Самоорганизация и ее структурные основания

Прежде всего следует рассмотреть фундаментальное свойство живого—способность к самоорганизации. Противоречия в опреде­лении самоорганизации получили образное выражение в следующем высказывании крупного кибернетика У. Эшби (1966) на специаль­ном симпозиуме по самоорганизующимся системам: «Так как ни об одной системе нельзя утверждать, что она является самоорганизу­ющей и так как выражение «самоорганизующаяся» ведет к укоре­нению весьма путаного противоречивого представления о данной проблеме, это выражение, вероятно, вообще не следовало бы упо­треблять». Однако на том же симпозиуме Эшби заявил, что «в на­стоящее время принципы, лежащие в основе самоорганизующихся систем, известны достаточно полно в том смысле, что над большей частью вопросов приподнята завеса таинственности». Понятие са­моорганизации охватывает в наиболее общем виде все специфиче­ские свойства жизни—сохранение индивидуальности при непрерыв­ном обмене веществ и энергии с окружающей средой, активация с восстановлением исходного состояния при раздражении, воспроиз­ведение себе подобных при размножении и т. д.

Самоорганизация характерна именно для сложных и очень сложных вероятностных систем. Структурным основанием самоор­ганизации является множественность элементов и разветвленность связей между ними, ведущих к возникновению целостности, а функ­циональным основанием — развитие гибкого взаимодействия между элементами по типу обратных связей, направленных на оптимиза­цию системы. Зачатки самоорганизации можно встретить и в слож­ных вероятностных системах неживой природы. Например, множе­ство молекул соли, случайно взаимодействующих в растворе, при достижении определенных условий самоорганизуются в кристаллическое тело. Однако вряд ли нужно перечислять различия между ростом кристалла и ростом живого организма. На уровне живого самоорганизация приобретает важную качественную особенность — она становится способом существования этого класса систем. По­этому некоторые, наиболее общие характерные черты биологиче­ской самоорганизации проявляются уже в процессе возникновения жизни и связаны с проблемой ее происхождения.

В настоящее время наиболее обоснованной гипотезой о проис­хождении жизни является представление А. И. Опарина (1957) о первичной агрегации органических полимеров в коацерватные капли, которые способны к избирательному поглощению опреде­ленных соединений из внешней среды, т. е. к зачаточному обмену веществ. Такие коацерватные капли образуются, когда органиче­ские молекулы достигают в процессе полимеризации определенных. размеров. Тогда они входят между собой в особые физико-хими­ческие отношения, которые дают им возможность выделиться из общего водного раствора.

Обособление системы от окружающей среды составляет сущест­венный признак самоорганизации. В современной цитологии все бо­лее распространяется мнение, что комплексные коацерваты состав­ляют основу протоплазмы живых клеток (А. С. Трошин, 1956). Это находит подтверждение и в том, что, применяя физические и хими­ческие воздействия, вызывающие вакуолизацию живых клеток, можно было вызвать явления «вакуолизации» в комплексных коа-церватахФункциональные основы самоорганизации

Казалось бы, что обособление от окружающей среды должно приводить к изоляции системы. Однако в данном случае этого не происходит. Наоборот, выделившаяся из однородной среды самоор­ганизующаяся система начинает с ней активно взаимодействовать. Это обусловлено функциональными особенностями образовавшейся таким путем биокибернетической системы связей.

Взаимодействие коацерватной капли с окружающим раствором вначале имеет характер преимущественного извлечения и концент-рирования в ней высокополимерных соединений. Однако в дальней­шем из множества полимеров внутри капли возникают сложные вторичные структуры, между которыми также происходит физико-химическое взаимодействие. Внутрисистемные процессы связыва­ются с отношениями коацервата и среды и обусловливают непре­рывный поток веществ через него — прообраз биологического обме­на веществ.

Вся эта сложная эволюция протобионтов наглядно демонстри­рует функциональные особенности их химизма, выражающиеся в способности к активному обмену веществ. По-видимому, коацерват-ный агрегат возникает из случайного «зацепления» нескольких мак­ромолекул. Однако его внешние и внутренние связи таковы, что однажды возникнув, он вовлекает в свою структуру все больше мак ромолекул, увеличиваясь в размерах и усложняя свою организа­цию до какого-то оптимального предела, превышение которого включает тормозные механизмы. Сложившаяся при этом струк­турная организация определяет направление и объем проходящего через нее потока веществ, который в свою очередь может влиять на структуру через их пластическое обеспечение. При колоссальном разнообразии структурной организации и вещественного состава коацерватных комплексов вероятность возникновения и развития их прогрессивных форм достаточно велика для действия естествен­ного отбора как фактора первичной эволюции.