Николай Печуркин - Энергия и жизнь

• Название: Энергия и жизнь
• Автор: Николай Печуркин
• Издательство: Наука, сибирское отделение
• Жанр: Биофизика
• Год: 1988

Что движет эволюцию жизни на нашей планете? В каком направлении развивается жизнь? Отчего «процветают» примитивные паразиты? Может ли разум человека влиять на судьбы Вселенной? На эти (и близкие им) вопросы делает попытку ответить автор, развивая энергетический подход к изучению живой природы.

Книга будет интересна для биологов, физиков, химиков, биофизиков, а также всех интересующихся общими вопросами развития.

---

Жизнь на нашей планете развилась как результат ускорения вращения вещества под влиянием накачки энергией со стороны. Фазово-обособленные комочки делали это быстрее гомогенного окружения и победили в отборе на встраивание в круговорот. (В добиогенном этапе прошел отбор на самый энергоемкий и быстрый носитель — воду, на основе которой и развилась жизнь.) Напомним, что ускорение потока вещества в живой природе не просто сопутствующее явление. Во многих реакциях в живых организмах скорости трансформации веществ возросли по сравнению с абиотическим окружением в сотни миллионов — десятки миллиардов раз! К случайностям относить такие события, конечно, нельзя; использовать туманные представления о том, что это нужно для самоорганизации, в данном случае просто не требуется.

Наличие магистрального направления жизни, ее развития в сторону совершенствования энергетики естественным образом ведет к совершенствованию все более сложных информационно-управляющих структур (путь к разуму). Но это не путь их самосовершенствования или саморазвития (по своей или чужой воле), а путь вынужденного развития, встраивания в круговорот. Выживают те структуры, которые способны наиболее быстро перерабатывать информацию, чтобы перераспределять и увеличивать поток энергии, организовывать разнообразнейшие циклы. Напомним данные, определяющие среднюю энергетическую активность среднего млекопитающего — человека. Количество энергии, которую расходует в секунду взрослый человек весом 70 кг, около 100 Дж, т.е. примерно 1,5 Вт/кг. Сравним с удельным излучением Солнца (E = 3,8·1026 Вт; M=2·1030 кг) — это чуть меньше 2·10–4 Вт/кг. Таким образом, удельная энергетическая активность млекопитающего почти в 10 тыс. раз выше, чем у нашего светила. Это тоже не случайно!

И наконец, обратимся к динамике роста энерговооруженности коллективного разума. Современный человек в совей экономике вовлекает в оборот в среднем в 20 раз большее количество энергии, чем показатели основного обмена, приведенные выше. В развитых странах эта величина к началу 70-х годов возросла в 50–100 раз, а обоснованный прогноз говорит о ее удвоении к концу этого столетия. (Это — удельная характеристика; общий поток энергии возрастет в 4 раза, так как численность населения удвоится.) И хотя экспоненциальный рост энергетики человечества не может длиться долго (см. рисунки в гл. 9), не стоит забывать, что мы на пути к управляемому термоядерному синтезу.

Таким образом, общий итог рассмотрения частного случая развития жизни на нашей планете указывает на неизбежность ее возникновения, энергетического совершенствования и развития осознающих себя структур. Каковы необходимые (и, осмелимся сказать, достаточные) условия для ее появления и эволюции? Главное условие — поток энергии, который извне должен непрерывно «возмущать» косное вещество, организуя циклы вещества. Твердотельные или газовые циклы не могут привести к появлению сложных активных структур: в первом случае — из-за слишком сильных, а во втором — из-за слишком слабых связей между взаимодействующими единицами. Оба этих крайних случая могут приводить лишь к упрощению структур, давая два крайних типа: чистый кристалл или гомогенный газ. Молекулы или атомы твердого тела слишком связаны, а газа — слишком независимы друг от друга. Поэтому «популяционного взаимодействия» особей и отбора наиболее приспособленных, частично измененных вариантов здесь ожидать практически невозможно.

Такого рода возможность (отбор и его полезность для всей популяции) реализуется только в промежуточном случае, т.е. в жидкой фазе. Но не обязательно это — вода и не обязательно привязываться к полимерам на углеродной основе, такой «водно-углеродный шовинизм» характерен для субстратного подхода. Возможны, например, варианты с жидким аммиаком и кремниевыми полимерами. Следовательно, близкая нам, т.е. наша субстратная, основа жизни может быть случайной и характерной только для Земли. Не случайным должно быть лишь ускорение циклов вещества и энергетическое (плюс информационное) совершенствование такого же типа, который мы наблюдаем, изучая эволюцию нашей жизни.

Как ни «прискорбно», но приходится осознавать, что субстрат жизни на других планетах с высокой степенью вероятности не похож на наш ни по составу, ни по форме организмов. Но такой вывод можно считать обнадеживающим. Он снимает налет «уникальности» жизни и освобождает от антропоцентризма и других «шовинизмов». Действительно, трудно представить себе нашу исключительность. Напомним, что в нашей Галактике примерно две сотни миллиардов (2·1011) звезд. И где-то в одном из отдаленных спиральных рукавов светит не очень яркая, желтая звезда — Солнце (звезд такого класса в Галактике — миллионы) . Планетные системы при таких звездах, согласно расчетам на современных ЭВМ в США и СССР, должны быть весьма обычным явлением.

Можно ли утверждать, что мы одиноки во Вселенной, потеряны «как иголка в стоге сена», что именно «наша жизнь — уникальное явление» (по И.С. Шкловскому). Эту гипотезу можно защищать, если оставаться на методологических позициях только субстратного подхода с его идеей внутреннего саморазвития и самосовершенствования жизни (грубо говоря: хочу — развиваюсь, хочу — нет).

Субстратно-энергетический подход определяет концепцию «презумпции естественности», и даже более — неизбежности возникновения жизни. Для этого нужно немного: потоки энергии, которые пронизывают в виде излучений (полей) всю Вселенную, и достаточный их уровень, чтобы устроить в скоплениях вещества, в жидких фазах планет «игры» отбора структур, способных наименьшим веществом с высокой скоростью взаимодействовать с этими потоками.

Попробуем оценить число планет, на которых имеются цивилизации с высокоразвитыми (по энергетике) технологиями. Для этого используем широко известную формулу Дрейка в применении к нашей Галактике:

N = n · P1 · P2 · P3 · P4 · t/T.

Здесь n — полное число звезд в Галактике; множители Pi имеют вероятностный характер: P1 — вероятность того, что звезда имеет планетную систему; P2 — вероятность наличия на планете жизни; P3 — вероятность существования разума; P4 — вероятность наличия высокоразвитой технологии, прежде всего по энергетике; t — средняя продолжительность технологической эры; T — возраст Галактики. Определенные численные значения имеют n и T. Для нашей Галактики это 2·1011 звезд и 15·109 лет ее существования. С позиций субстратного подхода вероятностные величины совершенно не определены и, пожалуй, неопределяемы. Особенно не ясно, что такое t — время существования технологической эры, так как предполагается, что цивилизации (как всякие структуры: организмы, виды, государства) должны существовать конечное время. Применение С+Э подхода позволяет существенно уточнить обсуждаемые характеристики.

Прежде всего, для оценки величин P2, P3, P4, вероятностей наличия жизни, разума и развитой технологии соответственно нужно взять довольно высокие цифры. Весь предыдущий анализ показал, что жизнь возникает с неизбежностью и быстро развивается в сторону умощнения энергетики при наличии возмущающих потоков энергии и определенных (не очень узких) условий среды на планете. Если доля звезд с подходящими планетами составляет 1% (т.е. P1 ~ 0,01), то можно положить Pi = 0,1÷1 (где i = 2, 3, 4). Величина 0,1 (или 10%-ная вероятность) явно занижена, но не будем фаталистами. Тогда число развитых цивилизаций будет

N = 2 · 1011 · 10–2 (0,1÷1) (0,1÷1) (0,1÷1) t/T.

Оценим время существования технологически развитой цивилизации. Совершенно не требуется, чтобы она отмирала со временем. С позиций субстратно-энергетического подхода это — нонсенс! Не особая структура государства, не отдельный этнос определяют технологию: от палеолита, рабовладельческого строя и далее энергетика цивилизаций росла, несмотря на смены ее конкретных носителей, народов и государств. Факел энергетики разгорался со временем все ярче, хотя иногда и потрескивал и помигивал. Поэтому энергетическая технология не имеет тенденций к отмиранию, напротив, она только совершенствуется — того требует С+Э подход к изучению эволюции на нашей планете. Технически развитая цивилизация, таким образом, никак не обречена. Время ее существования зависит только от продолжительности ее зарождения и развития. Для нашей планеты оно составляет 4 млрд лет. Округляя в «худшую» сторону, время задержки можно положить в среднем равным половине T, т.е. 7–8 млрд лет. («Ухудшение» действительно явное, если не забывать, что планета наша и светило заметно периферийны) Таким образом, отношение t/T будет равно примерно половине единицы. Теперь найдем и границы числа возможных развитых цивилизаций: