Эрвин Бауэр: Принцип устойчивого неравновесия

В книге Гурвича Теория биологического поля упоминался принцип устойчивого неравновесия Эрвина Бауэра. Мне показалось, что этот принцип можно считать предшественником концепции динамической кинетической стабильности, предложенной в книге Адди Проса Что такое жизнь. Поэтому я решил познакомиться более подробно с идеями Бауэра.

Книга Эрвин Бауэр Теоретическая биология вышла в 1935 году. В 1937 году Бауэр с женой были арестованы и далее растреляны. Причина репресий, по всей видимости, не была связана с научной работой. Тем не менее, вызывает восхищение, что Гурвич упоминул о книге Бауэра в 1944 году. Не каждый решился бы на такое.

Принципу устойчивого неравновесия в книге Баэура посвящена первая глава, которая называется Принцип устойчивого неравновесия. Ниже идет краткий конспект этой главы. В целом должен сказать, что книга пронизана идеями диалектического материализма.

Глава начинается с констатации факта, что биологи знают, что такое живое, но никак не могут сформулировать в явном виде, чем же живое отличается от неживого (ситуация в этом отношении в биологии не изменилась). Бауэр выражает оптимизм, что можно найти принципы, которые четко описывают данное отличие.

Изменение состояния живых систем при постоянных внешних условиях

Вводится первое требование к живым системам:

‘Если при существующих условиях без изменения окружающей среды система не должна находиться в полном покое, если в ней могут происходить изменения «самопроизвольно», то это означает, что в системе должны находиться такие скопления энергий, которые при господствующих в системе условиях и при неизменных условиях окружающей среды могут разряжаться. В системе должны существовать такие разности потенциала, которые помимо внешнего содействия, следовательно, без изменения окружающей среды, или, что то же, без внешнего воздействия на систему могут разряжаться, т.е. выравниваться, причем освобождающаяся при этом выравнивании, при этом разряжении энергия может проявиться различным способом, будь то механическая работа или образование тепла, электрической энергии и т.д. В чем должна проявить себя освобождающаяся при этом энергия, в какой работе, – в этом отношении мы не ставим пока никаких требований.’

Констатируется, что данное условие недостаточно, поскольку в него также попадают машины.

Изменение состояния при изменении внешних условий

Вводится активность живых систем, поведение организма не сводится просто к реакции на изменение внешних условий:

‘Это «активное» противодействие на воздействующие внешние силы и изменения состояния окружающей среды, которого мы требуем от материальной системы для того, чтобы обозначить ее как живую, имеет, как мы видели на примерах, необходимой предпосылкой то, что в самой системе во время внешних изменений состояния происходят такие изменения, которые не являются одним только следствием изменений состояния окружающей среды и существующих при действии сил первоначальных условий.’

Опять говорится, что можно себе представить машины, которые будут удовлетворять этому требования. Роботов во времена Бауэра еще не было, но его примеры напоминают в определенной степени примитивных роботов.

Раздражимость, возбудимость

В разделе вводится и обсуждаются такие свойства живых организмов как раздражимость и возбудимость.

‘Под «раздражимостью» или «возбудимостью» в общем обозначается то свойство живых организмов, в силу которых они на изменения состояния окружающей среды, т.е. на внешние воздействия, отвечают изменениями состояния, т.е. процессами, которые трудно вывести из внешнего воздействия так называемого раздражения; действие не соответствует силе внешнего воздействия – незначительные воздействия разрешаются интенсивными процессами: очень часто отсутствует также и соотношение в месте: «раздражение» действует на одном месте, а процесс, обусловленный им, происходит в совершенно другом месте организма. Следовательно, понятия: «раздражимость» и «возбудимость» относятся к тем понятиям, которые были созданы для того, чтобы выделить и характеризовать особое поведение живых систем по отношению к внешним воздействиям.’

Бауэр приводит примеры из неживой материи, которые также можно охарактиризовать как раздражимость и возбудимость, и далее ищет отличия между живым и неживых в рамках этих понятий. Приводимые им цитаты показывают желание ряда биологов того времени описать организм как механизм. Бауэр с ними не согласен.

Отмечу, что аргументы Баэура по поводу отличия раздражимости и возбудимости в живых организмах и неживых объектах явно не удастся распространить на современные роботы. Чтобы последние не попали в разряд живых следует переработать аргументацию (непонятно, возможно ли такое в принципе).

Род и направление изменений состояния живой системы в зависимости от состояния и изменений окружающей среды

Центральный раздел главы. В нем Бауэр формулирует принцип стабильного неравновесия. Вначале приведу основные высказываения:

‘Мы утверждаем, что материальные системы, обозначенные нами как живые, и в этом отношении обладают характерным свойством, и мы называем живыми только такие системы, которые этим свойством обладают. Это свойство мы сформулируем следующим образом: чтобы обозначить систему живой, мы требуем от нее, чтобы она затрачивала свою работоспособность, т.е. свою свободную энергию, которой она обладает при неизмененной окружающей среде, всегда на такую работу, которая приводит при данной окружающей среде к изменениям в условиях системы, повышающим ее работоспособность. Иначе говоря в системе должны существовать приспособления, способствующие тому, чтобы работоспособность системы и при неизменной окружающей среде всегда затрачивалась на такие работы, которые повышают работоспособность самой системы. Короче, работоспособность должна быть использована в интересах собственной работоспособности.’

‘Выраженное в кратце наше третье требование, следовательно, говорит: работа живых систем при всякой окружающей среде направлена против равновесия, которое должно было бы наступить при данной окружающей среде при данном первоначальном состоянии системы.’

‘Мы получим тогда всеобщий закон биологии, который гласит: «все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях».’

Глава построена таким образом. На примере из термодинамики демонстрируется использование работы в интересах собственной работоспособности (первая цитата). Далее показывается ограниченность данного примера из неживой материи и следует обобщение (вторая цитата), возводимое в рамки всеобщего закона биологии (третья цитата).

В завершении раздела приводится уравнение, которое по мнению Бауэра, позволяет выразить отличие живого от неживого в количественной форме:

‘Из этого следует, что свободная энергия у изотермически замкнутой живой системы при наступлении равновесия будет меньше, чем у неживой системы, хотя у обеих вначале сумма разностей потенциалов, выраженная в абсолютных величинах, была бы одна и та же.’

 F' - F = \sum_{i=0}^n X_i \frac{\Delta x_i}{\Delta t} \Delta t - \sum_{i=0}^n X'_i \frac{\Delta x'_i}{\Delta t} \Delta t \,

Должен сказать, что эту часть раздела я не смог понять. В книге Бауэр в целом показывает неплохое знание термодинамики (что не характерно для биолога), но многие его рассуждения успользают от понимания.

Об отношениях к динамическому равновесию, к принципу Лешателье и о значении структуры живых систем

В последнем разделе первой главы показывается отличие принципа стабильного неравновесия от динамического равновесия и принципа Ле Шателье.

В заключение пара комментариев с моей стороны. Мне понравился термин стабильное неравновесие. Идея Бауэра явно коррелирует с принципом динамической кинетической стабильности Просса, хотя два автора решают разные задачи. Бауэр хочет сформулировать отличие жизни от неживой материи, в то время как Просс хочет сформулировать общий принцип, справедливый как для живой, так и неживой материи. Разница появляется, поскольку исходно решаются разные задачи. Бауэр хочет найти принципиальное отличие живого от неживого и, таким образом, отделить биологию от химии. Просс же рассматривает возникновение жизни и на этом пути у него биология сводится к репликативной химии (системной химии).

Сравнение подходов Бауэра и Просса, по-моему, крайне поучительно. С одной стороны, биологи хотят заниматься фундаментальной наукой (биология не сводится к химии), с другой, биологи обычно подразумевают, что жизнь возникла из неживой материи. Похоже, что без магии объединить эти две задачи вряд ли получится.

Пожалуй, еще отмечу, что в книге Бауэра есть много рассуждений о работе, совершаемой организмом. В книге Терренса Дикона Неполная природа работе также уделяется большое значение, при этом значение работы обобщается в рамках иерархии возникновения. Было бы интересно более детально сравнить термин работа у Бауэра с таковым у Дикона.

Информация о Эрвине Бауэре

Розанова И. Е., Трефилова О. А., Розанов И. А., Эрвин Симонович Бауэр биолог, теоретик, педагог // Лечебное дело. 2010. №4.
http://cyberleninka.ru/article/n/ervin-simonovich-bauer-biolog-teoretik-pedagog

Шноль С. Э. Эрвин Бауэр и теоретическая биология. Природа, 1990, № 12.
http://www.ihst.ru/projects/sohist/papers/priroda/1990/12/78-84.pdf

О Эрвине Бауэре на английском языке (я взял рисунок уравнения с этой странички)
http://www.eoht.info/page/Erwin+Bauer

См. также

Адди Просс: Что такое жизнь?

Терренс Дикон: Фантасмагория возникаемости

Обсуждение

http://evgeniirudnyi.livejournal.com/126847.html


Comments are closed.