Феномен жизни в естественных науках и теологии: история и современность: 2021 г. этап 1

Проект: исполнение гранта/договораисполнение этапа гранта/договора

Сведения о проекте

описание

Жизнь – понятие, данное нам в непосредственном опыте нашего существования. Однако, попытки дать однозначное определение жизни до настоящего времени так и не увенчались успехом. Существует по крайней мере 123 [1] определения жизни и ни одно из них не является общепринятым. Прошедшие на страницах двух журналов – Journal of Biomolecular Structure and Dynamics [2] и Origins of Life and Evolution of Biosphere [3] - дискуссии по этому вопросу так и не привели к биологическому аналогу consensus patrum. Президент Американской Ассоциации продвижения науки (American Association for the Advancement of Science) Д. Кошланд отмечал, что «…хотя каждый знает, что такое жизнь, простого определения жизни не существует» [4]. В контексте данного проекта важную роль для понимания сущности жизни представляют следующие вопросы, возникающие в процессе естественно-научного дискурса: (1) жизнь и информация; (2) различие между живой и неживой природой; (3) возникновение жизни. 1. Жизнь и информация. Понятие жизни имеет теснейшую связь с понятием информации - то, что информация играет ключевую роль в существовании, сохранении и самовоспроизведении живых организмов, является неоспоримым и признанным научным фактом. Так, одно из определений жизни звучит так: «Жизнь – это метаболизирующая материальная информационная система со способностью к самовопроизведению с эволюцией, что требует энергии и подходящей окружающей среды» [5]. Один из крупнейших биологов современности Е.В. Кунин пишет: «Замечательное свойство всех известных биологических репликаторов – это их цифровой характер: эти репликаторы представляют собой полимеры, состоящие из разнообразных мономеров. Такие полимеры оказываются уникально подходящими для кодирования информации, в связи с чем важной является следующая гипотеза: цифровые свойства являются необходимыми для жизни» [6]. «Центральная идея современной биологии – это идея информации, - пишет Дж. Майнард Смит. - Биология развития может рассматриваться как изучение того, как информация, содержащаяся в геноме, транслируется в структуру живого организма, а эволюционная биология – как эта информация образуется и развивается» [7]. Слово «информация» происходит от латинского informo, одним из значений которого является «придавать вид, форму, формировать, образовывать». Информация творит формы и структуры. В одном из современных направлений физики информации, наряду с материей и энергией, присваивается центральное место в фундаментальной структуре Вселенной. Американский физик (ученик Нильса Бора) Дж. Уилер считал ее основой мироустройства (“It from bit” – «Всё из бита») [8]. Тогда как эквивалентность массы и энергии устанавливается уравнением Пуанкаре-Эйнштейна E = mc2 (E – энергия, m – масса, c – скорость света), эквивалентность энергии и информации устанавливается границей Р. Ландауэра [9], который находит все больше подтверждений в последних научных работах [10-14]. Не углубляясь в детали, необходимо отметить, что принцип Ландауэра придает информации в некотором смысле онтологический статус как базовой физической реальности, что представляет фундаментальную важность для естественно-научной теологии. Но отличается ли роль информации в биологических системах от таковой в системах, лишенных жизни? Этот вопрос подводит нас к следующему ключевому пункту, имеющему отношение к данному проекту.2. Различие между живой и неживой природой. Великий русский естествоиспытатель В.И. Вернадский писал о «коренном материально-энергетическом отличии живых и косных естественных тел биосферы» [15] и составлял таблицу таких отличий. В частности, он указывал, что «…нет никакого изменения косных естественных тел биосферы, аналогичного эволюционному процессу живых веществ. Мы сейчас видим в биосфере в общем те же самые косные естественные тела и те же явления их образования на протяжении по крайней мере двух миллиардов лет» [15]. Однако еще в конце 1970-х – начале 1980-х годов отечественные ученые А.Г. Жабин [16] и академик Н.П. Юшкин [17] указали на существование минеральной эволюции, т.е. эволюции минерального мира в истории Земли и Вселенной. Эта идея получила неожиданное развитие в конце 2008 года, когда журнал «AmericanMineralogist» опубликовал обзорную статью «Эволюция минералов» (Mineral evolution), подписанную коллективом авторов из ряда американских университетов и научно-исследовательских институтов [18], возглавляемых проф. Робертом Хейзеном – с 2019 года иностранным членом Российской академии наук. В этой работе рассмотрена проблема эволюции минералов в геологической истории Земли и выделен ряд основных факторов развития разнообразия минеральных видов (разделение и концентрация элементов из их изначально равномерного распределения в протопланетном диске, изменение физико-химических условий в процессе эволюции Земли как планеты, влияние биосферы и т.п.). Статья была широко разрекламирована в западной печати – на ее выход откликнулись журналы Nature [19] и Science [20], она получила свое освещение даже в средствах массовой информации – например, в компании BBC [21]. Стэнфордский геолог Г. Эрнст назвал эту работу «захватывающей дух» (breath-taking), поскольку она ставит минералогию и минералогические проблемы в совершенно новой перспективе, связывая их с общей глобальной эволюцией нашей планеты. Развитие концепции минеральной эволюции поставило проблему ее отличия от биологической эволюции и – более шире – проблему фундаментальных различий живой и неживой природы в том виде, как ее ставил В.И. Вернадский. С этим напрямую связана проблема «вида» в живой и неживой природе, проблема его реальности. Существует много обзоров как по проблеме вида в биологии [22-29], так и в минералогии [30,31]. Насколько нам известно, в современной научной литературе подобный анализ отсутствует и проведение его представляет одну из задач данной работы. Ее решение имеет внятный смысл в перспективе главной цели проекта, т.к. уяснение различия между живой и неживой природой имеет прямое отношение к понятию сущности жизни. 3. Возникновение жизни. В.И. Вернадский писал, что «…никогда в течение всех геологических периодов не было и нет никаких следов абиогенеза, т.е. непосредственного создания живого организма из неживой косной материи» [32]. Принцип «живое от живого» В.И. Вернадский называл принципом Реди – в честь итальянского натуралиста XVII века Ф. Реди. Правда, русский ученый не отвергал самой возможности абиогенеза: «Возможны такие условия в земной истории, когда не было биосферы и существовали на земной коре физико-химические явления или состояния, которые сейчас в ней отсутствуют и которые были необходимы для абиогенеза» [33]. Разумеется, со времен В.И. Вернадского наука продвинулась далеко вперед, однако, проблема происхождения жизни все так же далека от своего решения. Выясняя молекулярные механизмы жизненных процессов, она встретила на своем пути еще более существенные затруднения. Следуя Р.М. Хейзену [34], укажем основные проблемы, стоящие перед современной наукой о происхождении жизни: (1) возникновение биомолекул-мономеров для построения молекул ДНК; (2) возникновение полимеров – собственно молекул ДНК; (3) селективность жизни в отношении энантиомеров – необъяснимое предпочтение молекул с левой хиральностью или нарушение симметрии (symmetry breaking); (4) возникновение клетки как единицы жизни; (5) возникновение метаболизма (системы обмена веществ внутри клетки); (6) механизм наследственной передачи информации как основы самовоспроизведения организма. Глубокие физико-химические отличия живой и неживой материи приводили многих ученых к поиску особых биотонических законов, управляющих активной деятельностью живого вещества, действующих на мезоскопическом уровне организации материи и при этом находящихся в рамках существующих концепций квантовой механики [35]. Нобелевский лауреат по физике Юджин Вигнер доказывал, что с точки зрения законов квантовой механики вероятность существования самовоспроизводящейся системы фактически равна нулю, т.е. невозможна [36]. Современные ученые – выдающийся специалист по графену М.Н. Кацнельсон и ведущий биолог Е.В. Кунин ищут аналогии между процессами биологической эволюции и самоорганизации в системах с фрустрацией, - в частности, в стеклах, где наблюдается генерация сложных структур [37]. Несомненно, что переход от неживой к живой системе (происхождение жизни) должен был происходить на неживом (минеральном) субстрате, в связи с чем был предложен целый ряд сценариев, в котором минералы выполняют определяющую роль в процессе зарождения жизни как информационно-энергетической системы [38-42]. Насколько эти сценарии правдоподобны и возможны ли в принципе в неживых (минеральных) системах био-подобные процессы? Краткий критический обзор этой проблемы станет одной из существенных задач данного проекта (см. ниже).Выше были кратко рассмотрены основные пункты «граничных» естественно-научных вопросов, имеющих отношение к теме проекта. Но как смотрит на сущность жизни христианство? С точки зрения христианской теологии жизнь – один из даров Святого Духа, который именуется «сокровищем благих и жизни Подателем». Но хорошо известно, что в христианском (и, конкретно, в православном) богословии нетварные божественные энергии ежемгновенно поддерживают существование всего тварного мира (Святой Дух – «везде существующий и вся исполняющий»: «везде сый и вся исполняяй» (церковнослав.)). Представляет ли собой жизнь особенный Божественный дар, сущность которого не сводится к энергиям, исполняющим материальную природу? И, с другой стороны, говоря словами немецкого теолога Вольфганга Панненберга, «существует ли в современной биологии эквивалент библейскому понятию Духа Божия как начала жизни, выходящего за пределы организма?» [43]. Как думали существе жизни святые отцы Церкви? Св. Василий Великий – один из великих каппадокийских Отцов Церкви, составивший чин Божественной Литургии, в «Беседах на Шестоднев», толкуя слова книги Бытия «Да произведет земля душу живую» (Быт. 1:24), пишет: «Итак не из земли явилась сокрытая в ней душа бессловесных, но произошла вместе с повелением» (Беседа 9 «О животных земных»). Однако, в другом месте того же произведения св. Василий утверждает, что «угри не иначе образуются, как из тины. Они размножаются не из яйца и не другим каким-либо способом, но из земли получают свое происхождение» [44]. Некоторая неопределенность в интерпретации происхождения жизни вызвана здесь, по всей видимости, состоянием современной святителю науки, которая не имела четкого представления о возможности самопроизвольного зарождения (абиогенеза). Ставя вопрос в более общей плоскости, можно спросить - есть ли в христианской теологии единое учение о сущности жизни и как понимание жизни в христианстве соотносится с таковым же пониманием в современной науке? Где находятся пограничные рубежи, на которых можно искать точки соприкосновения между наукой и теологией в вопросе о сущности жизни? Эти вопросы представляются насущно важными для современного российского общества ввиду дискуссий, идущих по вопросу совместимости учения о биологической эволюции с христианским мировоззрением. Многие творцы современной эволюционной теории (например, Ф.Г. Добржанский и Н.В. Тимофеев-Рессовский) и крупные современные биологи (такие как руководитель проекта «Геном человека» и директор Институтов Здоровья США Ф. Коллинз [45]) были и являются верующими христианами, т.е. не видели и не видят противоречий между христианством и учением о биологической эволюции. Стремясь свести конфликт к противостоянию науки и религии и запугивая обывателя клерикализацией общественной жизни, недоброжелатели не знают и не хотят знать целого пласта современной научно-теологической мысли, посвященной христианскому уяснению основных истин теории эволюции [46-49].Литература[1] Trifonov E.N. Vocabulary of definitions of life suggests a definition // J. Biomolec. Struct. Dyn. – 2011. – Vol. 29. – P. 259-266.[2] Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. - Vol. 29. - Issue 4. - 2012. – P. 597-650.[3] Origins of Life and Evolution of Biosphere. Special Issue: Definitions of Life. – Vol. 40. – P. 119-244. – 2010.[4] Koshland D.E. The seven pillars of life // Science. – 2002. – Vol. 295. – P. 2215-2216.[5] Barbieri M. The Organic Codes. An Introduction to Semantic Biology. Cambridge, 2003.[6] Koonin E.V. Defining life: an exercise in semantics or a route to biological insights? // J. Biomol. Struct. Dyn. – 2012. – Vol. 29. – P. 603-605.[7] J. Maynard Smith. The concept of information in biology. Вкн.: Information and the Nature of Reality. From Physics to Metaphysics. P. Davies, N.H. Gregersen, eds. Cambridge University Press. 2010. P. 123.[8] Wheeler J.A. Information, physics, quantum: The search for links. In Complexity, Entropy, and the Physics of Information. Ed. W.H. Zurek.Redwood City, California, Addison-Wesley, 1990. P. 309-336.[9] Landauer R. The physical nature of information // Physics Letters A. 1996. Vol. 217. P. 188-193.[10] Toyabe S., Sagawa T., Ueda M., Muneyuki E., Sano M. Experimental demonstration of information-to-energy conversion and validation of the generalized Jarzynski equality // Nature Physics. 2010. Vol. 6. P. 988-992.[11] Bérut A., Arakelyan A., Petrosyan A., Ciliberto S., Dillenschneider R., Lutz E. Experimental verification of Landauer's principle linking information and thermodynamics // Nature. 2012. Vol. 483. P. 187–190.[12] Jun Y., Gavrilov M., Bechhoefer J. High-Precision Test of Landauer's Principle in a Feedback Trap // Physical Review Letters. 2014. Vol. 113. P. 190601.[13] Hong J., Lambson B., Dhuey S., Bokor J. Experimental test of Landauer's principle in single-bit operations on nanomagnetic memory bits // Science Advances. 2016. Vol. 2. P. e1501492.[14] Gaudenzi R., Burzuri E., Maegawa S., van der Zant H., Luis F. Quantum Landauer erasure with a molecular nanomagnet // Nature Physics. 2018. Vol. 14. P. 565–568.[15] Вернадский В.И. О коренном материально-энергетическом отличии живых и косных естественных тел биосферы. - М.-Л. – 1939.[16] Жабин А.Г. Существует ли эволюция видообразования минералов на Земле? // Докл. АНСССР. – 1979. – Т. 247. - № 1.[17] Юшкин Н.П. Эволюционные представления в современной минералогии // Записки ВМО. – 1982. – Т. 116. - № 4. – С. 432-442.[18] Hazen R.M., Papineau D., Bleeker W., Downs R.T., Ferry J.M., McCoy T.J., Sverjensky D.A., Yang H. Mineral evolution // Amer. Mineral. – 2008. – P. 1693-1720.[19] Rosing M. On the evolution of minerals // Nature. – 2008. – Vol. 456. P. 456-458.[20] Vasconcelos C., McKenzie J. The descent of minerals // Science. – 2009. – Vol. 323. P. 218-219.[21] http://hazen.ciw.edu/research/mineral_evolution[22] Завадский К. М. Вид и видообразование. Л.: Наука, 1968. 396 с.[23] Майр Э. Зоологический вид и эволюция. М.: Мир, 1968. 597 с.[24] Расницын А.П. Классическая и неклассическая систематика: другой взгляд. // Журнал общей биологии. 2006. Т. 67. № 5. С. 385-388.[25] Расницын А.П. Философия эволюционной биологии // Журнал общей биологии. 2020. Т. 81. № 1. С. 54-80.[26] Павлинов И.Я. Замечания о соотношении таксона и признака в систематике (по поводу статьи А. А. Стекольникова) // Журнал общей биологии. 2004. 65 (2). С. 187-192.[27] Павлинов И.Я. Научный плюрализм и проблема вида в биологии // Философский век. Альманах 33. Карл Линней в России. СПб: СПб Центр истории идей. 2007. С. 127-133. [28] Павлинов И.Я. Проблема вида в биологии – ещё один взгляд // Вид и видообразование. Анализ новых взглядов и тенденций (Тр. ЗИН РАН, Приложение № 1). 2009. С. 259–271. [29] Павлинов И.Я. Таксономическая теория для неклассической систематики // Журнал общей биологии. 2012. Т. 73. № 4. 2012. С. 259–270.[30] Hatert F., Mills S.J., Hawthorne F.C., Rumsey M.S. A comment on “An evolutionary system of mineralogy: Proposal for a classification of planetary materials based on natural kind clustering” // American Mineralogist. – 2021. – Vol. 106. – P. 150-153.[31] Hazen R.M. Reply to “A comment on ‘An evolutionary system of mineralogy: Proposal for a classification of planetary materials based on natural kind clustering’” // American Mineralogist. – 2021. – Vol. 106. – P. 154-156.[32] Вернадский В.И. О состоянии пространства в геологических явлениях / Проблемы биогеохимии. С. 122. – М.: Наука. – 1980. – С. 122.[33] Вернадский В.И. Об условиях возникновения жизни на Земле / Проблемы биогеохимии. С. 122. – М.: Наука. – 1980. – С. 281.[34] Hazen R.M. Genesis: The Scientific Quest for Life’s Origin. – Washington D.C.: Joseph Henry Press. – 2005.[35] Laughlin R.B., Pines D., Schmalian J., Stojković B.P., Wolynes P.The middle way // Proc. Natl. Acad. Sci. – 2000. – Vol. 97. – P. 32-37.[36] Wigner E.P., The probability of the existence of a self-reproducing unit / The Logic of Personal Knowledge, ed. E. Shils, Routledge & Kegan Paul, London, pp. 231-238.[37] Katsnelson M.I., Wolf E.Y., Koonin E.V. Towards physical principles of biological evolution // Physica Scripta. – 2018. – Vol. 93. – P. 043001.[38] Cairns-Smith A.G. Genetic Takeover and the Mineral Origins of Life. Cambridge University Press, 1987.[39] Bullard T., Freudenthal J., Avagyan S., Kahr B. Test of Cairns-Smith’s ‘crystals-as-genes’ hypothesis // Faraday Discussions. 2007. Vol. 136. P. 231-245.[40] Greenwell H.C., Coveney P.V. Layered Double Hydroxide Minerals as Possible Prebiotic Information Storage and Transfer Compounds // Origin of Life and Evolution of Biospheres. 2006. Vol. 36. P. 13–37. [41] Smith J.V. Biochemical evolution. I. Polymerization on integral, organophilic silica surfaces of dealuminated zeolites and feldspars // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1998. – Vol. 95. – P. 3370-3375.[42] Smith J.V. Biochemcal evolution III: polymerization on organophilic silica-rich surfaces, crystal-chemical modeling, formation of first cells, and geological clues // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1999. – Vol. 96. – P. 3479-3485.[43] Pannenberg W. Theological questions to scientists. Вкн.: The Science and Theology in the Twentieth Century, ed. A.R. Peacocke. Notre Dame, 1981. Цит. по: А.Р. Пикок. Эволюция – тайный друг веры. М., Изд-во ББИ, 2013, С. 33-34.[44] Св. Василий Великий. Беседы на Шестоднев / Творения иже во святых отца нашего Василия Великаго, архиепископа КесарииКаппадокийския. Часть первая. – М. – 1845. Репринт: М.: Издательский отдел Московского Патриархата. – 1991. - С. 159-160.[45] Collins F. The Language of God: A Scientist Presents Evidence for Belief. FreePress, 2006.[46] Haught J.F. God after Darwin. A Theology of Evolution. – 2000. – Westview Press. [Хот Дж. Бог после Дарвина. Богословие эволюции. – 2011. – М.: Изд-воББИ. – 236 с.].[47] Haught J. Deeper Than Darwin: The Prospect for Religion in the Age of Evolution. – 2003. - Westview Press.[48] Haught J. Making Sense of Evolution: Darwin, God and the Drama of Life. – Westminster John Knox Press. – 2010.[49] Peacocke A. Evolution: the Disguised Friend of Faith? Selected Essays. – 2004. - Templeton Foundation Press. [ПикокА. Эволюция – тайный друг веры. – 2014. – Изд-во ББИ. – 318 с.].
АкронимRFBR_TEO_a_2021 - 1
СтатусАктивный
Действительная дата начала/окончания23/04/2116/04/22

Ключевые слова

  • жизнь
  • естественные науки
  • теология
  • биология
  • минералогия
  • диалог науки и религии