Однако корабли, разумеется, тонут и в открытом море. Представьте, что капитан повел корабль в море в сильный шторм, но экипаж не успел поднять паруса. Теперь волны бьются о борт судна вовсе не в случайном порядке — с обеих сторон на корабль может обрушиться вал, который легко перевернет парусник. Но наш умный капитан знает, как удержать равновесие корабля: он приказывает поднять паруса, чтобы сила ветра удерживала корабль на ровном киле (рис. 10.2).
Рис. 10.2. Жизнь лавирует на краю квантового и видимого миров. Живая клетка напоминает корабль, киль которого достигает квантового уровня реальности и, следовательно, может использовать последствия таких явлений, как туннелирование или квантовая запутанность, для сохранения собственной жизни. Подобная связь с квантовым миром поддерживается живыми клетками благодаря укрощению термодинамических бурь — молекулярного шума, что помогает поддерживать, а вовсе не нарушать квантовую когерентность
На первый взгляд, подобный маневр капитана кажется противоречивым. Легко предположить, что резкий ветер и непредсказуемые порывы скорее перевернут корабль, нежели будут способствовать поддержанию его хрупкого равновесия — это ведь будут не единичные, а повторяющиеся порывы ветра, которые будут все с большей силой обрушиваться то на правый, то на левый борт. Однако капитан знает, как рассчитать угол между парусом и штурвалом, чтобы ветер и течение действовали против самих себя и сами исправляли крен. Таким образом, он укрощает бурю, чтобы удержать корабль в равновесии.
Жизнь имеет много общего с нашим воображаемым кораблем, плывущим по бушующим волнам видимого мира с опытным капитаном на борту: генетическая программа, которая совершенствовалась на протяжении четырех миллиардов лет эволюции, работает на любых глубинах квантового и видимого уровней жизни. Вместо того чтобы прятаться от бурь, жизнь смело встречает их и укрощает молекулярные шквалы и порывы, чтобы наполнить паруса и удерживать равновесие своего корабля на узком киле, который, опускаясь глубже в термодинамические воды, держит связь с квантовым миром (см. рис. 10.2). Жизнь пускает корни так глубоко, что достигает края квантового мира и использует в своих интересах последствия происходящих там таинственных явлений.
Помогает ли нам данная метафора лучше понять, что есть жизнь? Что ж, мы предлагаем рассмотреть еще одно предположение. Подчеркнем: это лишь предположение, однако мы не можем не высказать его, зайдя так далеко в нашем повествовании о механизмах жизни. Помните вопрос, который мы обсуждали в главе 2? Это был вопрос о различии между живым и неживым. Наши предки считали, что это различие заключается в наличии у живого души. Смерть, полагали они, связана с тем, что душа покидает тело. Механистическая философия Декарта пошатнула позиции витализма и отказалась от понятия души (по крайней мере обосновала ее отсутствие у растений и животных). Тем не менее различие между живым и неживым так и не было сформулировано. Может ли наше новое понимание жизни заменить понятие души понятием «квантовая искра жизни»? Многие могут посчитать, что подобная постановка вопроса является подозрительной и даже в какой-то степени дискредитирует традиционную науку, сближая ее с псевдонаукой и эзотерикой. Мы вовсе не имеем в виду такое сближение. Наоборот, мы предлагаем вашему вниманию идею, которая, как мы надеемся, могла бы стать крупицей научной теории, способной сокрушить мистические и метафизические представления о жизни.
В главе 2 мы сравнили способность жизни сохранять высокую степень организованности с тем хитроумным порядком на бильярдном столе, который поддерживается неупорядоченным движением. Как вы помните, в центре стола находятся шары, уложенные пирамидой, а другие шары беспорядочно катаются по столу, сталкиваясь друг с другом, выбивая шары из пирамиды и тут же ставя на место выбитого новый шар. Наш воображаемый бильярдный стол напоминает термодинамическую систему. Теперь, когда вы узнали много нового о том, как устроена жизнь, вы понимаете, что ее самодостаточность поддерживается сложным молекулярным механизмом ферментов, пигментов, ДНК, РНК и других биомолекул, многие свойства которых зависят от квантово-механических явлений — туннелирования, когерентности и запутанности частиц.
Результаты недавних научных исследований, о которых мы говорили в данной главе, говорят о том, что некоторые из всех многообразных явлений, связанных с квантовым миром (те явления, которые происходят с нашим воображаемым кораблем во время шторма), во многом возможны благодаря удивительной способности жизни укрощать термодинамические бури и поддерживать связь с квантовой реальностью. Однако что происходит в том случае, если термодинамическая буря слишком сурова? Представим, например, что во время бури сломалась мачта нашего метафорического корабля. Что тогда? Не в состоянии управлять порывами термодинамического ветра и ударами волн (белым и цветным шумом) и удерживать киль ровно, корабль-клетка без парусов будет сокрушен бурей. Его будет подбрасывать на волнах, и постепенно он потеряет связь с миром квантовых явлений (рис. 10.3).
Рис. 10.3. Возможно, смерть живого организма есть не что иное, как разрыв его связи с высокоупорядоченным квантовым миром, после утраты которой организм бессилен сопротивляться случайному воздействию хаотичных термодинамических сил
Когда эта связь будет нарушена, когерентность, запутанность частиц, туннелирование или суперпозиция не смогут влиять на функционирование клетки в макромире, поэтому без опоры на квантовые явления клетка утонет, словно потерявший равновесие корабль, в бушующих термодинамических волнах, превратившись в обычный объект видимого мира, не имеющий спасительных квантовых свойств. Если корабль затонул, ни один шторм не сможет вернуть его на поверхность воды. Возможно, тот же принцип работает и с живым организмом: как только он теряет равновесие в бурном молекулярном океане, никакая буря не сможет восстановить его утраченную связь с миром таинственных квантовых явлений.
Можно ли использовать результаты исследований квантовой биологии для создания новых технологий на основе жизни
Возможно, шторм не может поднять со дна затонувшее судно, однако это под силу людям. Изобретательный ум человека способен на гораздо большее, нежели случайные силы. В главе 9 мы говорили о том, насколько ничтожно мала вероятность того, что пронесшийся над свалкой торнадо вдруг соберет «Боинг». А вот авиаинженеры умеют собирать самолеты. Можем ли мы подобным образом собрать жизнь? На страницах этой книги мы уже не раз упоминали о том, что никому еще не удалось создать жизнь из инертных химических веществ. Согласно известному высказыванию Ричарда Фейнмана, это означает, что мы пока не до конца поняли сущность явления жизни. Однако, возможно, новые открытия квантовой биологии могут обеспечить нас тем самым средством, с помощью которого нам удастся создать жизнь, — новой, революционной формой технологии, основанной на жизни.
Мы, разумеется, знакомы с подобными технологиями и всецело от них зависим, особенно в сфере сельского хозяйства и производства пищевых продуктов. Мы питаемся продуктами, которые являются результатом таких технологий: хлеб, сыр, пиво и вино получаются в результате переработки муки, молока, зерна и сока фруктов дрожжами и бактериями. Подобным образом весь современный мир пользуется неживыми результатами деятельности некогда живых клеток, такими, например, как ферменты, которые Мэри Швейцер использовала для расщепления кости динозавра. Похожие ферменты применяются для расщепления природных волокон и изготовления тканей. Кроме того, они входят в состав моющих и чистящих средств. Биотехнологическая и фармакологическая индустрия, в которую вложены миллионы долларов, выпускает сотни продуктов (в том числе антибиотики), защищающих нас от инфекций. В энергетической промышленности применяется способность бактерий превращать избыточную биомассу в биотопливо. Многие материалы, без которых невозможно представить современную жизнь, например древесина и бумага, некогда были живой материей, как и те топливные ресурсы, которыми мы обогреваем дома и заправляем автомобили. Даже в XXI веке мы всецело зависимы от тысячелетней технологии, основанной на жизни. Если у вас остаются какие-либо сомнения на этот счет, прочтите роман-антиутопию Кормака Маккарти «Дорога». В этой книге описывается суровый мир, в котором окажется человечество, беспечно уничтожившее технологии жизни.
Однако у существующих технологий жизни есть свои ограничения. Например, несмотря на невероятно высокую энергетическую эффективность некоторых стадий процесса фотосинтеза, о которых мы говорили выше, большинство из них эффективными не являются. В целом эффективность превращения солнечной энергии в химическую (это превращение мы применяем в сельском хозяйстве) очень невысока. Дело в том, что собственные планы растений и бактерий отличаются от тех планов, которые строим мы с вами. Например, они производят растения и семена — казалось бы, рутинная работа, не требующая особых энергетических затрат, но тем не менее невероятно важная для выживания этих организмов. Так, бактерии, участвующие в производстве антибиотиков, ферментов и лекарственных средств, также делают это весьма неэффективно, поскольку их собственная программа, опирающаяся на эволюцию, заставляет их тратить силы на «ненужную» деятельность, например на производство новых бактериальных клеток.
