Информационно-энергетический подход позволяет и в данном случае преодолеть ограниченность структурного подхода, снять налет телеологичности.
Следует обратить внимание на то, что для глаза, как и для других органов информации, характерно чрезвычайно малое потребление энергии при работе. Наш светоприемник при адаптации способен воспринимать даже отдельные кванты света.
Эволюция глаза как светопринимающего устройства характеризовалась постепенным накоплением усовершенствований. В самом начале на основе фоточувствительных молекул примитивные организмы умели лишь отличать свет от темноты. У некоторых одноклеточных имеется пигментированное светочувствительное пятно, как правило на переднем конце тела. Известна отрицательная реакция инфузорий на видимый свет и особенно на ультрафиолет. Имеющая хлоропласты эвглена, напротив, плывет к свету.
Развитие многоклеточности «позволило» усложнить и строение светопринимающих устройств. Уже у плоских червей имеются примитивные глаза — чашечки со зрительным пигментом родопсином. Примечательно, что функции светочувствительных клеток взяли на себя молекулы родопсина, которые являются ближайшими родственниками древнейшего белка бактериородопсина.
Строение глаза все более усложняется с ростом уровня организации животных. Образуется глазной пузырь с жидкостью и подвижным хрусталиком — линзой. Чувствительность и разрешающая способность глаза еще более возрастает с образованием сетчатки — слоя светочувствительных клеток. В дальнейшем светочувствительные возможности возрастают с увеличением кривизны хрусталика, развитием зрачка, глазной мускулатуры, разделением светочувствительных клеток на колбочки и палочки и т. д.
У членистоногих развился другой тип глаза — фасеточный. Отдельная фасетка имеет ряд светочувствительных клеток и неподвижную линзу. Увеличение числа фасеток в сотни и тысячи раз повышает разрешающую способность такого глаза. Для малых организмов, особенно для летающих форм, по-видимому, было выгоднее варьировать число мелких фасеток, чем создавать единую, довольно крупную структуру с глазным пузырем и хрусталиком.
Таким образом, можно видеть, какой путь прошел глаз в эволюционном развитии под действием естественного отбора на улучшение функции.
Может быть, еще более наглядным примером действия отбора на изменение структуры служит элиминация структур, если они не нужны. И здесь хорошо известны случаи упрощения или даже редукции (потери) глаза в тех условиях, когда он не нужен. Один из самых впечатляющих примеров был описан обозревателем газеты «Комсомольская правда» [6 июля 1985 г., № 18357] В. Песковым. В маленьком пруду (Бабынивский район Калужской области), вырытом 15 лет назад, были обнаружены безглазые караси, наряду с обычными. Имелись и одноглазые формы, и образцы с более выпуклыми глазами. Чем можно объяснить безглазие, развившееся так быстро? Прежде всего, именно этот вид карася имеет нестабильный генетический механизм передачи признаков и широкую вариабельность структур (от него выведены разнообразнейшие по форме и окраске аквариумные рыбки).
В данном случае безглазие оказалось даже не уродством, а выгодным преимуществом. В мелком илистом пруду зрение не нужно; для копания в иле важнее обоняние. По сведениям В. Пескова, обоняние у незрячих рыб хорошо развито. И главное: в пруду нет хищников — ни щуки, ни окуня, так что на всех фазах развития глаз карасям не требуется. Без этой лишней структуры безглазые караси развиваются быстрее зрячих. Преимущество освобождения от ненужной структуры здесь очевидно.
Продолжим описание нашей информационно-управляющей системы. Теперь очередь за рассмотрением переносчика информации — нервной системы и ее центра — мозга, перерабатывающего эту информацию и вырабатывающего сигнал управления. Для совершенствования адаптационных способностей организма это, пожалуй, самые важные системы.
Совершенно очевидно, что должен существовать центральный анализатор сигналов от зрительного и других рецепторов, который принимает решение и вырабатывает управляющий сигнал исполнителю (мышцам). Развитие мозга было прослежено еще в прошлом веке, и цефализация организмов считалась одним из важных критериев эволюции. Доля нервных и мозговых клеток в эволюции возрастала, причем характер этого роста во времени имел экспоненциальную природу.
Заметим, что работающий мозг потребляет энергии незначительно больше, чем отдыхающий, что говорит о его экономичности по энергетике.
И опять достойно упоминания то, что при ненужности функции даже эта совершенная структура может быть потеряна полностью. Примером тому служат паразитические черви, в условиях полного обеспечения пищей утратившие голову вместе с мозговыми клетками.
Теперь очередь за третьим компонентом системы — исполнительным органом. У высших животных это мышца. Совершенно очевидно, что чем быстрее организм достигнет источника пищи или избегнет опасности, тем больше вероятность его выживания, выше уровень его адаптации к условиям окружающей среды. И здесь природе пришлось вырабатывать разнообразные пути решения. Движение с помощью жгутиков было освоено уже на уровне одноклеточных прокариот. Сам бактериальный жгутик вращается в мембране, его основание — базальное тельце — крутится подобно ротору электродвигателя, что обусловлено градиентом концентрации ионов водорода. Аналогия с электродвигателем довольно глубокая, так как в обоих случаях имеется вращающееся электромагнитное ноле. Природа изобрела колесо давным-давно, только его размеры оказались малыми, и оно не смогло эффективно работать. Ускорение движения одноклеточного эукариотного организма могло быть обеспечено и обеспечивается увеличением числа ресничек, но предел тут достигается довольно быстро, и он имеет диффузионную основу (например, диффузия топлива к месту работы). Задача могла быть решена только на уровне многоклеточных, с развитием специализированных клеток. Удлинение движущегося рычага, помещенного в среду, содержащую топливо (типа АТФ), образование «сократительной нити» — вот путь совершенствования мышцы, нового аппарата перемещения организма в пространстве, по С. Э. Шнолю.
И здесь существенно представление о регрессе структуры. На собственном примере каждый из нас может убедиться, как быстро может потерять объем и эластичность мышца, если ее не нагружать. Проблема становится особо острой в условиях невесомости. Для длительных полетов пришлось разработать сложные программы интенсивных нагрузок.
Конечно, вся система обратной связи развивалась согласованно. Так, скорость физической реакции на раздражение не должна была сдерживаться, например, скоростью распространения нервного импульса, и той «пришлось» возрасти от 0,1 до 150 м/с, приблизившись к скорости звука.
Проведенное рассмотрение информационно-управляющей системы наглядно демонстрирует первичность функции перед структурой. Вывод этот не имеет оттенка телеологичности, если не забывать о движущих энергетических потоках, инициирующих круговороты. Сам вывод не противоречит заключениям эволюционистов, особенно если речь идет о конвергентном сходстве, казалось бы, далеких по происхождению структур. Примечательно в этом смысле высказывание известного эволюциониста Э.Майра [1968, с. 403]: «Мир животных, так же как и мир растений, полон конвергенции, когда сходные требования среды вызывают сходные фенотипические реакции у неродственных или по крайней мере не близкородственных организмов. Если существует только одно эффективное решение для данной функциональной проблемы, то весьма различные генные комплексы дадут одно и то же решение независимо от того, сколь бы ни были различны избранные пути. Поговорка, что „все дороги ведут в Рим“, столь же верна, как и в житейских делах».
И над всем этим витает «дух» энергетического (но не энтропийного) совершенствования. Можно считать, что развитие систем кодового управления хорошо соответствует действию энергетических принципов: увеличение активности организмов (в том числе и по захвату энергии, и по относительному уменьшению), экономии трат на поддержание структуры (вспомним потерю головы паразитом, если она не нужна).
В целом анализ развития информационно-управляющих систем животных хорошо демонстрирует важность энергетических характеристик в эволюции животных, особенно на верхних ступенях эволюционной лестницы. Для этого уровня становятся существенными социальные функции и структуры.
8.3. «Самоорганизация» на уровне популяций
Уделяя особое внимание морфофизиологическим структурам отдельного организма, изучая громадное, почти непостижимое разнообразие форм, очень легко оказаться в плену организмоцентризма, т. е., грубо говоря, считать, что структура организма и органа определяет его функцию. В предыдущем параграфе, говоря об особенностях морфологических и информационных структур организмов, мы старались подчеркивать ведущую роль функции. Но особенно ярко приоритет функции выступает, если подняться на следующую ступень и рассматривать популяционный уровень отношений организмов.
В связи с этим заслуживает отдельного рассмотрения поведенческий аспект в эволюции животных. Социальная сторона его очевидна, так как практически вся жизнь животных связана с их отношениями в популяциях. Роль поведения в эволюционных сдвигах отмечалась эволюционистами разных направлений, для пас важно проследить, как с его совершенствованием «улучшается» энергетика популяции (и количественно. и качественно). Как отмечает Э. Майр, выбор нового биотопа, использование новой пищи представляет собой, как .правило, новый аспект поведения и играет основную роль при переходе в новые адаптивные зоны. «Поведение представляет собой наиболее важный эволюционный определяющий фактор; особенно при возникновении новых тенденций... Большинство недавних переходов в новые экологические ниши вначале не сопровождалось структурными модификациями. В тех случаях, когда развиваются новые повадки, вслед за этим рано или поздно происходят структурные изменения» [Майр, 1968, с.401]. Таким образом, явно говорится о первичности поведения, связанного с функцией, и вторичности структуры.