Развитие новых областей практического применения должно всегда двигаться рука об руку с попытками узнать больше о том, как устроена жизнь. Нобелевский лауреат химик Джордж Портер однажды заметил: «Пичкать прикладную науку за счет голодного пайка науки фундаментальной – то же самое, что экономить на фундаменте для роста этажности. Это лишь вопрос времени, когда здание обрушится». В свою очередь, не признавать, что полезность применения материалов исследования должна разрабатываться везде, где только можно, означает потакать эгоизму ученых. Если мы видим возможности использования знания для общественного блага, мы должны двигаться в этом направлении.
Но при этом возникают новые вопросы и новые проблемы. Как прийти к согласию о том, что имеется в виду под «общественным благом»? Если новые методы лечения рака стоят неимоверно дорого, кого будут лечить, а кого нет? Считать ли уголовным преступлением пропаганду отказа от вакцинирования без надлежащих доказательств или использование антибиотиков не по назначению? Наказывать ли за определенные преступные действия людей, если их поведение обусловлено их генами? Если редактирование генов зародышевой линии может избавить семьи от болезни Хантингтона, разрешить ли им свободно прибегать к этому средству? Станет ли когда-нибудь допустимым клонирование взрослого человека? А если борьба с климатическими изменениями означает засеивание океанов миллиардами генетически модифицированных водорослей, следует ли это делать?
Это лишь малая толика множащихся по нарастающей безотлагательных и часто сугубо личных вопросов, на которые побуждает нас отвечать улучшающееся понимание жизни. Единственным путем нахождения приемлемых ответов становятся честные и открытые дискуссии. В них особая роль отводится ученым, потому что именно они должны четко разъяснять преимущества, риски и опасности каждого шага вперед. При этом руководящую роль в дискуссиях должно играть общество в целом. В обсуждаемые вопросы должны быть в полной мере вовлечены политические лидеры. Слишком немногие из них в настоящее время в достаточной степени принимают во внимание огромное влияние, которое наука и техника оказывают на нашу жизнь и экономику.
Но очередь политиков после, а не до науки. Страдали люди, когда происходило обратное. Во времена холодной войны в Советском Союзе благодаря работе ученых создали ядерную бомбу и отправили человека в космос. Но работам по генетике и повышению урожайности был нанесен серьезный ущерб, потому что по идеологическим соображениям Сталин поддерживал шарлатана Лысенко, отвергавшего генетику Менделя. В результате народ голодал. Относительно недавно мы стали свидетелями торможения действий, вызванного отрицателями изменений климата, которые не желают знать или активно противодействуют научному пониманию. В дебатах об общественном благе необходимо на первое место ставить знание, доказательства и научное мышление, а не идеологию, ничем не обоснованные убеждения, алчность или крайние политические взгляды.
Но не подлежит сомнению, что ценность науки не может быть предметом обсуждения. Мир нуждается в науке и в достижениях, которые она может принести. У нас, людей, обладающих самосознанием, изобретательных и любознательных, есть уникальная возможность использовать понимание жизни для того, чтобы изменить мир. Наша задача в том, чтобы делать все возможное ради того, чтобы жизнь стала лучше. Не только для наших семей и людей, живущих по соседству, но и для всех грядущих поколений и для экосистем, ведь мы неотъемлемая часть их. Живой мир вокруг нас не только одаряет человечество бессчетными чудесами, но и обеспечивает само наше существование.
Что такое жизнь?
Это фундаментальный вопрос. Ответ на него, полученный в школе, был чем-то вроде списка миссис Грен[8] – лаконичное резюме того, что делают живые организмы, но малоудовлетворительное разъяснение того, что есть жизнь. Мой подход иной. Исходя из шагов, пройденных по пути уяснения пяти великих концепций биологии, я выведу ряд основных принципов, которые помогут нам в определении того, что такое жизнь. Эти принципы позволят получить более глубокое представление о том, как работает жизнь, с чего она началась и какова природа отношений, связывающих воедино всю жизнь на нашей планете.
Естественно, многие пытались ответить на этот вопрос. Эрвин Шрёдингер в своей провидческой книге 1944 г. «Что такое жизнь?» сделал упор на наследственность и информацию. Он выдвинул идею, что у жизни имеется «скриптовый код», который, как мы теперь знаем, записан в ДНК. Но в конце книги Шрёдингер сделал предположение, почти граничащее с витализмом: он заявил, что для подлинного объяснения того, как устроена жизнь, нам может потребоваться новый и пока неоткрытый вид физического закона.
Спустя несколько лет радикальный англоиндийский биолог Дж. Б. С. Холдейн написал другую книгу с тем же названием «Что такое жизнь», в которой декларировал: «Я не собираюсь давать ответ на этот вопрос. По правде, я сомневаюсь, что когда-нибудь полный ответ будет получен». Он сравнил жизнеощущение с восприятием цвета, боли или усилия, предположив, что «мы не можем описать их в терминах чего-то иного». Взгляд Холдейна мне симпатичен, правда, он несколько напоминает судью Верховного суда США Джастиса Поттера, который в 1964 г. дал определение порнографии, сказав: «Я ее узнаю, когда увижу».
Зато нобелевского лауреата генетика Хермана Мёллера в робости не упрекнуть. В 1966 г. он предложил «сермяжную» дефиницию живого существа, просто как «владеющего способностью эволюционировать». Мёллер справедливо рассматривал великую дарвиновскую идею об эволюции путем естественного отбора как центральное звено размышлений о том, что такое жизнь. Это механизм – по сути, единственный известный нам механизм, – благодаря которому могут появляться разнообразные, организованные, целеустремленные живые существа без ссылки на потустороннего Творца.
Способность к эволюции путем естественного отбора – это первый принцип, которым я буду руководствоваться для определения жизни. Как было показано в главе о естественном отборе, он зависит от трех основных факторов. Для того чтобы эволюционировать, живые организмы должны размножаться, они должны иметь наследственную систему, и эта наследственная система должна проявлять вариабельность.
Второй мой принцип заключается в том, что жизненные формы – физические объекты, имеющие границы. Они отделены от окружающей среды, но находятся с ней в коммуникации. Данный принцип выводится из клетки, простейшей вещи, которая явным образом заключает в себе все ключевые характеристики жизни. Данный принцип отталкивается от телесности жизни, что исключает из рассмотрения компьютерные программы и культурные субъекты в качестве жизненных форм, даже если они могут казаться эволюционирующими.
Третий принцип состоит в том, что живые объекты – химические, физические и информационные машины. Они выстраивают собственный метаболизм и используют его для самосохранения, роста и размножения. Эти живые машины координируются и регулируются за счет управления информацией, в результате чего они действуют целенаправленным образом.
Данные три принципа в совокупности характеризуют жизнь. Всякий объект, действующий в соответствии со всеми тремя, может считаться живым.
Лежащие в основе жизни уникальные виды химических процессов нуждаются в дальнейшем уточнении, чтобы дать всестороннюю оценку работы живых машин. Главной отличительной чертой такой химии становится то, что она строится на больших полимерных молекулах, которые в основном формируются взаимосвязанными атомами углерода. Одной из них является ДНК, чья главная цель – быть высоконадежным сейфом для информации длительного хранения. Для этого спираль ДНК заключает свои критически важные, содержащие информацию элементы – нуклеотидные основания – в центре спирали, где они хорошо защищены и стабильны. Настолько хорошо, что ученые, исследующие древние ДНК, смогли секвенировать ДНК из организмов, которые жили и умерли давным-давно, в том числе ДНК лошади, сохранявшейся в вечной мерзлоте почти миллион лет!
Но информация, хранящаяся в ДНК-последовательности генов, не может оставаться скрытой и инертной. Она должна трансформироваться в действие, генерируя метаболическую активность и физические структуры – фундамент жизни. Информация, содержащаяся в химически устойчивой и малоинтересной ДНК, нуждается в переходе в химически активные молекулы: белки.
Белки тоже представляют собой полимеры на основе углерода, но в противоположность ДНК большая часть химически варьируемых частей белков размещается снаружи молекулы полимера. Это значит, что они влияют на трехмерную форму белка, а также взаимодействуют с миром. В конечном счете именно это позволяет им осуществлять многие свои функции, строить, поддерживать состояние и воспроизводить химическую машину. И в отличие от ДНК, если белки повреждаются или разрушаются, клетка может просто заменить их, создав новую белковую молекулу.
Я не в силах представить более элегантного решения: разные конфигурации линейных полимеров углерода порождают как химически стабильные устройства хранения информации, так и очень разнообразную химическую активность. По-моему, этот аспект химии жизни крайне прост и в то же время абсолютно уникален. То, как жизнь сопрягает сложную химию полимеров с линейным хранением информации, представляется настолько убедительным, что я полагаю, это не только центральное ядро жизни на Земле, но и нечто принципиально важное для жизни, если таковая будет когда-либо обнаружена, в иных точках Вселенной.
Хотя мы и все прочие известные жизненные формы зависим от углеродных полимеров, не следует ограничиваться в размышлениях о жизни лишь опытом химии жизни на Земле. Можно вообразить жизнь где-то в космосе, где углерод используется иначе, или жизнь, построенную вообще не на углероде. Например, британский химик и молекулярный биолог Грэм Кэрнс-Смит в 1960-х гг. предположил примитивную форму жизни на основе самовоспроизводящихся частиц глины с микрокристаллической структурой.