Buch lesen: "Код жизни. Как случайность стала биологией", Seite 2
Одна из главных мыслей нашей книги состоит в том, что изучение происхождения жизни на Земле и поиски жизни вне Земли состоят в теснейших симбиотических отношениях. Успех в одной области подарит самые перспективные данные для другой и даст сильнейший стимул для исследований в ней. Причина очевидна. Если мы сумеем выявить, как жизнь зарождается из химических реакций в лаборатории, значит, велика вероятность, что именно так поступает и Природа, имеющая в распоряжении богатейший арсенал всевозможных сред и практически бесконечный запас времени, причем, возможно, не в одном месте в космосе, а в нескольких, в том числе в нашей родной галактике Млечный Путь. Более того, если бы мы сумели полностью восстановить последовательность событий, процессов и смены условий, которая привела к возникновению жизни на Земле, нам удалось бы гораздо лучше определить, насколько вероятно, чтобы жизнь спонтанно возникла на других планетах и спутниках. Следовательно, все эти находки смогли бы направлять нас в наших поисках внеземной жизни.
С другой стороны, если бы астрономические наблюдения показали, что внеземная жизнь достаточно распространена, это существенно подкрепило бы нас в убеждении, что биохимический путь к созданию жизни точно существует. Это убеждение, в свою очередь, сильно мотивировало бы нас еще упорнее искать правильные первоначальные условия, вещества-предшественники, необходимые источники энергии и ту сеть химических реакций, которые послужили бы предпосылками для возникновения жизни. В более широком смысле всестороннее изучение задач, имеющих отношение как к происхождению жизни, так и к поискам ее вне Земли, дает уникальную возможность развивать самый широкий спектр научных областей и дисциплин – от астрономии и геологии до химии и биологии.
Здесь нужно принять во внимание еще одно важное обстоятельство. Мы знаем, что ко многим сферам и обстоятельствам применим так называемый принцип «ноль-один-бесконечность». То есть либо что-то вообще невозможно, либо это такая редкость, что встречается только в одном экземпляре, либо можно ожидать появления очень большого количества экземпляров. Если будет обнаружена какая-то форма инопланетной жизни, полностью независимая от земной (такое событие называют «Второе происхождение»), то резонно предположить (по принципу «ноль-один-бесконечность»), что примеров жизни во вселенной практически бесконечно много.
В нашей книге рассказана история этих двух увлекательных параллельных научных направлений: цель одного из них – найти путь от неживых химических соединений к живым в лаборатории, цель другого – открыть внеземную жизнь. Ученые, которые ведут эти исследования, постоянно сотрудничают друг с другом, иногда соперничают (кто первым достигнет цели), но неизменно увлечены своим делом, и их открытия дополняют друг друга в стремлении решить загадки, лежащие в основе самой природы человека: откуда мы взялись, почему мы здесь и одиноки ли мы во вселенной. Иначе говоря, пусть наши слова прозвучат излишне пафосно, но все же мы скажем, что конечная цель этих исследований – в буквальном смысле понять, каково наше происхождение и место в этом древнем, огромном, запутанном мироздании.
Что такое жизнь?
Хотя вопросы «Как появилась жизнь?» и «Существует ли внеземная жизнь?» терзают человечество с древнейших времен, на протяжении письменной истории почти все полагали, что ответ на первый вопрос крайне прост: «Ее создал Бог». Более того, вплоть до начала XIX века даже ученые были твердо убеждены, что живые существа наделены каким-то полумистическим витализмом, который отличает их от неодушевленного вещества. А вот второй вопрос тысячелетиями вызывал споры и провоцировал самые безумные спекуляции в попытках доказать или опровергнуть идею «множественности обитаемых миров». К примеру, еще в I веке до н. э. римский поэт-эпикуреец Тит Лукреций Кар писал:
…остается признать неизбежно,
Что во вселенной еще и другие имеются земли,
Да и людей племена и также различные звери3.
Очевидным переломным моментом в этой теоретической схватке стало появление гелиоцентрической модели Коперника: она не только заставляла совершенно по-новому представить себе место и значимость Земли в мироздании, но и позволяла выстроить реалистичную картину мира, в рамках которой существование других миров, подобных Земле, становилось как минимум представимым. В конце XVI века итальянский монах-доминиканец и философ Джордано Бруно проработал и обобщил идеи Коперника, тогда еще новаторские, и, как известно, заключил, что «в космосе существует бесчисленное множество созвездий, солнц и планет; мы видим только солнца, поскольку они дают свет; планеты остаются невидимыми, так как они малы и темны. Существует также неисчислимое множество земель, вращающихся вокруг своих солнц, не хуже и не меньше нашей сферы»4. Пророческое воображение Бруно предвосхищало современную науку и увлекало его еще дальше: «Никакой логический разум не может предположить, что небесные тела, гораздо великолепнее нашего, не могут нести на себе существ, подобных тем, кто обитает на нашей человеческой земле, и даже превосходящих нас». Трагедия в том, что за упорство, с которым Бруно защищал другие неортодоксальные этические и богословские идеи, тогда считавшиеся еретическими, 17 февраля 1600 года его сожгли на костре по приговору инквизиции.
В XVII веке о множественности миров заговорили и другие мыслители. Выдающиеся ученые, в том числе астрономы Иоганн Кеплер и Христиан Гюйгенс, а также другие влиятельные интеллектуалы, например французский ученый и писатель Бернар ле Бовье де Фонтенель, открыто отстаивали существование внеземной жизни. Когда Галилео Галилей открыл четыре спутника Юпитера, Кеплер сразу же заключил: «Вывод очевиден. Наша Луна существует для нас, жителей Земли, а не для других небесных тел. Эти четыре маленькие луны существуют для Юпитера, а не для нас. Каждой планете с ее обитателями служат ее собственные спутники. Следуя таким логическим рассуждениям, мы заключаем, что Юпитер с высокой вероятностью обитаем». Сам Галилей, с другой стороны, довольно агностически относился к множественности миров и был осторожен в высказываниях: «Я со своей стороны не утверждаю, что жизнь на иных планетах существует, но и не отрицаю этого, предоставляя решать тем, кто мудрее меня».
Одновременно с голосами, отстаивающими множественность обитаемых миров, звучали и не менее громкие голоса, отрицавшие существование внеземной жизни. Возражения строились главным образом на том, что сама идея существования обитателей иных планет была чревата неприятными последствиями для некоторых доктрин католической церкви. Отрицатели указывали на всякого рода клерикальные головоломки наподобие «Если на других планетах существуют люди, произошли ли они тоже от Адама и Евы?» и «Был ли Иисус Христос и их Спасителем?»
Если учесть, какой громадный авторитет имели религиозные идеи на протяжении почти всей истории человечества, не стоит удивляться, что как вера в витализм, так и идея, что жизнь должна существовать по всему космосу, изначально основывались не на научных, а на богословских аргументах. Идея витализма в целом вдохновлялась буквальным толкованием библейского текста: «И создал Господь Бог человека изпраха земного [курсив наш], и вдунул в лицо его дыхание жизни, и стал человек душою живою»5. Аристотель также настаивал, что душа «есть сущность… тела, обладающего в возможности жизнью»6. Точно так же на основании религиозных убеждений некоторые мыслители XIX века настаивали на существовании внеземных обитаемых миров, поскольку иначе получалось, что Творец впустую тратил силы на безбрежные просторы космоса.
В ХХ веке философы и ученые, склонные к философствованию, предпринимали множество попытокопределить жизнь. Даже Эрвин Шрёдингер, один из основателей квантовой механики, в 1944 году опубликовал книжку под названием «Что такое жизнь?»7, которая вдохновила ученых искать химические основы наследственности. Однако в целом попытки определить жизнь привели к тому, что определений было почти столько же, сколько их авторов. Молекулярный биофизик Эдуард Трифонов собрал коллекцию из 123 определений многих исследователей и, изучив их лексику, в 2011 году выдвинул, по его словам, идеальное консенсусное определение: «Жизнь есть самовоспроизводство с изменениями». Астробиологический отдел НАСА предпочитает более раннее определение, хотя оно, как и большинство других, вызвало значительные споры: «Жизнь – самоподдерживающаяся химическая система, способная эволюционировать по Дарвину». Здесь нас, однако, интересует не универсальное определение жизни. Мы чувствуем, что в целом дискуссия о том, что есть жизнь, не особенно приблизила нас к пониманию происхождения жизни. Она привела к путанице, неизбежной, когда одно слово используют для описания множества совершенно разных явлений. На самом деле, как нам видится, главное – найти, какая последовательность событий привела к появлению биологической жизни в условиях молодой планеты. Задача описать этот неуловимый маршрут становится еще сложнее, если учесть, что на сегодня нам известен лишь один пример жизни во всей вселенной – жизнь на Земле. Жизнь в других местах в принципе может приобретать формы, которые мы не узнаем и, вероятно, даже не способны себе представить.
Чтобы продвинуться в этом направлении, биологи выявили несколько важнейших составляющих, без которых жизнь, по-видимому, невозможна, и небольшое число свойств, характерных по крайней мере для всех форм земной жизни (и необходимых для их существования). Необходимые ингредиенты – это 1) источникэнергии, чтобы питать метаболические реакции, 2) жидкий растворитель, способствующий этим и другим реакциям, и 3) питательные вещества, необходимые для создания биомассы.
Свойства, характерные для жизни на Земле, таковы: 1) живая ткань состоит изклеток, 2) способна производить метаболизм(то есть собирать и запасать энергию и вещества из своего окружения и использовать их для роста и размножения), 3) задействует катализаторы, которые вызывают и ускоряют химические реакции, и 4) содержит в себе информационную систему. Последнее свойство означает, что жизнь может воспроизводить собственные характеристики и способна эволюционировать по Дарвину: у нее есть химические инструкции, как действовать, и информация, которую можно передать следующему поколению. Короче говоря, жизнь в нашем понимании должна каким-то образом бесшовно соединять в себе четыре подсистемы: компартментализацию (клетки), метаболизм, катализ и генетику.
Все исследователи происхождения жизни согласны, что эти черты присущи всем живым существам на Земле, однако в течение нескольких десятков лет те же самые исследователи спорили, причем подчас непримиримо, по поводу того, можно ли считать какое-то из этих свойств самым фундаментальным, и если да, то какое. А точнее, какая из этих черт должна была появиться на Земле первой, чтобы жизнь могла возникнуть? Как мы вскоре убедимся, именно эту загадку удалось решить в последние два десятка лет – и решение вышло несколько неожиданным.
