О свойствах биологического времени

Введенное В.И. Вернадским представление о биологическом времени позволяет рассмотреть на его примере не только особые свойства, но и общие с другими спецификациями времени – геологическим, историческим, социальным. Первостепенными являются два вопроса: 1. время – феномен или ноумен? 2. какова природа времени? (Левич, 2002, 2004). Основные представления о жизнедеятельности организмов животных и человека и отдельные факты биологии и медицины позволяют утверждать, что время является феноменом и, лишь частично, в силу формирования субъективного времени, – ноуменом.

В соответствии с представлением о времени как о мере движения (Аристотель, Лейбниц) или иначе – мере изменения информации, примем, что время живых организмов сопряжено с той частью информации, которая подвергается процессингу. Иинформации в живых организмах в двух состояниях: фиксированном (в геноме, памяти) и динамическом, в ходе обработки, кодирования, введения в память или декодирования. Известно, что простейший код информации в нервной системе – потенциал действия (нервный импульс), имеет электро-хемо-частотную или электро-хемо-временную природу, т.е. энергетическую – для информации и времени. На более высоких уровнях процессинга широко представлено кодирование информации временем (Радченко, 2002, и др.). Эти факты позволяют выразить биологическое время через равенство:

T = (Ei+Ed)/m,

где сумма отражает затраты энергии на процессинг информации, вводимой или востребуемой из памяти, Ei –сопряженную с информационно значимыми преобразованиями энергию, Ed –диссипатировавшую при этом в тепловую и подвергнутую теплорассеянию часть энергии, мерой которой по определению является энтропия. Коэффициент m отражает зависимость процессинга информации от интенсивности обмена веществ и энергии, что согласуется с представлениями о зависимости скорости продукции энтропии от скорости метаболизма (Andersen e.a., 2003). Это выражение поясняет взаимосвязь информации, времени, энергии и энтропии во внутренней среде организма, свидетельствует об информационно-энергетической природе биологического времени, соответствует представлению об энтропийной параметризации времени (Левич, 2002) и позволяет объяснить ряд его свойств.

Для биологического времени характерны общие с другими спецификациями времени свойства: направленность, непрерывность и дискретность, неравномерность, ритмичность, а также особые: двойственность и частичная обратимость.

Направленность биологического времени отражена в последовательности и различии дления, структуры и объема информации, сопряженной с прошлым, настоящим и будущим («стрела времени»). В этом смысле время не только направлено, но и асимметрично. Наиболее значимым свойством настоящего времени является новизна (изменение) информации. Она выступает в роли «точки отсчета», начала настоящего времени, что в норме позволяет различать информацию, сопряженную с настоящим, прошлым или будущим. Образное мышление и способность правого полушария головного мозга к выявлению нового в потоке информации предопределяет роль его структур в определении «начала отсчета» настоящего времени. Склонность к логически-последовательному типу мышления левого полушария может способствовать его ведущей роли в чувстве дления настоящего и проекции последнего на стрелу времени. Индивидуально выраженное варьирование чувства дления настоящего времени обусловлено, в частности, типом асимметрии нервной системы.

Среди характерных свойств прошлого времени, взаимосвязанного с механизмами памяти, отметим относительную диссоциацию информации со временем, а также низкий уровень энтропии, что позволяет рассматривать «свертку» информации в памяти («уплотнение времени» по Н.А. Козыреву?), характеризующую прошлое время, как антиэнтропийный механизм. Использование информации, хранящейся в памяти и сопряженной с прошлым временем, в виде сновидений или галлюцинаций при снижении энергетического потенциала организма в условиях гипоксии (сон, кровотечения, восхождение на большие высоты в горах) или нервного истощения в качестве «энергетического донора» обусловлено отсутствием необходимости дополнительных затрат энергии на обработку извлеченной из памяти информации и минимальным при этом ростом обобщенной энтропии.

Среди свойств будущего времени, определяемых на клеточном уровне программами генома, а на уровне головного мозга – по преимуществу ассоциативными программами, формируемыми левым полушарием на основе информации настоящего и прошлого времени, назовем проективность и схематичность, участие мотивации и цели в темпоральном структурировани информации о будущем.

Сравнение термодинамических характеристик (степени устойчивости, «открытости», уровня энергетического потенциала и обобщенной энтропии) прошлого, будущего и настоящего времени позволяют говорить о необходимости продленного настоящего в силу его роли энергетического донора для физиологических систем.

Непрерывность и дискретность биологического времени демонстрирует онтогенез как направленный непрерывно-дискретный процесс, неравномерность которого определена, по мысли В. И. Вернадского, действием преимущественно эндогенных факторов. Среди них – пептидные и стероидные гормоны, маркирующие начало и длительность периодов онтогенеза, обусловливающие смену соответствующих «программ» обмена веществ и энергии. Концентрации определенных гормонов определяют время возникновения и длительность “окон респонсивности” («критических периодов») к действию различных стресс-факторов (Шаляпина и др., 1998, 2003, и др.) или оплодотворению (Wen-ge Ma et al., 2003). По-видимому, они определяют «границы» периодов направленного времени онтогенеза и придают ему дискретный характер. Свойство неравномерности демонстрирует субъективное время человека (Тs). Его можно представить как разность экзогенного (Tex) и эндогенного (Tend) времени:

Тs = Тex – Tend, которая определяет ускорение (–) или замедление (+) субъективного времени в соответствии с ситуативным соотношением объемов экзогенной и эндогенной информации, сопряженных со временем. При этом эндогенная информация организма, связанная с физиологическими и биохмическими процессами, менее вариабельна и более стереотипна, чем экзогенная, что определяет большую скорость эндогенного времени.

Двойственность биологического времени предполагает совмещение блоков информации, относящихся к разным отрезкам стрелы времени, что является необходимым условием для формирования доминанты и запуска мотивированного поведения, т.е. для жизнедеятельности в настоящем времени и программирования будущего. Двойственность может быть присуща и одному из отрезков стрелы времени, например, при одновременном восприятии двух и более блоков информации осознанно (вербализованно) и неосознанно (интуитивно). Они могут различаться по объему, содержанию и темпоральным параметрам. Понятие двойственности может трактоваться расширительно как “многоуровневость” времени, сопряженного с одной структурой.

Способность живых организмов к генерации и накоплению энергии (и времени) послужила основанием к допущению частичной обратимости биологического времени А.А. Ухтомским и В.И. Вернадским. Известно, что об обратимости процессов в термодинамически открытой неустойчивой системе можно говорить лишь при условии минимального роста энтропии или «нормы хаотичности» (Климонтович, 1996) и отсутствия остаточных изменений в окружающей среде. Этим условиям соответствует состояние гомеостазиса или относительного постоянства внутренней среды организма, когда константы жизнедеятельности варьируют в рамках нормы реакции генома и для их регуляции достаточно эндогенных процессов. Это позволяет говорить об относительной обратимости биологического времени в рамках нормы реакции организма.

Среди временных процессов, генерируемых структурами организма как эндогенное время, ритмы наиболее очевидно отражают информационно-энергетическую природу времени. Так, будучи сопряжены с периодическими изменениями констант жизнедеятельности, ритмы отражают волновую природу времени. Кроме того, в силу высокой структурированности, ритм можно рассматривать как механизм снижения энтропии. Это согласуется с представлением о циркадианных ритмах как механизме опережающей гомеостатической регуляции, направленном на реализацию адаптивной стратегии обмена веществ и «экономию» энергии (Daan, Aschoff, 1982; Алпатов, 2000, и др.). Следовательно, можно предположить, что необходимость в подстройке к экзогенному ритму у организма возникает в случае энергетического дисбаланса и недостаточности эндогенных антиэнтропийных механизмов. Тогда экзогенные «задатчики» ритма, структурируя эндогенные временные процессы, выступают в роли энергетического донора и протектора роста энтропии. Но «задатчиком» ритма может стать и доминирующий эндогенный ритм, выступающий в роли донора энергии. Структуры организма генерируют и другие временные процессы – направленное время онтогнеза, на которое накладываются тенденции, монофазные процессы, циклы и ритмы, каждый из которых выполняет особые функции.

В заключение следует подчеркнуть, что описанные свойства биологического времени сопряжены с его информационно-энергетической природой, имеют объективный характер, их можно проследить для процессов на всех уровнях организации живых организмов.