Qual é a vida de um schrödinger download pdf. O que é a vida em termos de física? Natureza geral e objetivo do estudo

O que é a vida?

Palestras proferidas no Trinity College, Dublin, fevereiro de 1943.

Moscou: Editora Estatal de Literatura Estrangeira, 1947 - p.150

Erwin Schrödinger

professor do Instituto de Pesquisa de Dublin

O QUE É A VIDA

em termos de física?

O QUE É A VIDA?

O Aspecto Físico do

Célula viva

BRWIN SGHRODINGER

Professor Sênior no Instituto de Estudos Avançados de Dublin

Tradução do inglês e posfácio de A. A. MALINOVSKY

Artista G. Riftin

Introdução

Homo liber nulla de re minus quam

de morte cogitat; et ejus sapientia

non mortis sed vitae meditatio est.

Spinoza, Ethica, P. IV, Prop. 67.

O homem é livre sobre nada, então

pensa pouco na morte, e

sua sabedoria consiste em pensar

não sobre a morte, mas sobre a vida.

Spinoza, Ética, Parte IV, Teoria. 67.

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Prefácio

É comum pensar que um cientista deve ter conhecimento em primeira mão de uma determinada área da ciência e, portanto, acredita-se que ele não deve escrever sobre assuntos nos quais não é especialista. Isso é considerado uma questão de noblesse oblige. No entanto, para atingir meu objetivo, quero renunciar à nobreza e pedir, a esse respeito, que me libere das obrigações decorrentes disso. Minhas desculpas são as seguintes.

Herdamos de nossos ancestrais um desejo ardente por um conhecimento unificado e abrangente. O próprio nome dado às mais altas instituições de conhecimento - universidades - nos lembra que desde a antiguidade e por muitos séculos o caráter universal do conhecimento era a única coisa em que se podia confiar completamente. Mas a expansão e o aprofundamento de vários ramos do conhecimento durante os últimos cem anos notáveis ​​nos colocou em um estranho dilema. Sentimos claramente que só agora começamos a adquirir material confiável para unir em um todo tudo o que sabemos; mas, por outro lado, torna-se quase impossível para uma única mente dominar mais do que qualquer pequena parte especializada da ciência.

Não vejo saída para esta situação (para que nosso objetivo principal não seja perdido para sempre) a menos que alguns de nós se aventurem em uma síntese de fatos e teorias, mesmo que nosso conhecimento em algumas dessas áreas seja incompleto e de segunda mão e mesmo que executemos o risco de parecer ignorante.

Que esta seja minha desculpa.

Dificuldades com a linguagem também são de grande importância. A língua nativa de todos é, por assim dizer, uma roupa bem ajustada, e não se pode sentir à vontade quando a própria língua não pode estar à vontade e quando deve ser substituída por outra, nova. Sou muito grato ao Dr. Inkster (Trinity College, Dublin), Dr. Padraig Browne (St. Patrick's College, Maynooth) e por último, mas não menos importante, ao Sr. C. C. Roberts. Eles tiveram muitos problemas para encaixar meu novo traje, e isso foi agravado pelo fato de que às vezes eu não queria desistir do meu estilo um tanto "original". Se alguma coisa sobreviver, apesar dos esforços de meus amigos para amenizá-la, deve ser atribuída a mim, e não a deles.

Inicialmente, assumiu-se que os subtítulos de inúmeras seções teriam o caráter de resumos nas margens, e o texto de cada capítulo deveria ser lido em continue (continuamente).

Sou muito grato ao Dr. Darlington e à editora Endeavor pelos clichês de ilustração. Eles mantêm todos os detalhes originais, embora nem todos esses detalhes sejam relevantes para o conteúdo do livro.

Dublin, setembro de 1944. E. Sh.

A abordagem do físico clássico ao assunto

Cogito ergo sum

Descartes.

Natureza geral e objetivos do estudo

Este pequeno livro surgiu de um curso de palestras públicas ministradas por um físico teórico para um público de cerca de 400 pessoas. A audiência quase não diminuiu, embora desde o início tenha sido avisado que o assunto era difícil e que as palestras não podiam ser consideradas populares, apesar do fato de que a ferramenta mais terrível da física - a dedução matemática - dificilmente pode ser aplicada aqui. E não porque o assunto seja tão simples que possa ser explicado sem matemática, mas pelo contrário - porque é muito complicado e pouco acessível à matemática. Outra característica que deu pelo menos a aparência de popularidade foi a intenção do palestrante de tornar a ideia básica relacionada tanto à biologia quanto à física clara tanto para físicos quanto para biólogos.

De fato, apesar da variedade de tópicos incluídos no livro, como um todo, ele deve transmitir apenas um pensamento, apenas uma pequena explicação sobre um assunto grande e importante. Para não nos desviarmos do nosso caminho, será útil delinear brevemente nosso plano com antecedência.

A grande, importante e frequentemente discutida questão é esta: como a física e a química podem explicar esses fenômenos no espaço e no tempo que ocorrem dentro de um organismo vivo?

A resposta provisória que este pequeno livro tentará dar e desenvolver pode ser resumida da seguinte forma: A aparente incapacidade da física e da química modernas para explicar tais fenômenos não deixa absolutamente nenhuma razão para duvidar de que eles possam ser explicados por essas ciências.

Física estatística. Diferença principal na estrutura

A observação anterior seria bastante trivial se pretendesse apenas estimular a esperança de alcançar no futuro o que não foi alcançado no passado. Tem, no entanto, um significado muito mais positivo, a saber, que a incapacidade da física e da química até hoje em fornecer uma resposta é totalmente explicável.

Graças ao hábil trabalho de biólogos, principalmente geneticistas, nos últimos 30 ou 40 anos, já se sabe o suficiente sobre a estrutura material real dos organismos e sobre suas funções para entender por que a física e a química modernas não puderam explicar os fenômenos no espaço e tempo que ocorrem dentro do organismo vivo.

O arranjo e a interação dos átomos nas partes mais importantes do organismo diferem fundamentalmente de todos os arranjos de átomos com os quais os físicos e químicos têm lidado até agora em suas investigações experimentais e teóricas. No entanto, essa diferença, que acabei de chamar de fundamental, é de tal natureza que pode facilmente parecer insignificante para qualquer um, exceto para um físico que está imbuído da ideia de que as leis da física e da química são inteiramente estatísticas. É do ponto de vista estatístico que a estrutura das partes mais importantes de um organismo vivo é completamente diferente de qualquer pedaço de matéria com o qual nós, físicos e químicos, lidamos até agora, praticamente - em nossos laboratórios e teoricamente - em nosso mesas. Claro, é difícil imaginar que as leis e regras, embora abertas a nós, sejam diretamente aplicáveis ​​ao comportamento de sistemas que não possuem as estruturas nas quais essas leis e regras se baseiam.

O livro de Erwin Schrödinger "O que é a vida do ponto de vista da física?" publicado pela primeira vez na Inglaterra durante a guerra em 1944, após o que passou por várias edições sem alterações e evocou respostas animadas na imprensa científica e geral estrangeira. Um revisor entusiasmado chegou a expressar a opinião de que criou uma era inteira na ciência e a comparou a esse respeito com trabalhos como o trabalho do pioneiro da termodinâmica estatística, Willard Gibbs, e do fundador da genética científica, Gregor Mendel.

É difícil aceitar uma avaliação tão elevada do livro, e não há dúvida de que isso se deveu em parte ao título um tanto sensacionalista do livro e à grande popularidade do autor, um dos maiores cientistas do nosso tempo. Para deixar claro aos leitores não especialistas no campo da física moderna quem é o autor deste livro, destacamos que, listando criações equivalentes aos "Princípios" de Isaac Newton, o acadêmico S. I. Vavilov, juntamente com a teoria dos átomos e elétrons e com a teoria da relatividade Um Einstein também aponta para a mecânica quântica (ondulatória), cujo criador foi Schrödinger. Em reconhecimento ao seu excelente trabalho, E. Schrödinger foi eleito em 1934 membro honorário da Academia de Ciências da URSS.

A questão colocada no título – “O que é a vida?”, assim como o epílogo filosófico – “Sobre determinismo e livre-arbítrio” – também não poderia deixar de atrair a atenção do público científico e geral em geral.

No entanto, o livro de Schrödinger é de grande importância em substância. Qual é o seu valor?

Schrödinger em seu livro, de uma forma fascinante e acessível tanto para um físico quanto para um biólogo, abre ao leitor uma nova direção em rápido desenvolvimento na ciência, que combina em grande parte os métodos da física e da biologia, mas que ainda era acessível apenas a um círculo muito restrito de pessoas, com literatura especializada.

Uma penetração cada vez mais profunda na estrutura de uma célula viva exigiu em nosso tempo envolver vários métodos e conceitos da física moderna. Isso deu origem a uma biofísica "real", semelhante à bioquímica que surgiu anteriormente, que já deu uma grande contribuição para o desenvolvimento de nosso conhecimento da vida. Pelo contrário, o uso de métodos físicos (principalmente ópticos, raios X, etc.) tem desempenhado até agora um papel quase exclusivamente auxiliar, ajudando apenas a revelar certos fatos biológicos sem sua correspondente interpretação física e biológica geral. Era física para biologia, mas não física para biologia. A esse respeito, a biofísica em sua parte significativa era profundamente diferente da bioquímica, que não se limitava à introdução de novos métodos, mas há muito passou à análise da essência das transformações químicas mais secretas que ocorrem dentro do corpo. A biofísica alcançou tal aprofundamento na essência dos fenômenos da vida apenas em pequena extensão (por exemplo, no estudo de processos eletrofisiológicos, radiação mitogenética etc.), devido ao qual manteve em grande parte a posição de uma ciência auxiliar, embora tenha contribuído para a revelação de determinados padrões, mas não desempenhando um papel completamente independente na cognição do fenômeno da vida.

E só hoje a física entrou no campo da biologia com o objetivo de revelar esses níveis inferiores na organização da matéria viva, cuja compreensão é um pré-requisito necessário para o futuro, uma compreensão mais completa e profunda da vida em geral.

O livro de Schrödinger representa, a rigor, os primeiros resultados coerentes dessa tendência, que sem dúvida sofrerão muitas outras correções, mas que basicamente traçam os contornos definitivos do novo edifício científico da biofísica "real".

Se o livro de Schrödinger se limitasse a uma mera exposição do que foi citado, isso bastaria para reconhecer seu significado. Mas Schrödinger dá uma grande contribuição pessoal a essa nova direção na ciência da vida, o que justifica em grande parte as críticas elogiosas que seu livro recebeu na imprensa científica estrangeira.

Junto com muitas considerações mais específicas, Schrödinger apresenta uma ideia extremamente ampla e frutífera. Ele esboça a conexão entre dois "mistérios" biológicos, a saber: a questão da natureza das estruturas hereditárias e, ao que parece, a questão da relação dos organismos com a segunda lei da termodinâmica, que está tão longe disso. Estes últimos, embora não “cancelados” para os seres vivos, mas em grande medida, eles “administram”. Schrodinger mostra que a condição mais importante para isso (se não a causa) é a estrutura específica especial do aparelho central da célula - os cromossomos. Os cromossomos em sua estrutura são capazes, como um sistema "mecânico" (em oposição a "termodinâmico") de extraordinária complexidade, de suportar diretamente o curso regular de muitos processos biológicos, fornecendo o tamanho mínimo do "aparelho regulador" da célula.

Tudo isso torna o livro de Schrödinger muito valioso, apesar de suas deficiências significativas, que discutiremos a seguir. Foi esse lado positivo do pequeno livro de Schrödinger que atraiu a atenção de vários cientistas proeminentes - Holden, Meller e Delbrück, que dedicaram extensas críticas a ele. Será útil familiarizar brevemente o leitor com essas revisões.

Em sua resenha do livro de Schrödinger, o maior biólogo inglês e figura pública progressista, Prof. J. B. S. Haldan dá a ela uma avaliação muito alta; ao mesmo tempo, ele faz uma série de observações críticas. Em primeiro lugar, ele observa com razão que a visão do cromossomo aceita por Schrödinger como uma molécula gigante (o "cristal aperiódico" de Schrödinger) foi apresentada pela primeira vez pelo biólogo soviético Prof. N. K. Koltsov, e não Delbrück, com cujo nome Schrödinger liga esse conceito.

Voltando à essência da questão, Holden acredita que, se considerarmos um gene como uma molécula com a propriedade de um catalisador, então, ao contrário da opinião de Schrödinger, os princípios da mecânica estatística são bastante aplicáveis ​​mesmo a um único gene. Uma única molécula de catalisador pode, em condições favoráveis, converter mais de 100 mil moléculas de substrato por segundo, números que permitem uma abordagem estatística completa no estudo. Em geral, Holden acredita que, embora as idéias de Delbrück correspondam muito bem aos fatos conhecidos, elas, como tem sido repetidamente observado na mecânica quântica, devem mudar muito. Ele se refere ao trabalho inédito de Lee e Cotcheside (submetido à English Genetic Society), no qual os autores constatam que a maioria das mutações letais causadas pela irradiação de espermatozoides de Drosophila são o resultado de quebra cromossômica seguida de seu reparo e, por exemplo, Por exemplo, em Tradescaniia, tal quebra requer cerca de 17 ionizações na cromátide. Por outro lado, Faberge e Biel descobriram que a alta taxa de mutação de um gene muito instável diminui acentuadamente em altas temperaturas. "É possível", conclui Holden, "que fenômenos mais complexos ocorram nos cromossomos do que pode ser imaginado mesmo com base nos princípios da mecânica ondulatória".

Observando que Schrödinger não levanta uma série de problemas biológicos, Holden aponta em particular para o problema da regulação de distúrbios no corpo, que alguns biólogos acham impossível explicar materialmente, e expressa a esperança de que Schrödinger lide com essas questões em o futuro.

Finalizando a resenha com uma séria crítica às afirmações filosóficas de Schrödinger (que discutiremos a seguir), Holden, de modo geral, aprecia muito o livro, que, como diz no início, deveria ser lido por todo geneticista e que, por colocar a questão do uso da entropia negativa pelo corpo, pode enriquecer e fisiologista.

Pensamentos semelhantes sobre o livro de Schrödinger são expressos pelo conhecido geneticista americano G. J. Meller. Em sua opinião, às características muito importantes da matéria viva discutidas no livro de Schrödinger, deve-se acrescentar outra propriedade mais profunda e básica do gene não afetado pelo autor - sua capacidade de se multiplicar, de duplicar. Essa habilidade está subjacente a fenômenos biológicos cardinais como crescimento, reprodução e, finalmente, a evolução dos seres vivos.

No entanto, seria uma grande simplificação considerar essa capacidade do gene como uma simples autocatálise, como, por exemplo, acreditava Troland. O gene é capaz de duplicar e mantém essa capacidade mesmo após a mutação, ou seja, mesmo quando assumiu uma forma diferente e exibe propriedades completamente novas em sua influência no desenvolvimento do organismo. Nenhum dos autocatalisadores tem essa capacidade ainda. Quaisquer genes e suas mutações podem formar um substrato orgânico em novos genes semelhantes a eles. É isso que proporciona a própria possibilidade de evolução, por meio do acúmulo e reprodução de mutações experimentadas pelos genes. Deste ponto de vista, muito menos importante para a compreensão da essência da vida é o fato de que as mutações são precisamente saltos quânticos, porque a "organização" ("ordem" de acordo com Schrödinger) em um sentido especificamente biológico é principalmente o resultado da duplicação de genes e seleção. A "organização" biológica não está tão fortemente relacionada ao acúmulo do que os biólogos chamam de energia potencial (a "entropia negativa" de Schrödinger).

A principal tendência observada no desenvolvimento da matéria viva, segundo Meller, é a oferta de segurança máxima e a ampla distribuição de seu tipo de organização. Isso geralmente é alcançado de maneiras qualitativas que não aumentam diretamente a "oferta de entropia negativa", mas no futuro criam enormes oportunidades para a utilização de energia externa. Tal, por exemplo, é o desenvolvimento do intelecto em um ser fisicamente fraco. Aqui, o controle sobre a energia no interesse do sistema é mais importante do que aumentar o conteúdo de energia no próprio sistema.

Em geral, Meller acredita que, apesar da incompletude e de algumas pequenas falhas, o livro de Schrödinger é muito valioso na medida em que ajuda a resolver alguns problemas que interessam a qualquer cientista em geral.

Segundo Max Delbrück, expresso em sua crítica, o livro de Schrõdinger não resolve a questão em seu título - "O que é a vida?". Tendo colocado a questão de como a física e a química podem explicar os processos em um organismo vivo que ocorrem no espaço e no tempo, o autor analisa outra questão, sem dúvida importante, mas muito menos significativa - a física e a química podem explicar os fenômenos que ocorrem em um organismo. No entanto, este livro é uma espécie de ponto focal no qual convergem os interesses de físicos e biólogos.

“Para os leitores que não estão familiarizados com as declarações especiais de Bohr”, diz Delbrück, “pode parecer que a natureza física dos processos dentro de uma célula viva é auto-evidente, e é difícil para eles avaliar o significado do problema enfrentado. o “físico ingênuo” no início do livro Delbrück acredita que a discussão de Schrödinger sobre os tipos de leis da natureza (“estatística” e “dinâmica”) pode ter um “efeito esclarecedor sobre o pensamento biológico”.

Resumindo as resenhas acima, deve-se dizer que todas as resenhas enfatizam a grande importância do livro de Schrödinger. De fato, este livro, como já mencionado, desenvolve uma nova e extremamente importante direção na ciência, unindo física e biologia e com amplas perspectivas para o futuro. Essa tentativa de sintetizar física e biologia na solução do problema básico da vida é ainda mais interessante porque é colorida pelas ideias originais, embora inevitavelmente subjetivas, de um cientista moderno tão proeminente como Schrödinger. A questão da relação dos organismos vivos com o princípio da entropia recebeu nova iluminação no livro de Schrödinger, o que provavelmente dará um novo impulso à discussão desta questão. Isso é evidenciado, por exemplo, pelo trabalho recente de Butler dedicado ao estudo experimental da segunda lei da termodinâmica aplicada a organismos vivos.

Schrödinger, com sua tentativa generalizada, deu um grande passo para introduzir na vida cotidiana da biologia aqueles métodos teóricos exatos que têm sido característicos da física, mas (exceto os métodos estatísticos de processamento de material) apenas ocasionalmente e na maioria das vezes apenas em obras especiais entram na ciência da vida. Deve-se destacar especialmente que, apesar de toda a sua metodologia mecanicista, Schrödinger - e este é o valor indiscutível de seu livro - chega, como ideia central, a uma ideia dialética sobre a diferença qualitativa específica entre o vivo e o não vivo, embora ele limita essa especificidade apenas aos limites da organização física.

Sem dúvida, o título do livro promete mais do que o autor pode dar. O problema da vida como um todo é incomensuravelmente mais amplo e profundo do que os problemas levantados por Schrödinger em seu livro. Schrödinger considera apenas algumas das questões básicas da organização da célula viva, mas de modo algum todo o problema da vida em toda a sua complexidade. No entanto, ele desenvolve nossa compreensão da essência da vida mais profundamente, e se formalmente o livro não dá o que está prometido no título, não obstante, em essência, as afirmações que a crítica lhe fez, exigindo que o autor explicasse fenômenos como duplicação de genes, dificilmente pode ser justificada. , regulação de processos fisiológicos, etc. Aqui é apropriado lembrar as palavras de K. A. Timiryazev, onde ele credita Pasteur o fato de ter sido capaz de levantar uma questão que está na linha da ciência , e resolveu esta, e não qualquer outra, questão igualmente importante, que, no entanto, só poderá ser resolvida na etapa seguinte do estudo, em particular, após um estudo preliminar da primeira questão.

Não nos deteremos aqui em observações individuais, embora algumas delas (como a observação de Holden sobre a possibilidade de uma abordagem estatística para um único gene) pareçam ter sido geradas por algum tipo de mal-entendido. É muito mais interessante considerar as visões filosóficas e, em particular, epistemológicas que Schrödinger expressou no epílogo.

Como um grande cientista, Schrödinger assumiu uma clara posição materialista na pesquisa científica. Ele enfatizou especificamente que não apenas não pensa em nenhuma força "sobrenatural" não física no corpo, mas também não tenta disfarçá-las com as roupas físicas da "indeterminação quântica" (o que, aparentemente, alguns físicos, como Jordanes e outros, são propensos). Ainda mais claramente é a fraqueza de Schrödinger quando ele toca em questões filosóficas gerais.

É difícil dar um exemplo mais ilustrativo no campo da biologia, que tão brilhante e vividamente confirma a correção da lima: V.I. nem em uma única palavra quando se trata de filosofia." (Lenin, Work. Vol. XIII, p. 280.)

De fato, colocando em seu livro a questão da especificidade da matéria viva como o problema central, Schrõdinger não apenas na análise científica concreta, mas também na própria formulação da questão a limita exclusivamente ao nível da organização física primitiva, que é parcialmente a razão para a crítica de seu livro por Holden e Meller. Parece que F. Engels argumentou precisamente com essa limitação de Schrödinger quando escreveu: "Nós, sem dúvida, 'reduziremos' o pensamento em algum momento experimentalmente a movimentos moleculares e químicos no cérebro, mas a essência do pensamento se esgota com isso?" ("A Dialética da Natureza")

No entanto, se na pesquisa científica esse primitivismo metodológico de Schrödinger se manifestou apenas em uma formulação limitada da questão, então em suas visões puramente filosóficas ele já aparece como um idealista direto.

Discutindo o "modelo Delbrück", Schrödinger afirma que, se ele se tornasse insustentável, seria necessário interromper novas tentativas de conhecer a essência dos processos que ocorrem em uma célula viva. Holden responde corretamente em sua revisão apontando para um exemplo muito próximo de Schrödinger, quando, ao que parece, o desenvolvimento posterior da física introduziu mudanças significativas em uma imagem tão perfeita do átomo proposta por Bohr.

O estado atual da física teórica, bem como as conquistas no campo do estudo da estrutura da matéria, confirmam plenamente a ideia perspicaz de Lenin de aproximar o conhecimento da verdade absoluta por meio de uma série de verdades relativas e refutam completamente essa afirmação de Schrödinger.

A afirmação de Schrödinger também é totalmente idealista quando diz que o "mistério" do paralelismo psicofísico é insolúvel para a mente humana (§ 5), assim como, em sua opinião, os próprios caminhos do conhecimento do mundo por essa mente não podem ser compreendidos (§ 19). Aqui o idealista Schrödinger aparece como um típico agnóstico.

Mas essa ruptura metafísica entre a ciência e a filosofia subjetiva de Schrödinger foi revelada com excepcional nudez em seu curto epílogo "Sobre o determinismo e o livre-arbítrio", onde em várias páginas ele tenta responder a algumas questões básicas da filosofia, emprestando sua solução dos Upanishads hindus, os filosofia de Schopenhauer e outros sistemas filosóficos místico-idealistas. O próprio Schrödinger está ciente dessa lacuna entre sua filosofia e a ciência. "Como recompensa por meus esforços em apresentar o lado puramente científico de nosso problema sine ira et studio, agora peço permissão para expressar minha própria e inevitavelmente subjetiva visão do significado filosófico da questão" (p. 121), escreve ele. A razão dessa lacuna reside no fato de que um grande cientista que revela as leis objetivas da natureza, Schrödinger, em sua atitude metodológica em relação à ciência, permanece um idealista incorrigível, e em seu estado de espírito geral - um típico filho do sistema social e classe a que pertence. O idealismo filosófico de Schrödinger, que decorre de seu método mecanicista, é incapaz de fornecer respostas corretas às questões filosóficas que ele levanta.

Schrödinger afirma que uma consciência individual como tal é inacessível a outra consciência individual (p. 124). A partir disso, ele conclui que a consciência é geralmente um fenômeno único e, portanto, a presença de "muitas consciências" é uma ilusão. Tal conclusão naturalmente leva Schrödinger à conclusão final de toda a sua filosofia idealista sobre a incognoscibilidade do mundo em geral.

Esta velha fábula agnóstica há muito foi brilhantemente exposta por Lenin, precisamente a exemplo das ciências físicas em sua obra clássica Materialismo e Empirio-Crítica. Uma objeção espirituosa a essa proposição básica de Schrödinger também é levantada por Holden. Ele diz que não é possível para um físico distinguir entre os dois elétrons de uma molécula de hidrogênio. Eles são tão desprovidos de traços individuais quanto o "fato da consciência". No entanto, ainda há dois elétrons, não um, mas o que não incomoda Schrödinger na física próxima a ele torna-se insolúvel para ele no campo da filosofia. Pela mesma razão, outras questões filosóficas levantadas por ele no epílogo são igualmente insolúveis para Schrödinger. Ele escreve que "as percepções imediatas, por mais diferentes e incomparáveis ​​que sejam, não podem em si mesmas se contradizer logicamente. Vejamos, portanto, se não podemos chegar a uma conclusão correta e consistente a partir das duas premissas seguintes" (p. 122). Quais são essas "premissas" e de que tipo de "percepções imediatas" que "não podem se contradizer logicamente" estamos falando?

De fato, as percepções diretas não podem se contradizer: a sensação de dor na mão - a sensação de amargura na língua, ou a imagem de uma pessoa na tela do cinema - a sensação de uma parede plana obtida ao tocar a tela com o mão.

Mas Schrödinger opõe uma à outra não duas percepções imediatas, mas coisas completamente incomparáveis. Por um lado, ele toma a conclusão científica tirada com base em inúmeros fatos e indicando que o corpo humano em suas funções está completamente sujeito às leis da natureza, que ele formula mecanicamente da seguinte forma: "Meu corpo funciona como um mecanismo puro ..." (pág. 122). Por outro lado, expõe a convicção subjetiva de que o livre arbítrio, a consciência do homem, domina as leis materiais do corpo. "No entanto, por experiência irrefutável (? Per.), sei que controlo as ações do meu corpo..." (ibid.). Mas se duas percepções não podem se contradizer, então a explicação científica de um fenômeno muitas vezes contradiz uma crença subjetiva baseada em experiências não verificadas e criticamente não analisadas da vida cotidiana. Assim, a explicação óptica dos efeitos do cinema, é claro, contradiz nossa impressão imediata de que pessoas realmente vivas estão se movendo na tela.

Mas disso, é claro, não se segue que a consciência seja independente da matéria e a “domine”, como afirma E. Schrödinger, que não esconde seu viés filosófico direto e, argumentando suas posições, não se esforça mais, nem menos, do que “provar tanto a existência de Deus quanto a imortalidade da alma” (p. 123).

É mais do que óbvio que, em todo esse raciocínio, Schrõdinger comete um erro lógico elementar, erorr fundamentalis - uma proposição básica falsa, como resultado da qual ele prova não o que é necessário provar, mas algo completamente diferente, mas aparentemente semelhante. Seu silogismo é vicioso, porque compara uma conclusão cientificamente fundamentada, que decorre do conhecimento de leis objetivas, com uma opinião subjetiva, desprovida de qualquer significado científico.

Essa argumentação aparentemente lógica, mas essencialmente viciosa e impotente, à qual ele recorre para provar a tese principal de seu epílogo: "significa que eu sou um Deus todo-poderoso", testemunha a mais profunda crise espiritual em que a moderna filosofia burguesa da ciência encontra em si.

O obscurantismo filosófico completo de Schrödinger é óbvio e está além de qualquer dúvida.

Se é verdade que a introdução de um livro é muitas vezes escrita depois da obra principal, então não é menos verdade que as conclusões são muitas vezes delineadas antes do argumento.

Isso aconteceu com Schrödinger também. Suas conclusões refletem a ideologia de uma sociedade capitalista de classe que está desaparecendo no passado, na qual o materialismo mecanicista relativamente progressivo da era do capitalismo primitivo foi substituído por várias formas de filosofia cada vez mais reacionárias, até vários sistemas epistemológicos de uma natureza idealista, como Schopenhauer e outros, e empresta seus conceitos filosóficos gerais. Embora permaneça o maior pesquisador em seu campo especial, Schrödinger no campo da filosofia se contenta com noções filistéias, "fábulas sem sentido sobre o livre-arbítrio" (Lenin, Soch., vol. I, p. 77). Como resultado, surge uma espécie de lógica "torta", comparando um fato científico com uma sensação subjetiva, o que o leva a concluir que consegue "provar... a existência de Deus e a imortalidade da alma".

Esta é a falha fundamental em toda a argumentação lógica de Schrödinger, que, como um castelo de cartas, desmorona ao menor toque de crítica dialética.

O discurso filosófico de Schrödinger recebeu uma rejeição extremamente forte na revisão acima mencionada do maior geneticista americano Meller, que o considerou um "misticismo antiquado" e apontou que "os biólogos estão chocados por estarem testemunhando esses exercícios e fabricações cerebrais irracionais em questões gerais de psicologia e sociologia”. Ele insta os biólogos a responderem ao discurso filosófico de Schrödinger "para piscar seu sinal de alerta vermelho". Espera-se, no entanto, escreve Muller, que a infeliz revelação do eu interior desse físico não interfira na apresentação bastante sólida na parte principal do livro e que a convergência cada vez mais útil entre física, química e os fundamentos genéticos da a biologia finalmente está no caminho certo."

Sem dúvida, o resenhista está bem aqui, e seria muito ingênuo tentar conectar essas duas linhas tão incompatíveis: Schrödinger o cientista e Schrödinger o filósofo. Assim como em seu tempo as "experiências" espíritas de Wallace e Crookes, que provocaram uma merecida repreensão de Engels, não diminuíram em nada a alta valorização de suas pesquisas puramente científicas, e a monadologia de Leibniz não interferiu em seus grandes méritos. no desenvolvimento do novo pensamento matemático, portanto, neste caso, as visões filosóficas subjetivas de um grande físico não devem interferir na avaliação correta da contribuição objetiva feita por ele à ciência.

A intelligentsia soviética, criada com base nas obras dos clássicos do comunismo científico, é ideologicamente madura o suficiente para ter uma atitude crítica em relação a essa mistura de ciência exata e filosofia idealista.

Seguindo os preceitos de V. I. Lenin, ela é bastante estável em relação a quaisquer fabricações idealistas, independentemente do fato de serem expressas por uma grande autoridade em um campo especial, ela entende bem as fontes e causas de tal fenômeno e, portanto, será capaz de avaliar diferencialmente os trabalhos de cientistas estrangeiros, assimilar e processar as conquistas que eles alcançaram no estudo e compreensão do mundo material real. Ela será capaz de separar tudo o que há de avançado e inovador no livro de Schrödinger de seu obscurantismo ideológico e filosófico, tão característico de muitos cientistas estrangeiros modernos.

Célula viva como um objeto físico

Baseado em palestras dadas com a assistência do Instituto de Estudos Avançados de Dublin no Trinity College, Dublin, em fevereiro de 1943.

Lembranças dos meus pais

No início dos anos 1950, como um jovem estudante de matemática, eu não lia muito, mas quando o fazia, era principalmente Erwin Schrödinger. Eu sempre amei seu trabalho, tem uma emoção de descoberta que promete uma compreensão verdadeiramente nova do mundo misterioso em que vivemos. Neste sentido, destaca-se em particular a curta obra clássica “O que é a vida?”, que, como agora entendo, deve certamente ser equiparada às obras científicas mais influentes do século XX. É uma tentativa poderosa de entender os verdadeiros mistérios da vida - uma tentativa feita por um físico cujos insights perspicazes mudaram muito nossa compreensão do que o mundo é feito. A natureza multidisciplinar do livro era incomum para a época, mas foi escrito com uma modéstia cativante, embora desarmante, em um nível acessível a não especialistas e jovens aspirantes a carreiras científicas. De fato, muitos cientistas que fizeram contribuições fundamentais para a biologia, como B. S. Haldane e Francis Crick, admitiram ter sido significativamente influenciados pelas várias ideias, embora controversas, apresentadas neste livro pelo pensador físico.

Como muitos outros trabalhos que influenciaram o pensamento humano, O que é a vida? expõe pontos de vista que, uma vez assimilados, parecem ser verdades quase auto-evidentes. No entanto, eles ainda são ignorados por muitas pessoas que deveriam entender o que é o quê. Quantas vezes ouvimos que os efeitos quânticos realmente não importam na pesquisa biológica, ou mesmo que comemos alimentos para obter energia? Esses exemplos ressaltam o significado duradouro de What is Life?, de Schrödinger. Sem dúvida, deve ser lido!

Roger Penrose

Supõe-se que um cientista tenha conhecimento de primeira mão completo e abrangente das coisas e, portanto, não deve escrever sobre nada em que não seja especialista. Como eles dizem, obrigação nobre. Agora eu peço que você esqueça nobres, se houver, e ficar isento das obrigações correspondentes. Eu justifico isso da seguinte forma: de nossos antepassados ​​herdamos um forte desejo de um conhecimento único e abrangente. O próprio nome das instituições de ensino superior nos lembra que, desde a antiguidade e por muitos séculos, a maior atenção tem sido dada ao aspecto universalidade. No entanto, o crescimento - em amplitude e profundidade - dos vários ramos do conhecimento nos últimos cem anos nos deixou com um dilema estranho. Sentimos claramente que estamos apenas começando a coletar material confiável do qual podemos deduzir a soma total de todas as coisas conhecidas. Mas, por outro lado, agora a mente individual é capaz de superar apenas um pequeno conhecimento especializado.

Vejo apenas uma maneira de lidar com esse dilema (caso contrário, nosso verdadeiro propósito estará perdido para sempre): é preciso empreender a síntese de fatos e teorias, mesmo de segunda mão e incompletas, sob o risco de parecer tolo.

Essa é a minha desculpa.

As dificuldades de linguagem não devem ser subestimadas. A língua nativa é como uma peça de roupa feita sob medida para a figura, e uma pessoa se sente desconfortável quando perde o acesso a ela e é obrigada a usar outro idioma. Desejo expressar minha gratidão ao Dr. Inkster (Trinity College, Dublin), Dr. Patrick Brown (St. Patrick's College, Maynooth) e, por último, mas não menos importante, Sr. C. K. Roberts. Não foi fácil para eles encaixarem roupas novas em mim e me convencerem a abandonar as curvas “originais”. Se alguns deles sobreviveram à edição dos meus amigos, a culpa é minha.

Os títulos das seções foram originalmente concebidos para serem resumos, e o texto de cada capítulo deve ser lido em contínuo.

Dublin

setembro de 1944

Muito menos um homem livre pensa na morte. Em sua sabedoria, ele não pensa na morte, mas na vida.

Espinosa. Ética. Parte IV, disposição 67

Penso, logo existo.

R. Descartes

Natureza geral e objetivo do estudo

Este pequeno livro nasceu de uma série de palestras públicas ministradas por um físico teórico para um público de quatrocentos que não encolheu mesmo após o alerta inicial sobre a complexidade do assunto e que as palestras não eram populares, embora praticamente o fizessem. não use a arma mais terrível do físico, a dedução matemática - não porque o assunto possa ser explicado sem envolver matemática, mas simplesmente porque é muito complicado para uma descrição matemática completa. Outra característica que deu às palestras um certo sabor popular foi a intenção do palestrante de explicar tanto aos biólogos quanto aos físicos a ideia fundamental que está na intersecção da biologia e da física.

Na verdade, apesar da variedade de tópicos abordados, a ideia é projetada para transmitir apenas uma ideia - um pequeno comentário sobre um assunto grande e importante. Para não nos perdermos, faremos um pequeno plano.

A grande, importante e altamente debatida questão é esta:

Como a física e a química explicam os eventos no espaço e no tempo que ocorrem dentro da estrutura espacial de um organismo vivo?

A resposta provisória que este livro tentará estabelecer e justificar pode ser resumida da seguinte forma:

A aparente incapacidade da física e da química modernas para explicar tais fenômenos não significa de forma alguma que essas ciências não possam explicá-los.

Física estatística. Diferença fundamental na estrutura

Essa observação seria muito trivial se seu único propósito fosse despertar a esperança de alcançar no futuro o que não foi alcançado no passado. No entanto, seu significado é muito mais otimista: essa incapacidade tem uma explicação detalhada.

Hoje, graças ao brilhante trabalho de biólogos, principalmente geneticistas, nos últimos trinta a quarenta anos, sabemos o suficiente sobre a estrutura material real dos organismos e sobre seu trabalho para afirmar e dar a razão exata para isso: a física e a química modernas não podem explicar eventos espaço-temporais que ocorrem em um organismo vivo.

As interações dos átomos nas partes vitais do corpo são fundamentalmente diferentes de todos os compostos de átomos, que até agora foram objeto de estudos experimentais e teóricos de físicos e químicos. No entanto, essa distinção, que considero fundamental, pode parecer de pouca importância para qualquer um, exceto para um físico que esteja ciente de que as leis da química e da física são puramente estatísticas. De fato, é do ponto de vista estatístico que a estrutura das partes vitais dos organismos vivos é tão diferente de qualquer pedaço de matéria com o qual nós, físicos e químicos, trabalhamos fisicamente em laboratórios ou mentalmente em uma mesa. É impossível imaginar que leis e regularidades descobertas dessa forma possam ser aplicadas diretamente ao comportamento de sistemas que não possuem a estrutura em que se baseiam.

O que é a vida?

Palestras proferidas no Trinity College, Dublin, fevereiro de 1943.

Moscou: Editora Estatal de Literatura Estrangeira, 1947 - p.150

Erwin Schrödinger

professor do Instituto de Pesquisa de Dublin

O QUE É A VIDA

em termos de física?

O QUE É A VIDA?

O Aspecto Físico do

Célula viva

BRWIN SGHRODINGER

Professor Sênior no Instituto de Estudos Avançados de Dublin

Tradução do inglês e posfácio de A. A. MALINOVSKY

Artista G. Riftin

Introdução

Homo liber nulla de re minus quam

de morte cogitat; et ejus sapientia

non mortis sed vitae meditatio est.

Spinoza, Ethica, P. IV, Prop. 67.

O homem é livre sobre nada, então

pensa pouco na morte, e

sua sabedoria consiste em pensar

não sobre a morte, mas sobre a vida.

Spinoza, Ética, Parte IV, Teoria. 67.

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Prefácio

É comum pensar que um cientista deve ter conhecimento em primeira mão de uma determinada área da ciência e, portanto, acredita-se que ele não deve escrever sobre assuntos nos quais não é especialista. Isto é considerado como uma pergunta noblesse oblige. No entanto, para atingir meu objetivo, quero renunciar à nobreza e pedir, a esse respeito, que me libere das obrigações decorrentes disso. Minhas desculpas são as seguintes.

Herdamos de nossos ancestrais um desejo ardente por um conhecimento unificado e abrangente. O próprio nome dado às mais altas instituições de conhecimento - universidades - nos lembra que desde a antiguidade e por muitos séculos o caráter universal do conhecimento era a única coisa em que se podia confiar completamente. Mas a expansão e o aprofundamento de vários ramos do conhecimento durante os últimos cem anos notáveis ​​nos colocou em um estranho dilema. Sentimos claramente que só agora começamos a adquirir material confiável para unir em um todo tudo o que sabemos; mas, por outro lado, torna-se quase impossível para uma única mente dominar mais do que qualquer pequena parte especializada da ciência.

Não vejo saída para esta situação (para que nosso objetivo principal não seja perdido para sempre) a menos que alguns de nós se aventurem em uma síntese de fatos e teorias, mesmo que nosso conhecimento em algumas dessas áreas seja incompleto e de segunda mão e mesmo que executemos o risco de parecer ignorante.

Que esta seja minha desculpa.

Dificuldades com a linguagem também são de grande importância. A língua nativa de todos é, por assim dizer, uma roupa bem ajustada, e não se pode sentir à vontade quando a própria língua não pode estar à vontade e quando deve ser substituída por outra, nova. Sou muito grato ao Dr. Inkster (Trinity College, Dublin), Dr. Padraig Browne (St. Patrick's College, Maynooth) e por último, mas não menos importante, ao Sr. C. C. Roberts. Eles tiveram muitos problemas para encaixar meu novo traje, e isso foi agravado pelo fato de que às vezes eu não queria desistir do meu estilo um tanto "original". Se alguma coisa sobreviver, apesar dos esforços de meus amigos para amenizá-la, deve ser atribuída a mim, e não a deles.

Inicialmente, assumiu-se que os subtítulos de inúmeras seções teriam o caráter de resumir inscrições marginais, e o texto de cada capítulo deveria ser lido em continue (continuamente).

Sou muito grato ao Dr. Darlington e à editora Endeavor pelos clichês de ilustração. Eles mantêm todos os detalhes originais, embora nem todos esses detalhes sejam relevantes para o conteúdo do livro.

Dublin, setembro de 1944. E. Sh.

A abordagem do físico clássico ao assunto

Cogito ergo sum

Natureza geral e objetivos do estudo

Este pequeno livro surgiu de um curso de palestras públicas ministradas por um físico teórico para um público de cerca de 400 pessoas. A audiência quase não diminuiu, embora desde o início tenha sido avisado que o assunto era difícil e que as palestras não podiam ser consideradas populares, apesar do fato de que a ferramenta mais terrível da física - a dedução matemática - dificilmente pode ser aplicada aqui. E não porque o assunto seja tão simples que possa ser explicado sem matemática, mas pelo contrário - porque é muito complicado e pouco acessível à matemática. Outra característica que deu pelo menos a aparência de popularidade foi a intenção do palestrante de tornar a ideia básica relacionada tanto à biologia quanto à física clara tanto para físicos quanto para biólogos.

De fato, apesar da variedade de tópicos incluídos no livro, como um todo, ele deve transmitir apenas um pensamento, apenas uma pequena explicação sobre um assunto grande e importante. Para não nos desviarmos do nosso caminho, será útil delinear brevemente nosso plano com antecedência.

A grande, importante e frequentemente discutida questão é esta: como a física e a química podem explicar esses fenômenos no espaço e no tempo que ocorrem dentro de um organismo vivo?

A resposta provisória que este pequeno livro tentará dar e desenvolver pode ser resumida da seguinte forma: A aparente incapacidade da física e da química modernas para explicar tais fenômenos não deixa absolutamente nenhuma razão para duvidar de que eles possam ser explicados por essas ciências.

Física estatística. Diferença principal na estrutura

A observação anterior seria bastante trivial se pretendesse apenas estimular a esperança de alcançar no futuro o que não foi alcançado no passado. Tem, no entanto, um significado muito mais positivo, a saber, que a incapacidade da física e da química até hoje em fornecer uma resposta é totalmente explicável.

Graças ao hábil trabalho de biólogos, principalmente geneticistas, nos últimos 30 ou 40 anos, já se sabe o suficiente sobre a estrutura material real dos organismos e sobre suas funções para entender por que a física e a química modernas não puderam explicar os fenômenos no espaço e tempo que ocorrem dentro do organismo vivo.

O arranjo e a interação dos átomos nas partes mais importantes do organismo diferem fundamentalmente de todos os arranjos de átomos com os quais os físicos e químicos têm lidado até agora em suas investigações experimentais e teóricas. No entanto, essa diferença, que acabei de chamar de fundamental, é de um tipo que pode facilmente parecer insignificante para qualquer um, exceto para um físico que está imbuído da ideia de que as leis da física e da química são inteiramente estatísticas. É do ponto de vista estatístico que a estrutura das partes mais importantes de um organismo vivo é completamente diferente de qualquer pedaço de matéria com o qual nós, físicos e químicos, lidamos até agora, praticamente - em nossos laboratórios e teoricamente - em nosso mesas. Claro, é difícil imaginar que as leis e regras, embora abertas a nós, sejam diretamente aplicáveis ​​ao comportamento de sistemas que não possuem as estruturas nas quais essas leis e regras se baseiam.

Não se pode esperar que um não-físico possa compreender (quanto mais avaliar) toda a diferença na "estrutura estatística" formulada em termos tão abstratos como acabei de fazer. Para dar vida e cores à minha afirmação, deixe-me primeiro apontar o que será explicado em detalhes mais adiante, a saber, que a parte mais essencial da célula viva - o fio cromossômico - pode ser corretamente chamada de cristal aperiódico. Em física, até agora lidamos apenas com cristais periódicos. Para a mente de um simples físico, são objetos muito interessantes e complexos; constituem uma das estruturas mais encantadoras e complexas com as quais a natureza inanimada confunde o intelecto do físico; no entanto, em comparação com cristais aperiódicos, eles parecem um tanto elementares e chatos. A diferença de estrutura aqui é a mesma entre o papel de parede comum, no qual o mesmo desenho é repetido nos intervalos certos repetidamente, e uma obra-prima de bordado, digamos, uma tapeçaria de Rafael, que não dá repetição chata, mas complexa , consistente e cheio de significado, um desenho feito por um grande mestre.

A parte mais essencial de uma célula viva - o fio cromossômico - pode ser chamada de cristal aperiódico. Em física, até agora lidamos apenas com cristais periódicos. Portanto, não é muito surpreendente que o químico orgânico já tenha feito uma grande e importante contribuição para a solução do problema da vida, enquanto o físico não fez quase nada.

Por que os átomos são tão pequenos? Muitos exemplos foram oferecidos para tornar esse fato claro para o público em geral, mas nunca houve um exemplo mais revelador do que o de Lord Kelvin: suponha que você possa rotular todas as moléculas em um copo de água; depois disso, você despejará o conteúdo do copo no oceano e misturará bem o oceano para distribuir as moléculas marcadas uniformemente em todos os mares do mundo; se você pegar um copo de água em qualquer lugar, em qualquer lugar do oceano, você encontrará neste copo cerca de uma centena de suas moléculas marcadas.

Todos os nossos órgãos dos sentidos, compostos de inumeráveis ​​átomos, tornam-se grosseiros demais para perceber os golpes de um único átomo. Não podemos ver, ouvir ou sentir átomos individuais. Tem que ser assim? Se não fosse assim, se o organismo humano fosse tão sensível que alguns átomos ou mesmo um único átomo pudessem causar uma impressão perceptível em nossos sentidos, como seria a vida!

Há apenas uma coisa de especial interesse para nós em nós mesmos, e isso é o que podemos sentir, pensar e entender. No que diz respeito aos processos fisiológicos responsáveis ​​por nossos pensamentos e sentimentos, todos os outros processos do corpo desempenham um papel coadjuvante, pelo menos do ponto de vista humano.

Todos os átomos passam por movimentos térmicos completamente aleatórios o tempo todo. Somente na combinação de um grande número de átomos, leis estatísticas começam a operar e controlam o comportamento dessas associações com uma precisão que aumenta com o número de átomos envolvidos no processo. É assim que os eventos adquirem características verdadeiramente regulares. A precisão das leis físicas é baseada no grande número de átomos envolvidos.

O grau de imprecisão esperado em qualquer lei física é √n. Se um certo gás a uma certa pressão e temperatura tem uma certa densidade, então posso dizer que existem n moléculas de gás dentro de um certo volume. Se em algum momento você puder verificar minha declaração, você a achará imprecisa e o desvio será da ordem de √n. Portanto, se n = 100, você encontraria um desvio de aproximadamente 10. Portanto, o erro relativo aqui é de 10%. Mas se n = 1 milhão, você provavelmente acharia o desvio em torno de 1000 e, portanto, o erro relativo é de 0,1%.

Um organismo deve ter uma estrutura relativamente massiva para desfrutar da prosperidade de leis bastante precisas tanto em sua vida interna quanto em interação com o mundo externo. Caso contrário, o número de partículas envolvidas seria muito pequeno e a "lei" muito imprecisa.

Capítulo II. O mecanismo da hereditariedade

Acima chegamos à conclusão de que os organismos, com todos os processos biológicos que ocorrem neles, devem ter uma estrutura muito "poliatômica", e é necessário para eles que fenômenos "monatômicos" aleatórios não desempenhem um papel muito grande neles. . Agora sabemos que essa visão nem sempre é correta.

Deixe-me usar a palavra "padrão" de um organismo para significar não apenas a estrutura e o funcionamento de um organismo na idade adulta, ou em qualquer outro estágio específico, mas um organismo em seu desenvolvimento ontogenético, desde o óvulo fertilizado até o estágio de maturidade quando ele começa a se reproduzir. Agora sabe-se que todo esse plano em quatro dimensões (espaço + tempo) é determinado pela estrutura de apenas uma célula, a saber, um óvulo fertilizado. Além disso, seu núcleo, ou mais precisamente, um par de cromossomos: um conjunto vem da mãe (óvulo) e um do pai (espermatozóides fertilizantes). Cada conjunto completo de cromossomos contém todo o código armazenado no óvulo fertilizado, que representa o estágio inicial do futuro indivíduo.

Mas o termo código de criptografia é, obviamente, muito restrito. As estruturas cromossômicas servem ao mesmo tempo como uma ferramenta para realizar o desenvolvimento que elas também prenunciam. Eles são ao mesmo tempo o código de leis e o poder executivo, ou, para usar outra comparação, são ao mesmo tempo o plano do arquiteto e os poderes do construtor.

Como os cromossomos se comportam durante a ontogenia? O crescimento do organismo é realizado por sucessivas divisões celulares. Essa divisão celular é chamada de mitose. Em média, 50 ou 60 divisões consecutivas são suficientes para produzir o número de células que um adulto possui.

Como os cromossomos se comportam durante a mitose? Eles são duplicados, duplicados em um conjunto, ambas as cópias da cifra. Cada célula individual, mesmo a menos importante, necessariamente tem uma cópia completa (dupla) do código de criptografia. Há uma exceção a esta regra - divisão de redução ou meiose.

Um conjunto de cromossomos vem do pai, um da mãe. Nem o acaso nem o destino podem impedir isso. Mas quando você traça sua linhagem até seus avós, as coisas são diferentes. Por exemplo, um conjunto de cromossomos que veio do meu pai, em particular o cromossomo número 5. Esta será uma cópia exata do número 5 que meu pai recebeu de seu pai ou do número 5 que ele recebeu de sua mãe . O desfecho do caso foi decidido (com uma probabilidade de 50:50 chances). A mesma história poderia ser repetida para os cromossomos #1, 2, 3…24 do meu conjunto paterno e para cada um dos meus cromossomos maternos.

Mas o papel do acaso na mistura da hereditariedade dos avós na prole é ainda maior do que pode parecer na descrição anterior, que assumia tacitamente ou mesmo afirmava explicitamente que certos cromossomos vinham como um todo de avós ou avós; em outras palavras, que os cromossomos individuais chegaram indivisos. Na verdade, este não é o caso, ou nem sempre é o caso. Antes de se separarem em uma divisão de redução, digamos na que ocorreu no corpo paterno, cada dois cromossomos "homólogos" entram em contato íntimo um com o outro e às vezes trocam partes significativas de si mesmos entre si. O fenômeno do crossing over, não sendo muito raro, mas não muito frequente, nos fornece as informações mais valiosas sobre a localização das propriedades nos cromossomos.

O tamanho máximo de um gene. O gene - o portador material de uma determinada característica hereditária - é igual a um cubo com um lado de 300 Å. 300 Å é apenas cerca de 100 ou 150 distâncias atômicas, então um gene não contém mais do que um milhão ou alguns milhões de átomos. De acordo com a física estatística, tal número é muito pequeno (em termos de √n) para causar um comportamento ordenado e regular.

Capítulo III. Mutações

Agora sabemos com certeza que Darwin estava enganado quando pensou que o material sobre o qual a seleção natural opera são as pequenas, contínuas e aleatórias mudanças que certamente ocorrerão mesmo na população mais homogênea. Porque foi comprovado que essas alterações não são hereditárias. Se você pegar uma colheita de cevada pura e medir o comprimento das arestas de cada espiga e, em seguida, traçar suas estatísticas, obterá uma curva de sino (Figura 3). Nesta figura, o número de espigas com um certo comprimento de arestas é plotado em relação ao comprimento correspondente de arestas. Em outras palavras, o comprimento médio conhecido das arestas predomina, e desvios em ambas as direções ocorrem com certas frequências. Agora selecione um grupo de espigas, indicadas em preto, com arestas visivelmente mais longas que a média, mas o grupo é numeroso o suficiente para que, quando semeado no campo, dê uma nova colheita. Ao fazer um experimento estatístico semelhante, Darwin teria esperado que a curva se deslocasse para a direita para a nova safra. Em outras palavras, ele esperaria que a seleção produzisse um aumento no tamanho médio das arestas. No entanto, na realidade isso não vai acontecer.

A seleção falha porque diferenças pequenas e contínuas não são herdadas. Eles obviamente não são determinados pela estrutura da substância hereditária, eles são aleatórios. O holandês Hogode-Vries descobriu que na prole mesmo de linhagens completamente puras, um número muito pequeno de indivíduos aparece - digamos, dois ou três em dezenas de milhares - com pequenas, mas "saltantes" mudanças. A expressão "salto" aqui não significa que as mudanças sejam muito significativas, mas apenas o fato da descontinuidade, pois não há formas intermediárias entre os indivíduos inalterados e alguns modificados. De Vries chamou isso de mutação. A descontinuidade é a característica essencial aqui. Assemelha-se à física na teoria quântica - também não há etapas intermediárias entre dois níveis de energia vizinhos.

As mutações são herdadas tão bem quanto os traços originais inalterados. A mutação é definitivamente uma mudança na bagagem hereditária e deve ser devido a alguma mudança na substância hereditária. Em virtude de sua propriedade de serem verdadeiramente transmitidas à prole, as mutações também são material adequado para a seleção natural, que pode atuar sobre elas e produzir espécies, conforme descrito por Darwin, eliminando os inaptos e preservando os mais aptos.

Uma mutação específica é causada por uma alteração em uma área específica de um dos cromossomos. Sabemos com certeza que essa mudança ocorre apenas em um cromossomo e não ocorre simultaneamente no "locus" correspondente do cromossomo homólogo. Em um indivíduo mutante, as duas "cópias do código de criptografia" não são mais as mesmas; eles representam duas "interpretações" diferentes ou duas "versões".

A versão seguida por um indivíduo é chamada dominante, o oposto é chamado recessivo; em outras palavras, uma mutação é dita dominante ou recessiva, dependendo de ter seu efeito imediato ou não. As mutações recessivas são ainda mais frequentes que as dominantes e podem ser bastante importantes, embora não sejam detectadas imediatamente. Para alterar as propriedades de um organismo, elas devem estar presentes em ambos os cromossomos.

A versão do código de criptografia - seja original ou mutante - é comumente chamada de alelo. Quando as versões são diferentes, como mostrado na Fig. 4, diz-se que o indivíduo é heterozigoto para esse locus. Quando são iguais, como, por exemplo, em indivíduos não mutantes ou no caso mostrado na Fig. 5, eles são chamados de homozigotos. Assim, os alelos recessivos afetam apenas as características no estado homozigoto, enquanto os alelos dominantes produzem a mesma característica tanto no estado homozigoto quanto no heterozigoto.

Os indivíduos podem ser perfeitamente semelhantes na aparência e, no entanto, diferem hereditariamente. O geneticista diz que os indivíduos têm o mesmo fenótipo, mas um genótipo diferente. O conteúdo dos parágrafos anteriores pode, assim, ser resumido de forma breve, mas altamente técnica: um alelo recessivo afeta o fenótipo apenas quando o genótipo é homozigoto.

A porcentagem de mutações na prole - a chamada taxa de mutação - pode ser aumentada muitas vezes em relação à taxa de mutação natural se os pais forem iluminados com raios X ou raios γ. As mutações causadas dessa maneira não diferem de forma alguma (com exceção de uma frequência mais alta) daquelas que surgem espontaneamente.

Capítulo IV. Dados de mecânica quântica

À luz do conhecimento moderno, o mecanismo da hereditariedade está intimamente relacionado com a base da teoria quântica. A maior descoberta da teoria quântica foram as características da discrição. O primeiro caso desse tipo dizia respeito à energia. Um corpo em grande escala muda sua energia continuamente. Por exemplo, um pêndulo que começa a oscilar é gradualmente desacelerado devido à resistência do ar. Embora isso seja bastante estranho, é preciso aceitar que um sistema que tem uma ordem atômica de tamanho se comporta de maneira diferente. Um sistema pequeno, por sua própria natureza, pode estar em estados que diferem apenas em quantidades discretas de energia, chamadas de níveis específicos de energia. A transição de um estado para outro é um fenômeno um tanto misterioso comumente chamado de "salto quântico".

Entre as séries descontínuas de estados de um sistema de átomos, não necessariamente, mas ainda assim, pode haver o nível mais baixo, sugerindo uma aproximação dos núcleos entre si. Átomos neste estado formam uma molécula. A molécula terá uma estabilidade conhecida; sua configuração não pode mudar, pelo menos até que seja suprida de fora com a diferença de energia necessária para "elevar" a molécula ao nível imediatamente superior. Assim, esta diferença de nível, que é um valor completamente definido, caracteriza quantitativamente o grau de estabilidade da molécula.

A qualquer temperatura (acima do zero absoluto) há uma certa, maior ou menor, probabilidade de subir para um novo nível, e essa probabilidade, é claro, aumenta com o aumento da temperatura. A melhor forma de expressar essa probabilidade é indicar o tempo médio de espera até que ocorra o aumento, ou seja, indicar o "tempo de espera". O tempo de espera depende da razão de duas energias: a diferença de energia necessária para o levantamento (W) e a intensidade do movimento térmico a uma dada temperatura (denotamos por T a temperatura absoluta e por kT esta característica; k é o Boltzmann constante; 3/2kT é o átomo de gás de energia cinética média à temperatura T).

É surpreendente quão fortemente o tempo de espera depende de mudanças relativamente pequenas na relação W:kT. Por exemplo, para W que é 30 vezes kT, o tempo de espera será de apenas 1/10 de segundo, mas sobe para 16 meses quando W é 50 vezes kT e para 30.000 anos quando W é 60 vezes kT. .

A razão para a sensibilidade é que o tempo de espera, vamos chamá-lo de t, depende da razão W:kT como uma função de potência, ou seja,

(1) t= τe^(W/kT)

τ é uma pequena constante da ordem de 10–13 ou 10–14 segundos. Este fator tem um significado físico. Seu valor corresponde à ordem do período de oscilações, o tempo todo ocorrendo no sistema. Você poderia dizer, em termos gerais: este fator significa que a probabilidade de acumular o valor necessário de W, embora muito pequena, é repetida várias vezes "a cada vibração", ou seja, cerca de 1013 ou 1014 vezes em cada segundo.

A função de potência não é um recurso aleatório. Ele se repete várias vezes na teoria estatística do calor, formando, por assim dizer, sua espinha dorsal. Esta é uma medida da improbabilidade de que uma quantidade de energia igual a W possa se acumular acidentalmente em alguma parte específica do sistema, e é essa improbabilidade que aumenta tanto quando é necessário um excesso múltiplo da energia média kT para superar o limiar W.

Oferecendo essas considerações como uma teoria da estabilidade das moléculas, aceitamos tacitamente que o salto quântico, que chamamos de "ascensão", leva, se não à desintegração completa, pelo menos a uma configuração significativamente diferente dos mesmos átomos - a uma molécula isomérica, como disse um químico, ou seja, uma molécula composta pelos mesmos átomos, mas em um arranjo diferente (em biologia isso poderia representar um novo "alelo" do mesmo "locus" e um salto quântico corresponderia a uma mutação).

O químico sabe que o mesmo grupo de átomos pode se combinar de mais de uma maneira para formar moléculas. Tais moléculas são chamadas de isoméricas, ou seja, consistindo das mesmas partes.

O fato notável é que ambas as moléculas são muito estáveis ​​- ambas se comportam como se fossem o "nível inferior". Não há transições espontâneas de um estado para outro. Aplicado à biologia, estaremos interessados ​​apenas em transições desse tipo "isomérico", quando a energia necessária para a transição (o valor denotado por W) não é de fato uma diferença de nível, mas um passo do nível inicial para o limiar. Transições sem um limiar entre os estados inicial e final não têm absolutamente nenhum interesse, e não apenas em relação à biologia. Eles realmente não mudam nada na estabilidade química das moléculas. Por quê? Eles não dão um efeito duradouro e passam despercebidos. Pois quando ocorrem, são quase imediatamente seguidos por um retorno ao estado original, pois nada impede tal retorno.

Capítulo V. Discussão e verificação do modelo de Delbrück

Assumiremos que, em sua estrutura, o gene é uma molécula gigante capaz apenas de mudanças descontínuas, equivalendo a um rearranjo de átomos para formar uma molécula isomérica (por conveniência, continuo chamando isso de transição isomérica, embora seria absurdo excluir a possibilidade de qualquer troca com o meio ambiente.) Os limiares de energia que separam uma dada configuração de quaisquer possíveis isômeros devem ser suficientemente altos (comparados à energia térmica média de um átomo) para tornar as transições eventos raros. Vamos identificar esses eventos raros com mutações espontâneas.

Muitas vezes se pergunta como uma partícula tão pequena de matéria - o núcleo de um ovo fertilizado - pode conter um código cifrado complexo que inclui todo o desenvolvimento futuro de um organismo? Uma associação bem ordenada de átomos, dotada de estabilidade suficiente para manter sua ordem por um longo tempo, parece ser a única estrutura material concebível na qual a variedade de combinações possíveis (“isoméricas”) é grande o suficiente para conter um sistema complexo de “determinações” dentro de um espaço mínimo.

Capítulo VI. Ordem, desordem e entropia

Do quadro geral da matéria hereditária, desenhado no modelo de Delbrück, segue-se que a matéria viva, embora não evite a ação das “leis da física” já estabelecidas, aparentemente contém ainda desconhecidas “outras leis da física”. Vamos tentar descobrir isso. No primeiro capítulo foi explicado que as leis da física como as conhecemos são leis estatísticas. Eles têm a ver com a tendência natural das coisas se tornarem desordenadas.

Mas para conciliar a alta estabilidade dos portadores da hereditariedade com seu pequeno tamanho e contornar a tendência à desordem, tivemos que "inventar a molécula", uma molécula extraordinariamente grande que deve ser uma obra-prima de ordem altamente diferenciada, guardada pela varinha mágica da teoria quântica. As leis do acaso não são desvalorizadas por essa "invenção", mas sua manifestação é alterada. A vida é o comportamento ordenado e regular da matéria, baseado não apenas em uma única tendência de passar de ordem em desordem, mas em parte na existência de uma ordem que se mantém o tempo todo.

Qual é a característica da vida? Quando falamos de um pedaço de matéria, que está vivo? Quando ele continua a "fazer alguma coisa", se movimentar, trocar substâncias com o meio, etc. - e tudo isso por mais tempo do que, segundo nossas expectativas, um pedaço de matéria inanimada poderia fazer em condições semelhantes. Se um sistema inanimado é isolado ou colocado em condições homogêneas, qualquer movimento, via de regra, pára muito cedo como resultado de vários tipos de atrito; diferenças de potencial elétrico ou químico se igualam, substâncias que tendem a formar compostos químicos os formam, a temperatura se torna uniforme devido à condução de calor. Depois disso, o sistema como um todo se desvanece, se transforma em uma massa inerte de matéria morta. Foi atingido um estado estacionário no qual não ocorrem eventos observáveis. O físico chama isso de estado de equilíbrio termodinâmico, ou "entropia máxima".

Precisamente porque o organismo evita uma transição estrita para um estado inerte de "equilíbrio", parece tão misterioso: tão misterioso que desde os tempos antigos o pensamento humano assumiu que alguma força especial, não física, sobrenatural está agindo no corpo.

Como um organismo vivo evita a transição para o equilíbrio? A resposta é simples: através da comida, bebida, respiração e (no caso das plantas) assimilação. Isso é expresso por um termo especial - metabolismo (do grego - mudança ou troca). Troca de quê? Originalmente, sem dúvida, o metabolismo estava implícito. Mas parece absurdo que seja o metabolismo que é essencial. Qualquer átomo de nitrogênio, oxigênio, enxofre, etc. tão bom quanto qualquer outro do mesmo tipo. O que poderia ser alcançado por sua troca? O que, então, é aquela coisa preciosa em nosso alimento que nos protege da morte?

Todo processo, fenômeno, evento, tudo o que acontece na natureza significa um aumento de entropia naquela parte do mundo onde acontece. Da mesma forma, um organismo vivo aumenta continuamente sua entropia - ou, em outras palavras, produz entropia positiva e assim se aproxima do perigoso estado de entropia máxima, que é a morte. Ele pode evitar esse estado, ou seja, permanecer vivo, apenas extraindo constantemente entropia negativa de seu ambiente. Entropia negativa é o que o organismo se alimenta. Ou, para dizer de forma menos paradoxal, o essencial no metabolismo é que o organismo consiga se livrar de toda a entropia que deve produzir enquanto está vivo.

O que é entropia? Esta não é uma ideia ou ideia vaga, mas uma quantidade física mensurável. Na temperatura de zero absoluto (cerca de -273°C), a entropia de qualquer substância é zero. Se você transferir uma substância para qualquer outro estado, a entropia aumentará em uma quantidade calculada pela divisão de cada pequena porção de calor gasto durante esse procedimento pela temperatura absoluta na qual esse calor é gasto. Por exemplo, quando você derrete um corpo sólido, então a entropia aumenta pelo calor de fusão dividido pela temperatura no ponto de fusão. Você vê a partir disso que a unidade pela qual a entropia é medida é cal/°C. Muito mais importante para nós é a conexão da entropia com o conceito estatístico de ordem e desordem, uma conexão descoberta pela pesquisa de Boltzmann e Gibbs em física estatística. É também uma relação quantitativa exata e é expressa

entropia = klogD

onde k é a constante de Boltzmann e D é uma medida quantitativa da desordem atômica no corpo em questão.

Se D é uma medida de desordem, então a recíproca de 1/D pode ser considerada uma medida de ordem. Como o logaritmo de 1/D é o mesmo que o logaritmo negativo de D, podemos escrever a equação de Boltzmann assim:

–(entropia) = = klog(1/D)

Agora, a estranha expressão "entropia negativa" pode ser substituída por uma melhor: a entropia, tomada com um sinal negativo, é em si uma medida de ordem. O meio pelo qual um organismo se mantém constantemente em um nível suficientemente alto de ordem (= um nível suficientemente baixo de entropia) realmente consiste em extrair continuamente ordem de seu ambiente (para as plantas, é claro, a luz solar é sua própria fonte poderosa de entropia").

Capítulo VIII. A vida é baseada nas leis da física?

Tudo o que sabemos sobre a estrutura da matéria viva nos faz esperar que a atividade da matéria viva não possa ser reduzida às leis usuais da física. E não porque exista alguma "nova força" ou outra coisa que controle o comportamento dos átomos individuais dentro de um organismo vivo, mas porque sua estrutura é diferente de tudo que estudamos até agora.

A física é governada por leis estatísticas. Na biologia nos deparamos com uma situação completamente diferente. Um único grupo de átomos, existindo apenas em uma cópia, produz fenômenos regulares, milagrosamente sintonizados um em relação ao outro e em relação ao meio externo, segundo leis extremamente sutis.

Estamos aqui diante de fenômenos cujo desdobramento regular e regular é determinado por um "mecanismo" inteiramente diferente do "mecanismo de probabilidade" da física. Em cada célula, o princípio governante está contido em uma única associação atômica que existe em apenas uma cópia e dirige eventos que servem como um padrão de ordem. Isso não é observado em nenhum lugar, exceto na matéria viva. O físico e o químico, ao estudar a matéria inanimada, nunca encontraram fenômenos que tivessem que interpretar dessa maneira. Tal caso ainda não surgiu e, portanto, a teoria não o cobre - nossa bela teoria estatística.

A ordem vista no desenrolar do processo da vida vem de uma fonte diferente. Acontece que existem dois "mecanismos" diferentes que podem produzir fenômenos ordenados: um "mecanismo estatístico" que cria "ordem a partir da desordem" e um novo mecanismo que produz "ordem a partir da ordem".

Para explicar isso, devemos ir um pouco mais longe e introduzir um refinamento, para não dizer uma melhoria, em nossa afirmação anterior de que todas as leis físicas são baseadas em estatísticas. Esta afirmação, repetida várias vezes, não poderia deixar de levar a uma contradição. Pois, de fato, há fenômenos cujas características distintivas são claramente baseadas no princípio da "ordem a partir da ordem" e não parecem ter nada a ver com estatística ou desordem molecular.

Quando um sistema físico revela uma "lei dinâmica" ou "características de um relógio"? A teoria quântica dá uma resposta curta a esta pergunta, ou seja, à temperatura zero absoluto. À medida que a temperatura se aproxima de zero, a desordem molecular deixa de afetar os fenômenos físicos. Este é o famoso “teorema térmico” de Walter Nernst, que às vezes, e não sem razão, é chamado de “Terceira Lei da Termodinâmica” (o primeiro é o princípio da conservação da energia, o segundo é o princípio da entropia). Não se deve pensar que deve ser sempre uma temperatura muito baixa. Mesmo à temperatura ambiente, a entropia desempenha um papel notavelmente pequeno em muitas reações químicas.

Para relógios de pêndulo, a temperatura ambiente é praticamente igual a zero. Esta é a razão pela qual eles funcionam "dinamicamente". Os relógios são capazes de funcionar "dinamicamente", pois são construídos a partir de sólidos para evitar os efeitos perturbadores do movimento térmico em temperaturas normais.

Agora, penso, são necessárias algumas palavras para formular a semelhança entre um relógio e um organismo. Simplesmente e exclusivamente se resume ao fato de que este último também é construído em torno de um corpo sólido - um cristal aperiódico, formando uma substância hereditária, não sujeita principalmente aos efeitos do movimento térmico aleatório.

Epílogo. Sobre determinismo e livre arbítrio

Do que foi dito acima, fica claro que os processos espaço-temporais que ocorrem no corpo de um ser vivo, que correspondem ao seu pensamento, autoconsciência ou qualquer outra atividade, são, se não completamente estritamente determinados, pelo menos determinado estatisticamente. Esse sentimento desagradável surge porque é costume pensar que tal ideia está em conflito com o livre-arbítrio, cuja existência é confirmada pela auto-observação direta. Então, vamos ver se não podemos obter uma conclusão correta e consistente das duas premissas a seguir:

Meu corpo funciona como um mecanismo puro, obedecendo às leis universais da natureza.

No entanto, sei por experiência direta e irrefutável que controlo as ações do meu corpo e antecipo os resultados dessas ações. Esses resultados podem fazer uma enorme diferença na determinação do meu destino, caso em que sinto e assumo conscientemente a total responsabilidade por minhas ações.

Parece-me que apenas uma conclusão pode ser tirada dessas duas premissas, a saber, que "eu" no sentido mais amplo da palavra - isto é, toda mente consciente que já disse ou sentiu "eu" - não é nada um sujeito que pode controlar o "movimento dos átomos" de acordo com as leis da natureza.

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