Далее, многообразие химической энергии является причиной своеобразного способа, которым она превращается в другие формы. В других формах энергии превращение может быть осуществлено самим телом. Ничего другого не требуется. Если камень брошен и ударяется о стену, он теряет свою кинетическую энергию, большая часть которой превращается в теплоту. Но чтобы высвободить химическую энергию, скажем, угля, одного угля недостаточно; требуется другое химическое вещество — кислород воздуха. Взаимодействие двух веществ производит новое вещество, и именно во время этого процесса высвобождается соответствующая часть химической энергии. Существует также несколько химических процессов (аллотропные и изомерные изменения), в которых отдельное вещество без содействия другого вещества может отдавать энергию. Но количество энергии, полученное таким образом, бесконечно мало по сравнению с тем, которое высвобождается при взаимодействии двух или более веществ. Из-за необходимости взаимодействия двух или более веществ для высвобождения химической энергии возможность превращения химической энергии меньше, чем для превращения других форм энергии, и это главная причина, почему она может сохраняться так долго и так легко. Все, что необходимо, — это предотвратить контакт с другим веществом. Это, правда, проблема, которую с точки зрения строгой теоретической точности почти невозможно решить. На практике, однако, ее можно легко решить на периоды времени, достаточно долгие, по крайней мере, для того, чтобы потребовать специальных средств, позволяющих нам признать, что это лишь временное, а не фундаментальное решение. Научно выражаясь, причина этого заключается в том, что диффузия различных веществ друг в друга теоретически никогда не может быть полностью устранена, в то время как, с другой стороны, скорость диффузии на расстояниях, измеряемых только дециметрами, чрезвычайно низка.
ЧАСТЬ IV БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
54. Жизнь.
Среди тел в нашем окружении, которые обладают весом и массой, живые существа настолько разительно отличаются от неживых, что в большинстве случаев у нас не возникает ни малейшего сомнения в том, к какому из этих двух видов принадлежит тело, даже если в некоторых случаях мы не знакомы с его специфической формой. Поэтому, прежде всего, мы должны дать общий ответ на вопрос о том, каковы те отличительные особенности, которые разграничивают их.
Первая особенность заключается в том, что живые организмы являются не стабильными, а стационарными формами. Это различие основано на том факте, что стабильная форма находится в покое или неизменна во всех своих частях, тогда как стационарное тело, хотя оно и кажется неизменным по своей форме, внутренне претерпевает постоянное изменение своих частей. Так, латунный кран — это стабильное тело, поскольку он не только постоянно сохраняет свою форму и функцию, но и во все времена состоит из одного и того же материала и демонстрирует одни и те же особенности, такие как пятна, дефекты формы и т. д. Конечно, нельзя сказать, что он будет оставаться совершенно неизменным вечно. Его металл подвергается постепенному химическому и механическому разрушению. Но это не является существенным для существования крана, поскольку степень разрушения сильно варьируется в зависимости от обстоятельств, и при идеальных условиях она может быть сведена к нулю.
С другой стороны, струя воды, вытекающая из крана, является стационарным телом. При благоприятных обстоятельствах она может принимать постоянную форму, так что при беглом взгляде ее можно принять за стабильный стеклянный стержень. При более внимательном рассмотрении обнаружится, что частицы воды, из которых она образована, в любой данный момент времени не те же самые, что в предыдущий момент, так как каждая часть, которая утекла, заменяется другой, такой же по размеру, следующей за ней.
Из этого различия в природе двух тел вытекает различие в их поведении. Если я сделаю отметку на кране напильником, отметка останется навсегда. Но даже если я перережу всю струю воды ножом, разрез заживет в следующее же мгновение, потому что благодаря непрерывному потоку воды место разреза мгновенно исключается из тела. Благодаря этой природе, свойственной стационарным телам, они обладают способностью к заживлению или регенерации.
Чтобы тело могло постоянно находиться в стационарном состоянии, материал, из которого оно состоит, должен постоянно пополняться. Если мы перекроем кран, струя воды немедленно исчезнет или «умрет». Очевидно, следовательно, что стационарное тело может существовать собственными силами только в том случае, если оно обладает свойством или способностью постоянно обеспечивать себя необходимым материалом. Этот материал состоит в основном из весомых или химических веществ с определенными физическими и химическими свойствами, и, таким образом, обмен веществ, метаболизм, выступает как необходимое свойство стационарного тела. Однако для того, чтобы происходил обмен веществ, мы должны иметь свободную энергию, или энергию, обладающую способностью совершать работу, поскольку только свободная энергия может вызывать изменение веществ, подобно тому как любое явление в мире предполагает выравнивание свободной энергии. Следовательно, чтобы стационарное тело существовало независимо, оно должно обладать свойством быть способным спонтанно овладевать необходимыми веществами и свободной энергией. Но поскольку, как мы уже говорили, энергия организмов накапливается и используется в основном в форме химической энергии, две задачи, которые должно выполнять стационарное тело — удовлетворение потребности в веществах и в энергии, — как правило, внешне объединены. У организмов эти две объединенные потребности называются питанием, и таким образом мы признаем в способности к самостоятельному получению питания еще одно существенное свойство организмов.
Третьим существенным свойством организмов является способность к размножению, к порождению подобных себе существ. Никогда нельзя исключить, что баланс между поступлениями и расходами стационарного тела может быть нарушен вследствие каких-либо внешних причин, даже если при нормальных условиях оно обладает свойством самопитания. Если нарушение остается ниже определенного предела, то, как мы уже указывали, наступает регенерация. Но нарушение может подняться выше этого предела, и в этом случае тело перестает существовать или умирает. Тогда подобное тело не возникнет, если только множество условий, которые привели к возникновению первого, не объединятся снова, чтобы произвести второе. Что такая вещь возможна, что, по сути, это часто происходит, показывают, например, океанские волны, которые имеют стационарный характер, поскольку, хотя они состоят из постоянно меняющихся масс воды, их форма остается неизменной. Волны разрушаются в прибое, но возникают снова и снова благодаря действию ветра на поверхность воды. Но чем сложнее такие тела, тем труднее они формируются, тогда как после того, как они сформировались и нашли условия для своего существования, их сохранение становится гораздо легче.
Существа, следовательно, которые обладают способностью регулярно и в нужное время формировать из себя подобные тела, могут сохранять свой вид гораздо легче, чем те, у которых это свойство отсутствует. Смерть в значительной степени утратила свою власть над существами, способными к размножению. В качестве иллюстрации возьмем другую стационарную вещь — пламя. Пламя не является организмом, потому что оно не является самоподдерживающимся. Тем не менее оно размножается. И хотя одинокий маленький огонек вскоре гаснет, море огня горящего леса, которое началось с одного маленького пламени, почти неистребимо, и с ним нельзя бороться иначе, как позволив ему умереть своей естественной смертью и догореть до конца.
Таким образом, в то время как выполнение первых двух условий — стационарного изменения и самообеспечения пищей — могло бы создавать тела, которые были бы способны существовать в течение более или менее длительного периода, но которые когда-то должны были бы уступить место другим телам иной формы и природы, способность к размножению создает условие, при котором формы одного и того же вида продолжают существовать даже после того, как существование индивида прекратилось.
Эти три свойства составляют существенные характеристики живых существ или организмов.
То, что все организмы построены на основе химической энергии, является фактом опыта, который можно понимать как подразумевающий, что другие формы энергии не способны создавать вышеупомянутые условия. Это объясняется свойствами химической энергии, на которые я уже обращал внимание: ее высокой концентрацией и, в то же время, ее способностью к длительному сохранению. То, что химическая энергия является единственной формой энергии, подходящей для жизни, очевидно из того факта, что, например, в воздухоплавании кинетическая энергия, необходимая для управления, может быть обеспечена только в форме бензина или водорода, то есть в форме химической энергии, поскольку любая из других форм была бы слишком тяжелой. Полет пчелы или плавание дельфина невозможно представить иначе, как осуществляемые посредством химической энергии.
То, что эта химическая энергия является по существу энергией углерода, также было установлено опытом, хотя это и не совсем универсально, ибо серобактерии строят свое хозяйство на энергии серы. Причину предпочтения углерода снова следует искать в его особой пригодности для этой цели, обусловленной, с одной стороны, его широким распространением, а с другой — чрезвычайным многообразием его соединений.
Наконец, можно доказать, что построение организмов из особого сочетания твердых и жидких веществ в равной степени обусловлено техническими отношениями.
Эти три последние особенности следует поэтому рассматривать как специальные характеристики организмов, с которыми мы знакомы на поверхности Земли в царящих там условиях. Нам не нужно рассматривать их концептуально как неизменные или незаменимые. Но первые три характеристики, а именно: стационарная природа, самообеспечение питанием и размножение, мы можем рассматривать как существенные характеристики организмов. Они составляют рамки, внутри которых должно находиться все, что мы должны признать живым в самом широком смысле.
55. Склад свободной энергии.
Если мы спросим, откуда организмы получают свободную энергию, которая им необходима для поддержания своего стационарного существования, ответ будет таков: только солнечное излучение обеспечивает этот запас. Без этого постоянного притока свободные энергии на Земле, насколько нам известно, давно достигли бы состояния равновесия, и земные тела были бы стабильными, то есть мертвыми, а не стационарными и живыми.
Поэтому понятно, что в организме должны были развиться машины для преобразования лучистой энергии Солнца в постоянную форму, и, как мы уже узнали, химическая энергия является постоянной, тогда как лучистая энергия — это чрезвычайно преходящая форма энергии, то есть она очень легко меняется. Сам факт того, что из-за смены дня и ночи запас лучистой энергии периодически прекращается, делает накопление энергии для ночи необходимым для существования формы, зависящей от нее. Таким образом, мы признаем в фотохимических процессах, то есть в преобразовании лучистой энергии в химическую, фундамент жизни на Земле.
Эту работу выполняют растения, которые таким образом создают запас свободной энергии не только для своих собственных нужд, но и для всех других организмов, которые прямо или косвенно овладевают растительно-химическими запасами, чтобы использовать их для своих индивидуальных целей. Таким образом, питание в самом широком смысле обеспечивается для всех организмов, основываясь на регулярном притоке свободной энергии, получаемой от Солнца. Это также объясняет большое химическое сходство всех организмов, которые не могли бы существовать, если бы они не были устроены так, чтобы быть способными использовать химическую энергию в той форме, в которой она предоставляется растениями.
Из огромного потока свободной энергии, изливаемого Солнцем в космическое пространство, Земля получает чрезвычайно малую часть (соответствующую той части пространства, которую она занимает на небесной сфере, если смотреть с Солнца), и растения собирают и накапливают лишь очень малую долю этой части, получаемой Землей. Измерения показали, что в наиболее благоприятных условиях лист растения преобразует в химическую энергию лишь около 1/50 части получаемой им лучистой энергии. Если мы учтем, что лишь малая часть поверхности Земли покрыта растениями и что в течение зимы энергия от Солнца вообще не накапливается, мы поймем, какие бесконечные возможности для развития существуют еще в деле улавливания и накопления свободной энергии. Часть, накопленная растениями, течет от них в бесчисленные потоки, ручьи и жилы других организмов, чтобы в конечном итоге закончиться как израсходованная энергия, или энергия в покое. Эта энергия находится в покое, правда, только по отношению к поверхности Земли. Мы не знаем, используется ли в свою очередь излучение от Земли, которое в настоящее время составляет примерно столько же, сколько излучение от Солнца к Земле.
В то время как свободная энергия изливается таким потоком в одном направлении, весомые вещества, из которых состоят организмы, циркулируют через растения и животных и обратно. Это особенно верно в отношении углерода, который высвобождается из своего соединения с кислородом, то есть из угольной кислоты, благодаря солнечной энергии, преобразованной в растениях. В то время как углерод служит для построения тела растения и представляет собой его запас химической энергии, кислород возвращается в воздух. Эти два вещества снова химически соединяются в различных организмах, и количества энергии, которые были необходимы для их разложения, снова становятся доступными для многообразных функций жизни. Продукт химического соединения, угольная кислота, возвращается в воздух и готов для нового разложения в растениях.
Таким образом, весь механизм жизни можно сравнить с водяным колесом. Свободная энергия соответствует воде, которая должна течь в одном направлении через колесо, чтобы обеспечить его необходимым количеством работы. Химические элементы организмов соответствуют колесу, которое постоянно вращается по кругу, передавая энергию падающей воды отдельным частям машины.
56. Душа.
Наши наблюдения до сих пор показывали, что организмы являются чрезвычайно специализированными индивидуальными примерами физико-химических машин. Теперь мы должны принять во внимание свойство, которое, по-видимому, заметно отличает их от безжизненных машин и с которым мы уже столкнулись в самом начале нашего трактата.
Это свойство, которое мы там назвали памятью и которое мы определим в самом общем виде как качество, благодаря которому повторение в организмах процесса, происходившего несколько раз, предпочтительнее новых процессов, потому что оно возникает легче и протекает более гладко. Легко заметить, что благодаря этому свойству организмы получают возможность путешествовать по морю физических возможностей, как будто оснащенные килем, благодаря которому плавание становится стабильным, а удержание курса — обеспеченным.
Если мы спросим, является ли это исключительно качеством организмов, на вопрос нельзя ответить утвердительно. Неживые тела также обладают чем-то вроде качества адаптации. Точные часы приобретают свои ценные качества только после того, как они проработали некоторое время, а лучшая скрипка является «сырой», пока ее не «разыграют». Аккумулятор должен быть «сформирован», прежде чем он сможет выполнять свою нормальную работу. Все эти процессы обусловлены тем фактом, что повторение одного и того же процесса улучшает действие, то есть облегчает или усиливает его.
Адаптация или память, таким образом, не ограничиваются организмами. В неживых вещах, однако, это свойство встречается сравнительно редко. Память, следовательно, следует рассматривать как еще одно свойство организмов, представляющее собой крайнюю специализацию неорганических возможностей. Это важная точка зрения для того, что последует далее.
Во-первых, это свойство адаптации облегчает и обеспечивает питание. Если мы возьмем фундаментальную идею, развитую Дарвином, о том, что в мире преобладает то, что благодаря своим свойствам дольше всего сохраняется, то очевидно, что тело, которое телеологически сохраняет и перерабатывает свое питание, будет жить дольше, чем подобное тело без этого свойства. Более того, благодаря общему процессу адаптации эти «телеологические» свойства становятся более развитыми и легче проявляются в теле, которое живет дольше, так что его долгая жизнь дает ему еще одно преимущество перед соперником. Таким образом, мы можем понять, как это свойство адаптации, которое сначала следует рассматривать как чисто физико-химическое качество, оказывается развитым во всех организмах.
В своих самых примитивных формах качество адаптации порождает явления реакции, или рефлекторные действия, то есть ряд процессов в организме в ответ на стимул внешней энергии. Этот ответ совершается в целях содействия жизни организма. Реакции, которые служат определенной цели, то есть телеологические реакции, могут, естественно, развиваться только на такие стимулы, которым организм часто и регулярно подвергается. Вот почему адаптация к необычным явлениям обычно отсутствует, и по отношению к ним организмы часто крайне неприспособленны. Типичный пример этого — мотылек, который летит на свет и сгорает.
По мере того как реакции становятся более фиксированными, они развиваются в более длинные и сложные серии, которые затем предстают перед нами как инстинктивные действия. Но и здесь мы находим характерную неприспособленность, когда возникают непривычные обстоятельства, даже если телеологические реакции на стимулы становятся более многообразными.
Наконец, существуют сознательные акты, которые представляются нам высшей степенью этой серии. Именно телеологической регуляцией этих сознательных актов, включая самые высокие проявления деятельности человечества, и занимается эта книга. Они отличаются от инстинктивного действия тем, что они больше не протекают в единой и определенной серии, а комбинируются по мере необходимости самыми разнообразными способами. Но фундаментальный факт, а именно то, что действия основаны на повторении совпадающих опытов, сразу же проявляется и здесь, поскольку основа всей сознательной жизни души, формирование понятий, становится возможной только благодаря повторению. Таким образом, мы вправе рассматривать различные степени умственной деятельности, от простейшего рефлекторного проявления до высшего умственного акта, как связанную серию все более многообразных и целесообразных действий, исходящих из одного и того же физико-химического и физиологического фундамента.