Удивительная биология

В поисках гармонии

Биологи давно уже обратили внимание на экстремальные принципы. Заложенная в них идея оптимальности, экономии как нельзя лучше соответствует давнему представлению о совершенстве и целесообразности живой природы. Дарвиновская концепция эволюции и естественного отбора подвела под это представление «законный» естественно-научный фундамент: выживают наиболее приспособленные. Живой организм прошел много туров естественного отбора, и каждый раз отбирались «лучшие из лучших». Естественно ожидать, что в результате этот самый живой организм должен быть в каком-то смысле совершенным, оптимальным, наиболее экономным.

Но что именно экономит природа, создавая живой организм? Энергию? Материалы? А может быть, минимизирует энтропию (греч. en – в, внутрь, trop – поворот, превращение)? Недаром живые существа кажутся на первый взгляд каким-то странным исключением из всеобщего закона возрастания энтропии. Идея экономии энергии чрезвычайно стара, она возникла раньше самого понятия энергии и обычно формировалась в терминах «сила», «работа» и т. п. «Работа – не волк, в лес не уйдет», «Работа любит дураков» – такими репликами обменивались, наверное, еще троглодиты, полеживая в пещере. Столетия спустя немецкий философ-идеалист Г. В. Лейбниц (1646—1716) формирует ту же идею в более респектабельной форме: «Мудрому не свойственно тратить силы сверх надобности».

Из принципа экономии энергии можно вывести целый ряд биологических закономерностей – таких как толщина шерстяного покрова у различных видов животных, параметры систем в условиях нормы и патологии, оптимальная концентрация эритроцитов в крови и ряд других фактов. Поясним логику этих расчетов хотя бы таким примером – расчетом оптимальной толщины шерстяного покрова у теплокровных животных. С одной стороны, чем толще шерстяной покров, тем лучше термоизоляция, тем меньше энергии нужно тратить на поддержание нормальной температуры тела в условиях холода. Но, с другой стороны, шерсть – это дополнительный вес, а значит – дополнительные расходы энергии при перемещениях. Кроме того, шерсть, как и все другие ткани организма, должна возобновляться, а это означает опять-таки расход энергии на синтез белка (кератина), из которого состоит шерсть.

Следовательно, зависимость суммарных энергетических затрат от толщины шерстяного покрова имеет сложную форму. У этой зависимости есть минимум, которому и соответствует оптимальная толщина шерстяного покрова. Положение минимума определяется целым рядом факторов: средней продолжительностью холодного времени года, размерами тела, дальностью перемещений животного в поисках корма и т. п. Эти зависимости могут быть рассчитаны теоретически и сопоставлены с опытом. Сопоставление показывает хорошее совпадение данных расчета и опыта.

Исследователи, разрабатывающие принцип экономии энергии, видят в нем прежде всего средство объяснения конструктивных особенностей организма, его размеров, форм, пропорций, значения тех или иных параметров. Между «конструкцией» и «поведением» нет непроходимой границы. Устойчивые формы поведения в конце концов закрепляются в конструкции, а конструкция многое предопределяет в поведении.

И действительно, стоит взглянуть на тропинки, которые мы протаптываем для кратчайшего пути через газоны, как в голову приходит мысль об экономии энергии (и времени тоже; но для живого организма, постоянно работающего на самоподдержание, время имеет определенную энергетическую стоимость). Между прочим и организация летящей стаи журавлей – знаменитый клин – тоже следствие экономии энергии. Каждая птица летит в зоне наименьшего сопротивления, создаваемой волной от предыдущей птицы.

Можно привести много и других примеров. И все же…

И все же гораздо больше примеров, где принцип экономии энергии нарушается и поведение организма подчиняется какому-то другому принципу, явно более мощному.

Приведем пример из книги П. Кроукрофта. Землеройка на пути к кормушке должна была прыгать через препятствие. Потом препятствие убрали. Но землеройка, добежав до этого места, все равно продолжала прыгать. Можете объяснить это привычкой, условным рефлексом или еще чем угодно, но только не экономией энергии. С точки зрения экономии энергии эти прыжки – чистый убыток. Здесь просматривается другой принцип: из всех возможных состояний (реакций, действий и т. п.) организм предпочитает то, которое обеспечивало ему в прошлом успех, достижение полезного результата. Такое состояние становится для организма нормой, и соблюдение нормы для него важнее экономии энергии.

То, что принцип экономии энергии отнюдь не универсален, а носит условный и ограниченный характер, разумеется, хорошо осознают его приверженцы. Экономь – но не доводи этот хороший принцип до абсурда. Экономь – но не нарушай тех условий, которые обеспечивают жизнь. Словом, разумный человек экономит деньги не ради самой экономии, а чтобы употребить их на какие-то разумные цели. Экономия ради экономии – это уже патология.

Живой системе ничуть не меньше, чем физической, свойственно стремление к экспансии, к заполнению как можно большего объема в пространстве состояний. Помещенная в какое-то определенное состояние, живая система рано или поздно покидает его и начинает «диффу-зировать», проникать в соседние области. Эта «диффузия» получила у биологов название поисковой активности. Приведем пример. Крыс помещали в комфортабельную камеру, где им создавали «санаторные условия», возможность удовлетворения всех потребностей, жизнь безо всяких забот. Но…

В одной из стенок камеры была дверь, которая вела в необжитое и неисследованное помещение, таившее в себе опасность самой неизведанностью. После относительно короткого периода освоения комфортабельной камеры крысы одна за другой начинали предпринимать попытки проникнуть в это необследованное помещение. Это было отнюдь не праздное, а спокойное любопытство: крысы не производили впечатления «бесящихся с жиру». Они осторожно продвигались по темному коридору, проявляя все признаки страха, – у них дыбилась шерсть, усиливалось мочеиспускание, учащался пульс. Они эпизодически в быстром темпе возвращались назад и тем не менее вновь и вновь пускались в свое рискованное и ничем непосредственно не спровоцированное путешествие.

Лишите живое существо свободы движения, свободы выбора – и посмотрите, что получится. У большинства животных, не говоря уже о человеке, инстинкт свободы настолько развит, что плен, рабство, тюрьма ведут если не к смерти, то к жестоким мучениям. Недаром среди средневековых пыток была и такая: поместить человека в тесный ящик, где он не мог бы изменить позу. А во многих армиях употреблялась в качестве наказания многочасовая стойка «смирно» под ружьем. Те же, кому случалось лежать в гипсе, по собственному опыту знают, что это за адская пытка – неподвижность.

Наверное, вам хотя бы раз в жизни пришлось побывать в роли «белой вороны». Может быть, вам вздумалось работать, когда все кругом бездельничают? Или вы решили голосовать «против», когда все дружно голосуют «за»? Или еще каким-нибудь способом вам случалось нарушить великий принцип «не высовывайся!»? Так или иначе, но вы ощутили, что в глазах большинства (может быть, и в ваших собственных) вы – преступник, нарушитель негласной конвенции, бросающий «стае» вызов. И знаете, какой реакцией отвечает стая на этот вызов. Недоумение, отчуждение, ирония, насмешка, издевательство, ярость – целый спектр чувств и действий, которыми стая стремится изгнать, изменить или уничтожить то, что противоречит ее представлениям о норме. Но каждый из нас одновременно и человек из стаи. И по собственному опыту знает, как трудно удержаться от этих чувств при виде любого нарушения привычных норм.

Этой боязнью нарушить единообразие (увеличить энтропию!) во многом, по-видимому, объясняется и широко распространенная среди живых существ склонность к подражанию. Люди называют ее конформизмом или, чаще, обезьянничанием. Но порок ли это? Инстинктивный страх перед неизвестным, стремление действовать «как все», избегать непроверенных путей – это заложено в самой основе жизни.