Неизбежна ли смерть отдельного человека?
(отредактированный отрывок из моей книги: Marti Ros «Master or Visitor? On the Evolution of Information in the Universe. Vantage Press, 1996, New York).
Человеку восемьдесят лет. Он просматривает фотографии своей юности, и ему становится грустно. Такой кладезь ума, красоты и талантов ... и на тебе! Постарел, отошел от активной жизни, донимают старческие хвори, словом, накопил энтропию. А за порогом уже стоит старуха с косой и терпеливо дожидается, когда он примирится с неизбежным. «Не хочу умирать!» - возмущается он. Старик начинает пить настои жень-шеня, делает гормональные уколы, женится на юных красотках, пытаясь омолодиться и надуть старуху-смерть. Но, увы! Неизбежное все-таки придет.
Согласитесь, грустная штука жизнь отдельного человека. С самого рождения идти к смерти, осознавая это. Быть исчезающим мгновением в непрерывном потоке времени. И только посмотрев на своих цветущих внуков и внучек, старик вздыхает и примиряется с неизбежным, с ограниченностью индивидуальной жизни. Люди глубоко верят, что придет время и человек будет жить вечно.
А действительно, неизбежна ли смерть отдельного человека? Есть ли теоретические предпосылки к вечной жизни, предпосылки к созданию элексира молодости?
Жизнь возникла как следствие фундаментальных законов природы. Является ли смерть отдельного индивида неизбежным следствием тех же законов природы? Может быть, старение и смерть являются явлениями чисто биологическими, такими, как болезнь или травма, и поэтому теоретически возможно создать эликсир молодости и жить вечно?
Из физико-химических соображений можно допустить, что смерть не является неизбежным окончанием индивидуальной жизни, что старение и смерть имеют биологическую природу, а поэтому можно найти способ бесконечно продлевать жизнь отдельного человека. Действительно, любое живое существо, начиная с отдельной бактерии, представляет собой термодинамически открытую систему. Открытой системой в термодинамике называется такая система, которая в состоянии обмениваться с окружающей средой энергией и веществом. Такая система в состоянии увеличивать энтропию в окружающей среде и за счет этого уменьшить свою собственную энтропию. Она может избежать смерти, если в окружающей среде достаточно вещества и энергии, чтобы постоянно подкармливать систему. Открытая система теоретически может быть вечной, так как она не накапливает энтропии и, следовательно, ее структура стабилизирована.
Наблюдая за ростом и возмужанием биологической особи, мы ясно видим, что с течением времени организм накапливает массу и энергию, что, таким образом, происходит увеличение энтропии в окружающей среде и ее уменьшение в организме. Особь ведет себя как термодинамически открытая система. Что же заставляет ее стареть и умирать? Неужели дело в биологии, а не в термодинамике открытых систем и не в сущности общих законов природы?
Это не праздный вопрос. Можно встретить множество статей в широкой прессе, в которых люди с полной серьезностью говорят о том, что наука еще не установила неизбежность смерти отдельного индивида. Поверхностные выводы присущи искренним и честным дилетантам, но имеется и немало шарлатанов. Например, известно, что число делений клеток ограничено генетическим запретом. У одних видов животных клетки делятся большее число раз, а у других – меньшее. И те из них, у которых происходит большее число делений, живут дольше. Как будто число делений клеток ограничивает долгожительство и, может быть, бессмертие. Отсюда делается вывод, бессмертие достижимо, если клетки не потеряют способность делиться.
Давайте, все же задумаемся? Биологическая эволюция длилась почти четыре миллиарда лет. Все лучшие признаки живых существ, вплоть до интеллекта были при этом отобраны и сохранены. А вот вечной жизни эволюция почему-то не сумела создать. Кажется, что эволюция, что-то недоработала. Ну, какой был смысл биологической эволюции убивать взрослую, умную и сильную особь, ради милого, но беспомощного младенца? И еще. Какой смысл биологии ограничивать жизнь живой открытой системе вопреки физико-химическим законам, позволяющим все время обновлять структуру за счет притока энергии и вещества?
Попытаемся подойти к этому видимому парадоксу более последовательно.
Старение и смерть должны нам напоминать о том, что в системе происходит увеличение энтропии, ведущее к последующему распаду организма. Так как наш организм в состоянии непрерывно восстанавливать запасы энергии и поврежденные структуры за счет притока массы и энергии извне, то создается впечатление, что он может быть вечен, так как восстанавливает обе созидательные величины, энергию и информацию. Так ли это?
Любая самоорганизующаяся система, подобная нашему организму, в состоянии реконструировать сама себя, основываясь на исходно существующей в системе информации, в которой точно определено, где, когда, как и что надо сделать, чтобы развивать и поддерживать здоровье данной структуры. Программа поведения нашего организма записана в геноме и реализуется в виде последовательности операций. Действуя в точном соответствие с этой программой, наш организм в состоянии поддреживать и регулировать уровень энергии, массы и специализацию структур, выполняющих необходимые функции. Генетический контроль за состоянием организма происходит непрерывно, несмотря на значительную автономность ряда систем. Специализированные клетки, такие как нервные, мышечные, печеночные, желудочные обладают соответствующей информацей относительно того, как себя вести, чтобы обеспечить свои особые функции.
Теперь вспомним, что энтропия связана не только с потерей внутренней энергии, но и является мерой недостаточности информации относительно истинной структуры системы. Термодинамически открытая система, подобная нашему организму, способна полностью восстанавливать себя. Единственной причиной возрастания энтропии и нарушения функций может быть только потеря информации относительно истинного своего предназначения: что делать, когда делать и как делать.
Если клетка теряет информацию относительно того, что является ее истинной функцией, она утрачивает свою специализацию. Когда потеря информации происходит очень медленно, клетка «стареет» в том смысле, что она все хуже и хуже исполняет предназначенную ей роль в организме, она теряет свою специализацию. Когда же клетка быстро и полностью теряет свою специфическую генетическую информацию, когда он перестает быть специализированной, она уже не знает своего истинного предназначения и превращается в раковую клетку. В этом случае мы говорим о перерождении клеток. Раковые клетки живут по законам свободно живущих клеток, подобных бактериям. Они предоставлены сами себе и не привязаны функционально к деятельности какой-либо специализированной ткани. Они заботятся сами о себе без учета того, как их деятельность может отразиться на работе других частей организма, других тканей и клеток. Раковые клетки стараются выжить по всем правилам свободно живущих, неспециализированных клеток, поэтому они распространяются по всему организму, вступая в конкуренцию с другими нормальными клетками за выживание. Если они побеждают, то обрекают организм на смерть. С физико-химической точки зрения раковая клетка ведет себя вполне нормально. Она поглощает нужные вещества из окружающей среды, восстанавливает свои запасы энергии и обновляет разрушенные структуры, чтобы делиться и размножаться. Как термодинамически открытая систем она ведет себя вполне нормально. Но не обладая нужной информацией о правильном поведении для выживания в качестве компонента данного тела, она убивает организм, на котором паразитирует, и при этом гибнет сама, как любой паразит.
Все в мире взаимосвязано через общие законы природы. Преступник ведет себя в обществе наподобие раковой клетки. Он нарушает законы общества, что ведет к его собственной гибели. Криминал является катастрофическим искажением информации о своем месте в обществе. В социуме каждый получает то, что принадлежит ему в соответствии с законами, которые и являются информацией об истинной структуре общества. Таким образом, и преступник, и раковая клетка, будучи нормальными термодинамическими открытыми системами, одновременно являются патологиями относительно полноты своей информационной системы. Они теряют с какого-то момента своей жизни информацию о своем истинном предназначении.
Старость и раковое заболевание имеют одну и ту же природу – потеря информации и соответствующее увеличение энтропии системы. Поэтому старые люди статистически более предрасположены к раковым заболеваниям, к злокачественному перерождению клеток. Я хочу сказать, что между раковой клеткой и стареющей клеткой нет качественного различия, но есть существенное количественное расхождение относительно величины потерянной информации. В стареющей клетке энтропия нарастает постепенно и, чем медленнее она растет с потерей информации, тем дольше может прожить человек. Чем старее клетка, тем ближе величина потерянной информации к катастрофической черте. В раковой клетке выход на катастрофический уровень происходит быстро. Падает информации о специфичности и растет энтропия. Как и преступник, раковая клетка больше не признает связи, контактов и обязательств по отношению к другим клеткам. Она переходит на «криминальную патологию». Катастрофа в данной популяции клеток начинает распространяться по всему организму, так как раковые клетки живут по законам свободных клеток.
Информация, заложенная в организм, предусматривает возможность возникновения такого рода патологии. Поэтому у нас имеется немало механизмов по борьбе с любого рода патологией, иначе мы бы не выжили, так же как в обществе имеется немало способов по обузданию криминальных тенденций. Если общество борется с этим довольно эффективно, то организму зачастую не удается остановить злокачественное перерождение клеток и, главное, метастазы, распространение больных клеток в другие части тела.
Старость и смерть имеют одну и ту же природу. Старость заканчивается смертью организма. Возрастное накопление дефицита информации и соответствующее накопление энтропии ведет к катастрофе. Таким образом, мы вправе заключить, что и в открытых системах накопление дефицита информации начинается задолго до смерти. Путь к смерти отдельного индивида начинается с самого рождения. Если разделить энтропию системы на две части, одну отнести к убыванию внутренней энергии, а другую к убыванию информации, то речь идет об энтропии, накапливаемой из-за медленного, но непрерывного убывания информации. В процессе роста, развития и зрелости, когда кажется, что организм эффективно уменьшает внутреннюю энтропию, на самом деле идет медленное накопление ошибок в геноме вследствие постоянного взаимодействия индивида с окружающей средой. В этом смысле организм ничем не отличается от любого другого механизма. Потеря информации эквивалентна износу частей механизма. Только живое построено чрезвычайно сложно. Ошибки в геноме накапливаются медленно, так как имеются специальные системы для восстановления испорченных частей вплоть до убийства и самоубийства клеток, вышедших из-под контроля генома. Иначе раковые и другие заболевания были бы столь частым явлением, что многоклеточные организмы были бы обречены на вымирание. Кроме того, идет постоянное обновление клеток, когда старые клетки вымирают и на их месте появляются новые. Все эти механизмы восстановления информационной емкости время от времени сами теряют часть информации. Скорость накопления ошибок зависит от индивидуальных особенностей генома и в определенной степени от образа жизни. Видимо, имеется некая средняя скорость накопления ошибок, которая и определяет средний возраст человеческой жизни. Но в любом случае процесс старения связан с потерей генетической информации. Ученые, занятые проблемами геронтологии, как раз ищут те причины, которые ведут к потере информации в организме. Когда мы говорим об информации, мы рассуждаем термодинамически, тогда как биологи ищут причины сокращения числа делений с возрастом, различные причины иммунодефицита, потери генетического контроля и многое другое, что можно было бы улучшить, чтобы продлить жизнь. То, что мы обсуждаем в этом разделе, относится к общей причине старости и смерти, которая присуща всей материи без исключения. Основной закон природы, по-видимому, можно сформулировать так:
Нельзя создать абсолютно надежную информационную систему с помощью конечного числа элементов .
Иными словами, если генетический код состоит из заданного, даже огромного числа генов, ошибки будут накапливаться, и из-за убывания информации энтропия в организме будет возрастать. При некоторой заданной величине энтропии наступит смерть, когда структура еще существует, но из-за недостаточности информации не может функционировать. Структура имеется, но она мертва.
Старение – это непрерывное уменьшение генетической информации относительно истинной биологии организма. Смерть – это катастрофическая недостаточность информации генома относительно истинной биологии организма. Существует ряд причин, по которым информация не доходит до нужного места или вообще теряется навсегда. Во-первых, сами гены могут претерпеть изменения, во-вторых, информация может неправильно списываться с них, в-третьих, информация неправильно передается белкам, в-четвертых, сами белки занимают ошибочные места в клетке и т. д. Но в любом случае, кажется, что все ошибки должны быть связаны с неправильной функцией генома. Однако сразу же возникает серьезный вопрос. А на генетическом ли это уровне происходит потеря информации? Как это получается, что миллиарды клеток почти одновременно теряют информацию в геномах? Я не знаю.
В термодинамическом смысле для нас важно знать не место, где теряется информация, а понимать, что энтропия в организме накапливается из-за потери информации. Поэтому открытая система, которая могла бы вечно поддерживать нужный уровень внутренней энергии, постепенно работает все хуже и хуже. Физик, читающий эти строки, несомненно, догадался, что в самом общем смысле мы вернулись к термодинамическому запрету: вечный двигатель невозможен.
Итак, чтобы человек жил вечно, надо непрерывно восстанавливать уровень информации нашего организма, заменяя стареющие органы на новые. Какая-то часть человечества должна все время быть озабочена проблемой омоложения. В каком-то смысле медицина именно этим и занимается.
Теперь допустим, что медицина в состоянии омолаживать тело и продлевать жизнь. Целесообразно ли это? Какой в этом смысл, если биология живого устроена так, что стремится к бессмертию не отдельного индивида, а популяции в целом?
В течение сотни миллионов лет эволюция отобрала живые существа с определенными границами жизненного цикла. Неужели эволюция не могла отобрать такие виды, которые, если и не живут вечно, то в состоянии жить очень долго?
Допустим, что невозможно поддерживать информацию человеческого тела более сто лет. Но почему? Живут же некоторые породы деревьев тысячу лет и больше. Почему эволюция ограничила жизнь человека, выбрав сто лет для индивида, как наиболее оптимальный срок для выживания популяции? Я думаю, ответ опять же кроется в проблемах информационного уровня, но не только на генетическом уровне.
У любого животного, и в особенности у человека, имеются две информационные матрицы. В дополнение к геному имеется и другая информационная матрица – это человеческий мозг, который накапливает в течение индивидуальной жизни огромную информацию о внешнем мире, перерабатывает ее и на ее основе контролирует работу тела. Информационная емкость мозга ограничена и, кроме того, не обладает способностью заменять одну информацию на другую. Накопление ненужного хлама одновременно с ценными знаниями происходит всю жизнь, так что постепенно информационная емкость мозга падает, что равносильно накоплению ошибок и увеличению энтропии. Более того, ценность многих информационных единиц с годами резко уменьшается, превращая в хлам то, что было вчера бесценным. В результате мы имеем накопление энтропии, связанной с тем, что наши знания не соответствуют изменениям в окружающей среде. Например, человек, который научился в свое время чинить ламповые радиоприемники, уже не нуждается в этих знаниях, так как во внешней среде подобных объектов уже нет. Чем старше по возрасту человек, тем менее ценны его знания в областях, которые претерпевают существенные изменения. Уже сейчас имеется чрезвычайно трудная и пока бесперспективная проблема очищения нашего мозга от устаревших знаний предыдущих поколений и освоении знаний нового времени. Все социологи понимают, что одной из самых сложных проблем является необходимость переучиваться несколько раз за одну жизнь, чтобы найти работу. Низкая информационная емкость мозга и в то же время старение накопленной информации отдельной личности резко тормозят прогресс общества. Человек все время отстает от прогресса популяции, хотя именно он способствует ее прогрессу, накапливая энтропию в себе. С накоплением знаний энтропия в отдельном человеке возрастает, тогда как энтропия всей популяции, всего человеческого общества падает.
Общество, конечно, в состоянии прокормить людей, находящихся на социальном обеспечении, но оно не может избавить их от комплекса неполноценности. Таким образом, вторая информационная матрица нашего тела, наш мозг, устроена в соответствии с возможностями генома. Его емкость меньше, чем информационный «возраст» генома. Ошибки в геноме накапливаются медленнее, чем падает емкость мозга. Следовательно, эволюция сбалансировала информационные возможности генома и мозга. Накопление энтропии тела не превышает накопления энтропии в мозге. Отсюда, естественно, следует, что эволюция отобрала оптимальный возраст жизни человека.
Если смерть отдельного индивида является неизбежным следствием самых общих законов природы, то биология особи построена на принципе соответствия между накоплением энтропии тела и мозга. И так как бессмертие генофонда не страдает от смерти отдельной личности, то природа нашла иной путь обновления информационной емкости. Она обновляет все время уровень информации в популяции. Рождается новое существо, которое по наследству получает «незагрязненную» информацию о своей структуре и чистый мозг, готовый принять знания нового времени без хлама поисков и ошибок прошлого. И пока информация организма убывает и энтропия возрастает, новый человек совершает то, что ему было предначертано судьбой для бессмертия популяции. Для будущего существенны генофонд и человечество, а не отдельная личность. Смотрите на смерть философски, ибо наука смерти довольна проста и полна целесообразности.