Терри Пратчетт - Наука Плоского мира. Книга 4. День Страшного Суда

Многие из вас уверены, будто живое настолько отличается от неживого или даже от только что бывшего живым, что никакая более или менее непрерывная цепочка шагов, ведущая от одного к другому, не укладывается у вас в голове. Отчасти подобная предубеждённость берёт начало в нашей нейрофизиологии: для того чтобы думать о живых и неживых объектах, например мышах и булыжниках, мы используем различные участки мозга. Поэтому нам сложно построить мысленную цепочку, ведущую от камня к мыши или даже от пробирки с химическим веществом – к микробам. Взамен мы предлагаем туманные доктрины, вроде так называемой «души», демонстрирующие чёткое разделение между тем, как мы думаем о живом существе и о мертвом теле.

Сейчас мы коротко изложим основные тезисы некоторых логичных концепций происхождения жизни, чтобы вы смогли оценить предлагаемые идеи и различные подходы к решению данной проблемы. Мы уже неоднократно писали о происхождении жизни на страницах книг «Наука Плоского мира», поэтому сейчас попытаемся подойти к задаче несколько с другой стороны. Например, о тех же вирусах мы ещё с вами не говорили. В начале нового тысячелетия история происхождения вирусов скромно держалась в тени, пока в 2009 году не вышел обзорный доклад Гаральда Брюссоу, открывшего дискуссию на эту тему. Однако чтобы понять контекст, нам совершенно необходимо больше узнать о предыдущих гипотезах.

Из ранних экспериментов наибольший интерес представляет опыт Стэнли Миллера, работавшего в 50-х годах XX века в лаборатории Гарольда Юри. Он смоделировал эффект удара молнии в атмосфере молодой Земли (в разумном приближении состоящей из аммиака, двуокиси углерода, метана и водяного пара). Он получил смесь токсичных газов типа цианида и формальдегида, что вселило в Миллера определённые надежды. Ведь «токсичность» – это отнюдь не объективное свойство вещества, а всего лишь эффект, который оно оказывает на живой организм. Большинство газов вообще жизнь не жалуют. В ходе дальнейших экспериментов были получены аминокислоты, то есть химические вещества, наиболее важные для живых организмов, поскольку они в принципе могут агрегировать в белки. В итоге ему удалось получить даже небольшие органические молекулы.

Разобраться, как именно возникли эти молекулы, непросто, однако эксперимент Миллера показал, что природа вполне могла самостоятельно достичь подобных результатов. Нет никаких оснований полагать, что в описанном ранее эксперименте Бенфорда задействовано нечто, не относящееся к стандартной химии, подчиняющейся обычным физическим и химическим законам. Мы можем рассказать вам непротиворечивую, с химической точки зрения историю о том, как соединяются и изменяются атомы и молекулы. Это происходит постоянно, благодаря чему и существует такая наука, как химия. Одним из ключевых моментов является то, что любая достаточно обстоятельная модель призвана охватить все основные этапы, однако реальность намного сложнее любых мыслимых моделей. То, что кажется трудным для нас, непроизвольно происходит в природе.

Исследователи, повторившие эксперимент во всевозможных модификациях земной атмосферы того периода, получили и другие органические соединения, в частности сахара и даже основания, соединения которых ведут к формированию ДНК и РНК – основополагающих молекул земной жизни. Мы уже упоминали о ДНК и её двойной спирали, в любом случае сегодня она всем хорошо известна. Рибонуклеиновая кислота (РНК) популярна гораздо меньше. Она, в общем-то, похожа на ДНК, только попроще устроена. За редкими исключениями РНК образует одну цепочку вместо двух. Определённые виды РНК весьма существенны для живых организмов.

Мы считаем, что обе эти молекулы могли легко образоваться на юной Земле. Даже более того, их появление было совершенно неизбежным. К тому же, как нам сейчас известно, многие метеориты несут на себе компоненты этих простых органических соединений – значит, последние могут образовываться в открытом космосе. Таким образом, метеориты являются вторым надёжным источником органической химии. Короче говоря, небольшие органические молекулы на молодой Земле имелись в изобилии. Дело только в том, что с живыми организмами они не имеют ничего общего.

Многообещающих на первый взгляд простых химических процессов недостаточно. Ведь ключевые молекулы живых организмов намного сложнее и включают в себя значительно больше атомов, расположенных довольно заковыристым образом. Грэм Кернс-Смит предположил, что молекулы глины могли бы быть идеальным катализатором для превращения простых органических соединений в полимеры, аналогичные имеющимся у живых организмов. При этом аминокислоты соединялись бы в пептиды и белки, а нуклеотидные основания, возможно, связывались бы с фосфором и сахарами, образуя короткие цепочки нуклеиновых кислот, в том числе РНК и ДНК. Как видите, для достижения цели снова не требуется ничего, кроме простой химии, никаких инопланетян. Напротив, было бы даже странно, если бы первобытные моря не кишели бы полимерами, ведь с их возникновением нет проблем. Может быть, проблемы с макромолекулами и возникнут у нас, у природы их не будет: она просто следует собственным правилам, неизбежным следствием которых является определённая сложность.

Однако макромолекулы – это ещё не жизнь. Они не размножаются, даже не реплицируются, разве что в особых ситуациях. (Под репликацией понимается создание точных копий; под размножением – создание копий не точных, но способных к дальнейшему размножению. Второй способ более гибкий, но и более сложный для понимания.) В любом случае и репликация, и размножение требуют не просто сложности, но сложности упорядоченной, а откуда берётся порядок, понять трудно. Тем не менее подобные ситуации могут возникать совершенно естественно в некоторых глинах, таких, которые сами по себе обладают способностью репликации. Во влажной среде небольшие слойки глины могут самостоятельно образовывать пачки почти одинаковых копий.

С конца 90-х годов поменялось многое. В предыдущих книгах «Науки Плоского мира» мы уделили особое внимание идеям Гюнтера Вахтершаузера. Он предложил идею, отличную от общепринятой теории первичного бульона Миллера-Юри, в котором предполагалась спонтанная репликация нуклеиновых кислот, а первичным проявлением жизни считалась наследственность. Взамен Вахтершаузер выдвинул гипотезу первичности метаболизма, то есть биохимического процесса. По его мнению, это могло случиться там, где много серы, оксида и сульфида железа, а также имеется источник тепла для поддержания химических реакций. Одним из возможных объектов, обладающих данными характеристиками, являются гидротермальные источники срединно-океанических хребтов, известные как «чёрные курильщики». Они располагаются в местах выхода расплавленных пород мантии на поверхность через разломы в расходящемся морском дне. Другими, чуть менее впечатляющими объектами являются подводные вулканы. Используя эту железо-кислородо-серную химию, Вахтершаузер придумал набор реакций, довольно точно имитирующих цикл Кребса, – основу биохимии почти всех живых организмов. В лабораторных экспериментах его задумка вроде бы работала, пусть и неидеально. Короче говоря, его теория возникновения жизни заменила первобытный «суп» первобытной «пиццей»: молекулы, вместо того чтобы резвиться в морских глубинах, плавают на поверхности. Тогда, в 1999 году, идея Вахтершаузера нам понравилась, поскольку она была альтернативой системе первичности наследственности. Мы не понимаем, зачем подобным структурам заниматься реплицированием, это совершенно не в их привычках. Кроме того, Вахтершаузер не только биохимик, но и юрист, а хорошие научные идеи, предложенные юристами, – чрезвычайная редкость.