Представим себе фантастическую ситуацию. Пусть нам дали для исследования экземпляр какого-нибудь инопланетного существа и ничего не сообщили об условиях его обитания. Заметим, что данная ситуация не так уж далека от той, с которой имеет дело современный палеонтолог. Только он обычно располагает лишь отпечатком животного на камне. Развивая фантазию, предположим, что для исследования инопланетных существ можно пользоваться только хирургическим инструментарием и световым микроскопом. Тем самым мы имитируем условия работы биологов вплоть до середины XX века. В результате проведенного исследования будет получена информация о внешней морфологии животного, а также о его анатомии, гистологии и цитологии. Сначала мы изучим форму тела и покровы животного, выделим некоторые обособленные образования и условно назовем их наружными органами, после чего начнем гадать о их назначении.
Если форма тела окажется близкой к шару, то мы предположим, что организм обитает в какой-то сплошной среде, скорее всего, в воде. Если из тела будут торчать какие-нибудь выросты, то проинтерпретируем их как органы движения или добычи пищи. Ну а если найдутся два отверстия, то одно из них, конечно, объявим ротовым, а другое — анальным. Вскрыв иносущество, мы, вероятно, найдем в нем более или менее обособленные структуры — внутренние органы. Они могут выглядеть или как сплошные, компактные образования, или как длинные трубки, или как плоские складки и т. д. Разрезав эти органы, мы, почти наверняка, выявим в каждом из них определенным образом расположенные детали. Наконец, с помощью микроскопа мы, конечно, откроем еще более тонкие подробности, для описания которых потребуются новые образы и сравнения. Главная цель нашего исследования будет заключаться в том, чтобы выяснить, как все это работает. Но добьемся ли мы разрешения этой задачи? Представьте на момент Аристотеля, ломающего голову над устройством телевизора!
Совершенно очевидно, что главную задачу мы не решим, но можно не сомневаться, что будет создана новая наука, какая-нибудь инобиология, и сотни энтузиастов примутся препарировать, классифицировать и описывать на всех уровнях — от морфологического до молекулярного — устройство этих организмов. И тогда выяснится, что для описания одних требуется много слов (для терминов, сравнений и образов), а для других — мало.
Предположим, нам попался иноорганизм, представляющий собой просто шар, заполненный каким-то однородным мелкозернистым материалом. Ясно, что для его описания будет использовано мало слов. Другое дело, если организм имеет вид какого-нибудь усеченного конуса с торчащими во все стороны суставчатыми придатками разной величины и формы. А после его вскрытия обнаружится множество внутренних органов, также состоящих из разнообразных частей. Понятно, что для описания такого существа потребуется много слов. Инобиологи наверняка бы сказали, что второй организм гораздо сложнее первого. Не приходится сомневаться, что в результате такого анализа возникла бы теория, по которой сложные организмы имеют более высокую организацию. И все это при полном отсутствии какой-либо информации о функциональном назначении изученных структур!
Имела бы эта теория научную ценность? Трудно сказать. Ведь представление о высоте организации в данном случае должно было возникнуть на основании выявляемых с помощью зрения (пусть даже усиленного электронным микроскопом) неоднородностей. А можем мы различать лишь геометрические структуры, объединяемые в образования более высокого порядка. Если нам удастся выявить такую иерархию структур, то мы найдем и принцип оценки высоты организации. Чем больше ступеней окажется в такой иерархической лестнице, тем выше будет уровень организации. Иерархический принцип устройства структур, по-видимому, имеет универсальное распространение (если, конечно, он не является имманентным свойством нашего сознания). Земля, Солнечная система, Галактика, Метагалактика — все это тоже ступени иерархической лестницы.
Средняя плотность вещества во Вселенной столь мала, что существование макротел возможно лишь за счет сил притяжения между их элементами. За подавляющее большинство свойств биологических объектов ответственно электромагнитное взаимодействие. Здесь особо следует выделить один тип такого взаимодействия между органическими молекулами, прежде всего между информационными макромолекулами. Он получил наименование молекулярного узнавания и лежит в основе всех фундаментальных биологических процессов, таких как ферментный катализ, регуляция генной активности, межклеточные взаимодействия и т. д. Уникальное распределение электронных плотностей вдоль молекулы белка способно обеспечить узнавание ею фактически любой другой молекулы (в том числе и такой же, как она сама). Все это открывает путь к последовательному укрупнению молекулярных комплексов. Энергия, освобождающаяся при межмолекулярном взаимодействии, может быть использована для образования или разрыва химических связей, т. е. для осуществления химических реакций. Продукты таких реакций могут быть «узнаны» другими молекулами.
Усложнение гомологичных структур
Сравнивая организмы, принадлежащие систематически близким видам, легко обнаружить большое сходство во взаимном расположении и строении многих органов. Такие органы, несколько преобразованные в ходе эволюции, называются гомологичными. Например, все млекопитающие обладают головным мозгом, четырьмя конечностями, сердцем, легкими и т. д. Это сходство объясняется единством происхождения сравниваемых видов. Органы, унаследованные от вида-предка, со временем изменялись, хотя, как правило, эти изменения касались лишь величины и формы, не нарушая основного плана взаимного расположения гомологичных частей.
Гомологичные структуры, в которых можно выделить повторяющиеся элементы, допускают ранжировку по числу таких элементов. Ярким примером здесь могут служить ряды одномерных структур — линий, различающихся числом изгибов. Таковы знаменитые лопастные линии аммоноидей, вымершей группы головоногих моллюсков, которыми кишели моря и океаны в течение примерно 300 миллионов лет. В этих линиях обычно удается выявить целую иерархию изгибов (рис. 3). На изгибы первого порядка (как обертоны на волны) накладываются изгибы второго порядка, те же, в свою очередь, могут быть деформированы изгибами третьего порядка и т. д. Следовательно, каждому изгибу первого порядка соответствует серия изгибов более высоких порядков. Такая система позволяет ввести формализацию. Формулы лопастных линий основаны на том, что каждому изгибу самого высокого порядка приписывается его место в иерархии изгибов. Буквенные символы в формуле обозначают первичные изгибы, а цифровые индексы — уровень в иерархии. Чем большим числом изгибов обладает лопастная линия, тем, по мнению палеонтологов, выше ее сложность, поскольку тем больше символов приходится вводить в ее формулу.
Рис. 3. Усложнение одномерных структур на примере лопастной линии аммоноидей разных геологических периодов.
а — в — девон; г — карбон; д — пермь; е — юра; ж — мел.
Прекрасным примером усложнения двухмерной структуры могут служить легкие позвоночных (рис. 4, Б). У хвостатых амфибий они представляют собой пару гладкостенных мешков, хотя у ряда видов данной группы земноводных поверхность этих мешков может быть увеличена за счет крупноячеистой сети перекладин. У бесхвостых амфибий такие ячеи подразделяются системой вторичных перекладин на более мелкие ячейки — легочные пузыри. У многих рептилий появляются куда более мощные ячеистые перегородки, выступающие в глубь легочных мешков. От этих перегородок могут отходить перегородки второго порядка. В итоге, легкое приобретает губчатое строение, занимая весь объем бывшего мешка. Очевидно, что усложнение легких связано с увеличением их газообменной поверхности. Параллельно идет усложнение системы трубок — трахей и бронхов, проводящих воздух.
