«Физико-химические факторы биологической эволюции (1979)»

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ИНСТИТУТ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

с. э. шноль

ХИМИЧЕСКИЕ

БИОЛОГИЧЕСКОЙ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА» МОСКВА 1979

Физико-химические факторы биологической эволюции. Ш н о л ь С. Э.

М., 1979, 263 с.

Рассмотрены физико-химические факторы биологической эволюции, при­водящие к возникновению ферментов, аппаратов перемещения в про­странстве, систем обеспечения энергией, внутриклеточных структур, кле­ток, нервной системы. Книга представляет интерес для широкого круга читателей — биологов, физиков, химиков, философов.

Табл. 11, ил. 34, библиогр. 474 назв.

Ответственные редакторы

академик Г. М. ФРАНК, член-корр. АН СССР Г. Р. ИВАНИЦКИЙ

21005—125 2001040000 © Издтельство «Наука*, 1979 г.

055(02)—79

ПРЕДИСЛОВИЕ (ОТВЕТСТВЕННОГО РЕДАКТОРА

В наше время замечательных достижений в биологии поток но­вых фактов буквально заливает литературу. Быстро изменяются представления о биофизических и биохимических основах явле­ний жизни. В такой ситуации понятно стремление оглядеться, по­пытаться представить себе, в какой мере классические основы биологии сочетаются с новыми данными.

Такую попытку и представляет собой книга С. Э. Шноля. Ав­тор исследует в ней возможность дедуктивного метода в совре­менной биологии. С этой целью он прослеживает возможный путь эволюционного становления основных биофизических, биохими­ческих и физиологических свойств живых организмов, а затем кратко рассматривает данные о тех же явлениях, полученные в результате достижений современной науки. Такой подход, инте­ресный сам по себе, позволяет обратить внимание читателя на некоторые узловые вопросы биофизики и биохимии, еще ожи­дающие своего решения.

Конечно же, не во всех своих разделах анализ автора доста­точно последователен и совершенен. Однако основная ценность этой книги — опыт единого в сущности подхода к явлениям жиз­ни на всех этапах биологической эволюции. Автор справедливо подчеркивает, что единственной общебиологической теорией яв­ляется дарвинизм. Его попытка соединения дарвинизма с совре­менными достижениями биофизики, биохимии, молекулярной биологии в значительной мере есть следствие появления более 50 лет назад классической работы А. И. Опарина «О происхож­дении жизни».

Книга С. Э. Шноля выходит в свет в период повышенного ин­тереса к проблемам биологической эволюции. Широкую извест­ность, в частности, получила недавняя работа М. Эйгена (1973) «Саморегуляция материи и эволюция биологических макромоле­кул». Следует отметить, что обе эти работы удачно дополняют друг друга.

М. Эйген сэсредоточил свое внимание в основном на выведе­нии уравнений, связывающих скорость размножения биологиче­ских макромолекул данного вида со скоростью и качеством их репликации и гибели.

С. Э. Шноль использует введенное им понятие «кинетическое совершенство» для анализа не только самых начальных, но и по­следующих этапов эволюции. Примененный им метод («принцип предельного совершенства на каждом этапе эволюционного пу­ти») аналогичен популярному в физике и математике методу предельного перехода.

Следует отметить также, что рассмотрение даже самых серь­езных вопросов С. Э. Шноль проводит живо, хорошим литератур­ным языком, не опасаясь местами патетики и даже юмора. Это — хорошо, поскольку показывает до некоторой степени читателк> живую атмосферу научного поиска.

В целом можно рекомендовать эту книгу читателю, интере­сующемуся проблемами общей биологии, биохимии и биофизики, во всяком случае как источник вопросов, побуждающих думать над их возможными решениями

22 ноября 1973 г.

{Академик Г. М. Франк

Высшим долгом физиков является поиск тех общих элементарных законов, из которых пу­тем чистой дедукции можно получить картину мира.

А. Эйнштейн. Физика и реальность.

Мы унаследовали от наших предков острое стремление к цельному, всеобъемлющему зна­нию. Само название высших институтов позна­ния— университеты — напоминает нам, что с давних пор и на протяжении многих столетий универсальный характер знаний — единствен­ное, к чему может быть полное доверие...

Э. Шредингер. Что такое жизнь?

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА

Широко распространено убеждение в первенствующей роли био­логии среди других наук во второй половине XX в. Мысль эта наиболее четко высказывалась физиками (Жолио Кюри, Бер­нал). Многие выдающиеся физики стали в той или иной форме заниматься биологией и многие внесли в биологию значительный непосредственный вклад (Гамов, Крик, Полинг, Сциллард, Дель­брюк и др.). В высказываниях физиков и в устремлении физиков в биологию проявилась связь наук — то, что наука о природе едина и лишь в человеческом сознании, в силу «невозможности объять необъятное», а также в результате стремления к последо­вательности и к систематизации знаний она разделена на мате­матику, физику, биологию и др.

Однако дело не только в этом. Именно в физике в начале на­шего века произошла общеизвестная революция — были созданы теория относительности и «вантовая механика.

Бурный расцвет новой физики, когда принципиально важные открытия следовали одно за другим с драматической быстротой и приводили к важнейшим теоретическим и практическим резуль­татам, документирован и описан в ряде книг.

Естественно, что именно физики, только недавно пережившие революцию в своей науке, знающие «как это делается», обрати­лись к биологии, где все, как казалось, предвещало аналогичные события.

Их ожидания оправдались. В биологии в самом деле про­изошла революция, и она действительно явилась результатом прогресса физико-химического направления в биологических ис^ следованиях.

Принято датировать начало революции в биологии 1953 г., когда была опубликована статья Уотсона и Крика о строении ДНК- За прошедшие 20—25 лет преобразились наши знания омолекулярных механизмах наследственности, изменчивости, пре­вращениях энергии в клетке, о механизме биосинтеза основных компонентов протоплазмы — белков, нуклеиновых кислот, липи­дов, полисахаридов.

Возникла новая наука — молекулярная биология. Но револю­ция в биологии отнюдь не началась статьей Уотсона и Крика. Это было лишь закономерное продолжение открытий Дарвина, Мен­деля, Моргана, лишь закономерное развитие действительно фун­даментальной и революционной идеи XX в. — идеи матричного механизма репликации молекул биополимеров, принадлежащей Н. К- Кольцову. Устремление физиков и физики в биологию дей­ствительно оказало большое влияние на темп революционных со­бытий в биологии. Дело не только в проникновении в биологию методов физического и химического исследований. Физика влия­ет на биологию своим примером, стилем работы, методологией мышления. Именно в физике особо плодотворной оказалась теория. Теоретическая физика замечательна своим ярко вы­раженным дедуктивным характером, тем, что она является не столько обобщением фактов, сколько развитием исходных общих положений. Триумфы современной физики — это эксперимен­тальное подтверждение предсказаний теории. Получение основ­ных положений какой-либо науки из общих соображений — необ­ходимая завершающая стадия развития мысли в данном направ­лении. И здесь теоретическая биология сильно отстает от теоретической физики.

Фундаментом современной теоретической биологии служит дарвинизм. Однако после упомянутых физико-химических, «мо­лекулярных» потрясений, после создания «молекулярной биоло­гии» стала ясной недостаточная развитость теоретической биоло­гии. Необходима такая теория биологии, в которой соединены классический эволюционный и новый молекулярный подходы. Возможно по аналогии с физикой и разделение теоретической биологии на макро- и микротеории, однако истинная теория должна быть единой и всеобъемлющей.

Эта предлагаемая вниманию читателя книга — результат убеждения в том, что время для теоретического соединения мо­лекулярной биологии и дарвинизма наступило. Необходимо пы­таться получить основные закономерности биологии из общих соображений, построить теорию, позволяющую предсказывать как динамику и траектории эволюционного процесса, так и мо­лекулярные механизмы, функционирующие в биологических си­стемах. Весьма заманчиво получить такие предсказания, а потом посредством эксперимента или обобщения ранее найденных дан­ных сопоставить предсказанное с действительностью. Так биоло­гия приблизится к физике в самом главном—в методе научного познания.

Пытаясь рассмотреть биологические закономерности с единых позиций, я прослеживаю далее физические и физико-химическиеусловия начала биологической эволюции и основные критерии естественного отбора в системах полимерных молекул, для кото­рых характерно матричное воспроизведение. При таком исследо­вании критериями отбора служат физические и физико-химиче­ские свойства макромолекул и их комплексов.

Более того, весь процесс биологической эволюции от первич­ных матричных молекул до высоко совершенных животных и рас­тений можно рассматривать как последовательное, поочередное действие различных физических и физико-химических критериев естественного отбора, т. е. последовательное «включение» раз­личных факторов эволюции.