Kazimierz Kloskowski
"Molecules, dynamics and life: an
introduction to self-organization of
matter", Agnessa Babloyantz, New
York 1986 : [recenzja]
Studia Philosophiae Christianae 26/1, 210-213
sprawdzanie, tłum aczenie, w yjaśnianie oraz jakie przyjęli kryteria k la syfikacji artykułów. Tytuły rozdziałów nie mogą być traktowane jako kryteria klasyfikacji, poniew aż w iele użytych w nich term inów i okre śleń jest różnie rozumiana przez różnych badaczy.
Oczywiście praca ma charakter przyrodniczy, jest zbiorem w yników badań przyrodniczych na tem at ewolucji. Twierdzenie to jednak nie jest w stanie rozwiać pojawiających się podczas lektury książki w ątp li wości, co jest w niej hipotezą a co teorią czy też zw ykłą sugestią. Na straży obiektyw ności nauki stoi zasada — jak twierdza C. G. Hem pel
(P odstaw y nauk biologicznych, tłum. B. Stanosz, W arszawa 1968, s. 30) — że o ile hipotezy i teorie można w nauce swobodnie konstru ować i proponować, o tyle mogą być one akceptowane i w cielane do w iedzy naukowej tylko w tedy, gdy przejdą próbę dokładnego, krytycz nego badania.
K azim ierz K lo sk o w sk i
A gnessa Babloyantz, Molecules, dyn am ics and life. A n introduction to
self-organization of m a tter, N ew York, Chichester, Brisbane, Toronto,
Singapore, John W iley Sons 1986, ss. 345.
Autorka książki jest wykładow cą U niw ersytetu w Brukseli, w spół pracownicą I. Prigogine’a, doktorem chem ii fizycznej.
Na treść om awianej książki składają się: przedmowa, wstęp, podzię kowanie, czternaście rozdziałów złożonych w trzy grupy tem atyczne: m ateria i chemia (cz. I), nowa chem ia (cz. II) oraz samoorganizacja i jej konsekw encje w biosystem ach (cz. III) a także bibliografia i indeks im ienno-rzeczowy.
Autorka podejm uje próbę przedstawienia koncepcji samoorganizacji na tle rozwoju nauk przyrodniczych, szczególnie chemii. Kluczem jest tutaj ewolucja m aterii rozważana jako nieodwracalny proces w św ietle równowagowej i nierównow agowej termodynamiki. Rozważania te pro wadzą do tzw. struktur dysypatywnych, pojawiających się w wyniku spontanicznych reakcji uporządkowanych struktur, podlegających w y m ianie energii m aterii z otoczeniem w warunkach dalekich od rów no wagi. Takie ujęcie procesu samoorganizacji pozwala zrozumieć zw iązki strukturalne i funkcjonalne zachodzące pomiędzy m olekułam i i makro molekularni składającym i się na żyw y system.
A naliza procesów samoorganizacji podjęta przez A. Babloyantz spro wadza się, w sw ej istocie, do próby odpowiedzi na pytanie: w jaki sposób i na jakiej drodze dochodzi do pojawienia się w m aterii w ła sności samoorganizacji? W łasność ta, jak się wydaje, jest dla autorki recenzowanej pracy, kryterium różnicującym m aterię m artwą od ży wej; samoorganizacja m aterii decyduje o integralności funkcjonalno- -strukturalnej żyw ej materii. Inaczej mówiąc, pojaw ienie się samoorga nizacji stanow i m om ent przejścia m aterii martwej w żywą. Podstawą sam oorganizacji m aterii są reakcje chem iczne (s. 24). Samoorganizację opisują w yłącznie prawa nieliniow e (s. 38). Cechą charakterystyczną procesu samoorganizacji m aterii jest niestabilność reakcji chem icznych, dla których niezbędny jest stały dopływ energii. Pow stałe system y są niestabilne, gdyż z chw ilą przerwania dopływu energii, system y w ra
ca ją do stanu w yjściow ego (s. 130). W łasności takie — jak twierdzi A. Babloyantz — są charakterystyczne dla funkcjonow ania system ów biologicznych. Chodzi tutaj przede w szystkim o tzw. prawo n iestab il ności Benerda-Rayleigha. Zgodnie z tym prawem przyjm uje się, że kiedykolwiek w system ie zachodzi proces konw ekcji — tj. ruchu makro skopowych obszarów cieczy lub gazu względem siebie pod w pływ em działania czynników zew nętrznych lub w skutek różnicy gęstości w ze wnętrznym polu grawitacyjnym — można także zakładać pojaw ienie się samoorganizacji. Niem niej jednak, tak duży zakres aktualnych pro cesów konwekcyjnych, zapoczątkowanych przez (przykładowo) gradient temperatury (prawo Fouriera), może nie być dostrzegalny w biologicz nych system ach. Z drugiej strony, dostrzega się w iele chem icznych reakcji przebiegających niezgodnie z prawem termodynam icznej rów no wagi tak, że zgodność stanu chem icznych reakcji i ich tempa może być niestabilna. Istotnym jest jednak m echanizm sprzężenia zwrotnego zachodzący (1) pomiędzy biologicznym organizmem tzn. otwartym sy stemem a procesm w ym iany nergii i m atrii z otoczeniem , a także (2) pomiędzy procesami zachodzącymi w ewnątrz system u. Stąd można wnosić, że biologiczny porządek jest zw iązany z niestabilnością daleką od równow agi biochem icznych reakcji (s. 135).
Następne zagadnienie podjęte przez A. Babloyantz dotyczy określe nia związków zachodzących pomiędzy hydrodynamiką a chemiczną sa- organizacją. Te dwa zjawiska są szczególnym i przypadkam i struktur dysypatywnych (s. 150). Najbardziej istotną cechą struktur dysypatyw - nych jest ich w ystępow anie i utrzym ywanie się w warunkach nierów nowagowych, tzn. m ożliwość sam oorganizacji tylko w stanie dalekim od równow agi termodynamicznej. Konieczność badań system ów fizyko- -chemicznych dalekich od rów now agi termodynam icznej zrodziła się z chęci zrozumienia działnia żyw ych organizm ów funkcjonujących ja ko system y otwarte (s. 152). W konsekw encji pojaw iła się nowa che mia, nastąpiła odnowa nielinearnej makroskopowej fizyk i oraz powstała nowa biochem ia (s. 153).
Kolejne zagadnienie dotyczy m ożliwości interpretacji powstania życia, informacji zawartych w komórce, rozwoju orgnizm ów w św ietle proce sów samoorganizacji. Samoorganizujące się system y — jako swoista konsekwencja procesów nierównow agow ych i odpowiedniego nielinio wego sprzężenia zwrotnego zachodzącego pomiędzy coraz bardziej zło żonymi system am i a ich środowiskiem — pojaw iły się w e wczesnych stadiach ew olucji biochem icznej prowadzącej do powstania życia. N ie mniej jednak należy pamiętać, iż zanim jakikolw iek proces ew olucji cząsteczek m ógł się rozpocząć (w środowisku wodnym) niezbędna była odpowiednia ilość polim erów. Najbardziej odpowiednim m echanizm em dla pojaw ienia się polim erów stanowiło w iązanie się poszczególnych jednostek m onom erycznych w procesie elongacji tj. wydłużania. Jednak energia wiążąca monomery w łańcuchy polim erów ma taką własność, że procesy te odbywają się niezw ykle powoli. Z drugiej strony, poli mery w środowisku wodnym są szybko hydrolizowane. Tak więc, gdy polimery są już uformowane, niezbędne jest, aby niektóre m echanizm y decydujące o elongacji pow iększyły integralność pow stałych system ów, broniąc je przed całkowitym rozpadem czy przekształceniem . Jak wskazują doświadczenia, synteza w edług takiego wzoru wraz ze zw ięk szeniem wartości autokatalitycznych cykli mogła m ieć istotny w pływ na stan integralności polim erów, a tym sam ym um ożliw iła funkcjono wanie system u dalekiego od rów now agi term odynam icznej (s. 236).
Badania przeprowadzone na system ach złożonych (komórki, tkanki) pozwalają wiskazać na jeszcze inny w ym iar sam oorganizacji m aterii. M ia now icie okazuje się, że procesy samoorganizacyjne tworzące złożony sy stem posiadający stałe w artości param etrów chem icznych zależą od ilości i funkcji sam ych połączeń elem entów składowych (s. 310). Tak w ięc liczba i funkcja połączeń stała się nowym , różnicującym param e trem rzetelnego określenia samego procesu samoorganizacji. Inaczej m ówiąc, u źródeł sam oorganizacji leżą zmiany w ew nątrz topologicznego system u złożonego z w ielu jednostek połączonych w najrozmaitszy che- m iczno-fizyczny sposób.
W ym ienione cechy procesu samoorganizacji m aterii, traktowane jako najbardziej podstaw owe przez A. Babloyantz, nabierają ogromnej w ar tości, gdy odniesie się do nich przyrodniczą ideę samoorganizacji dysy patywnej I. Prigogine’a, model hipercyklu M. Eigena czy też paradyg m at globalnej ew olucji E. Jantscha. Samoorganizacja dysypatyw na to po prostu spontaniczne pojaw ianie się uporządkowanych struktur z chaosu. Podstaw ą tego procesu jest wym iana m aterii i energii w y łaniających się struktur z otoczeniem. Procesy te przebiegają zgodnie z prawam i termodynam icznymi. Z kolei M. Eigen podkreśla, że poja w ien ie się pierwszej żywej istoty (modeluje ją hipercykl białkowo-nu- kleinow y) zależy od zjaw isk przypadkowych oraz m echanizmu selekcji rozum ianego jako zespołu nieliniow ych równań kinetycznych. Natomiast E. Jantsch wychodzi z założenia, że w szystkie procesy oraz „elem enty” tworzące rzeczyw istość są ze sobą powiązane; w zajem nie oddziaływując na siebie. Rzeczywistość dla Jantscha to jeden w ielki system . Powyższe pozwala przyjąć, że studium książki A. Babloyantz stanow i niejako kontynuację badań problematyki sam organizacji materii. Ważnym uzu pełnieniem może być także to co W. Holzm üller napisał w swojej pra cy M akrom oleküle als Träger von L ebensprozessen (Berlin 1981). W spomniany autor uzależnia dzieje biologiczne od dwóch cech m ate rialnych nośników informacji. Pierw szą z nich jest „odzwierciedlenie” polegające na przenoszeniu inform acji o rzeczyw istym św iecie w ludzką świadomość. W um yśle powstają obrazy, które utrwalone są dzięki m olekułom . Druga zaś cecha „komplem entarności” rozumiana jest bar dzo szeroko. Wskazuje na to konieczność ,,uzupełniania” tworzących się całości: procesów, struktur a naw et nauk.
Lektura książki A. Babloyantz pozwala przyjąć twierdzenie, że sa moorganizacja m aterii stanow i jedną z podstawowych zasad biologicz nych i stanow i konieczny warunek ewolucji. Samoorganizowanie się podkreśla, że procesy zachodzą spontanicznie w ramach naturalnych praw przyrodniczych. Stąd zrozumiałe wydaje się określenie M. Eige na, że sam oorganizwanie się m aterii jest niczym innym , jak zdolno ścią specjalnych form i struktur, w ynikającą z dobrze zdefiniowanych oddziaływ ań wzajem nych i powiązań przy określonych i dokładnie do trzym anych warunkach brzegowych (Gra. P raw a n atu ry steru ją p r z y
padkiem , tłum. z niem. K. Wolicki, Warszawa 1983, s. 194).
Recenzowana praca przede w szystkim satysfakcjonuje przyrodników oraz w szystkich pasjonujących się zagadnieniem ew olucji i genezy ży cia. Kompozycja pracy, liczne zdjęcia, tabele, schematy, podsumowania określonych grup tem atycznych, ułatw iają studium, które potraktować należy jako przyrodniczą bazę do filozoficzno-m etodologicznych refle ksji. Chodzi tutaj przede w szystkim o adekwatność i zasadność propo
nowanych rozwiązań, w yjaśnień sam oorganizacji m aterii, „procesu klu cza” dla genezy i ew olucji otaczającej nas rzeczywistości.
K a zim ierz K loskow ski
G. W. W ojtkiewicz: O snow y tieorii proisch ożdien ija Z iem li, Moskwa 1988, Izd. Niedra, ss. 112
Podzielane przez przyrodników przekonanie o jedności m aterialnej świata, o jedności zjaw isk i procesów ew olucyjnych nakazuje nam pa trzeć na pojaw ienie się pierw szych form żyw ych jako na rezultat ogó łu stopniow ych przemian, jakim podlegała Ziemia, jej wnętrze, po wierzchnia, atmosfera. Aiktualne badania i m odele początków życia de facto uwzględniają w coraz szerszym zakresie całokształt warunków istniejących na pierwotnej Ziemi. Z kolei nowe teorie dynam iki i ew o lucji Ziemi i system u słonecznego w św ietle w yników badań atrofi- zycznych dotyczących rozwoju m aterii w Kosm osie wskazują na to, że planeta nasza jako cząstka W szechświata jest ogniw em globalnej ew o lucji kosmicznej. W taki sposób i samo życie w sw ych początkach ukazuje swój wym iar kosmiczny.
Pochodzenie i rozwój Ziemi jako część ew olucji chemicznej Kosmosu wiąże się ściśle z procesam i tworzenia i przekształcania się pierw ia stków chem icznych oraz ich rozprzestrzenieniem . Dane o tego typu procesach pozwalają na odtworzenie — zapisanej w skałach i m inera łach skorupy ziem skiej — historii naszej planety. Najstarsze okresy tej historii są jednak słabo poznane. Z pomocą przychodzą tu w ostatnich latach badania z zakresu kosm ochem i i planetologii porównawczej. Wyniki tych nauk stanowią dopełnienie dla badań ziem skich śladów procesów kosm icznych obserw ow anw ych w postaci określonych pro porcji składu izotopowego, zjaw isk prom ieniotwórczości naturalnej itp. Kosmochemia i geochem ia przez sw e zbliżenie pozwalają w idzieć w no wym św ietle pierwotne tworzywo układu słonecznego i najw cześniejsze etapy i warunki tworzenia się naszego globu.
Wskazana problem atyka stanow i przedmiot dociekań książki Georgija Witoldowicza W ojtkiewicza P o d sta w y teorii pochodzenia Ziem i. Autor ten znany jest z w ielu prac z zakresu geo- i kosmochemii, m.in. Ewo lucja chem iczna system u słonecznego (1979), G eochem ia i kosm ochem ia
izotopów (1983), E w olucja chem iczna Ziem i (z O. Bessonowem , 1986), Problem y kosm ochem ii (1987).
Obecnie om awiana praca, będąca drugim, poszerzonym i uzupełnio nym wydaniem , przybliża czytelnikow i w sposób przystępny, w św ietle najnowszych badań, złożone drogi narodzin naszej planety. Nowością tych badań, w ślad za tym i om aw ianej książki W ojtkiewicza jest dostrzeżenie faktu ścisłej łączności w łaściw ości i praw mechaniki, uwzględnianych w klasycznych hipotezach kosmogonicznych, z fizyk o chemicznymi w łaściw ościam i pierwiastków , zw łaszcza ich charaktery stykę izotopową. Pozw oliło to na stw ierdzenie w ięzi genetycznej proce sów planetotwórczych z poprzedzającym je stanem i ew olucją tw orzy wa kosmicznego. To ostatnie w stadium przedplanetarnym znajdowało się w stanie plazm owym i stopniowo poprzez tworzenie coraz to bar
