Пространство и время для живых организмов

Рассмотрим представления пространства и времени применительно к жизни организмов. Роль пространства для живого организма не ограничивается только желанием живого завоевать его, расширить свои возможности, получить дополнительную энергию. С точки зрения статистической физики расширение объема занимаемого системой пространства связано с увеличением числа возможных состояний, т.е. увеличением энергии системы для своего развития. Для жизни нужна энергия! В биологии это называется поисковой активностью живых организмов и свойственно человеку с его желанием реализовать свои способности в пространстве и времени. Как мы увидим дальше, в мире молекулярной биологии для молекул ДНК и РНК очень важно изменение пространственной конфигурации. Цепи этих молекул трехмерны, и это позволяет им выполнять свои функции. В этом смысле пространство оказывается важным участником действия, в том числе и на молекулярной «сцене» жизни.

Важным моментом развития живых организмов на определенном этапе эволюции явилось отделение их от окружающей среды, создание границы, поверхности раздела между живой и внешней неорганической средой. Эту обособленность можно рассматривать как один из признаков самоорганизации, приводящей к определенной устойчивости живых организмов, выделяя их из окружающей среды. Тем самым возникли дискретности биологических образований и процессов, происходящих на границе поверхности, для решения которых можно использовать физические представления. Напомним, что в квантовой физике дискретность связана с принципом неопределенности соотношением

.

Процессы, происходящие на поверхности или, в общем смысле, на границах, идут с большей интенсивностью, чем внутри системы. Это можно связать с «экспансией» живого в пространстве — развитие его идет быстрее на границах. Наверное, неслучайно человек селился на опушке леса, берегу моря, реки, около обрывов в горах и т.д., там, где были природные границы биогеоценозов. В социуме это проявляется в ускоренных темпах развития на периферии (освоение новых земель, завоевание Сибири, возрождение России из регионов и т.д.).

С энергетической точки зрения подтверждается биологический принцип: живое борется за реальное пространство — стремится расширить власть своего существования. Есть ли здесь противоречие? По-видимому, нет, поскольку живое «борется» в целом за энергию, структурируя ее затем на полезную для себя, свободную энергию и ненужную, связанную энергию — положительную энтропию. В этом суть биоэнергетической направленности эволюции живых организмов, в ходе которой должно происходить повышение энергии жизнедеятельности, в частности животных, что значительно увеличивает преимущество более энергетичных особей в борьбе за жизнь, в освоении новых территорий и приспособлении к разнообразной окружающей среде. В биологии, как уже отмечалось, такой процесс называется поисковой активностью, и относится и к человеку, расширяющему свои возможности. Живое стремится получить энергию и за счет этого сохранить себя. В этом проявляется его целевая функция и в этом же направленность его развития.

Для живой природы характерна также специфика пространства, связанная с асимметрией вещества организма. Асимметрия приводит к резкому неравенству направлений в пространстве, выделению в пространстве того направления, которое энергетически выгодно или целесообразно. Но поскольку применительно ко многим явлениям мы говорим о едином пространстве—времени, то применительно к живому организму, по-видимому, в связи с асимметричностью пространства можно считать, что и время в живом течет по-другому, чем «объективное» время вне него.

На возможность возникновения для сложной системы внутреннего времени обращал внимание и И.Р. Пригожин: в случае самоорганизации каждая такая система координирует свой внутренние процессы в соответствии с собственным временем. Пригожин назвал это релятивизмом системного времени и отмечал, что, как только формируется диссипативная структура, однородность пространства и времени нарушается. Более того, он считал, что живые системы наделены способностью ощущать направление времени. Эту направленность времени отмечает также психология. Мы помним прошлое, но не помним будущего!

Наряду с линейным восприятием времени у человека возникает психологическое ощущение хода времени, обусловленное в том числе его внутренней организацией. Такое представление называют биологическим временем, или биологическими часами. Биологические часы отражают ритмический характер процессов в живом организме в виде его реакции на ритмы природы и в целом всей Вселенной. Появление биологического времени, своего для каждой живой системы, обусловлено синхронизацией биохимических процессов в организме.

Поскольку живой организм является иерархической системой, то он должен соразмерять ее функционирование с синхронизацией всех подуровней и подсистем не только во времени, но и в биологическом пространстве. Такая синхронизация связана с наличием биоритмов в системе. Чем сложнее система, тем больше у нее биоритмов. Американский кибернетик Н. Винер (1894—1964) считал, что «именно ритмы головного мозга объясняют нашу способность чувствовать время».

Большинство физиологических процессов роста, развития, движения и обмена веществ в клетках подвержено ритмическим изменениям, обусловленным суточным (циркадным) ритмом внешней среды. Так, у растений хорошо известны ритмические циклы закрытия цветков и опускания листьев в ночное время и раскрытия их в дневное время. Однако это не всегда связано только с внешним воздействием света. Российский биофизик С.Э. Шноль приводит любопытный пример с фасолью Мэрана, листья которой опускались и поднимались вечером и утром, даже если она находилась в полностью темной комнате. Листья как бы «чувствовали» время и определяли его своими внутренними физиологическими часами. Обычно растения определяют длительность дня по переходу пигмента фитохрома из одной формы в другую при изменении спектрального состава солнечного света. «Закатное» солнце «красное» из-за того, что длинноволновый красный свет рассеивается меньше, чем синий. В этом закатном или сумеречном свете много красного и инфракрасного излучений, и растения (а может быть, и животные) это чувствуют.

Человек, изучающий мир, сам является структурой, изменяющейся во времени, и для него представления о прошлом и будущем существенно разные. В прошлом время выступает как обобщенная координата, а в будущем оно обладает свойствами, зависящими от того, как мы и другие объекты ведем себя в настоящем. Если прошлое определено, то будущее сложных систем известно не полностью. Как сказал социолог И.В. Бестужев-Лада, «прошлое можно знать, но нельзя изменить, а будущее можно изменить, но нельзя знать». Чем сложнее структура, тем большее число возможных состояний она может принимать в будущие моменты времени. В этом неоднозначность времени. Кроме того, время для индивидуальной особи, для ее вида, рода, класса и т.д. различно (масштаб времени). Для человека оно меньше, для человечества — больше. «Чувство времени» для живого организма всегда субъективно: быстро, когда человек увлечен, медленно — в безделье.

Эти различные формы времени и его воздействия на особенности жизни и поведения человека должны проявляться в его облике и остальных его свойствах и качествах. Во многих психологических исследованиях однозначно было показано, что в зависимости от функционального состояния человека его собственное субъективное время течет по-разному. Известный летчик—испытатель М. Галлай описывает случай исследования явления флаттера во время полета самолета. Летчик оценил продолжительность своих действий до разрушения самолета и катапультирования в 50—55 с. Однако когда был расшифрован «черный ящик», оказалось, что прошло всего 7 секунд, т.е. для самого пилота время замедлилось в 7 раз! Отметим, что для отдельного человека время выступает не в качестве независимой объективной переменной (астрономическое время), а наоборот, в роли параметра, зависимого от состояния человека. Человеку трудно воспринимать (и ощущать!) время как таковое (в некотором смысле оно для него абстрактное понятие). Для живых организмов течение абсолютного времени лишено реальности. Мы воспринимаем не время, а происходящие в течение его процессы и изменения, в том числе оцениваем и последовательность событий.

Эталоном времени для человека часто служит его собственное внутреннее время. Собственное время ощущают, например, буддийские монахи, длительно пребывающие в темных пещерах, в одиночестве, без астрономических и обычных земных датчиков времени. Исследования психологов показывают, что в таких случаях люди начинают жить именно в своем времени, и если бы это продолжалось достаточно долго, они могли бы создать свою собственную историческую хронологию.

Исследование и моделирование физиологического времени должно быть, вероятно, связано со становлением новой событийно ориентированной биоритмологии, где учитываются физиологическая сущность того, что является событием для живого организма, и его собственные ритмические закономерности. Наш физиологический возраст не зависит от того, сколько восходов и заходов Солнца мы видели на протяжении своей жизни. Интенсивность жизненных процессов связана с внутренним временем, биологическими часами. Ими управляются также такие процессы, как объем клеточного ядра, частота делений клеток, интенсивность фотосинтеза и клеточного дыхания, активность биохимических процессов и т.д. Предполагается, что это биологическое время может течь по-разному, неравномерно, если его сравнивать с физическим (астрономическим) временем. Однако заметим, что до настоящего времени экспериментально такая неравномерность времени в целом во Вселенной не обнаружена.

Синхронизированный общий биоритм организма может не совпадать с ритмом астрономического времени. В молодом возрасте у организма циклы чаще, и психологически кажется, что астрономическое время тянется медленнее, а в старости биологическое время идет медленнее и поэтому кажется, что астрономическое время идет быстрее. Теперь понятно, почему время для ребенка и старого человека течет по-разному. У первого оно медленнее, у второго — быстрее. Ощущение человеком времени связано с эмоциональной окраской событий, в нем происходящих. Поэтому-то в детстве, когда эмоции сильнее, события кажутся более длительными. Боль удлиняет время, счастье — укорачивает («счастливые часов не наблюдают»). Возникает некий конфликт между физическим и биологическим временем. Говорят же, что женщине столько лет, на сколько она выглядит; а для здорового человека не важно, сколько ему лет, важно — как и на сколько лет он себя чувствует. Все — индивидуально!

В целом здоровье организма определяется состоянием и количеством его элементарных «атомов» — клеток. Скорость эволюции клеток, их рост и отмирание будут определять время жизни организма. В молодости скорость возобновления клеток высокая; в старости она замедляется, производная по времени от числа новых клеток меньше нуля, как говорят физики. Жизнь характеризуется интенсивностью обновления клеток, а при старении замедляется биологическое время, запрограммированное самой эволюцией жизни. Продолжительность жизни клеток определяется числом их делений, специфичным для каждого вида. Для живых организмов имеются экспериментальные подтверждения, что скорость деления клетки, задаваемая биоритмами, вначале растет, по мере развития организма достигает максимального значения и затем уменьшается, вплоть до нуля при естественной смерти организма. Клетки и органы ведут отсчет времени, согласуясь с программой, заложенной в геноме.