Краткая история почти всего на свете - Билл Брайсон

Словом, белки — это очень сложные вещества. Гемоглобин длиною всего в 146 аминокислот, по белковым меркам, — карлик, но и он предоставляет собой одну из 10190 возможных комбинаций аминокислот, потому химику из Кембриджского университета Максу Перутцу потребовалось 23 года — можно сказать, вся творческая жизнь, — чтобы расшифровать его строение. При случайном протекании процессов создание даже единственного белка должно было бы представляться совершенно невероятным — вроде пронесшегося над кладбищем старых автомобилей смерча, который оставил за собой собранный до последней гайки авиалайнер. Этим красочным сравнением мы обязаны астроному Фреду Хойлу.

Но речь ведь идет о нескольких сотнях тысяч видов белков, возможно, даже о миллионе, каждый из них уникален и каждый, насколько известно, имеет жизненно важное значение для того, чтобы вы были здоровы и счастливы. И это еще только начало. Чтобы от него была польза, белок должен не только соединять аминокислоты в должной последовательности, но и затем, занявшись своего рода химическим оригами, сложиться в строго определенную фигуру, подобно тому, как складывают фигурки из бумаги. Но даже одолев эту конструктивную сложность, белок будет для вас бесполезен, если он не сможет себя воспроизводить, а белки этого не умеют. Для этого требуется ДНК. Молекула ДНК владеет непревзойденным мастерством самовоспроизведения — она копирует себя за считанные секунды, — но не может практически ничего другого. Так что получается парадоксальная ситуация. Белки не могут существовать без ДНК, а ДНК без белков теряет свое назначение. Должны ли мы предположить, что они возникли одновременно ради того, чтобы поддерживать друг друга? Если так — это просто из ряда вон!

И это еще не все. ДНК, белки и другие компоненты жизни не могут благополучно существовать без особого рода оболочки, которая их содержит. Ни один атом или молекула не могут стать живыми сами по себе. Выдерните из своего тела любой атом, и он будет не живее песчинки. Только когда эти разнообразные вещества собираются вместе в питательной среде клетки, они могут принять участие в поразительном танце, называемом жизнью. Без клетки они не более чем интересные химические соединения. Но без этих соединений клетка теряет смысл. Как пишет Дэвис: «Если каждому элементу требуются все прочие, как тогда вообще в первый раз возникло это сообщество молекул?» Пожалуй, похоже на то, как если бы все продукты у вас на кухне каким-то образом собрались вместе и спеклись в пирог — к тому же в такой пирог, который по мере надобности выдает еще пирогов. Неудивительно, что мы называем это чудом жизни. И неудивительно, что мы едва начали это чудо постигать.

Так чем же объясняется вся эта поразительная сложность? Одна из возможностей состоит в том, что сложность на самом деле не настолько уж невообразимая, как это кажется поначалу. Взять хотя бы эти чудовищно маловероятные белки. Наше удивление по поводу их сборки возникает из предположения, что они предстали перед нами полностью сформировавшимися. А что, если белковые цепочки собирались не сразу? Что, если в великом игорном автомате творения некоторые из колес можно было придержать? Что, если, другими словами, белки не сразу появились на свет, а эволюционировали!

Представьте, что вы собрали все компоненты человеческого существа — углерод, водород, кислород и так далее, сложили их в сосуд с водой, хорошенько перемешали, и оттуда выходит готовый человек. Это было бы потрясающе. Но, по существу, именно об этом говорят Хойл и другие (включая многих рьяных креационистов), когда внушают мысль, будто белки образовались спонтанно, причем все сразу. Нет, так они не могут. Ричард Докинс[271] в «Слепом часовщике» доказывает, что, должно быть, имел место своего рода кумулятивный процесс, давший возможность аминокислотам собираться в группы. Возможно, две или три аминокислоты соединялись с какой-нибудь простой целью, а потом со временем сталкивались с другим схожим пучком и «открывали» какое-то дополнительное улучшение.

Химические реакции вроде тех, что ассоциируются с жизнью, в сущности, довольно обычны. Нам, может быть, не по силам состряпать их в лаборатории в духе Стэнли Миллера и Гарольда Юри, но Вселенная делает это без особого труда. В природе множество молекул собираются вместе, образуя длинные цепочки, называемые полимерами. Сахара постоянно собираются вместе, образуя крахмалы. Кристаллам тоже свойствен ряд процессов, сходных с теми, что присущи жизни, — репликация, реакция на воздействие окружающей среды, способность принимать сложные узорчатые формы. Разумеется, сами они никогда не достигали жизни, но неоднократно демонстрировали, что сложность представляет собой естественное, самопроизвольное, вполне достоверное явление. Возможно, жизнь часто встречается во Вселенной, возможно, редко, но упорядоченной самосборки в ней вполне хватает — от ошеломительной симметрии снежинок до правильных колец Сатурна.

Эта естественная тенденция к собиранию вместе настолько сильна, что многие ученые ныне считают возникновение жизни куда более неизбежным явлением, чем мы обычно думаем. Говоря словами бельгийского биохимика, нобелевского лауреата Кристиана де Дюва[272], жизнь является «обязательным проявлением материи, непременно возникающим всюду где есть соответствующие условия». Де Дюв считал, что такие условия могут встречаться миллионы раз в каждой галактике.

Разумеется, в приводящих нас в движение химических соединениях нет ничего столь уж экзотического. Если бы вы пожелали создать еще одно живое существо, будь то золотая рыбка, листики салата или человек, вам по существу потребовалось бы всего четыре основных элемента: углерод, водород, кислород и азот, — плюс небольшое количество немногих других, главным образом серы, фосфора, кальция и железа. Соедините их примерно в три десятка комбинаций, чтобы получить кое-какие сахара, кислоты и другие основные соединения, и вы сможете создать что-то такое, что живет. Как замечает Докинс: «В веществах, из которых состоят живые существа, нет ничего особенного. Живые существа, как и все прочее, представляют собой наборы молекул».

В конечном счете жизнь удивительна, приятна и, возможно, это даже чудо, но едва ли она невероятна — что многократно подтверждается нашим собственным скромным существованием. Конечно, многие тонкие детали истоков жизни остаются довольно неопределенными. Каждый сценарий необходимых условий возникновения жизни, который вы когда-либо читали, обязательно требует наличия воды — от «маленького теплого пруда», в котором, как полагал Дарвин, брала начало жизнь, до бьющих из морского дна скважин, которые теперь являются самыми популярными кандидатами на признание их истоками жизни, — но во всех примерах упускается тот факт, что соединение мономеров в полимеры[273] (то самое, что дает начало белкам) включает реакцию, известную в биологии как «синтез с выделением воды». Как отмечается в одном крупном труде по биологии, не без нотки смущения, «исследователи сходятся во мнении, что в силу закона действующих масс такие реакции не были бы энергетически выгодными в первозданном море и, по существу, в любой водной среде». Это отдаленно похоже на то, чтобы сыпать сахарный песок в стакан с водой и там превращать его в кусочек сахара. Из этого ничего не должно получиться, но в природе каким-то образом получается. Химические подробности всего этого для нас несколько сложноваты, но достаточно лишь знать, что если намочить мономеры, они не превращаются в полимеры — за исключением возникновения жизни на Земле. Как и почему это случилось тогда, но не происходит в других случаях, — один из больших, не получивших ответа вопросов биологии.

Одной из самых больших неожиданностей в науках о Земле за последние десятилетия стали открытия, касающиеся периода земной истории, в котором возникла жизнь. До 1950-х годов считалось, что жизнь существует менее 600 млн лет. К 1970-м годам несколько смельчаков сочли, что она, возможно, берет начало 2,5 млрд лет назад. Но вот ныне признаваемый срок в 3,85 млрд лет представляется потрясающе ранним. Поверхность Земли затвердела только 3,9 млрд лет назад[274].

«Из такой быстроты мы можем лишь заключить, что жизни бактериального уровня "не трудно" развиваться на планетах, имеющих соответствующие условия», — отмечал в 1996 году на страницах «Нью-Йорк таймс» Стивен Джей Гоулд. Или, как он выразился в другом случае, трудно не прийти к заключению, что «жизни, возникающей при первой возможности, химически предначертано быть».

Жизнь действительно возникла так быстро, что некоторые авторитеты думают, что ей, должно быть, помогли — возможно, сильно помогли. Идея, что земная жизнь пришла из космоса, имеет удивительно долгое и даже порой знатное прошлое. Сам знаменитый лорд Кельвин поставил вопрос о такой возможности еще в 1871 году на собрании Британской ассоциации содействия развитию науки, предположив, что «зародыши жизни могли быть занесены на Землю каким-нибудь метеоритом». Но эта идея оставалась не более чем предположением, пока в одно сентябрьское воскресенье 1969 года десятки тысяч австралийцев не были напуганы серией громовых ударов и прочертившим небо с востока на запад болидом. Летевший болид вызывал странное потрескивание и оставлял запах, который некоторые сравнивали с запахом метилового спирта, а другие считали просто отвратительным.