У теории РНК-мира уже солидный экспериментальный «багаж». Химики научились синтезировать огромное количество разных РНК со случайной последовательностью нуклеотидов, а затем отбирать из них молекулы с нужными свойствами. Получены рибозимы, катализирующие синтез нуклеотидов, присоединение аминокислот к РНК и другие биохимические процессы. Стирая грань между живым и неживым, уже растут на искусственных средах в лабораториях удивительные колонии размножающихся молекул РНК, способные синтезировать белки.
Еще дальше пошли физикохимики, которые утверждают, что возникновение жизни вообще не требует появления каких-то сложных «носителей самовоспроизведения». Исходя из теории сложных систем, они приходят к выводу, что любая такая система, будь она сложена из камней, звезд или молекул, достигнув некоторого уровня сложности, неизбежно порождает определенную упорядоченность.
Пока нам известен только один вид земной белковой жизни, и мы не знаем, какие из ее свойств являются обязательными для любой жизни во Вселенной. Биологи обычно упоминают такие обязательные свойства, как наличие наследственной информации, рост и размножение, а также извлечение энергии из среды обитания. Первичная смесь нуклеотидов, жиров и аминокислот неизбежно должна была в какой-то определенный момент перейти из хаотического состояния в упорядоченное. Вот здесь и могла бы проявиться способность к самовоспроизведению, то есть возник бы своего рода молекулярный завод, воспроизводящий себя как целое и создающий внутри себя все более сложные молекулы. Воздействие внешней среды уже на первых стадиях существования такого древнейшего самовоспроизводящегося организма должно было вести к его совершенствованию, и именно на этом пути в нем возникли молекулы РНК, ДНК и белков.
Отсюда, в частности, следует вывод, что Вселенная должна буквально кишеть очагами случайно возникшей жизни, подобной земной. К сожалению, пока эти очаги живого в Метагалактике можно увидеть только на полотнах художников-фантастов.
Глава 2 Живое из неживого
При всем разнообразии ныне существующих на Земле форм жизни у них есть общее: главные молекулярные механизмы у современных организмов, как было неоднократно показано, одни и те же. Установление этой общности биохимической организации - одно из крупнейших открытий за последние сто лет. Нет никакого сомнения, что оно проливает свет и на историю эволюции. Но, как мне кажется, при рассмотрении самых первых этапов эволюции концепция единства биохимической организации не приносит большой пользы.
А. Дж. Кернс-Смит. Первые организмы
Удивительно, но среди биологов, биофизиков и биохимиков, не говоря уже об экологах и уфологах, до сих пор не существует общепринятого определения жизни! Одни ученые полагают, что жизнь - это особый химический процесс, связанный с извлечением энергии из окружающей среды. Другие настойчиво подчеркивают обязательную индивидуальность живых объектов и считают, что понятие «жизнь» неотделимо от понятия «организм», третьи, как правило непрофессиональные энтузиасты, наделяют живую материю всяческими мистическими свойствами, наподобие фантастического биополя. Эта странная субстанция, по словам уфологов-экстрасенсов, окружает все организмы, проявляясь как некая аура, хотя конечно же она не имеет ничего общего с физической реальностью.
Первым ученым, заявившим о происхождении живого исключительно из живого, был итальянский естествоиспытатель Франческо Реди, живший в эпоху Возрождения. Позже принцип Реди доказал великий физиолог Луи Пастер. В серии изящных опытов схитро изогнутыми колбами он показал, что «зарождение» микроорганизмов в стерильном бульоне происходит только в том случае, если их зародыши могут попасть в бульон из воздуха или иным путем. Если преградить путь «семенам жизни», даже оставив доступ воздуху, никакого самозарождения не произойдет. Так попутно был открыт метод пастеризации жидкостей и продуктов - нагрев до определенной температуры, убивающей микробы и бактерии.
И хотя с вульгарным витализмом было покончено, наука XIX века рассматривала только два варианта: либо жизнь существовала изначально, либо она сотворена высшим разумом. Первой точки зрения придерживался видный геохимик В. И. Вернадский. Его последователи вместе с водой выплеснули ребенка, посчитав, что все известные эксперименты полностью отрицают переход неорганического вещества в органику.
Доказав невозможность самозарождения, ученые должны были теперь долго и мучительно доказывать его возможность. Поначалу дело казалось безнадежным, и грань между живой и неживой материей - непреодолимой. Однако прошли десятилетия, и биохимики научились получать многие органические вещества из неорганических. Стало ясно, что между живой и неживой материей на химическом уровне граница довольно размыта. Следовательно, хотя прямое самозарождение живых существ невозможно, жизнь могла появиться постепенно, в результате очень долгой «молекулярной эволюции». С тех пор и до сегодняшних дней усилия ученых направлены на поиски доказательств и развитие этой гипотезы. Что же касается идеи Вернадского об изначальное™ жизни, то она сейчас практически не имеет сторонников, поскольку на первых этапах развития Вселенной синтез даже самых простых органических соединений был невозможен.
Дилетанты любят рассуждать о развитии Вселенной как о едином направленном процессе, в ходе которого самопроизвольно и неизбежно возникают все более сложные структуры. Возникло даже особое околонаучное направление - универсальная история. При таких взглядах на историю мироздания у неспециалистов часто возникает впечатление, что каждый новый шаг в эволюции Вселенной логически вытекает из предыдущего и, в свою очередь, предопределяет следующий. Возникновение жизни предстает уже не случайностью, а закономерным итогом развития. Вселенная словно была изначально спроектирована так, чтобы в ней появилась жизнь, и проект был чрезвычайно точен: малейшее изменение базовых физических констант сделало бы жизнь невозможной. Здесь мы опять сталкиваемся с идеалистическим «антропным принципом». Напомним, что его суть в том, что физические законы нашего мира специально так «сконструированы», чтобы было кому рассуждать о мудрости его устройства.
Когда-то наша Вселенная возникла в чудовищном катаклизме Большого взрыва из загадочного состояния бесконечно малой сингулярности. В первые мгновения в кипящем вареве полей и сил не было даже атомов и молекул. Позже появились элементарные частицы, из них образовались атомы водорода; скопления атомов превратились в звезды первого поколения. Так мрак «темных веков», как их называют астрономы, озарился вспышками первых звезд, в которых зажглись «искры» реакций ядерного синтеза, превращающего самое распространенное космическое топливо, водород, в гелий. Прошло еще несколько сотен миллионов лет, и самые крупные звезды после истощения запасов водорода взрывались. При этом давление и температура в недрах звезды достигали колоссальных величин. Это создавало необходимые условия для синтеза тяжелых элементов. Все элементы тяжелее гелия, в том числе необходимые для жизни углерод, кислород, азот, фосфор, сера и другие, могли образоваться только во время таких взрывов. Звезды первого поколения стали фабрикой по производству атомов, необходимых для будущей жизни.
В своей книге «Возникновение жизни» Дж. Б. С. Холдейн так описывает эти процессы:
Спустя несколько тысяч лет после своего образования Земля, вероятно, достаточно остыла, так что на ней образовалась довольно постоянная твердая кора. Однако в течение очень долгого времени температура этой коры была выше температуры кипения воды, и конденсация воды происходила весьма медленно. Примитивная атмосфера содержала, возможно, очень мало кислорода или не содержала его вовсе... Почти весь углерод органических веществ и большая часть углерода, содержащегося сейчас в меле, доломитах и известняках, присутствовала в примитивной атмосфере в виде двуокиси углерода. Вероятно, значительная часть того азота, который сейчас находится в воздухе, была связана с металлами, образуя нитриды земной коры, так что под действием воды происходило непрерывное образование аммиака. Солнце светило, может быть, несколько ярче, чем сейчас, и, поскольку атмосфера не содержала кислорода, ультрафиолетовые лучи не задерживались почти целиком слоем озона (аллотропная форма кислорода) в верхних слоях атмосферы и самим кислородом в более нижних ее слоях, как это происходит теперь. Они достигали поверхности суши и моря или, по крайней мере, облаков. <...>
Известно, что при действии ультрафиолетовых лучей на смесь воды, двуокиси углерода и аммиака возникает множество различных органических соединений, в том числе сахара, а также, по-видимому, некоторых соединений, из которых образуются белки... Однако до того, как появилась жизнь, они, вероятно, накапливались, так что первичный океан достиг постепенно консистенции горячего жидкого бульона...
