового пространства, пересечение которых запрещено для фигуративных точек статистической системы в течение данного промежутка времени.

Эта проблема выходит за рамки настоящей статьи.

ЛИТЕРАТУРА

1. Shannon C.E., Weaver W. The Mathematical Theory of Communication. Univ. of Illinois Press, 1949.

2. Szillard L. // Z. Physik. 1929. V. 53. P. 840.

3. Maxwell J.C. Theory of Heat. London, 1971.

4. Бриллюен Л. Наука и теория информации. М.: Физматгиз, 1960.

5. Кастлер Г. Возникновение биологической организации. М.: Мир, 1967.

http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/136.html

БЛЮМЕНФЕЛЬД Л.А. , 1996

 

Получайте  свежие статьи  и другие полезные материалы на свой почтовый ящик,
подписавшись на рассылку проекта:

 

Ваш e-mail: *
Ваше имя: *

 

 

Читать статьи:

 

 

<<< вернуться назад

на главную

вперед >>>

 к содержанию