Сущность виртуальности. От конструкта к онтологическому статусу (Виртуальность мира и миры виртуальных реальностей)

ОЖИВЛЕНИЕ КОСНОЙ МАТЕРИИ. ЖИЗНЬ. Вселенной 13,8 млрд. лет, галактике «Млечный путь» – 13 млрд. лет. Возраст Солнца 4,6 млрд. лет, возраст планеты Земля около 4,5 млрд. лет. Жизнь на ней зародилась не позднее 3,7 млрд. лет. В первичной атмосфере не было кислорода, но были водяные пары, водород, углекислый газ, сера, азот и температура тропиков. Появление жизни относят ко времени самого первого охлаждения планеты Земля с условиями «подходящих» температур для набора комплексов группирующихся веществ. Жизнь «пряталась» в квантовой неопределенности и «готовила» себя в химическом предклеточном состоянии, дожидаясь «подходящей» обстановки для своего самовозникновения. Земля оказалась «подходящей» планетой, насыщаемой энергией «подходящей» звезды – Солнца. Она располагалась на «подходящем» для жизни расстоянии от звезды – не слишком близко, но и не далеко. (Не выяснена роль собственной радиоактивности планеты и подвижки земных плит в процессах перехода вещества в существо.)

Исследователи Космической станции установили, что семена некоторых растений, лишайников и микробов в условиях открытого космоса не разрушаются. Бактериальные споры выживают только в местах, защищенных от ультрафиолетового излучения Солнца. Аминокислоты и пептиды разрушаются под воздействием солнечного ультрафиолета. Следы микроорганизмов найдены в метеорите с Марса и делается заключение, что, возможно, на нем была жизнь.

СОЛНЦЕ. К.Я. Кондратьев и И.П. Федченко в работе «Влияние спектра солнечной радиации на эволюцию биосферы» отмечают сходство химического состава солнечной и земной атмосферы, исключение составляет водород, которого на Солнце значительно больше, чем на Земле. Поскольку Земля с начала своего существования находилась в сфере непосредственного воздействия Солнца, то интенсивность и спектральный состав солнечной радиации предопределил строение органических веществ. В период биохимической эволюции, когда в атмосфере планеты не было большого количества свободного кислорода, и, следовательно, не мог образоваться озоновый экран, защищающий поверхность от ультрафиолетовых излучений в области длин волн короче 300 мм, эта область спектра солнечного излучения поставляла энергию для синтеза биохимических соединений. Из химических веществ (Н2О, СО, СО2, СН2О, НСN и др.), присутствующих в атмосфере, литосфере и также в ближайшем космосе образовались различные соединения, составившие в дальнейшем основу полимеров. Лучистая энергия Солнца, пройдя через атмосферу Земли, преобразуется. На пути от внешней границы атмосферы на земной поверхности планеты идет поглощение и рассеяние лучистой энергии, причем ослабление солнечной радиации в атмосфере зависит от длины волны. Образование протоклеток и молекул, способных поглощать и преобразовать солнечную энергию, открыло путь для усложнения их структур. На этой стадии эволюции химические соединения включали в себе углерод, водород, кислород и, вероятно, серу. Вступление в игру азота (скорее всего, в виде аммония NH3) сделало возможным резкое возрастание сложности молекул, поскольку азот необходим для реализации двух отличительных черт клеточной жизни – катализа и хранения информации.

Совокупность факторов, позволяющих возникнуть жизни на Земле, ученые называют жизнепригодностью. Она определяется массой планеты, ее составом, орбитальными характеристиками и параметрами звезды, вокруг которой вращается. Для того чтобы на планете Земля образовались океаны, моря, реки, озера, горы необходимо было, чтобы множество факторов сошлись в едином целом, и было «достаточным» расстояние до звезды, у которой был определенный «запас» водорода, превращающийся в гелий.

ВОДА. Жизнь невозможна без воды. На планете Земля оказалась вода первичного океана со всеми необходимыми для появления жизни химическими веществами. В эволюции геологических систем планеты вода непрерывно растворяет горные породы, накапливает в себе химические элементы, формирует новые связи между ними. Вода «обеспечивает» единство неживого и живого. (В.И. Вернадский) О появлении воды на Земле существует две гипотезы. Первая состоит в том, что соединения водорода с кислородом накапливались в период остывающей горячей планеты. Вторая состоит в том, что вода может иметь не планетное происхождение. Вода обнаружена в виде спектральных линий излучения Солнца и с ним попадала на Землю. Молекулы воды находятся во внутреннем пространстве «нашей» звезды. Возможно, вода попадала на Землю при бомбардировке триллионами ядер комет на 80 % состоящих из воды. На Земле вода находится в жидком, твердом, газообразном, ионном состоянии. Обнаружилось и пятое ее состояние – канальное: нейтронного рассеяния в условиях ограниченной среды (расстояний ядра атома), использования энергии связей.

Вода выступает катализатором многих химических реакций. Химическая активность воды удивительна. Зарождение жизни, возможно, произошло в бескислородной водной среде. Кислород из-за высокой окислительной способности первоначально был ядовит для протоорганизмов, у которых отсутствовали защитные биохимические системы. Протоорганизмы по способу питания являлись гетеротрофами, использовали в пищу органические соединения абиотического происхождения водоемов раннего археозоя (первичного химического бульона) океанских лагун. В них и произошел 3.7 млрд. лет назад переход усложняющихся аминокислот в органеллы – цианобактерии. (Их «родственниками» являются сине-зеленые водоросли.) Цианобактерии были способны к фотосинтезу – усвоению энергии солнечного света для «своих» химических реакций, в процессе которых часть воды разлагается и выделяет в атмосферу кислород. Это радикально изменило содержание химического состава земной атмосферы и позволило жизни довольно быстро распространяться по всей поверхности планеты.

Вода – составная часть живых организмов. Любой живой организм содержит не менее 60 – 65 % воды, а у некоторых организмов воды 98%. Человеческий организм на 70 % состоит из воды, и она содержится во всех его 100 миллиардах клеток. Все его ткани насыщены водой. Ее в коже 65 %, в мышцах 60 %, в головном мозгу 71%. Даже кости наполовину состоят из воды. Поэтому человека можно считать рожденным водной планетой? При весе в 70 кг организм человека состоит из 44 кг кислорода, 14 кг углерода, 7 кг водорода, 2 кг азота. В нем 1 кг кальция, 700 г фосфора, 170 г калия, 140 г серы, по 70 г натрия и хлора, 30 г магния, 3 г железа, а также менее 1 г меди, марганца, йода и других веществ. В течение 5 – 7 лет происходит смена всех атомов человеческого организма.

УГЛЕРОД – фундамент живого организма. Земные организмы основаны на углероде. Атомы углерода могут формировать сразу четыре связи и образовывать цепочки и кольца, что объясняет разнообразие органических молекул. Они «просты» у предбиологических образований. Связи усложняются у вирусов, у бактерий, которые преобладали на планете первые 3 млрд. лет и были на ней единственными живыми организмами. Существует несколько конкурирующих вариантов понимания начала биологического развития. Проблемой остаются «начальные» истоки, неизвестны условия, невозвратимо исчезнувшие на планете миллиарды лет назад, когда произошло «оживление» сложных химических образований – органел. Признаются две стадии в возникновении жизни. Первая: химическая эволюция через биохимическое реакции привела органическое вещество к живой клетке. (Автотрофные образования создают органическое вещество из неорганического вещества.) Вторая: неизвестно как возникла «первая» живая клетка, но ее потомки развиваются в разных направлениях, порождая многообразие жизни на Земле. Жизнь – самосохраняющиеся и самовоспроизводящиеся химические процессы органического вещества. Происходило усложнение и упорядоченность молекул и атомов неорганической материи. Принцип дифференциации выразился в образовании новых видов жизни и в освоении ими различных экологических ниш. Для каждого элемента периодической системы существует «свой» вид бактерий, химически преобразующий его. Бактерии генерировали энергию, ассимилировали неорганическую среду и углерод. Переход от неживого к живому облегчался тем, что в одном и том же химическом бульоне одновременно появился комплекс химических молекул (системы доклеточного уровня – нуклеиновые кислоты и др.) белки с углеродистыми скелетами, присоединяющие химические элементы, нужные для жизни.

В эволюционной химии изучаются молекулярные ансамбли, высокоорганизованные надмолекулярные структуры со способностью молекулярного распознавания химической информации, селективным связыванием, взаимодействием рецепт – субстрат, молекулярным катализом, трансмембранным переносом. Это приводит их к самоорганизации, программированию самосборки в ходе становления биологических объектов. Примером этого являются ключевые для жизни белковые структуры.

ПРЕВРАЩЕНИЕ НЕЖИВОГО ВЕЩЕСТВА В ЖИВОЕ СУЩЕСТВО. Теория биохимической эволюции строится на идее возникновения органического вещества из неорганического вещества и усложнении его самоорганизации в переходе в живой организм. «Живые системы не являются живыми ниже молекулярного уровня» (Н. Винер) По В.И. Вернадскому появление жизни – результат целостного эволюционного процесса физических, геохимических, биологических изменений в ходе космической эволюции. Жизнь – это вечная смена. Этим она отличается от всего неживого. Но и в неживом веществе – вечная смена, но с иным ритмом, масштабом, временем изменений и последствий.

Проблема процесса оживления косной материи не решена. К ее решению приближает гипотеза предбиологической эволюции соединений на углеродной основе, заложенной в структуре атомов. Многообразие молекул (состоящих из атомов) восходят к одной общей для них форме. Степень различия между двумя молекулами показывает их «удаление» от своего общего «предка» в процессе эволюции. Английский биолог и химик Руперт Шелдрейк в книге «Новая наука жизни» (1986 г.) высказал убеждение, что жизнь не может быть сведена к химическим реакциям сложных молекул, а живые организмы – это не просто сложные биологические машины. Формы, развитие и поведение организмов определяются «морфологическими полями», которые в настоящее время не могут быть обнаружены на Земле – слишком изменились на ней условия физические, химические и прабиологические.

КАТАЛИЗАТОР – ПОСРЕДНИК. Катализ играл большую роль в переходе химических систем в биологические, «поддерживая» поступление новых и удаление использованных химических реагентов при самоорганизации открытых систем. Катализатор обладает созидательным потенциалом. (Некоторые вещества могут быть и замедлителем, тормозом изменения.) М.И. Штеренберг разделяет гипотезу саморазвития катализаторов в неживой природе. Он полагает, что свойства, считающиеся спецификой жизни, существуют в неживой природе, такие как матрицирование через образование спиралей подобных ДНК, неорганических катализаторов и коротких пептидов – аминокислотных цепочек, способных к матрицированию пептидно – нуклеатидных комплексов. Эти состояния – моменты перехода неживого к живому. На основе катализа дается теоретическое обоснование самым общим представлениям об условиях, возможности, направленности и причинах химической добиологической эволюции. (512. 28) Теория эволюционного катализа описывает саморазвитие открытых каталических систем и приводит к выводу, что возникновение жизни является естественным результатом и продуктом химической эволюции каталических систем. Каталические реакции – это важнейшие процессы химии живого. В современных клетках они управляют ферментами, но на ранних стадиях эволюции сложных молекул еще не существовало. Их появление привело к быстрому росту молекулярной сложности, поскольку они служат связующим звеном, посредником между разными реакциями, образуя химические цепи. В них вступают в силу законы нелинейной динамики. Каталические реакции значительно увеличили число случайных событий, что привело к развертыванию полномасштабной дарвинской конкуренции за выживание, постоянно подталкивающей протоклетки к увеличению сложности, удалению от равновесия и, в конце концов, к переходу к жизни.

Этапы эволюции биохимических систем А.В. Рыжков связывает с катализом:

1. на ранних стадиях катализ отсутствует. Высокие температуры и радиация дают энергию, необходимую для активизации химических взаимодействий;

2. при температуре менее 5000 К происходят первые проявления катализа. Далее роль катализаторов возрастает по мере того, как природные условия становились все менее экстремальными. Но общее значение катализа вплоть до образования достаточно сложных органических молекул еще не может быть высоким;

3. после достижения некоторого набора неорганических и органических соединений, роль катализа начинает резко возрастать. Набор активных соединений происходит в природе из тех продуктов, которые получились с относительно большим числом химических путей и обладали широким каталистическим спектром;

4. в ходе дальнейшей эволюции сохранялись структуры, способствующие резкому повышению активности и селективности действия каталистических групп;

5. следующим моментом, описывающим химические и биологические линии эволюции, является развитие полимерных структур типа РНК и ДНК, каталических матриц, на которых осуществляется воспроизведение себе подобных структур. (372. 21)

БЕЛКИ. При определенных условиях на планете жизнь возникала «оживлением» добелковых, допротеиновых форм химического вещества. Химический процесс самосовершенствующихся в самоорганизующихся «оживающих» аминокислот привел к появлению органических веществ, а вслед за этим к превращению неживого белкового вещества в живой организм. Тепловой фон, создаваемый под воздействием красного и инфракрасного излучения Солнца, воздействовал на химические процессы усложнения – возникновения живых белков – «первоначал» и основ жизни. Прямые и обратные связи белков со средой обеспечивали эволюционные сдвиги в их структуре. «Жизнь – способ существования белковых тел». (Ф. Энгельс)

Молекула белка состоит из сотни аминокислотных «остатков» в виде 10 в 130 степени различных последовательностей 20 типов аминокислот. Простым (цельным, не составным) считается то, что неразложимо на части, на элементы. Но имеется ли в природе что-то простое, и так ли «просты» самые простейшие? Такой (простейший) организм как кишечная палочка (вид бактерии) через каждые 20 минут «разделяется» надвое и производит белок со скоростью 1000 молекул в секунду. Молекула белка состоит приблизительно из 1000 аминокислот, определенным образом располагающихся в пространстве молекулярной конструкции. Бактерия перерабатывает не менее 1000 битов информации в секунду, «берет» нужный ей строительный материал из окружающей среды.

Диапазон физико – географических сред, в которых могли появиться на Земле первые живые организмы, достаточно велик – от наземных условий с восстановительной или нейтральной атмосферой через прибрежную, приливно – отливную зону с ее теплыми водами «первичных» океанов до относительно глубоководных горячих гидро терм. Биологи – эволюционисты исходят из идеи самопроизвольного возникновения «живого» химического вещества на первобытной Земле. Они предполагают, что истоки жизни возникали в неустойчивом, сложном по химическому составу, киселеобразном растворе («бульоне») разнородного неорганического материала, где образуются сложные углеводородные молекулы, из которых в ходе их преобразования возникают простейшие организмы. (Следов, «остатков» первичного «бульона» не обнаружено.) В наше время на дне океана, в районе разломов, где из недр планеты выбрасывается раскаленная магма, на глубине тысяч метров обнаружены микроорганизмы. Выясняется влияние магмы Земли на появление химических веществ, склонных к цепным реакциям, прямым и обратным связям.

Мировая наука не отвергает концепцию А.И. Опарина, что при определенных условиях в водной среде создались благоприятные условия для образования углеродистых соединений. Водная оболочка органических молекул отделяла их от окружающего раствора. При этом разнообразные молекулы объединялись или просто перемешивались, образуя особые комплексы. Их усложнение привело к появлению коацерватов – мельчайших коллоидальных соединений – капсул, обогащаемых растворенными веществами. Эти комплексы были способны поглощать другие молекулы и в том числе катализаторы. Коацерваты могли увеличиваться (расти), дробиться на части (размножаться), осуществлять обмен молекулами со средой. Далее проявил себя естественный отбор. Коацерваты послужили исходной матрицей для последующего образования белковых соединений клетки. В 1953 г. биохимики С. Миллер и Г. Юри доказали, что один из кирпичиков жизни – аминокислоты могут быть получены путем пропускания электрического разряда через воду, в которой растворены газы «первобытной» атмосферы Земли (метан, аммиак и водород). В 2003 г. были повторены эти опыты и получены те же результаты. Таким образом, научная теория зарождения жизни на Земле отводит разряду молний основополагающую роль в преобразовании косного вещества в «живое» вещество. При пропускании коротких импульсов электрического тока в оболочке (мембране) бактерий появляются поры, через которые внутрь бактерий могут проходить фрагменты ДНК других бактерий, запуская один из механизмов эволюции живого.

Процесс возникновения и развития жизни проходил на основе объективных физико-химических законов. Предположительно выделяют следующие этапы:

1. синтез низкомолекулярных органических соединений из газов первичной атмосферы планеты;

2. полимеризация мономеров с образованием цепей белков и нуклеиновых кислот;

3. образование фазово-обособленных систем органических веществ, отделенных от внешней среды мембранами;

4. возникновение простейших клеток, обладающих свойствами живого, репродуктивным аппаратом, гарантирующим передачу дочерним клеткам химических и метаболических свойств родительских клеток.

Три первых этапа химической предбиологической эволюции сменяются четвертым – биологическим. Жизнь, согласно сегодняшним представлениям, возникает как следствие самоорганизации и усложнения материи. На предбиологическом этапе возникает углерод, способный вступать в соединения с самим собой. Образуются молекулы – базовые химические компоненты жизни: протеины – аминокислоты (белки) как составные части будущей клетки и нуклеиновые кислоты, содержащие в себе программу жизни и передающие генетическую информацию из поколения в поколение. Концепция эволюции биосферы на планете Земля включает этапы: 1) восстановительный, когда гетерографы накапливают органические соединений в водах первичного океана. 2) слабоокислительный – появление фотосинтеза и атмосферы. 3) появление организмов с кислородным дыханием.

Первоначальное молекулярное устройство клеток было простым, сходным с короткими белками без спиральных доменов как у термофилов. (Термофилы существуют в кратерах вулканов, в гейзерах, кипящих под давлением в несколько атмосфер и при температуре 180 градусов по Цельсию.) В наше время половина живых клеток на Земле – это клетки бактерий – живого «углерода».

КЛЕТКА – живая система «биологических» молекул, в которой идет сложный процесс самоорганизации химического (неживого «живого») вещества и аминокислот. Система клетки несравненно сложнее предбиологических образований. Она – симбиоз сосуществования органического и неорганического вещества, в ней локализуется синтез органических соединений. Она защищается от влияния окружающей среды и непосредственно взаимодействует с ней, извлекая из нее все необходимые химические элементы для органического синтеза. Зарождение жизни – абиогенез – опирается на две константы. Первая исходит из того, что клетка – элементарный живой организм, способный к самостоятельной жизнедеятельности. Вторая заключается в признании наличия базовой первоначальной биосферы – одноклеточных организмов самых разных видов и подвидов, у которых возникает существенный для жизни информационный фактор – раздражимость, саморегуляция и взаимодействие между организмами, организмами и средой. Колонии одноклеточных организмов при всем видовом разнообразии возникли с единым генетическим кодом 3 млрд. лет назад.

Предполагается, что все живые организмы происходят от одной единственной формы жизни, от которой они в той или иной степени унаследовали ряд признаков.

В «ничтожном» пространстве клетки скрыты основные характеристики живого: ресурсы наследственной информации, возможность структурной и функциональной самоорганизации, неуемная «жажда» активности, размножения и распространения. Сущность работы живой клетки сводится к механизму превращения химической формы движения материи в биологическую форму. В клетке одновременно осуществляются сотни и тысячи химических преобразований. Клетки состоят из одних и тех же химических элементов, которые образуют полисахариды, липиды, протеины, нуклеиновые кислоты и прочие важнейшие биовещества. Во всех клетках идут процессы с участием органелл. В клетках на атомарном уровне физические механизмы превращают энергию внешней среды в полезную для жизни работу. У всех клеток единый язык генетического кода. Ядро клетки хранит информацию о строении всего организма. Неопровержимым доказательством единства жизни служат сходные функции различных организмов, вызванные одними последовательностями аминокислот в протеинах, а также порядком нуклеотидов в нуклеиновых кислотах. Клетка – живая система, присущая растительному и животному мирам. Открытием клетки выявилось единство всего живого. 1 млрд. лет назад произошло разделение организмов на растения и животных по структуре и росту клеток.

Примитивные и недифференцированные клетки флуктационно отличались друг от друга. В них появились триггеры – биологические агенты, запускающие биолюменинсцентную реакцию. Продолжается изучение активаторов реакций в клетке. «Живые» органические молекулы производят как бы постоянное квантово – механическое «измерение» своего непосредственного будущего (в долях секунды) – своих ближайших (по времени) взаимодействий со всеми пространственными соседями. Но этого мига оказывалось вполне достаточно: за многие миллионы лет эволюции биологические системы сумели «надстроить» над этим простейшим молекулярным уровнем квантовых взаимодействий с «будущим» такую сложную и разветвленную систему других более высоких уровней организации живой материи, что это «измерение будущего» приобрело макроскопические размеры. В клетке идут процессы волновых коммуникаций. Открыт лизосом – он в клетке отвечает за разрушение и обновление ее состава.

Самопроизвольное зарождение жизни на планете Земля ознаменовалось возникновением клеточной организации – протокариот (микроорганизмов, приспособленных к самым разнообразным условиям существования), живущих первоначально на основе брожения и ассимиляции энергий абиогенных органических соединений. Им предшествовали вирусы – «простейшие» белковые, среди них возникли переходные виды от вещества к «существу». Вирусы – микроорганизмы, являющиеся и в наше время хозяевами на планете Земля. Они образуют биопленки – консорциумы, где вирусы ведут себя иначе, чем вне консорциумов. Поведение всех членов биопленки – единой генетической системы коллективного реагирования – результат эволюции. (Грибница высших грибов – комплекс биопленок в почве, без которых микроорганизмы не могут существовать.) До сих пор ученые не могут решить: вирусы – это живые существа или неживые объекты. Лауреат Нобелевской премии Уанделл Мередит Стенли отмечал, что в клетке вирус ведет себя как живое существо, а вне клетки он мертв как камень. Вирусы не обладают собственным обменом веществ, имеют очень ограниченное число ферментов. Для размножения они используют обмен веществ в клетке, ее ферменты и энергию. Вирусы ведут себя как внутриклеточные паразиты и не могут размножаться вне клеток тех организмов, в которых паразитируют. На молекулярном уровне фундаментальная роль в саморегуляции живого принадлежит регуляторным пептидам. Как микроорганизмы вирусы представляют собой фрагменты РНК и ДНК в белковой оболочке. Между крупными вирусами и бактериями находится промежуточное звено – каменные бактерии овоидной и призматической формы размером 0,2 – 0,5 микрон. Они покрыты каменной оболочкой карбона-апатита, обеспечивающей защиту от неблагоприятного влияния среды обитания. Эти бактерии «ответственны», например, за коррозию металлов.

Гигантский шаг на пути эволюции природы был связан с появлением основных биохимических процессов жизнедеятельности – фотосинтеза, дыхания, образования клеточной организации. Эти фундаментальные новшества, появившиеся еще на ранних этапах эволюции, оказались настолько удачными, что в основных чертах сохранились на всем протяжении последующего развития органического мира. Простейшая протоклетка питалась готовой органикой среды. Ее мембрана росла за счет включения подходящих молекул из внешней среды. В ходе эволюции структурно сложные виды не замещают более простые, а «вырастают» из них и «надстраиваются» над ними. Современная биота планеты Земля в одном синхронном срезе имеет весь спектр сложности организации Живого – от прокариотов до человека. Живой организм состоит из макромолекул – атомных компонентов, связанных между собой в длинные цепи. Свойства их зависят от характера «цепи» и от взаимодействий молекул друг с другом. Органоиды состоят из макромолекул и образуют ткани живых организмов. Макромир существует на основе микромира и не может от него обособиться.