Настоящая монография завершает серию работ, в которых сделана попытка построить термодинамические основы теоретической биологии. Эта попытка длится более 30 лет и начиналась работой «Thermodynamic aspects of developmental biology», опубликованной в 1967 году в журнале J. Theoret. Biol. Затем последовали ряд статей и монографий в том числе четыре коллективных монографии, опубликованных на русском и английском языках (Зотин, 1976, 1980, 1984; Lamprecht, Zotin, 1978, 1983, 1985, 1988). Главное, что показали эти монографии, было то, что в такой субъективной и индивидуальной области деятельности, как наука, коллективная работа мало продуктивна. Это тем более удивительно, что сама наука является плодом коллективной деятельности многих поколений ученых. Но факт остается фактом, и на самом деле деятельность ученых так же субъективна, как и деятельность представителей культуры и искусства. Отличие науки от других видов культуры состоит в том, что она требует строгих логических доказательств своих выводов и подтверждения их экспериментами и человеческой практикой. Другой особенностью науки, отличающей ее от искусства, является то, что она опирается на принцип дополнительности, согласно которому новые идеи и теории не должны отвергать предшествующие строго доказанные положения. Наоборот они должны сочетаться и не противоречить им. Мы надеемся, что данная монография удовлетворяет этим требованиям, так как идеи, развиваемые в ней, опираются на твердо установленные законы Природы, а выводы подтверждаются многочисленными экспериментальными данными.
Еще одной особенностью науки является то, что большей частью установленные в ней истины, вошедшие в основной фонд науки, имеют длительную историю. Бывает очень трудно установить приоритет того или
иного автора, так как конечная истина базируется на ряде неясных, а порой и неверных, разработок. Это относится и к теориям, высказанным в данной книге.
Так, термодинамический подход к проблемам биологии начат еще в работах Больцмана и продолжается до наших дней. Даже такой, казалось бы, новый подход к проблеме прогресса в живой и неживой Природе, как попытка объяснить его с точки зрения законов физики и химии возник очень давно, а в русской науке - в работах таких известных ученых, как Бер, Умов, Вернадский, Берг, Кольцов и Бауэр. Особенно близки идеям, развиваемым в данной монографии, были работы Эрвина Симоновича Бауэра, а также многих зарубежных авторов (Brooks, Lamprecht, Leuschner, Swensen, Wicken, Wiley, Ulanowicz), использовавших термодинамику для толкования различных проблем биологии, в том числе, проблемы прогрессивной эволюции. Большое значение для нас имели также работы Владимира Ивановича Вернадского и Никиты Николаевича Моисеева, касающиеся понятия биосферы и ноосферы.
Настоящая монография посвящена пониманию прогрессивной эволюции животных, существование которой не вызывало и не вызывает никаких сомнений. Теория естественного отбора, которой придерживаются и авторы данной монографии, хорошо объясняет механизм образования новых видов и различных целесообразных приспособлений организмов, но не затрагивает существенным образом проблем прогрессивной эволюции. К настоящему времени выяснилось, что их можно решить, только опираясь на такую науку, как термодинамика неравновесных процессов - науку, которая также занимается проблемами эволюции, но только в более широком плане, чем теория естественного отбора: в плане построения эволюции любых материальных систем, включая живые организмы. В отличие от теории естественного отбора, термодинамика является феноменологической наукой, т.е. она не рассматривает механизмы изучаемых явлений, но только направление изменений термодинамических систем и движущие силы изучаемых изменений. Движущая сила эволюционного прогресса в биосфере, как и в других физических системах, определяется принципом наименьшей диссипации энергии, т.е. изменением системы в целом в направлении наиболее вероятного состояния, состояния
равновесия. В системе Солнце-Земля, где градиент подводимой к Земле энергии приблизительно постоянен на протяжении миллиардов лет, сначала возникает гигантский переходной процесс в виде возникновения жизни и образования биосферы, затем биосфера достигает стационарного уровня и начинает эволюционировать в сторону равновесия. Одновременно на всех этапах эволюции жизни на Земле действует принцип наискорейшего спуска, согласно которому движение термодинамической системы к равновесию происходит наискорейшим образом. А это означает, что в системе (в нашем случае в биосфере) появляются подсистемы (группы организмов), которые эволюционируют в противоположном направлении, т.е. в направлении от равновесия, это и является, с нашей точки зрения, прогрессивной эволюцией. Движение термодинамической системы к состоянию равновесия сопровождается уменьшением функций внешней диссипации системы. Обратный процесс - ее увеличением.
Следовательно, в процессе прогрессивной эволюции должно происходить увеличение функции внешней диссипации. А так как ее с известным приближением можно приравнять интенсивности теплопродукции или интенсивности потребления кислорода организмов, то прогрессивную эволюцию можно подтвердить или опровергнуть экспериментальным путем. Приводимые в монографии многочисленные данные о стандартном обмене представителей различных групп животных не только подтверждают наличие прогрессивной эволюции в животном мире в целом, в отдельных типах и классах животных, но позволяют рассчитать скорость этого процесса, а также рассмотреть возможный феноменологический механизм прогрессивной эволюции.
Прогрессивная эволюция (все большее удаление живых систем от равновесного состояния) тесно связана с биоэнергетическим прогрессом (возрастанием в процессе эволюции энергетики, стандартного обмена организмов) и даже базируется на этом явлении. В свою очередь, усиление энергетики организмов в процессе прогрессивной эволюции, согласно термодинамике информационных процессов, позволяет совершенствовать процессы регуляции и управления в живых системах. Другими словами,
прогрессивная эволюция сопровождается возрастанием степени организованности живых систем, вплоть до появления сознания и возникновения человеческой цивилизации. По некоторым критериям (совершенство терморегуляции у гомойотермных животных, коэффициент энцефализации у позвоночных животных, максимальная продолжительность жизни), рассмотренным в монографии, можно рассчитать скорость возрастания организованности в процессе прогрессивной эволюции отдельных групп животных. Очевидно, что естественный отбор быстро подхватывает всякую возможность совершенствования процессов регуляции и управления и способствует возникновению сознания в животном мире.
Важный общий вывод, сделанный нами, состоит в том, что биоэнергетический прогресс животного мира перерастает в энергетический прогресс человеческой цивилизации, что приводит к необходимости освоения человечеством сначала близлежащего, а потом и все более удаленного от Земли космического пространства. Это не удивительно, так как такие фундаментальные законы природы, как Второе начало термодинамики или Принцип наискорейшего спуска не могут ограничиваться только процессами, происходящими на Земле или вблизи от Земли: они охватывают всю Вселенную. Согласно Второму началу термодинамики эволюция Вселенной происходит в направлении состояния равновесия, а Принцип наискорейшего спуска убыстряет этот процесс. Но, чтобы это осуществилось, необходимо возникновение разумных существ, создающих достаточно мощные цивилизации, способные оказать влияние на процессы, происходящие в такой грандиозной физической системе, как Вселенная. Таким образом, биоэнергетический прогресс и прогрессивная эволюция, протекающая в биосфере, является одним из механизмов еще более грандиозного процесса ускорения движения Вселенной к равновесию. Так ли это на самом деле покажет только дальнейшее развитие науки и особенно неравновесной термодинамики нелинейных необратимых процессов.