Вероятность невероятного: наука против эволюции-2

http://www.goldentime.ru/im_articles/cubes.jpg

Здесь можно привести высказывание известного физика и молекулярного биолога Дж. Бернала (кстати, лауреата Ленинской премии): «Одинокая молекула ДНК на пустынном берегу первобытного океана выглядит еще более неправдоподобно, чем Адам и Ева в райском саду [цитируется по памяти]».

Закон постоянства и роста энтропии не в силах поколебать и типичная ссылка на авторитет Шредингера [16]. Это лишь дополнительная иллюстрация отмеченной путаницы в умах, поскольку Шредингер писал совсем о других вещах.

Живые системы, как и все на свете, функционируют в строгом соответствии со Вторым началом, но возникновение таких систем – это совсем другой вопрос!

Нельзя сказать, что специалисты не видят этой проблемы – добросовестные исследователи, составляющие бесспорно подавляющее большинство, не ограничиваются сочинением эволюционных «сказок» [7], а честно пытаются разрешить проблему, но уровень попыток различен.

К наиболее слабым относится привлечение «демона Дарвина» (по аналогии с термодинамическим «демоном Максвелла»), т. е. естественного отбора, хотя последний к происхождению жизни просто неприменим (из чего «отбирать»?). Отбор может работать лишь на уровне фенотипа (это основы дарвинизма!), на молекулярном же уровне процесс идет в сторону деградации (что, кстати, надежно подтверждено экспериментально [1]), в полном соответствии со Вторым началом термодинамики.

В качестве курьеза: интересна эволюция термина «самоорганизация», введенного сперва в качестве рабочего и условного, хотя в русле данной задачи в нем не больше смысла, чем в слове «негэнтропия» – ведь последняя не может быть отрицательной!

Постепенно произошло своеобразное привыкание к этому термину, а в некоторых последних работах «самоорганизация» выступает уже в качестве составляющего концепций, как некий физический закон! Правду сказать, для такой трансформации понятий имелись некоторые чисто психологические мотивы. В частности, много необоснованных надежд породили исследования ведущего мирового специалиста по этим проблемам И. Пригожина.

Вот что он пишет: «Сегодня мы знаем, что увеличение энтропии отнюдь не сводится к увеличению беспорядка, ибо порядок и беспорядок возникают и существуют одновременно… – один включает в себя другой. И эту констатацию мы можем оценить как главное изменение, которое происходит в нашем восприятии универсума сегодня» [12].

Но приводимый автором тут же пример показывает, о каких, собственно, уровнях самоорганизации идет речь. Сам же Пригожин постоянно предупреждает читателей о недопустимости распространения его результатов на «вечные вопросы».

Несколько таких замечаний попадались мне в его книге «Порядок из хаоса», здесь же приведу цитаты, находящиеся под рукой: «Ничтожно мала возможность того, что при обычных температурах гигантское количество молекул расположилось так, чтобы дать начало высокоорганизованным структурам и взаимосогласованным функциям, характерным для живых организмов.

Поэтому идея самопроизвольного зарождения жизни в ее нынешнем виде – в высшей степени неубедительна…» [17]. И еще: «Возможность преодолеть порог между неживым и живым создается не просто какой-то одной неустойчивостью. Здесь замешана, скорее, некая цепь неустойчивостей, в которой мы только начинаем различать отдельные звенья» [18].

К сожалению, научные термины часто понимаются в бытовом смысле; стоит их расшифровать, и все становится на место. Упорядоченность и организация, о которых идет речь, – НЕ то же самое, что целесообразность и разумное устройство. Выстраивание, например, атомов в кристаллическую решетку (образование снежинок) не приводит к увеличению информации в системе – это «термодинамический минимум», который выглядит порядком лишь на наш, сугубо человеческий взгляд. Не надо путать эстетику с физикой!

Попытки избавиться от нудного перебора бесчисленных вариантов последовательностей привели к созданию различных моделей ускоренного подбора, которые даже априорно следует признать безуспешными, поскольку они также не имеют под собой физического обоснования.

Примером может служить компьютерная модель Р. Докинса, подробно описанная М. Рьюзом [13] как «кумулятивный отбор». Представлена тривиальная задачка, решаемая методом Монте-Карло: компьютер последовательно отбирает из стохастического набора букв нужные знаки, сравнивая их с заранее введенной в память фразой (!), и, разумеется, достигает успеха в 43-м поколении, – проще говоря, задача подгоняется под заранее известный ответ.

Алогичность модели, как говорится, вопиет, и мне совершенно непонятен детский восторг американского профессора: «На мой взгляд, следует признать, что сторонники религиозных воззрений… теперь явно лишены того, что они считали главным аргументом в свою пользу».

Судя по контексту, на М. Рьюза просто произвел глубокое впечатление персональный компьютер… Несколько серьезнее выглядит, на первый взгляд, «блочно-иерархический принцип» [15], осуществляющий отбор (кем!?) осмысленных блоков по пять знаков в каждом из стохастически составленных, затем пятерок блоков и т. д.

Мало того, что столь короткие блоки не имеют ничего общего с цепочками семантидов; здесь просто неявно присутствует контролирующий разум, который не удается подменить каким-нибудь «естественным отбором».

Как пример еще одной атаки на Второе начало, скорее пропагандистской, чем научной, считаю необходимым рассмотреть и «гипотезу» Б. Медникова, поскольку рассуждения этого известного агитатора за дарвинизм (хотя и заслуженного в своей области ученого) могут сбить с толку непосвященных – все «скользкие места» в работах Медникова, как правило, хорошо замаскированы. Позволю себе привести длинную цитату, дабы не исказить мысль автора:

«"Противники эволюции" в расчетах исходят из того, что имеется только один пригодный вариант цитохрома С (Цитохром С – жизненно необходимый белок, присутствующий во всех живых организмах; отличается высокой компактностью – всего около сотни аминокислотных остатков. ), по единственному варианту каждого фермента и т. д…

А ведь это не так. Если вариантов множество (а их практически бесконечность), то и полипептидов… также должно быть практически бесконечное число… Отсюда следует, что в достаточно большой и разнообразной совокупности случайно синтезированных полимеров можно найти такие, которые смогут выполнять функцию любого белка, например фермента, – такие опыты уже были поставлены.

Американский исследователь X. С. Фокс смешивал сухие аминокислоты и нагревал их до 200 градусов; в результате получались полипептиды-цепочки из аминокислотных остатков, практически неотличимые от белков малой молекулярной массы.

Мономеры в этих полимерах были распределены совершенно случайно, и в этой смеси вряд ли можно было найти две одинаковые молекулы. По-видимому, такие соединения – протеиноиды – легко возникали на начальном этапе существования Земли, например на склонах вулканов…

Возможно, что протеиноиды катализировали синтез первых генов – матриц, на которых синтезировались уже настоящие белки, но тоже со случайными последовательностями. Как только среди них нашлась одна, способная ускорить синтез и репликацию своей матрицы – нуклеиновой кислоты, труднейшая проблема происхождения жизни была решена.

Для этого не требовалось сверхастрономического числа Вселенных и вмешательства сверхразума. В опытах Фокса участвовало не 10²³⁰ молекул, а существенно меньше 10²³, – одного моля, как говорят химики. Для возникновения жизни вполне хватило бы случайных химических реакций в достаточно большой грязной луже…» [10]

Попробуем пояснить, о чем скромно умолчал уважаемый автор. Как известно, белок (первичная структура) – это цепочка из аминокислотных остатков, соединенных довольно хитро: с помощью так называемых пептидных связей, посредством реакции, идущей только с потреблением значительного количества энергии и при содействии весьма специфического катализа.

Каждая пептидная связь есть существенное локальное уменьшение энтропии; в эксперименте же Фокса таких связей образоваться не могло, на что косвенно указывает и Б. Медников, вводя термин «протеиноиды», т. е. «белково-подобные» а также и тот факт, что полученные цепочки ветвятся – каждая аминокислота имеет и водородные радикалы, способные при нагреве образовывать связи, но совсем не те, что нужны!

Создается впечатление, что статья Б. Медникова написана исключительно для «малых сих», поскольку даже начинающий биолог знает, что синтез белка происходит совсем иначе. Прежде всего, для этого необходим как минимум… белок же: рибосомы, специализированные энзимы синтеза, по три на каждую из 20 аминокислот, а также шапероны и, наконец, митохондрии для энергетического обеспечения процесса (и это, строго говоря, еще не все).

(Здесь речь идет о внутриклеточном синтезе. В лабораторных условиях синтез белков осуществляется с использованием т. н. «химии защитных групп» и других особых условий. При всем этом такой процесс является очень трудоемким.

В современном учебнике по органической химии (Швехгеймер М. А., Кобраков К. И., 1994, с. 220) пишется, что синтез инсулина, молекула которого состоит всего из 51 а-аминокислоты, «проводился в течение трех лет и состоял из 230 последовательных реакций». Ничего подобного в условиях гипотетического «первичного бульона» ожидать не приходится. – прим. редакции).

Разумеется, каждая из огромного числа этих белковых молекул появилась в результате того же процесса, в том числе и с участием молекул, идентичных себе – и с какого же конца распутывать этот невероятный клубок? Причем ничего упростить (по крайней мере, качественно) не удается даже в мысленном эксперименте.

Во-первых, самообразование пептидных связей относится к термодинамически невозможным явлениям: требуется компенсация или, точнее, «компенсатор», представляющий из себя по необходимости многоступенчатый агрегат.

Во-вторых, синтез белка – не просто совокупность химических реакций, а скорее сверхскоростная конвейерная сборка, т. е. «квазиосмысленный» процесс, протекающий при непременном участии значительного массива информации, часть которой, как на настоящем конвейере, введена непосредственно в исполнительные элементы при синтезе последних (в этом, кстати, одно из принципиальных отличий энзимов от простых химических катализаторов).

Энзимы же обеспечивают высокую скорость синтеза – в десять раз быстрее пулеметной ленты! – которая в принципе не должна быть меньшей из-за нестабильности промежуточного продукта в виде полипептидной цепи в водной среде. В образовании одной лишь пептидной связи участвуют 6 молекул (меньше нельзя!), не считая транспортных, которые действуют с невообразимой скоростью и точностью, сменяя целую «бригаду сборщиков» сотни раз в секунду [8].

Но есть и еще одна проблема, относительно которой даже неизвестно, как к ней подступиться:проблема хиральности. Все молекулы, из которых составлены макромолекулы живого, могут быть представлены в двух зеркальных изомерах – правых (D) или левых (L).

Живая ткань обладает хиральной чистотой – все нуклеотиды в ней только правые, а аминокислоты – только левые. Между тем в «косной» природе возможны только так называемые рацемические смеси, в которых тех и других изомеров поровну, что отвечает термодинамическому минимуму (опять это Второе начало!).

Даже специальные методы синтеза, с сортировкой молекул, способны обеспечить «неравновесность» лишь около 10 %.

Причина этого носит принципиальный характер – мешает так называемый квантовый порог: размеры объекта существенно меньше тепловых флуктуаций, а также длины так называемой волны де Бройля, – представьте себе пьяного, пытающегося попасть с первого раза ключом в замочную скважину, при том, что он не может никак ее разглядеть, а руки трясутся с амплитудой во всю дверь.

Типичная вероятность такого попадания составляет 10^-4-10^-6. Каким же образом обеспечивается хиральная чистота организма? А вот этого-то никто и не знает. Следующее утверждение попахивает фантастикой, витализмом и прочей мистикой, но это бесспорный факт: вероятность ошибки в живом организме лишь одна на 104-108! [11].

Да и эти редкие ошибки тут же исправляются, т. е. соответствующие ферменты также различают то, что различить невозможно – такое впечатление, что живой организм попросту «не замечает» квантового порога; если эти строки читают физики, они понимают, насколько еретически это звучит, но с фактами не поспоришь. В летальном случае изомеры тут же начинают рацемизироваться.

Отметим, что явление этой «другой» физики демонстрируют и ферменты, синтезирующие белок: в момент образования пептидной связи тепловые движения атомов непонятным образом «замораживаются», что и обеспечивает стопроцентное «попадание» .

Я попытался подсчитать размеры «грязной лужи» Б. Медникова на его собственных, притом максимально мягких условиях:

- образуется не весь цитохром С, а только его активный центр, состоящий из 34-х звеньев в произвольной последовательности;

- ветвление не учитывается;

- вероятность образования пептидной связи принята, исходя из минимально возможного числа радикалов, за 1/3 (на деле она равна нулю);

- вероятность выборки одинаковых изомеров, естественно, за 1/2;

- молекулярная масса аминокислотных остатков 100;

- образуются только различные комбинации (что тоже является допущением, поскольку на деле повтор бессмысленных комбинаций «задавит» единственную упорядоченную), а нужная макромолекула образуется наверняка.

Проще говоря, представьте себе кучу бусинок двух цветов, с тремя отверстиями в каждой, причем только одно из трех отверстий является «правильным»; все, что требуется – всего лишь вслепую собрать короткое ожерелье из 34-х бусинок одного цвета (неважно какого). [Несложный подсчёт показывает, что вероятность правильной сборки  - порядка 7 из миллиарда миллиардов миллиардов попыток. Если на каждую затрачивать всего лишь 1 тысячную долю секунды, то потребуется около 5 миллионов миллиардов лет. Земной шар в миллион раз моложе. - Прим. ss69100.]

Объем лужи (вернее, масса) получился немаленький: пять тысяч мировых океанов Земли, причем для воды места уже не остается. Можете допустить, что я ошибся в тысячу раз или даже в миллион – все равно такой сценарий самоорганизации не лезет ни в какие ворота!

Сделаем, однако, еще шаг навстречу схеме Б. Медникова: неважно, что у нас образуется в опыте; важно лишь, что эта смесь может способствовать образованию некоей «первичной» ДНК или РНК; последовательность нуклеотидов, как мы условились, произвольная; единственно необходимое условие – хиральная чистота такой цепочки как непременный признак живого.

Для кодирования того же цитохрома С требуется последовательность из трехсот нуклеотидов как минимум. Нетрудно подсчитать, что вероятность возникновения такой цепи – неважно, «правой» или «левой», – равна 10 в степени 90: опять число, лишенное физического смысла!

И, при всем этом, в данном сценарии, при внимательном рассмотрении, можно найти и ловко замаскированный нонсенс: заветную мечту «дарвиниста № 1» народного академика Трофима Денисовича Лысенко – всю ту же запрещенную обратную трансляцию. Невероятно грубая ошибка для доктора биологических наук! Или без такого «допущения» концы с концами не сходятся?

Самое же существенное умолчание Б. Медникова состоит в другом: ДНК, белок, или реакция катализа – это еще не жизнь: необходимых компонентов с избытком хватает и в мясном магазине, но еще ни одна отбивная не превратилась обратно в свинью или хотя бы в простейшее, даже если бросить ее в грязную лужу или зажарить при 200° С, как в старом опыте Фокса.

Специфическая функция жизни, входящая во все корректные определения, – самовоспроизводство, а ее минимальная единица- клетка, на что в частности указывал и сам Б. Медников в других работах. Тезис «клетка – только от клетки» разделяется всеми современными биологами (хотя чисто теоретически можно предположить существование последователей Лепешинской и Лысенко), однако для времен «допотопных» делается неявное исключение, хотя научные законы не могут действовать или не действовать в зависимости от смены объектов одного класса.

Когда возможность самозарождения жизни из грязи декларирует естествоиспытатель XVIII века, авторы учебников справедливо приглашают нас посмеяться над наивностью предков, когда же такое заявляет современный ученый, нам остается лишь смиренно склониться перед бездной премудрости.

А какой могла быть самая простая «первая клетка»? Согласно расчетам фон Неймана минимальный самовоспроизводящийся механизм должен содержать порядка 10⁴ исполнительных механизмов и оперировать 10⁶ бит информации, причем сюда не входят механизмы автодиагностики, ремонта, передачи информации в следующее поколение, энергетическое обеспечение и много другого вплоть до специфических функций клетки.

Разумеется, такой механизм должен быть запущен единовременно, тем более когда речь идет о живой клетке т. е. о неустойчивых белковых структурах.

Поскольку клетка состоит в среднем из 10¹³ молекул, типичной длиной в тысячу семантидов, причем исключительно взаимосогласованных, предлагаю вам самостоятельно прикинуть размеры медниковской лужи и определить, сколько нужно триллионов триллионов Вселенных для ее размещения.

Вероятность самопроизвольного возникновения такого комплекса сегодня оценивается как 10^-40000! (Последняя цифра получена известным астрофизиком Фредом Хойлом (Hoyle) совместно с исследователем Чандром Викрамасингом (Wickramasinghe), которые подсчитали вероятность случайного образование порядка в клетке, учитывая одни лишь ферменты, находящиеся там (ссылка по: Тейлор П. Сотворение: иллюстрированная книга ответов. СПб.: «Библия для всех». 1994, с. 79).

Что же касается самой простой клетки со всеми ее компонентами (включая нуклеиновые кислоты), то по расчетам молекулярного биофизика Харольда Моровича, вероятность ее самоорганизации при идеальных условиях составляет 10^{-100 000 000 000} (ссылка по: Росс X. Творец и космос. 1997, с. 195). – прим. редакции ) . Сразу скажем, что неважно, стоит ли в показателе степени -40 или -40000: и то и другое на практике есть чистый ноль.

Можно добавить, что мертвая природа не создала ни единой «антиэнтропийной» системы с агрегатом компенсации, вроде ТЭЦ или обычного холодильника, что же касается самовоспроизводящегося автомата, такое пока оказалось не по силам всей нашей цивилизации, разве что в виде абстрактной компьютерной модели.

Данные проблемы, актуальные и для идеи эволюции, разумеется, не были видны Дарвину, и бессмысленно его в этом обвинять, но все же дарвинизм, не отвечающий фактам, физике и элементарной логике, является ныне лишь глубоко антинаучным предрассудком, и даже среди биологов: ни один нормальный биолог-специалист трудами Дарвина не пользуется (не читает их и не цитирует), хотя на словах обычно клянется в верности «единственно верному учению».

Излишне, видимо, напоминать, что почти за полтора века своего существования доктрина, даже радикально модернизированная, так и не была подтверждена ни единым эмпирическим фактом.

Сколько-нибудь серьезные доказательства эволюции на деле отсутствуют: даже в пропагандистской литературе принят термин «свидетельства», т. е. немногочисленные феномены (как правило, столетней давности), которые можно трактовать как угодно; как сейчас достоверно установлено, по меньшей мере часть их является плодом недоразумения либо недостаточных знаний, хотя хватает и откровенных фальсификаций.

Мы и по сей день не знаем ни одного примера эволюционировавшего вида, хотя противоположных фактов – чрезвычайной устойчивости вида – более чем достаточно для законного скептицизма.

Для одного из видов быстроразмножающихся бактерий удалось поставить experimentum crucis - решающий эксперимент: за десятилетия популяция прошла путь, соответствующий сотням миллионов лет для высших животных, да еще при постоянном мутагенном давлении. Результат: мутации рано или поздно элиминируются, вид постоянно возвращается к исходному, а бактерии выделены в специальный таксон – не подверженный «законам эволюции» (на это, в частности, указал даже Б. Медников в книге «Аксиомы биологии»).

Для внимательного читателя биологической литературы в этом нет ничего необычного: вы, наверное, уже заметили, что все вновь открываемые механизмы, на всех уровнях, от молекулярного до популяционного, действуют всегда против эволюции; в то же время никаких следов эволюционных механизмов мне ни разу не попадалось.

В таких условиях совершенно естественным выглядит параллельное существование в современной биологии десятков различных гипотез о происхождении и развитии жизни, и было бы удивительным, если бы среди них не нашлось и декларирующих отказ от принципа эволюции.

Причина живучести идеи прогрессивной биологической эволюции лежит не в научной сфере (науке она ровно ничего не дает), а в психологической: это последнее прибежище того умозрительного и привычного «линейно-редукционистского» образа науки, который многие принимают за материалистический, при том, что эволюционная доктрина глубоко идеалистична и даже мифологична в лучшем смысле слова – такое определение дарвинизма можно встретить ныне в серьезных работах по сциентологии (науковедению).

Если же мы хотим действительно следовать научной методологии, последняя требует принять неоспоримый тезис: жизнь – это артефакт. И в признании этого для науки не таится абсолютно никакой опасности. Как показывает вся история науки, подобные постулаты не «закрывают» ни одного из направлений научных поисков, но зато неизмеримо повышают ценность жизни в глазах исследователей-профессионалов, да и нас, простых смертных.

Мы сами и есть бесспорная благая весть, и каждая живая тварь значит бесконечно много на весах мироздания.

Примем же бережно этот бесценный дар с достоинством и благодарностью.

Ссылки и примечания

1. Багоцкий, С. В. От молекулярного ламаркизма к дарвинизму. «Природа», 1990, № 11, с. 20.

[1]

2. «В мире науки» (Scientific American). 1990, № 8, с. 22-23.

[2]

3. Волькенштейн М. В. Биологическая эволюция и эволюция макромолекул. «Природа», 1985, № 6, с. 86-89.

[3]

4. Гершензон С. М. Происхождение и эволюция пола. «Природа», 1991, № 1, с. 27.

[4]

5. Грин Н., Стаут, У. Тейлор, Д. Биология (учебник), т. 3, М.: «Мир», 1993, с. 265.

[5]

6. Дарвин, Ч. Происхождение видов путем естественного отбора. М.: «Просвещение», 1986.

[6]

7. 7Джонсон, Ф. Вызов дарвинизму. Взгляд с позиции молекулярной биологии. «Поиск», 1997. № 3-31 (428-429), с. 14-15.

[7]

8. Карери, Дж. Порядок и беспорядок в структуре материи. М.: «Мир». 1985, с. 177-185.

[8]

9. Корогодин В. И., Когородин В. Л. и Файси Ч. Функциональная концепция мутагенеза. «Природа», 1990, № 2, с. 6.

[9]

10. 1Медников Б. М. Парадокс миллиона обезьян. «Химия и жизнь». 1993, № 6, с. 7-8.

[10]

11. Морозов Л. Л. Поможет ли физика понять, как возникла жизнь? «Природа». 1984, № 12, с. 35-48.

[11]

12. Пригожин И. Философия нестабильности. «Вопросы философии». 1991, № 6, с. 49.

[12]

13. Рьюз М. Наука и религия: по-прежнему война? «Вопросы философии», 1991, № 2, с. 50-51.

[13]

14. .


15. Шноль С. Э. Хватает ли времени для дарвиновской эволюции? «Природа», 1990, № 11, с. 24-25.

[15]

16. Шредингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физики? М . « Атомиздат ». 1972, с . 88.

[16]

17. Prigogine Ilya, Gregori Nicolis, Agnes Babloyants. Thermodynamics of Evolution. «Physics Today», v. 25, November, 1972, p. 23.

[17]

18. Prigogine Ilya. Can Thermodynamics Explain Biological Order? «Impact of Science on Society, v. XXIII, № 3,1973, p. 169.

[18]

Источник.