7

7

Расширение исследований в области термодинамики живых  систем привело к созданию в последние десятилетия особого научного направления в рамках физиологии – биоэнергетике.

Центральной проблемой биоэнергетики на протяжении последних 30 лет было выяснение  механизма, с помощью  которого  энергия, освобождаемая  при окислении субстратов или при поглощении света, может использоваться для катализа  энергозависимых  процессов,  таких  как синтез АТФ из АДФ и фосфора, или перенос ионов черз мембрану против градиента их концентрации (186).

Одна  из  центральных  проблем в термодинамике живых систем символически выражается головоломкой – Уроборосом (змея, кусающая себя за хвост, или две змеи, кусающие друг друга за  хвост) –  как  может  из простых элементов возникнуть сложная система, если для ее возникновения необходима еще более сложная  система?

Каким образом современные организмы строят полимеры и смешанные олигомеры, столь необходимые для жизни? Ответ для  этого может быть  только  один:  для  преодоления  термодинамического барьера  они  используют  энергию,  т.  е. организмы используют энергию для активации мономеров до такого состояния, при  котором становится возможной их спонтанная полимеризация.

Более  того,  известно,  что живые организмы используют для этой цели удивительно гибкую химическую форму энергии, в основе которой  лежит  относительно редкий химический элемент – фосфор (144).  В  центре  всех превращений энергии в клетке  находится АТФ  – аденозинтрифосфорная кислота. При ее гидролизе до аденозиндифосфорной кислоты и фосфорной кислоты выделяется  энергия, необходимая для совершения всех видов работ в живом организме.

Благодаря превращению энергии  окислительно–восстановительных  реакций в энергию фосфатных связей происходит энергетическая инициация полимеризации мономеров в современных организмах, но конкретный механизм энергозависимой полимеризации  мономеров на примитивной Земле неизвестен.

Возникает ощущение, что самосборка представляет собой некий парадокс,  поскольку  переход  от изолированных субъединиц (начальное состояние) к их агрегату (конечное состояние) сопровождается увеличением упорядоченности системы. Увеличение упорядоченности означает очевидное уменьшение энтропии.

Вполне возможно, что наблюдаемая негэнтропийность и  противоречие  жизни  второму  закону термодинамики – лишь иллюзия, и движущей силой процесса сборки, как это ни парадоксально,  возможно, является энтропия, – в частности, высказываются  предположения,  что в основе негэнтропийных процессов в живой системе лежит увеличение энтропии воды.

С другой стороны, может быть жизнь  и  не  представляет собой особого исключения для Вселенной.  Ведь  и  Вселенная  не подчиняется  только  второму  закону термодинамики. Если бы это было не так, Вселенная, учитывая  ее  временную  бесконечность, бесконечно давно превратилась бы в гомогенат. А это не так. Одно  из базовых свойств Вселенной в любом разрезе – это ее дискретность. Вселенная не гомогенна, следовательно в ней самой существуют силы, стремящиеся к ее структурированию и упорядочиванию. Живое – лишь одно из проявлений этой тенденции.

Постоянную работу против сил уравновешивания  с  окружающей средой Бауэр назвал «всеобщим законом биологии".

В свое время русский физик И.А.Умов писал, что мы имеем два закона термодинамики, управляющие  процессами  природы;  мы  не имеем  закона или понятия, которые включали бы процессы жизни в процессы природы. Эволюция живой материи в общих чертах  увеличивает  количество и повышает качество упорядоченности в природе. Существующие в природе приспособления отбора,  восстановления  структуры  и включающие в себя живое, должны, по–видимому, составить содержание третьего негэнтропийного закона термодинамики (3).