Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
1
С кан и р о ван и е и ф о р м ати р о ван и е: Я н ко С лава (Б и б ли о тека Fort/Da) ||
[email protected] ||
[email protected] || http://yanko.lib.ru || Icq# 75088656 || Б и б ли о тека: http://yanko.lib.ru/gum.html || Н о м ер а стр ан и ц - вн и зу update 09.11.06
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
2
What is Life? The Physical Aspect of the Living Cell by E
rw in S chrö d ing er
Senior Professor at the Dublin Institute for Advanced Studies Based on Lectures delivered under the auspices of the Institute at Trinity College, Dublin, in February 1943 Cambridge at the University Press 1944
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
3
Э р в и н Ш р ѐди н гер Г лавн ы й п роф ессор И н сти ту та вы сш и х и сследован и й в Д у б ли н е
Ч Т О Т А К О Е Ж И ЗН Ь ? Ф изический аспект ж ивой клет ки П о м атери алам лекц и й , п р очи тан н ы х п о д эги д о й И н сти ту та в Т ри н и ти коллед ж е, Д у б ли н , в ф еврале 1943 г. П еревод с ан гли й ского А . А . М али н овского, Г . Г . П орош ен ко п од ред акц и ей Ю . А . Д ан и лова И зд ан и е третье, д оп олн ен н ое и и сп равлен н ое
2002
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
4
У Д К 530.1:575.1 (023) Ш р еди н гер Э . Ч то такое ж и зн ь? Ф и зи чески й асп ект ж и вой клетки . — М осква-И ж евск: Н И Ц «Р егу лярн ая и хаоти ческая д и н ам и ка», 2002. 92 с. В этой н еб ольш ой , н о сод ерж ательн ой кн и ге, в осн ову которой легли п у б ли чн ы е лекц и и автора, зн ам ен и ты й австри й ски й ф и зи к Э рви н Ш ред и н гер рассм отрел кон кретн ы е воп росы п ри м ен ен и я ф и зи чески х и д ей в б и ологи и . С п ози ц и й теорети ческой ф и зи ки Ш ред и н гер об су ж д ает об щ и е п роб лем ы ф и зи ческого п од ход а к разли чн ы м явлен и ям ж и зн и , п ри чи н ы м акроскоп и чн ости , м н огоатом н ости орган и зм а, м ехан и зм а н аследствен н ости и м у тац и й . ISBN 5-93972-199-0 © П еревод с ан гли й ского Ю .А .Д ан и лова, 1999 © Н ау чн о -и зд ательски й ц ен тр «Р егу лярн ая и хаоти ческая д и н ам и ка», 2002 Д изайнер М . В . Б от я Т ехнический ред акт ор А . В . Ш иробоков К оррект ор Л . В . С т епанова 1 П од п и сан о в п ечать 26.08.02. Ф орм ат 60 X 84 /16. Б у м ага оф сетн ая № 1. У сл.п еч. л. 5,34. У ч . и зд . л. 6,3. Г арн и ту ра Computer Modern Roman. П ечать оф сетн ая. Заказ № 39. Н ау чн о -и зд ательски й ц ен тр «Р егу лярн ая и хаоти ческая д и н ам и ка» 426057, г. И ж евск, у л. П асту хова, 13. Л и ц ен зи я н а и зд ательску ю д еятельн ость Л У № 084 от 03.04.00. http://rcd.ru E-mail:
[email protected] Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
5
С одер ж ан и е П р еди сл ов и е к тр еть ем у р усск ом у и здан и ю ......... 7 I. П одход к л асси ч еск ого ф и зи к а к п р едм ету........... 11 1. О б щ и й характер и ц ели и сслед ован и я. 2. С тати сти ческая ф и зи ка. О сн овн ое разли чи е в стру кту ре. 3. П од ход к п ред м ету у н аи вн ого ф и зи ка. 4. П очем у атом ы так м алы ?. 5. Р аб ота орган и зм а требует соб лю д ен и я точн ы х ф и зи чески х закон ов. 6. Ф и зи чески е закон ы осн ован ы н а атом н ой стати сти ке и п оэтом у только п ри б ли зи тельн ы . 7. Т очн ость ф и зи чески х закон ов осн ован а н а б ольш о м коли честве у частву ю щ и х атом ов. 8. П ервы й п ри м ер (п арам агн ети зм ). 9. В торой п ри м ер (б роу н овское д ви ж ен и е, д и ф ф у зи я). 10. Т рети й п ри м ер (п ред елы точн ости и зм ерен и я). 11. П рави ло √ п . II. М ехан и зм н асл едств ен н ости .................. 25 12. В ы вод ы класси ческого ф и зи ка, б у ду чи д алеко н е три ви альн ы м и , оказы ваю тся н еверн ы м и . 13. Н аследствен н ы й ш и ф ровальн ы й код (хром осом ы ). 14. Р ост орган и зм а п у тем клеточн ого д елен и я (м и тоз). 15. В м и тозе каж д ая хром осом а у д ваи вается. 16. Р еду кц и он н ое д елен и е (м ей оз) и оп ло д отворен и е (си н гам и я). 17. Г ап лои д н ы е особ и . 18. Зн ачен и е реду кц и он н ого д елен и я. 19. К росси н говер. Л окали зац и я свой ств. 20. М акси м альн ы й разм ер ген а. 21. М алы е чи сла. 22. П остоян ство. 23. «С качкооб разн ы е» м у тац и и — п оле д ей стви я естествен н ого отб ора. 24. О н и д ей стви тельн о разм н ож аю тся, то есть он и п олн остью н аследу ю тся. 25. Л окали зац и я. Р ец есси вн ость и д ом и н ан тн ость. 26. В вед ен и е н екоторы х сп ец и альн ы х терм и н ов. 27. В ред н ое д ей стви е род ствен н ого скрещ и ван и я. 28. О б щ и е зам ечан и я. 29. Н еоб ход и м о, чтоб ы м у тац и и б ы ли ред ки м соб ы ти ем . 30. М у тац и и , вы зван н ы е рен тген овски м и лу чам и . 31. П ервы й закон . М у тац и я — ед и н и чн ое соб ы ти е. 32. В торой закон . Л окали зац и я соб ы ти я.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
6
6 IV. Д ан н ы е к в ан тов ой м ехан и к и .................. 54 33. П остоян ство, н е об ъ ясн и м ое класси ческой ф и зи кой . 34. О б ъ ясн и м о кван товой теори ей . 35. К ван товая теори я — д и скретн ы е состоян и я — кван товы е п ереход ы . 36. М олеку лы . 37. И х у стой чи вость зави си т от тем п ерату ры . 38. М атем ати ческое отсту п лен и е. 39. П ервое у точн ен и е. 40. В торое у точн ен и е. V. О бсуж ден и е и п р ов ер к а м одел и Д ел ь бр ю к а.......... 62 41. О б щ ая карти н а строен и я н аследствен н ого вещ ества. 42. У н и кальн ость этой карти н ы . 43. Н екоторы е трад и ц и он н ы е заб лу ж д ен и я. 44. Р азли чн ы е состоян и я м атери и . 45. Р азли чи е, которое дей стви тельн о су щ ествен н о. 46. А п ери од и ческое тверд ое тело. 47. Р азн ооб разн ое сод ерж ан и е, сж атое д о м и н и атю рн ого код а. 48. С равн ен и е с ф актам и : степ ен ь у стой чи вости ; п реры ви стость м у тац и й . 49. У стой чи вость ген ов, п рош ед ш и х естествен н ы й отб ор. 50. И н огд а м у тан ты м ен ее у стой чи вы . 51. Т ем п ерату ра вли яет н а н еу стой чи вы е ген ы м ен ьш е, чем н а у стой чи вы е. 52. К аки м об разом рен тген овское и злу чен и е вы зы вает м у тац и ю ?. 53. И х вли ян и е н е зави си т от сам оп рои звольн ой м у таб ельн ости . 54. О б рати м ы е м у тац и и . VI. У п ор я доч ен н ость , н еуп ор я доч ен н ость и эн тр оп и я ...... 72 55. Зам ечательн ы й об щ и й вы вод и з м од ели Д ельб рю ка. 56. У п оряд очен н о сть, осн ован н ая н а «у п оряд очен н ости ». 57. Ж и вая м атери я и зб егает п ереход а к равн овеси ю . 58. П и тан и е «отр и ц ательн ой эн троп и ей ». 59. Ч то такое эн троп и я ?. 60. С тати сти ческое зн ачен и е эн троп и и . 61. О рган и зац и я, п од д ерж и ваем ая и звлечен и ем «у п оряд очен н ости » и з окру ж аю щ ей сред ы . VII. О сн ов ан а л и ж и зн ь н а зак он ах ф и зи к и ? ........... 79 62. Д ля орган и зм а следу ет ож и д ать н овы х закон ов. 63. О б зор п олож ен и я в б и ол оги и . 64. О б зор п олож ен и я в ф и зи ке. 65. П орази тельн ы й кон траст. 66. Д ва п у ти возн и кн овен и я у п оряд очен н ости . 67. Н овы й п ри н ц и п н е чу ж д ф и зи ке. 68. Д ви ж ен и е часов. 69. Р аб ота часового м ехан и зм а в кон ечн ом счете и м еет стати сти чески й характер. 70. Т еорем а Н ерн ста. 71. М аятн и ковы е часы ф акти чески н аход ятся п ри н у левой тем п ерату ре. 72. С ход ство м еж ду часовы м м ехан и зм ом и орган и зм ом .
Э п и л ог. О детер м и н и зм е и св ободе в ол и ........... 88
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
7
П р еди сл ов и е к тр етьем у р усск ом у и здан и ю К н и га лаур еата Н о б елевско й п р ем и и , о д н о го и з со зд ателей кван то во й м ех ан и ки Э р ви н а Ш р ѐд и н гер а «Ч то тако е ж и зн ь?» н евели ка п о о б ъ ем у. О сн о ван н ая н а тр ех лекц и ях , п ро ч и тан н ы х авторо м в ф евр але 1 943 г. в д уб ли н ско м Т р и н и ти -ко ллед ж е, о н а о казала и п р о д о лж ает о казы вать си льн о е вли ян и е н а р азви ти е н е только м о лекуляр н о й б и о ло ги и и б и о ло ги и , н о и всей со вр ем ен н о й н ауки в ц ело м . Р ед актор сб ор н и ка, п о свящ ен н о го сто летн ем у ю б и лею Ш р ѐд и н гер а, К и лм и стер с с п о лн ы м о сн о ван и ем н азвал «Ч то тако е ж и зн ь?» «о д н о й и з «м алы х кн и г», о казавш и х вли ян и е в и стор и и н ауки ». И х о тя авто р стар ается п р ед стави ть себ я «н аи вн ы м ф и зи ком », втор гш и м ся в ч уж ую п ред м етн ую о б ласть, ч и татель б езош и б оч н о узн ает р уку м аэстро , р азм ы ш ляю щ его н ад важ н ей ш и м и п р об лем ам и б и о ло ги и , и ли , в б о лее о б щ ем п лан е, сп ец и ф и ки ж и во го. И д еи Э . Ш р ѐд и н гер а усло вн о м о ж н о о тн ести к д вум главн ы м тем ам — «п о ряд о к и з п ор яд ка» и «п о р яд о к и з б есп о ряд ка». К п ер вом у кругу и д ей о тн о сятся р азм ы ш лен и я автор а о том , каки м о б р азом ор ган и зм ы п ер ед аю т и н ф орм ац и ю и з п о ко лен и я в п о ко лен и е, как ген , и м ею щ и й м и кроско п и ч ески м алы е р азм ер ы , п ро ти во сто и т теп ло вы м ф луктуац и ям и уд ер ж и вает н аслед ствен н ую и н ф о р м ац и ю (ш р ед и н геро вская м о д ель «ап ер и о д и ч еско го кр и сталла», в стр уктур е ко то ро го и зо ли р о ван «п лан » о р ган и зм а, п ер екли кается с со вр ем ен н ы м и п р ед ставлен и ям и о м о заи ках П ен ро уза и квази кр и сталлах ). П о лвека р азви ти я м о лекуляр н о й б и о ло ги и , н ер авн овесн ой тер м о д и н ам и ки и н ели н ей н о й ф и зи ки п о д твер д и ли п р о ро ч ески й х ар актер и п ло д о тво р н о сть и д ей Ш р ѐд и н гер а, о тн о сящ и х ся к п р об лем е «п о р яд о к и з б есп о ряд ка». «Ч то тако е ж и зн ь?» Э р ви н а Ш р ѐд и н гер а п р о д о лж ает и гр ать акти вн ую роль в совр ем ен н о й н ауке. О б это м сви д етельствует ко н ф ер ен ц и я, п р овед ен н ая в сен тяб р е 19 93 г. в д уб ли н ско м Т р и н и ти ко ллед ж е п о случ аю п яти д есяти лети я ш р ед и н гер овски х лекц и й (н азо вем ли ш ь н еко тор ы х и з и звестн ы х и сслед о вателей , п р ед стави вш и х д о клад ы : М ан ф р ед Э й ген , Р о д ж ер П ен ро уз, Д ж . А . С ко тт К елсо , Г ер м ан Х акен , В альтер Т и рр и н г, С тю ар т А .К ауф м ан ), м н о го ч и слен н ы е д и скусси и п о п о во -
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
8
8
д у вы сказан н ы х в кн и ге и д ей и м н о го ч и слен н ы е п ер еи зд ан и я ш р ед и н гер овско го ш ед евра за р уб еж ом (п ер во е и зд ан и е вы ш ло в К ем б р и д ж е в 1 944 г.). Р усски й п ер ево д кн и ги Ш р ед и н гера вы ш ел в и зд ательстве «И н о стр ан н ая ли тер атур а» в 1 947 г., а в 19 72 г. «А то м и зд ат» п р ед п р и н ял втор о е и зд ан и е. В п р ед лагаем ом ч и тателю тр етьем и зд ан и и во сстан о влен ы все куп ю р ы , сд елан н ы е п о тем и ли и н ы м соо б р аж ен и ям в п р ед ы д ущ и х и зд ан и ях , и сп р авлен ы зам еч ен н ы е ош и б ки и н ето ч н ости и зан о во п ер евед ен (Ю .А .Д ан и ловы м ) «Э п и ло г», о п ущ ен н ы й в п ер вы х д вух и зд ан и ях . Т аки м об р азом , ч и татель вп ер вы е п о лучает во зм о ж н о сть о зн аком и ться с п о лн ы м тексто м м ален ько го ш ед евр а Э рви н а Ш р ед и н гер а. Ю . А . Д а ни лов 20.06.98, М осква
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
9
П р еди сл ов и е Homo liber nulla de re minus quam de morte cogitat; et ejus sapientia non mortis sed vitae meditatio est. Spinoza. Ethica, P. IV, Prop. 67.1 П р и н ято сч и тать, ч то уч ен ы й д о л ж ен и з п ер вы х р ук в со вер ш ен стве зн ать о п р ед елен н ую о б ласть н ауки , и п о это м у ем у н е след ует п и сать п о таки м во п ро сам , в котор ы х о н н е является зн ато ком . Э то р ассм атр и вается как noblesse oblige2. О д н ако д ля д о сти ж ен и я м о ей ц ели я хо ч у отказаться о т noblesse, и п оэтом у п р ош у о сво б о д и ть м ен я о т вы текаю щ и х о тсю д а о б язательств. М о е о тступ лен и е о т это го п р ави ла о б ъ ясн яется след ую щ и м . М ы ун аслед о вали о т н аш и х п р ед ко в о стр о е стр ем лен и е к ц ельн о м у, всео б ъ ем лю щ ем у зн ан и ю . С ам о н азван и е вы сш и х и н сти туто в п о зн ан и я — ун и вер си теты — н ап о м и н ает н ам , ч то с д авн и х п ор и н а п р о тяж ен и и м н о ги х сто лети й ун и вер сальн ы й х ар актер зн ан и й — ед и н ствен н о е, к ч ем у м о ж ет б ы ть п о лн ое д овер и е. Н о р асш и р ен и е и углуб л ен и е р азн оо б р азн ы х отр аслей зн ан и я в теч ен и е п о след н и х 10 0 с ли ш н и м лет п о стави ло н ас п ер ед стран н о й д и лем м о й . С о д н о й стор о н ы , м ы ч увствуем , что то лько теп ер ь н ач и н аем п р и о б ретать н ад еж н ы й м атер и ал д ля то го, ч то б ы свести в ед и н о е ц ело е все д о си х п о р и звестн о е, а с д р уго й стор о н ы , стан ови тся п о ч ти н ево зм о ж н ы м д ля о д н о го ум а п о лн о стью о влад еть б о лее ч ем о д н о й н еб о льш ой сп ец и альн о й ч астью н ауки . Я н е ви ж у вы хо д а и з это го п о ло ж ен и я (ч то б ы п р и этом н аш а о сн о вн ая ц ель н е о казалась п о терян н о й н авсегд а), если то лько ко е-кто и з н ас н е р и скн ет взяться за си н тез ф актов и тео р и й , х отя н аш е зн ан и е в н еко тор ы х о б ластях н еп о лн о и п о луч ен о и з втор ы х р ук, и м ы м ож ем п о д вер гн уться о п асн о сти п о казаться н евеж д ам и . 1
Ч ел о век сво б о д н ы й н и о ч ем так м ал о н е д ум ает, как о см ер ти , и его м уд р о сть со сто и т в р азм ы ш л ен и и н е о см ер ти , а о ж и зн и . С п и н о за. Э ти ка, ч . IV, тео р . 6 7 . 2 « Б л аго р о д ство о б язы вает» (ф р ан ц .). В д ан н о м сл уч ае о зн ач ает, ч то зван и е уч ен о го о б язы вает н е н ар уш ать взяты х н а себ я о б язател ьств — суд и ть как н а сто ящ ем у уч ен о м у л и ш ь с п о л н ы м зн ан и ем д ел а. — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
10
10
П усть это п о служ и т м н е и зви н ен и ем . Н ельзя о тб р асы вать в сто ро н у и тр уд н ости с язы ком . Р о д н о й язы к каж д о го является как б ы хо рош о п р и гн ан н о й од еж д о й , и н ельзя ч увствовать себ я вп о лн е сво б о д н о , ко гд а н е ср азу м о ж еш ь п о д о б р ать н уж н о е сло во и его п р и хо д и ться зам ен ять д р уги м . Я оч ен ь б л аго д арен д -р у И н кстер у (Т р и н и ти -ко ллед ж , Д уб ли н ), д -р у П ад р ай г Б р аун у (ко ллед ж св. П атр и ка, М эй н ут) и , н ако н ец (н о н е м ен ьш е, ч ем д р уги м ), м и стер у C.K. Р о б ер тсу. И м д о стави ло м н о го заб о т п о д о гн ать н а м ен я н о во е од еян и е, и это усугуб ляло сь ещ е тем , ч то п ор о й я н е хо тел о тказаться о т сво его н есколько «о р и ги н альн о го » сти ля. Е сли ч то -ли б о о т н его со хр ан и ло сь, н есм отр я н а стр ем лен и е м о и х д рузей см ягч и ть м ой сти ль, то это д о лж н о б ы ть о тн есен о н а м о й , а н е н а и х сч ет. Э .Ш .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
11
I. П одход к л асси ч еск ого ф и зи к а к п р едм ету Cogito, ergo sum 1 Decartes
1. О бщ и й хар ак тер и ц ел и и ссл едов ан и я Э та н еб о льш ая кн и га возн и кла и з кур са п уб ли ч н ы х лекц и й , п р о ч и тан н ы х ф и зи ко м -теор ети ком п ер ед ауд и то р и ей н асч и ты ваю щ ей о ко ло 400 ч ело век. А уд и то р и я п о ч ти н е ум ен ьш алась, х отя с сам о го н ач ал а слуш атели б ы ли п р ед уп р еж д ен ы , ч то п р ед м ет и зло ж ен и я труд ен и ч то лекц и и н е м о гут счи таться п о п уляр н ы м и , н есм о тр я н а то, ч то н аи б о лее стр аш н о е о р уд и е ф и зи ка — м атем ати ч еская д ед укц и я — зд есь вр яд ли б уд ет и сп о льзо ваться. И н е п о то м у, ч то п р ед м ет н астолько п р о ст, ч то б ы его м ож н о б ы ло о б ъ ясн и ть б ез п р и влеч ен и я м атем ати ческо го ап п ар ата, а, скор ее, п о то м у, ч то о н сли ш ком зап утан и н е вп о лн е д о ступ ен д ля м атем ати ческо й и н терп р етац и и . Д р уго й о соб ен н о стью лекц и й , п р и д аю щ ей и м п о кр ай н ей м ер е вн еш н и й п о п уляр и затор ски й х ар актер , б ы ло н ам ер ен и е лектор а сд елать о сн о вн ую и д ею , связан н ую и с б и о ло ги ей и с ф и зи кой , ясн о й как д ля ф и зи ко в, так и д ля б и о ло гов. Д ей стви тельн о , н есм о тр я н а р азн о об р ази е тем , р ассм о тр ен н ы х в кн и ге, в ц ело м о н а д о лж н а п ер ед ать то лько о д н у м ы сль, то лько о д н о н еб о льш о е п о ясн ен и е к б о льш ом у и важ н о м у воп р о су. Ч то б ы н е укло н и ться в сторо н у, б уд ет п о лезн о зар ан ее кр атко и зло ж и ть н аш зам ы сел. Б ольш о й , важ н ы й и о ч ен ь ч асто о б суж д аем ы й воп р о с заклю ч ается в след ую щ ем : как ф и зи ка и х и м и я см о гут о б ъ ясн и ть те явлен и я в п рост ра нст ве и вр ем ени , ко тор ы е п ро и схо д ят вн утр и ж и во го о р ган и зм а? П р ед вар и тельн ы й о твет, ко то р ы й п о стар ается д ать эта н еб о льш ая кн и га, м о ж н о сф ор м ули ровать так: явн ая н есп о со б н о сть со вр ем ен н о й ф и зи ки и х и м и и о б ъ ясн и ть таки е явлен и я со верш ен н о н е д ает о сн о ван и й сом н еваться в том , ч то о н и м о гут б ы ть о б ъ ясн ен ы эти м и н аукам и . 1
М ы сл ю , зн ач и т сущ ествую . — Д екар т.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
12
12
2. С тати сти ч еск ая ф и зи к а. О сн ов н ое р азл и ч и е в стр ук тур е П р ед ы д ущ ее зам еч ан и е б ы ло б ы весьм а тр и ви альн ы м , если б ы о н о и м ело ц елью то лько сти м ули р о вать н ад еж д у д о сти гн уть в б уд ущ ем то го , ч то н е б ы ло д о сти гн уто в п рош лом . О н о, о д н ако , и м еет горазд о б о лее п о ло ж и тельн ы й см ы сл, т.е. н есп о со б н о сть ф и зи ки и х и м и и д о н асто ящ его вр ем ен и д ать ответ п о лн о стью об ъ ясн и м а. Б лаго д аря ум ело й р аб о те б и о ло гов, главн ы м о б р азо м ген ети ко в, за п о след н и е 30 -4 0 лет стало д о стато ч н о м н о го и звестн о о д ей стви тельн о й м атер и альн о й стр уктур е о р ган и зм ов, ч то б ы п о н ять, п о чем у со вр ем ен н ы е ф и зи ка и х и м и я н е м о гли о б ъ ясн и ть явлен и я, п р о и сх од ящ и е в п ро стр ан стве и вр ем ен и вн утр и ж и во го о р ган и зм а. Р асп о ло ж ен и е и взаи м о д ей стви е атом о в в н аи б о лее важ н ы х ч астях ж и во го ор ган и зм а кор ен н ы м о б р азо м о тли ч аю тся от того р асп о ло ж ен и я ато м о в, с ко то р ы м и ф и зи ки и х и м и ки и м ели д о си х п о р д ело в сво и х эксп ер и м ен тальн ы х и тео р ети ч ески х и сслед о в ан и ях . О д н ако это о тли ч и е, ко тор о е я то лько что н азвал корен н ы м , легко м о ж ет п о казаться н и ч то ж н ы м всяком у, кро м е ф и зи ка, глу б о ко уб еж д ен н о го в то м , ч то зако н ы ф и зи ки и х и м и и являю тся зако н ам и стати сти ч ески м и 2. И м ен н о со стати сти ч еско й то ч ки зр ен и я стр уктур а важ н ей ш и х ч астей ж и во го о р ган и зм а п олн о стью о тли ч ается о т стр уктур ы лю б о го вещ ества, с ко то р ы м м ы , ф и зи ки и х и м и ки , и м ели д о си х п о р д ело п р акти ч ески в н аш и х лаб ор атор и ях и теорети ч ески за п и сьм ен н ы м сто лом 3. К о н ечн о , тр уд н о п р ед стави ть, ч то б ы зако н ы и п р ави ла, н ам и о ткр ы ты е, б ы ли н еп о ср ед ствен н о п р и ло ж и м ы к п овед ен и ю си стем , н е и м ею щ и х тех стр уктур , н а ко то р ы х о сн ован ы эти зако н ы и п р ави ла. Н ельзя о ж и д ать, ч то б ы н еф и зи к м о г п о н ять (н е го во ря уж е — о ц ен и ть) все р азли ч и е в стати сти ч еско й стр уктур е, сф о рм ул и ро ван н о е в тер м и н ах столь аб стр актн ы х , как то лько ч то сд елал это я. Ч то б ы д ать м о ем у утверж д ен и ю ж и зн ь и кр аски , разр еш и те м н е п р ед вар и тельн о о б р ати ть вн и м ан и е н а то , ч то б уд ет д етальн о о б ъ ясн ен о п о зд н ее. Н аи б о лее сущ ествен н ую ч асть ж и во й клетки — хром о со м н ую н и ть — м о ж н о с п о лн ы м о сн о ван и ем н азвать а п ери о ди чески м кри ст аллом . В ф и зи ке м ы д о си х п ор и м ели д ело то лько с п ер ио д ически м и крист аллам и. 2
Э то утвер ж д ен и е м о ж ет п о казаться н еско л ько о б щ и м . О б суж д ен и е д о л ж н о б ы ть о тл о ж ен о д о ко н ц а это й кн и ги (см . § § 6 8 и 6 9 ). 3 Э та то ч ка зр ен и я б ы л а п о д ч ер кн ута в д вух н аи б о л ее вд о хн о вен н ы х р аб о тах Ф . Г. Д о н н ан а.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
13
13
Д ля ф и зи ка п ер и о д и ч ески е кр и сталлы являю тся весьм а и н тер есн ы м и и сло ж н ы м и о б ъ ектам и ; о н и со ставляю т о д н у и з н аи б о лее о ч ар овательн ы х и сло ж н ы х стр уктур , ко тор ы м и н ео д уш евлен н ая п р и ро д а п р и во д и т в зам еш ательство и н теллект ф и зи ка. О д н ако п о ср авн ен и ю с ап ер и о д и ч ески м и кр и сталлам и о н и каж утся н есколько элем ен тар н ы м и и скуч н ы м и . Р азли ч и е в стр уктур е зд есь тако е ж е, как м еж д у о б ы чн ы м и о б о ям и , н а ко торы х о д и н и то т ж е р и сун о к п о вто ряется с п р ави льн о й п ер и о д и ч н о стью , и ш ед евро м вы ш и вки , скаж ем , р аф аэлевски м го б елен ом , ко то р ы й п о вто ряет сло ж н ы й , п о след овательн ы й и п о лн ы й зам ы сла р и сун о к, н ачер тан н ы й вели ки м м астером . Н азы вая п ери о д и ч ески й кр и сталл о д н и м и з н аи б олее сло ж н ы х о б ъ екто в и сслед о ван и я, я и м ел в ви д у соб ствен н о ф и зи ка. О р ган и ч еская х и м и я в и зуч ен и и все б о лее и б о лее сло ж н ы х м о лекул п о д ош ла го р азд о б ли ж е к то м у «ап ер и о д и ч еско м у кр и сталлу», ко то р ы й , н а м о й взгляд , является м атер и альн ы м н о си телем ж и зн и . П о это м у н е уд и ви тельн о , ч то х и м и к-ор ган и к уж е сд елал б о льш о й и важ н ы й вклад в р еш ен и е п р о б лем ы ж и зн и , в то вр ем я как ф и зи к н е вн ес п оч ти н и ч его 4.
3. П одход к п р едм ету у н аи в н ого ф и зи к а П о сле то го , как я кр атко и зло ж и л о б щ ую и д ею и ли , вер н ее, о сн о вн ую ц ель н аш его и сслед о ван и я, п о зво льте м н е о п и сать сам ую ли н и ю атаки . Я н ам ер еваю сь сн ач ала р азви ть то, ч то вы м о ж ете н азвать «п р ед ставлен и ям и н аи вн о го ф и зи ка о б о р ган и зм ах ». Э то те п р ед ставлен и я, ко тор ы е м огут во зн и кн уть у ф и зи ка, ко гд а, и зуч и в сво ю ф и зи ку и , в ч астн о сти , ее стати сти ч ески е о сн о вы , о н н ач н ет р азм ы ш лять о б ор ган и зм ах , об и х п о вед ен и и и ж и зн ед еятельн о сти и ч естн о зад аст себ е во п р о с, — см о ж ет ли о н и сх од я и з сво и х зн ан и й , с п о зи ц и й сво ей ср авн и тельн о п р о сто й , ясн о й и скром н ой н ауки , сд елать ско ль -н и б уд ь п о лезн ы й вклад в д ан н ую п р об лем у. В ы ясн и тся, что о н это сд елать м о ж ет. С лед ую щ и м ш агом д о лж н о б ы ть ср авн ен и е тео р ети ч ески х о ж и д ан и й ф и зи ка с б и о ло ги ч ески м и ф актам и . Т ут о б н ар уж и тся, ч то хо тя в ц ело м его п р ед ставлен и я каж утся вп о лн е р азум н ы м и , и х тем н е м ен ее н ад о зн ач и тельн о уто ч н и ть. Э ти м п утем м ы п о степ ен н о п р и б ли зи м ся к п р ави льн о й точ ке зр ен и я 4
3 а год ы , п р ош ед ш и е со вр ем ен и н ап и сан и я кн и ги , ф и зи ки вн есл и б о л ьш о й вкл ад в и зуч ен и е м атер и ал ьн ы х н о си тел ей ж и зн и . Д о стато ч н о всп о м н и ть, ч то стр уктур а м о л екул ы Д Н К б ы л а р асш и ф р о ван а ф и зи кам и н а о сн о ве р ен тген о стр уктур н о го ан ал и за. — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
14
14
и ли , го вор я скр ом н ее, к то й то ч ке зрен и я, котор ую я сч и таю п р ави льн о й . Д аж е если я и п р ав, то н е зн аю , является ли м о й п уть д ей стви тельн о луч ш и м и п р о стей ш и м . Н о это б ы л м о й со б ствен н ы й п уть. «Н аи вн ы й ф и зи к» — это я сам . И я н е ви ж у луч ш его и б о лее ясн о го сп о со б а д ля д о сти ж ен и я ц ели , ч ем м о й со б ствен н ы й , х отя б ы ть м ож ет и и зви ли сты й п уть.
4. П оч ем у атом ы так м ал ы ? Х оро ш и й сп осо б р азви ть п р ед ставлен и я н аи вн о го ф и зи ка — это зад ать ем у сн ач ала стр ан н ы й , п о ч ти н елеп ы й во п ро с. П о чем у ато м ы так м алы ? А о н и вед ь д ей стви тельн о о ч ен ь м алы . К аж д ы й м ален ьки й кусо ч ек вещ ества, к ко торо м у м ы еж ед н евн о п р и касаем ся, со д ерж и т о гро м н о е и х ко ли ч ество . П р ед ло ж ен о м н о го п р и м еро в, чтоб ы д овести это т ф акт д о со зн ан и я ш и роко й п уб ли ки и сам ы м вы р ази тельн ы м и з н и х б ы л п р и м ер, п р и вед ен н ы й ло р д о м К ельви н о м . П р ед ставьте, ч то вы см о гли п ом ети ть все м о лекулы в стакан е во д ы , а п осле это го вы ли ли со д ер ж и м о е стакан а в о кеан и тщ ательн о п ер ем еш али , ч то б ы м еч ен ы е м о лекулы р авн о м ер н о р асп р ед ели ли сь п о всем м ор ям м и р а. Е сли вы затем зач ер п н ете стакан во д ы н аугад , в лю б ом м есте о кеан а, то о б н ар уж и те в н ем о ко ло 1 00 п о м еч ен н ы х вам и м о лекул 5. Д ей стви тельн ы е р азм ер ы ато м о в 6 леж ат п р и б ли зи тельн о м еж д у 1 /50 00 и 1 /20 00 д ли н ы во лн ы света. Э то ср авн ен и е и м еет о со б о е зн ач ен и е, так как д ли н а во лн ы п р и б ли зи тельн о со ответствует вели ч и н е сам о й м ален ько й ч асти ц ы , ко тор ую ещ е м о ж н о р азли ч и ть п о д м и кро ско п о м . Т аки м об р азо м , м ы ви д и м , ч то такая ч асти ц а со д ер ж и т ещ е ты сяч и м и лли о н о в атом ов. И так, п о ч ем у ато м ы так м алы ? Я сн о , ч то это т во п р о с является о б хо д н ы м , так как, зад авая его, 5
К о н еч н о , вы н е н ай д ете то ч н о 1 0 0 м ол екул (д аж е есл и б ы это б ы л и д еал ьн о то ч н ы й р езул ьтат вы ч и сл ен и я). В ы о б н ар уж и те 8 8 и л и 9 5 , и л и 1 0 7 , и л и 1 1 2 , н о п р акти ч ески н евер о ятн о , ч то б ы вы н аш л и 5 0 и л и 1 5 0 м о л екул . В о зм о ж н о е о ткл о н ен и е, и л и ф л уктуац и я, б уд ет п о р яд ка ко р н я квад р атн о го и з 1 0 0 , т. е. 1 0 . С тати сти ч ески это вы р аж аю т, го во р я, ч то вы н ай д ете 1 0 0 ± 1 0 м о л екул . Э ти м зам еч ан и ем в д ан н ы й м о м ен т м о ж н о п р ен еб р еч ь, н о м ы к н ем у вер н ем ся как к п р и м ер у стати сти ч еско го √ п зако н а. 6 С о гл асн о со вр ем ен н о й то ч ке зр ен и я ато м н е и м еет о тч етл и вы х гр ан и ц , так ч то « р азм ер » ато м а н е явл яется д о стато ч н о то ч н ы м п о н яти ем . М ы м о ж ем зам ен и ть его р ассто ян и ям и м еж д у ц ен тр ам и ато м о в в твер д ы х и л и ж и д ки х тел ах, н о , ко н еч н о , н е в газо о б р азн ы х, гд е эти р ассто ян и я п р и н о р м ал ьн ы х д авл ен и и и тем п ер атур е, гр уб о го во р я, в 1 0 р аз б о л ьш е.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
15
15
м ы н ево льн о со п о ставляем р азм ер ы атом ов с р азм ерам и р азли ч н ы х о р ган и зм о в, в ч астн о сти , н аш его со б ствен н о го тела. В сам ом д еле, ато м м ал, ко гд а он ср авн и вается с и сп о льзуем о й в п о всед н евн о й ж и зн и м еро й д ли н ы , скаж ем , с яр д о м и ли м етро м . В атом н о й ф и зи ке за ед и н и ц у д ли н ы п р и н ят так н азы ваем ы й ан гстр ем (Ä ), р авн ы й 10 -10 м етр а (м ) и ли в д есяти ч н о й зап и си 0,00 000 0 0001 м . Д и ам етр атом ов леж и т м еж д у 1 и 2 Ä . Е д и н и ц ы ж е д л и н ы , п о ср авн ен и ю с ко тор ы м и ато м ы так м алы , п рям о связан ы с р азм ер ам и н аш его тела. Б ы тует леген д а, ко тор ая п р и п и сы вает п р о и схо ж д ен и е яр д а ч увству ю м о р а о д н о го ан гли й ско го коро ля. К о гд а со ветн и ки сп р о си ли его , ч то п р и н ять за ед и н и ц у д ли н ы , то о н вы тян ул р уку в стор о н у и сказал: «В о зьм и те р ассто ян и е от сер ед и н ы м о ей гр уд и д о ко н чи ко в п альц ев, это и б уд ет то , ч то н ад о ». Б ы ло так и ли н ет, н о это т р ассказ и м еет п р ям о е о тн ош ен и е к н аш ем у во п ро су. Е стествен н о , ч то король х о тел указать д ли н у, ср авн и м ую с д ли н о й его тела, так как о н зн ал, ч то и н ач е м ер а б уд ет о ч ен ь н еуд о б н о й . П р и всем сво ем п р и стр асти и к ан гстр ем ам ф и зи к все-таки п р ед п оч тет, ч тоб ем у сказали , ч то н а его н овы й ко стю м п о тр еб уется 6,5 ярд а тви д а, а н е 65 ты сяч м и лли о н о в ан гстр ем о в. Т аки м о б р азом , в д ей стви тельн о сти н аш во п ро с касается н е о д н о го , а д вух р азм еров — н аш его тела и атом а. П р и н и м ая во вн и м ан и е н есо м н ен н ы й п р и ор и тет н езави си м о го сущ ество ван и я атом а, воп р о с п р о звуч и т так: п о ч ем у н аш е тело д о лж н о б ы ть таки м б о льш и м п о ср авн ен и ю с ато м ом ? М н о ги е, стр астн о и зуч аю щ и е ф и зи ку и ли х и м и ю , н е р аз ж алели о то м , ч то все н аш и о р ган ы ч увств, составляю щ и е б о лее и ли м ен ее сущ ествен н ую ч асть н аш его тела и (п р и н и м ая во вн и м ан и е зн ач и тельн ы е р азм ер ы п р и вед ен н о го отн о ш ен и я) сам и со ставлен н ы е и з б есч и слен н о го ко ли ч ества ато м о в, о казы ваю тся сли ш ком гр уб ы м и , ч то б ы во сп р и н и м ать уд ар ы о тд ельн о го ато м а. М ы н е м о ж ем н и ви д еть, н и слы ш ать, н и ч увство вать о тд ельн ы х ато м о в. Н аш и ги п о тезы о б ато м ах д алеко о тстоят о т н еп о ср ед ствен н о го во сп р и яти я н аш и х ор ган о в ч увств, и эти ги п о тезы н ельзя п ро вер и ть п р ям ы м н аб лю д ен и ем . О б язательн о ли д о лж н о б ы ть и м ен н о так? И м ею тся ли о сн о ван и я д ля это го? М о ж н о ли о б ъ ясн и ть это п оло ж ен и е каки м -то п р и н ц и п о м , ч то б ы уб ед и ться в то м , что н и ч то д р уго е н есо вм ести м о с зако н ам и п р и ро д ы ? Э то уж е является тако й п р о б лем о й , ко то р ую ф и зи к сп о со б ен вы ясн и ть п о лн о стью и н а все во п ро сы п олуч и ть утвер д и тельн ы й о твет.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
16
16
5. Р абота ор ган и зм а тр ебует собл ю ден и я точ н ы х ф и зи ч еск и х зак он ов Е сли б ы д ело о б стояло н е так, если б ы ч ело веч ески й о р ган и зм б ы л сто ль ч увстви телен , ч то отд ельн ы й ато м и ли д аж е н еско лько ато м о в м о гли б ы о казать зам етн о е во зд ей стви е н а н аш и о р ган ы ч увств, — о , н еб о , н а ч то б ы ла б ы п ох о ж а н аш а ж и зн ь! Т ако й о р ган и зм б ы л б ы н авер н яка н есп о со б ен р азви ть уп о р яд о чен н ую м ы сль, ко то р ая, п р ой д я скво зь д ли н н ы й р яд б о лее р ан н и х стад и й , н ако н ец , п р о и звела б ы ср ед и м н о ги х д р уги х и д ей и сам у и д ею о б ато м е. Х о тя м ы вы б и р аем в кач естве и ллю стр ац и и ли ш ь о д и н это т п р и м ер, о д н ако все п о след ую щ и е со об р аж ен и я такж е вп о лн е п р и м ен и м ы и к ф ун кц и о н и р ован и ю д р уги х ор ган о в (а н е то лько м о зга и о р ган о в ч увств). Т ем н е м ен ее и м еется о д н о и то лько о д н о , п р ед ставляю щ ее о соб ы й и н тер ес д ля н ас в н ас сам и х , — это то, ч то м ы м ож ем ч увствовать, д ум ать и п о н и м ать. В о тн о ш ен и и тех ф и зи о ло ги ч ески х п р о ц ессо в, ко тор ы е о тветствен н ы за н аш и м ы сли и ч увства, все д р уги е п р о ц ессы в о р ган и зм е и гр аю т всп ом о гательн ую р о ль, п о кр ай н ей м ер е с ч ело веч еско й то ч ки зр ен и я, если н е с то ч ки зрен и я о б ъ екти вн о й б и о ло ги и . Б олее то го , н аш а зад ач а б уд ет ч р езвы ч ай н о об легч ен а, если м ы вы б ерем д ля и сслед о ван и я тако й п ро ц есс, ко тор ы й со п р ово ж д ается суб ъ екти вн ы м и соб ы ти ям и , хо тя м ы и н е зн аем и сти н н о й п р и р о д ы это го п ар аллели зм а. Д ей стви тельн о , н а м о й взгляд , п р и р о д а это го п ар аллели зм а леж и т в сторо н е о т о б ласти естествен н ы х н аук и , весьм а во зм о ж н о , за п р ед елам и ч ело веч еско го п о н и м ан и я. Т аки м о б р азом , во зн и каю т след ую щ и е во п ро сы . П о ч ем у н аш м о зг и связан н ая с н и м си стем а ор ган о в ч увств д о лж н ы о б язательн о со стоять и з тако го н ео б ъ ятн о б о льш о го ко ли ч ества ато м о в, ч то б ы ф и зи о ло ги ч ески и зм ен ч и вы е со сто ян и я м о зга м о гли н ах о д и ться в тесн о м и б ли зко м соо тветстви и с весьм а р азви то й м ы слью ? П о каки м п р и ч и н ам это со о тветстви е н есо вм ести м о с таки м то н ки м и ч увстви тельн ы м стро ен и ем всего м ех ан и зм а (и ли х о тя б ы его п ер и ф ер и ч ески х ч астей ), ко то ро е п о зволи ло б ы п р и взаи м о д ей стви и с о кр уж аю щ ей ср ед о й р еги стр и ро вать во зд ей стви е ед и н и ч н о го ато м а и звн е и р еаги р овать н а н его . Т о , ч то м ы н азы ваем м ы слью , сам о п о себ е есть н еч то уп о р яд о ч ен н ое и п р и ло ж и м о то лько к ан ало ги ч н о м у м атер и алу, то есть к п о зн ан и ю и ли о п ы ту, ко то р ы е то ж е и м ею т о п р ед елен н ую степ ен ь уп о р яд о ч ен н о c-
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
17
17
ти . О тсю д а вы текаю т д ва след стви я: 1 ) ф и зи ч еская ор ган и зац и я, ч то б ы б ы ть в тесн о м со о тветстви и с м ы слью (как, н ап ри м ер , м о й м о зг с м о ей м ы слью ), д о лж н а б ы ть о ч ен ь х ор о ш о уп о р яд о ч ен н о й о р ган и зац и ей , а это зн ач и т, ч то соб ы ти я, п р о и схо д ящ и е в м о згу, д о лж н ы п о д чи н яться стро ги м ф и зи ч ески м зако н ам , п о кр ай н ей м ере с о ч ен ь б о льш о й степ ен ью то ч н о сти ; 2 ) ф и зи ч ески е вп еч атлен и я, п р о и звед ен н ы е н а эту ф и зи ч ескую , х оро ш о ор ган и зован н ую си стем у телам и и звн е, со ответствую т п о зн ан и ю и о п ы ту со ответствую щ и х м ы слей , о б разуя и х м атер и ал, как я н азвал его. С лед о вательн о , ф и зи ч ески е взаи м о д ей стви я м еж д у н аш ей си стем о й и д р уги м и д о лж н ы , как п р ави ло, сам и о б лад ать и звестн о й степ ен ью ф и зи ч еско й уп о р яд о ч ен н ости , и ли , и н ач е го вор я, о н и д о лж н ы п о д ч и н яться стро ги м ф и зи ч ески м зако н ам с о п р ед елен н о й степ ен ью точ н о сти .
6. Ф и зи ч еск и е зак он ы осн ов ан ы н а атом н ой стати сти к е и п оэтом у тол ь к о п р и бл и зи тел ь н ы П о чем у ж е все, и зло ж ен н о е вы ш е, н е м о ж ет б ы ть вы п о л н ен о в случ ае, если о р ган и зм состо и т то лько и з ср авн и тельн о н еб о льш о го ч и сла атом ов и ч увстви телен к возд ей стви ям о д н о го и ли н ем н оги х ато м о в? П о том у ч то м ы зн аем : все атом ы н ахо д ятся в н еп р еры вн о м х аоти ч еском теп ло вом д ви ж ен и и , ко то ро е, так сказать, п р о ти в о стои т и х уп о р яд о ч ен н ом у п о вед ен и ю и н е п о зволяет о тн ести к како м у б ы то н и б ы ло р асп о зн аваем о м у зако н у со б ы ти я, п р о и схо д ящ и е м еж д у м алы м ч и сло м атом о в. Т о лько п р и н али ч и и о гро м н о го коли ч ества атом ов стати сти ч ески е зако н ы н ач и н аю т д ей ство вать и ко н тро ли ров ать п о вед ен и е эти х assemblees с то ч н о стью , возр астаю щ ей с увели ч ен и ем ч и сла ато м о в, во влеч ен н ы х в п р о ц есс. И м ен н о так со б ы ти я об р етаю т д ей стви тельн о зако н о м ер н ы е ч ер ты . В се ф и зи ч ески е и х и м и ч ески е зако н ы , ко тор ы е, как и звестн о , и гр аю т важ н ую р о ль в ж и зн и о р ган и зм о в, являю тся ст ат и ст и ческим и . Л ю б о й д р угой ви д зако н ом ер н о сти и уп о р яд о ч ен н ости , ко тор ы й м о ж н о себ е п р ед стави ть, п о сто ян н о н ар уш ается и стан ови тся н ед ей ствен н ы м вслед стви е н еп р ер ы вн о го теп ло во го д ви ж ен и я ато м ов.
7. Т оч н ость ф и зи ч еск и х зак он ов осн ов а н а н а бол ьш ом к ол и ч еств е уч аств ую щ и х атом ов Р азр еш и те м н е п о п ы таться п ро и ллю стр и ро вать сказан н о е вы ш е н еско льки м и п р и м ер ам и , вы б р ан н ы м и д о н еко тор о й степ ен и случ ай н о и , возм о ж н о , н е сам ы м и луч ш и м и , н о котор ы е м о ж н о п р и вести ч и тателю , вп ер вы е зн аком ящ ем уся с эти м п о ло ж ен и ем — п о ло ж ен и ем ,
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
18
18
ко то ро е в со вр ем ен н о й ф и зи ке и х и м и и является сто ль ж еф ун д ам ен тальн ы м , как, скаж ем , в б и оло ги и то т ф акт, ч то о р ган и зм ы со сто ят и з клето к, и ли как н ью то н о вски е зако н ы в астро н ом и и , и ли д аж е как р яд н атур альн ы х ч и сел 1 , 2 , 3 , 4 , 5, ... в м атем ати ке. В п ервы е зн ако м ящ и й ся с во п р о со м н е д о лж ен о ж и д ать, ч то , п ро ч и тав н еско лько стр ан и ц , о н п о лн о стью п о й м ет и о ц ен и т п р ед м ет, ко то р ы й связан с и звестн ы м и и м ен ам и Л ю д ви га Б о льц м ан а и У и ллар д а Г и б б са и н азы вается ст ат и ст и ческо й т ерм о д и нам и кой .
8. П ер в ы й п р и м ер (п ар ам агн ети зм ) Е сли вы н ап о лн и те квар ц евую тр уб ку ки сло ро д о м и п о м ести те ее в м агн и тн о м п о ле, вы о б н ар уж и те, ч то газ7 н ам агн и ч и вается. Н ам агн и ч и ван и е о б усло влен о тем , ч то м о лекулы ки сло ро д а являю тся кр охо тн ы м и м агн и там и и стр ем ятся расп о ло ж и ться вд о ль си ловы х ли н и й п о ля, как стр елка ком п аса (р и с. 1).
Р и с. 1. П ар ам агн ети зм
Н о н е след ует д ум ать, ч то б уквальн о все о н и б уд ут ори ен ти р о ваться п ар аллельн о д р уг д р угу. Е сли вы уд во и те н ап р яж ен н о сть п о ля, то в н аш ем ки сло ро д н о м теле н ам агн и ч ен н о сть уд во и тся, и эта п р о п о р ц и о н альн о сть б уд ет со б лю д аться д о п о лей о ч ен ь вы соко й н ап р яж ен н о сти , — н ам агн и ч ен н о сть б уд ет увели ч и ваться в то й ж е степ ен и , как и н ап р яж ен н о сть п о ля, ко торую вы п р и лагаете. Э то о соб ен н о яр ки й п ри м ер ч и сто стати сти ч еско го зако н а. О р и ен тац и и , ко то р ую стр ем и тся вы звать м агн и тн о е п о ле, н еп р еры вн о п р о ти во д ей ствует теп ло вое д ви ж ен и е, о б уславли ваю щ ее случ ай н ую о р и ен 7
Газ вы б р ан п о то м у, ч то о н п р о щ е твер д о го тел а и л и ж и д ко сти ; ф акт, ч то н ам агн и ч и ван и е в это м сл уч ае кр ай н е сл аб о , н е н ар уш ает тео р ети ч ески х закл ю ч ен и й .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
19
19
тац и ю м о лекул. Р езультатом этой б ор ьб ы является в д ей стви тельн о сти то лько то , ч то о стр ы е углы м еж д у о сям и д и п о лей и н ап р авлен и ем п о ля п р ео б лад аю т н ад туп ы м и . Х о тя ед и н и ч н ы е атом ы н еп р ер ы вн о и зм ен яю т сво ю ор и ен тац и ю , в ср ед н ем б лаго д ар я и х о гро м н о м у ко ли ч еству п о стоян н о п р ео б лад ает ор и ен тац и я в н ап р авлен и и п о ля и п р о п ор ц и о н альн о ем у. Э то о строум н о е о б ъ ясн ен и е п р и н ад леж и т ф р ан ц узском у ф и зи ку П . Л ан ж евен у. О н о м о ж ет б ы ть п р о вер ен о след ую щ и м о б р азом . Е сли н аб лю д аю щ ееся слаб ое н ам агн и ч и ван и е д ей стви тельн о является р езультато м д вух со п ер н и ч аю щ и х тен д ен ц и й — м агн и тн о го п о ля, ко то ро е стр ем и тся о р и ен ти р овать все м о лекулы п ар аллельн о , и теп ло во го д ви ж ен и я, ко то ро е вы зы вает и х случ ай н ую о р и ен тац и ю , то , зн ач и т, м ож н о увели ч и ть н ам агн и ч и ван и е, н е уси ли вая п о ля, а о слаб ляя теп лово е д ви ж ен и е, то есть п о н и ж ая тем п ер атуру газа. Э то б ы ло п од тверж д ен о эксп ер и м ен том , котор ы й п о казал, что н ам агн и ч и ван и е вещ ества о б р атн о п ро п о р ц и о н альн о его аб со лю тн о й тем п ер атур е, а это н аход и тся в ко ли ч ествен н о м со гласи и с тео р и ей (за ко но м К ю р и ). С о вр ем ен н ая эксп ер и м ен тальн ая тех н и ка п о зво ляет п утем п о н и ж ен и я тем п ер атур ы д о вести теп ло во е д ви ж ен и е м о лекул д о таки х м алы х р азм ер ов, ч то о р и ен ти р ую щ ая тен д ен ц и я м агн и тн о го п о ля м о ж ет п ро яви ть себ я если н е п о лн о стью , то в д о стато ч н о й степ ен и д ля то го , что б ы п р о и звести сущ ествен н ую ч асть «п олн о го н ам агн и ч и ван и я». В этом случ ае м ы б о льш е н е м о ж ем о ж и д ать, ч то д альн ей ш ее уд во ен и е н ап р яж ен н о сти п о ля уд во и т и н ам агн и ч ен н о сть. П о след н яя с увели чен и ем н ап р яж ен н о сти п о ля б уд ет увели ч и ваться все м ен ьш е и м ен ьш е, п р и б ли ж аясь к том у, ч то н азы вается на сы щ ени ем . Э то п р ед п о ло ж ен и е такж е ко ли ч ествен н о п о д твер ж д ается эксп ер и м ен то м . З ам етьте, ч то тако е п о вед ен и е ц ели ко м зави си т о т н али ч и я о гро м н о го ко ли ч ества м о лекул, ко тор ы е со вм естн о уч аствую т в со зд ан и и н аб лю д аем о го явлен и я н ам агн и ч и ван и я. В п р о ти вн о м случ ае н ам агн и ч и ван и е н е п о д ч и н яло сь б ы о п р ед елен н о м у закон у и и зм ен яло сь бы со вер ш ен н о б есси стем н о , сви д етельствуя о п р евратн о стях б ор ьб ы м еж д у вн еш н и м м агн и тн ы м п о лем и теп ло вы м д ви ж ен и ем .
9. В тор ой п р и м ер (бр оун ов ск ое дв и ж ен и е, ди ф ф узи я ) Е сли вы н ап о лн и те н и ж н ю ю ч асть закр ы то го стеклян н о го со суд а тум ан о м , со сто ящ и м и з м ельч ай ш и х кап елек, то уви д и те, ч то верх н яя гр ан и ц а тум ан а п о степ ен н о п о н и ж ается с со вер ш ен н о о п р ед елен н о й ско ро стью , зави сящ ей о т вязко сти во зд ух а, р азм ер а и п ло тн о сти кап елек. Н о если вы п о см отр и те н а
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
20
20
о д н у и з кап елек в м и кро ско п , то уви д и те, ч то о н а оп ускается н е с п о стоян н о й ско ро стью , а со вер ш ает весьм а б есп о ряд оч н о е, так н азы ваем о е б ро уно вско е д ви ж ени е, ко то р о е ли ш ь в сред н ем со ответствует п о сто ян н ом у сн и ж ен и ю .
Р и с. 2. О седаю щ и й тум ан Р и с. 3. Б р оун ов ск ое дв и ж ен и е оседаю щ ей к ап л и
Э ти кап ельки х о тя и н е являю тся ато м ам и , н о уж е д о стато ч н о м алы и легки , ч тоб ы ч увство вать то лч ки ед и н и ч н ы х м о лекул, ко то р ы е н еп р ер ы вн о во зд ей ствую т н а и х п о вер х н о сть. Т о лкаем ы е таки м о б р азо м кап ельки м о гут то лько в ср ед н ем п о д ч и н яться д ей стви ю си лы тяж ести (р и с. 2 и 3 ). Э то т п р и м ер п о казы вает, каки е уд и ви тельн ы е и б есп о ряд о ч н ы е вп еч атлен и я п о луч али б ы м ы , если б ы н аш и ор ган ы ч увств б ы ли во сп р и и м ч и вы к уд ар ам уж е н ем н о ги х м о лекул. И м ею тся б актер и и и д р уги е ор ган и зм ы , сто ль м алы е, что о н и си ль -
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
21
21
н о п о д вер ж ен ы этом у явлен и ю . И х д ви ж ен и е о п р ед еляется теп ло вы м и ф луктуац и ям и о кр уж аю щ ей ср ед ы ; о н и н е и м ею т п р ава вы б ор а. Е сли о н и о б лад аю т соб ствен н о й п о д ви ж н остью , то все ж е м о гут п ер ед ви гаться с о д н о го м еста н а д р уго е, н о только с б о льш и м тр уд ом , п о ско льку теп ло во е д ви ж ен и е ш вы р яет и х, как м ален ькую ло д чо н ку в б уш ую щ ем м о ре. О ч ен ь схо д н о с б ро ун овски м д ви ж ен и ем явлен и е д и ф ф узии . П р ед ставьте себ е со суд , н ап о лн ен н ы й ж и д ко стью , скаж ем вод о й , с н еб о льш и м ко ли ч ество м како го -н и б уд ь кр асящ его вещ ества, р аствор ен н о го в н ей , н ап р и м ер п ерм ан ган ата кали я, н о н е в р авн ом ер н о й ко н ц ен тр ац и и , а скор ее так, как п о казан о н а р и с. 4, гд е то ч ки о зн ач аю т м о лекул ы р аствор ен н о го вещ ества и гд е ко н ц ен тр ац и я ум ен ьш ается слева н ап р аво.
Р и с. 4. Д и ф ф узи я (сл ев а н ап р ав о) в р аств ор е с н ер ав н ом ер н ой к он ц ен тр ац и ей
Е сли вы о стави те эту си стем у в п о ко е, н ач н ется о ч ен ь м ед лен н ы й п р о ц есс д и ф ф узи и . П ерм ан ган ат б уд ет расп р о стр ан яться в н ап р авлен и и слева н ап р аво , то есть от м еста б о лее вы со ко й ко н ц ен тр ац и и к м есту б о лее н и зкой ко н ц ен тр ац и и , п о ка, н ако н ец , н е р асп р ед ели тся р авн ом ер н о п о всем у о б ъ ем у во д ы . В этом д о вольн о п ро стом и , о ч еви д н о, н е о со б ен н о и н тер есн о м п р о ц ессе зам еч ательн о то , что о н н и в како й степ ен и н е связан с како й ли б о тен д ен ц и ей и ли си ло й , ко тор ая, как это м о ж н о б ы ло б ы п о д ум ать, влеч ет м о лекулы п ер м ан ган ата и з о б ласти , гд е оч ен ь тесн о , в о б ласть, гд е п о сво б о д н ей , п о д о б н о то м у как, н ап р и м ер, н аселен и е стр ан ы п ер еселяется в ту ч асть, гд е б о льш е п р остор а. С н аш и м и м о лекулам и п ер м ан ган ата н и ч его п о д об н о го н е п рои сх о д и т. К аж д ая и з н и х вед ет себ я соверш ен н о н езави си м о о т д р уги х м о лекул, с ко то р ы м и он а встр еч ается весьм а р ед ко. К аж д ая и з н и х как в о б ласти б о льш ей тесн о ты , так и в б о лее сво б о д н о й ч асти и сп ы ты вает о д н у и ту ж е суд ьб у. Е е н еп р ер ы вн о
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
22
22
то лкаю т м о лекулы во д ы , и , таки м о б р азом , о н а п о степ ен н о п р о д ви гается в со верш ен н о н еп р ед сказуем ом н ап р авлен и и : п о п р ям ой в стор о н у и ли б о лее вы со кой и ли б о лее н и зко й ко н ц ен тр ац и и . Х арактер д ви ж ен и й , котор ы е о н а вы п о лн яет, ч асто ср авн и ваю т с д ви ж ен и ем ч ело века, ко то ром у завязали глаза н а б о льш о й п ло щ ад и и велели «п р о й ти сь», н о ко то р ы й н е м о ж ет п р и д ер ж и ваться о п р ед елен н о го н ап р авлен и я и , таки м о б разо м , н еп р еры вн о и зм ен яет ли н и ю сво его д ви ж ен и я. Т о т ф акт, ч то б есп о ряд о ч н ое д ви ж ен и е м о лекул п ер м ан ган ата все ж е д о лж н о вы зы вать р егуляр н ы й то к в сторо н у м ен ьш ей ко н ц ен тр ац и и и в ко н ц е ко н ц ов п р и вести к вы р авн и ван и ю ко н ц ен тр ац и й , н а п ер вы й взгляд каж ется н еп о н ятн ы м , н о то лько н а п ер вы й взгляд . П р и тщ ательн ом р ассм о тр ен и и н а р и с. 4 то н ки х сло ев п о ч ти п о сто ян н о й ко н ц ен тр ац и и м о ж н о п р ед стави ть себ е, как м о лекулы п ер м ан ган ата, ко то р ы е в д ан н ы й м ом ен т со д ер ж атся в о п ред елен н о м сло е, б есп о ряд о ч н о д ви гаясь, б уд ут с р авн о й веро ятн о стью п ер ем ещ аться и н ап р аво, и н алево . Н о и м ен н о вслед стви е это го п оверх н о сть р азд ела д вух со сед н и х сло ев б уд ет п ер есекаться б о льш и м ко ли ч еством м о лекул, п р и хо д ящ и х слева, а н е в о б р атн о м н ап р авлен и и . Э то п р о и зой д ет п р о сто п о то м у, ч то слева б о льш е б есп ор яд о ч н о д ви ж ущ и х ся м о лекул, ч ем сп р ава, и д о тех п ор , п о ка это так, б уд ет п р о и схо д и ть регулярн о е п ер ем ещ ен и е слева н ап р аво , п о ка, н ако н ец , н е н аступ и т р авн о весн ое р асп р ед елен и е. Е сли эти соо б р аж ен и я п ер евести н а м атем ати ч ески й язы к, то п о луч и м д и ф ф ер ен ц и альн о е ур авн ен и е в ч астн ы х п ро и звод н ы х , о п и сы ваю щ ее м атем ати ч ески то ч н о зако н д и ф ф узи и
О б ъ ясн ен и ем это го зако н а я н е б уд у утр уж д ать ч и тателя , хо тя сд елать это д о стато ч н о п ро сто 8. О строго й «м атем ати ч еско й то ч н о сти » зако н а уп ом и н ается зд есь д ля то го , ч то б ы п о д ч ер кн уть, ч то его ф и зи ч еская сущ н о сть д о лж н а, тем н е м ен ее, п ро вер яться в каж д о м ко н кр етн о м случ ае. Б уд уч и о сн о ван а н а случ ай н о сти , сп р авед ли во сть зако н а б уд ет то лько п р и б ли зи тельн о й . Е сли и м еется, как п р ави ло , д о стато ч н о хо рош ее п р и б ли ж ен и е, то это то лько б лаго д ар я то м у о гро м н о м у коли ч еству 8
К о н ц ен тр ац и я в л ю б ой д ан н о й то ч ке увел и ч и вается (и л и ум ен ьш ается) со ско р о стью , п р ям о п р оп о р ц и о н ал ьн о й ср авн и тел ьн о м у и зб ы тку (и л и н ед о статку) ко н ц ен тр ац и и в ее б еско н еч н о м ал о й о кр естн о сти . З ако н теп л о п ер ед ач и и м еет м еж д у п р о ч и м то ч н о такую ж е ф о р м у, есл и « ко н ц ен тр ац и ю » зам ен и ть « тем п ер атур о й » .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
23
23
м о лекул, ко то р ы е п р и н и м аю т уч асти е в явлен и и . Ч ем м ен ьш е и х ко ли ч ество , тем б о льш е случ ай н ы х о ткло н ен и й м ы д олж н ы о ж и д ать, и п р и б лаго п р и ятн ы х усло ви ях эти о ткло н ен и я д ей стви тельн о н аб лю д аю тся.
10. Т р ети й п р и м ер (п р едел ы точ н ости и зм ер ен и я ) П о след н и й п ри м ер , котор ы й я п р и вед у, сх од ен со втор ы м , н о и м еет о соб ы й и н терес. Л егко е тело , п о д веш ен н о е н а д ли н н о й то н ко й н и ти и н ах о д ящ ееся в р авн овеси и , ч асто и сп о льзуется ф и зи кам и д ля и зм ерен и я слаб ы х си л, о ткло н яю щ и х его о т это го п о ло ж ен и я, то есть д ля и зм ер ен и я электр и ч ески х, м агн и тн ы х и ли гр ави тац и о н н ы х си л, п р и лагаем ы х так, ч то б ы п о вер н уть его о ко ло вер ти кальн о й о си (д ля каж д о й кон кр етн о й ц ели , естествен н о , след ует вы б и р ать со ответствую щ ее легко е тело ). П р од о лж аю щ и еся п о п ы тки п о вы си ть то ч н ость этого весьм а ч асто и сп о льзуем о го вар и ан та «кр ути льн ы х весо в» сто лкн ули сь с лю б о п ы тн ы м п ред ело м , ко тор ы й ч р езвы чай н о и н тер есен сам п о себ е. В ы б и р ая все б о лее и б о лее легки е тела и б о лее то н кую и д ли н н ую н и ть, ч то б ы сд елать весы ч увстви тельн ы м и ко все б о лее слаб ы м си лам , д ости гаю т п р ед ела, ко гд а п о д веш ен н о е тело стан о ви тся уж е ч увстви тельн ы м к уд ар ам теп ло во го д ви ж ен и я о кр уж аю щ и х м о лекул и н ач и н ает и сп о лн ять н еп р ер ы вн ы й «тан ец » о ко ло сво его р авн овесн о го п о л о ж ен и я — тан ец , весьм а схо д н ы й с д ро ж ан и ем кап ли , о п и сан н ы м во второ м п р и м ер е. Э то п о вед ен и е н е о п р ед еляет ещ е аб со лю тн ого п р ед ела точ н о сти и зм ерен и й н а п о д об н ы х весах , о д н ако о н о все-таки указы вает п р акти ч ески н а п р ед ел и зм ер ен и й . Н е п о д д аю щ и й ся ко н тро лю эф ф ект теп ло во го д ви ж ен и я ко н кур и р ует с д ей стви ем той си лы , ко тор ую след ует и зм ер и ть, и ли ш ает зн ач ен и я ед и н и ч н о е н аб лю д аем о е о ткло н ен и е. В ы д о лж н ы п р о д елать сво и и зм ер ен и я м н о го р аз, ч то б ы н ей тр али зо вать эф ф ект б ро ун овско го д ви ж ен и я ваш его и н стр ум ен та. Э то т п р и м ер, я д ум аю , является о со б ен н о н агляд н ы м , и б о н аш и о р ган ы ч увств в ко н ц е кон ц о в п р ед ставляю т со б о й то ж е сво его р од а и н стр ум ен т. М ы м о ж ем ви д еть, каки м и б есп о лезн ы м и о н и б ы ли , если б ы стали сли ш ком ч увстви тельн ы м и .
11. П р ав и л о √ n П р и м еро в п ри вед ен о , я д ум аю , д о стато чн о . Д о б авлю то лько, ч то н ет н и о д н о го зако н а ф и зи ки и х и м и и и з тех, ко тор ы е и м ею т о тн ош ен и е к о р ган и зм у и ли к его взаи м о д ей стви ю с окр уж аю щ ей ср ед о й , котор ы й н е м о г б ы ть вы б р ан в кач естве п р и м ер а. О б ъ ясн ен и е м о ж ет о казаться б о лее сло ж н ы м , н о главн о е всегд а о стан ется тем ж е сам ы м . Н о я хо тел б ы о стан о ви ться ещ е н а о д н о м важ н ом ко ли ч ествен н ом
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
24
24
п о ло ж ен и и , касаю щ ем ся степ ен и н ето ч н о сти , ко тор ую н ад о о ж и д ать в лю б ом ф и зи ч еско м закон е. Э то так н азы ваем ы й зако н √ п. С н ач ала я п р о и ллю стр и р ую его п ро сты м п р и м ером , а д альш е сд елаю об о б щ ен и е. П усть н екотор ы й газ п р и о п р ед елен н ы х д авлен и и и тем п ер атур е и м еет о п р ед елен н ую п ло тн о сть, то гд а я м о гу это вы рази ть, сказав, ч то вн утр и д ан н о го о б ъ ем а (ко то р ы й п о р азм ер у п о д хо д и т д ля эксп ер и м ен та) п р и д ан н ы х усло ви ях и м еется η м о лекул газа. Е сли в како й -то м о м ен т вр ем ен и вы зах оти те п р о вер и ть м ое утвер ж д ен и е, то н ай д ете его н ето ч н ы м : о ткло н ен и е б уд ет п о р яд ка √ п . С лед о вательн о, если η = 1 00 , то откло н ен и е со стави т п р и б ли зи тельн о 10 . Т аки м о б р азом , о тн оси тельн ая п о гр еш н о сть и зм ер ен и я р авн а 1 0% . Н о если η = 1 000 000 , то , веро ятн о , откло н ен и е б уд ет р авн ы м п ри м ер н о 10 00 , а о тн о си тельн ая п о гр еш н о сть — 0 ,1 % . Г руб о го вор я, это т стати сти ч ески й зако н является весьм а об щ и м . З ако н ы ф и зи ки и ф и зи ч еско й х и м и и н ето ч н ы в п ред елах веро ятн о й о тн о си тельн о й п о гр еш н о сти , и м ею щ ей п о р яд о к 1 /√ п, гд е n — ко ли ч ество м о лекул, уч аствую щ и х в п ро явлен и и это го зако н а — в его о сущ ествлен и и вн утр и то й об ласти п ро стр ан ства и ли вр ем ен и (и ли и п р о стр ан ства и вр ем ен и ), котор ая п о д леж и т р ассм о тр ен и ю . Т аки м о б р азом , вы сн ова ви д и те, ч то о рган и зм д о лж ен п р ед ставлять со б о й отн о си тельн о б о льш ую стр уктур у, со сто ящ ую и з м н о ж ества ато м о в, ч то б ы н аслаж д аться б лаго д ен стви ем вп о лн е точн ы х зако н о в как в сво ей вн утрен н ей ж и зн и , так и п р и взаи м о д ей стви и с вн еш н и м м и ро м . Е сли б ы ко ли ч ество уч аствую щ и х ч асти ц б ы ло сли ш ком м ало , то «зако н » о казался б ы сли ш ком н ето ч н ы м . О со б ен н о важ н ы м тр еб о ван и ем является зако н квад р атн о го ко р н я, п о том у ч то х отя м и лли о н и д о стато ч н о б ольш о е ч и сло, о д н ако то ч н о сть 1 н а 100 0 н е является ч р езм ер н о хо рош ей , если сущ ество д ела п р етен д ует н а то , ч то б ы б ы ть «З ако н о м П р и ро д ы ».
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
25
II. М ехан и зм н асл едств ен н ости D as S ein ist ew ig ; d en n G esetze B ew ah ren d ie Leb en d 'g en S ch ätze, A u s w elch en sich d as A ll g esch m ü ckt. 1 Goethe
12. В ы в оды к л асси ч еск ого ф и зи к а, будуч и дал ек о н е тр и в и ал ьн ы м и , ок азы в аю тся н ев ер н ы м и И так, м ы п р и ш ли к заклю ч ен и ю , ч то о р ган и зм со всем и п р о текаю щ и м и в н ем б и о логи ч ески м и п р о ц ессам и д о лж ен и м еть весьм а «м н о го ато м н ую » стр уктуру; н ео б хо д и м о такж е, что б ы случ ай н ы е «о д н о ато м н ы е» явлен и я н е и гр али в н ем сли ш ком б о льш о й р о ли . С ущ ествен н о , го вор и т н аи вн ы й ф и зи к, ч то б ы в осн о ве ор ган и зм а леж али д о стато ч н о то ч н ы е ф и зи ч ески е зако н ы , н а о сн о ве ко тор ы х о н м о г б ы ор ган и зо вать свою и склю ч и тельн о р егулярн ую и х орош о уп о р яд о ч ен н ую раб оту. В како й степ ен и п р и ло ж и м ы к р еальн ы м б и о ло ги ч ески м ф актам эти вы во д ы , сд елан н ы е а priori, т. е. с чи сто ф и зи ч еско й то ч ки зр ен и я? Н а п ер вы й взгляд м о ж ет п о казаться, ч то эти вы во д ы д о во льн о тр и ви альн ы . Б и о ло г, скаж ем , лет 30 н азад м о г утвер ж д ать, ч то х отя лекто р у-п о п уляр и зато р у вп о лн е ум естн о п о д ч ер кн уть зн ач ен и е зако н о в стати сти ч еской ф и зи ки п р и ф ун кц и о н и р ован и и о р ган и зм а, как и лю б о й д р уго й си стем ы , о д н ако это утвер ж д ен и е, п о ж алуй , ч ер есч ур и зб и тая и сти н а, и б о д ей стви тельн о , н е то лько орган и зм взро сло го и н д и ви д уум а лю б о го вы соко р азви то го сущ ества, н о и каж д ая клетка его со д ерж и т «ко см и ч еско е» ч и сло ед и н и ч н ы х атом ов. И каж д ы й о тд ельн ы й ф и зи о ло ги ч ески й п р о ц есс, ко то р ы й м ы н аб лю д аем и ли вн утр и кл етки , и ли п р и ее взаи м о д ей стви и с вн еш н ей ср ед о й , каж ется (и ли казало сь лет 30 н азад ), вовлекает тако е о гро м н о е коли ч ество ед и н и ч н ы х атом о в и ед и н и ч н ы х ато м н ы х п р о ц ессо в, ч то то ч н ое вы п о лн ен и е зако н ов ф и зи ки 1
Б ы ти е веч н о , и б о сущ ествую т зако н ы , о хр ан яю щ и е со кр о ви щ а ж и зн и , ко то р ы м и укр аш ает себ я В сел ен н ая . — Гете.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
26
26
и ф и зи ч еской х и м и и гаран ти р о ван о д аж е п р и весьм а ж естком тр еб о ван и и стати сти ч еско й ф и зи ки в о тн о ш ен и и «б о льш и х ч и сел». Э то тр еб о ван и е я то лько ч то п ро и ллю стр и ровал н а п р и м ере √ п . Т еп ер ь м ы зн аем , ч то такая то ч ка зр ен и я б ы ла б ы ош и б оч н о й . К ак м ы сей ч ас уви д и м , н еверо ятн о м ален ьки е гр уп п ы ато м о в, сли ш ко м м алы е, ч то б ы п р о являть то ч н ы е стати сти ч ески е зако н ы , и гр аю т главен ствую щ ую ро ль в весьм а уп ор яд о ч ен н ы х и зако н ом ерн ы х п р о ц ессах вн утр и каж д ого ор ган и зм а. О н и уп р авляю т ви д и м ы м и п р и зн акам и б о льш о го м асш таб а, ко тор ы е о р ган и зм п р и о б р етает в теч ен и е сво его р азви ти я; о н и о п р ед еляю т важ н ы е о со б ен н о сти его ф ун кц и о н и р ован и я, и во всем этом п роявляю тся весьм а отч етли вы е и стро ги е б и о логи ч ески е закон ы . Я д о лж ен н ач ать с кр атко го п о д вед ен и я и то га д о сти ж ен и й б и о ло ги и и , в ч астн о сти , ген ети ки ; д р уги м и сло вам и , я д о лж ен п о д ы то ж и ть со вр ем ен н о е со сто ян и е зн ан и й в то й о б ласти , гд е я — н е авто р и тет. Э то го н ельзя и зб еж ать, и п о это м у я п р и н о ш у и зви н ен и я, о со б ен н о б и о ло гу, за д и летан тски й х ар актер и зло ж ен и я. Я п ро ш у такж е р азр еш ен и я и зло ж и ть го сп о д ствую щ и е п р ед ставлен и я б о лее и ли м ен ее д о гм ати ч н о . О т «б ед н о го » ф и зи ка-тео р ети ка н ельзя ож и д ать, ч то б ы о н сд елал ч то -н и б уд ь п о д о б н ое ком п етен тн о м у о б зор у эксп ер и м ен тальн ы х д ан н ы х , п о луч ен н ы х в р езультате б о льш о го ко ли ч ества вели ко леп н о вы п о лн ен н ы х сер и й эксп ер и м ен то в п о скр ещ и ван и ю , зад ум ан н ы х с б есп р ец ед ен тн ы м о стро ум и ем , с о д н о й стор о н ы , и п рям ы х н аб лю д ен и й н ад ж и во й клетко й , п ро вед ен н ы х со всей уто н ч ен н о стью со вр ем ен н о й м и кро ско п и и , — с д р уго й .
13. Н асл едств ен н ы й ш и ф р ов ал ь н ы й к од (хр ом осом ы ) Р азр еш и те м н е во сп о льзо ваться словом «п лан (pattern) о р ган и зм а» в то м см ы сле, в каком б и о ло г н азы вает его «п лан о м в ч еты р ех и зм ер ен и ях », п о д р азум евая п р и этом н е то лько стр уктур у и ф ун кц и о н и р ован и е о р ган и зм а во взро сло м со стоян и и и ли н а лю б о й д р уго й стад и и р азви ти я, н о и о р ган и зм в его о н то ген ети ч еско м р азви ти и о т о п ло д о твор ен н о й яй ц еклетки д о стад и и зр ело сти , ко гд а о н н ач и н ает р азм н о ж аться. Т еп ер ь и звестн о , ч то этот п лан в ч еты р ех и зм ер ен и ях о п р ед еляется стр уктуро й всего о д н о й клетки , а и м ен н о стр уктур ой о п ло д о твор ен н о го яй ц а. Б о лее то го , м ы зн аем , ч то о н в о сн овн о м о п р ед еляется стр уктуро й только о д н о й н еб о льш о й ч асти это й клетки , ее ядром . Т ако е яд ро в о б ы ч н о м «п о коящ ем ся» со стоян и и клетки
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
27
27
п р ед ставляется как сетка хр ом ат и на 2, р ап р ед елен н о го в ви д е п узы р ька вн утр и клетки . Н о во вр ем я ж и зн ен н о важ н ы х п р о ц ессо в клето ч н о го д елен и я (м ит оза и ли м ей о за , см . н и ж е) ви д н о , ч то яд ро со сто и т и з н аб ор а ч асти ц , о б ы ч н о и м ею щ и х ф орм у н и тей и ли п ало ч ек и н азы ваем ы х хр ом о сом а м и , ко ли ч ество ко то р ы х 8 , и ли 1 2 , и ли , как, н ап р и м ер, у ч ело века, 48 .3 В д ей стви тельн о сти я д о лж ен б ы л б ы н ап и сать эти (взяты е д ля п р и м ер а) ч и сла, как 2 x 4, 2 x 6,... , 2 x 24 , и го вор и ть о д вух н аб ор ах, ч то б ы п о льзо ваться вы р аж ен и ем в то м о б ы ч н о м зн ачен и и , в како м о н о уп о треб ляется б и о ло гом . Х о тя о тд ельн ы е х р о м о со м ы и н о гд а о тч етли во р азли ч и м ы и и н д и ви д уали зи р о ван ы п о ф о рм е и р азм ер у, о д н ако эти д ва н аб о р а х ром о со м п оч ти п о д о б н ы д р уг д р угу. К ак м ы уви д и м , о д и н н аб о р п р и хо д и т о т м атер и (яй ц еклетка) и о д и н — о т отц а (оп ло д о твор яю щ и й сп ер м ато зо и д ). И м ен н о эти х ро м о со м ы и ли , во зм о ж н о , то лько о севая и ли скелетн ая н и ть то го, ч то м ы ви д и м п о д м и кр о ско п ом как х ром о со м у, со д ер ж ат в ви д е сво его ро д а ш и ф ро вальн о го ко д а весь «п лан » б уд у щ его р азви ти я и н д и ви д уум а и его ф ун кц и о н и р о ван и я в зр елом со стоян и и 4. К аж д ы й п о лн ы й н аб ор хро м о сом со д ер ж и т весь ш и ф р , п о этом у, как п р ави ло , и м ею тся д ве ко п и и п о след н его в о п ло д о твор ен н о й яй ц еклетке, ко тор ая п р ед ставляет сам ую р ан н ю ю стад и ю б уд ущ его и н д и ви д уум а. Н азы вая стр уктур у хро м о со м н ы х н и тей ш и ф р овальн ы м ко д о м , м ы п о д р азум еваем , ч то все о хваты ваю щ и й ум , вр о д е тако го, кото р ы й н еко гд а п р ед ставлял себ е Л ап лас и ко то ром у каж д ая п р и ч и н н ая связь н еп о ср ед ствен н о о ткр ы та, м о г б ы , и сх од я и з стр уктур ы хро м осо м , сказать, р азовьется ли яй ц о п р и б лаго п р и ятн ы х усло ви ях в ч ерн о го п етух а и ли в кр ап ч атую кур и ц у, в м ух у и ли р астен и е м аи са, в р од о д ен д ро н , ж ука, м ы ш ь и ли ч ело века. К этом у м ы м о ж ем п р и б ави ть, ч то «вн еш н о сть» р азли ч н ы х яй ц еклето к ч асто б ы вает о ч ен ь схо д н ой , и д аж е если это н е так (н ап р и м ер , о гро м н ы е яй ц а п ти ц и р еп ти ли й ), то р азли ч и е 2
Э то сл о во о зн ач ает вещ ество , ко то р о е о кр аш и ва ется в п р о ц ессе о кр аш и ван и я, ш и р о ко п р и м ен яем о м в м и кр о ско п и ч еско й техн и ке. 3 В н асто ящ ее вр ем я уста н о вл ен о , ч то у ч ел о века 4 6 (2 x 23) хр о м о со м . — П р и м . п ер ев. 4 Д ей стви тел ьн о , и ссл ед о ва н и я п о сл ед н и х л ет п о казал и , ч то о сн о вн о й « ко д н асл ед ствен н о сти » закл ю ч ен в н и ти Д Н К , ко то р а я со ставл яет о сь хр о м о со м ы . У стан о вл ен о , ч то у м и кр о о р ган и зм о в ед и н и ц ей ко д а явл яю тся тр и н укл ео ти д а, п о сл ед о вател ьн о р асп о л агаю щ и хся п о д л и н е м о л екул ы Д Н К . Х р о м о со м ы вы сш и х о р ган и зм о в п о стр о ен ы зн ач и тел ьн о сл о ж н ее. П р о ц есс сч и ты ва н и я н асл ед ствен н о й и н ф о р м ац и и у н и х н е сто л ь ясен . Н о , вер о ятн о , в о б щ и х ч ер тах о н п о д о б ен то м у, ко то р ы й н аб л ю д аю т у м и кр о о р ган и зм о в. — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
28
28
о казы вается н е сто лько в сущ ествую щ и х стр уктур ах , ско лько в том п и тател ьн о м м атер и але, котор ы й в эти х случ аях д о б авляется. Н о терм и н ш и ф ро ва льны й ко д , ко н еч н о, сли ш ком узо к. Х ром о со м н ы е стр уктур ы служ ат в то ж е вр ем я и и н стр ум ен то м , о сущ ествляю щ и м р азви ти е, ко торо е о н и ж е п р ед вещ аю т 5. О н и являю тся и ко д ексо м зако н о в, и и сп олн и тельн о й властью и ли , уп о тр еб ляя д руго е ср авн ен и е, о н и являю тся од н о вр ем ен н о и ар х и текто ро м , и стр о и телем . К ак хр ом о сом ы вед ут себ я в о н то ген езе 6?
14. Р ост ор ган и зм а п утем к л еточ н ого дел ен и я (м и тоз) Р о ст о р ган и зм а о сущ ествляется п о след о вательн ы м и клето ч н ы м и д елен и ям и . Т ако е клето ч н о е д елен и е, н азы ваем о е м ит о зом , н е сто ль ч асто е со б ы ти е, как это го м о ж н о о ж и д ать, учи ты вая о гр ом н о е ко ли ч ество клето к, и з ко то р ы х со сто и т н аш ор ган и зм . В н ач але ро ст и д ет б ы стр о, яй ц еклетка д ели тся н а д ве «д оч ер н и е», ко тор ы е затем д аю т п о ко лен и е и з ч еты р ех клето к, д алее 8 , 1 6, 32 , 6 4, ... и т. д . Ч асто та д елен и я н е о д и н акова во всех ч астях р астущ его о р ган и зм а, и это н ар уш ает р егуляр н о сть ч и сел. Н о п утем п р о сто го вы ч и слен и я м о ж н о устан о ви ть, что в сред н ем д о стато ч н о 5 0 и ли 60 п о след о вательн ы х д елен и й , ч то б ы о б р азовать то ко ли ч ество клето к 7, ко тор ое и м еет взро слы й ч ело век, и ли , скаж ем , в д есять р аз б о льш е, если п р и н ять во вн и м ан и е см ен у клето к в теч ен и е ж и зн и . Т аки м об р азо м , клетки м оего о р ган и зм а в ср ед н ем о казы ваю тся то лько п яти д есяты м и ли ш ести д есяты м п о ко лен и ем то го яй ц а, котор ы м я ко гд а-то б ы л 8. 5
П р ед п о л о ж ен и е Ш р ед и н гер а о хр о м о со м ах как н о си тел ях ш и ф р о вал ьн о го ко д а вп о л н е со о тветствует д ан н ы м со вр ем ен н о й н а уки , н о п р ед ставл ен и е о н и х как и о б и н стр ум ен тах, о сущ ествл я ю щ и х и н д и ви д уа л ьн о е р азви ти е, сп о р н о . В н асто я щ ее вр ем я р яд и ссл ед о вател ей и зуч ает роль б ел ко в -ги сто н о в, н ахо д ящ и хся в хр о м о со м ах и р егул и р ую щ и х п р о ц есс сч и ты ван и я н асл ед ствен н о й и н ф о р м ац и и с м о л екул Д Н К . О ч ен ь п ер сп екти вн ы р аб о ты Р. И . С ал ган и ка п о и зуч ен и ю р егул и р о ван и я акти вн о сти ген о в го р м о н ам и и р аб о ты Ю .М .О л ен о ва п о ко н тр о л и р о ван и ю п р о ц есса и н д и ви д уал ьн о го р азви ти я эп и ген ети ч ески м и ф акто р ам и . — П р и м . п ер ев. 6 О н то ген ез — р азви ти е и н д и ви д уум а в теч ен и е его ж и зн и , в о тл и ч и е о т ф и л о ген еза — р азви ти я ви д а в теч ен и е гео л о ги ч ески х п ер и о д о в. 7 17 18 В есьм а гр уб о — 10 и л и 1 0 . 8
В н асто ящ ее вр ем я устан о вл ен о , ч то со м ати ч еская кл етка, как п р ави л о , со вер ш ает н е б о л ее 5 0 -6 0 д ел ен и й и п о сл е это го ги б н ет. В ы сказы вается п р ед п о л о ж ен и е, ч то эти м и 5 0 -6 0 д ел ен и ям и о б усл о вл ен а см ер тн о сть м н о го кл ето ч н ы х о р ган и зм о в. По м н ен и ю р яд а и ссл ед о вател ей , д л я кл етки вы сш и х о р га н и зм о в сущ ествует л и ш ь д ва п ути « к б ессм ер ти ю » : и л и п р евр ащ ен и е в п о л о вую кл етку с зач ати ем и з н ее н о во го о р ган и зм а, и л и п ер ер о ж д ен и е в зл о кач ествен н ую о п ухо л евую кл етку — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
29
29
15. В м и тозе к аж дая хр ом осом а удв аи в ается К ак вед ут себ я хро м о сом ы в м и то зе? О н и уд ваи ваю тся, уд ваи ваю тся о б а н аб ор а, об е ко п и и ш и ф р а. Э то т п ро ц есс чр езвы ч ай н о и н тер есн ы й , п о это м у его и н тен си вн о и зуч али , н о он сли ш ком сло ж ен д ля то го , ч то б ы о п и сы вать зд есь его д етали . О сн о вн о е заклю ч ается в том , ч то каж д ая и з д вух д о ч ер н и х клето к п о лучает «п р и д ан ое», со сто ящ ее и з о б о и х н аб о ров хр ом о сом , в то ч н о сти п о д о б н ы х тем , каки е б ы ли у р од и тельско й клетки . Т аки м о б р азом , все клетки тела (сом ат ически е клетки . — П ри м . перев.) со верш ен н о п од о б н ы д р уг д р угу в о тн ош ен и и и х хр ом о сом н о го со кро ви щ а 9. К аж д ая, д аж е м ен ее важ н ая клетка о б язательн о о б лад ает п о лн о й (д во й н о й ) ко п и ей ш и ф ро вальн ого ко д а. К ак б ы м ало м ы н и зн али о б это м м ех ан и зм е, м ы н е м о ж ем , о д н ако , со м н ев аться, ч то это т ф акт д о лж ен и м еть како е-то важ н о е о тн ош ен и е к ж и зн и о р ган и зм а. С ам ы м уд и ви тельн ы м п р ед ставляется со хр ан ен и е уд во ен н о го х ром о со м н о го н аб о ра п р и всех м и то ти ч ески х д елен и ях . Т о, что это важ н ая осо б ен н о сть ген ети ч еско го м ехан и зм а, н аи б о лее р ази тельн о п о д твер ж д ается о д н и м -ед и н ствен н ы м и склю ч ен и ем и з это го п р ави ла, и склю ч ен и ем , ко тор о е м ы и д о лж н ы теп ер ь р ассм о тр еть.
16. Р едук ц и он н ое дел ен и е (м ей оз) и оп л одотв ор ен и е (си н гам и я ) О ч ен ь ско ро п о сле н ач ала р азви ти я о соб и о д н а гр уп п а клеток р езер ви р уется д ля о б р азован и я п о зд н ее так н азы ваем ы х гам ет, то есть сп ер м и ев и ли яй ц еклето к (зави си т о т п о ла о соб и ), н ео б х о д и м ы х д ля р азм н о ж ен и я и н д и ви д уум а п о д о сти ж ен и и зр ело сти . «Р езер ви р ую тся» — это о зн ач ает, ч то о н и н е служ ат д р уги м ц елям и п р етер п еваю т зн ач и тельн о м ен ьш е м и то ти ч ески х д елен и й . П ро и схо д ящ ее в н и х н еоб ы ч н о е р ед укц и о н н о е д елен и е, н азы ваем о е м ейозом , является тем д елен и ем , ко тор ы м заверш ается р азви ти е гам ет у зр ело й о со б и . Э то д елен и е, как п р ави ло , п р о и хо д и т ли ш ь н езад о лго д о си н гам и и . В м ей о зе д во й н о й х ром о со м н ы й н аб о р ро д и тельско й клетки п р о сто д ели тся н а д ва ед и н и ч н ы х н аб ор а, каж д ы й и з ко тор ы х и д ет в о д н у и з д вух д о ч ер н и х клето к — гам ет . Д р уги м и словам и , в м ей о зе н е п р о и сх од и т м и то ти ч еско го уд во ен и я ко ли ч ества хр ом о сом , ко ли ч ество и х о стается п о стоян н ы м , и , таки м о б разо м , каж д ая гам ета п о луч ает то ль9
Б и о л о г и зви н и т м ен я за то , ч то в это м кр атко м и зл о ж ен и и я н е р ассм атр и ваю сл уч ая м о заи ко в, явл яю щ его ся и скл ю ч ен и ем .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
30
30
ко п о ло ви н у, т. е. то лько о д н у п о лн ую коп и ю ш и ф ро вальн о го код а, а н е д ве, н ап р и м ер, у ч ело века то лько 2 4, а н е 48 .10 К летки , и м ею щ и е то лько о д и н х ро м осо м н ы й н аб ор , н азы ваю тся гаплоидны м и (о т гр еч еско го α π λο ύς — ед и н ствен н ы й ). Т аки м о б р азо м , гам еты гап ло и д н ы , а о б ы чн ы е клетки тела д и п ло и д ны (о т гр еч еско го δίπ λοδς — д во й н о й ). И н о гд а такж е встр еч аю тся и н д и ви д уум ы с тр ем я, ч еты р ьм я и ли , во об щ е го вор я, с м н о ги м и хр ом о сом н ы м и н аб ор ам и во всех клетках, и о н и то гд а н азы ваю тся три п ло и д ам и , тетр ап ло и д ам и , ... , полиплоид ам и. В акте си н гам и и м уж ская гам ета (сп ерм атозо и д ) и ж ен ская гам ета (яй ц о), т.е. гап ло и д н ы е клетки , соед и н яю тся, ч то б ы о б р азо вать о п ло д о твор ен н ую яй ц еклетку, ко тор ая, след о вательн о , д и п ло и д н а. О д и н и з ее хр ом о сом н ы х н аб о ро в п р и хо д и т о т м атери , а д р уго й — от о тц а. Ф о то гр аф и и (р и с. 5 и 6 ) д аю т н ам н еко то ро е п р ед ставлен и е о том , как вы гляд ят х ром о со м ы п о д м и кр о ско п о м . О н и взяты и з кн и ги д о ктор а Д ар ли н гто н а « Р а б от а с хро м о со м ам и» 11. В о сп о льзо вавш и сь р и с. 7 , я п о п ы таю сь д ать сх ем ати ч ески й о б зор тр ех о сн овн ы х п р о ц ессо в: м и то за, м ей о за и си н гам и и у м ален ько й п ло д о во й м уш ки Drosophila, ко торая и м еет гап ло и д н о е чи сло х ром о со м . Э та м уш ка как о б ъ ект эксп ер и м ен ти ро ван и я сы грала вы д аю щ ую ся р о ль в со вр ем ен н о й ген ети ке. Ч еты р е р азли ч н ы е х ром о со м ы усло вн о п о м еч ен ы р азн ы м ц вето м : зелен ы м , ч ерн ы м , кр асн ы м и си н и м . Н а р и с. 7 а х ром о со м н ы й н аб ор д и п ло и д н о й клетки увели ч ен . О н служ и т то лько д ля п о ясн ен и я сх ем н а ри с. 7 б -г, ко тор ы е д ан ы в ум ен ьш ен н ом ви д е и ч и сто сх ем ати ч ески . Р азр еш и те м н е о ч и сти ть свою совесть п ри зн ан и ем , ч то п р и о п и сан и и м ей о за я, как и в п р ед ы д ущ ем случ ае, д о п усти л н еко тор ы е уп р ощ ен и я , ко то ры е, о д н ако , д ля н аш ей ц ели н е и м ею т зн ач ен и я 12.
17. Г ап л ои дн ы е особи О го вор ки треб ует ещ е о д н о о б сто ятельство. Х отя о н о и н е сущ ествен н о д ля н аш ей ц ели , о д н ако д ей стви тельн о и н тер есн о , п о ско льку п оказы вает, ч то в каж д о м ед и н и ч н о м н аб о р е хр ом о сом со д ер ж и тся со вер ш ен н о п о лн ы й ш и ф ро вальн ы й код всего «п лан а» о р ган и зм а. 10 11
С м . п р и м . н а стр 2 7 . С . D. Darlington. The Handling of Chromosomes. Allen and Unwin,
1942. 12
B д ей стви тел ьн о сти м ей о з — н е о д н о д ел ен и е б ез уд во ен и я ч и сл а хр о м о со м , а д ва п о ч ти сл и в аю щ и хся д ел ен и я, н о с о д н и м уд во ен и ем . В р езул ьтате о б р азую тся н е д ве гап л о и д н ы е гам еты , а ч еты р е.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
31
31
Р и с. 5. С бл и зи в ш и еся п оп ар н о хр ом осом ы в м атер и н ск и х к л етк ах п ы л ь ц ы дв ух в и дов Tradescantia: a — ш есть п ар хром осом в клетках, ф и кси рован н ы х и окраш ен н ы х ац еторсеи н ом ; б — д вен ад ц ать п ар хром осом в ж и вой клетке, сф отограф и рован н ой в у льтаф и олетовом свете (x 1000)
Р и с. 6. Г ол одаю щ и е хр ом осом ы Р и с. 6. Г олод аю щ и е хром осом ы (п од разу м евается н уклеи н овоки слое голод ан и е, п ри м ен яем ое в ц елях п олу чен и я б олее окр аш ен н ы х п реп аратов. — П рим . перев.) в п ы льц евы х зерн ах Fritillaria pudica, п олу чен н ы е возд ей стви ем холод а. Б лед н ы е п олосы — и н ертн ы е сегм ен ты (х 1800 )
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
32
32
Р и с. 7. Х р ом осом ы в сом ати ч еск и х к л етк ах м уш к и Drosophila: а - четы ре п ары гом ологи чески х хром осом ; б - н орм альн ое клеточн ое д елен и е (м и тоз) д и п лои д н ой клетки ; в - реду кц и он н ое д елен и е (м ей оз) д и п лои д н ой клетки и об разован и е гап лои д н ы х гам ет; г - оп лод отворен и е (си н гам и я). Г ап лои д н ы е м у ж ская и ж ен ская гам еты соед и н яю тся, чтоб ы об разовать д и п лои д н ое оп ло д отворен н ое яй ц о.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
33
33
Р и с. 8. Ч ер едов ан и е п ок ол ен и й
И м ею тся п р и м ер ы м ей о за, ко гд а о п лод отвор ен и е о сущ ествляется н е ср азу, а сн ач ала гап ло и д н ая клетка (гам ета) п од вергается б о льш о м у ко ли ч еству м и то ти ч ески х клето ч н ы х д елен и й , в р езультате ч его во зн и кает ц елая гап ло и д н ая о со б ь. Э то н аб лю д ается у сам ц о в п ч елы — тр утн ей , ко то р ы е р азви ваю тся п ар тен о ген ети ч ески , то есть и з н ео п ло д о творен н ы х и п оэто м у гап ло и д н ы х яи ц м атки . Т р утен ь н е и м еет о тц а! В се клетки его тела гап ло и д н ы . Е сли х о ти те, м о ж н о н азвать его ги ган тски м сп ерм атозо и д о м ; и д ей стви тельн о , и звестн о , что ф ун кц и о н и р овать в этом кач естве — его ед и н ствен н ая ж и зн ен н ая зад ач а. О д н ако , м о ж ет б ы ть, это н е сер ьезн ая то ч ка зр ен и я. И б о тако й случ ай н е ед и н и ч ен . Е сть сем ей ства р астен и й , гд е гап ло и д н ы е клетки , кото р ы е о б р азую тся п р и м ей о зе и н азы ваю тся сп о р ам и , п ад аю т н а зем лю как сем ен а и р азви ваю тся в н астоящ и е гап ло и д н ы е растен и я, ср авн и м ы е п о р азм ер у с д и п ло и д н ы м и . Н а р и с. 8 и зоб р аж ен о р астен ьи ц е м х а, расп р о стр ан ен н о го в н аш и х лесах . П о кр ы тая ли сточ кам и н и ж н яя ч асть — гап ло и д н о е р астен и е, н азы вается гам ето ф и том , п о то м у что у н его н авер х у р азви ваю тся п о ло вы е о р ган ы и гам еты , ко тор ы е п о сле о п ло д о твор ен и я п р о и зво д ят о б ы ч н о е д и п ло и д н о е р астен и е — го лы й стеб елек с сем ен н о й ко ро б о ч ко й . Э та ч асть р астен и я н азы вается сп о р о ф и то м , так как п утем м ей о за о н а п р о и звод и т сп о р ы , н ах о д ящ и еся в кап суле. К о гд а кап сула о ткр ы вается, сп о р ы п ад аю т н а зем лю и р азви ваю тся в о б ли ствен н ы й стеб ель. Э то т п р о ц есс м етко н азван «ч ер ед о ван и ем п о ко лен и й ». В ы м о ж ете, если х о ти те, р ассм атр и вать ч ело века и ж и во тн ы х с то й ж е то ч ки зр ен и я. Н о гам ето ф и то м зд есь является, как п р ави ло , весьм а ко ро тко ж и вущ ее о д н о клето ч н ое п о колен и е — сп ер м ато зо и д и ли яй ц еклетка. Н аш е тело соо тветствует сп ор о ф и ту. Н аш и «сп о р ы » — это р езер вн ы е клетки , и з ко то р ы х в п р о ц ессе м ей о за во зн и кает о д н о клето ч н ое п о ко лен и е.
18. Зн ач ен и е р едук ц и он н ого дел ен и я В аж н ы м и д ей стви тельн о о п р ед еляю щ и м суд ьб у со б ы ти ем п р о ц ессе во сп р о и звед ен и я и н д и ви д уум а является н е о п ло д отво р е-
в
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
34
34
н и е, а м ей о з. О д и н н аб о р х ром о со м п ри х о д и т о т о тц а, о д и н — от м атер и . Н и какая случ ай н о сть н е м о ж ет п о м еш ать это м у. К аж д ы й ч еловек 13 п о луч ает ро вн о п о лови н у сво ей н аслед ствен н о сти о т м атер и и п о лови н у о т отц а. Т о , ч то о д н а ли н и я каж ется п р ео б лад аю щ ей , о б ъ ясн яется д р уги м и п р и ч и н ам и , о ко тор ы х м ы п о го во р и м п о зж е (п о л сам п о себ е, ко н еч н о, то ж е п р ед ставляет п р о стей ш и й п р и м ер тако го п р ео б лад ан и я). Н о если вы п р о след и те за п р о и сх о ж д ен и ем ваш ей н аслед ствен н о сти вп ло ть д о ваш и х д ед о в и б аб о к, то д ело о каж ется и н ы м . Р азр еш и те о б р ати ть ваш е вн и м ан и е н а н аб о р хро м о сом , п р и ш ед ш и х ко м н е от о тц а, в ч астн ости н а о д н у и з н и х , скаж ем , н а хро м о со м у № 5 . Э то б уд ет то ч н ая ко п и я и ли то й хром о со м ы № 5, ко то р ую м о й о тец п о луч и л о т сво его о тц а, и ли то й , ко то рую о н п о луч и л о т сво ей м атер и . И сх од д ела б ы л р еш ен (с веро ятн о стью 50 к 50 ) в м ей о зе, п р о и сш ед ш ем в о р ган и зм е м оего о тц а в н о яб р е 188 6 г. и п р о и звед ш ем то т сп ерм ато зо и д , ко то р ы й н ем н о ги м и д н ям и п о зж е о казался п р и ч и н о й м о его заро ж д ен и я. Т о ч н о та ж е и сто р и я м огла б ы б ы ть п о втор ен а о тн о си тельн о х ром о со м № 1, 2, 3, ... , 24 м о его отц о вско го н аб ор а 14 и mutatis mutandis о тн о си тельн о каж д о й и з м ои х м атер и н ски х хро м о со м . Б о лее то го , все 4 8 р езультатов являю тся со верш ен н о н езави си м ы м и 15. Д аж е если б ы б ы ло и звестн о , что м о я отц овская х ром о со м а № 5 п р и ш ла о т м о его д ед а И о зеф а Ш р ед и н гер а, то у х ром о со м ы № 7 ещ е о ставали сь б ы р авн ы е ш ан сы п ро и зо й ти о т н его ж е, и ли о т его ж ен ы М ар и и , уро ж д ен н о й Б о гн ер .
19. К р осси н гов ер . Л ок ал и зац и я св ой ств Н о ро ль случ ай н о сти в см еш ен и и д ед уш ки н о й и б аб уш ки н о й н аслед ствен н о сти у п о том ко в ещ е б о льш е, ч ем это м ож ет п о казаться и з п р ед ы д ущ его о п и сан и я, ко гд а м о лч али во п р ед п о лагало сь и ли д аж е п р ям о утвер ж д ало сь, ч то оп р ед елен н ы е х ром о со м ы п р и ш ли как ц ело е и ли о т б аб уш ки , и ли о т д ед уш ки , д р уги м и сло вам и , ед и н и ч н ы е х ром о со м ы п р и ш ли н ер азд елен н ы м и . В д ей стви тельн о сти это н е так и ли н е всегд а так. П ер ед тем , как р азо й ти сь п р и р ед укц и о н н о м д елен и и , скаж ем , п р и то м , ко торо е п р о и схо д и ло в о тц о вско м ор ган и зм е, каж д ы е д ве «го м о ло ги ч н ы е» х ро м о сом ы сб ли ж аю тся и и н о гд а о б м ен и ваю тся зн ач и 13
В о всяко м сл уч ае каж д ая ж ен щ и н а. Ч то б ы и зб еж ать м н о го сл о ви я, я и скл ю ч и л и з это го о б зо р а ч р езвы ч ай н о и н тер есн ую о б л асть о п р ед ел ен и я п о л а и сц еп л ен н ы х с п ол о м п р и зн аков (н ап р и м ер , так н азы ваем ая ц вето вая сл еп о та). 14 С м . п р и м . н а стр . 2 7 . 15
С м . п р и м . н а стр . 2 7 .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
35
35 тельн ы м и свои м и частям и таки м об разом , к ак это п оказан о н а ри с. 9. Н а м и кроф отограф и и (ри с. 10 ) ви д н о это тесн ое сб ли ж ен и е хром осом .
Р и с. 9. К р осси н гов ер . Д в е гом ол оги ч н ы х хор ом осом ы в к он так те (сл ев а), п осл е обм ен а и р аздел ен и я (сп р ав а)
Р и с. 10. Д в ен адц ать п ар сбл и зи в ш и хся хр ом осом в м атер и н ск и х к л етк ах п ы л ь ц ы Fritillaria chitralensis. Т очки п ересечен и я п артн ерам и (x 1600)
п етель
п оказы ваю т
м еста
кросси н говера
м еж ду
В резу льтате такого п роц есса, н азы ваем ого кроссинговером (п ере-
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
36
36
кр есто м ), д ва сво й ства, р асп о ло ж ен н ы е в соо тветствую щ и х ч астях это й хро м о сом ы , б уд ут р азд елен ы , и вн у к о каж ется п ох о ж и м о д н и м и з сво и х сво й ств н а д ед уш ку, а д р уги м н а б аб уш ку 16. Я влен и е кр осси н го вер а, б уд уч и н е сли ш ком р ед ки м , н о и н е сли ш ком ч асты м , о б есп еч и вает н ас ц ен н ей ш ей и н ф о р м ац и ей о р асп о ло ж ен и и сво й ств в х ром о со м ах. Ч то б ы р ассм о тр еть воп р о с п о лн о стью , м ы д о лж н ы и сп о льзо вать н еко то р ы е п о н яти я, о ко то ры х б уд ет р ассказан о то лько в след ую щ ей главе (н ап ри м ер , гетер о зи готн ость, д ом и н ан тн о сть и т.д .), н о так как это увело б ы н ас за п р ед елы это й м ален ько й кн и ги , р азр еш и те м н е п ро сто указать н а сам о е важ н о е. Е сли б ы н е б ы ло кр о сси н го вер а, то д ва п р и зн ака, за ко торы е о тветствен н а о д н а и та ж е х ром о со м а, п р и хо д и ли б ы к п о то м ку всегд а вм есте, и н и о д н а о соб ь н е м о гла б ы п олуч и ть о д и н и з н и х , н е п олуч и в д р уго го. Д ва ж е сво й ства, о п р ед еляем ы е д вум я р азли ч н ы м и х ром о со м ам и , ли б о и м ели б ы вер оятн ость 5 0 :50 о казаться о тд елен н ы м и д р уг о т д р уга, ли б о всегд а р асх од и ли сь б ы в п о то м стве к р азн ы м о соб ям , а и м ен н о то гд а, ко гд а эти сво й ства р асп о лож ен ы у п р ед ка в го м о ло ги ч н ы х х ром о со м ах, котор ы е во вр ем я м ей о за всегд а р асх од ятся. Э ти п р ави ла и о тн ош ен и я н ар уш аю тся кр о сси н говером , вер оятн о сть ко то ро го м ож ет б ы ть устан о влен а тщ ательн ы м р еги стр и ро ван и ем р азли ч н ы х ко м б и н ац и й п р и зн ако в у п о то м ства в эксп ер и м ен тах п о скр ещ и ван и ю , п о ставлен н ы х н ад леж ащ и м о б р азо м . А н али зи р уя р езультаты таки х скр ещ и ван и й , п р и н и м аю т уб ед и тельн ую р аб оч ую ги п о тезу, ч то «сц еп лен и е» д вух сво й ств, р асп о лож ен н ы х в од н о й х ром о со м е, тем р еж е н аруш ается кр о сси н го веро м , ч ем б ли ж е эти сво й ства леж ат о д н о к д руго м у, и б о то гд а м ен ее веро ятн о , ч то ли н и я р азр ы ва п р о й д ет м еж д у н и м и , а сво й ства, р асп о лож ен н ы е б ли ж е к п р о ти во п о лож н ы м ко н ц ам х ром о сом ы , б уд ут р азд еляться п р и каж д о м кр о сси н говере. (Т о ж е сам о е п р и м ен и м о и к об ъ ед и н ен и ю в од н ой х ром о со м е д вух сво й ств (п р и зн аков), р асп о лож ен н ы х р ан ее в го м о ло ги ч н ы х хр ом о сом ах о д н о го и то го ж е п р ед ка.) Т аки м о б р азом , н а о сн о ве «стати сти ки сц еп лен и я» м о ж н о со стави ть сво его ро д а «кар ты п р и зн ако в» вн утр и каж д о й хр ом о сом ы . 16
А вто р вы р аж ается н ето ч н о , го во р я о р асп о л о ж ен и и в хр о м о со м е « сво й ств» и л и « п р и зн ако в» . К ак о н сам д ал ее указы вает, в хр о м о со м е р асп о л о ж ен ы н е сам и сво й ства , а л и ш ь о п р ед ел ен н ы е м атер и ал ьн ы е стр уктур ы (ген ы ), р азл и ч и я в ко то р ы х п р и во д ят к ви д о и зм ен ен и ям о п р ед ел ен н ы х сво й ств всего о р ган и зм а в ц ел о м . Э то н ад о п о сто ян н о и м еть в ви д у, и б о Ш р ед и н гер все вр ем я п о л ьзуется сл о во м « сво й ства» . — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
37
37
Т щ ательн ы е и сслед о ван и я (главн ы м о б р азо м хро м о сом у Drosophila, х отя и н е то лько у н ее) п о казали , ч то и зуч ен н ы е п р и зн аки д ей стви тельн о р асп ад аю тся н а тако е ко ли ч ество отд ель н ы х груп п , м еж д у ко торы м и н ет сц еп лен и я, ско лько и м еется хро м о со м (ч еты р е у Drosophila). В п р ед елах каж д о й груп п ы м о ж н о со стави ть кар ту п р и зн ако в, ко ли ч ествен н о вы р аж аю щ ую степ ен ь сц еп лен и я м еж д у каж д о й п ар о й п р и зн ако в это й гр уп п ы ; п о этом у н е м о ж ет б ы ть б о льш и х со м н ен и й , ч то о н и д ей стви тельн о р асп о ло ж ен ы в хро м о со м е и п ри то м ли н ей н о , как это м ож н о о ж и д ать, р ассм атри вая х ром осо м у п ало ч коо б р азн о й ф орм ы . К о н еч н о , сх ем а н аслед ствен н о го м ех ан и зм а, как о н а о п и сан а зд есь, ещ е б есц ветн а и слегка н аи вн а. И б о м ы н е сказали , ч то след ует п о д р азум евать п о д п р и зн ако м . Р ассекать н а д и скр етн ы е «п р и зн аки » о р ган и зм , ко то р ы й является в сущ н о сти ед и н ы м «ц елы м », п р ед ставляется н еп р ави льн ы м и н евозм ож н ы м . В д ей стви тельн о сти м ы то лько утверж д аем в каж д о м о тд ельн о м случ ае, что п ар а п р ед ко в р азли ч ается в о п р ед елен н ом , х оро ш о вы р аж ен н о м о тн о ш ен и и (скаж ем , о д и н и м ел го луб ы е глаза, а д р уго й — кар и е) и ч то п о то м о к схо д ен в этом о тн ош ен и и и ли с о д н и м , и ли с д р уги м п р ед ко м . В х ром о сом е ж е м ы ло кали зуем м есто это го разли ч и я. (М ы н азы ваем это м есто «ло кусо м » и ли , если м ы д ум аем о ги п о тети ч еско й м атер и альн о й стр уктур е, котор ая о б р азует его о сн о ву — геном .) Н а м о й взгляд , о сн о вн ы м п ред ставлен и ем служ и т скор ее р азли ч и е п р и зн аков, ч ем п р и зн ак сам п о себ е, н есм о тр я н а каж ущ ееся сло весн о е и ло ги ч ес ко е п р о ти вор еч и е это го утверж д ен и я. Р азли ч и е п р и зн ако в д ей стви тельн о д и скр етн о. Э то вы яви тся в след ую щ ей главе, ко гд а м ы б уд ем го вор и ть о м утац и ях и ко гд а п р ед ставлен н ая вы ш е сух ая схем а, я н ад ею сь, п р и о б р етет и ж и зн ь, и кр аски .
20. М ак си м ал ьн ы й р азм ер ген а М ы то лько ч то ввели тер м и н ген д ля ги п о тети ч еско го м атер и альн о го н о си теля о п р ед елен н о й н аслед ствен н о й о со б ен н ости . П од ч еркн ем теп ер ь д ва м ом ен та, котор ы е б уд ут и м еть б о льш о е зн ачен и е д ля н аш его и сслед о ван и я. П ер вы й м о м ен т — разм ер, и ли , луч ш е сказать, м акси м альн ы й р азм ер это го н о си теля; д р уги м и сло вам и , д о ско ль м ало го р азм ер а м ы м о ж ем п р о след и ть ло кали зац и ю н аслед ствен н ы х п о тен ц и й . В то ро й м о м ен т — усто й ч и во сть ген а. Э то п р ед п о ло ж ен и е вы текает и з п о сто ян ства «н аслед ствен н о го п лан а». Р азм ер ген а о п р ед елен д вум я соверш ен н о н езави си м ы м и сп о соб ам и . О д и н осн о ван н а ген ети ч ески х д ан н ы х (эксп ер и м ен ты п о скр ещ и ва-
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
38
38
н и ю ), д р уго й — на ц и то ло ги ч ески х д ан н ы х (п рям о е м и кро ско п и ч еско е н аб лю д ен и е). П ервы й сп о со б п р и н ц и п и альн о д о стато ч н о п р о ст. У стан о ви в р асп о ло ж ен и е р азли ч н ы х п р и зн ако в (б о льш о го м асш таб а) вн утр и о п р ед елен н о й хро м о со м ы (скаж ем , у м уш ки Drosophila), м ы , ч то б ы о п р ед ели ть р азм ер ген а, д о лж н ы только р азд ели ть д ли н у это й хром о со м ы н а ко ли ч ество п ри зн ако в. К о н еч н о , м ы р ассм атри ваем в качестве о тд ельн ы х п р и зн ако в то лько таки е, ко то р ы е и зред ка р азд еляю тся кро сси н го веро м и н е м о гут б ы ть о б усло влен ы о д н о й и то й ж е (м и кро скоп и ч еско й и ли м о лекуляр н ой ) стр уктуро й . С о вер ш ен н о ясн о , что п р и н аш ем р асч ете м ы о п р ед ели м то лько м акси м альн ы й р азм ер н о си теля, п о то м у ч то ко ли ч ество п р и зн ако в, и зо ли ро ван н ы х п р и ген ети ч еско м ан али зе, б уд ет н еп р ер ы вн о во зр астать п о м ер е то го , как р аб о та б уд ет п р о д о лж аться. Д р угая о ц ен ка р азм ера ген а, хо тя и о сн о ван н ая на м и кро ско п и ч еско м н аб лю д ен и и , в д ей стви тельн о сти является гор азд о м ен ее п р ям о й . О п р ед елен н ы е клетки Drosophila (и м ен н о клетки слю н н ы х ж елез) и н о год а оказы ваю тся п о каки м -то п ри ч и н ам ги ган тски увели ч ен н ы м и ; это касается и и х хро м о сом . В н и х м о ж н о р азли ч и ть п о п ер еч н ы е тем н ы е п о ло ски , п ер есекаю щ и е н и ть (р и с. 1 1 ). Д ар ли н гто н п о д м ети л, ч то ч и сло эти х п о ло со к (200 0 в р ассм атр и ваем ом случ ае), х отя и зам етн о б о льш е, н о то го ж е сам о го п ор яд ка, ч то и ч и сло ген о в, ло кали зо ван н ы х в то й ж е х ром о сом е и о п р ед елен н ы х н а о сн о ван и и эксп ер и м ен тов п о скр ещ и ван и ю . О н склон ен р ассм атри вать эти п о ло ски как д ей стви тельн ы е ген ы (и ли гр ан и ц ы м еж д у ген ам и ). Р азд ели в д ли н у х ром о со м ы в н о рм альн о го р азм ер а клетке н а ч и сло п оло со к (2000), о н о п р ед ели л о б ъ ем ген а р авн ы м куб у со стор о н о й в 3 00 Ä . У ч и ты вая гр уб о сть р асч ето в, м о ж н о сч и тать, что тако й ж е р азм ер и м ел ге н , о п р ед елен н ы й п ер вы м м ето д о м .
21. М ал ы е ч и сл а П од ро б н о е о б суж д ен и е то го , како е о тн ош ен и е и м еет стати сти ч еская ф и зи ка ко всем и зло ж ен н ы м ф актам , п о след ует п о зж е. Н о р азр еш и те м н е п р и влеч ь ваш е вн и м ан и е сей ч ас к то м у о б стоятельству, ч то 30 0 Ä — это то лько о ко ло 100 и ли 1 50 атом н ы х р асстоян и й в ж и д ко сти и ли твер д ом теле, так ч то ген , н есо м н ен н о, сод ер ж и т н е б о лее м и лли о н а и ли н еско льки х м и лли о н о в атом ов. С о гласн о стати сти ч еско й ф и зи ке, а это зн ач и т, со гласн о ф и зи ке во об щ е, тако е ч и сло сли ш ко м м ало (с то ч ки зр ен и я зако н а √ п ), ч тоб ы о б усло ви ть уп о р яд о ч ен н ое и зако н о м ер н о е п о вед ен и е. О н о б ы ло б ы сли ш ком м ало, д аж е если б ы все эти атом ы б ы ли со верш ен н о о д и н ако вы м и , как в газе и ли в кап ле ж и д ко сти , а ген , н есо м н ен н о,
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
39
39
Р и с. 11. П ок оя щ ееся я др о к л етк и сл ю н н ой ж ел езы м уш к и Drosophila melanogaster. Ген ы п р о ш л и во сем ь ц и кл о в уд во ен и я ; ви д н а сер и я п о п ер еч н ы х п о л о со к, и з ко то р ы х каж д ая со д ер ж и т 2 5 6 ген о в. К р уп н ы е ген ы — б о л ее тем н ы е п ол о ски (x 1500)
н е является го м о ген н ой кап лей ж и д ко сти . О н , веро ятн о, п р ед ставляет со б о й б о льш ую б елко вую м о лекулу, гд е каж д ы й ато м , каж д ы й р ад и кал, каж д о е гетер оц и кли ч еско е ко льц о и гр ает и н д и ви д уальн ую р о ль, б олее и ли м ен ее о тли ч н ую о т р о ли лю б ы х сх од н ы х атом ов, р ад и кало в и ли гетеро ц и кли ч ески х ко лец 17. Э то во всяком случ ае то ч ка зр ен и я таки х вед ущ и х ген ети ков н аш его вр ем ен и , как Х о лд ей н и Д ар ли н гто н , и м ы 17
В н асто ящ ее вр ем я устан о вл ен о , ч то о сн о ву ген а, с ко то р о й п р о и схо д и т сч и ты ван и е и н ф о р м ац и и , со ставл яет н е б ел ко вая м о л екул а, а м о л екул а д езо кси р и б о н укл еи н о во й ки сл о ты (Д Н К ) и и н д и ви д уал ьн о сть ее о п р ед ел яется п о сл ед о вател ьн о стью ч еты р ех б ел ко вы х о сн о ван и й , р асп о л о ж ен н ы х п о п ар н о : ад ен и н — ти м и н , гуан и н — ц и то зи н . — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
40
40
д о лж н ы б уд ем о б р ати ться к уд и ви тельн ы м эксп ер и м ен там , ко то р ы е п оч ти д о казы ваю т это.
ген ети ч ески м
22. П остоя н ств о Р ассм о тр и м теп ер ь второ й весьм а важ н ы й во п ро с: какую степ ен ь п о стоян ства м ы н аб лю д аем у н аслед ствен н ы х п р и зн ако в и ч то м ы п о это м у д о лж н ы п р и п и сать тем м атер и альн ы м стр уктур ам , котор ы е и х н есут. О твет н а это т во п ро с м о ж ет б ы ть д ан б ез како го -ли б о сп ец и альн о го и сслед о ван и я. Р аз м ы го вор и м о н аслед ствен н ы х о соб ен н о стях , зн ач и т м ы п р и зн аем это п о сто ян ство п о ч ти аб со лю тн ы м . М ы н е д о лж н ы заб ы вать, ч то о т ро д и теля к р еб ен ку п еред ается н е только та и ли и н ая о соб ен н о сть: о р ли н ы й н о с, ко ро тки е п альц ы , п р ед р асп о ло ж ен и е к р евм ати зм у, гем о ф и ли я, д и х ром ази я и т.д . Т аки е о со б ен н о сти уд о б н о вы ч лен ять д ля и зуч ен и я зако н о в н аслед ствен н о сти . Н о в д ей стви тельн о сти и з п о ко лен и я в п о ко лен и е, б ез зам етн о го и зм ен ен и я в теч ен и е сто лети й — х о тя и н е в теч ен и е д есятко в ты сяч лет — п ер ед ается весь (ч еты р ехм ер н ы й ) п лан — ф енот ип , вся ви д и м ая и явн ая п р и р од а и н д и ви д уум а. П р и это м в каж д ом п о ко лен и и п ер ед ач а о сущ ествляется м атер и альн о й стр уктур о й яд ер тех д вух клето к, ко то р ы е со ед и н яю тся п р и о п ло д о твор ен и и . Э то — ч уд о ! И м еется ещ е то лько о д н о б о льш ее ч уд о , хо тя и связан н о е тесн о с п ер вы м , н о о тн о сящ ееся уж е к д р уго й сф ер е. Я и м ею в ви д у то т ф акт, ч то м ы , ч ье сущ ество ван и е ц ели ко м о сн о ван о н а уд и ви тельн о й и гр е и м ен н о это го м ех ан и зм а н аслед ствен н о сти , все ж е о б лад аем сп о соб н о стью узн ать о н ем так м н о го . М н е п р ед ставляется, ч то в о тн ош ен и и п ер во го чуд а н аш и зн ан и я м о гут д о й ти ед ва ли н е д о п о лн о го п он и м ан и я. В тор о е, во зм о ж н о , воо б щ е леж и т за п р ед елам и чело веч еско го п о зн ан и я.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
41
III. М утац и и Und was in schwankender dauernden Gedanken. 1 Goethe
Erscheinung
schwebt,
Befestiget
mit
23. «С к ач к ообр азн ы е» м утац и и — п ол е дей ств и я естеств ен н ого отбор а О сн о вн ы е ф акты , ко торы е м ы только ч то вы д ви н ули в д о казательство усто й ч и во сти , п р и п и сы ваем о й ген н о й стр уктур е, м о ж ет б ы ть, х оро ш о и звестн ы , и н е п о каж утся н ам оч ен ь уб ед и тельн ы м и . Н о н а это т р аз п о го во р ка, ч то и склю ч ен и я п о д твер ж д аю т п р ави ло , д ей стви тельн о вер н а. Е сли б ы н е б ы ло и склю ч ен и й в сх од стве м еж д у д етьм и и род и телям и , м ы б ы ли б ы ли ш ен ы н е то лько п р екр асн ы х эксп ер и м ен тов, о ткр ы вш и х н ам м ех ан и зм н асл ед ствен н о сти , н о и гр ан д и о зн о го эксп ер и м ен та п р и ро д ы , кую щ его ви д ы в п р о ц ессе естествен н о го о тб ор а н аи б олее п р и сп о со б лен н ы х . Р азр еш и те м н е взять п о след н ю ю важ н ую п р о б лем у о тп р авн ы м п ун кто м д ля то го , ч тоб ы п р ед стави ть о тн о сящ и еся сю д а ф акты , оп ять ж е с и зви н ен и ем и н ап ом и н ан и ем , ч то я н е б и о ло г. К ак м ы теп ер ь зн аем , Д ар ви н ош и б ался, ко гд а сч и тал, ч то м атер и ало м , н а о сн о ве ко торо го д ей ствует естествен н ы й о тб о р, являю тся н еб о льш и е н еп р ер ы вн ы е, случ ай н ы е и зм ен ен и я, о б язательн о встр еч аю щ и еся д аж е в н аи б о лее о д н о род н о й п о п уляц и и , и б о д о казан о , ч то эти и зм ен ен и я н е н аслед ую тся. Э то т ф акт д о стато чн о важ ен , ч тоб ы его кр атко п ро и ллю стр и ровать. Е сли вы во зьм ете ч и сто со р тн ы й ячм ен ь и и зм ер и те у каж д о го ко ло са д ли н у о стей , а затем п о луч ен н ы й р езультат п ред стави те граф и ч ески , то п о луч и те ко ло ко лоо б р азн ую кр и вую . Н а р и с. 12 н а оси о р д и н ат указан о ко ли чество ко ло сьев с о п р ед елен н о й д ли н о й о стей , а н а о си аб сц и сс — д ли н а о стей . К ак ви д н о , п р ео б лад ает и звестн ая ср ед н яя д ли н а о стей , а о ткло н ен и е в ту и ли д р угую стор о н у н аб лю д ается с о п р ед елен н о й часто то й . Т еп ер ь вы б ер и те груп п у ко ло сьев, о б о зн ач ен н ую н а р и сун ке кр асн ы м , с о стям и , зам етн о п р ево сх од ящ и м и ср ед н ю ю д ли н у, н о гр уп п у д о стато ч н о м н о го ч и слен н ую , что б ы 1
И то , ч то н о си тся в тум ан н ы х о ч ер тан и ях, закр еп л яется в п р о ч н ы х м ы сл ях. — Гете.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
42
42
п р и п о севе в п о ле о н а д ала н о вы й ур ож ай . П ро д елы вая п о д о б н ы й о п ы т, Д ар ви н о ж и д ал б ы , ч то д ля н о во го уро ж ая кр и вая сд ви н ется вп р аво . Д р уги м и сло вам и , о н о ж и д ал б ы , ч то в р езультате о тб о р а увели ч и тся чи сло ко ло сьев со ср ед н ей д ли н о й о стей . О д н ако это го н е случ и тся, если и сп о льзовать д ей стви тельн о ч и стосо ртн ы й яч м ен ь. Н овая стати сти ч еская кр и вая, п о луч ен н ая д ля о то б р ан н о го ур ож ая, б уд ет п о д об н а п ер во й , и то ж е сам о е п р о и зо й д ет, если д ля п о сева о то б р ать ко лосья с о ч ен ь кор отки м и о стям и .
Р и с. 12. С тати сти к а дл и н ы остей ч и стосор тн ого я ч м ен я . Ч ер н ая гр уп п а д о лж н а б ы ть о тоб р ан а д ля п о сева (д ан н ы е п о д о б р ан ы то лько д ля и ллю стр ац и и )
О тб о р н е д ает р езультата, п о то м у что м алы е, н еп р ер ы вн ы е р азли ч и я н е н аслед ую тся. О н и , о ч еви д н о , н е о б усло влен ы стро ен и ем н аслед ствен н о го вещ ества, о н и случ ай н ы . Н о о ко ло 4 0 лет н азад го ллан д ец д е Ф р и з о ткр ы л, ч то в п о то м стве д аж е со верш ен н о ч и сто со р тн ы х ли н и й п о является о чен ь н еб о льш о е ч и сло о со б ей — скаж ем , д ве и ли тр и н а д есятки ты сяч — с н еб о льш и м и , н о скач коо б р азн ы м и и зм ен ен и ям и . В ы р аж ен и е ска чкооб ра зны е о зн ач ает в этом случ ае н е то , ч то и зм ен ен и я о ч ен ь зн ач и тельн ы , а то лько ф акт п р ер ы ви сто сти , так как м еж д у н еи зм ен ен н ы м и о со б ям и и н ем н о ги м и и зм ен ен н ы м и н ет п р ом еж уто ч н ы х ф ор м . Д е Ф р и з н азвал это м ут аци ей. З д есь сущ ествен н а и м ен н о п р ер ы ви сто сть. Ф и зи ку о н а н ап о м и н ает кван то вую тео р и ю — там то ж е н е н аб лю д ается п ро м еж уточ н ы х ступ ен ей м еж д у д вум я со сед н и м и эн ер гети ч ески м и ур о вн ям и ато м а. Ф и зи к б ы л б ы скло н ен м утац и о н н ую теор и ю д е Ф р и за ф и гур альн о н азвать кван то во й теор и ей б и о ло ги и . П о зж е м ы уви д и м , ч то это зн ач и тельн о б о льш е, ч ем ф и гур альн о е вы р а-
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
43
43
ж ен и е. С во и м п ро и схо ж д ен и ем м утац и и д ей стви тельн о о б язан ы «кван то вы м скач кам » в ген н о й м о лекуле. Н о кван тово й теор и и б ы ло то лько д ва го д а о т ро д у, ко гд а д е Ф р и з вп ер вы е о п уб ли ко вал свое о ткр ы ти е (в 1 902 г). Н еуд и ви тельн о , ч то п о тр еб о валась ж и зн ь ц ело го п о ко лен и я, ч то б ы устан о ви ть тесн ую связь м еж д у н и м и !
24. О н и дей ств и тел ьн о р азм н ож аю тся , то есть он и п ол н ость ю н асл едую тся М утац и и н аслед ую тся так ж е х ор ош о, как п ер во н ач альн ы е н еи зм ен ен н ы е п р и зн аки . Н ап р и м ер , в п ер вом ур о ж ае яч м ен я, р ассм о тр ен н ом вы ш е, м о гло о казаться н еско лько ко ло сьев с р азм ер ом о стей , д алеко вы хо д ящ и м за п р ед елы и зм ен ч и во сти , скаж ем , совсем б ез о стей (см . р и с. 1 2 ). О н и м о гли п р ед ставлять д еф р и зовскую м утац и ю и стали б ы п о это м у р азм н о ж аться, то есть все и х п о то м ки б ы ли б ы такж е б ез о стей . С лед о вательн о , с о д н о й стор о н ы , м утац и я о п р ед елен н о является и зм ен ен и ем в н аслед ствен н о м б агаж е и о б уславли вается каки м -то и зм ен ен и ем н аслед ствен н о й суб стан ц и и . В сам о м д еле, б о л ьш и н ство важ н ы х эксп ер и м ен то в, откр ы вш и х н ам м ех ан и зм н аслед ствен н о сти , со сто яло в тщ ательн о м ан али зе п о то м ства, п олуч ен н о го п утем скр ещ и ван и я м ути ро вавш и х (а во м н о ги х случ аях д аж е м н о ж ествен н о м ути ро вавш и х ) и н д и ви д уум ов с н ем ути р овавш и м и . С д р уго й стор о н ы , б лаго д аря сво й ству д ей стви тельн о п еред аваться п ото м кам , м утац и и служ ат такж е п о д х од ящ и м м атер и алом и д ля естествен н о го о тб о р а, ко то р ы й м о ж ет р аб отать н ад н и м и и п р о и зво д и ть ви д ы , как это о п и сан о Д ар ви н о м , эли м и н и р уя н еп р и сп о соб лен н ы х и сох р ан яя н аи б о лее п р и сп о соб лен н ы х . Н ео б ход и м о то лько в д арви н о вско й теор и и его «н еб о льш и е случ ай н ы е и зм ен ен и я» зам ен и ть м утац и ям и (со всем как в кван то во й тео р и и «кван товы й п ер ехо д » зам ен яет со б о й «н еп р ер ы вн о е и зм ен ен и е эн ер ги и » ). В о всех д р уги х о тн ош ен и ях в теор и и Д арви н а о казали сь н еоб хо д и м ы м и ли ш ь о ч ен ь н еб о льш и е и зм ен ен и я, во всяко м случ ае, если я п р ави льн о п о н и м аю то ч ку зр ен и я, ко то ро й п р и д ер ж и вается б о льш и н ство б и о ло го в 2. 2
Ш и р о ко о б суж д ал ся во п р о с о то м , н е п о м о гает л и естествен н о м у о тб о р у (есл и н е зам ен яет его ) тен д е н ц и я п р о явл ен и я п о л езн ы х и л и вы го д н ы х м утац и й . М о я л и ч н ая то ч ка зр ен и я п о это м у во п р о су н е и м еет зн ач ен и я. Н о н ео б хо д и м о о го во р и ть, ч то во зм о ж н о сть « н ап р авл ен н ы х м утац и й » н е п р и н и м ается во вн и м ан и е в д ал ьн ей ш ем и зл о ж ен и и . Б о л ее то го , я н е м о гу о б суж д ать взаи м о д ей стви е ген о в — « м о д и ф и като р о в» и « п о л и м ер н ы х» ген о в, каки м б ы важ н ы м н и б ы л о это об сто ятел ьство д л я д ей стви тел ьн о го м ехан и зм а о тб о р а и эво л ю ц и и .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
44
44
25. Л ок ал и зац и я . Р ец есси в н ость и дом и н ан тн ость Т еп ер ь м ы д о лж н ы р ассм о тр еть н еко то р ы е важ н ей ш и е ф акты и п р ед ставлен и я, касаю щ и еся м утац и й , о п ять-таки в н еско лько д о гм ати ч еской ф о р м е, н е п о казы вая, как эти ф акты и п р ед ставлен и я во зн и кли од и н за д р уги м и з эксп ер и м ен тальн ы х д ан н ы х.
Р и с. 13. Г етер ози готн ы й м утан т. К р естом отм еч ен м ути р ов ав ш и й ген .
М ы д о лж н ы б ы ли б ы о ж и д ать, ч то о п р ед елен н ая м утац и я вы зы вается и зм ен ен и ем в о п р ед елен н о й о б ласти од н о й и з хр ом о со м . Э то так и есть. В аж н о ко н стати ро вать, ч то это и зм ен ен и е п р о и схо д и т то лько в од н о й хр ом осо м е и н е во зн и кает о д н о вр ем ен н о в со ответствую щ ем ло кусе го м о ло ги ч н о й х ром о со м ы . С х ем ати ч ески это п о казан о н а ри с. 1 3, гд е кресто м о тм еч ен м ути р овавш и й ло кус. Ф акт, ч то затр о н ута то лько о д н а хр ом о со м а, о б н ар уж и вается, ко гд а м ути ро вавш ая о со б ь (ч асто н азы ваем ая м ут а нт ом ) скр ещ и вается с н ем ути р овавш ей . П р и этом ро вн о п о ло ви н а п о то м ства о б н ар уж и вает м утан тн ы й п р и зн ак, а п о лови н а — н о рм альн ы й . Э то и есть и м ен н о то, ч его след ует о ж и д ать в р езультате р асхо ж д ен и я у м утан та д вух х ром о со м в м ей о зе и ч то п о казан о весьм а сх ем ати чн о н а р и с. 1 4. Н а этом р и сун ке п р и вед ен а ро д о сло в н ая, гд е каж д ы й и н д и ви д уум (тр ех п о след овательн ы х п о ко лен и й ) п р ед ставлен п р о сто п ар о й хр ом о сом . П о ж алуй ста, уч ти те, ч то если б ы о б е х ром о сом ы м утан та б ы ли и зм ен ен ы , то все д ети и м ели б ы о д н у и ту ж е (см еш ан н ую ) н аслед ствен н о сть, о тли ч н ую от н аслед ствен н о сти каж д о го ро д и теля. Н о эксп ер и м ен ти р о вать в это й об ласти н е так п росто , как м о гло п о казаться и з вы ш есказан н о го . Д ело усло ж н яется втор ы м важ н ы м о б сто ятельство м , а и м ен н о тем , ч то м утац и и весьм а ч асто б ы ваю т скр ы ты м и . Ч то это зн ач и т?
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
45
45
Р и с. 14. Н асл едов ан и е м утац и и . О д и н ар н ы е ли н и и указы ваю т п ер ед ач у н о рм альн о й х ром о со м ы , а д во й н ы е — п ер ед ач у м ути р овавш ей хром о со м ы . Х ром о со м ы тр етьего п о ко лен и я, п р о и сх о ж д ен и е ко тор ы х не указан о , п ри х о д ят н евклю ч ен н ы м и в сх ем у суп р уго в о со б ей вто ро го п о ко лен и я. П р ед п о лагается, ч то эти суп р уги н е р од ствен н ы и сво б о д н ы о т м утац и й
У м утан тн о й о соб и д ве «коп и и ш и ф р овальн о го ко д а» н е о д и н аковы ; о н и п р ед ставляю т д ва р азли ч н ы х «то лко ван и я» и ли д ве «вер си и », во всяком случ ае в том м есте, гд е п ро и зош ла м утац и я. М о ж ет б ы ть, п о лезн о указать ср азу, ч то хо тя это и со б лазн и тельн о , н о б ы ло б ы со вер ш ен н о н евер н о р ассм атр и вать п ер во н ач альн ую вер си ю как «о р то д о ксальн ую », а м утан тн ую верси ю как «ер ети ч ескую ». М ы д о лж н ы р ассм атр и вать и х в п р и н ц и п е как р авн о п р авн ы е, и б о и н о рм альн ы е п р и зн аки в свое вр ем я во зн и кли п утем м утац и й . Д ей стви тельн о , п р и зн аки м утан тн о го и н д и ви д уум а, как о б щ ее п р ави ло , соо тветствую т и ли то й , и ли д р уго й вер си и , п р и ч ем эта вер си я м о ж ет б ы ть как н о рм альн ой , так и м утан тн о й . В ер си я, ко тор о й след ует о соб ь, н азы вается д ом инант но й, а п ро ти во п о ло ж н ая — р ец есси вной ; д р уги м и словам и , м утац и я н азы вается д ом и н ан тн о й и ли р ец есси вн ой в зави си м о сти от то го , п р оявляет ли о н а свой эф ф ект ср азу и ли н ет. Р ец есси вн ы е м утац и и д аж е б о лее ч асты , ч ем д ом и н ан тн ы е, и б ы ваю т весьм а важ н ы м и , хо тя о н и и н е ср азу об н ар уж и ваю тся. Ч то б ы и зм ен и ть свой ства ор ган и зм а, о н и д о лж н ы п р и сутство вать в о б еи х х ром о со м ах (р и с. 15 ). Т аки е и н д и ви д уум ы м о гут б ы ть п о луч ен ы , когд а д ва о д и н ако вы х р ец есси вн ы х м утан та скр ещ и ваю тся м еж д у со б о й и ли ко гд а м утан т скр ещ и вается сам с соб о й . П о след н ее во зм о ж н о у гер м аф р о д и тн ы х р астен и й и п р о и схо д и т сам о п ро и зво льн о. П р о сто е р ассуж д ен и е п о казы вает, ч то в эти х случ аях о ко ло ч етвер ти п о том ства б уд ет и м еть вн еш н о сть м утан та.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
46
46
26. В в еден и е н ек отор ы х сп ец и ал ь н ы х тер м и н ов Д ля б о льш ей ясн о сти зд есь след ует о б ъ ясн и ть н еко тор ы е сп ец и альн ы е тер м и н ы . Т о , ч то я н азы ваю вер си ей ш иф ро вально го ко д а , б уд ь о н а н о рм альн о й и ли м утан тн о й , п р и н ято о б о зн ач ать тер м и н о м аллель. К о гд а вер си и р азли ч н ы , как это п о казан о н а р и с. 1 3, о со б ь н азы вается гет еро зи гот ной п о о тн ош ен и ю к этом у ло кусу. К о гд а о н и о д и н аковы , как, н ап р и м ер , у н ем ути р овавш и х о со б ей и ли в слу ч ае, и зо б р аж ен н ом н а р и с. 15 , о н и н азы ваю тся го м о зи гот ны м и . Т аки м о б р азом , р ец есси вн ы е аллели вли яю т н а п р и зн аки то лько в го м о зи го тн ом со сто ян и и , то гд а как д ом и н ан тн ы е аллели п р о и зво д ят о д и н и то т ж е п р и зн ак как в гом ози го тн ом , так и в гетеро зи готн о м со сто ян и и .
Р и с. 15. Г ом ози готы й м утан т, п ол уч ен н ы й в одн ой ч етв ер ти п отом ств а п р и сам ооп л одотв ор ен и и гетер ози готн ы х м утан тов (см . р и с. 13) и л и п р и ск р ещ и в ан и и и х м еж ду собой
Ц вет о ч ен ь ч асто д о м и н и р ует н ад его о тсутстви ем (и ли б елой о кр аско й ). Н ап р и м ер , гор ох б уд ет ц вести б елы м и ц ветам и то лько то гд а, ко гд а о н и м еет р ец есси вны й а ллель, от вет ст венны й за б елы й цвет в о б еи х со о тветствую щ и х хро м о со м ах , то есть ко гд а о н го м о зи го т ен п о белом у, в этом случ ае о н б уд ет д авать ч и сто е п отом ство — все его п о том ки б уд ут б елы м и . Н о уж е о д и н кра сны й а ллель (в то вр ем я как д р уго й б елы й — гет еро зи гот на я о со бь) сд елает ц вето к кр асн ы м и со вер ш ен н о таки м ж е сд елаю т его и д ва кр асн ы х аллеля (го м о зи гот ная особь). Р азли ч и е п о след н и х д вух случ аев стан ет вы являться то лько в п о том стве, когд а гетер о зи го тн ы е кр асн ы е б уд ут п р о и зво д и ть н еко тор о е ко ли ч ество б елы х п о то м ко в, а го м о зи го тн ы е кр асн ы е б уд ут д авать ч и сто е п о то м ство. Т о , ч то д ве о со б и м о гут б ы ть соверш ен н о п о д об н ы м и п о вн еш н о сти и , о д н ако, р азли ч аться н аслед ствен н о , сто ль важ н о , ч то ж елательн о д ать этом у то ч н ую ф ор м ули ро вку. Г ен ети к го во р и т, ч то у о со б ей о д и н
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
47
47
и то т ж е ф енот ип , н о р азли ч н ы й гено т ип. С о д ер ж ан и е п р ед ы д ущ и х п ар агр аф о в м о ж ет б ы ть, таки м об р азом , сум м и ро ван о в кр атком , н о о ч ен ь сп ец и альн о м вы р аж ен и и : р ец ессивны й а ллель вли яет на ф енот ип , т олько ко гд а генот ип гом ози гот ен. М ы б уд ем п р и б егать врем я о т вр ем ен и к эти м сп ец и альн ы м вы р аж ен и ям , н ап о м и н ая ч и тателю и х зн ач ен и е, к о гд а это н ео б х о д и м о .
27. В р едн ое дей ств и е р одств ен н ого ск р ещ и в ан и я Р ец есси вн ы е м утац и и , п о ка о н и гетер о зи го тн ы , н е служ ат, ко н еч н о , м атер и ало м д ля естествен н о го о тб о р а. Е сли м утац и и вр ед н ы , как это ч асто б ы вает, о н и н е отб р асы ваю тся, п о то м у что скр ы ты . О тсю д а след ует, ч то о ч ен ь б о льш о е коли ч ество н еб лаго п р и ятн ы х м утац и й м о ж ет н акап ли ваться и н е п р и ч и н ять н еп о ср ед ствен н о го вред а. Н о о н и , ко н еч н о , п ер ед аю тся п о ло ви н е п о то м ства, и это н аб лю д ается как у ч ело века, так и у ж и во тн ы х , о соб ен н о д ом аш н и х , хо ро ш и е ф и зи ч ески е кач ества ко то ры х и м ею т д ля н ас б о льш о е зн ач ен и е. Н а р и с. 14 п р ед п о лагается, ч то м уж ской и н д и ви д уу м (скаж ем , д ля ко н кр етн о сти , я сам ) н есет такую р ец есси вн ую вр ед н ую м утац и ю в гетер о зи готн ом со сто ян и и , ко то р ая н е п р о является. П ред п о ло ж и м , что м оя ж ен а н е и м еет ее. Т о гд а п о ло ви н а н аш и х д етей (см . второ й ряд ) б уд ет такж е н ести ее, и п р и то м о п ять в гетеро зи го тн ом состоян и и , если все о н и вступ ят в б р ак с н ем утан тн ы м и п артн ерам и (н а р и сун ке о п ущ ен ы , ч тоб ы и зб еж ать п утан и ц ы ), ч етвер тая ч асть н аш и х вн уков в ср ед н ем б уд ет н ести эту м утац и ю . Н и како й о п асн о сти вр ед н ы х п ро явлен и й н е во зн и кн ет д о тех п ор , п о ка таки е и н д и ви д уум ы н е п ер еж ен ятся. Т о гд а, как п о казы вает п р о сто й р асчет, ч етвер тая ч асть и х д етей о каж ется го м ози го тн ой и п р о яви т вр ед н ую м утац и ю . З а и склю ч ен и ем сам оо п ло д о творен и я (возм о ж н о го то лько у гер м аф р од и тн ы х р астен и й ), н аи б ольш ую о п асн о сть п ред ставлял б ы б р ак м еж д у м о и м сы н о м и м о ей д о ч ерью . К аж д ы й и з н и х и м еет о д и н ако вы е ш ан сы б ы ть в скр ы то м ви д е и ли затро н уты м , и ли н е затрон уты м м утац и ей , и п о то м у о д н а ч етвер тая ч асть кро во см еси тельн ы х со ю зо в б ы ла б ы о п асн о й , п оско льку ч етвер тая ч асть д етей от таки х б р аков п р о являла б ы вр ед н ы й п ри зн ак. О п асн о сть д ля каж д о го о тд ельн о го р еб ен ка, ро ж д ен н о го п р и кр о во см еш ен и и , р авн а, таки м о б р азом , 1 :1 6. П од о б н ы е р ассуж д ен и я п о казы ваю т, ч то о п асн о сть д ля п о то м ства в случ ае б р ака м о и х вн уко в, котор ы е в то ж е вр ем я являю тся д вою ро д н ы м и б р атом и сестро й , р авн а 1 :6 4. Э то уж е н е каж ется таки м стр аш -
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
48
48
н ы м , и д ей стви тельн о , п о след н и й случ ай б р ака о б ы кн о вен н о сч и тается тер п и м ы м . Н о н е н ад о заб ы вать, ч то м ы ан али зи р о вали п о след стви я то лько о д н о го скр ы то го п о вр еж д ен и я у од н о го п ар тн ера и з п ар ы п р ед ко в (я и м о я ж ен а). В д ей стви тельн о сти ж е о б а о н и , весьм а во зм о ж н о , н есут в себ е б олее ч ем о д и н скр ы ты й н ед о стато к. Е сли вы зн аете, ч то н о си те о п р ед елен н ы й скры ты й н ед о стато к, то д о лж н ы п р ед п о лагать с веро ятн о стью 1 :8 , ч то ваш и д во ю р од н ы е б р атья и сестр ы такж е р азд еляю т его с вам и ! Э ксп ер и м ен ты с р астен и ям и и ж и во тн ы м и , п о -ви д и м ом у, указы ваю т, что кром е ср авн и тельн о р ед ки х сер ьезн ы х д еф екто в и м еется м асса м елки х , случ ай н ы е ко м б и н ац и и ко то р ы х ухуд ш аю т в ц ело м п о том ство о т ро д ствен н ы х скр ещ и ван и й . П о ско льку м ы б о лее н е скло н н ы и зб авляться о т н еуд ач н ы х п о то м ко в тем ж есто ки м п утем , каки м п о льзовали сь сп ар тан ц ы 3, м ы д о лж н ы о б р ащ ать весьм а сер ьезн о е вн и м ан и е н а б ли зко ро д ствен н ы е б р аки у ч ело века, д ля ко торо го естествен н ы й о тб о р н аи б о лее п р и сп о со б лен н ы х о гр ан и ч ен и д аж е, б о лее то го , о б р ащ ен в сво ю п ро ти воп о ло ж н о сть. А н ти селекти вн о е д ей стви е со вр ем ен н ы х м ассо вы х уб и й ств зд о ро вы х ю н о ш ей всех н ац и о н альн о стей вряд ли о п р авд ы вается соо б р аж ен и ям и , что в б о лее п ер воб ы тн ы х усло ви ях вой н а м о гла п оло ж и тельн о вли ять н а о тб о р, д авая во зм о ж н о сть вы ж и ть н аи б о лее п р и сп о со б лен н ы м п лем ен ам .
28. О бщ и е зам еч ан и я П р ед ставляется уд и ви тельн ы м , ч то р ец есси вн ы е аллели в гетер о зи готн ом со сто ян и и п о лн о стью п о д авляю тся д о м и н ан тн ы м и и со вер ш ен н о н е п р о и звод ят ви д и м о го д ей стви я. Н ад о , во всяко м случ ае уп о м ян уть, что и м ею тся и и склю ч ен и я. К о гд а го м о зи го тн ы й б елы й льви н ы й зев скр ещ и вается с гом о зи готн ы м м али н о вы м , все н еп о ср ед ствен н ы е п о том ки о казы ваю тся п ро м еж уто чн ы м и п о о кр аске, то есть ро зо вы м и (а н е м али н о вы м и , как м о ж н о б ы ло ож и д ать). Б о лее важ н ы й случ ай д вух аллелей , вы являю щ и х сво е д ей стви е о д н овр ем ен н о, н аб лю д ается в гр уп п ах кро ви , н о м ы н е м о ж ем вд аваться зд есь в п о д ро б н о сти . Я н е б ы л б ы уд и влен , если б ы в ко н ц е кон ц о в о казало сь, ч то р ец есси вн ость м о ж ет б ы ть р азли ч н о й степ ен и и ч то ее о б н ар уж ен и е зави си т о т ч увстви тельн о сти п р и ем ов, п р и м ен яем ы х п р и и зуч ен и и ф ен о ти п а 4. 3
С л аб ы х и л и ур о д л и вы х д етей сб р а сы вал и со скал ы , ч то б ы и зб ави ться о т сл аб ы х и б о л ьн ы х п о то м ко в. — П р и м . п ер ев. 4 П о и ски ч увстви тел ьн ы х м ето д о в вы явл ен и я р ец есси вн ы х ал л ел ей в о р ган и зм е ч ел о века п р ед ставл яю т о д н у и з важ н ей ш и х п р о б л ем м ед и ц и н ско й ген ети ки . Р азр аб о тка эти х м ето д о в п о зво л и т вы яви ть скр ы ты е н о си тел и м н о ги х заб о л еван и й , н асл ед ую щ и еся п о р ец есси вн о м у ти п у, ч то зн ач и тел ьн о о б л егч и т б о р ьб у с н асл ед ствен н ы м и б о л езн ям и . Н а это м п ути уж е д о сти гн уты п ер вы е усп ехи — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
49
49
З д есь, м о ж ет б ы ть, след ует сказать н еско лько слов о б и стор и и ген ети ки . О ткр ы ти ем зако н о в п еред ачи п о след ую щ и м п о ко лен и ям п р и зн ако в, котор ы м и р азли ч али сь р од и тели , и , в ч астн о сти , о ткр ы ти ем р ец есси вн ы х и д о м и н ан тн ы х п р и зн ако в м ы о б язан ы всем и р н о и звестн ом у августи н ско м у аб б ату Г р его р у М ен д елю (1822-1 884 гг.). М ен д ель н и ч его н е зн ал о м утац и ях и хро м осо м ах . В сво ем м о н асты р ском сад у в Б рю н н е (Б р н о ) о н вы р ащ и вал сад о вы й горош ек, культи ви р уя р азли ч н ы е сор та, скр ещ и вая и х и н аб лю д ая п о то м ство в 1, 2, 3-м ... п о ко лен и ях. В ы м о ж ете сказать, ч то о н эксп ер и м ен ти ро вал с м утан там и , н ай д я и х уж е го то вы м и в п р и ро д е. Р езультаты о н о п уб ли ко вал ещ е в 1 866 г. в «N atu rfo rshen d er V erein in B rü n n ». Н и кто , казало сь, н е и н тер есовался зан яти ям и аб б ата и н и кто , ко н еч н о, н е и м ел н и м алей ш его п р ед ставлен и я о то м , ч то в Х Х сто лети и его о ткры ти е стан ет п утево д н о й звезд о й соверш ен н о н о во й н ауки , во зм ож н о , н аи б о лее и н тер есн о й в н аш и д н и . Е го р аб о та б ы ла со вер ш ен н о заб ы та, и ее сн о ва о ткр ы ли то лько в 1 900 г. о д н овр ем ен н о и н езави си м о д р уг о т д р уга К ор р ен с, д е Ф р и з и Ч ер м ак.
29. Н еобходи м о, ч тобы м утац и и бы л и р едк и м собы ти ем Д о си х п ор м ы о б р ащ али вн и м ан и е н а вр ед н ы е м утац и и , ко тор ы е, м о ж ет б ы ть, б о лее м н о го чи слен н ы ; о д н ако след ует отм ети ть, ч то м ы встр еч аем ся и с п о лезн ы м и м утац и ям и . Е сли сам о п р о и зво льн ая м утац и я п р ед ставляет со б о й н еб о льш ую ступ ен ьку в р азви ти и ви д а, то со зд ается вп еч атлен и е, ч то это и зм ен ен и е «и сп ы ты вается» вслеп ую , с р и ско м , ч то о н о м о ж ет оказаться вр ед н ы м и в этом случ ае б уд ет авто м ати чески и склю ч ен о . О тсю д а вы текает о д и н о ч ен ь важ н ы й вы вод . Ч то б ы б ы ть п о д хо д ящ и м м атер и ало м д ля р аб о ты естеств ен н о го о тб о р а, м утац и и д о лж н ы б ы ть д о статоч н о р ед ки м со б ы ти ем , каки м и о н и в д ей стви тельн о сти и о казы ваю тся. Е сли б ы м утац и и б ы л и н асто лько часты м и , ч то сущ ествовала б ы б о льш ая вер оятн о сть п о явлен и й у о д н о й о со б и , скаж ем , д ю ж и н ы р азли чн ы х м утац и й , то вр ед н ы е, как п р ави ло , п р еоб лад али б ы н ад п о лезн ы м и , и ви д ы , вм есто то го что б ы улуч ш аться п утем отб ор а, оставали сь б ы н еулуч ш ен н ы м и и ли п о ги б али . С р авн и тельн ы й ко н сер вати зм , являю щ и й ся р езультато м вы со ко й усто й ч и во сти ген о в, и м еет оч ен ь сущ ествен н о е зн ач ен и е. А н ало ги ю этом у м о ж н о
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
50
50
усм о тр еть, н ап р и м ер , в р аб о те сло ж н о го о б о р уд о ван и я н а како м н и б уд ь завод е. Д ля улуч ш ен и я его р аб о ты н ео б х о д и м о вво д и ть р азли ч н ы е н о вш ества, д аж е н еп р о вер ен н ы е р ан ьш е. Н о ч тоб ы вы ясн и ть, как вли яю т о н и н а кач ество п р од укц и и , важ н о вво д и ть и х п о о д н ом у, о ставляя б ез и зм ен ен и я о стальн ое о б ор уд о ван и е.
30. М утац и и , в ы зв ан н ы е р ен тген ов ск и м и л уч ам и М ы теп ер ь д о лж н ы р ассм о тр еть сер и ю ч р езвы ч ай н о о стро ум н ы х ген ети ч ески х и сслед о ван и й , ко то р ы е о каж утся н аи б о лее сущ ествен н ы м и д ля н аш его ан али за. Ч аст от у м ут а ци й в п отом стве — так н азы ваем ы й тем п м ути р ован и я — м о ж н о увели ч и ть во м н о го раз п о ср авн ен и ю с естествен н ы м м утац и о н н ы м тем п ом , если п о д вер гн уть р од и телей р ен тген о вском у и ли 7 -о б луч ен и ю . М утац и и , вы зван н ы е таки м п утем , н и ч ем (за и склю ч ен и ем б о льш ей ч асто ты ) н е о тли ч аю тся о т во зн и каю щ и х сам о п ро и зво льн о, и со зд ается вп еч атлен и е, ч то каж д ая естествен н ая м утац и я м о ж ет б ы ть такж е вы зван а р ен тген овски м и луч ам и . В о б ш и р н ы х культур ах Drosophila м н оги е м утац и и н ео д н о кр атн о п о вто ряю тся; о н и ло кали зую тся в хр ом осо м е, как это о п и сан о в § 16 , и д аж е п о луч и ли сп ец и ал ьн ы е н азван и я. Б ы ли о б н ар уж ен ы так н азы ваем ы е м н о ж ествен н ы е аллели , то есть д ве (и ли б о лее) р азли чн ы е «вер си и » и ли д ва «ч тен и я» (в д о б авлен и е к н о р м альн о й , н ем ути р овавш ей ) в том ж е м есте хро м осо м н о го ко д а. Э то озн ач ает, ч то и м ею тся н е то лько д ва, н о тр и и б о льш е и зм ен ен и й в д ан н ом ло кусе, п р и ч ем каж д ы е д ва и з н и х н ахо д ятся о д и н к д р угом у в о тн ош ен и и д о м и н ан тн о сти -р ец есси вн ости , ко гд а о н и о казы ваю тся о д н овр ем ен н о н а сво и х со о тветствую щ и х м естах в д в ух гом о ло ги ч н ы х хр ом о сом ах 5. Э ксп ер и м ен ты с м утац и ям и , вы зван н ы м и р ен тген о вски м и луч ам и , со зд аю т вп ечатлен и е, ч то каж д ы й о тд ельн ы й «п ер ех од », скаж ем , от н о рм альн о го и н д и ви д уум а к м утан ту и ли н ао б ор от, и м еет свой и н д и ви д уальн ы й «ко эф ф и ц и ен т», х ар актер и зую щ и й ч и сло п о то м ко в, ко то р ы е о казы ваю тся м ути р о вавш и м и в д ан н ом н ап р авлен и и , если п ер ед заро ж д ен и ем эти х п о то м ко в р о д и тели п о луч и ли ед и н и ч н ую д о зу р ен тген о вски х луч ей . 5
Э то н е со всем то ч н о . О тм еч ен о , ч то за и скл ю ч ен и ем « д и ко го » (о б ы ч н о го ) ал л ел о м о р ф а о стал ьн ы е ч ащ е вед ут себ я н е как д о м и н ан тн ы е и в со ч етан и и д аю т п р о м еж уто ч н ы е ф о р м ы . — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
51
51
31. П ер в ы й зак он . М утац и я — еди н и ч н ое собы ти е Б о лее то го , зако н ы , уп р авляю щ и е ч асто то й п ро явлен и я и н д уц и р о ван н ы х м утац и й , кр ай н е п р о сты . Я след ую зд есь класси ф и кац и и Н . В . Т и м оф еева-Р есо вско го [«Biological Reviews» (vol. 9, 1934)]. В зн ач и тельн о й степ ен и о н а о сн о вы вается н а п р екр асн о й р аб о те это го автор а. Ч аст от а м ут а ций пр ям о п ро пор цио на льна д о зе о б лучения, — гласи т п ер вы й зако н , — т а к чт о м о ж но ф а кт ически го во р ит ь (как я это и д елал ) о коэф ф ици ент е увели чени я. М ы так п р и вы кли к п р ям о й п р о п о р ц и о н альн о сти , ч то скло н н ы н ед о о ц ен и вать д алеко и д ущ и е п о след стви я это го закон а. Ч то б ы о ц ен и ть и х , д авай те всп о м н и м , ч то сто и м о сть то вар а, н ап р и м ер , н е всегд а зави си т о т его ко ли ч ества. С каж ем , вы куп и ли п о лд ю ж и н ы ап ельси н о в, лаво ч н и к б ы л о б р ад о ван , и , если вы п о том р еш и ли взять у н его д ю ж и н у, о н , во зм о ж н о , о тд аст ее вам вд во е д еш евле. В н еуро ж ай н ы е го д ы м о ж ет случ и ться со всем о б ратн о е. В н аш ем случ ае м ы заклю чаем , что п ер вая п о ло ви н а д озы и злуч ен и я, вы звав, скаж ем , о д н у м утац и ю н а 1 000 п о то м ко в, в то ж е вр ем я совсем н е п о вли яла н а о стальн ы х п о то м ко в н и в стор о н у п р ед р асп о ло ж ен и я и х к м утац и ям , н и в стор о н у и м м ун и зац и и п р о ти в м утац и й . В п р о ти вн о м случ ае вто р ая п о ло ви н а д о зы н е вы звала б ы сн о ва и м ен н о од н о й м утац и и н а 1 0 00 . М утац и я, таки м об р азо м , н е является н ако п лен н ы м р езультатом п о след овательн о го о б луч ен и я в м алы х д о зах , ко тор ы е уси ли вали б ы о д н а д ругую . М утац и я — ед и н и ч н о е явлен и е, п р о и сх од ящ ее в хро м о со м е п о д во зд ей стви ем р ен тген овски х луч ей . Ч то ж е это за явлен и е?
32. В тор ой зак он . Л ок ал и зац и я собы ти я Н а это о твеч ает вто ро й зако н . Е сли вы и зм еняет е ка чест во рент геновского и злучения (д лину во лны ) в ш ироки х пр ед ела х о т длинноволно во го д о д ово льно кор от ко во лно во го , коэф ф и ци ент ост ает ся п ост оянны м п ри усло ви и, чт о д о за об лучени я (в ед и н и ц ах рент ген ) ост а ет ся неи зм енной . И н ач е го вор я, ко эф ф и ц и ен т н е и зм ен яется, если вы и зм еряете д о зу о б луч ен и я ч и сло м и о н о в, об р азую щ и х ся в ед и н и ц е о б ъ ем а п о д хо д ящ его стан д ар тн о го вещ ества в теч ен и е вр ем ен и , ко гд а род и тели п о д вер гаю тся о б луч ен и ю . В кач естве стан д ар тн о го вещ ества вы б и р аю т во зд ух н е то лько д ля уд о б ства, н о и п о то м у, ч то ткан и о р ган и зм ов со стоят и з элем ен то в
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
52
52
то го ж е ср ед н его атом н о го веса, как и возд ух . Н и ж н и й п р ед ел ч и сла и о н и зац и й и ли со п ро во ж д аю щ и х и х п роц ессо в 6 (возб уж д ен и й ) в ткан ях п о луч аю т ум н о ж ен и ем ч и сла и о н и зац и й в во зд ух е н а о тн о ш ен и е и х п ло тн о стей . Т аки м о б р азо м , со вер ш ен н о ясн о (и это п о д твер ж д аю т б о лее д етальн ы е и сслед о ван и я), что явлен и е, вы зы ваю щ ее ед и н и чн ую м утац и ю , это и есть как р аз и о н и зац и я (и ли како й -то д р уго й п ро ц есс), п р о и сх од ящ ая вн утр и н екотор о го «кр и ти ч еско го » об ъ ем а заро д ы ш ево й клетки . К ако в ж е это т кр и ти ч ески й о б ъ ем ? О н м о ж ет б ы ть устан о влен н а о сн о ве н аб лю д аю щ ей ся ч асто ты м ути р ован и я п утем след ую щ его р ассуж д ен и я. Е сли п р и д о зе 5 000 0 и о н о в н а 1 см 3 вероятн о сть м утац и и д ля каж д о й о тд ельн о й гам еты , н ах о д ящ ей ся в о б луч аем ом п р о стр ан стве, р авн а 1 :1 000 , то кр и ти чески й о б ъ ем — «м и ш ен ь», в ко то р ую н ад о «п о п асть» и о н и зи р ую щ ей ч асти ц е, ч тоб ы возн и кла эта м утац и я, б у д ет то лько 1 /1000 о т 1 /500 00 см 3, то есть, и н ач е го вор я, од н а п яти д есяти м и лли о н н ая д о ля куб и ч еско го сан ти м етр а. Д ан н ы е зд есь н е то ч н ы , и я и х п р и вел то лько д ля и ллю стр ац и и . В д ей стви тельн о сти п р и р асч ете м ы след уем М .Д ельб рю ку (совм естн ая р аб о та его с Н .В .Т и м о ф еева-Р есо вски м и К . Г . Ц и м м ер ом )7. Э та ж е р аб о та п о служ и т о сн о вн ы м и сто ч н и ком п р и и зло ж ен и и тео р и и в след ую щ и х д вух главах . П о Д ельб рю ку это т о б ъ ем р авен п о ч ти 10 ср ед н и м атом н ы м р ассто ян и ям , взяты м в куб е, и со д ер ж и т, таки м об р азо м , то лько о ко ло 1000 ато м о в. П р о стей ш ее и сто лкован и е это го р езультата сво д и тся к то м у, что и м еется д о стато ч н ая веро ятн о сть во зн и кн о вен и я д ан н о й м утац и и , если и о н и зац и я (и ли во зб уж д ен и е) п р о и сход и т н е д алее, ч ем н а р ассто ян и и о ко ло 1 0 ато м о в о т о п ред елен н о го м еста в х ром осо м е (б о лее д етальн о м ы это о б суд и м д алее). В р аб о те Н . В . Т и м о ф еева-Р есо вско го со д ер ж и тся п р акти ч ески й н ам ек, о котор ом я н е м о гу зд есь н е у п о м ян уть, хо тя о н , ко н еч н о, н е и м еет о тн ош ен и я к н асто ящ ем у и сслед ован и ю . В н аш и д н и у ч ело века м н о го во зм о ж н о стей п о д вергн уться о б луч ен и ю р ен тген о вски м и луч ам и . О п асн о сть и х д ей стви я хор ош о всем и звестн а. М ед и ц и н ски е сестр ы и вр ач и -р ен тген о ло ги , п о стоян н о и м ею щ и е д ело с р ен тген о вски м и луч ам и , о б есп еч и ваю тся сп ец и альн о й защ и то й в ви д е сви н ц о вы х ш и р м , ф ар туков и т. д . Д ело , о д н ако , в то м , ч то д аж е п р и усп еш н ом о тр аж ен и и это й н еи зб еж н о й о п асн о сти , гр озящ ей и н д и ви д уум у, сущ ествует 6
Н и ж н и й п р ед ел , п о то м у ч то эти д р уги е п р о ц ессы н е уч и ты ваю тся п р и и зм ер ен и и и о н и зац и и , н о м о гут и м еть зн ач ен и е п р и вы зы ва н и и м утац и й . 7 Nachr. а. d. B io lo g ie d . G es. d . W iss. G ö ttin g en , 1, 189 (1935).
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
53
53
ко свен н ая о п асн о сть во зн и кн о вен и я н еб о льш и х вр ед н ы х м утац и й в зач атковы х клетках , м утац и й таки х ж е, как и те, с ко то р ы м и м ы встр еч али сь, ко гд а р ечь ш ла о н еб лаго п р и ятн ы х р езультатах р од ствен н о го скр ещ и ван и я. Г о вор я б олее ясн о , х отя, во зм о ж н о, это звуч и т и н ем н о го н аи вн о, оп асн о сть б р ака м еж д у д вою р од н ы м и б р ато м и сестро й м ож ет б ы ть зн ач и тельн о увели ч ен а тем , что и х б аб уш ка в теч ен и е д о лго го вр ем ен и р аб о тала м ед сестр о й в р ен тген о вско м каб и н ете. Э то н е д о лж н о б ы ть п о во д ом д ля б есп о ко й ства о тд ельн ого ч ело века. Н о всякая возм о ж н о сть п о степ ен н о го зар аж ен и я ч ело веч еско го р од а н еж елательн ы м и скр ы ты м и м утац и ям и д олж н а и н тер есовать ч ело веч еско е о б щ ество 8. 8
О п асн о сти уси л ен и я м утац и о н н о го д авл ен и я д л я б уд ущ его ч ел о веч ества всл ед стви е п о вы ш ен и я р ад и ац и о н н о го ф о н а, о со б ен н о п о сл е со зд ан и я и и сп ы тан и я яд ер н о го о р уж и я и и сп о л ьзо ван и я все б о л ьш его ко л и ч ества хи м и ч ески х вещ еств в п о всед н евн о й ж и зн и , в н асто ящ ее вр ем я уд ел яется б о л ьш о е вн и м ан и е. Раб о там и со ветски х уч ен ы х п о казан о , ч то н ет ген ети ч ески б езвр ед н о й д о зы р ад и ац и и . — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
54
IV. Д ан н ы е к в ан тов ой м ехан и к и U n d d ein es G eistes h ö ch ster Feu erflu g H a t sch o n a m G leich n is, h a t a m Bild genug. 1 Goethe
33. П остоя н ств о, н е объ я сн и м ое к л асси ч еск ой ф и зи к ой Т аки м об р азо м , п р и п о м о щ и уд и ви тельн о то н ко го и н стр ум ен та, каки м являю тся р ен тген о вски е луч и (о н и д али во зм о ж н о сть, как п ом н и т ф и зи к, 30 лет н азад о ткр ы ть стр уктур у кр и сталлов ), б и о ло гам и ф и зи кам уд ало сь уви д еть б о лее то н ки е стр уктур ы , о тветствен н ы е за о п р ед елен н ы е и н д и ви д уальн ы е п р и зн аки , то есть уд ало сь о п р ед ели ть р азм ер ген о в б о лее то ч н о , ч ем м ето д ам и , о п и сан н ы м и в § 2 0. М ы теп ер ь сер ьезн о стои м п ер ед во п ро со м : как м о ж н о с то ч ки зр ен и я стати сти ч еской ф и зи ки п р и м и р и ть то , ч то ген н ая стр уктур а, п о ви д и м ом у, вклю ч ает в себ я то лько ср авн и тельн о м ало е ч и сло атом ов (п ор яд ка 100 0, а во зм о ж н о , го р азд о м ен ьш е) и все ж е п р о являет весьм а р егуляр н ую и зако н о м ер н ую акти вн о сть и тако е п о сто ян ство, како е гр ан и ч и т с ч уд о м . Р азр еш и те м н е п о ясн и ть п ри м еро м это д ей стви тельн о уд и ви тельн о е п о ло ж ен и е. У н еско льки х ч лен о в габ сб ур гско й д и н асти и н и ж н яя губ а и м ела о со б ую ф о рм у («габ сб ур гская губ а» ). Н аслед о ван и е это го п р и зн ака б ы ло и зуч ен о о чен ь тщ ательн о , и р езультаты о п уб ли ко ван ы И м п ер ато р ско й акад ем и ей в В ен е. П р и зн ак о казался н асто ящ и м м ен д елевски м аллелем п о о тн ош ен и ю к н орм альн о й губ е. П р и см отр евш и сь к п о р третам ч лен о в сем ьи ж и вш и х в XVI-XIX сто лети ях , м ы м о ж ем увер ен н о заяви ть, ч то м атер и альн ая ген н ая стр уктур а, о тветствен н ая за эту н ен о рм альн ую ч ер ту, п ер ед авалась и з п о ко лен и я в п о ко лен и е в теч ен и е сто лети й и в точ н ости во сп ро и зво д и лась в каж д о м и з н ем н о ги х клето ч н ы х д елен и й , ко тор ы е п р о и сх од и ли в этот п ер и од . Б о лее то го , чи сло атом ов, заклю ч аю щ и х ся в со ответствую щ ей ген н о й стр уктур е, 1
И п л ам ен н ы й п о л ет тво его д уха д о во л ьствуется и зо б р аж ен и ям и и п о д о б и ям и . — Гете.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
55
55
веро ятн о , д олж н о б ы ть то го ж е п ор яд ка, как и в случ аях , п р о вер ен н ы х с п о м ощ ью р ен тген о вски х луч ей . В се это врем я ген н ах о д и лся п ри тем п ер атуре о ко ло 36 ° С . К ак п о н ять, ч то о н о стался н еи зм ен н ы м в теч ен и е сто лети й , н есм о тр я н а тен д ен ц и ю теп ло во го д ви ж ен и я к н ар уш ен и ю п ор яд ка в стр ук тур е? Ф и зи к ко н ц а п р ош ло го сто лети я, о сн о вы ваясь н а тех зако н ах п р и ро д ы , ко то р ы е о н то гд а м о г об ъ ясн и ть и ко тор ы е о н д ей стви тельн о п о н и м ал, н е н аш ел б ы ответа н а этот во п р о с. П р авд а, м о ж ет б ы ть, п о сле ко ро тко го р азм ы ш лен и я о стати сти ч еско й п р и ро д е зако н о в, о н б ы о твети л (как м ы уви д и м , п р ави льн о ): эти м и м атер и альн ы м и стр уктур ам и м о гут б ы ть только м о лекулы . Х и м и я уж е и м ела в то врем я д о стато ч н о е п р ед ставлен и е о сущ ество ван и и эти х ассоц и ац и й ато м ов и о б и х и н о гд а о ч ен ь вы со кой стаб и льн о сти . Н о это зн ан и е б ы ло ч и сто эм п и р и ч ески м . П р и р од а м о лекул н е б ы ла п о н ята — си льн ы е взаи м о связи атом ов, со хр ан яю щ и е ф о рм у м о лекулы , б ы ли д ля всех п о лн о й загад ко й . Д ей стви тельн о , о твет о казался б ы п р ави льн ы м , н о ц ен н о сть его н еско лько о гран и ч ен а, п о скольку загад о ч н ая б и о ло ги ч еск ая усто й ч и вость свод и лась к сто ль ж е загад о ч н о й хи м и ч еско й усто й ч и во сти . Л ю б о е п р ед ставлен и е о том , ч то д ве о со б ен н о сти , сх о д н ы е п о п р оявлен и ю , о сн о ван ы н а о д н о м и том ж е п р и н ц и п е, всегд а н ен ад еж н о д о тех п ор , п о ка н еи звестен сам п р и н ц и п . 34. О бъ ясним о ква нт о вой т еори ей В д ан н о м случ ае это т о твет н а это т во п ро с д ает кван то вая теор и я. В свете со вр ем ен н ы х зн ан и й м ех ан и зм н аслед ствен н о сти тесн о связан с сам о й о сн о вой кван то во й тео р и и и , д аж е б о лее то го , оп и р ается н а н ее. Э та теор и я б ы ла сф о рм ули р о ван а М аксо м П лан ко м в 19 00 г. С о врем ен н ая ген ети ка н ач и н ается с «о ткр ы ти я» м ен д елевско й р аб о ты д е Ф р и зом , К о рр ен сом и Ч ерм ако м (19 00 г.) и с раб о ты д е Ф ри за о м утац и ях (1901-1 903 гг.). Т аки м о б р азом , вр ем я ро ж д ен и я д вух вели ки х теор и й п о ч ти со вп ад ает, и н е уд и ви тельн о , ч то об е д о лж н ы б ы ли д о сти гн уть оп р ед елен н о й степ ен и зр ело сти , п р еж д е ч ем м еж д у н и м и м о гла во зн и кн уть связь. Д ля кван то во й тео р и и п о треб о вало сь б ольш е ч етверти века, ко гд а в 19 26 -192 7 гг. В . Г ай тлер и Ф .Л он д о н сф о рм ули ро вали о сн о вн ы е п о ло ж ен и я кван то во й тео р и и х и м и ч ески х связей . Г ай тлер -ло н д о н о вская тео р и я вклю ч ает в себ я н аи б о лее то н ки е и сло ж н ы е п о н яти я п о зд н ей ш ей кван то во й тео р и и , н азы ваем о й квант овой м еха ни кой , и ли во лно во й м ехани кой . И зло ж ен и е ее б ез п р и м ен ен и я вы сш ей м атем ати ки п о ч ти н ево зм о ж н о и ли п о тр еб ова-
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
56
56
ло б ы , п о край н ей м ер е, н еб о льш о й кн и ги . Н о теп ер ь, ко гд а вся р аб о та уж е вы п о лн ен а, стан о ви тся возм о ж н ы м устан о ви ть связь м еж д у кван то вы м и п ер ехо д ам и и м утац и ям и . Э то м ы и п о стар аем ся сд елать.
35. К в ан тов ая теор и я — ди ск р етн ы е состоя н и я — к в ан тов ы е п ер еходы В ели ч ай ш ее о ткр ы ти е кван то во й теор и и — о б н ар уж ен и е д и скр етн о сти в кн и ге п р и р о д ы , в ко н тексте ко торо й , с п р еж н ей то ч ки зр ен и я, казало сь н елеп о стью все, кром е н еп р ер ы вн о сти . В п ервую о ч ер ед ь это касается эн ер ги и . Т ело б о льш о го м асш таб а и зм ен яет сво ю эн ер ги ю н еп р ер ы вн о . Н ап р и м ер, н ач авш и й кач аться м аятн и к п о степ ен н о зам ед ляет сво е д ви ж ен и е вслед стви е со п ро ти влен и я во зд ух а. Х о тя это д о во льн о стр ан н о, н о п р и хо д и тся п р и н ять, ч то си стем а ато м н о го п о ряд ка вед ет себ я и н ач е. М ы д о лж н ы п р и зн ать, ч то м алая си стем а в си лу сво ей со б ствен н ой п р и ро д ы м о ж ет н ах о д и ться в со сто ян и ях , р азли ч аю щ и х ся то лько д и скр етн ы м и ко ли ч ествам и эн ер ги и , ко тор ы е н азы ваю тся ее эн ер гети ч ески м и ур о вн ям и . П ер еход о т о д н о го со сто ян и я к д р уго м у п р ед ставляет со б о й н есколько таи н ствен н о е явлен и е, о б ы чн о н азы ваем ое ква нт о вы м п ер ехо д ом . Н о эн ер ги я — н е ед и н ствен н ая х ар актер и сти ка си стем ы . В озьм ем сн о ва н аш м аятн и к — тяж елы й ш ар, ко то р ы й п о д веш ен н а ш н ур е и ко то р ы й м о ж ет вы п о лн ять р азли ч н ы е д ви ж ен и я. Е го м о ж н о застави ть кач аться с север а н а ю г, с во сто ка н а зап ад , и ли в лю б о м д р уго м н ап р авлен и и , и ли п о кр угу, и ли п о элли п су. Н о если ти х о н ько д уть н а ш ар с п о м о щ ью м ехо в, то м о ж н о застави ть его п о степ ен н о п ер ех од и ть о т о д н о го ви д а д ви ж ен и я к д р уго м у. Д ля си стем м ало го м асш таб а б о льш и н ство эти х и ли п о д о б н ы х х ар актер и сти к (м ы н е м о ж ем вхо д и ть в д етали ) и зм ен яется п р ер ы ви сто. О н и «кван тую тся» со верш ен н о так ж е, как и эн ерги я. П о этом у, если н еко торо е ч и сло ато м н ы х яд ер , вклю чая и о рб и тальн ы е электрон ы , н ах о д ятся б ли зко д р уг к д р угу и о б р азую т «си стем у», то о н и уж е сп о со б н ы п ри н и м ать д алеко н е все те п ро и зво льн ы е ко н ф и гурац и и , каки е м ы м ож ем себ е п р ед стави ть. И х со б ствен н ая п р и ро д а о ставляет и м д ля вы б ора, х отя и весьм а м н о го ч и слен н ую , н о п р ер ы ви стую сер и ю «со стоян и й » 2. М ы о б ы ч н о н азы ваем эти со сто ян и я эн ер гети ч ески м и ур о вн ям и , так как эн ер ги я со ставляет весьм а важ н ую х ар актер и сти ку. Но 2
Я п р и н и м аю то л ко ван и е, ко то р о е о б ы ч н о д ается в п о п ул яр н ы х кн и гах и ко то р о е уд о вл етво р и тел ьн о и д л я н аш ей ц ел и , н о я сам всегд а о суж д аю тех, кто закр еп л яет уд о б н ую о ш и б ку. И сти н н ая ка р ти н а зн ач и тел ьн о сл о ж н ее, так как о н а вкл ю ч ает в себ я сл уч ай н ую и н д етер м и н ан тн о сть в о тн о ш ен и и со сто ян и я, в ко то р о м н ахо д и тся си стем а .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
57
57
н ад о п о н ять, ч то п о лн о е о п и сан и е со д ер ж и т зн ач и тельн о б о льш е х ар актер и сти к, ч ем то лько эн ер ги ю . П о сущ еству п р ави льн ее п р ед ставлять себ е со стоян и е как о п р ед елен н ую ко н ф и гур ац и ю всех ч асти ц . П ер ех од и з о д н о й ко н ф и гур ац и и в д р угую — это кван то вы й «скач о к». Е сли вто ро й кон ф и гур ац и и со ответствует б о льш ая эн ерги я (б о лее вы со ки й ур о вен ь), то д ля п ер еход а си стем ы н а это т ур овен ь о н а д о лж н а и звн е п о луч и ть эн ер ги ю , ко то рая н е м ен ее р азн о сти эн ер ги й , со ответствую щ и х эти м со сто ян и ям . Н а б о лее н и зки й ур о вен ь си стем а м о ж ет п ер ей ти сам о п ро и зво льн о, и сп усти в и зб ы то к эн ер ги и в ви д е и злуч ен и я.
36. М ол ек ул ы С и стем а атом ов м о ж ет н ах о д и ться в н еско льки х д и скр етн ы х со сто ян и ях . П р и со сто ян и и с н аи б о лее н и зки м эн ер гети ч ески м уро вн ем яд р а м о гут сб ли зи ться н асто лько, ч то о б р азуется м о лекула. С лед ует п о д ч ер кн уть, ч то м о лекула о б язательн о б уд ет и м еть о п р ед елен н ую усто й ч и во сть. К о н ф и гур ац и я ее н е м о ж ет и зм ен яться п о кр ай н ей м ер е д о тех п о р, п о ка о н а и звн е н е п о луч и т такую эн ер ги ю , ко то р ая н ео б хо д и м а д ля «п о д ъ ем а» м о лекулы н а б о лее вы со ки й эн ер гети ч ески й ур о вен ь. Т аки м о б р азо м , усто й ч и во сть м о лекулы ко ли ч ествен н о о ц ен и вается разн о стью эн ер ги и д вух ко н ф и гур ац и й м олекулы , ко то рая, как м ы уви д и м , является со вер ш ен н о оп р ед елен н о й вели ч и н о й . Э то т ф акт тесн о связан с сам ой о сн о во й кван то во й теор и и , а и м ен н о с д и скр етн о стью сх ем ы эн ергети ч ески х уро вн ей . Я д о лж ен п ро си ть ч и тателя п р и н ять н а вер у, что эта си стем а и д ей б ы ла п о лн о стью п о д тверж д ен а д ан н ы м и х и м и и , и о н а б лестящ е о п р авд ала себ я п р и о б ъ ясн ен и и вален тн о сти и м н о ги х д р уги х д еталей , касаю щ и х ся стр уктур ы м олекул, эн ер ги и и х связей , и х усто й ч и вости п р и р азли ч н ы х тем п ер атур ах и т. д . Я говор ю об и звестн о й гай тлер ло н д он о вско й тео ри и , ко тор ая, как я сказал, н е м о ж ет б ы ть и зло ж ен а зд есь д етальн о .
37. И х устой ч и в ость зав и си т от тем п ер атур ы М ы д о лж н ы о гр ан и ч и ться р ассм о трен и ем явлен и я, н аи б о лее и н тер есн о го с то ч ки зр ен и я б и о ло ги и , а и м ен н о : п р о ан али зи ровать усто й ч и во сть м о лекул п р и р азн ы х тем п ер атур ах . П ри м ем д ля н ачала, ч то н аш а си стем а ато м о в д ей стви тельн о н ахо д и тся в н аи б олее н и зко эн ер гети ч еско м со сто ян и и . Ф и зи к н азвал б ы ее м о лекуло й п р и тем п ер атур е, р авн о й аб со лю тн ом у н улю .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
58
58
Ч то б ы п о д н ять ее н а б ли ж ай ш и й б о лее вы со ки й уро вен ь, н ео б хо д и м о сн аб д и ть ее о п р ед елен н ы м ко ли ч еством эн ер ги и . П ро щ е всего это сд елать, если «н агр еть» м о лекулу. В ы п о м ещ аете ее в услови я б о лее вы со кой тем п ер атуры (теп ло вую б ан ю ), п о зво ляя таки м о б р азо м д р уги м си стем ам (ато м ам , м о лекулам ) уд ар яться о н ее. И з-за п о лн о й х аоти ч н о сти теп ло во го д ви ж ен и я н ельзя то ч н о указать тем п ер атур у, п р и ко то рой н еп р ем ен н о и н ем ед лен н о п р о и зой д ет «п ер ехо д » м о лекулы в д р уго е со сто ян и е. В ер н ее, п р и всяко й тем п ер атур е (вы ш е аб со лю тн о го н уля) и м еется о п р ед елен н ая, б о льш ая и ли м ен ьш ая, вер оятн о сть п о д ъ ем а ее н а н о вы й ур овен ь, п р и ч ем эта веро ятн о сть, ко н еч н о , увели ч и вается с п овы ш ен и ем тем п ер атур ы . Н аи луч ш и й сп о со б вы р ази ть эту вер оятн о сть — указать ср ед н ее вр ем я, ко то ро е след ует вы ж д ать, п о ка п ро и зо й д ет это т п од ъ ем , то есть указать «вр ем я о ж и д ан и я». П о д ан н ы м М . П о лан ьи и Е . В и гн ер а 3, вр ем я о ж и д ан и я зави си т п р еи м ущ ествен н о о т о тн о ш ен и я д вух эн ер ги й . О д н а и з н и х — та р азн о сть эн ер ги й , котор ая н ео б хо д и м а д ля п о д ъ ем а м о лекулы н а след ую щ и й ур о вен ь (н азо вем ее W), а д р угая х ар актери зует и н тен си вн о сть теп ло во го д ви ж ен и я п р и д ан н о й тем п ер атур е (о б о зн ач и м аб со лю тн ую тем п ер атур у б укво й T, а эту х ар актер и сти ку — кТ )4. П о н ятн о , ч то веро ятн о сть п о д ъ ем а м олекулы н а н о вы й ур овен ь тем м ен ьш е и , зн ач и т, вр ем я ож и д ан и я тем б о льш е, ч ем вы ш е сам уровен ь п о ср авн ен и ю со ср ед н ей теп ло во й эн ерги ей , и н ач е го во ря, ч ем вы ш е о тн ош ен и е W : кТ . С ам о е уд и ви тельн ое это то , что вр ем я о ж и д ан и я си льн о зави си т о т ср авн и тельн о м алы х и зм ен ен и й о тн о ш ен и я W : kТ . Н ап р и м ер (п о Д ельб рю ку ), д ля W, ко тор о е в 30 р аз б о льш е к Т , вр ем я о ж и д ан и я б уд ет всего 0,1 секун д ы , н о он о п о вы ш ается д о 1 6 м есяц ев, ко гд а W в 5 0 р аз б о льш е kТ , и д о 3 000 0 лет, ко гд а W в 6 0 р аз б о льш е kТ ! 38. М ат ем а т и ческо е от ст уп лени е П о-ви д и м ом у, и м еет см ы сл вы р ази ть н а м атем ати ческо м язы ке (д ля тех ч и тателей , ко м у это д о ступ н о ) п р и ч и н у тако й о гр ом н о й ч увстви тельн о сти к и зм ен ен и ям в уро вн ях и ли тем п ер атур е и сд елать н еско лько ф и зи ч ески х зам еч ан и й . П р и ч и н а ч увстви тельн о сти в том , ч то вр ем я о ж и д ан и я, н азо вем его t, зави си т о т о тн о ш ен и я W : kТ как эксп о н ен ц и альн ая ф ун кц и я, то есть t = ηe,W/kT. 3 4
Z eitsch rift fü r Ph ysik, C h em ie (A ), H ab er-Band, S. 439, 1928.
k — п о сто ян н ая Б о л ьц м ан а, вел и ч и н а ко то р о й и звестн а; 3 /2 kТ — ср ед н яя ки н ети ч еская эн ер ги я ато м а газа п р и тем п ер атур е Т .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
59
59
П р и этом τ — н еко тор ая м алая ко н стан та п о р яд ка 1 0 -13 и ли 10 -14 секун д ы . Т ак вот, эта эксп о н ен ц и альн ая ф ун кц и я н е случ ай н ая вели ч и н а. О н а м н о го кр атн о встр еч ается в стати сти ч еско й теор и и тер м о д и н ам и ки , о б р азуя как б ы ее сп и н н о й х р еб ет. Э то — м ер а н еверо ятн о сти то го , ч то коли ч ество эн ерги и , р авн о е W, м о ж ет случ ай н о ско п и ться в н еко торо й о п р ед елен н о й части си стем ы , и и м ен н о эта н еверо ятн о сть во зр астает так си льн о , ч то тр еб уется м н о го кр атн о е п р евы ш ен и е ср ед н ей эн ер ги и kТ .5 Д ей стви тельн о , W = 30kT (п р и м ер , п р и вед ен н ы й вы ш е) — кр ай н е р ед ки й случ ай . Т о , ч то это н е вед ет к о чен ь д о лго м у вр ем ен и о ж и д ан и я (то лько 0,1 секун д ы в н аш ем п р и м ер е), об ъ ясн яется, ко н еч н о , м ало й вели ч и н о й м н о ж и теля т. Э то т м н о ж и тель и м еет ф и зи ч ески й см ы сл. Е го вели ч и н а со ответствует п о р яд ку п ери о д а ко леб ан и й , все вр ем я п р о и схо д ящ и х в си стем е. В ы м о гли б ы , во об щ е гово ря, сказать: это т м н о ж и тель о б о зн ач ает, что веро ятн о сть н ако п лен и я тр еб уем о й вели ч и н ы W, х отя и о ч ен ь м ала, п о вто ряется сн о ва и сн ова «п р и каж д о м ко леб ан и и », т.е. о ко ло 10 13 и ли 1 0 14 р аз в теч ен и е каж д о й секун д ы .
39. П ер в ое уточ н ен и е П р ед лагая эти со об р аж ен и я как теор и ю усто й ч и во сти м о лекул, м ы м о лч али во п р и н яли , ч то кван то вы й п ер ехо д , н азы ваем ы й н ам и п о д ъ ем о м , вед ет если н е к п о лн о й д и ссоц и ац и и , то , п о кр ай н ей м ер е, к сущ ествен н о и н о й ко н ф и гур ац и и тех ж е ато м о в — к и зом ер н о й м о лекуле, как сказал б ы х и м и к, то есть к м о лекуле, состо ящ ей и з тех ж е ато м о в, н о связан н ы х в д руго м п ор яд ке (в п р и ло ж ен и и к б и о ло ги и это м о ж ет б ы ть н о вы й аллель то го ж е ло куса, а кван то вы й п ер ех о д б уд ет со ответство вать м утац и и ). Ч то б ы со гласи ться с такой и н тер п р етац и ей , в н аш ем и зло ж ен и и след ует и сп р ави ть д ва м о м ен та, ко тор ы е я н ам ер ен н о уп р о сти л, ж елая сд елать и зло ж ен и е б о лее п о н ятн ы м . Н а о сн о ван и и сказан н о го вы ш е м о ж н о б ы ло б ы п о д ум ать, ч то то лько в сам о м н и зком эн ер гети ч еско м со сто ян и и груп п а ато м о в о б р азует то , ч то м ы н азы ваем м о лекулой , и д аж е б ли ж ай ш ее б о лее вы со ко е со стоян и е уж е является ч ем -то д р уги м . Н о это н е так. В д ей стви тельн о сти за сам ы м н и зки м эн ер гети ч ески м электро н н ы м ур о вн ем след ует сер и я уро вн ей , н е связан н ы х с каки м ли б о зам етн ы м и зм ен ен и ем ко н ф и гур ац и и в ц ело м , н о со ответствую щ и х тем н езн ач и тельн ы м ко леб ан и ям ато м о в, о котор ы х м ы уп ом ян ули в § 38 . О н и (эти ко леб ан и я) такж е «кван тую тся», н о р азли ч и е в эн ер 5
Ч то б ы п р ео д о л еть п о р о г W. — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
60
60
ги и эти х уро вн ей н евели ко . С лед о вательн о , уд ар ы ч асти ц теп ло во й б ан и м о гут б ы ть д о стато чн ы м и , ч тоб ы п ер евод и ть м о лекулу н а эти ур о вн и уж е п р и д о во льн о н и зко й тем п ер атуре. Е сли м олекула п р ед ставляет со б о й р астян утую стр уктур у, вы м о ж ете п р ед стави ть эти ко леб ан и я в ви д е вы со ко ч асто тн ы х звуко вы х во лн , п ер есекаю щ и х м о лекулу, н е п р и ч и н яя ей вр ед а. Т аки м о б р азом , п ер во е уточ н ен и е н е о со б ен н о сер ьезн о . М ы д о лж н ы п р ен еб р еч ь «то н ко й ко леб ательн о й стр уктуро й » в сх ем е ур овн ей . Т ер м и н «след ую щ и й , б о лее вы со ки й ур о вен ь» н ад о п о н и м ать как след ую щ и й ур о вен ь, со ответствую щ и й и звестн о м у и зм ен ен и ю ко н ф и гур ац и и . В то ро е уточ н ен и е о б ъ ясн и ть зн ач и тельн о 40. В т оро е ут о чнени е тр уд н ее п о том у, ч то о н о касается н еко то р ы х весьм а важ н ы х , н о д о во льн о слож н ы х о со б ен н о стей сх ем ы и н тер есую щ и х н ас р азли ч н ы х ур о вн ей . С воб о д н ы й п ер ехо д о т о д н о го и з н и х к д р уго м у м о ж ет б ы ть затр уд н ен соверш ен н о н езави си м о о т тр еб ую щ ей ся д о п о лн и тельн о й эн ер ги и . В д ей стви тельн о сти затр уд н ен и е н е
Р и с. 16. Д в а и зом ер а п р оп и л ов ого ал к огол я
и склю ч ается д аж е п р и п ерех од е от б о лее вы со ко го к б о лее н и зком у ур о вн ю . Н ач н ем с эм п и р и ч ески х ф акто в. Х и м и ку и звестн о, что о д н а и та ж е гр уп п а ато м ов п р и об р азован и и м о лекул м о ж ет о б ъ ед и н яться б о лее ч ем одним сп о со б о м . Т аки е м о лекулы н азы ваю тся и зо м ер ны м и (со сто ящ и м и и з тех ж е ч астей ; ίζο ς — то т ж е, μ έρο ς — ч асть). И зо м ер и я н е и склю ч ен и е, о н а является п р ави лом . Ч ем б о льш е м о лекула, тем б о льш е о казы вается во зм ож н ы х и зом еро в. Н а р и с. 16 п о казан о д и н и з п р о стей ш и х случ аев: каж д ы й и з д вух и зо м ер ов п р о п и лово го сп и р т со сто и т и з трех ато м о в углер од а С , во сьм и ато м о в вод ор о д а Η и о д н о го ато м а ки сло ро д а О . А том ки сло ро д а м о ж ет б ы ть р асп оло ж ен (вставлен ) м еж д у лю б ы м ато м о м во д ор од а и со сед н и м ато м ом углер о д а. Н о только в д вух случ аях , п о казан н ы х н а р и сун ке, о б р азую тся р азн ы е вещ ества. И о н и д ей стви тельн о р азн ы е. В се и х ф и зи ч ески е и х и м и ч ески е сво й ства ч етко р азли ч аю тся. Т ак ж е р азли ч н ы и и х эн ер ги и — о н и п р ед ставляю т со б о й «р азли чн ы е ур овн и ».
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
61
61
Р и с. 17. П отен ц и ал ь н ы й бар ь ер 3 м еж ду и зом ер н ы м и ур ов н я м и 1 и 2. С тр елки указы ваю т м и н и м ум эн ер ги и , тр еб ую щ ей ся д ля п ер ех од а
З ам еч ателен то т ф акт, ч то о б е м о лекулы весьм а усто й ч и вы . О н и вед ут себ я так, как если б ы о н и б ы ли «н и ж н и м и ур о вн ям и ». С ам о п р о и звольн ы х п ер ехо д о в и з о д н о го со сто ян и я в д р уго е н е п р о и сх од и т. П р и ч и н а зд есь та, ч то о б е ко н ф и гур ац и и н е являю тся со сед н и м и . П ер ехо д от о д н о й к д р уго й м о ж ет п р о и сх од и ть то лько чер ез п р ом еж уто ч н ы е ко н ф и гурац и и , со о тветствую щ и е ур овн ям с б олее вы со ко й эн ерги ей , ч ем у каж д о й и з эти х д вух. Г о воря гр уб о , ки сло ро д д о лж ен б ы ть и звлеч ен и з о д н о го п о ло ж ен и я и вставлен в д р уго е (н ово е). П о-ви д и м ом у, н е сущ ествует сп о со б а сд елать это , м и н уя ко н ф и гур ац и и со зн ач и тельн о б о лее вы со ки м и эн ер гети ч ески м и ур о вн ям и . Э то п о ло ж ен и е м о ж н о н агляд н о и зо б рази ть гр аф и ч ески так, как н а р и с. 17 , гд е ц и ф р ам и 1 и 2 о б о зн ачен ы д ва со стоян и я и ли д ва и зо м ер а, ц и ф р о й 3 — «п о тен ц и альн ы й б ар ьер » м еж д у н и м и , д ве стр елки п о казы ваю т п о д ъ ем ы , то есть зн ач ен и я эн ер ги и , н ео б хо д и м о й д ля то го, что б ы п р о и зо ш ел п ер ехо д о т со сто ян и я 1 к со сто ян и ю 2 и ли о т со сто ян и я 2 к со сто ян и ю 1 . Т еп ер ь м ы м ож ем сд елать втор о е уто ч н ен и е, сво д ящ ееся к том у, что в п р и м ен ен и и к б и о ло ги и н ас б уд ут и н тер есовать п ер ехо д ы то лько тако го и зо м ер н о го ти п а. И м ен н о и х м ы и п о д разум евали , ко гд а о б ъ ясн яли состо ян и е устой ч и во сти в § 36 -38 . К ван то вы й п ер ех од , ко то р ы й м ы и м ели в ви д у, — это п ер ехо д о т од н о й отн о си тельн о усто й ч и во й м о лекулярн о й ко н ф и гур ац и и к д р уго й . Э н ер ги я, н ео б хо д и м ая д ля п ер ехо д а (о б о зн ач ен н ая н ам и W), в д ей стви тельн ости является н е р азн о стью эн ер ги й ур о вн ей , а ступ ен ько й о т и схо д н о го ур о вн я д о п отен ц и альн о го б ар ьер а (см . стр елки н а р и с. 17 ). П ер ехо д ы б ез п р ео д о лен и я п о тен ц и альн о го б ар ьер а м еж д у и сх о д н ы м и ко н еч н ы м со сто ян и ям и со верш ен н о н е п р ед ставляю т и н тер еса и н е то лько п р и м ен и тельн о к б и о ло ги и . О н и аб со лю тн о н и ч его н е м ен яю т в х и м и ч еско й усто й ч и во сти м о леку л. П очем у? О н и н е д аю т п р о д о лж и тельн о го эф ф екта и о стаю тся н езам еч ен н ы м и , и б о ко гд а тако й п ер ехо д п ро и сх од и т, то за н и м п о ч ти н ем ед лен н о след ует во звр ащ ен и е в и схо д н о е состо ян и е, п о ско льку н и ч то н е п р еп ятствует это м у.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
62
V. О бсуж ден и е и п р ов ер к а м одел и Д ел ьбр ю к а Sane sicut lux seipsam et tenebras manifestat, sic Veritas norma sui et falsi est. 1 Spinoza, Ethica, P. II, Prop. 43.
41. О бщ ая к ар ти н а стр оен и я н асл едств ен н ого в ещ еств а В се и зло ж ен н о е вы ш е д ает о ч ен ь п р о сто й о твет н а во п ро с о то м , сп о со б н ы ли стр уктур ы ген о в, со сто ящ и е и з ср авн и тельн о н ем н о ги х ато м о в, в теч ен и е п р о д о лж и тельн о го вр ем ен и п р о ти восто ять н ар уш аю щ ем у п о р яд о к во зд ей стви ю теп ло во го д ви ж ен и я. П р ед п о ло ж и м , ч то п о сво ей стр уктур е ген является ги ган тско й м о лекуло й , ко то р ая сп о со б н а то лько к д и ск р етн ы м и зм ен ен и ям , сво д ящ и м ся к п ер естан о вке атом ов с об р азован и ем и зом ерн о й 2 м о лекулы . П ер естан о вка м о ж ет ко сн уться н еб о льш о й ч асти ген а; во зм о ж н о о гро м н о е ко ли ч ество таки х р азли ч н ы х п ер естан ово к. П о тен ц и альн ы е б ар ьер ы , р азд еляю щ и е во зм о ж н ы е и зом ер н ы е ко н ф и гур ац и и , д о лж н ы б ы ть д о стато ч н о вы со ки м и (п о ср авн ен и ю со ср ед н ей теп ло во й эн ер ги ей ато м а), что б ы сд елать п ер ех од ы р ед ки м соб ы ти ем . Э ти р ед ки е со б ы ти я м ы б уд ем ото ж д ествлять со сп он тан н ы м и м утац и ям и . П о след ую щ и е ч асти это й главы б уд ут п о свящ ен ы п ро вер ке о б щ ей кар ти н ы ген а и м утац и и (р азр аб отан н ой , главн ы м об р азо м , н ем ец ки м ф и зи ко м М .Д ельб р ю ко м ) п утем д етальн о го ср авн ен и я это й кар ти н ы с ген ети ч ески м и ф актам и . О д н ако сн ачала м ы сд елаем н еко тор ы е зам еч ан и я п о п о вод у о сн о в и о б щ его х ар актер а это й теор и и . 1
Д ей стви тел ьн о , как свет о б н ар уж и вает и сам о го себ я, и о кр уж аю щ ую тьм у, так и и сти н а есть м ер и л о и сам о й себ я, и л ж и . — С п и н о за, Э ти ка, ч . II, тео р . 4 3 . 2 Д л я уд о б ства я п р о д о л ж аю н азы вать это и зо м ер н ы м п ер ехо д о м , хо тя б ы л о б ы н ел еп о стью и скл ю ч ать во зм о ж н о сть како го -л и б о о б м ен а с о кр уж аю щ ей ср ед о й .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
63
63
42. У н и к ал ьн ость этой к ар ти н ы Т ак ли уж б ы ло н еоб хо д и м о д ля р еш ен и я б и о ло ги ч еско го во п ро са д о кап ы ваться д о глуб о чай ш и х кор н ей и о б о сн о вы вать карти н у кван то во й м ех ан и ко й ? П р ед п о ло ж ен и е, ч то ген — это м о лекула, является сего д н я, см ею сказать, о б щ еп р и зн ан н ы м ф актом . Т олько н ем н о ги е б и о ло ги , как зн ако м ы е, так и н езн ако м ы е с кван то во й теор и ей , н е согласи ли сь б ы с эти м . В § 33 м ы о тваж и ли сь вло ж и ть тако е п р ед п о ло ж ен и е в уста д о кван то вого ф и зи ка как ед и н ствен н ое о б о сн о ван н о е и сто лко ван и е н аб лю д аю щ его ся п о сто ян ства. П о след ую щ и е со о б р аж ен и я о тн о си тельн о и зо м ер и и , п о тен ц и альн о го б ар ьер а, важ н ей ш ей ро ли отн о ш ен и я W : kТ в о п р ед елен и и вер о ятн о сти и зо м ер н ы х п ер ехо д о в — все это м о ж н о б ы ло вели ко леп н о ввести ч и сто эм п и р и ч ески и л и , во всяком случ ае, б ез п р и влеч ен и я кван то во й теор и и . П о чем у ж е я так уп о р н о н астаи вал н а то чке зр ен и я кван то во й м ех ан и ки , х отя ф акти ч ески и н е б ы л в со сто ян и и и зло ж и ть ее ясн о в это й м ален ько й кн и ге? К ван то вая м ех ан и ка п р ед ставляет соб о й п ерво е теор ети ч е ское п о стро ен и е, о б ъ ясн яю щ ее н а о сн ове и сх од н ы х п р и н ц и п о в все ви д ы о б ъ ед и н ен и й ато м о в, ф акти ч ески встр еч аю щ и еся в п ри р о д е. Г ай тлер ло н д он о вско е п р ед ставлен и е о связи со ставляет ед и н ствен н ую в сво ем ро д е, сво ео б р азн ую о сн о ву тео р и и , о тн ю д ь н е вы д ум ан н ую д ля о б ъ ясн ен и я хи м и ч еско го ср од ства. Э то п р ед ставлен и е вы текает сам о со б о й ч р езвы ч ай н о и н тер есн ы м и уд и ви тельн ы м о б р азо м , и вы н уж д аю т н ас к н ем у со вер ш ен н о и н ы е соо б р аж ен и я. О казы вается, о н о точ н о со ответствует ф актам , н аб лю д аем ы м в х и м и и , и , как я сказал, со ставляет н асто лько ун и кальн ую и п р и то м х ор ош о п о н ятн ую теор ети ч ескую о сн о ву, ч то м о ж н о с д о стато ч н о й увер ен н остью утвер ж д ать, что это п р ед ставлен и е ед ва ли б уд ет зам ен ен о д р уги м в х од е д альн ей ш его р азви ти я кван то во й тео р и и . С лед о вательн о , м ы м о ж ем сп о ко й н о п р и зн ать, что н ет д р угой во зм о ж н о сти , кр ом е м о лекуляр н о го п ред ставлен и я о н аслед ствен н о м вещ естве. Е сли бы п р ед ставлен и е Д ельб р ю ка о казало сь н есо стоятельн ы м , н ам п р и ш ло сь б ы о тказаться о т д альн ей ш и х п о п ы то к. Э то п ер во е п оло ж ен и е, котор о е я хо ч у о тм ети ть.
43. Н ек отор ы е тр ади ц и он н ы е забл уж ден и я Н о д ей стви тельн о ли , кр ом е м о лекул, н ет д р уги х усто й ч и вы х стр уктур , со сто ящ и х и з ато м о в? Р азве, н ап р и м ер , зо лотая м о н ета, захо ро н ен н ая н еско лько ты сяч елети й н азад , н е со хр ан яет и зо б р а-
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
64
64
ж ен и я, вы ч екан ен н о го н а н ей ? М о н ета со сто и т и з о гр о м н ого ко ли ч ества ато м о в, н о , ко н еч н о, м ы н е скло н н ы в д ан н о м случ ае п р и п и сы вать п р о сто е сох р ан ен и е ф о рм ы стати сти ке б ольш и х ч и сел. Э то важ н о е зам еч ан и е п ри м ен и м о и к и скусн о сф ор м и р ован н ы м кр и сталли ч ески м агр егатам , ко тор ы е м ы встр еч аем в ви д е вклю ч ен и й в го р н ы х п о род ах , гд е о н а со хр ан яю тся б ез и зм ен ен и я в теч ен и е н еско льки х гео ло ги ч ески х п ер и о д о в. Э то п р и во д и т н ас ко втор ом у п о ло ж ен и ю , ко торо е я х оч у о б ъ ясн и ть. М о лекулы твер д о го тела и кр и сталла п о сути н и ч ем д р уг о т д р уга н е о тли ч аю тся. В свете со вр ем ен н ы х зн ан и й о н и со вер ш ен н о од и н аковы . К со ж ален и ю , в ш ко льн ы х уч еб н и ках и зло ж ен и е это го во п р оса н о си т тр ад и ц и о н н ы й х ар актер , теп ер ь уж е устар евш и й и затр уд н яю щ и й п о н и м ан и е д ей стви тельн о го п о ло ж ен и я вещ ей . В сам ом д еле, то, ч то м ы уч и ли в ш ко ле о тн о си тельн о м о лекул, н е д ает п р ед ставлен и я о том , ч то о н и го р азд о б о лее ср о д н и тверд о м у со сто ян и ю , чем ж и д ко м у и газо о б р азн о м у. Н ап ро ти в, н ас уч и ли тщ ательн о п ро во д и ть р азли ч и е м еж д у ф и зи ч ески м и п р евр ащ ен и ям и , п о д об н ы м и п лавлен и ю и ли и сп ар ен и ю , в к о тор ы х все м о лекулы со хр ан яю тся (н ап р и м ер , п р о п и ловы й сп и р т н езави си м о о т то го , твер д ли о н , ж и д о к и ли газо о б разен , всегд а со сто и т и з м о лекул С 2Н 6О ), и х и м и ч ески м и и зм ен ен и ям и , н ап р и м ер , сго р ан и ем сп и рта С 2Н 6O + 3O2 = 2 С O2 + 3 Н 2O, гд е м о лекула сп и р та и тр и м о лекулы ки сло ро д а п о д вер гаю тся п ер естро й ке, о б р азуя д ве м о лекулы углеки сло го газа и тр и м о лекулы во д ы . Н ас уч и ли , ч то кр и сталлы о б р азую т трех м ер н ую п ер и о д и ч ескую р еш етку. Э та п р о стр ан ствен н ая р еш етка и н о гд а м о ж ет б ы ть р асч лен ен а н а со ставляю щ и е ее яч ей ки ед и н и ч н ы х м о лекул, как, н ап р и м ер, в случ ае сп и р та и м н о ги х д р уги х ор ган и ч ески х со ед и н ен и й . В д р уги х кр и сталлах , н ап ри м ер в кр и сталлах кам ен н ой со ли (NaCl), м о лекулы N aC l н е м о гут б ы ть вы ч лен ен ы , п о том у ч то каж д ы й ато м н атр и я си м м етр и ч н о о кр уж ен ш естью ато м ам и х лор а и н ао б о ро т, так ч то стан ови тся п о ч ти условн о стью п о п ы тка р ассм атр и вать отд ельн ы е п ар ы ато м о в в кач естве со ставляю щ и х о д н у м о лекулу. Н ако н ец , н ас уч и ли , ч то твер д о е тело м о ж ет б ы ть ли б о кр и сталли ч ески м , ли б о ам ор ф н ы м .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
65
65
44. Р азл и ч н ы е состоя н и я м атер и и Я , п р авд а, н е стал б ы го во р и ть, ч то все эти утвер ж д ен и я и о п р ед елен и я со вер ш ен н о н евер н ы . Д ля п р акти ч ески х ц елей о н и и н о гд а п о лезн ы . Н о в о тн о ш ен и и и сти н н о й стр уктур ы м атер и и гр ан и ц ы д о лж н ы б ы ть п р о вед ен ы соверш ен н о и н ы м о б р азом . О сн о вн о е р азли ч и е леж и т м еж д у д вум я стро ч кам и след ую щ ей сх ем ы «ур авн ен и й »: М о лекула = твер д о е тело = кр и сталл Г аз = ж и д ко сть = ам о р ф н о е тело . М ы д о лж н ы кр атко п о ясн и ть эти утвер ж д ен и я. Т ак н азы ваем ы е ам ор ф н ы е твер д ы е тела в д ей стви тельн о сти о казы ваю тся ли б о н е и сти н н о ам ор ф н ы м и , ли б о н е и сти н н о тверд ы м и . В «ам о р ф н ы х » во локн ах д р евесн о го угля с п о м ощ ью р ен тген о вски х луч ей о б н ар уж ен ы р уд и м ен тар н ы е стр уктуры кр и сталлов гр аф и та. Т аки м о б р азо м , д р евесн ы й уго ль о казы вается твер д ы м тело м , н о в то ж е вр ем я и кр и сталлом . Е сли в како м -то теле м ы н е н ах о д и м кр и сталли ч еско й стр уктур ы , м ы д о лж н ы р ассм атр и вать его как ж и д ко сть с о чен ь вы со ко й вязко стью (вн утр ен н и м трен и ем ). П о отсутстви ю у тако го вещ ества о п р ед елен н о й тем п ер атур ы п лавлен и я и скр ы то й теп ло ты п лавлен и я легко о б н ар уж и ть, ч то о н о н е является и сти н н о твер д ы м телом . П р и н агр еван и и он о п о степ ен н о р азм ягч ается и б ез резко го п ер ехо д а п р евращ ается в ж и д ко сть. (Я всп ом и н аю , ч то в ко н ц е п ер во й м и ро во й во й н ы н ам в кач естве зам ен и теля ко ф е вы д авали вещ ество, п охо ж ее н а асф альт. О н о б ы ло н асто лько твер д ы м , ч то тр еб овало сь д о ло то и ли то п ор и к, ч тоб ы р азд ро б и ть его н а куски , и то гд а о б н ар уж и вался глян ц еви ты й р азлом . Н о с теч ен и ем вр ем ен и это вещ ество вело себ я как ж и д ко сть, п ло тн о зап о лн яя н и ж н ю ю часть со суд а, если вы и м ели н ео сторо ж н о сть о стави ть его там н а н еско лько д н ей . Н еп р ер ы вн о сть газо об р азн о го и ж и д ко го со сто ян и й — хо рош о и звестн ы й ф акт. В ы м о ж ете п р евр ати ть в ж и д ко сть лю б о й газ б ез р езко го п ер ехо д а, и зб р ав п уть «в о б хо д » так н азы ваем о й кр и ти ч еско й то ч ки .
45. Р азл и ч и е, к отор ое дей ств и тел ь н о сущ еств ен н о М ы р азоб р али в сх ем е все, кр ом е главн ого , а главн о е заклю ч ается в то м , ч то м ы хо ти м р ассм атр и вать м о лекулу как твер д о е тело -кр и сталл. О сн о ван и ем д ля это го служ и т то , ч то ато м ы , об р азую щ и е м о лекулу, б уд ет ли и х м н о го и ли м ало, связан ы си лам и то ч н о такой ж е
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
66
66
п р и ро д ы , как и м н о го ч и слен н ы е ато м ы , и з которы х п о стро ен о и сти н н о твер д о е тело -кр и сталл. М о лекула, и м ею щ ая п р ави льн о е п ери о д и ч еско е р асп о ло ж ен и е со ставляю щ и х ее ч асти ц , является кр и сталло м . В сп ом н и те, ч то и з это го ж е п р ед ставлен и я о п р ави льн о сти м ы и схо д и м п р и об ъ ясн ен и и п о стоян ства ген а! В стр уктур е м атер и и д ей стви тельн о важ н о , связан ы ли м еж д у со б о й ато м ы гай тлер -ло н д о н о вски м и си лам и , о п р ед еляю щ и м и стаб и льн ость кр и сталли ч еско й стр уктуры , и ли н ет. В твер д о м теле и в м о лекуле о н и связан ы , в газе, со сто ящ ем и з о тд ельн ы х атом ов (н ап р и м ер , в п ар ах р тути ), н ет. В газе, со стоящ ем и з м о лекул, ато м ы п о д об н ы м о б р азо м связан ы то лько вн утр и м о лекул.
46. А п ер и оди ч еск ое тв ер дое тел о Н еб о льш ую м о лекулу м ож н о н азвать «зар о д ы ш ем твер д о го тела». И схо д я и з тако го м ален ько го тверд о го заро д ы ш а, о чеви д н о , возм ож н о п р ед стави ть себ е д ва р азли ч н ы х п ути п о стро ен и я все б о льш и х и б о льш и х ассоц и ац и й . О д и н — это ср авн и тельн о о д н о о б р азн ы й п уть п о вто р ен и я сн о ва и сн ова о д н о й и то й ж е стр уктур ы в тр ех н ап р авлен и ях. Т ак р астет кр и сталл. Е сли п ер и од и ч н о сть устан о ви лась, то уж е н ет о п р ед елен н о го п р ед ела д ля разм ер а тако го агр егата. Д р уго й п уть — п о стр о ен и е все б олее и б о лее увели ч и ваю щ его ся агрегата б ез скуч н о го м ехан и зм а п овтор ен и я. Э то случ ай все б о лее и б о лее слож н о й о р ган и ч еско й м о лекулы , в ко то ро й каж д ы й ато м , каж д ая гр уп п а ато м о в и гр ает и н д и ви д уальн ую ро ль, н е вп о лн е р авн о зн ачн ую ро ли д руги х ато м о в и гр уп п ато м о в. М ы м о ж ем со вер ш ен н о то ч н о н азвать это о б р азован и е ап ер и о д и ч ески м кр и сталло м и ли твер д ы м телом и вы р ази ть н аш у ги п о тезу сло вам и : м ы п о лагаем , ч то ген и ли , во зм ож н о , ц елая хро м о со м н ая н и ть 3 п р ед ставляет со б о й ап ер и од и ч еско е твер д о е тело .
47. Р азн ообр азн ое содер ж ан и е, сж атое до м и н и атю р н ого к ода Ч асто зад аю т во п р о с, как такая кр ош еч н ая ч асти ч ка вещ ества — яд ро о п лод о тво рен н о го яй ц а — м о ж ет вм ести ть сло ж н ы й ш и ф ро вальн ы й ко д , вклю ч аю щ и й в себ я все б уд ущ ее р азви ти е о р ган и зм а? Х оро ш о уп ор яд о ч ен н ая ассо ц и ац и я ато м о в, н ад елен н ая д о стато ч н о й усто й ч и во стью д ля д ли тельн о го со хр ан ен и я сво ей уп о р яд о ч ен н ости , п р ед ставляется ед и н ствен н о м ы сли м о й м атер и альн о й стр уктуро й , в ко то ро й р азн оо б р ази е во зм ож н ы х («и зо м ер н ы х » ) 3
Т о , ч то о н а о тл и ч ается вы со ко й ги б ко стью , н е м о ж ет сл уж и ть во зр аж ен и ем ; тако ва и то н кая м ед н ая п р о во л о ка.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
67
67
ко м б и н ац и й д о стато ч н о вели ко , ч то б ы заклю ч ать в себ е сло ж н ую си стем у д етерм и н ац и и в п ред елах м и н и м альн о го п ро стр ан ства. Д ей стви тельн о , н е н ад о осо б ен н о б о льш о го ко ли ч ества ато м о в в тако й стр уктур е, ч то б ы о б есп еч и ть п о ч ти б езгр ан и ч н о е чи сло во зм о ж н ы х ко м б и н ац и й . Д ля п р и м ер а всп о м н и те о б азб уке М о рзе. Д ва р азли ч н ы х зн ака (то ч ка и ти р е), расп о ло ж ен н ы е в о п р ед елен н о й п о след овательн о сти и со ставляю щ и е груп п ы с ч и сло м зн ако в н е б о лее ч еты р ех , п озво ляю т о б р азовать 30 р азли ч н ы х б укв. Е сли б ы м ы к то ч ке и ти р е д о б ави ли тр ети й зн ак и взяли гр уп п ы , вклю ч аю щ и е н е б о лее 10 зн ако в, то м о гли б ы об р азо вать 295 24 р азли ч н ы х «б уквы »; с п ятью зн акам и и д вад ц ати п яти зн ач н ы м и гр уп п ам и коли ч ество «б укв» со стави ло б ы 3 72 52 9 029 84 6 191 405. М о ж н о б ы ло б ы во зр ази ть, ч то это ср авн ен и е н ето ч н о, так как азб ука М о рзе со сто и т и з р азли ч н ы х ко м б и н ац и й то ч ек и ти р е (н ап р и м ер , • — — и • • — ) и таки м о б разо м , служ и т п ло хо й ан алоги ей и зо м ер и и . Ч то б ы устр ан и ть это т н ед о стато к, вы б ер ем и з тр етьего п р и м ера то лько ко м б и н ац и и , вклю ч аю щ и е точ н о 2 5 зн ако в и р о вн о п ять зн ако в каж д о го н ам еч ен н о го ти п а (п ять то ч ек, п ять ти р е и т.д .). Г р уб ы й п о д сч ет д ает ч и сло ко м б и н ац и й , р авн о е 6 2 3 30 000 000 00 0, гд е в п р аво й ч асти стоят н ули вм есто ц и ф р , ко тор ы е я н е д ал себ е тр уд а вы ч и сли ть. К о н еч н о , в д ей стви тельн о сти д алеко н е каж д ая ко м б и н ац и я гр уп п ы ато м о в б уд ет п р ед ставлять во зм о ж н ую м о лекулу; б о лее то го, н е м ож ет б ы ть и р еч и о том , ч тоб ы код б ы л вы б р ан п р ои зво льн о, так как ш и ф ро вальн ы й ко д д о лж ен являться о д н о вр ем ен н о ф актор ом , вы зы ваю щ и м р азви ти е. Н о вы б р ан н ое в п р и м ер е ко ли ч ество «ато м о в» (25) все-таки ещ е о ч ен ь м ало, и это ли ш ь п р о стей ш и й случ ай р асп о лож ен и я и х в од н у ли н и ю . Э ти м м ы х о тели п ро и ллю стр и ровать, что, п р ед стави в ген в ви д е м о лекулы , м ы н е м о ж ем сч и тать н ем ы сли м ы м то чн о е соо тветстви е м и н и атю р н о го ш и ф р овальн о го код а ч р езвы ч ай н о сло ж н о м у, сп ец и ф и ч еско м у п лан у р азви ти я ор ган и зм а. М ы н е м о ж ем такж е сч и тать н ем ы сли м ы м и со д ер ж ан и е в н ем ф актор ов, реали зую щ и х этот п лан .
48. С р ав н ен и е с ф ак там и : степ ен ь устой ч и в ости ; п р ер ы в и стость м утац и й Т еп ер ь, н ако н ец , м ы п ер ей д ем к ср авн ен и ю тео р ети ч еско й карти н ы с б и о ло ги ч ески м и ф актам и . М о ж ет ли эта кар ти н а д ей стви тельн о о б ъ ясн и ть н аб лю д аем ую н ам и вы со кую степ ен ь п о стоян ства? П р и ем лем ы ли п о р о го вы е зн ач ен и я тр еб уем ой вели ч и н ы — м н о го кр атн ы е п р о и звед ен и я ср ед н ей теп -
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
68
68
ло во й эн ер ги и kТ , н ах од ятся ли о н и в п р ед елах и зв естн ы х и з о б ы ч н о й х и м и и ? Э то тр и ви альн ы е во п ро сы . Н а н и х м о ж н о о твети ть утвер д и тельн о . В р ем я ж и зн и м о лекул л ю б о го вещ ества, ко тор о е хи м и к сп о со б ен вы д ели ть п р и д ан н о й тем п ер атур е, д о лж н о и зм еряться п о кр ай н ей м ер е м и н утам и . (Э то ещ е сказан о м ягко ; как п р ави ло, и х врем я ж и зн и го р азд о б о льш е.) Т аки м о б разо м , п ор о говы е зн ач ен и я, с ко то р ы м и сталки вается х и м и к, н еи зб еж н о и м ею т и м ен н о то т п оряд о к вели ч и н ы , ко то р ы й н уж ен , ч то б ы об ъ ясн и ть п р акти ч ески лю б ую степ ен ь п о сто ян ства, с како й м о ж ет сто лкн уться б и о ло г. И з § 37 м ы зн аем , ч то п ор о го вая эн ер ги я, вели ч и н а ко то ро й вар ьи р ует о т 1 д о 2 электро н во льт, м о ж ет о б есп еч и ть вр ем я ж и зн и о т д о лей секун д ы д о д есятков ты сяч лет. З н ач ен и я о тн о ш ен и я W : kТ , уп о м ян уты е там д ля п р и м ер а и р авн ы е 3 0 ; 50 ; 60 , о б уславли ваю т вр ем я ж и зн и 0 ,1 сек, 16 м есяц ев, 3 0 000 лет, ч то п р и ком н атн о й тем п ер атур е соо тветствует п оро го вы м зн ач ен и ям эн ер ги и 0,9 ; 1,5 ; 1 ,8 электрон во льт. Е д и н и ц а и зм ер ен и я эн ер ги и «электр о н во льт» уд о б н а д ля ф и зи ка, п о том у ч то о н а о ч ен ь н агляд н а. Н ап р и м ер , 1 ,8 электрон во льта о зн ачает, ч то электр о н , уско р яем ы й р азн о стью п отен ц и ало в о ко ло 2 во льт, и м еет как р аз д о стато ч н ую эн ер ги ю , ч то б ы вы звать уд ар ом п ер ехо д о д н о й стр уктур ы в д р угую . (Д ля ср авн ен и я скаж у, ч то б атар ея карм ан н о го ф о н ар и ка и м еет н ап р яж ен и е 3 во льта.) Э ти со о б р аж ен и я д елаю т п о н ятн ы м то т ф акт, что и зом ер н ое и зм ен ен и е ко н ф и гур ац и и в о п р ед елен н о й ч асти н аш ей м о лекулы , п р о и звед ен н ое случ ай н о й ф луктуац и ей ко леб ательн ой эн ер ги и , м о ж ет д ей стви тельн о б ы ть д о стато ч н о р ед ки м со б ы ти ем , ч то б ы и сто лковы ваться как сам оп р о и зво л ьн ая м утац и я. Т аки м о б р азом , с п о м о щ ью п ри н ц и п о в кван то во й м ех ан и ки м ы об ъ ясн яем н аи б о лее уд и ви тельн у ю о со б ен н ость м утац и й — о со б ен н о сть, вп ер вы е п р и влекш ую вн и м ан и е д е Ф р и за, а и м ен н о то , ч то о н и о казы ваю тся скач коо б р азн ы м и и зм ен ен и ям и , п ро и схо д ящ и м и б ез п р ом еж уто чн ы х со сто ян и й .
49. У стой ч и в ость ген ов , п р ош едш и х естеств ен н ы й отбор У стан о ви в, что естествен н ая ч асто та м утац и й увел и ч и вается п од д ей стви ем р азли ч н ы х ви д о в и о н и зи р ую щ и х и злуч ен и й , м о ж н о б ы ло б ы п р ед п о лагать, ч то эта естествен н ая часто та м утац и й о п р ед еляется р ад и о акти вн остью п о чвы и во зд ух а, такж е и н тен си вн о стью ко см и ч еско го и злуч ен и я. О д н ако ко ли чествен н о е ср авн ен и е с р езультатам и д ей стви я р ен тге -
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
69
69
н о вски х луч ей п о казы вает, ч то естествен н о е и злуч ен и е сли ш ко м слаб о и м ож ет б ы ть ответствен н о то лько за н еб о льш ую часть естествен н о й ч асто ты м утац и о н н о го п р оц есса. Е сли н ам п р и хо д и тся об ъ ясн ять р ед ки е естествен н ы е м утац и и случ ай н ы м и ф луктуац и ям и теп ло во го д ви ж ен и я, то м ы н е д о лж н ы о соб ен н о уд и вляться, ч то П р и р о д а сум ела п р овести то н ки й вы б ор п о ро го вы х зн ач ен и й эн ер ги и , н ео б х о д и м ы х, ч то б ы сд елать м утац и и р ед ки м и соб ы ти ям и . У ж е ран ьш е м ы п р и ш ли к заклю ч ен и ю , ч то ч асты е м утац и и б ы ли б ы п агуб н ы д ля эво лю ц и и . И н д и ви д уум ы , п о луч аю щ и е п утем м утац и и ген н ы е ко н ф и гур ац и и н ед о стато ч н о й усто й ч и во сти , и м ею т м ало ш ан сов н а то , что б ы и х «ультр ар ад и кальн о е», б ы стро м ути р ую щ ее п о том ство п р о сущ ество вало о ч ен ь д о лго . В п роц ессе естествен н о го о тб ор а ви д б уд ет о сво б о ж д аться о т н и х и , таки м о б р азо м , н акап ли вать усто й ч и вы е ген ы .
50. И н огда м утан ты м ен ее устой ч и в ы У н ас, ко н еч н о , н ет о сн ован и й о ж и д ать, ч то м утан ты , п о являю щ и еся в эксп ер и м ен тах п о скр ещ и ван и ю и о тб и р аем ы е д ля и зуч ен и я и х п о том ства, все б уд ут п ро являть такую ж е вы со кую стаб и льн о сть, и б о о н и ещ е н е б ы ли «и сп ы тан ы », а если и б ы ли , то в д и ки х п о п уляц и ях о казали сь «о твер гн уты м и » и з-за сли ш ком вы со ко й м утаб ельн о сти . В о всяком случ ае н ас со всем н е уд и вляет, ч то н еко тор ы е и з эти х м утан то в о б н ар уж и ваю т б о лее вы со кую м утаб ельн о сть, ч ем н о рм альн ы е «д и ки е» ген ы .
51. Т ем п ер атур а в л и я ет н а н еустой ч и в ы е ген ы м ен ьш е, ч ем н а устой ч и в ы е Э то д ает н ам во зм о ж н о сть п р о вер и ть н аш у ф ор м улу м утаб ельн о сти , ко то р ая и м еет ви д (Н ап о м и н аю , ч то t — это вр ем я о ж и д ан и я м утац и и с п о ро гом эн ер ги и W.) С п р аш и вается, как б уд ет и зм ен яться t в зави си м о сти от тем п ер атур ы . И з п р ед ы д ущ ей ф о рм улы с х о рош и м п р и б ли ж ен и ем м ы легко н ахо д и м отн ош ен и е зн ач ен и я t п р и тем п ератур е Τ + 10 к зн ач ен и ю t п ри тем п ер атур е Т : П о ско льку п о казатель степ ен и в это й ф ор м уле о тр и ц ателен , о тн ош ен и е, естествен н о , о казы вается м ен ьш е ед и н и ц ы . В р ем я о ж и д ан и я ум ен ьш ается с п о вы ш ен и ем тем п ер атур ы , а м утаб ельн о сть во зр астает. Н о это м о ж н о п р о вер и ть и д ей стви тельн о б ы ло п ро вер ен о н а м уш -
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
70
70
ке Drosophila в п р ед елах тем п ер атур ы , ко тор ую вы д ер ж и вает это н асеко м о е. Р езультат б ы л н а п ервы й взгляд уд и ви тельн ы м . Н изка я м утаб ельн о сть д и ки х ген о в о тч етли во возро сла, а ср авн и тельн о вы со кая м утаб ельн о сть, н аб лю д аю щ аяся у н екотор ы х уж е м ути р овавш и х ген о в, воо б щ е н е и зм ен ялась и ли увели ч и валась н езн ач и тельн о . Э то как р аз то, ч его м ы о ж и д аем п р и ср авн ен и и н аш и х д вух ф о рм ул. Б о льш ая вели чи н а W : kТ , н ео б хо д и м ая согласн о п ер вой ф о р м уле, ч то б ы сд елать t б о льш и м (усто й ч и вы й ген ), о б условли вает м алую вели ч и н у о тн ош ен и я, вы ч и сляем о го п о втор о й ф о рм уле, то есть, и н ач е го во ря, о п р ед еляет сущ ествен н о е увели ч ен и е м утаб ельн о сти с п о вы ш ен и ем тем п ер атур ы (д ей стви тельн о е зн ач ен и е отн о ш ен и я леж и т п р и б ли зи тельн о м еж д у 1 /2 и 1 /5 ). О б р атн ы е вели ч и н ы (2 и 5 ), в об ы ч н о й х и м и ч еско й р еакц и и м ы н азы ваем ко эф ф и ц и ен то м В ан т-Г о ф ф а.
52. К ак и м обр азом р ен тген ов ск ое и зл уч ен и е в ы зы в ает м утац и ю ? О б р ати м ся теп ер ь к ч асто те м утац и й п о д вли ян и ем рен тген о вско го и злуч ен и я. Н а о сн ове эксп ер и м ен то в п о скр ещ и ван и ю м ы п р и ш ли к вы вод у, ч то, во -п ер вы х (и з п р ям о й зави си м о сти м утац и о н н о го тем п а о т д о зы ), м утац и ю вы зы вает н еко то ро е ед и н и ч н о е со б ы ти е; во -втор ы х (и з ко ли ч ествен н ы х д ан н ы х и и з то го ф акта, ч то м утац и о н н ы й тем п о п р ед еляется о б щ ей п ло тн о стью и о н и зац и и и н е зави си т о т д ли н ы во лн ы ), это ед и н и ч н о е соб ы ти е д о лж н о б ы ть и о н и зац и ей и ли каки м -то д р уги м п ро ц ессо м . Ч тоб ы вы звать сп ец и ф и ч еску ю м утац и ю , это т п р о ц есс д о лж ен п р о и сх о д и ть вн утр и о п р ед ел ен н о го о б ъ ем а р азм ер ом о ко ло 10 ато м н ы х р асстоян и й , взяты х в куб е. С о гласн о н аш ем у п р ед ставлен и ю , эн ер ги я д ля п р ео д о лен и я п о тен ц и альн о го б ар ьер а д о лж н а б ы ть п о луч ен а и з это го взр ы во п о д о б н о го п ро ц есса и о н и зац и и и л и во зб уж д ен и я. Я н азы ваю его взр ы во п о д о б н ы м , п отом у ч то эн ер ги я, затр ач ен н ая в од н ом акте и о н и зац и и (то ч н ее, вто ри ч н ы м электр о н о м , о б р азо вавш и м ся п р и взаи м о д ей стви и и злуч ен и я с вещ еством ), хо рош о и звестн а и ср авн и тельн о вели ка: о н а р авн а 30 электро н во льтам . Э та эн ер ги я д о лж н а п р евр ати ться в ч р езвы ч ай н о уси лен н о е теп ло во е д ви ж ен и е вокр уг то ч ки , гд е п р о и зо ш ел взр ы в, и р асп ро стр ан и ться о тсю д а в ф о рм е «теп лово й во лн ы », то есть волн ы и н тен си вн ы х ко леб ан и й ато м о в. Т о, ч то эта теп ло вая во лн а ещ е сп о со б н а п ер ед ать н ео б хо д и м ую п о ро говую эн ер ги ю о т 1 д о 2 элек тро н во льт н а ср ед н и й «р ад и ус д ей стви я» — о коло 1 0 ато м н ы х р ассто ян и й , является вп олн е д о п усти -
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
71
71
м ы м , хо тя н еп р ед уб еж д ен н ы й ф и зи к, м о ж ет б ы ть, и п р ед сказал б ы н еско лько м ен ьш и й р ад и ус д ей стви я. В о м н о ги х случ аях р езультат взр ы ва п р и вед ет н е к уп о ряд о ч ен н ом у и зо м ер н ом у п ер ехо д у, а к п о вр еж д ен и ю х ром о со м ы — к п о вр еж д ен и ю , ко то ро е стан ет см ер тельн ы м д ля о р ган и зм а, если и скусн ы м скр ещ и ван и ем уд али ть н еп о вр еж д ен н о го п ар тн ер а (со ответствую щ ую х ром о со м у вто ро го н аб ор а) и зам ен и ть его п ар тн ер ом (х ром о со м о й ж е), о которо м и звестн о , ч то со ответствую щ и й ген у н его такж е вы зы вает см ер тельн ы й эф ф ект. Б езусло вн о, это го н ад о о ж и д ать, и это д ей стви тельн о н аб лю д ается.
53. И х в л и я н и е н е зав и си т от сам оп р ои зв ол ь н ой м утабел ьн ости Д р уги е о со б ен н о сти , если и н е м о гут б ы ть п р ед сказан ы н а о сн о ве п р и вед ен н о й вы ш е карти н ы , то и х все ж е м ож н о легко п о н ять. Н ап р и м ер, н еусто й ч и вы й м утан т в ср ед н ем н е о б н ар уж и вает б олее вы со ко го м утац и о н н о го тем п а п о д вли ян и ем р ен тген о вско го и злучен и я, ч ем усто й ч и вы й . П оэто м у, если п р и взры ве вы д еляется эн ер ги я, р авн ая 3 0 электро н во льтам , то н е и м еет б ольш о го зн ачен и я, б уд ет ли тр еб уем ая п ор о го вая эн ер ги я н ем н о ги м б о льш е и ли н ем н о ги м м ен ьш е, скаж ем , 1 и ли 1 -3 во льта.
54. О бр ати м ы е м утац и и В н еко тор ы х случ аях п ер ехо д и зуч али в то м и д р уго м н ап р авлен и и , скаж ем , о т «д и ко го » ген а к о п р ед елен н ом у м утан тн о м у ген у и о б р атн о , о т м утан тн о го к д и ком у. В эти х случ аях естествен н ая ч асто та м утац и й и н о гд а п о ч ти о д н а и та ж е, а и н о гд а весьм а р азли ч н а. Н а п ервы й взгляд это п р ед ставляется стран н ы м , п о то м у ч то п о тен ц и альн ы й б ар ьер, ко то р ы й н ад о п р еод о леть, в о б о и х случ аях , казало сь б ы , о д и н и то т ж е. Н о, ко н еч н о , тако е п о ло ж ен и е н ельзя сч и тать о б язательн ы м , п о том у ч то п о тен ц и альн ы й б ар ьер д о лж ен и зм ер яться о т эн ер гети ч еско го уровн я и сх о д н о й ко н ф и гур ац и и , а это т ур овен ь м о ж ет б ы ть р азли ч н ы м д ля д и ко го и м утан тн о го ген ов (см . р и с. 17 , гд е ц и ф р а 1 х ар актер и зует д и ки й ген , а 2 — м утан тн ы й , м ен ьш ая усто й чи во сть ко торо го и зо б р аж ается б о лее ко ро ткой стр елко й ). В ц ело м , я д ум аю , м о д ель Д ельб р ю ка д о стато ч н о х оро ш о вы д ер ж и вает п р о вер к у, и ее и сп о льзо ван и е в д альн ей ш и х р ассуж д ен и ях вп о лн е о п р авд ан о .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
72
VI. У п ор я доч ен н ость , н еуп ор я доч ен н ость и эн тр оп и я Nec corpus mentem ad cogitandum, nec mens corpus ad motum, neque ad quietem nec ad aliquid (si quid est) aliud determinare potest. Spinoza, Ethica. P. III, Prop. 2.1 Р азр еш и те м н е вер н уться к п о след н и м 55 . Зам ечат ельны й об щ ий ф р азам § 47 . Т ам я п ы тался о б ъ ясн и ть, вы во д и з м о дели Д ельбр ю ка ч то м о лекуляр н ая тео р и я ген а сд елала вп о лн е д о п усти м ы м то, ч то м и н и атю р н ы й ко д то ч н о соо тветствует весьм а сло ж н о м у и сп ец и ф и ч еско м у п лан у р азви ти я и каки м -то об р азом сод ер ж и т ф актор ы , р еали зую щ и е это т п лан . Н о как о н д елает это? К ак п ер ей ти о т п р ед п о ло ж ен и я к д ей стви тельн о м у п о н и м ан и ю ? М о лекуляр н ая м од ель Д ельб р ю ка в ее со вер ш ен н о о б щ ей ф ор м е н е со д ер ж и т, ви д и м о, н ам еко в н а то, как д ей ствует н аслед ствен н о е вещ ество. И в сам о м д еле, я н е о ж и д аю , ч то б ы от ф и зи ко в в б ли ж ай ш ем б уд ущ ем м о гли б ы ть п о луч ен ы ско лько -н и б уд ь п о д ро б н ы е свед ен и я. О п р ед елен н ы е усп ех и в р еш ен и и это й п р об лем ы уж е есть и , я уверен , ч то о н и ещ е б уд ут, н о в о б ласти б и ох и м и и , о соб ен н о в связи с ее п р о н и кн овен и ем в о б ласть ф и зи о ло ги и и ген ети ки . Н и каки х д етальн ы х д ан н ы х о ф ун кц и о н и р ован и и ген н о го м ех ан и зм а н ельзя и звлеч ь и з сто ль о б щ его о п и сан и я его стр уктур ы , како е д ан о вы ш е. Э то ясн о . И тем н е м ен ее, как это н и стран н о , и м еется о д н о о б щ ее п р ед ставлен и е, вы текаю щ ее и з н его , и о н о -то , п р и зн аю сь, б ы ло ед и н ствен н о й п р и ч и н о й , п о б уд и вш ей м ен я н ап и сать эту н еб о льш ую кн и гу. И з об щ ей кар ти н ы н аслед ствен н о го вещ ества, н ар и со ван н о й Д ельб рю ком , след ует, ч то д еятельн о сть ж и во й м атер и и , хо тя и о сн о ван а 1
Н и тел о н е м о ж ет п о б уж д ать д уш у к м ы ш л ен и ю , н и д уш а н е м о ж ет п о б уж д ать тел о н и к д ви ж ен и ю , н и к п о ко ю , н и к ч ем у -л и б о д р уго м у (есл и то л ько есть ч то -н и б уд ь тако е). — С п и н о за. Э ти ка, ч . III, тео р . 2 .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
73
73
н а зако н ах ф и зи ки , устан о влен н ы х к н асто ящ ем у вр ем ен и , н о , п о ви д и м ом у, п о д ч и н яется д о си х п ор н еи звестн ы м д р уги м зако н ам ф и зи ки , ко торы е, о д н ако, как то лько о н и б уд ут о ткр ы ты , д о лж н ы б уд ут со стави ть такую ж е н ео тъ ем лем ую ч асть это й н ауки , как и п ер вы е. 56. У пор яд о ченно ст ь, осно ва нная на « уп ор ядо ченно ст и» Э та д ово льн о то н кая ц еп ь р ассуж д ен и й тр уд н а д ля п о н и м ан и я во м н о ги х о тн ош ен и ях, и все п о след ую щ и е стр ан и ц ы п о свящ ен ы то м у, ч то б ы сд елать ее ясн о й . П р ед вар и тельн о , гр уб о, н о н е со всем н евер н о о н а м о ж ет б ы ть и зло ж ен а след ую щ и м о б р азо м . В главе I м ы указали , ч то зако н ы ф и зи ки , как м ы и х зн аем , — это стати сти ч ески е зако н ы 2. О н и связан ы с естествен н о й тен д ен ц и ей м атер и и п ер ех од и ть к н еуп о ряд о ч ен н о сти . Но ч то б ы п р и м и р и ть вы со кую усто й ч и вость н о си телей н аслед ствен н о сти с и х м алы м и р азм ер ам и и об о й ти тен д ен ц и ю к н еуп о р яд о ч ен н о сти , н ам п ри ш ло сь «и зоб р ести » м о лекулу — н ео б ы ч н о б о льш ую м о лекулу, ко тор ая стала об р азц о м вы со ко д и ф ф ер ен ц и р ован н ой уп о р яд о ч ен н о сти , охр ан яем о й во лш еб н о й п ало ч ко й кван то во й теор и и . З ако н ы случ ай н о сти н е ум аляю тся эти м «и зо б р етен и ем », н о и зм ен яется и х п ро явлен и е. Ф и зи к х оро ш о зн ает, ч то класси ч ески е зако н ы ф и зи ки зам ен яю тся кван тово й тео р и ей , о со б ен н о п р и н и зко й тем п ер атур е. Э то м у и м еется м н о го п р и м ер ов. Ж и зн ь п р ед ставляется од н и м и з н и х , о со б ен н о уд и ви тельн ы м . Ж и зн ь — это уп ор яд о ч ен н о е и зако н ом ер н о е п овед ен и е м атер и и , о сн о ван н о е н е то лько н а о д н о й тен д ен ц и и п ер ехо д и ть о т уп о р яд о ч ен н ости к н еуп о р яд оч ен н о сти , н о и ч асти ч н о н а сущ ество ван и и уп о р яд о ч ен н о сти , ко то р ая п о д д ер ж и вается все вр ем я. Д ля ф и зи ка (и то лько д ля н его ) я н ад ею сь п о ясн и ть сво ю то ч ку зр ен и я таки м и сло вам и : ж и во й ор ган и зм п р ед ставляется м акро ско п и ч еско й си стем о й , ч асти ч н о п р и б ли ж аю щ ей ся в сво и х п р о явлен и ях к ч и сто м ех ан и ческо м у (п о ко н тр асту с тер м о д и н ам и ч ески м ) п о вед ен и ю , к ко то ром у стр ем ятся все си стем ы , ко гд а тем п ер атур а п р и б ли ж ается к аб со лю тн ом у н улю и м о лекулярн ая н еуп о р яд о ч ен н о сть сн и м ается. Н о н еф и зи ку тр уд н о п о вери ть, ч то о б ы чн ы е зако н ы ф и зи ки , ко тор ы е о н р ассм атри вает как о б р азец н еруш и м о й то чн о сти , д о лж н ы о сн о вы ваться н а стати сти ч еско й тен д ен ц и и м атер и и п ер ех о д и ть к н еуп о р я2
Т ако е со вер ш ен н о о б щ ее утвер ж д ен и е о зако н ах ф и зи ки , во зм о ж н о , п о каж ется весьм а со м н и тел ьн ы м , н о п р и ч и н а это го б уд ет о б ъ ясн ен а в гл аве VII.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
74
74
д о ч ен н о сти . Т аки е п р и м еры я п р и вел в главе I. О б щ и м п р и н ц и п о м зд есь является зн ам ен и то е втор ое н ач ало тер м од и н ам и ки (зако н эн тро п и и ) и его сто ль ж е зн ам ен и то е стати сти ч еско е об о сн ован и е. В § § 57-6 1 я п о п ы таю сь кр атко и зло ж и ть п р и н ц и п эн тр о п и и в п р и ло ж ен и и к о сн о вн ы м п ро явлен и ям ж и во го ор ган и зм а, заб ы в н а вр ем я все, ч то и звестн о о хро м о со м ах , н аслед ствен н о сти и т. д .
57. Ж и в ая м атер и я и збегает п ер ехода к р ав н ов еси ю Ч то является х ар актер н о й о соб ен н о стью ж и зн и ? К о гд а м ы сч и таем м атер и ю ж и во й ? Т о гд а, ко гд а о н а п ро д о лж ает «д елать ч то -ли б о », д ви гаться, участвовать в об м ен е вещ еств с о кр уж аю щ ей ср ед о й и т. д ., — все это в теч ен и е б о лее д ли тельн о го отр езка вр ем ен и , ч ем , п о н аш и м о ж и д ан и ям , м о гла б ы д елать н ео д уш евлен н ая м атер и я в п од об н ы х усло ви ях. Е сли н еж и вую си стем у и зо ли ро вать и ли п о м ести ть в о д н оро д н ы е усло ви я, всяко е д ви ж ен и е о б ы чн о о ч ен ь ско ро п р екр ащ ается в р езультате р азли ч н о го р од а тр ен и я; р азн о сть электр и ч ески х и ли х и м и ч ески х п о тен ц и ало в вы р авн и вается; вещ ества, ко то р ы е и м ею т тен д ен ц и ю о б р азо вы вать х и м и ч ески е со ед и н ен и я, о б р азую т и х ; тем п ер атур а вы р авн и вается вслед стви е теп ло п р овод н о сти . З атем си стем а в ц ело м угасает, п р евращ ается в м ер твую и н ертн ую м ассу м атер и и . Д о сти гается со сто ян и е, п р и ко тором н е п ро и схо д и т н и каки х зам етн ы х со б ы ти й . Ф и зи к н азы вает это со сто ян и е т ерм одинам ическим р а вно веси ем , и ли со сто ян и ем м акси м альн о й эн тро п и и . П р акти ч ески тако е со стоян и е о б ы ч н о д о сти гается весьм а б ы стро. Т еор ети ч ески о ч ен ь ч асто это со стоян и е ещ е н е и сти н н о е р авн овеси е, ещ е н е д ей стви тельн ы й м акси м ум эн тр о п и и . О ко н ч ательн о е устан о влен и е р авн овеси я п р о и сх од и т о ч ен ь м ед лен н о . О н о м о ж ет п о тр еб овать н еско лько часов, лет, сто лети й ... П р и вед ем п р и м ер , ко гд а п р и б ли ж ен и е к р авн о веси ю п р о и сх од и т все ж е д о статоч н о б ы стро . Е сли стакан , н ап о лн ен н ы й ч и сто й во д ой , и д р угой , н ап о лн ен н ы й п о д слащ ен н ой во д о й , п ом ести ть в герм ети ч ески закр ы ты й ящ и к п р и п о стоян н о й тем п ер атур е, то сн ач ала как б уд то н и ч его н е п р о и сх од и т, во зн и кает вп еч атлен и е п о лн о го р авн о веси я. Н о ч ер ез д ен ь стан о ви тся зам етн ы м , как ч и стая вод а вслед стви е б о лее вы со ко го д авлен и я ее п ар ов п о степ ен н о и сп ар яется и ко н д ен си р уется н а п о верх н о сти р аство р а сах ар а; п о след н и й п ер ели вается ч ер ез кр ай стакан а. Т о лько п о сле то го как ч и стая вод а и сп ар и тся п о лн о стью , сах ар р авн ом ерн о р асп р ед ели тся п о всем у д о ступ н о м у ем у об ъ ем у. Э ти ко н еч н ы е этап ы м ед лен н о го п р и б ли ж ен и я к р авн о веси ю н и -
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
75
75
ко гд а н е м о гут б ы ть п р и н яты за ж и зн ь, и м ы м о ж ем п рен еб р еч ь и м и зд есь. Я уп ом и н аю о н и х , ч то б ы о гр ад и ть себ я о т о б ви н ен и я в н ето ч н о сти .
58. П и тан и е «отр и ц ател ь н ой эн тр оп и ей » И м ен н о п о то м у, ч то орган и зм и зб егает б ы стро го п ер ехо д а в и н ер тн о е со сто ян и е «р авн овеси я», о н и каж ется загад оч н ы м . Н асто лько загад о ч н ы м , ч то с д р евн ей ш и х вр ем ен ч ело веч еская м ы сль д о п ускала д ей стви е в ор ган и зм е о со б о й , како й -то н е ф и зи ч еской , а сверх ъ естествен н о й си лы (vis viva, эн телех и я). К ак ж е ж и во й о р ган и зм и зб егает п ер ехо д а к р авн о веси ю ? О твет д о стато ч н о п р о ст: б лаго д ар я то м у, ч то о н п и тается, д ы ш и т и (в случ ае р астен и й ) асси м и ли р ует. Д ля всего это го есть сп ец и альн ы й тер м и н — м етаб о ли зм . (Г р еч еско е слово μ εηα βά λλείν о зн ач ает о б м ен .) О б м ен ч его? П ерво н ач альн о , б ез со м н ен и я, п о д разум евался о б м ен вещ еств (н ап р и м ер , м етаб о ли зм , п о -н ем ец ки Stoffwechsel3). Н о п р ед ставляется н елеп о стью , ч то б ы главн ы м б ы л и м ен н о о б м ен вещ еств. Л ю б о й ато м азо та, ки сло ро д а, сер ы и т. п . так ж е х ор ош , как лю б о й д р уго й атом то го ж е элем ен та. Ч то ж е д ости гается и х о б м ен о м ? О д н о вр ем я н аш е лю б о п ы тство уд о влетворяло сь утверж д ен и ем , ч то м ы п и таем ся эн ер ги ей . В р естор ан ах н еко то р ы х стр ан вы м о гли б ы н ай ти кар то чки м ен ю , указы ваю щ и е ц ен у каж д о го б лю д а и со д ер ж ан и е в н ем эн ер ги и (калор и й ). Н еч его и го вор и ть, ч то это н елеп о сть, и б о во взро слом о р ган и зм е сод ер ж ан и е эн ер ги и так ж е п о стоян н о , как и со д ер ж ан и е м атер и и . К аж д ая кало р и я, ко н еч н о, и м еет ту ж е ц ен н о сть, ч то и лю б ая д р угая, п о этом у н ельзя п о н ять, ч ем у м о ж ет п о м о ч ь п ро сто й о б м ен эти х кало р и й . Ч то ж е то гд а со ставляет то д р аго ц ен н о е н еч то , со д ер ж ащ ееся в н аш ей п и щ е, ч то п р ед ох р ан яет н ас о т см ер ти ? Н а это легко о твети ть. К аж д ы й п р о ц есс, явлен и е, со б ы ти е (н азо ви те это, как хо ти те), кор оч е го вор я, все, что п ро и сх о д и т в П р и ро д е, о зн ач ает увели ч ен и е эн троп и и в то й ч асти В селен н о й , гд е это и м еет м есто. Т ак и ж и во й ор ган и зм н еп р ер ы вн о увели ч и вает сво ю эн тро п и ю , и ли , и н ач е, п р о и звод и т п о ло ж и тельн ую эн тр о п и ю и , таки м о б р азо м , п р и б ли ж ается к о п асн о м у со сто ян и ю м акси м альн о й эн тро п и и , п ред ставляю щ ем у со б о й см ер ть. О н м о ж ет и зб еж ать это го со сто ян и я, то есть о ставаться ж и вы м , только п о стоян н о и звлекая и з о кр уж аю щ ей его ср ед ы о тр и ц ательн ую эн тро п и ю , котор ая п р ед ставляет со б о й н еч то весьм а п о ло ж и тельн о е, как м ы сей ч ас уви д и м . О тр и ц ательн ая эн тр о п и я — это то , ч ем ор ган и зм 3
Б уквал ьн о — о б м ен вещ еств. — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
76
76
п и тается. И ли , ч то б ы вы р ази ть это м ен ее п ар ад о ксальн о , сущ ествен н о в м етаб о ли зм е то , ч то ор ган и зм у уд ается о сво б о ж д аться о т всей то й эн тро п и и , котор ую о н вы н уж д ен п р о и зво д и ть, п о ка ж и в.
59. Ч то так ое эн тр оп и я " ! Р азр еш и те сн ач ала п о д ч ер кн уть, ч то это н е тум ан н о е п р ед ставлен и е и ли и д ея, а и зм ер и м ая ф и зи ч еская вели чи н а, со вер ш ен н о такая ж е, как д ли н а стер ж н я, тем п ер атур а лю б о й то ч ки тела, скр ы тая теп ло та п лавлен и я д ан н о го кр и сталла и ли уд ельн ая теп ло ем ко сть лю б о го вещ ества. П ри тем п ер атур е аб со лю тн о го н уля (гр уб о — 27 3°С ) эн тро п и я лю б о го вещ ества р авн а н улю . Е сли вы б уд ете м ед лен н о п ер ево д и ть вещ ество в лю б о е д р уго е со сто ян и е о б р ати м ы м и н еб о льш и м и этап ам и (д аж е если п р и это м вещ ество и зм ен и т сво ю ф и зи ч ескую и ли х и м и ч ескую п р и ро д у, р асп ад ется н а д ве и ли б о льш ее ч и сло ч астей с р азли ч н ы м и ф и зи ч ески м и и ли х и м и ч ески м и х ар актер и сти кам и ), то эн тро п и я во зр астет н а вели ч и н у, ко то р ая о п р ед еляется д елен и ем каж д о й м ало й п о р ц и и теп ла, затр ач и ваем о й во вр ем я это й о п ер ац и и , н а аб со лю тн ую тем п ер атур у, п р и которо й это теп ло затр ач ен о, и затем сум м и ро ван и ем всех п олуч ен н ы х вели ч и н . Н ап ри м ер , ко гд а вы р асп лавляете твер д о е тело, эн тр о п и я возр астает н а вели ч и н у теп л о ты п лавлен и я, д елен н о й н а тем п ер атур у п р и то ч ке п лавлен и я. Т аки м о б р азом , вы ви д и те, ч то ед и н и ц а и зм ер ен и я эн тро п и и есть кало р и я н а гр ад ус (со верш ен н о так ж е, как калор и я есть ед и н и ц а и зм ер ен и я теп ла и ли сан ти м етр есть ед и н и ц а и зм ер ен и я д ли н ы ).
60. С тати сти ч еск ое зн ач ен и е эн тр оп и и Я п р и вел это сп ец и альн о е о п р ед елен и е д ля то го , ч тоб ы о своб од и ть эн тро п и ю о т то й атм осф еры тум ан н о й загад о ч н о сти , ко то ро й ее ч асто о кр уж аю т. Г ор азд о б о лее важ н а д ля н ас связь эн тро п и и со стати сти ч еской ко н ц еп ц и ей уп о ряд оч ен н о сти и н еуп ор яд о ч ен н о сти , — связь, о ткры тая Б о льц м ан ом и Г и б б со м н а о сн о ве д ан н ы х стати сти ч еской ф и зи ки . О н а такж е является то ч н о й ко ли ч ествен н о й связью и и ее м о ж н о вы р ази ть Э н тр о п и я = k lg D, гд е k — так н азы ваем ая п осто ян н ая Б о льц м ан а, равн ая 3 , 298 3 · 1 0 -24 кало р и й н а гр ад ус Ц ельси я; D — ко ли ч ествен н ая м ер а н еуп о р яд о ч ен н о сти ато м ов в р ассм атр и ваем ом тел е. Д ать точ н о е о б ъ ясн ен и е вели ч и н ы D в кр атки х и н есп ец и альн ы х тер м и н ах п оч ти н ево зм о ж н о . Н еуп ор яд о чен н о сть, ко то р ую о н а вы р аж ает, о тч асти заклю ч ается в теп ло во м
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
77
77
д ви ж ен и и , о тч асти в то м , ч то атом ы и м о лекулы р азн о го со р та см еш и ваю тся ч и сто случ ай н о вм есто то го , ч то б ы б ы ть п о лн о стью р азд елен н ы м и , как в н ед авн о п р и вед ен н о м п р и м ер е м о лекулы сах ар а и во д ы . У р авн ен и е Б о льц м ан а х ор ош о и ллю стр и р уется эти м п р и м ер ом . П о степ ен н о е «р асп ро стран ен и е» сах ар а п о всем у о б ъ ем у вод ы увели ч и вает н еуп о р яд о ч ен н о сть D, и п о этом у (п о ско льку ло гар и ф м D во зр астает с увели ч ен и ем D) во зр астает и эн тр о п и я. С о вер ш ен н о ясн о , ч то всяки й п р и то к теп ла и звн е увели ч и вает и н тен си вн о сть теп ло во го д ви ж ен и я, то есть, и н ач е, увели ч и вает D и таки м о б р азом п о вы ш ает эн тро п и ю . Ч то это и м ен н о так и есть, о со б ен н о н агляд н о п ро является то гд а, ко гд а вы р асп лавляете кр и сталл. П р и это м н ар уш ается и зящ н о е и усто й ч и во е расп о ло ж ен и е ато м о в и ли м о лекул и кр и сталли ч еская р еш етка п ревр ащ ается в н еп р ер ы вн о м ен яю щ ееся случ ай н о е р асп р ед елен и е атом ов. И зо ли р ован н ая си стем а и ли си стем а в о д н оро д н ы х усло ви ях (д ля н аш и х р ассуж д ен и й ее л уч ш е уч и ты вать как ч асть р ассм атр и ваем ой си стем ы ) увели ч и вает свою эн тро п и ю и б о лее и ли м ен ее б ы стро п р и б ли ж ается к и н ер тн о м у со стоян и ю м акси м альн о й эн тр о п и и . М ы узн аем теп ер ь в этом о сн о вн о м зако н е ф и зи ки естествен н о е стр ем лен и е м атер и и п р и б ли ж аться к х ао ти ч еском у со стоян и ю , если м ы н е п р еп ятствуем этом у.
61. О р ган и зац и я , п оддер ж и в аем ая и зв л еч ен и ем «уп ор я доч ен н ости » и з ок р уж аю щ ей ср еды К ак в тер м и н ах стати сти ч еско й теор и и вы р ази ть ту уд и ви тельн у ю сп о со б н о сть ж и во го ор ган и зм а, с п ом ощ ью ко то ро й о н зад ер ж и вает п ер ехо д к тер м о д и н ам и ческо м у р авн о веси ю (см ер ти )? В ы ш е м ы сказали : «О н п и тается отр и ц ательн о й эн тр о п и ей », как б ы п р и влекая н а себ я ее п о то к, ч то б ы ко м п ен си ро вать эти м увели ч ен и е эн тр оп и и , п р о и зво д и м о е и м в п ро ц ессе ж и зн и , и таки м о б р азо м п о д д ер ж и вать себ я н а п о сто ян н ом и д о стато ч н о н и зком ур овн е эн тро п и и . Е сли D — м ер а н еуп ор яд о ч ен н о сти , то о б р атн ую вели ч и н у 1/D м о ж н о р ассм атр и вать как п р ям ую м ер у уп о р яд о ч ен н о сти . П о ско льку ло гар и ф м 1/D есть то ж е, что и о тр и ц ательн ы й ло гар и ф м D, м ы м ож ем н ап и сать ур авн ен и е Б о льц м ан а таки м о б разо м : — (Э н тр о п и я) = k lg (l/D). Т еп ер ь н еуклю ж ее вы р аж ен и е о т р ица т ельна я энт роп ия м о ж н о зам ен и ть б о лее и зящ н ы м : энт ро пия, взят ая с о т ри цат ельны м зна ко м , ест ь сам а по себ е м ер а упор ядо ченно ст и. Т аки м об р азо м , ср ед ство , п р и по-
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
78
78
м ощ и ко то ро го ор ган и зм п од д ер ж и вает себ я п о стоян н о н а д о стато ч н о вы со ком уро вн е уп о р яд о ч ен н о сти (р авн о н а д о статоч н о н и зко м уро вн е эн тро п и и ), в д ей стви тельн о сти со сто и т в н еп р ер ы вн о м и звлеч ен и и уп о р яд о ч ен н ости и з о круж аю щ ей его ср ед ы . Э то заклю ч ен и е м ен ее п ар ад о ксальн о , ч ем каж ется н а п ер вы й взгляд . С ко р ее, о н о тр и ви альн о. В сам ом д еле, у вы сш и х ж и во тн ы х м ы д о стато ч н о хо рош о зн аем то т ви д уп о ряд о ч ен н о сти , ко то р ы м о н и п и таю тся, а и м ен н о : кр ай н е х оро ш о уп о ряд о ч ен н о е со сто ян и е м атери и в б о лее и ли м ен ее сло ж н ы х о р ган и ч ески х со ед и н ен и ях служ ат и м п и щ ей . П о сле и сп о льзо ван и я ж и во тн ы е во звращ аю т эти вещ ества в оч ен ь д егр ад и ро ван н о й ф о рм е, од н ако н е вп о лн е д егр ад и р ован н о й , так как и х ещ е м о гут уп о тр еб лять р астен и я. (Д ля растен и й м о щ н ы м и сто ч н и ко м «о тр и ц ательн о й эн тро п и и » является, ко н еч н о , со лн еч н ы й свет.)
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
79
VII. О сн ов ан а л и ж и зн ь н а зак он ах ф и зи к и ? Si un hombre nunca se contradice, sera porque nunca dice nada. 1 Miguel de Unamuno .
62. Д л я ор ган и зм а сл едует ож и дать н ов ы х зак он ов В это й п о след н ей главе я х оч у п о казать, ч то все и звестн о е н ам о стр уктур е ж и во й м атер и и заставляет о ж и д ать, ч то д еятельн о сть ж и во го о р ган и зм а н ельзя свести к п р о явлен и ю о б ы ч н ы х закон о в ф и зи ки . И н е п о том у, ч то и м еется какая-н и б уд ь «н овая си ла» и ли ч то -ли б о ещ е, уп р авляю щ ее п о вед ен и ем о тд ельн ы х ато м о в вн утр и ж и во го ор ган и зм а, а п о то м у, ч то его стр уктур а о тли ч ается о т всего и зуч ен н о го н ам и д о си х п о р в ф и зи ч еско й лаб о р атор и и . Г р уб о говор я, и н ж ен ер , зн аком ы й ран ее то лько с п аро си ло вы м и устан о вкам и , о см о тр ев электро м о то р, б уд ет го то в п р и зн ать, ч то ем у ещ е н е п о н ятн ы п р и н ц и п ы его р аб о ты . О н о б н ар уж и т м ед ь, ко тор ую зн ает п о п ри м ен ен и ю в ко тлах и кото р ую зд есь и сп о льзую т в ф ор м е д ли н н о й -п р ед ли н н о й п р о воло ки , н ам о тан н о й н а катуш ки ; ж елезо , зн аком о е ем у п о ры ч агам и п ар о вы м ц и ли н д р ам , а зд есь зап о лн яю щ ее сер д ц еви н у катуш ки и з м ед н ой п р ово ло ки . О н п р и д ет к заклю ч ен и ю , что это та ж е м ед ь и то ж е ж елезо , п о д ч и н яю щ и еся тем ж е зако н ам п р и р од ы , и б уд ет п р ав. Н о о д н о го р азли ч и я в ко н стр укц и и б уд ет н ед о стато ч н о , ч то б ы о ж и д ать со вер ш ен н о д р уго го п р и н ц и п а р аб оты . О н н е стан ет п о д о зр евать, ч то электро м о тор п р и во д и тся в д ви ж ен и е д ух ом , то лько п о том у, ч то его м о ж н о застави ть вр ащ аться б ез котла и п ар а п росты м п оворото м вы клю ч ателя.
63. О бзор п ол ож ен и я в би ол оги и Р азвер ты ван и е со б ы ти и в ж и зн ен н о м ц и кле о р ган и зм а о б н ар уж и вает уд и ви тельн у ю р егуляр н ость и уп о р яд о ч ен н о сть, н е и м ею щ и х себ е р авн ы х ср ед и всего , с ч ем м ы встр еч аем ся в н ео д уш евлен н ы х п р ед м етах . О р ган и зм кон тр о ли р уется в вы сш ей степ ен и хор ош о уп о р яд о ч ен н ой гр уп п о й атом ов, ко то р ая со ставляет то лько 1
Ч ел о век н и ко гд а н е п р о ти во р еч и т себ е, есл и о н во о б щ е н и ко гд а н и ч его н е го во р и т. — М и гуэл ь д е У н ам ун о.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
80
80
о ч ен ь н езн ачи тельн ую ч асть о б щ ей м ассы каж д о й клетки . Б о лее то го , н а о сн о ван и и со зд авш ей ся у н ас то ч ки зр ен и я н а м ех ан и зм м утац и й м ы п р и хо д и м к заклю ч ен и ю , ч то п ер ем ещ ен и е всего ли ш ь н ем н о ги х атом ов вн утр и гр уп п ы «уп р авляю щ и х ато м о в» зар од ы ш евой клетки д о стато ч н о д ля то го , ч то б ы вы звать весьм а о п р ед елен н о е и зм ен ен и е н аслед ствен н ы х п р и зн аков б ольш о го м асш таб а. Э то , веро ятн о , н аи б о лее и н тер есн ы е ф акты и з тех, ко то р ы е н аука о ткр ы ла в н аш и д н и . М ы скло н н ы п р и зн ать и х в ко н ц е ко н ц ов н е сто ль уж е н ево зм о ж н ы м и . У д и ви тельн ая сп о соб н о сть о р ган и зм а ко н ц ен тр и ро вать н а себ е «п о то к п оряд ка», и зб егая таки м о б разом п ер ехо д а к ато м н о м у х ао су, — сп о соб н ость «п и ть уп о р яд о ч ен н о сть» и з п о д хо д ящ ей ср ед ы , п о -ви д и м ом у, связан а с п р и сутстви ем «ап ер и о д и ч ески х твер д ы х тел» — хро м о сом н ы х м о лекул. П о след н и е, б ез со м н ен и я, п р ед ставляю т н аи вы сш ую степ ен ь уп о р яд о ч ен н о сти ср ед и и звестн ы х н ам ассо ц и ац и й атом ов (б о лее вы со кую , ч ем у о б ы ч н ы х п ери о д и ч ески х кр и сталло в) и з-за то й и н д и ви д уальн о й ро ли каж д о го атом а и каж д о го рад и кала, котор ую о н и зд есь и гр аю т. К о ро ч е говор я, м ы ви д и м , ч то сущ ествую щ ая уп о ряд о ч ен н о сть п р о являет сп о со б н о сть п о д д ер ж и вать сам а себ я и п ро и звод и ть уп о р яд о ч ен н ы е явлен и я. Э то звуч и т д о стато ч н о уб ед и тельн о , х отя, сч и тая это уб ед и тельн ы м , м ы н есом н ен н о и сх од и м и з явлен и й , о п и р аю щ и х ся н а акти вн о сть ор ган и зм ов. П оэто м у м о ж ет п о казаться, ч то п о луч ается н еч то , п о д об н о е п о ро ч н ом у кр угу.
64. О бзор п ол ож ен и я в ф и зи к е К ак б ы то н и б ы ло , след ует сн о ва и сн о ва п о д ч еркн уть, ч то д ля ф и зи ка тако е п о ло ж ен и е д ел каж ется н е то лько н еверо ятн ы м , н о и ч р езвы ч ай н о во лн ую щ и м , п о ско льку о н о н е и м еет п рец ед ен та. В о п р еки о б ы ч н ы м п р ед ставлен и ям , р егуляр н о е теч ен и е со б ы ти й , уп р авляем о е зако н ам и ф и зи ки , н и ко гд а н е б ы вает след стви ем о д н о й , хо ро ш о уп о р яд о ч ен н ой гр уп п ы ато м ов (м о лекулы ), если , ко н еч н о , эта гр уп п а ато м о в н е п о вто ряется огр ом н о е ч и сло р аз, как в п ер и о д и ч еско м кр и сталле, и ли как в ж и д кости , и ли , н акон ец , в газе, котор ы е со стоят и з б о льш о го ко ли ч ества о д и н ако вы х м о лекул. Д аж е ко гд а хи м и к и м еет д ело с оч ен ь сло ж н о й м о лекуло й in vitro, он всегд а сталки вается с о гром н ы м ко ли ч еством о д и н ако вы х м о лекул. К н и м п р и ло ж и м ы его зако н ы . О н м о ж ет сказать вам , н ап р и м ер , ч то ч ер ез м и н уту п о сле то го , как н ачн ется о п р ед елен н ая р еакц и я, п о ло ви н а всех м о лекул п рореаги р ует, а ч ер ез д ве м и н уты это ж е п р о и зо й д ет
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
81
81
с тр ем я ч етвер тям и м о лекул. Н о б уд ет ли о п р ед елен н ая м о лекула (если п р ед п оло ж и ть, ч то вы м о ж ете за н ей п р о след и ть) н ахо д и ться ср ед и тех , котор ы е п ро р еаги р о вали , и ли ср ед и тех , ко то р ы е о стали сь н етр о н уты м и , это го о н н е п р ед скаж ет. Э то во п ро с ч и сто й случ ай н о сти . И это н е только тео р ети ч еско е р ассуж д ен и е. И н огд а м ы м о ж ем н аб лю д ать суд ьб у о тд ельн о й м ален ьк о й гр уп п ы ато м о в и ли д аж е ед и н и ч н о го ато м а. Н о всяки й р аз, ко гд а м ы это д елаем , м ы встр еч аем ся с п о лн о й н еуп о р яд оч ен н о стью , ко тор ая то лько в ср ед н ем и з б о льш о го ч и сла случ аев п р и во д и т к зако н ом ер н о сти . Т аки е п р и м еры м ы р ассм атр и вали в главе I. Б р о ун о вско е д ви ж ен и е м ало й ч асти ц ы , взвеш ен н ой в ж и д ко сти , со верш ен н о б есп о ряд о ч н о. Н о если п о д о б н ы х ч асти ц м н о го , то о н и сво и м х ао ти ч н ы м д ви ж ен и ем д аю т н ач ало зако н ом ер н о м у п р о ц ессу д и ф ф узи и . Р асп ад ед и н и ч н о го р ад и о акти вн о го атом а п о д д ается н аб лю д ен и ю (его д ви ж ен и е вы зы вает ви д и м ы е всп ы ш ки н а ф луо р есц ен тн о м экр ан е). Н о если и м еется ед и н и ч н ы й р ад и о акти вн ы й ато м , то веро ятн ы й п ер и о д его ж и зн и м ен ее о п р ед елен , ч ем ср о к ж и зн и зд ор ово го воро б ья. Д ей стви тельн о , в о тн ош ен и и это го п ери о д а м о ж н о сказать то лько то , ч то все вр ем я, п о ка атом сущ ествует (а это м о ж ет п род о лж аться ты сяч и лет), веро ятн о сть его р асп ад а в след ую щ ую секун д у, вели ка о н а и ли м ала, о стается всегд а то й ж е сам ой . Э то о ч еви д н о е о тсутстви е и н д и ви д уальн о й о п р ед елен н о сти тем н е м ен ее п о д чи н яется точ н о м у эксп о н ен ц и альн о м у зако н у р асп ад а б о льш ого ко ли ч ества р ад и о акти вн ы х ато м о в од н ого и то го ж е ви д а.
65. П ор ази тел ьн ы й к он тр аст В б и о ло ги и м ы встр еч аем ся с соверш ен н о и н ы м п о ло ж ен и ем . Е д и н и ч н ая гр уп п а ато м о в, сущ ествую щ ая то лько в о д н о м экзем п ляр е, вы зы вает зако н ом ер н ы е явлен и я, ко тор ы е н ахо д ятся в тесн о й связи м еж д у со б ой и с о круж аю щ ей вн еш н ей ср ед ой . Я сказал — сущ ествую щ ая то лько в од н о м экзем п ляр е, и б о в ко н ц е ко н ц о в м ы и м еем п р и м ер яй ц а и о д н о клеточ н о го о р ган и зм а. Э то вер н о , что н а п о след ую щ и х стад и ях р азви ти я у в ы сш и х ор ган и зм о в ко ли ч ество эти х экзем п ляро в увели ч и вается. Н о в какой степ ен и ? Ч то -н и б уд ь 1 0 14 у взро сло го м леко п и таю щ его , как я себ е п р ед ставляю . Н у и ч то ж е! Э то то лько о д н а м и лли о н н ая д о ля то го ко ли ч ества м о лекул, ко то ро е со д ер ж и тся в о д н о м куб и ческо м д ю й м е возд ух а. Х о тя ср авн и тельн о и б о льш и е, н о все вм есте эти гр уп п ы ато м о в о б р азо вали б ы только кр ош еч н ую кап лю ж и д ко сти . И п о см о тр и те, каки м о б р азо м о н и р асп р ед еляю тся. К аж д ая клетка д ает
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
82
82
п р и ю т ли ш ь о д н о й и з н и х (и ли д вум , если м ы б уд ем и м еть в ви д у д и п ло и д и ю ). П о ско льку м ы зн аем си лу это го кро ш ечн о го ц ен тр альн о го ап п ар ата в и зо ли ро ван н о й клетке, н е н ап о м и н аю т ли он и н ам о тд ельн ы е п ульты уп р авлен и я, разб ро сан н ы е п о всем у о р ган и зм у и о сущ ествляю щ и е связь м еж д у со б о й б лаго д аря о б щ ем у д ля н и х ко д у? Э то , ко н еч н о , ф ан тасти ческо е о п и сан и е, м о ж ет б ы ть, б о лее п о д хо д ящ ее п о эту, ч ем уч ен о м у. О д н ако н е н у ж н о п о эти ч еско го воо б р аж ен и я, н ад о то лько ясн о и тр езво п о р азм ы сли ть, ч то б ы уясн и ть себ е, ч то зд есь м ы встр еч аем ся с явлен и ям и , р егуляр н ое и зако н ом ерн о е р азвер ты ван и е ко тор ы х о п р ед еляется «м ех ан и зм ом », п о лн о стью о тли ч аю щ и м ся от «м ех ан и зм а веро ятн ости » в ф и зи ке. И б о это п ро сто н аб лю д аем ы й ф акт, ч то в каж д о й клетке руко вод ящ ее н ач ало заклю чен о в ед и н и ч н о й гр уп п е ато м ов, сущ ествую щ ей то лько в о д н ом экзем п ляре (и ли и н о гд а в д вух ), и тако й ж е ф акт, ч то о н о уп равляет соб ы ти ям и , служ ащ и м и об р азц о м уп оряд о ч ен н о сти . Н ай д ем ли м ы уд и ви тельн ы м и ли со вер ш ен н о естествен н ы м , ч то м ален ькая, но вы со ко ор ган и зо ван н ая гр уп п а ато м о в сп о со б н а д ей ство вать таки м о б р азом , п оло ж ен и е о стается од и н ако во б есп р ец ед ен тн ы м . О н о х ар актер н о то лько д ля ж и во й м атер и и . Ф и зи к и х и м и к, и сслед уя н еж и вую м атер и ю , н и ко гд а н е встр еч али ф ен о м ен о в, ко тор ы е и м п р и хо д и ло сь б ы и н тер п р ети р о вать п о д об н ы м о б р азом . Т ако го случ ая ещ е н е н аб лю д али , и п оэтом у теор и я н е об ъ ясн яет его — н аш а п р екр асн ая стати сти ч еская теор и я, которо й м ы сп р авед ли во го рд и ли сь, так как о н а п о зво ли ла н ам заглян уть за кули сы и уви д еть, ч то м о гущ ествен н ы й п о ряд о к то ч н ы х ф и зи ч ески х зако н о в возн и кает и з ато м н о й и м о лекуляр н о й н еуп о р яд о ч ен н о сти ; теор и я, о ткр ы вш ая, ч то н аи б о лее важ н ы й , н аи б о лее о б щ и й и всео х ваты ваю щ и й зако н во зр астан и я эн тр о п и и м о ж ет б ы ть п о н ят б ез сп ец и альн о го д о п ущ ен и я, и б о эн тро п и я — это сам а м о лекуляр н ая н еуп о р яд о ч ен н о сть.
66. Д в а п ути в озн и к н ов ен и я уп ор я доч ен н ости У п о р яд оч ен н о сть, н аб лю д аем ая в р азвер ты ван и и ж и зн ен н ы х п р о ц ессо в, п р о и стекает и з р азли ч н ы х и сто ч н и ко в. О казы вается, сущ ествую т д ва р азли ч н ы х «м ех ан и зм а», ко тор ы е м о гут п р о и звод и ть уп о р яд о ч ен н ы е явлен и я: стати сти ч ески й м ех ан и зм , со зд аю щ и й «п о р яд о к и з б есп о ряд ка», и н о в ы й м ех ан и зм , п р о и зво д ящ и й «п оряд о к и з п о ряд ка». Д ля н еп р ед взято го ум а втор о й п р и н ц и п каж ется б о лее п р о сты м , б о лее веро ятн ы м . Б ез со м н ен и я, так о н о и есть. И м ен н о п о это м у ф и зи ки б ы ли го рд ы устан о влен и ем п ерво го п р и н ц и п а (п оряд о к и з б есп о р яд ка), ко тор ом у ф акти ч ески след ует П р и р о д а и ко тор ы й од и н д ает об ъ ясн е-
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
83
83
н и е о гр о м н о м у м н о ж еству п р и ро д н ы х явлен и й и , в п ер вую оч ер ед ь, и х н еоб р ати м о сти . Н о м ы н е м ож ем о ж и д ать, ч то б ы «закон ы ф и зи ки », о сн о ван н ы е н а этом п р и н ц и п е, о казали сь д о стато ч н ы м и д ля об ъ ясн ен и я п о вед ен и я ж и во й м атер и и , н аи б о лее у д и ви тельн ы е о соб ен н о сти ко то ро й , ви д и м о, в зн ач и тельн о й степ ен и о сн о ван ы н а п р и н ц и п е «п о р яд о к и з п о ряд ка». В ы вед ь н е стан ете о ж и д ать, ч то д ва со вер ш ен н о р азли ч н ы х м ех ан и зм а м о гут о б услови ть о д и н и то т ж е зако н , как и н е б уд ете о ж и д ать, ч то ваш клю ч о т д вер и о б язательн о п о д о й д ет к д вер и ваш его сосед а. Н ас н е д о лж н ы п о этом у о б ескур аж и вать тр уд н о сти о б ъ ясн ен и я ж и зн и с п р и влеч ен и ем о б ы кн о вен н ы х зако н о в ф и зи ки . И б о это и м ен н о то , ч его след ует о ж и д ать, и сх о д я и з н аш и х зн ан и й о тн о си тельн о стр уктур ы ж и во й м атер и и . М ы вп р аве п ред п о лагать, что ж и вая м атер и я п о д ч и н яется н о вом у ти п у ф и зи ч еско го зако н а. И ли м ы д о лж н ы н азвать его н еф и зи ч ески м , ч то б ы н е сказать: сверх ф и зи ч ески м зако н ом ?
67. Н ов ы й п р и н ц и п н е ч уж д ф и зи к е Н ет. Я н е д ум аю это го . Н о вы й п р и н ц и п — это п о д ли н н о ф и зи ч ески й зако н : н а м о й взгляд , о н н е ч то и н о е, как о п ять-таки п ри н ц и п кван то во й теор и и . Д ля о б ъ ясн ен и я это го м ы д о лж н ы п о й ти н еско лько д альш е и ввести уто ч н ен и е (ч то б ы н е сказать — улуч ш ен и е) в н аш е п р еж н ее утвер ж д ен и е, ч то все ф и зи чески е зако н ы о сн о ван ы н а стати сти ке. Э то утвер ж д ен и е, п о вто рявш ееся сн ова и сн о ва, н е м о гло н е п р и вести к п р о ти вор еч и ю , и б о д ей стви тельн о и м ею тся явлен и я, о тли ч и тельн ы е о со б ен н о сти ко тор ы х явн о о сн ован ы н а п р и н ц и п е «п о р яд о к и з п о ряд ка» и н и ч его , к аж ется, н е и м ею т о б щ его со стати сти ко й и ли м о лекулярн о й н еуп о ряд о ч ен н о стью . С о лн еч н ая си стем а, д ви ж ен и е п лан ет су щ ествую т б еско н еч н о д авн о. С о звезд и е, котор о е м ы ви д и м , н аб лю д али лю д и , ж и вш и е во вр ем ен а еги п етски х п и р ам и д . К о гд а б ы ли вы ч и слен ы д аты со лн еч н ы х затм ен и й , и м евш и х м есто м н о го лет н азад , то о казало сь, ч то он и со о тветствую т и сто р и ч ески м зап и сям , а в н еко тор ы х случ аях р езультаты вы ч и слен и я п о служ и ли о сн о ван и ем д ля и сп р авлен и я х ро н о ло ги ч еско й зап и си . Э ти р асч еты о сн о вы вали сь н е н а стати сти ке, а и скл ю ч и тельн о н а н ью то н о вском зако н е всем и р н о го тяготен и я. Д ви ж ен и е м аятн и ка х ор ош о о тр егули ро ван н ы х ч асов и ли лю б о го п о д об н о го м ех ан и зм а, о чеви д н о , такж е н е и м еет н и ч его о б щ его со стати сти ко й . К о ро ч е го во ря, все ч и сто м ех ан и ч ески е явлен и я, п о -
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
84
84
ви д и м ом у, явн о след ую т п р и н ц и п у « п о ряд о к и з п ор яд ка». И если м ы го вор и м «м ех ан и ч ески е», то этот тер м и н н ад о п о н и м ать в ш и ро ком см ы сле. Р аб ота о ч ен ь р асп р о стр ан ен н ого ви д а ч асов, как вы зн аете, о сн о ван а н а регуляр н о м п ри ем е электр и чески х и м п ульсо в. Я пом ню и н тер есн ую н еб о льш ую р аб о ту М акса П лан ка «Д и н ам и ч ески й и стати сти ч ески й ти п зако н а» 2. В н ей о н п р о во д и т то ч н о тако е ж е р азли ч и е, како е м ы зд есь н азвали «п о р яд ком и з п о р яд ка» и «п о ряд ко м и з б есп о ряд ка». Ц ель это й р аб о ты п о казать, как и н тересн ы й стати сти ч ески й ти п зако н а, ко н тро ли р ую щ и й со б ы ти я б о льш о го м асш таб а, со зд ается и з д и н ам и ч ески х зако н о в, ко то р ы е, п о -ви д и м ом у, уп р авляю т со б ы ти ям и м ало го м асш таб а — взаи м о д ей стви ем ед и н и ч н ы х ато м о в и м о лекул. П о след н и й ти п зако н а и ллю стр и р уется м ех ан и ч ески м и явлен и ям и б о льш о го м асш таб а, как, н ап р и м ер , д ви ж ен и е п лан ет, часо в и т. д . Т аки м о б р азо м , о казы вается, что «н овы й п р и н ц и п » — п р и н ц и п «п о р яд о к и з п о ряд ка», ко то р ы й м ы п р ово згласи ли с б о льш о й тор ж ествен н остью в кач естве д ей стви тельн о го клю ч а к п о н и м ан и ю ж и зн и , со всем н е н о в д ля ф и зи ки . П лан к д аж е во сстан авли вает его п р и ор и тет. М ы , каж ется, п р и б ли ж аем ся к см ех отво р н о м у вы во д у, б уд то б ы клю ч к п о н и м ан и ю ж и зн и заклю ч ается в то м , ч то о н а и м еет ч и сто м ех ан и ч ески й х ар актер и осн о ван а н а п р и н ц и п е «ч асо во го м ех ан и зм а» в то м см ы сле, ко то р ы й п р и д ает это м у вы р аж ен и ю П лан к. Э то т вы во д н е п р ед ставляется н елеп ы м и , н а м о й взгляд , н е со всем о ш и б о ч ен , хотя его и след ует п р и н и м ать с б о льш о й о сто ро ж н о стью .
68. Д в и ж ен и е ч асов Д авай те тщ ательн о п ро ан али зи р уем д ви ж ен и е р еальн ы х ч асо в. Э то н е ч и сто м ех ан и ч ески й ф ен о м ен . Ч и сто м ех ан и ч ески е ч асы н е н уж д али сь б ы н и в п р уж и н е, н и в заво д е. Р аз п ущ ен н ы е в хо д , о н и д ви гали сь б ы б еско н еч н о. Р еальн ы е ч асы б ез п р уж и н ы о стан авли ваю тся п о сле н еско льки х д ви ж ен и й м аятн и ка, его м ех ан и ч еская эн ер ги я п р евращ ается в теп ло . А это б еско н еч н о сло ж н ы й , ато м и сти ч ески й п р о ц есс. О б щ ее п р ед ставлен и е о н ем , котор о е склад ы вается у ф и зи ка, вы н уж д ает п р и зн ать, ч то о б р атн ы й п ро ц есс такж е вп о лн е во зм ож ен : ч асы б ез п руж и н ы м о гут н ео ж и д ан н о н ач ать д ви гаться вслед стви е затр аты теп ло во й эн ер ги и сво и х соб ствен н ы х зуб ч аты х ко лес и о кр уж аю щ ей ср ед ы . В это м случ ае ф и зи к д о лж ен б ы л б ы сказать: часы и сп ы ты ваю т и склю ч и тельн о и н тен си вн ы й п ар о кси зм б ро ун о вско го д ви ж ен и я. 2
D yn am isch e u n d statistisch e G esetzm ä ssig keit.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
85
85
В главе I (§ 7) м ы ви д ели , ч то с весьм а ч увстви тельн ы м и кр ути льн ы м и весам и (электро м етр и ли гальван о м етр ) тако го ро д а явлен и я п ро и сх од ят все вр ем я. Д ля ч асов это б еско н еч н о м ало веро ятн о . Б уд ем ли м ы о тн о си ть д ви ж ен и е ч асо в к д и н ам и ч еско м у и ли к стати сти ч еском у ти п у зако н о м ер н ы х явл ен и й (уп о тр еб ляя вы р аж ен и я П лан ка), зави си т о т н аш ей то ч ки зрен и я. Н азы вая это д ви ж ен и е д и н ам и ч ески м , м ы о б р ащ аем вн и м ан и е н а его р егуляр н о сть, ко то р ая м о ж ет б ы ть о б есп еч ен а ср авн и тельн о слаб о й п р уж и н о й , п р ео д о леваю щ ей н езн ач и тельн ы е н аруш ен и я теп ло во го д в и ж ен и я, ко то р ы м и м ы м о ж ем п рен еб р еч ь. Н о если м ы всп о м н и м , ч то б ез п р уж и н ы ч асы вслед стви е тр ен и я п о степ ен н о о стан овятся, то п о й м ем , ч то это т п роц есс м о ж ет б ы ть и сто лко ван то лько как стати сти ч еско е явлен и е. К аки м б ы п р акти ч ески н езн ач и тельн ы м н и б ы ло тр ен и е и н агр еван и е в ч асах , все ж е н е м о ж ет б ы ть со м н ен и я, ч то втор ая точ ка зр ен и я, ко торая н е п р ен еб регает и м и , б олее о сн о вательн а, д аж е если м ы и м еем д ело с р егуляр н ы м д ви ж ен и ем часо в, п р и во д и м ы х в д ей стви е п р уж и н о й . И б о н е след ует д ум ать, ч то д ви ж ен и е м ех ан и зм а в сам ом д еле п о лн о стью и склю ч ает стати сти ч ескую сто ро н у п ро ц есса. И сти н н ая ф и зи ч еская кар ти н а н е и склю ч ает то го , ч то д аж е точ н о и д ущ и е ч асы м о гут н ео ж и д ан н о п о вер н уть сво е д ви ж ен и е всп ять и завести сво ю со б ствен н ую п р уж и н у за сч ет п о тер и теп ла о кр уж аю щ ей ср ед о й . Э то со б ы ти е н ем н о ги м м ен ее вер оятн о, ч ем б ро ун о вски й п ар о кси зм д ля ч асо в, со всем н е и м ею щ и х заво д н о го м ех ан и зм а.
69. Р абота ч асов ого м ехан и зм а в к он еч н ом сч ете и м еет стати сти ч еск и й хар ак тер Д авай те теп ер ь рассм о тр и м созд авш ееся п о ло ж ен и е. «П р о сто й » случ ай , ко то ры й м ы п р о ан али зи р о вали , служ и т ти п и ч н ы м п р и м еро м м н о ги х д р уги х , п о сущ еству всех , ко то р ы е н а п ер вы й взгляд н е п о п ад аю т п од д ей стви е всео хваты ваю щ его п р и н ц и п а м о лекуляр н о й стати сти ки . Ч асы , сд елан н ы е и з р еальн о й ф и зи ч еско й м атер и и (в о тли ч и е от воо б р аж аем ы х ), н е б уд ут «р еальн ы м ч асовы м м ех ан и зм о м ». Э лем ен т случ ай н о сти м о ж ет б ы ть б о лее и ли м ен ее сн и ж ен : вер о ятн о сть то го , ч то ч асы н ео ж и д ан н о п о й д ут и п о й д ут со вер ш ен н о н еп р ави льн о , м о ж ет б ы ть б еско н еч н о м ало й , н о в о сн о ве о н а всегд а б уд ет. Т р ен и е и теп ло вое вли ян и е со п р овож д аю т д аж е д ви ж ен и е н еб есн ы х тел. Т ак, вр ащ ен и е З ем ли п о степ ен н о зам ед ляется п р и ли вн ы м тр ен и ем и вм есте с эти м Л ун а п остеп ен н о уд аляется о т З ем ли , ч его н е случ и ло сь б ы , если б ы З ем ля б ы ла со верш ен н о твер д ы м вр ащ аю щ и м ся ш аро м .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
86
86
Т ем н е м ен ее о стается ф акто м , ч то «р еальн ы е ч асо вы е м ех ан и зм ы » ясн о п ро являю т весьм а вы р аж ен н ы е ч ер ты «п о ряд ка и з п о р яд ка», то есть таки е, ко то р ы е взво лн о вали б ы ф и зи ка, если б ы о н сто лкн улся с н и м и в о р ган и зм е. К аж ется веро ятн ы м , ч то о б а случ ая в ко н ц е ко н ц о в и м ею т н ечто о б щ ее. О стается р ассм о тр еть, в ч ем заклю ч ается это об щ ее и о д н о вр ем ен н о п ор ази тельн о е р азли ч и е, ко тор о е д елает о р ган и зм в ко н еч н ом сч ете б есп р ец ед ен тн ы м .
70. Т еор ем а Н ер н ста К о гд а ж е ф и зи ч еская си стем а — лю б о й ви д ассо ц и ац и и ато м о в — след ует «д и н ам и ч еском у зако н у» (в том зн ач ен и и , ко то ро е п р и д авал ем у П лан к) и ли о б н ар уж и вает «ч ер ты ч асо во го м ехан и зм а»? Н а это т во п ро с кван то вая теор и я д ает кр атки й о твет: п р и тем п ер атур е аб со лю тн о го н уля. П р и п ри б ли ж ен и и к это й тем п ер атур е м о лекуляр н ая н еуп о р яд о ч ен н о сть п ер естает вли ять н а ф и зи ч ески е явлен и я. Э то б ы ло , м еж д у п ро ч и м , о б н ар уж ен о п р и и сслед о ван и и х и м и ч ески х р еакц и й в ш и ро ки х тем п ер атур н ы х гр ан и ц ах и п ри п о след ую щ ей экстр ап о ляц и и р езультатов н а ф акти ч ески н ед о сти ж и м ую тем п ер атур у, р авн ую аб со л ю тн о м у н улю ; это и есть зн ам ен и тая тер м о д и н ам и ч еская тео р ем а В альтер а Н ер н ста, ко то рую и н о гд а, и н е б ез о сн о ван и я, н азы ваю т тр етьи м н ач ало м терм о д и н ам и ки (п ервое — зако н сох р ан ен и я эн ер ги и , втор ое — зако н эн тро п и и ). К ван то вая тео р и я д ает о б осн о ван и е эм п и р и ч еском у зако н у Н ер н ста и п о зво ляет оп р ед ели ть, как б ли зко д ан н ая си стем а д о лж н а п о д о й ти к аб со лю тн о м у н улю , ч то б ы вы яви ть ч ер ты «д и н ам и ч еско го » п о вед ен и я. К акая ж е тем п ер атур а в каж д о м отд ельн о м случ ае п р акти ч ески экви вален тн а н улю ? Т ак во т, н е след ует д ум ать, ч то это д о лж н а б ы ть всегд а о ч ен ь н и зкая тем п ер атур а. Д ей стви тельн о , о ткр ы ти е Н ер н ста б ы ло п о д сказан о тем ф акто м , ч то д аж е п р и ком н атн о й тем п ер атуре эн тро п и я и гр ает уд и ви тельн о н езн ач и тельн ую ро ль во м н о ги х х и м и ч ески х р еакц и ях. (Н ап о м н ю , что эн тро п и я является п р ям о й м ерой м о лекулярн о й н еуп о р яд о ч ен н о сти , а и м ен н о ее ло гар и ф м ом .)
71. М ая тн и к ов ы е ч асы ф ак ти ч еск и н аходя тся п р и н ул ев ой тем п ер атур е Д ля м аятн и ко вы х ч асов ко м н атн ая тем п ер атура п р акти ч ески экви вален тн а н улю . Э то п р и ч и н а то го , ч то о н и р аб отаю т «д и н ам и ч ески ». О н и б уд ут п ро д о лж ать и д ти , если и х о х лаж д ать (ко н еч н о , п р и усло ви и , ч то уд ален а см азка),
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
87
87
н о о стан о вятся, если и х н агр евать вы ш е ком н атн ой тем п ер атуры , и б о в ко н ц е ко н ц о в о н и р асп лавятся.
72. С ходств о м еж ду ч асов ы м м ехан и зм ом и ор ган и зм ом Т о , ч то б уд ет сказан о н и ж е, х о тя и каж ется весьм а тр и ви альн ы м , н о , я д ум аю , д о сти гн ет ц ели . Ч асы сп о со б н ы ф ун кц и о н и р овать «д и н ам и ч ески », так как о н и со сто ят и з твер д ы х тел, ф о рм а ко то ры х уд ер ж и вается гай тлер -ло н д о н овски м и си лам и д о стато ч н о п ро чн о, ч то б ы и зб еж ать тен д ен ц и и теп ло во го д ви ж ен и я к н ар уш ен и ю п о ряд ка п р и об ы ч н о й тем п ер атур е. Т еп ер ь, я д ум аю , н ад о н ем н о го сло в, ч то б ы о п р ед ели ть сх о д ство м еж д у ч асовы м м ех ан и зм ом и о рган и зм о м . О н о п ро сто и и склю ч и тельн о сво д и тся к то м у, что в о сн о ве п ослед н его леж и т твер д о е тело — ап ер и о д и ч ески й кр и сталл, о б р азую щ и й н аслед ствен н о е вещ ество, н е п о д вер ж ен н о е во зд ей стви ю б есп ор яд о ч н о го теп лово го д ви ж ен и я. Н о, п о ж алуй ста, н е ставьте м н е в ви н у, ч то я б уд то б ы н азы ваю х ром о со м н ы е н и ти «зуб ц ам и о р ган и ч еско й м аш и н ы », п о кр ай н ей м ер е н е д елай те это го б ез ссы лки н а те гл уб о ки е ф и зи ч ески е тео р и и , н а ко то р ы х о сн о ван о сх о д ство . П о то м у ч то , д ей стви тельн о , н е н уж н о б о льш о го красн о р еч и я, что б ы н ап о м н и ть о сн о вн о е р азли ч и е м еж д у н и м и и о п р авд ать д ля б и о ло ги ч еско го случ ая эп и теты — н о вы й и б есп р ец ед ен тн ы й . Н аи б о лее п о р ази тельн ы м и р азли ч и ям и являю тся, во п ер вы х , своео б р азн о е р асп р ед елен и е «зуб ц о в» в м н о го клето ч н о м о р ган и зм е (я м о гу н ап о м н и ть н еско лько п о эти ч еско е оп и сан и е § 6 5 ) и , во -вто р ы х , то, ч то о тд ельн ы й зуб ец — это н е груб о е ч еловеческо е и зд ели е, а п рекр асн ей ш и й ш ед евр , ко гд а-ли б о со зд ан н ы й п о м и лости го сп о д н ей кван то во й м ех ан и ки .
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
88
Э п и л ог. О детер м и н и зм е и свободе в ол и В н агр ад у за тр уд п о и зло ж ен и ю ч и сто н ауч н о й сто ро н ы н аш ей п р о б лем ы sine ira el studio1 я п ро ш у теп ер ь р азр еш и ть м н е вы сказать со б ствен н ы й , н еи зб еж н о суб ъ екти вн ы й взгляд н а ф и лосо ф ско е зн ач ен и е во п ро са. И з то го , ч то б ы ло и зло ж ен о вы ш е, ясн о , ч то п р о текаю щ и е в теле ж и во го сущ ества п р о стр ан ствен н о -вр ем ен н ы е п р о ц ессы , котор ы е со ответствую т его м ы ш лен и ю , сам о со зн ан и ю и ли лю б о й д р уго й д еятельн о сти (д аж е если уч есть и х сло ж н о сть и со вр ем ен н о е стати сти ч еское о б ъ ясн ен и е ф и зи ко -х и м и и ), если н е вп о лн е стро го д етерм и н и р ован ы , то во всяко м случ ае стати сти ч ески д етерм и н и р ован ы . Д ля ф и зи ка я хо ч у п од ч ер кн уть, что во п р еки м н ен и ю н еко тор ы х д р уги х уч ен ы х кван товая н ео п р ед елен н о сть, п о м о ем у м н ен и ю , н е и м еет п р и н ц и п и альн о го зн ач ен и я д ля б и о ло ги ч ески х п р о ц ессо в. О н а м о ж ет только п о вы ш ать ро ль случ ай н о сти в таки х явлен и ях , как м ей о з, естествен н ы е и и скусствен н о вы зван н ы е р ен тген о вски м и луч ам и м утац и и и т. д ., что вп о лн е п о н ятн о и д о стато ч н о х ор ош о и звестн о . Д ля ц елей д альн ей ш его о б суж д ен и я и н тер есую щ ей м ен я п р о б лем ы р азр еш и те счи тать это д о казан н ы м . Т ак, п о м о ем у уб еж д ен и ю , п о ступ и л б ы каж д ы й н еп р ед уб еж д ен н ы й б и о ло г, если б ы , как это н ер ед ко б ы вает, ем у н е б ы ло н еп р и ятн о утвер ж д ен и е, что «сам о н в сущ н о сти только ч и сты й м ех ан и зм ». Э то н еп р и ятн о е чувство во зн и кает п о том у, ч то п р и н ято д ум ать, б уд то тако е п р ед ставлен и е н ах о д и тся в п р о ти во р еч и и со сво б о д о й во ли , сущ ество ван и е ко тор о й п о д твер ж д ается п рям ы м сам о н аб лю д ен и ем . Н о н еп о ср ед ствен н ы е восп р и яти я, каки м и б ы р азли ч н ы м и и н еср авн и м ы м и о н и н и б ы ли , сам и п о себ е н е м о гут ло ги чески п р о ти вор еч и ть д р уг д р угу. П оэто м у п о см о тр и м , н е см о ж ем ли м ы п о луч и ть п р ави льн о е и н еп р о ти вор ечи во е заклю ч ен и е, и сход я и з след ую щ и х д вух п р ед п о сы ло к: 1
Л ат. — б ез гн ева и п р и стр асти я. — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
89
89
1. М о е тело ф ун кц и о н и р ует как ч и сты й м ех ан и зм , п о д ч и н яясь всео б щ и м зако н ам п р и ро д ы . 2. О д н ако и з н ео п ро вер ж и м о го , н еп о сред ствен н о го о п ы та я зн аю , ч то я уп р авляю д ей стви ям и сво его тела и п р ед ви ж у р езультаты эти х д ей стви й . Э ти р езультаты м о гут и м еть о гр ом н о е зн ач ен и е в о п р ед елен и и м о ей суд ьб ы , и в тако м случ ае я ч увствую и со зн ательн о б ер у н а себ я п о лн ую ответствен н о сть за сво и д ей стви я. М н е д ум ается, ч то и з эти х д вух п р ед п о сы ло к м о ж н о вы вести то лько о д н о заклю ч ен и е, а и м ен н о, ч то «я», взято е в сам о м ш и р о ко м зн ач ен и и это го сло ва — то есть каж д ы й со зн ательн ы й р азум , ко гд а-ли б о го вор и вш и й и ли ч увство вавш и й «я», — п р ед ставляет со б о й н е ч то и н о е, как суб ъ ект, м о гущ и й уп равлять «д в и ж ен и ем атом ов» со гласн о зако н ам п р и ро д ы . О п р ед елен н ы е п р ед ставлен и я, ко тор ы е у д р уги х н ар од ов и м ели ко гд а-то б о лее ш и ро ко е зн ач ен и е (а у н еко то ры х со хр ан яю т его и п о н ы н е), в со вр ем ен н о й культур н о й ср ед е (Kulturkreis) п о д вер гли сь о гр ан и ч ен и ю и сп ец и али зац и и . П о этом у у н ас м о ж ет п о казаться н еслы х ан н о й д ер зо стью п рям ая ф орм ули р овка то го вы во д а, к ко торо м у м ы п р и ш ли вы ш е. Д ля хри сти ан и н а сл о ва «зн ач и т, я — всем о гущ и й б о г» звуч ат и б о го х ульн о, и б езум н о. Н о я п рош у ч и тателя н а вр ем я о тказаться от эти х п р и вх од ящ и х со об р аж ен и й и р ассм о тр еть п о сущ еству, н е является ли п р и вед ен н о е н ам и заклю ч ен и е н аи б о льш и м и з то го , ч то м ож ет д ать б и оло г, п ы таю щ и й ся о д н и м уд ар ом д о казать и сущ ество ван и е б о га и б ессм ер ти е д уш и . С ам о п о себ е это п р ед ставлен и е н е н о во . Н аско лько м н е и звестн о , н аи б о лее р ан н и е уп о м и н ан и я о н ем н асчи ты ваю т уж е п о кр ай н ей м ер е 2 500 лет, если н е б о льш е. Н ач и н ая с д р евн и х вели ки х У п ан и ш ад 2, п р ед ставлен и е о то м , ч то А тм ан = Б р ахм ан (то есть, ли ч н ая и н д и ви д уальн ая д уш а р авн а везд есущ ей , всеп о сти гаю щ ей , веч н о й д уш е), н е только н е р ассм атр и вало сь в и н д и й ско й ф и ло со ф и и как б о гох ульн о е, н о сч и тало сь кви н тэссен ц и ей глуб о ч ай ш его п р озр ен и я в то , ч то п ро и сх од и т в м и р е. О б щ и м стр ем лен и ем всех уч ен ы х В ед ан ты 3 б ы ло н е то лько н ауч и ться п ро и зн о си ть устам и , н о и д ей стви тельн о во сп р и н ять сво и м ум о м эту вели ч ай ш ую и з всех м ы слей . О том ж е, ч асто н езави си м о о д и н о т д р уго го, н о в п о лн о м со гласи и м еж д у соб о ю (ч то д о н екотор о й степ ен и сх о д н о с п о вед ен и ем части ц и д еальн о го газа), говор ят и м и сти 2
У п ан и ш ад ы — р ел и ги о зн о -ф и л о со ф ски е кн и ги д р евн ей И н д и и . — П р и м . п ер ев. 3 В ед ан та — о д н а и з ф и л о со ф ски х ш ко л б р ахм ан и зм а. — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
90
90
ки н а п р о тяж ен и и м н о ги х сто лети й , ко гд а, каж д ы й и з н и х о п и сы вает ли ч н ы й о п ы т сво ей ж и зн и в вы р аж ен и ях , ко то ры е м о гут б ы ть кратко п ер ед ан ы словам и : «Deus factus sum» (я стал б о го м ). Д ля зап ад н о й ф и ло со ф и и эта м ы сль о ставалась, о д н ако , ч уж д о й , н есм о тр я н а ее п р о п о вед ь Ш о п ен гауэр ом и д р уги м и , защ и щ авш и м и ее, и н есм о тр я н а п р и м ер тех и сти н н ы х лю б о вн и ко в, ко то р ы е, гляд я д р уг д р угу в глаза, ч увствую т, что и х м ы сль и и х р ад о сть н е то лько сх од н ы и ли и д ен ти ч н ы , н о и ч и слен н о ед и н ы . О д н ако , как п рави ло , лю б овн и ки сли ш ком п о гло щ ен ы сво и м и эм о ц и ям и , ч то б ы сн и зо й ти д о ясн о го р ассуж д ен и я, и в этом о тн ош ен и и о н и о чен ь н ап о м и н аю т м и сти ко в. Р азр еш и те м н е сд елать н ем н о ги е д альн ей ш и е п о ясн ен и я. С о зн ан и е н и ко гд а н е п ер еж и вается как м н о ж ествен н о е, а всегд а то лько как ед и н и ч н о е. Д аж е в тех п ато ло ги ч ески х случ аях , ко гд а, н ап ри м ер , и м еется р асщ еп лен и е созн ан и я и ли р азд во ен и е ли ч н о сти , эти д ве ли ч н о сти ч еред ую тся о д н а с д р уго й , н о н и ко гд а н е п р оявляю тся вм есте. В о сн е м ы , п р авд а, и н о гд а и сп о лн яем н еско лько ро лей в о д н о и то ж е вр ем я, н о и сп о лн яем п о -разн о м у: м ы во п лощ аем ся п р еи м ущ ествен н о то лько в о д н у и з н и х , и в это й ро ли м ы и д ей ствуем и го во р и м п рям о; в то ж е вр ем я ч асто б ы вает, ч то м ы стр астн о ж д ем ответа и ли о ткли ка д р уго го д ей ствую щ его ли ц а, н е зн ая то го , ч то его д ей стви ям и и р еч ью уп р авляем м ы сам и . К ак ж е воо б щ е м о гло во зн и кн уть п р ед ставлен и е о м н ож ествен н о сти со зн ан и й (п р оти в ко то ро го так н асто й ч и во вы ступ аю т авто р ы У п ан и ш ад )? С о зн ан и е и н ти м н о связан о и зави си т о т ф и зи ч еско го со сто ян и я оп р ед елен н о й ч асти м атер и и — о т тела (всп ом н и те р азли ч н ы е д уш евн ы е и зм ен ен и я, п р о и сх од ящ и е во вр ем я р азви ти я о р ган и зм а, н ап р и м ер , п р и со зр еван и и , стар ен и и , стар ческо м слаб о ум и и и т. д ., и ли н аступ аю щ и е п о д д ей стви ем ли х ор ад ки , о тр авлен и я, н ар ко за, п о вреж д ен и я м о зга и п р .). Н о таки х ч ело веч ески х тел и м еется м н о ж ество . Е сли и сх од и ть и з это го , п р ед ставлен и е о м н о ж ествен н о сти со зн ан и й и ли и н теллекто в каж ется весьм а уб ед и тельн о й ги п о тезо й . В ер оятн о , все п р о сты е, н еп р и тязательн ы е лю д и , так ж е как и о гр ом н о е б о льш и н ство зап ад н ы х ф и ло со ф о в, сч и таю т ее вер н о й . П р и н яти е этой ги п о тезы п оч ти н ем и н уем о п р и во д и т в д альн ей ш ем к п р и зн ан и ю д уш , сто ль ж е м н о го ч и слен н ы х , как и тела, и затем к во п ро су, так ж е ли см ер тн ы эти д уш и , как тела, и ли , н ао б о ро т, он и б ессм ер тн ы и м о гут сущ ество вать со верш ен н о сам о сто ятельн о . П ервая м ы сль п ро и зво д и т н а всякого ч еловека кр ай н е н еп р и ятн о е вп еч атле -
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
91
91
н и е, то гд а как п о след н яя о ткр овен н о заб ы вает, и гн ор и р ует и д аж е во все о тр и ц ает и м ен н о те п р ед п о сы лки , н а ко тор ы х о сн о ван а сам а ги п о теза м н ож ествен н о сти . И н о гд а стави ли сь д аж е ещ е б о лее н елеп ы е во п ро сы , н ап р и м ер — есть ли д уш а у ж и во тн ы х? З ад авался д аж е во п ро с, и м ею т ли д уш у ж ен щ и н ы и ли о н а свой ствен н а то лько м уж ч и н ам ? П одобны е н ап р авлен и я в р азви ти и ги п о тезы м н о ж ествен н о сти со зн ан и й н о си ли , п равд а, х ар актер явн о н еуд ач н ы х п о п ы то к. О д н ако о н и все ж е д о лж н ы вн у ш и ть н ам и звестн ы е со м н ен и я в п р ави льн ости это й то ч ки зр ен и я, ко тор ая сво й ствен н а всем о ф и ц и альн ы м зап ад н ы м вер ован и ям . Н о н е скло н яем ся ли м ы к ещ е б о льш ей н елеп о сти , если , о тб р асы вая ч р езм ер н ы е суевер и я таки х веро ван и й , м ы со хр ан яем и х н аи вн ую и д ею м н о ж ествен н о сти д уш , «и сп р авляя» ее утвер ж д ен и ем , ч то эти д уш и тлен н ы и ун и ч то ж аю тся вм есте с телам и ? Е д и н ствен н о е, ч то н ам о стается, — это п р и д ер ж и ваться д ан н ы х, п о луч ен н ы х и з н еп о ср ед ствен н о го о п ы та, а и м ен н о , ч то со зн ан и е п р ед ставляет со б о й явлен и е, п о сам ом у сво ем у сущ еству ед и н и ч н о е, д ля ко то ро го м н о ж ествен н о сть н е и звестн а; ч то сущ ествует только ед и н и ч н о е, а то , ч то каж ется м н о ж ествен н о стью , является ли ш ь ряд ом р азли ч н ы х асп екто в это го ед и н и ч н о го , ко то р ы е н ам со зд ает и ллю зи я (и н д и й ская М ай я). Т акая ж е и ллю зи я во зн и кает в гал ер ее зер кал, и в си лу это й и ллю зи и Г аур и зан кар и Э верест о казали сь о д н и м и тем ж е п и ко м , то лько р ассм атр и ваем ы м и з р азн ы х д о ли н 4. К о н еч н о , р азли ч н ы е м уд рен ы е р оссказн и о п р и зр аках -и ллю зи ях, п р о ч н о закр еп и ли сь в н аш и х ум ах и п реп ятствую т п р и н яти ю п р о сто го и сти н н о го п он и м ан и я д ей стви тельн о сти . Н ап р и м ер, утвер ж д али , ч то если за м о и м о кн ом сто и т д ер ево и я гляж у н а н его , то в д ей стви тельн о сти я все ж е н е ви ж у это го д ер ева. Б лагод ар я н еко тор ом у «х и тро ум н ом у» м ех ан и зм у во сп р и яти я, у ко торо го и сслед о ван ы ли ш ь п ер вы е, отн о си тельн о п р о сты е ступ ен и , р еальн о е д ер ево вы зы вает сво е о то б р аж ен и е в м о ем со зн ан и и , и и м ен н о то л ько это о то б р аж ен и е д ер ева я и узн аю . Е сли вы встан ете р яд о м со м н о й и то ж е п о см о тр и те н а это д ер ево , то о н о вы зо вет сво е о то б р аж ен и е и в ваш ей д у ш е. И хо тя я ви ж у сво е д ер ево, а вы — сво е (зам еч ательн о п о хо ж ее н а м о е), м ы все ж е н е зн аем , ч то п р ед ставляет со б о й д ер ево сам о п о себ е. З а тако е экстр аваган тн о е п о стро ен и е о тветствен ен К ан т. В то й си стем е 4
3 д есь Ш р ед и н гер д о п ускает явн ую о го во р ку, и б о н а сам о м д ел е Гаур и зан кар и Э вер ест, р ан ее сч и тавш и еся о д н о й вер ш и н о й , н а сам о м д ел е о казал и сь р азн ы м и п и кам и . — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
92
92
и д ей , ко тор ая р ассм атр и вает со зн ан и е как singulare tantum5, эта экстр аваган тн о сть легко зам ен яется утвер ж д ен и ем , ч то , о ч еви д н о , и м еется то лько о д н о д ер ево , а все р ассуж д ен и я о тн о си тельн о о то б р аж ен и й п р ед ставляю т со б о й то лько и сто р и ю с п р и зр акам и . О д н ако у каж д о го и з н ас есть н ео сп о р и м о е п р ед ставлен и е, ч то о б щ ая сум м а его со б ствен н ы х п ер еж и ван и й и во сп ом и н ан и й о б р азует н еко тор ую ед и н и ц у, ясн о отли ч аю щ ую ся о т тако й ж е ед и н и ц ы лю б о го д р уго го чело века. О н ссы лается н а н ее, как н а сво е «я». Ч то ж е тако е это «я»? Е сли вы б уд ете п р и стальн о ан али зи р о вать это «я», то я д ум аю , вы п р и д ете к заклю ч ен и ю , что о н о п р ед ставляет со б о й все ж е н еч то б о льш ее, ч ем п р о сто й н аб ор о тд ельн ы х во сп р и яти й и во сп о м и н ан и й , и служ и т и м ен н о то й кан во й , н а ко тор о й о н и н ак о п ляю тся. П ри вн и м ательн ом сам о н аб лю д ен и и вы н ем и н уем о п р и д ете к вы вод у, ч то то , ч то вы р еальн о п р и н и м али за «я», — это и есть о сн о ва, н а ко тор о й со б и р аю тся все эти п ер еж и ван и я. В ы м о ж ете уех ать в д р угую стран у, п ер естать ви д еть всех сво и х д р узей , м о ж ете п о ч ти заб ы ть и х ; вы п р и о б р етете н о вы х д р узей , б уд ете и н тен си вн о уч аство вать в о б щ ей ж и зн и с н и м и , как ко гд а-то со стар ы м и . В се м ен ее и м ен ее важ н ы м б уд ет д ля вас то , что вы , ж и вя н ово й ж и зн ью , п р о д о лж аете ещ е всп о м и н ать стар ую . В ы , м о ж ет б ы ть, скаж ете о сво ем п р ош ло м в тр етьем ли ц е: «ю н о ш а, ко то р ы м я б ы л». Г еро й ч и таем о го вам и р ом ан а м о ж ет стать б ли ж е ваш ем у серд ц у и зн ач и тельн о б о лее ж и вы м и зн ако м ы м , ч ем это т ю н о ш а. О д н ако зд есь н е б ы ло п р ом еж уто ч н о го п ер елом а, н е б ы ло см ер ти . И д аж е если и скусн ы й ги п н о ти зер сум еет со всем вы ч еркн уть и з ваш его со зн ан и я все ваш и р ан н и е во сп о м и н ан и я, то и то гд а вы н е б уд ете сч и тать, ч то о н уб и л вас. Н и в каком случ ае зд есь н ет п о тер и ли ч н о го сущ ество ван и я, ко то р ую н ад о о п лаки вать. И н и ко гд а н е б уд ет! 5
Л ат. — ед и н ствен н о е то л ько . — П р и м . п ер ев.
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
93
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
94
Э л ек тр он н ое содер ж ан и е С одер ж ан и е ............................................................................... 5 П р еди сл ов и е к тр еть ем у р усск ом у и здан и ю ...................... 7 П р еди сл ов и е ............................................................................. 9 I. П одход к л асси ч еск ого ф и зи к а к п р едм ету .................... 11 1 . О б щ и й характер и ц ели и сслед о ван и я ............................................... 11 2 . С тати сти ч еская ф и зи ка. О сн о вн о е р азли ч и е в стр уктур е ................ 12 3 . П о д х о д к п р ед м ету у н аи вн о го ф и зи ка.............................................. 13 4 . П о ч ем у атом ы так м алы ? .................................................................... 14 5 . Р аб о та о р ган и зм а тр еб ует со б лю д ен и я то ч н ы х ф и зи ч ески х зако н ов ................................................................................................................... 16 6 . Ф и зи ч ески е зако н ы о сн о ван ы н а атом н о й стати сти ке и п о этом у то лько п р и б ли зи тельн ы .......................................................................... 17 7 . Т о ч н о сть ф и зи ч ески х зако н о в о сн о ван а н а б о льш о м ко ли ч естве уч аствую щ и х ато м о в ............................................................................... 17 8 . П ер вы й п ри м ер (п ар ам агн ети зм ) ....................................................... 18 Р и с. 1. П ар ам агн ети зм ......................................................... 18 9 . В тор о й п р и м ер (б ро ун о вско е д ви ж ен и е, д и ф ф узи я)........................ 19 Р и с. 2. О сед аю щ и й тум ан Р и с. 3. Б ро ун о вско е д ви ж ен и е о сед аю щ ей кап ли ................................................................. 20 Р и с. 4. Д и ф ф узи я (слева н ап р аво ) в р аствор е с н ер авн ом ер н ой ко н ц ен тр ац и ей .......................................... 21 1 0. Т р ети й п ри м ер (п р ед елы то ч н о сти и зм ер ен и я) .............................. 23 1 1. П р ави ло √ n ......................................................................................... 23
II. М ехан и зм н асл едств ен н ости .......................................... 25 1 2. В ы во д ы класси ч еско го ф и зи ка, б уд уч и д алеко н е три ви альн ы м и , о казы ваю тся н евер н ы м и ......................................................................... 25 1 3. Н аслед ствен н ы й ш и ф ровальн ы й ко д (х ром о со м ы )........................ 26 1 4. Р о ст ор ган и зм а п утем клето ч н о го д елен и я (м и то з) ....................... 28 1 5. В м и тозе каж д ая хро м о со м а уд ваи вается ........................................ 29 1 6. Р ед укц и о н н о е д елен и е (м ей о з) и о п лод о твор ен и е (си н гам и я)...... 29 1 7. Г ап ло и д н ы е о со б и ............................................................................. 30 Р и с. 5. С б ли зи вш и еся п о п ар н о хр ом о сом ы в м атер и н ски х клетках п ы льц ы д вух ви д ов ................................................ 31 Р и с. 6. Г о ло д аю щ и е хр ом о со м ы ......................................... 31 Р и с. 7. Х ром осо м ы в со м ати ч ески х клетках м уш ки Drosophila: ............................................................................ 32 Р и с. 8. Ч ер ед ован и е п о ко лен и й .......................................... 33 1 8. З н ач ен и е р ед укц и о н н о го д елен и я .................................................... 33 1 9. К р о сси н говер . Л о кали зац и я сво й ств ............................................... 34 Р и с. 9. К р о сси н го вер . Д ве гом о ло ги ч н ы х хо ром о со м ы в ко н такте (слева), п о сле о б м ен а и р азд елен и я (сп р ава)..... 35 Р и с. 10 . Д вен ад ц ать п ар сб ли зи вш и х ся х ро м о со м в м атер и н ски х клетках п ы льц ы Fritillaria chitralensis. ......... 35 2 0. М акси м альн ы й р азм ер ген а .............................................................. 37 2 1. М алы е ч и сла....................................................................................... 38 Р и с. 11 . П о коящ ееся яд ро клетки слю н н ой ж елезы м уш ки Drosophila melanogaster. ...................................................... 39 2 2. П о стоян ство ....................................................................................... 40
III. М утац и и ............................................................................ 41 2 3. «С кач коо б р азн ы е» м утац и и — п о ле д ей стви я естествен н о го о тб о р а ....................................................................................................... 41 Р и с. 12 . С тати сти ка д ли н ы остей ч и сто сортн о го яч м ен я.42 2 4. О н и д ей стви тельн о р азм н о ж аю тся, то есть о н и п о лн о стью н аслед ую тся ............................................................................................. 43 2 5. Л о кали зац и я. Р ец есси вн о сть и д ом и н ан тн о сть .............................. 44 Р и с. 13 . Г етеро зи го тн ы й м утан т. К р естом о тм еч ен м ути ро вавш и й ген . .............................................................. 44 Р и с. 14 . Н аслед о ван и е м утац и и .......................................... 45 2 6. В вед ен и е н еко тор ы х сп ец и альн ы х тер м и н ов ................................. 46
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
95
Р и с. 15 . Г ом ози го ты й м утан т, п о луч ен н ы й в од н о й ч етверти п о том ства п р и сам о о п ло д о тво р ен и и гетер о зи готн ы х м утан то в (см . р и с. 13 ) и ли п р и скр ещ и ван и и и х м еж д у со б о й ............................................ 46 2 7. В р ед н о е д ей стви е ро д ствен н о го скр ещ и ван и я ............................... 47 2 8. О б щ и е зам еч ан и я ............................................................................... 48 2 9. Н еоб хо д и м о, ч то б ы м утац и и б ы ли р ед ки м со б ы ти ем ................... 49 3 0. М утац и и , вы зван н ы е р ен тген о вски м и луч ам и ............................... 50 3 1. П ервы й зако н . М утац и я — ед и н и ч н о е со б ы ти е ............................. 51 3 2. В то ро й зако н . Л о кали зац и я со б ы ти я ............................................... 51
IV . Д ан н ы е к в ан тов ой м ехан и к и ........................................ 54 3 3. П о стоян ство , н е об ъ ясн и м о е класси ческо й ф и зи кой ..................... 54 3 5. К ван то вая теор и я — д и скр етн ы е со стоян и я — кван то вы е п ер ехо д ы .................................................................................................. 56 3 6. М о лекулы ........................................................................................... 57 3 7. И х усто й чи во сть зави си т о т тем п ер атур ы ...................................... 57 3 9. П ерво е уто ч н ен и е .............................................................................. 59 Р и с. 16 . Д ва и зо м ер а п ро п и ло во го алко голя ..................... 60 Р и с. 17 . П о тен ц и альн ы й б ар ьер 3 м еж д у и зо м ер н ы м и ур о вн ям и 1 и 2 . .................................................................... 61
V. О бсуж ден и е и п р ов ер к а м одел и Д ел ь бр ю к а ............... 62 4 1. О б щ ая карти н а стро ен и я н аслед ствен н о го вещ ества ..................... 62 4 2. У н и кальн о сть это й карти н ы ............................................................. 63 4 3. Н екотор ы е тр ад и ц и о н н ы е заб луж д ен и я .......................................... 63 4 4. Р азли ч н ы е со сто ян и я м атер и и .......................................................... 65 4 5. Р азли ч и е, ко то ро е д ей стви тельн о сущ ествен н о ............................. 65 4 6. А п ер и о д и ч еско е тверд ое тело .......................................................... 66 4 7. Р азн оо б р азн о е со д ер ж ан и е, сж ато е д о м и н и атю р н о го ко д а .......... 66 4 8. С р авн ен и е с ф актам и : степ ен ь усто й ч и во сти ; п рер ы ви сто сть м утац и й .................................................................................................... 67 4 9. У сто й ч и вость ген о в, п рош ед ш и х естествен н ы й о тб ор .................. 68 5 0. И н о гд а м утан ты м ен ее усто й ч и вы ................................................... 69 5 1. Т ем п ер атур а вли яет н а н еусто й ч и вы е ген ы м ен ьш е, ч ем н а усто й ч и вы е ............................................................................................... 69 5 2. К аки м о б разо м р ен тген овско е и злуч ен и е вы зы вает м утац и ю ? .... 70 5 3. И х вли ян и е н е зави си т от сам о п ро и зво льн о й м утаб ельн о сти ....... 71 5 4. О б р ати м ы е м утац и и .......................................................................... 71
VI. У п ор я доч ен н ость , н еуп ор я доч ен н ость и эн тр оп и я .. 72 57. Ж и вая м атер и я и зб егает п ер ехо д а к равн о веси ю ........................... 74 5 8. П и тан и е «о тр и ц ательн ой эн тро п и ей » ............................................. 75 5 9. Ч то тако е эн тро п и я"!......................................................................... 76 6 0. С тати сти ческо е зн ач ен и е эн тро п и и ................................................. 76 61. О р ган и зац и я, п од д ер ж и ваем ая и звлечен и ем «уп о р яд о ч ен н о сти » и з о кр уж аю щ ей ср ед ы ................................................................................. 77
VII. О сн ов ан а л и ж и зн ь н а зак он ах ф и зи к и ? ................... 79 6 2. Д ля о р ган и зм а след ует о ж и д ать н о вы х зако н ов ............................. 79 6 3. О б зо р п о ло ж ен и я в б и оло ги и ........................................................... 79 6 4. О б зо р п о ло ж ен и я в ф и зи ке ............................................................... 80 6 5. П ор ази тельн ы й ко н тр аст .................................................................. 81 6 6. Д ва п ути во зн и кн о вен и я уп о р яд оч ен н о сти ..................................... 82 6 7. Н овы й п ри н ц и п н е ч уж д ф и зи ке ...................................................... 83 6 8. Д ви ж ен и е ч асо в ................................................................................. 84 6 9. Р аб о та ч асо во го м ех ан и зм а в ко н еч н ом сч ете и м еет стати сти ч ески й х ар актер ........................................................................ 85 7 0. Т еор ем а Н ер н ста ................................................................................ 86 7 1. М аятн и ковы е ч асы ф акти ч ески н ахо д ятся п р и н улево й тем п ер атур е .............................................................................................. 86 7 2. С х о д ство м еж д у ч асо вы м м ех ан и зм ом и ор ган и зм ом ................... 87
Э п и л ог. О детер м и н и зм е и св ободе в ол и .......................... 88 Э л ек тр он н ое содер ж ан и е ..................................................... 94
Ш р ед и н гер Э . Ч то тако е ж и зн ь? Ф и зи ч ески й асп ект ж и во й клетки . — М о сква-И ж евск: Н И Ц «Р егуляр н ая и х аоти ч еская д и н ам и ка», 200 2. 92 с.
