Но прежде обратимся к очень важной теме. Все предположения и гипотезы об иных формах жизни, так же как и о возможных посланцах других цивилизаций, наталкиваются на два ключевых вопроса. Первый из них — как зародилась жизнь? Второй — какова вероятность ее возникновения при наличии соответствующих условий и «исходных материалов»?
Часть II
ОТКУДА ПРИШЛА ЖИЗНЬ
Инструкция к жизни•
Безжизненные торы, камни и вода, огромная Луна на небе и постоянная бомбардировка метеоритами — наиболее вероятный ландшафт Земли 4 миллиарда лет назад. Луна была ближе, Земля вращалась быстрее, дни были короче, приливные волны выше, а шторма суровее. Над всем этим простирались стального цвета небеса, затемненные пыльными бурями, тучами вулканического пепла и осколками пород, выбитыми ударами метеоритов. Земная кора была тонкой, точка плавления пород находилась высоко, и поэтому кора все еще перерабатывалась. Земля все еще кипела, и поэтому кора вздымалась и снова погружалась, переправлялась многократно. Постепенно складывалась атмосфера, богатая азотом, углекислым газом и парами воды. Обилие парниковых газов вызвало потепление климата всей планеты. В таких экстремальных условиях происходил синтез живого вещества. Было ли это чудом, случайностью, произошедшей вопреки эволюции Вселенной, или только так и может появляться жизнь? Уже на ранних этапах проявилась одна из главных черт живой материи — приспособляемость к условиям среды.
Дать определение жизни непросто.
Жизнь начиналась с очень простых организмов, постепенно усложняя конструкцию. Что характерно только для живого организма? Способность к размножению, когда потомкам передается точная копия наследственной информации, присуща всей земной жизни, причем даже самой малой ее частице — клетке. Вот почему клетку принимают за единицу измерения жизни. Слагаемые же клетки: белки, аминокислоты, ферменты — взятые по отдельности, живыми не будут.
Нет никакой надежды, что однажды клетка получилась сама собой из атомов химических элементов. Это невероятный вариант. Простая клетка бактерии содержит сотни генов, тысячи белков и разных молекул. Фред Хойл шутил, что синтез клетки так же невероятен, как сборка «Боинга» ураганом, пронесшимся над свалкой запчастей. И все же «Боинг» существует, значит, он был каким-то образом «собран», точнее «самособран».
В теории абиогенеза поиски первоначала жизни приводят к идее о более простой, нежели клетка, системе. Современная клетка необычайно сложна, ее работа держится на трех китах: ДНК, РНК и белки. ДНК хранит наследственную информацию, белки осуществляют химические реакции по схеме, заложенной в ДНК, информацию от ДНК к белкам передает РНК. Что может входить в упрощенную систему? Какая-то одна из составных частей клетки, которая умеет, как минимум, воспроизводить себя и регулировать обмен веществ.
Поиски наиболее древней молекулы, с которой, собственно, и началась жизнь, продолжаются почти столетие. Подобно геологам, восстанавливающим историю Земли по пластам горных пород, биологи открывают эволюцию жизни по строению клетки. Череда открытий XX века привела к гипотезе спонтанно зародившегося гена, который стал прародителем жизни. Естественно думать, что таким перво геном могла быть молекула ДНК, ведь она хранит информацию о своей структуре и об изменениях в ней. Постепенно выяснили, что ДНК не может сама передать информацию другим поколениям, для этого ей нужны помощники — РНК и белки. Исследования истоков первоначальной жизни зашли в тупик.
Мир, развиваясь, все время самосовершенствуется. В это самосовершенствование включен и человек как частичка общего мироздания.
Итак, жизнь на Земле началась с клеточного уровня, затем появились многоклеточные биологические организмы в виде растений и животных, и только затем возникли социальные организмы в виде человеческих обществ. Поскольку и клетка, и многоклеточный организм, и общество являются различными уровнями организации живого, можно предположить, что при их создании природа действовала единообразно и не изобретала для каждого уровня организации живого новый эволюционный механизм. Поэтому, изучая различные гипотезы происхождения клеток, организмов и обществ, ученые стремятся найти среди них некую универсальную схему, т. е. применимую для любого уровня организации живого. Так возникла одна из версий возникновения жизни.
Ученые пришли к выводу о принципиальной правильности идеи — о тектологии (строительстве) живых систем путем их сборки (подбора) из некоторого «строительного материала» и естественного отбора наиболее устойчивых (целесообразных) структур[5]. Эта идея имеет достаточно универсальный характер и позволяет объяснить формирование в живых организмах сложных механизмов функционирования, поэтому она была взята за основу.
Как полагают ученые, в результате воздействия направленного информационного потока из космоса на биохимические процессы, они стали протекать на планете Земля не хаотически, а в строго определенном направлении, которое приводило вначале к формированию отдельных органических соединений, из которых в дальнейшем образовывались более сложные органические комплексы (например, гликопротеины, гликолипиды, липопротеиды и т. д.). Затем уже из этих комплексов, вновь под воздействием направленного информационного потока, стали формироваться отдельные клетки с простейшими функциями. И вновь под воздействием внешнего информационного потока уже на отдельные клетки сформировались первые живые существа. После чего простейшие организмы начали эволюционировать в более сложные — и так далее вплоть до появления Человека.
Функционирование организма определяется информацией — своего рода инструкцией, аналогичной программе для компьютера.
Вот, например, что написано по этому поводу в книге болгарского палеонтолога Т. Николова «Долгий путь жизни»: «В понимании вопроса о происхождении жизни, понятия «нуклеиновая кислота» и «белок», можно заменить понятиями «информация, содержащая инструкцию» и «функция». И тогда вопрос «что первично?» становится абсурдным, так как не может осуществляться определенная функция, если нет информации. А информация приобретает смысл только через функцию, которую она кодирует».
Итак, кроме понятий вещества, энергии и процессов, в которых они участвуют, добавляется понятие «информации» как еще одного равноправного участника мироздания.
Главный источник энергоинформационного поля — космос: Солнце, планеты, звезды, галактики и т. д. Излучения этого поля пронизывают атмосферу Земли, что обеспечивает информационную связь всего со всем. Получается взаимосвязь настолько сложная и всеобщая, что невольно вспоминаются слова древних: «все во всем». Эти поля жизнеобеспечения есть и внутри нас, и вовне.
Можно ли в рамках современной науки понять и описать процессы, лежащие в основе возникновения жизни? Что можно сказать о возникновении жизни как борьбе условных информаций? Наиболее важной остается проблема возникновения биологической информации и, в частности, генетического кода.
Современная биосфера основана на соединениях углерода. Это не случайно, поскольку углерод — уникальный элемент, что связано с его центральным (или промежуточным) положением в таблице Менделеева (4-я группа). Иными словами, органические соединения обладают набором свойств, необходимым и достаточным для образования информационной системы. (Другие элементы такими наборами свойств не обладают. Ближе всех к углероду по разнообразию соединений находится кремний, тоже принадлежащий 4-й группе.)
Каково возникновение биологической информационной системы и ценной информации в ней?
На одном из начальных этапов эволюции происходит выбор единого для всего живого на Земле генетического кода и возникают простейшие существа, способные к комплементарной авторепродукции с использованием этого генетического кода. На следующем этапе происходит самоорганизация материи, но еще не достаточная для возникновения у объектов «цели» и, следовательно, ценной информации. Поэтому такие объекты нельзя еще называть «живыми существами». И только в конце третьего этапа можно говорить о возникновении «живой материи», т. е. существ.
Основная проблема биологической эволюции связана с ее скоростью. Бытует утверждение о том, что в течение времени существования Земли наблюдаемое биологическое разнообразие не могло возникнуть. Вероятность создания белка (или системы белков) с принципиально новой функцией за счет точечных мутаций того же порядка, что и вероятность создания функционального белка заново, абсурдно мала (порядка десяти в двадцать девятой степени). В этом, собственно, и заключается проблема темпов биологической эволюции.
Но если учитывать информационный аспект биологического разнообразия, то временная проблема возникновения жизни выглядит иначе.
В биологической эволюции базовый этап — выбор единого кода, т. е. алфавита. Код отработан на основе одного белка — репликазы. Следующий этап — образование белка, способного усваивать новые субстраты, — генерация новой информации на основе единого кода, который является тезаурусом («словарем») на следующем этапе. Геном организмов, способных синтезировать несколько белков с разнообразными функциями, можно уподобить фразе, имеющей определенный смысл.
При появлении генома, кодирующего несколько разных белков, понятие «смысл» становится содержательным. Его можно выразить фразой «поглощать такой-то субстрат, чтобы жить». При дальнейшем усложнении организмов и увеличении кодируемых белков информация становится не только кодовой, но и смысловой. Цель организмов та же — сохранить свою (теперь уже смысловую) информацию.