Хотя «обмен деталей» в механическом крабе хорошо поясняет суть обмена веществ в живом организме, он не проливает никакого света на сомнения Шредингера. Ведь атомы в отличие от деталей краба не ломаются и не изнашиваются. Заменять их просто так, ради торжества принципа едва ли целесообразно. Очевидно, в обмене веществ должен быть какой-то другой глубокий и важный смысл. Какой же?
Оказывается, «обмен деталей» гораздо более совершенный метод сохранения первоначальной структуры и формы организма, чем изготовление его из самых прочных материалов и самых надежных деталей. В сущности, прочность и стойкость употребляемых веществ не играют в самообновляющемся организме особой роли, ибо не от них зависит его целостность. Секрет структуры и формы записан на магнитной пленке, запрятанной глубоко в теле механического краба и не подвергающейся тем грубым внешним воздействиям, которые деформируют и истирают конструктивные детали — панцирь, ноги, инструменты и т. д.
Поэтому если в результате несчастного случая краб потеряет какую-нибудь деталь — не беда. Ведь через минуту, через час, через день она все равно была бы в порядке «обмена деталей» отброшена и заменена новой. А раз так, то крабу надо только подождать минуту, час, день, и на место потерянной детали автоматически станет точно такая же новенькая…
Но если надежность отдельной детали не дает предела долговечности всего крабьего организма, то что может помешать нам сделать такой организм вечным? Что может положить предел бесконечному «обмену деталей», бесконечному самообновлению?
Выше, описывая самообновляющегося краба, мы сделали оговорку, что его жизнь гарантирована, если запись на магнитной ленте точна и технологический блок в порядке. В самом деле, мы уже знаем, что на стыке реального физического процесса и его математической модели возникает страшный призрак: точность измерений и расчетов. Этот призрак должен возникнуть и при сборке новых крабов и при «обмене деталей» в организме отдельного краба. Краб может заменить сам себе любую деталь, но он не может заменить себе магнитную ленту, на которой закодировано его устройство, и не может заменить себе технологический блок, который, собственно, и производит операцию самообновления. Эти два элемента можно ограждать от вредных (воздействий, можно глубоко запрятывать, но их нельзя заменить. Более того, их в принципе нельзя защитить от износа. Можно свести износ к минимуму, но нельзя устранить его полностью.
Постоянное считывание записи, необходимое для «обмена деталей», приводит к тому, что на магнитной ленте постепенно накапливаются царапины, разбалтывается лентопротяжный механизм, вырабатываются зазоры в узлах инструментального блока. Монтаж новых деталей производится все менее точно. Краб постепенно разбалтывается, утрачивает точность движений и формы. Короче говоря, краб стареет. И единственная причина этого неумолимого процесса — износ магнитной ленты и инструментального блока…
Все это прекрасно и интересно, но какое отношение все это имеет к необратимости, термодинамике и энергии? Какое отношение все это имеет к жизни?
Теперь мы можем ответить на эти вопросы, ибо настала пора разобраться, чем же приходится расплачиваться за такой остроумный, необычный и эффективный способ самозащиты организма, как «обмен деталей».
Когда краб смотрит, слушает, ходит и вообще действует, в его внутренностях происходят необратимые изменения, которые, как мы знаем, обязательно сопровождаются выделением теплоты, генерированием энтропии. Отсоединение одной детали и установка на ее место новой тоже необратимый процесс, и как таковой требует выделения теплоты. Таким образом, цена самообновления путем непрерывного «обмена деталей»— могучий источник теплоты в теле краба. Бели его панцирь сделан из хорошего теплоизолятора, температура внутри повышается до тех пор, пока не перегорит и не выйдет из строя оборудование. Чтобы избежать этого, краб должен охлаждаться, отводить в окружающую среду генерирующуюся внутри его теплоту. Такой отвод /возможен лишь тогда, когда температура краба выше температуры окружающей среды. Другими словами, чтобы действовать и жить, краб обязательно должен быть теплым!
Насколько? Насколько его температура должна быть выше температуры окружающей среды?
Оказывается, чтобы размеры краба получились минимальными, его рабочая температура должна быть как можно ближе к температуре разрушения. Но что это за температура? Разрушение какой детали краба будет служить ограничением нагрева? Очевидно, таким ограничением будет служить температура разрушения наименее стойкой детали — электроизоляции, смазки или магнитной ленты. Нет смысла устанавливать в механизм краба узлы и детали, способные хорошо работать при 200–300 °C, если запись на магнитной ленте стирается при 100 °C. Минимальные размеры могут быть достигнуты лишь тогда, когда предельно допустимая рабочая температура всех деталей и узлов одинакова. Именно это и достигается в живой клетке. Именно это и выполняется в живом организме!
Первым обратил внимание на принципиальную важность предельного перехода в определении жизни советский биофизик К. Тринчер. В 1964 году он отмечал, что в основе обмена веществ в живой системе лежат два противодействующих процесса: разрушение структуры под действием повышенной температуры и построение точно такой же структуры, сопровождающееся повышением температуры. Таким образом, живая материя — это химическая машина, работающая при температуре своего разрушения. И в этом — глубокое отличие биологии от физики и химии. Если физик, изучая молнию, воспроизводит в своей лаборатории искру — маленькое подобие настоящей молнии, если химик, изучая свойства веществ, выделяет или синтезирует их в своей пробирке, то биолог не в состоянии воспроизвести объект своего исследования. Он может смоделировать любую функцию жизни, но он не может смоделировать саму живую материю. «Между живым организмом и машиной, — пишет К. Тринчер, — существует… коренное различие… Машина обладает устойчивостью своей структуры при температуре ее деятельности: структура сохраняется и тогда, когда машина не действует. Живой организм, напротив, должен всегда функционировать, и если по какой-то причине организм перестает выполнять свои, функции при температуре своей жизнедеятельности, то он необратимо теряет свою структуру и погибает».
Возникает интересный и важный вопрос: не может ли минимизация самодействующей, самосохраняющейся и само-воспроизводящейся системы стать причиной ее бессмертия? Ведь если причина старения краба — износ магнитной ленты и инструментального блока, то что может стать причиной износа молекулы ДНК?
Увы, надежды наши неоправданны. То же самое тепловое движение, которое делает возможным износ магнитной ленты, деформирует и самую крупную в природе молекулу ДНК. Сама программа, с помощью которой живой организм борется с тепловым разрушением, подвергается тепловому разрушению. И накопление случайных хаотических искажений структуры молекулы ДНК на протяжении жизни приводит к тому, что точность синтеза белковых молекул постепенно падает, и живой организм стареет. Таким образом, с течением времени живой организм, отдельный человек постепенно исчерпывает свои приспособительные способности. А как говорил китайский философ Лао-цзы: «Черствость и сила — спутники смерти. Гибкость и слабость выражают свежесть бытия. Поэтому то, что отвердело, то не победит».
Как же борется все живое с этой страшной угрозой старения, порождаемого необратимыми процессами трения и теплообмена, которые ухитрились проникнуть даже в тончайший механизм воспроизведения живого организма? Оно борется с ними путем размножения. Человек смертен, чтобы бессмертным было человечество, чтобы новые, изменившиеся внешние условия ложились на всегда молодые плечи…
Теперь нам ясно, сколько неожиданных и важных истин таилось за скупыми словами энгельсовского определения жизни: «способ существования белковых тел», «постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой». Теперь нам ясно, как тесно связан между собой обмен веществ и обмен энергии, «бессмысленности» которого удивлялся Шредингер. Более того, теперь нам ясно, в чем в 1943 году заблуждался Шредингер…
Он решил тогда, что если все реальные процессы сопровождаются увеличением энтропии, то для их протекания необходима некая отрицательная энтропия, якобы содержащаяся в питательных веществах, из которых она как бы высасывается живыми организмами. Он так и писал: «Отрицательная энтропия — вот то, чем организм питается… Для растений… источником „отрицательной энтропии“ служит, конечно, солнечный свет». Позднее Л. Бриллюэн придумал для шредингеровской отрицательной энтропии специальный термин — негэнтропия, что придало недостаточно корректной формулировке Шредингера права законности и породило немало кривотолков и заблуждений.
Прежде всего, такое представление ставит все с ног на голову, являя собой случай, когда причина процесса смешивается с необходимым условием его протекания. Скажем, удаление мусора — необходимое условие существования большого города, но это вовсе не означает, что удаление мусора — причина существования большого города. Точно так же и тепловыделение есть необходимое условие существования живого организма, но вовсе не причина его жизнедеятельности.
Поэтому, рассматривая жизнь с точки зрения термодинамики, мы должны ясно понимать, что законы термодинамики соблюдаются в процессах жизнедеятельности, но не управляют ими, как не управляют они, к примеру, движением планет. Но ведению законов термодинамики подлежат все те тепловые процессы, которые благодаря действию необратимости сопровождают и жизнедеятельность, и движение небесных тел.
Особенно неудачным представляется сам термин — отрицательная энтропия, примененный Шредингером. Отрицательной энтропии быть не может, как не может быть отрицательного количества воды в ведре. И та и другая величины существенно положительны. Но может быть отрицательным или положительным прирост этих величин. Если, к примеру, мы доливаем воду 8 ведро, можно говорить о положительном приросте ее количества, если отливаем — об отрицательном. Точно так же можно говорить о положительном приросте энтропии, (когда к телу подводится теплота, и об отрицательном — когда она отводится. Термин же, введенный Шредингером и Бриллюэном, невольно создает впечатление, будто отрицательная энтропия — негэнтропия — это некая субстанция, содержащаяся в источниках энергии — в топливе, в солнечных лучах, в падающих водах и т. д.