Значит, вполне, казалось бы, разумно предположить, что самая маленькая бактерия, различимая в хороший микроскоп, как раз и есть самая маленькая частица материи, наделенная всеми типичными жизненными процессами. И тогда предел компактности, совместимый с представлением о жизнеспособном самостоятельном организме, был бы положен такой бактерией.
А как же быть с организмами, которые еще меньше самой маленькой бактерии, не имеют некоторых важнейших ферментов и в обыкновенных условиях не растут и не размножаются? Зная, что они не живут самостоятельно, можем ли мы считать их полностью неживыми?
Прежде чем ответить на этот вопрос, вспомним, что подобные крошечные организмы (которые мы можем назвать субклетками) сохраняют способность к росту и размножению. Эта потенциальная способность становится реальностью, как только субклетка получает откуда-то со стороны недостающий фермент или ферменты, а их может дать только настоящая живая клетка. Субклетка — это организм, обладающий способностью проникать в клетку и там, внутри клетки, расти и размножаться, используя ферментный аппарат клетки и тем самым восполняя нехватку собственных ферментов.
Самые крупные субклетки — это риккетсии, названные так в честь американского ученого Говарда Тэйлора Риккетса, который в 1909 году открыл, что переносчиками возбудителей пятнистой лихорадки Скалистых гор, болезни, вызываемой такими субклетками, являются насекомые. В следующем году, исследуя сыпной тиф, который тоже переносится насекомыми, он заразился им и умер — в возрасте 39 лет. Наградой за то, что он отдал жизнь на благо человечества, ему было забвение.
Вслед за самыми мелкими риккетсиями идут вирусы (резкой границы между ними нет), а мельчайшие вирусы по размерам даже меньше генов, которые находятся в ядрах клеток и несут в своей вирусоподобной структуре генетическую информацию.
А теперь, имея дело с субклетками, давайте откажемся от кубического микрона в качестве единицы измерения объема, иначе нам придется забраться в область слишком мелких дробей. Вместо микрона будем пользоваться «кубическим миллимикроном». Миллимикрон равен одной тысячной доле микрона. Следовательно, кубический миллимикрон равен 1/1000μ × 1/1000μ × 1/1000μ, то есть одной миллиардной доле кубического микрона.
Другими словами, о самой маленькой бактерии, объемом 0,02 кубического микрона, можно сказать, что ее объем равен 20 миллионам кубических миллимикронов. Давайте теперь составим таблицу для объемов субклеток:
Субклетка / Объем (в кубич. миллимикронах)
Сыпнотифозная риккетсия … 54 · 106
Вирус коровьей оспы … 5,6 · 106
Вирус гриппа … 800 · 103
Бактериофаг … 520 · 103
Вирус табачной мозаики … 50 · 103
Ген … 40 · 103
Вирус желтой лихорадки … 5,6 · 103
Вирус ящура … 700
Как видите, диапазон огромен. Самая большая риккетсия почти в 3 раза больше самой маленькой бактерии. (Субклеткой мы будем считать организм, у которого не только малые размеры, но и отсутствует по крайней мере один существенно важный фермент.) С другой стороны, самая маленькая субклетка только в 3500 раз меньше самой маленькой бактерии. А самая большая субклетка настолько больше самой маленькой, насколько самый крупный кит больше средней собаки.
Чем меньше субклетка, тем из меньшего числа молекул она состоит. Однако азотно-фосфорные макромолекулы, о которых шла речь выше, не могут полностью исчезнуть; ведь, в какой бы скрытой форме ни существовала жизнь, она без макромолекул (насколько нам известно) невозможна. Просто самые маленькие субклетки состоят всего лишь из нескольких таких макромолекул. Это, так сказать, основа основ жизни, без всяких «излишеств».
Однако если считать атомы, то в субклетках их все еще довольно много. При очень плотной упаковке в 1 кубическом миллимикроне поместилось бы несколько сот атомов; но для живой ткани это, безусловно, невозможно.
Так, молекулярный вес вируса табачной мозаики равен 40 миллионам и атомы в живой ткани имеют средний атомный вес 8. (На самом деле все эти атомы, кроме атома водорода, имеют атомный вес намного больше 8, но так как атомов водорода, — а их атомный вес равен 1 — очень много, то они тянут среднюю цифру вниз.)
Это означает, что в частице вируса табачной мозаики содержится примерно 5 миллионов атомов, то есть приблизительно 100 атомов на кубический миллимикрон. Исходя из этого, мы можем дать новый вариант предыдущей таблицы.
Субклетка / Число атомов
Сыпнотифозная риккетсия … 5,4 · 109
Вирус коровьей оспы … 560 · 106
Вирус гриппа … 80 · 106
Бактериофаг … 52 · 106
Вирус табачной мозаики … 5 · 106
Ген … 4 · 106
Вирус желтой лихорадки … 560 · 103
Вирус ящура … 70 · 103
Что же это? Неужели основа основ жизни может быть обеспечена какими-то 70 тысячами атомов? Ниже этого уровня мы находим уже обыкновенные неживые белковые молекулы. Некоторые из таких неживых белковых молекул насчитывают более 70 тысяч атомов, но в среднем они состоят из 5–10 тысяч атомов.
Будем считать 70 тысяч атомов «минимальной единицей жизни». Макромолекулы, составляющие среднюю клетку человеческого тела, насчитывают по крайней мере в полмиллиарда раз больше атомов, чем эта минимальная единица жизни, а в коре головного мозга человека таких клеток 10 миллиардов. Не удивительно, что у нас такой чудесный мозг!
В сущности, это великое и достойное восхищения чудо, что человечество менее чем за 10 000 лет существования цивилизации оказалось в силах создать всего лишь из нескольких тысяч чрезвычайно простых устройств электронные вычислительные машины, которые удовлетворяют его современным требованиям.
А теперь вообразите, что вышло бы, если мы смогли создать устройства, состоящие из полумиллиарда рабочих элементов, а затем из 10 миллиардов таких устройств сконструировать кибернетическую машину. У нас получилась бы такая превосходная машина, что даже человеческий мозг по сравнению с ней представлял бы собой жалкое зрелище. Разумеется, мы с вами не в счет — ведь о присутствующих не говорят!
3. Вот она, жизнь!
Мой сын страстно увлекается космосом. Это не имеет совершенно никакого отношения к занятиям отца, к которым он питает полнейшее равнодушие. Так или иначе ради этого увлечения мы купили ему однажды пластинку с записью юмористической сценки под названием «Астронавт» (которую он вскоре заиграл до такой степени, что иголка стала извлекать звук с обеих сторон одновременно).
В одном месте этой пластинки ведущий спрашивает астронавта, рассчитывает ли он найти жизнь на Марсе, и астронавт задумчиво отвечает: «Возможно… если я сяду на планету в выходной, упившись до зеленого змия».
Так что же все-таки мы подразумеваем под жизнью? Нам вовсе нет нужды лететь на Марс, чтобы найти нерешенные проблемы. Горячих споров хватит и на Земле.
Интуитивно все мы представляем себе (или думаем, что представляем), что такое жизнь. Мы знаем, что мы живы, что устрица живая, а камень нет. И мы совершенно уверены, что столь различные организмы, как морские анемоны, гориллы, пальмы, губки, мхи, солитеры и бурундуки, — все живые… если только они не мертвы.
Трудности возникают, как только мы делаем попытку выразить наши интуитивные представления словами; именно этим я и хочу сейчас заняться.
Существует много способов, при помощи которых можно сформулировать определение. Можно, например, дать определение функциональное и можно — структурное.
Так, ребенок мог бы сказать: «Дом — это то, в чем живут» (функциональное определение). Он мог бы сказать и по-другому: «Дом — это то, что сделано из кирпича» (структурное определение).
Оба определения неудовлетворительны, так как жить можно и в палатке, которая все же обычно не считается домом, а забор, хоть и сделанный из кирпича, домом тоже считать нельзя.
Объединив оба определения, мы получим новое, хотя и не очень совершенное, но все же лучше прежних. Таким образом, сказав, что «дом — это то, что построено из кирпича и в чем живут люди», мы сразу исключим палатки и заборы. (Но одновременно это определение исключает также каркасные дома, не говоря уже об обычных кирпичных домах, которые пустуют, когда хозяева уезжают в отпуск.)
Попытаемся применить те же рассуждения, для того чтобы дать определение понятию жизни. Например, когда я учился в школе, то чаще всего встречался с функциональным определением, которое звучало приблизительно так: «Живой организм характеризуется способностью ощущать окружающую среду и соответственно реагировать на нее, поглощать пищу, переваривать, впитывать, усваивать, расщеплять ее и использовать полученную при этом энергию, освобождаться от отходов, расти и воспроизводиться». (Когда в ходе повествования мне придется возвращаться к этому определению, я буду ограничиваться словами «ощущать среду», добавляя «и т. д.», дабы не портить ленту моей пишущей машинки и сетчатку ваших глаз.)
Но всегда возникало сомнение: а действительно ли это определение является полным. Ведь и неодушевленные предметы могут имитировать эти функции. Кристаллы, например, растут, и если рассматривать насыщенный раствор как своего рода пищу, то, безусловно, мы сможем доказать, что она поглощается и усваивается. Можно сказать, что огонь переваривает топливо и освобождается от отходов, — и, уж конечно, растет и воспроизводится. Вдобавок уже сконструированы очень простые роботы, которые могут имитировать многие из этих функций жизни (кроме роста и воспроизведения) с помощью фотоэлементов и механических частей.
Я пробовал по-иному сформулировать функциональное определение жизни в книге «Жизнь и энергия» (1962). Там я дал общее представление о термодинамике и написал: «Живой организм характеризуется способностью временно и локально понижать энтропию».