Виктор Вайскопф - Наука и удивительное [Как человек понимает природу]

Молекулы хлорофилла «работают» в клетках зеленых растений. Растение получает воду из почвы, двуокись углерода из воздуха и энергию от солнечных лучей, падающих на листья.

Сахар содержит меньше кислорода, чем СO 2и вода. Следовательно, в процессе образования сахара в виде побочного продукта получается кислород. Весь кислород атмосферы был произведен растениями, когда содержавшийся в них хлорофилл образовывал сахар. Мы не могли бы дышать, если бы растения не занимались непрерывно производством кислорода.

Молекулы хлорофилла всегда образуются при росте зеленых растений. Клетки растений подобны тем, которые мы здесь описывали, но они еще в большей степени независимы, чем бактерии. Они не только содержат белки, которые производят все необходимые аминокислоты, но создают и хлорофилл, который затем синтезирует сахар при помощи солнечного света. Таким образом, растения живут и развиваются, не нуждаясь в питательном растворе сахара и не «поедая» живой материи. Все, что им нужно, — это свет, двуокись углерода, вода и некоторые неорганические вещества, например аммиак, находящийся в почве. В этом отношении растения — идеальные живые системы. Действительно, растения — это единственная «производящая» живая материя; она сама производит при помощи света все необходимые ей материалы из простых неорганических веществ. Все другие формы жизни следует отнести к «разрушающим». Они нуждаются в богатых энергией веществах, производимых растениями, и используют их для создания собственных структур. Животные и человек наиболее расточительны. Для построения своих клеток они нуждаются не только в таком богатом энергией веществе, как сахар, но и в высокоорганизованном материале — аминокислотах. Человек и животные гораздо выше организованы, чем все другие формы жизни. Особенно мы должны гордиться своей нервной системой, которая координирует восприятие и движение и, наконец, делает возможным мышление.

Что такое жизнь? С нашей точки зрения, это проявление особых молекулярных структур, которые непрерывно воспроизводятся и заставляют другие молекулярные структуры укладываться в определенную схему, различную для каждого вида живого, но одинаковую в принципе. Атомы могут соединяться в живую материю только при совершенно особых условиях. Температура должна быть достаточно низкой, чтобы тепловое движение не разрушало сложные фабрики макромолекул. Однако она не должна быть и слишком низкой, потому что жизнь возможна только тогда, когда белки и нуклеиновые кислоты сохраняют способность производить химический синтез; для этой деятельности необходимо наличие некоторого теплового движения. Если клеточный материал замерзнет, вся химическая работа остановится. Для синтеза богатых энергией молекул необходим солнечный свет, но его не должно быть слишком много, так как температуры должны оставаться умеренными. У нас на Земле эти условия очевидно выполняются: поверхность нашей планеты богата зелеными растениями и различными странными комбинациями атомов, которые мы называем живыми организмами.

Хотя на многие вопросы развития человека и животных еще нельзя дать ответ, некоторые представления уже можно сформулировать вполне ясно. Каждый вид со всеми своими органами, нервами, костями и мозгом развивается по плану, заложенному в макромолекулах его нуклеиновых кислот. Здесь оказываются тесно связанными атомная физика и жизнь в ее наивысшей форме. Каждый нуклеотид в длинной цепи ДНК находится в точно определенном квантовом состоянии, характеризующем свойства нуклеотида. Специфические нуклеотиды связаны электронами в типичные конфигурации, достаточно устойчивые для поддержания соответствующего порядка в цепи, несмотря на тепловое движение и другие возмущающие эффекты в клетке. На этом порядке основано не только развитие данного индивидуума, но и размножение данного вида. Устойчивость квантовых состояний в ДНК служит гарантией того, что дети в основном повторяют своих родителей, т. е. гарантирует сохранение вида. Различие форм жизни отражает различие в способах расположения нуклеотидов в нуклеиновых кислотах. Постоянство этих форм, их воспроизведение в каждом поколении, отражает устойчивость атомов.

Изучая природу, как мы это делали в нашей книге, мы неизбежно приходим к вопросу: как произошли вещи? Мы стремимся узнать, как возник наш мир. Вот почему все существующие религии, а также многие философские системы описывают начало мира, а иногда пророчат и его неминуемый конец.

Есть ли какой-нибудь научный ответ на эти вопросы? Как всегда в науке, ответ может быть только частичным. Наши научные познания о природе постоянно растут. Каждое новое научное открытие как-то обогащает их. Но всегда остается множество явлений, которых мы не понимаем. Поэтому, когда мы пытаемся описать то, что происходило очень давно или наступит через много лет, или, наконец, то, что происходит чрезвычайно далеко от нас, наши заключения неизбежно оказываются весьма зыбкими. В частности, рассуждая о материи, находящейся в условиях, очень несходных с земными, мы неизбежно допускаем множество ошибок. Недостаточность наших знаний проявляется при этом значительно острее. Так как мы вынуждены экстраполировать наши сведения и наш опыт, небольшая ошибка или неправильная интерпретация может повести к совершенно ложным заключениям. И тем не менее делать выводы очень заманчиво, и многие ученые пытались нарисовать возможную или вероятную картину прошлого на основе наших нынешних знаний, т. е. пытались рассказать историю того, как мог возникнуть и развиться мир и как он принял тот вид, какой он имеет сейчас.

Наука есть познание природы, но она предполагает и понимание пределов доступного в настоящее время. Поэтому нельзя ожидать, что нам удастся создать себе исчерпывающее представление о природе. Например, мы ничего не знаем о настоящем начале природы — если оно вообще существовало. Все что мы можем — это пойти вспять так далеко, как нам позволяют наши нынешние познания, т. е. настолько, насколько мы сможем доверять своим заключениям. Наш рассказ не ответит нам на любой вопрос о начале Вселенной. Мы начнем его с несколько более позднего времени, с периода, когда мир находился в состоянии, о котором мы имеем известную информацию. Самое раннее известное нам состояние вещества — это то, в котором оно находилось в виде разреженного водорода. Наш рассказ будет ограниченным, но тем не менее впечатляющим, так как в нем речь пойдет о развитии материи, о развитии материи от водородной туманности к миру, где есть живые системы.