Страница:
Таким образом, проблема заключается в объяснении механизма образования и репликации обладающей столь невероятной сложностью системы, равной которой не было создано за все время научно-технической деятельности человека. Одна из попыток подобного объяснения была предпринята А.И.Опариным, который еще в 1924 году опубликовал книгу "Происхождение жизни". В теории, которую Опарин впервые выдвинул в этой книге и которую развивал на протяжении многих лет, предполагается эволюция так называемых коацерватных капель до клеточной сложности.
Коацерватная капля представляет собой сложный молекулярный агрегат, насчитывающий тысячи и миллионы молекул и образующийся в водной среде Мирового океана под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца, распада радиоактивного калия, молний, метеорных ударов, вулканизма и пр. В итоге в коацерватных каплях могут быть сконцентрированы все органические, предбелковые молекулы, образовавшиеся в Мировом океане. В воде, окружающей эти капли, остаются только простые низкомолекулярные соединения.
Считалось, что именно коацерватные капли при определенных условиях могут дать начало образованию первичных живых систем и оставалось только объяснить природу качественного скачка от протобелковых молекул к молекулам белка, а от нее - к живой клетке со всеми ее сложностями.
Более тридцати лет назад волна экспериментальных открытий, послужила основанием для оптимизма: С.Миллером был осуществлен синтез одной из аминокислот - цитозина, вслед за этим С.Понпамперумой, Д.Оро, Д.Фоксом были детально изучены механизмы абиогенного синтеза практически всех биомономеров, встречающихся в живой природе. Следующим этапом исследований должен был стать второй этап химической эволюции - построение биополимеров молекул белков и нуклеиновых кислот. Собственно говоря, этот процесс образование полимерных цепей из мономеров давно и хорошо известен, и было необходимо, привязавшись к гипотетическим условиям первобытной Земли, попытаться получить экспериментально белковые и нуклеиновые полимерные цепи. И эти цепи были получены. Однако оказалось, что полученные полимеры нельзя назвать белками или нуклеиновыми кислотами: существующая в биополимерах строгая последовательность аминокислот, строгий порядок их расположения в полимерной цепи получены не были, и если принять последовательность аминокислот в живом полимере соответствующей какому-то осмысленному тексту, то текст, записанный па полученных синтетических полипептидах и полинуклеотидах, оказался похожим на хаотический набор букв.
В то же самое время, когда проводились многочисленные эксперименты, долженствующие доказать возможность самопроизвольного зарождения жизни, многими учеными были проделаны теоретические расчеты, оценивающие вероятность этого события. Так, американский биохимик Г.Кастлер, исходя из определенного объема "пробирки" - Мирового океана, в котором должны были происходить искомые реакции, времени химической эволюции, оцениваемой им в 2 миллиарда лет и других достаточно приемлемых начальных условий, пришел к выводу, что природа могла в этих условиях предпринять не более 1046 попыток самосборки простейшей бактерии из мономолекулярных блоков.
С другой стороны, структура простейшей живой бактериальной клетки, о которой говорилось выше, - это всего лишь одна. реализованная возможность из 10301 потенциальных конфигураций, которые можно было бы получить из имеющихся в ней молекулярных блоков, то есть природа располагала в 10255 раз меньшим числом попыток, чем было необходимо.
Столь малая вероятность случайного возникновения жизни заставляет исследователей искать альтернативные варианты решения этой проблемы. Одной из древнейших гипотез, объясняющих зарождение жизни на Земле, является гипотеза панспермии, согласно которой Вселенная насыщена спорами жизни, переносимыми на планеты метеоритами, кометами или с космической пылью, движущейся под действием давления света. Эта гипотеза, современную форму которой придал еще в конце прошлого века Сванте Аррениус, и сегодня пользуется популярностью у некоторой части ученых, среди которых уже упоминавшиеся выше Хойл и Викрамасингх. Однако идея посева жизни не решает, а лишь отодвигает проблему возникновения жизни куда-то в космос. К тому же, подставляя в расчеты Кастлера вместо земных "вселенские" параметры, мм получим вероятность случайного образования жизни, равную 10Е-242, что никак не может служить источником для оптимизма.
Гипотеза о самозарождении жизни, помимо указанных, содержит в себе еще ряд весьма серьезных затруднений, одно из которых было довольно-таки ехидно сформулировано следующим образом: если бы в условиях первобытной Земли самопроизвольно возник даже слон, то у него не было бы никаких шансов на дальнейшее существование.
Можно также отметить сложности, связанные с объяснением отмеченной еще Пастером "асимметрии живого", заключающейся в том, что все белковые соединения, входящие в состав живого вещества, имеют левую асимметрию. Это означает, что хотя большинство органических соединений может существовать в двух пространственных формах, являющихся зеркально симметричными относительно друг друга, для живого земной биосферы совершенно не безразлично использование той или иной формы: все белковые соединения, входящие в состав живых организмов, имеют левую асимметрию. Уже Пастер обратил внимание на то, что асимметричный синтез должен происходить под воздействием какого-то внешнего асимметричного фактора.
Этот аспект природы земной биосферы до настоящего времени не имеет сколь-нибудь приемлемого объяснения.
Еще одну, и все более усугубляющуюся, трудность вносят палеонтологические открытия, все более сокращающие предполагаемый срок химической эволюции. Бели Кастлер в своих расчетах отводил на предбиологическую эволюцию 2 миллиарда лет, то открытия древнейших протоорганизмов - бактерии и сине-зеленых водорослей, появившихся не позднее 3,5 - 3,8 миллиарда лет назад, сокращают время, отпущенное на самозарождение жизни до всего лишь сотен миллионов лет.
Но так или иначе, однажды возникнув, жизнь стала развиваться, и развиваясь, усложняться и этот рост сложности живой материи, ее приспособительных, адаптивных возможностей таит в себе не меньше вопросов, чем загадка зарождения жизни. Среди множества теорий, объясняющих происхождение всего имеющегося разнообразия живой природы, особого внимания бесспорно заслуживает теория происхождения видов Дарвина, теория, которая, казалось бы, дает ответы на все вопросы развития жизни, ее эволюции. Теория Дарвина, определяя материальные факторы эволюции - наследственность и изменчивость, подводила итоги длительной борьбы с идеалистическими концепциями креационизма - творения как движущей силы эволюции, и уже одним этим импонировала большинству естествоиспытателей, среди которых все большее влияние завоевывал материализм.
Основные представления современного дарвинизма об эволюции организмов основываются на двух идеях: идее о возникновении случайных мутаций в наследственном аппарате, приводящих к изменению организма и идее последующего отбора, который, по Дарвину, состоит в том, что организмы с новыми, но неудачными признаками, вымирают, с удачными - выживают. То, что такой механизм существует и действует, видимо, можно считать доказанным.
Вызывает, однако, большое сомнение достаточность дарвиновского механизма эволюции для объяснения процесса возникновения полезных признаков, многие из которых, как писал Л.И. Блохинцев, больше "похожи на изобретательство": "Суть дела заключается в том, что полезное приспособление становится полезным, лишь достигая определенной степени совершенства.
Примеров, подтверждающих это соображение, можно привести великое множество. Так, электрический угорь обладает исключительной по своему совершенству электрической батареей, позволяющей ему поражать животных сильным электрическим ударом. Создание такой батареи поставило бы сложнейшую задачу перед современным конструктором и физиком. Однако если угорь получил бы какое-то электрическое устройство, которое разряжалось бы не током с напряжением в сотни вольт, а током слабого напряжения, то такое устройство никаких преимуществ угрю не давало бы. Оно могло бы быть даже помехой в организме. Иными словами, чтобы быть полезным, это замечательное электрическое приспособление должно было появиться у угря сразу в уже весьма совершенном виде.
Дело походит на изобретательство. Одна из бабочек, обитающих в Бразилии, имеет на своих крыльях рисунок, отпугивающий хищников, так как он делает ее похожей на сову. Такой рисунок, чтобы быть полезным, должен быть достаточно совершенным и записан в терминах наследственного кода, на двойной спирали ДНК.
Жучок, бегающий по поверхности воды, разделывается со своим преследователем, выпуская жидкость, уменьшающую поверхностное натяжение воды. В результате этого преследователь проваливается и тонет. Нет необходимости пояснять, что такая жидкость должна удовлетворять многим условиям, чтобы быть полезным оружием".
К сказанному об электрическом угре можно добавить, что существует также электрическое растение, латинское название которого я не привожу в связи с "полиграфическими" трудностями. Это растение обладает "свойством выделять сильный, хотя только мгновенный ток; если отломить ветку, то рука поражается ударом, равным по силе разряду индукционной катушки... Замечено, что ни птицы, ни насекомые никогда не садятся на это растение. Почва, на которой оно растет, не содержит в себе никаких магнитных металлов: железа, кобальта или никеля, так что свойство это вырабатывается физиологически в самом растении, образующем батарею", - писал более ста лет назад один из немецких научных журналов.
Не поддается никакому объяснению с точки зрения естественного отбора происхождение мимикрии, примеры которой настолько многочисленны и хорошо известны, что, я думаю, нет смысла специально останавливаться на этом феномене.
Не менее поразительны механизмы симбиоза разнообразных форм такого взаимодействия организмов разных видов. Вот лишь один пример. "Обитающие в Южной Америке птицы-ткачи байя не только строят свои гнезда с искусством, которому могли бы позавидовать архитекторы, но и освещают их, выстраивая внутри своих покоев ряды "канделябров", изготовленных из комочков глины с заделанными внутрь червяками, светящимися подобно светлякам".
Еще удивительный пример приспособительных действий, которые, строго говоря, уже нельзя отнести к явлениям, понимаемым как симбиоз: еж, поймав жабу, слизывает яд с ее желез и наносит его на свои иголки на случай нападения хищника. Он может также, взяв кожу жабы в рот, водить ею по иголкам.
Существуют более глубокие и специальные уровни критики дарвиновской теории, на которых я останавливаться не буду, упомянув лишь одного из самых радикальных критиков дарвинизма, незаслуженно забытого и ныне понемногу возвращаемого из забвения, А.А. Любищева. В своих работах он приводил примеры, говорящие о том, что само понятие о приспособительном, функциональном характере некоторых признаков нередко оказывается неверным. Форма, пишет он, вовсе не приспособлена к функции, как ключ к замку. Говоря о глазчатом рисунке на крыльях бабочки, который, "как всем известно", служит для отпугивания хищника, Любищев приводит аналогичный, но совсем уже неприемлемый для подобного объяснения пример: такой же рисунок встречается, и у глубоководных рыб, живущих в полной темноте. "Трудности, с которыми обычно сталкиваются попытки трактовать любой признак как приспособительный, не случайны. Ведь даже простые функции могут выполняться самыми разными органами, а однотипные органы осуществляют порой весьма разнообразные функции.
В многообразии форм есть своя, не зависящая от функции упорядоченность, своя закономерность, выявляемая, например, при анализе симметрий на основе строгого математического описания. Случайно ли так похожи морозные узоры и рисунок растений, спирали галактик и раковины?.."
Удивительнейшими представляются порой приспособительные механизмы и поведение микроскопических существ, заставляющие с некоторым сомнением говорить об их примитивности. В качестве одного из наиболее ярких примеров можно назвать более чем странный жизненный путь микроскопического червячка трематода, о котором рассказывалось ранее. На более низком уровне размеров организмов - на клеточном - известно такое явление, как "воровство клеток". "Ресничный червь, например, поедает гидр, но не переваривает их стрекательные капсулы, которые доставляются специальными клетками-носильщиками из пищеварительного канала к поверхности тела.
После того как стрекательные клетки вставлены в эпителий нового хозяина и начинают его оборонять, червь оставляет гидр в покое и переходит на свой обычный рацион".
На следующем вниз по шкале масштабов уровне находятся вирусы - загадочные существа, размеры и поведение которых не очень вяжутся с самыми основными представлениями о способности материи воспринимать, хранить и перерабатывать информацию. Речь, в частности, идет о так называемых ретровирусах, которые в отличие от обычных представителей этих организмов (вирусы оспы, полиомиелита и др.) обладают рядом специфических свойств. Основной их отличительной чертой является способность, не убивая живой клетки, вторгаться в нее, а затем с помощью фермента ревертазы внедрять в ее геном свою собственную генетическую программу.
Благодаря этой способности ретровирус заставляет здоровые клетки организма работать практически на себя. Проникновение чужеродной генетической информации в организм радикальным образом меняет процессы деления клеток и их роста. К примеру, онковирусы типа С, вызывающие саркому и ряд других заболеваний, попадая в здоровые клетки, меняют их биологию, превращая в раковые.
Сейчас уже известно, что возбудителем СПИДа является также ретровирус, который, в отличие от других, не только внедряется в генетический аппарат клетки, но и убивает ее. Совсем недавно были обнаружены своеобразные виды ассоциаций вируса СПИД с рядом микроорганизмов, его способность к кооперативному поведению. Уже известны сочетания заболевания СПИДом с саркомой Капоши, некоторыми видами лимфом, туберкулезом, герпесом и другими болезнями. Удалось установить, что некоторые виды микроорганизмов многократно усиливают действие вируса СПИДа в организме человека.
Так, исследуя виды смешанных со СПИДом инфекций, ученые столкнулись с ситуациями, при которых один из вирусов буквально тащит другой за собой внутрь клетки.
Вообще говоря, вопросы происхождения жизни и ее эволюции сами по себе интересны необыкновенно, но, к сожалению, мы должны идти дальше, не затронув целый ряд удивительнейших проблем современной биологии. Можно было бы упомянуть о буквально восставшей из пепла гипотезе катастрофизма - о зловещей периодичности в исчезновении буквально всего живого на Земле; о занимающей почти четыре пятых истории Земли эпохе криптозоя, одно название которого обладает острым привкусом тайны; о поразительных, происходящих прямо у нас на глазах открытиях, когда еще совсем недавно считавшиеся лишними гены вдруг получили замысловатый и даже торжественный титул "мобильно-депрегированных", а вместе с ним - ответственность за внезапные мутации организмов. Можно было бы рассказать, как само существование этих генов подвело исследователей к невероятно смутившей их, чрезвычайно крамольной мысли о том, что, возможно, в геноме каждого организма заложен весь потенциал всей эволюции - и прошлой, и будущей. Это представление о потенциале эволюции, заложенной в геном подобно какой-то невероятной, неведомо кем и когда созданной программе развития вида на века и тысячелетия вперед, очень близко к теории номогенеза Л.С.Берга, теории, считающейся до сих пор идеалистической, а потому, разумеется, неприемлемой и не подлежащей серьезному рассмотрению. Столь же удивительные открытия произошли в антропологии. По принятым сегодня взглядам, человек эволюционировал от австралопитека за последние 2 миллиона лет. Однако в 1980 году при раскопках в Африке был обнаружен человекообразный череп, по объему мозга превосходивший череп современного человека в 1,5 раза. Возраст находки был определен в 2 миллиона лет, и эта находка далеко не единственная: в запасниках музеев мира собрано немало загадочных гигантских скелетов и черепов человекоподобных существ. И если эволюция человека до сих пор представлялась в виде стройного филогенетического дерева, то сегодняшняя ситуация стала весьма неясной и противоречивой, что остроумно заметил С.Д. Мейен: "От филогенетического дерева, нарисованного некогда Э.Геккелем, осталась лишь куча веток, на которой сидят биологи и подолгу пытаются приладить одну ветку к другой".
Можно было бы рассказать о сенсационнейшем открытии американских генетиков, путем кропотливого анализа установивших, что все современное человечество произошло от одной-единственной женщины - какой-то первобытной Евы, жившей всего около 200-300 тысяч лет назад.
Говоря о движущих силах эволюции, здесь следует упомянуть о том, что бытующее еще и сегодня представление о селекции и выведении новых пород как о модели эволюционного процесса никак не соответствует истине. Ведь любое домашнее животное или лабораторная дрозофила, несмотря на все их внутривидовое разнообразие и весь могучий арсенал мутагенных воздействий, которыми располагает селекционер или экспериментатор, являют собой все же одни и те же неизменные виды. Человек, приручив, например, волка и превратив его в собаку, чудовищно изуродовал исходный вид и получил в результате вроде бы столь отличных друг от друга животных, как гигант сенбернар и крошка чихуа-хуа. Однако получить нечто новое еще никому не удалось: по-прежнему остается все тот же прежний зоологический вид - Канис Люпус.
Иногда появляются сообщения о просто-таки невероятных мутациях. Так, например, некоторое время назад была опубликована следующая короткая информация: "Овцеводы штата Айдахо не на шутку встревожены рождением барашков с одним-единственным глазом. Мало того: глаз, совершенно как у легендарных циклопов, расположен посередине лба. Специалисты обследовали 116 таких барашков-циклопов" и пришли к выводу, что причина таких уродств в траве, которую поедают во время беременности овцы на лугах Айдахо. Как сообщает печать, поиски таинственного злака идут полным ходом".
И в данном, и во многих других аналогичных случаях нельзя говорить об образовании новых видов, но все же ради полноты картины следует заметить, что в последнее время стал ясен и в какой-то степени даже доступен практически метод вмешательства в генетический аппарат, могущий привести к видовым изменениям - я имею в виду генную инженерию. Однако, несмотря на поразительнейшие перспективы, открывшиеся перед учеными, это открытие стало одним из немногих научных достижений, возможные ужасающие последствия которого оказались настолько очевидными, что ученые-генетики довольно быстро согласились на мораторий, ограничивающий генетические эксперименты: время покажет прочность этого джентльменского соглашения. С другой стороны, это открытие еще раз показывает всю сложность построения модели естественной эволюции, базирующейся на носящих вероятностный характер мутациях.
II. Рождение и эволюция Вселенной
"Поистине мир - это слишком великое дело. С самого начала, чтобы породить нас, он вел чудесную игру со слишком многими невероятностями... Мы чувствуем, что через нас проходит волна, которая образовалась не в нас самих. Она пришла к нам издалека, одновременно со светом первых звезд. Она добралась до нас, сотворив все на своем пути. Дух поисков и завоеваний - это постоянная душа эволюции". Пьер Тейяр де Шарден
* * *
В предложенном выше конспективном обзоре представлены, в основном, проблемы, которые происхождение и эволюция жизни поставили перед биологическими науками. Этим я хочу подчеркнуть то обстоятельство, что в качестве начальных условий для демонстрации проблем жизни был принят "имеющийся набор атомов при условиях, существовавших на древней Земле". Очевидно, что эволюцию химическую, в ходе которой из имеющегося набора атомов образовались предбиологические структуры, и биологическую, давшую этим структурам жизнь, развитие и усложнение, предваряла эволюция, которую можно назвать физической, или, точнее, астрофизической.
Этот этап всеобщей эволюции материи Вселенной и должен был привести к образованию "имеющегося набора атомов", равно как и физических законов, определяющих существование и взаимодействие этих атомов.
В рамках господствующей, самой широко распространенной и известной сегодня космологической гипотезы считается, что примерно 20 миллиардов лет назад вся Вселенная была сосредоточена в очень маленьком объеме - практически точке, то есть Вселенная тогда представляла собой своеобразную микрочастицу сверхъядерной плотности. По каким-то причинам эта частица пришла в неустойчивое состояние и взорвалась, образовав Вселенную, которая в связи с наблюдаемым красным смещением астрономических объектов представляется как расширяющаяся. Это грандиозное явление, приведшее к рождению Вселенной, получило название Большого Взрыва.
В первые несколько сот тысяч лет истории юной Вселенной происходило немало удивительных событий, но самое интересное, видимо, случилось потом. Вот что пишет И.С.Шкловский: "В столь отдаленную эпоху еще никаких галактик и звезд не было и в помине, а Вселенная представляла собой просто расширяющееся, довольно горячее облако водородно-гелиевой плазмы с плотностью в несколько частиц на кубический сантиметр. Это - простейшая астрофизическая плазма, сходная с плазмой планетарных туманностей, но только "попроще" - ведь тяжелых элементов, присутствующих в планетарных туманностях, тогда еще не было. Есть, однако, одно существенное отличие: в то время как плотность излучения в планетарных туманностях сравнительно невелика, наш "огненный шар" наполнен равновесным планковским излучением, плотность энергии которого на много порядков больше, чем плотность тепловой энергии плазмы. И вот надо представить, что закономерное развитие этого простейшего плазменного облака, наполненного равновесным излучением, привело к той невероятно богатой картине Вселенной, которую мы сейчас наблюдаем. Огромное разнообразие звезд, включая сюда и нейтронные звезды, планеты, кометы, живую материю с ее невероятной сложностью и много еще такого, о чем мы сейчас не имеем даже понятия, - все в конце концов развилось из этого примитивного плазменного облака. Невольно напрашивается аналогия с каким-то гигантским геном, в котором была закодирована вся будущая, невероятно сложная история материи во Вселенной..."
В рассматриваемой здесь системе утверждений предполагается, что природа этого колоссального, необъятного плазменного сгустка позволила ему, как миллиарды лет спустя его микроскопическим подобиям - шаровым молниям, самоорганизоваться, обрести жизнь и разум. Этот "гигантский ген", как назвал его Шкловский, стал первым и изначальным живым существом Вселенной. Родился Универсум Сапиенс - Вселенная Разумная, порождением и частицей которой является и Земля, и все живущее на ней, и мы - люди.
Вернемся, однако, к эпохе эволюции Вселенной, когда произошла "отклейка" излучения от вещества... Впереди еще гигантский эволюционный путь до современного состояния Вселенной. Плазма довольно быстро становится нейтральным водородно-гелиевым газом. Этот газ, расширяясь, быстро охлаждается... Когда размеры Вселенной увеличатся в несколько десятков раз, а температура газа опустится ниже 5К, наступит следующий очень важный этап ее развития. Первоначально почти однородная газовая среда разобьется на отдельные сгустки. В чем причина такой "фрагментарности"? Ведь первоначально такие сгустки представляли собой просто области Метагалактики, где плотность вещества только незначительно превышает среднюю плотность. Как возникли эти области о избыточной плотностью в почти однородном, да к тому же быстро расширяющемся веществе Вселенной? На этот, казалось бы, такой простой вопрос современная наука не дает еще однозначного ответа. С достоверностью можно только сказать, что "зародыши" неоднородности Вселенной в ней присутствовали всегда, если угодно -изначала. Вселенная никогда не была с т р о г о однородной, она не была почти однородной даже в первые мгновения своего существования. И надо ясно понимать, если бы не эти "зародыши" неоднородности, история ее развития была бы совсем другой, и прежде всего убийственно скучной, лишенной какого бы то ни было многообразия форм и, конечно, жизни. Может быть, эти "зародыши" неоднородностей и есть тот "сверх-ген", о котором речь шла выше...
Итак, из "зародышей" неоднородностей Вселенной... вполне закономерным, теоретически осмысленным путем... возникли гигантские газовые сгустки. Из этих сгустков, являющихся "протоскоплениями" галактик, путем дальнейшей фрагментации образовались меньшие сгустки. Каждый такой сгусток, характеризовавшийся определенной массой и вращательным моментом, постепенно эволюционировал в галактику", звезды которой и сегодня продолжают синтез всего спектра химических элементов, порождающих все многообразие окружающего мира.
Коацерватная капля представляет собой сложный молекулярный агрегат, насчитывающий тысячи и миллионы молекул и образующийся в водной среде Мирового океана под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца, распада радиоактивного калия, молний, метеорных ударов, вулканизма и пр. В итоге в коацерватных каплях могут быть сконцентрированы все органические, предбелковые молекулы, образовавшиеся в Мировом океане. В воде, окружающей эти капли, остаются только простые низкомолекулярные соединения.
Считалось, что именно коацерватные капли при определенных условиях могут дать начало образованию первичных живых систем и оставалось только объяснить природу качественного скачка от протобелковых молекул к молекулам белка, а от нее - к живой клетке со всеми ее сложностями.
Более тридцати лет назад волна экспериментальных открытий, послужила основанием для оптимизма: С.Миллером был осуществлен синтез одной из аминокислот - цитозина, вслед за этим С.Понпамперумой, Д.Оро, Д.Фоксом были детально изучены механизмы абиогенного синтеза практически всех биомономеров, встречающихся в живой природе. Следующим этапом исследований должен был стать второй этап химической эволюции - построение биополимеров молекул белков и нуклеиновых кислот. Собственно говоря, этот процесс образование полимерных цепей из мономеров давно и хорошо известен, и было необходимо, привязавшись к гипотетическим условиям первобытной Земли, попытаться получить экспериментально белковые и нуклеиновые полимерные цепи. И эти цепи были получены. Однако оказалось, что полученные полимеры нельзя назвать белками или нуклеиновыми кислотами: существующая в биополимерах строгая последовательность аминокислот, строгий порядок их расположения в полимерной цепи получены не были, и если принять последовательность аминокислот в живом полимере соответствующей какому-то осмысленному тексту, то текст, записанный па полученных синтетических полипептидах и полинуклеотидах, оказался похожим на хаотический набор букв.
В то же самое время, когда проводились многочисленные эксперименты, долженствующие доказать возможность самопроизвольного зарождения жизни, многими учеными были проделаны теоретические расчеты, оценивающие вероятность этого события. Так, американский биохимик Г.Кастлер, исходя из определенного объема "пробирки" - Мирового океана, в котором должны были происходить искомые реакции, времени химической эволюции, оцениваемой им в 2 миллиарда лет и других достаточно приемлемых начальных условий, пришел к выводу, что природа могла в этих условиях предпринять не более 1046 попыток самосборки простейшей бактерии из мономолекулярных блоков.
С другой стороны, структура простейшей живой бактериальной клетки, о которой говорилось выше, - это всего лишь одна. реализованная возможность из 10301 потенциальных конфигураций, которые можно было бы получить из имеющихся в ней молекулярных блоков, то есть природа располагала в 10255 раз меньшим числом попыток, чем было необходимо.
Столь малая вероятность случайного возникновения жизни заставляет исследователей искать альтернативные варианты решения этой проблемы. Одной из древнейших гипотез, объясняющих зарождение жизни на Земле, является гипотеза панспермии, согласно которой Вселенная насыщена спорами жизни, переносимыми на планеты метеоритами, кометами или с космической пылью, движущейся под действием давления света. Эта гипотеза, современную форму которой придал еще в конце прошлого века Сванте Аррениус, и сегодня пользуется популярностью у некоторой части ученых, среди которых уже упоминавшиеся выше Хойл и Викрамасингх. Однако идея посева жизни не решает, а лишь отодвигает проблему возникновения жизни куда-то в космос. К тому же, подставляя в расчеты Кастлера вместо земных "вселенские" параметры, мм получим вероятность случайного образования жизни, равную 10Е-242, что никак не может служить источником для оптимизма.
Гипотеза о самозарождении жизни, помимо указанных, содержит в себе еще ряд весьма серьезных затруднений, одно из которых было довольно-таки ехидно сформулировано следующим образом: если бы в условиях первобытной Земли самопроизвольно возник даже слон, то у него не было бы никаких шансов на дальнейшее существование.
Можно также отметить сложности, связанные с объяснением отмеченной еще Пастером "асимметрии живого", заключающейся в том, что все белковые соединения, входящие в состав живого вещества, имеют левую асимметрию. Это означает, что хотя большинство органических соединений может существовать в двух пространственных формах, являющихся зеркально симметричными относительно друг друга, для живого земной биосферы совершенно не безразлично использование той или иной формы: все белковые соединения, входящие в состав живых организмов, имеют левую асимметрию. Уже Пастер обратил внимание на то, что асимметричный синтез должен происходить под воздействием какого-то внешнего асимметричного фактора.
Этот аспект природы земной биосферы до настоящего времени не имеет сколь-нибудь приемлемого объяснения.
Еще одну, и все более усугубляющуюся, трудность вносят палеонтологические открытия, все более сокращающие предполагаемый срок химической эволюции. Бели Кастлер в своих расчетах отводил на предбиологическую эволюцию 2 миллиарда лет, то открытия древнейших протоорганизмов - бактерии и сине-зеленых водорослей, появившихся не позднее 3,5 - 3,8 миллиарда лет назад, сокращают время, отпущенное на самозарождение жизни до всего лишь сотен миллионов лет.
Но так или иначе, однажды возникнув, жизнь стала развиваться, и развиваясь, усложняться и этот рост сложности живой материи, ее приспособительных, адаптивных возможностей таит в себе не меньше вопросов, чем загадка зарождения жизни. Среди множества теорий, объясняющих происхождение всего имеющегося разнообразия живой природы, особого внимания бесспорно заслуживает теория происхождения видов Дарвина, теория, которая, казалось бы, дает ответы на все вопросы развития жизни, ее эволюции. Теория Дарвина, определяя материальные факторы эволюции - наследственность и изменчивость, подводила итоги длительной борьбы с идеалистическими концепциями креационизма - творения как движущей силы эволюции, и уже одним этим импонировала большинству естествоиспытателей, среди которых все большее влияние завоевывал материализм.
Основные представления современного дарвинизма об эволюции организмов основываются на двух идеях: идее о возникновении случайных мутаций в наследственном аппарате, приводящих к изменению организма и идее последующего отбора, который, по Дарвину, состоит в том, что организмы с новыми, но неудачными признаками, вымирают, с удачными - выживают. То, что такой механизм существует и действует, видимо, можно считать доказанным.
Вызывает, однако, большое сомнение достаточность дарвиновского механизма эволюции для объяснения процесса возникновения полезных признаков, многие из которых, как писал Л.И. Блохинцев, больше "похожи на изобретательство": "Суть дела заключается в том, что полезное приспособление становится полезным, лишь достигая определенной степени совершенства.
Примеров, подтверждающих это соображение, можно привести великое множество. Так, электрический угорь обладает исключительной по своему совершенству электрической батареей, позволяющей ему поражать животных сильным электрическим ударом. Создание такой батареи поставило бы сложнейшую задачу перед современным конструктором и физиком. Однако если угорь получил бы какое-то электрическое устройство, которое разряжалось бы не током с напряжением в сотни вольт, а током слабого напряжения, то такое устройство никаких преимуществ угрю не давало бы. Оно могло бы быть даже помехой в организме. Иными словами, чтобы быть полезным, это замечательное электрическое приспособление должно было появиться у угря сразу в уже весьма совершенном виде.
Дело походит на изобретательство. Одна из бабочек, обитающих в Бразилии, имеет на своих крыльях рисунок, отпугивающий хищников, так как он делает ее похожей на сову. Такой рисунок, чтобы быть полезным, должен быть достаточно совершенным и записан в терминах наследственного кода, на двойной спирали ДНК.
Жучок, бегающий по поверхности воды, разделывается со своим преследователем, выпуская жидкость, уменьшающую поверхностное натяжение воды. В результате этого преследователь проваливается и тонет. Нет необходимости пояснять, что такая жидкость должна удовлетворять многим условиям, чтобы быть полезным оружием".
К сказанному об электрическом угре можно добавить, что существует также электрическое растение, латинское название которого я не привожу в связи с "полиграфическими" трудностями. Это растение обладает "свойством выделять сильный, хотя только мгновенный ток; если отломить ветку, то рука поражается ударом, равным по силе разряду индукционной катушки... Замечено, что ни птицы, ни насекомые никогда не садятся на это растение. Почва, на которой оно растет, не содержит в себе никаких магнитных металлов: железа, кобальта или никеля, так что свойство это вырабатывается физиологически в самом растении, образующем батарею", - писал более ста лет назад один из немецких научных журналов.
Не поддается никакому объяснению с точки зрения естественного отбора происхождение мимикрии, примеры которой настолько многочисленны и хорошо известны, что, я думаю, нет смысла специально останавливаться на этом феномене.
Не менее поразительны механизмы симбиоза разнообразных форм такого взаимодействия организмов разных видов. Вот лишь один пример. "Обитающие в Южной Америке птицы-ткачи байя не только строят свои гнезда с искусством, которому могли бы позавидовать архитекторы, но и освещают их, выстраивая внутри своих покоев ряды "канделябров", изготовленных из комочков глины с заделанными внутрь червяками, светящимися подобно светлякам".
Еще удивительный пример приспособительных действий, которые, строго говоря, уже нельзя отнести к явлениям, понимаемым как симбиоз: еж, поймав жабу, слизывает яд с ее желез и наносит его на свои иголки на случай нападения хищника. Он может также, взяв кожу жабы в рот, водить ею по иголкам.
Существуют более глубокие и специальные уровни критики дарвиновской теории, на которых я останавливаться не буду, упомянув лишь одного из самых радикальных критиков дарвинизма, незаслуженно забытого и ныне понемногу возвращаемого из забвения, А.А. Любищева. В своих работах он приводил примеры, говорящие о том, что само понятие о приспособительном, функциональном характере некоторых признаков нередко оказывается неверным. Форма, пишет он, вовсе не приспособлена к функции, как ключ к замку. Говоря о глазчатом рисунке на крыльях бабочки, который, "как всем известно", служит для отпугивания хищника, Любищев приводит аналогичный, но совсем уже неприемлемый для подобного объяснения пример: такой же рисунок встречается, и у глубоководных рыб, живущих в полной темноте. "Трудности, с которыми обычно сталкиваются попытки трактовать любой признак как приспособительный, не случайны. Ведь даже простые функции могут выполняться самыми разными органами, а однотипные органы осуществляют порой весьма разнообразные функции.
В многообразии форм есть своя, не зависящая от функции упорядоченность, своя закономерность, выявляемая, например, при анализе симметрий на основе строгого математического описания. Случайно ли так похожи морозные узоры и рисунок растений, спирали галактик и раковины?.."
Удивительнейшими представляются порой приспособительные механизмы и поведение микроскопических существ, заставляющие с некоторым сомнением говорить об их примитивности. В качестве одного из наиболее ярких примеров можно назвать более чем странный жизненный путь микроскопического червячка трематода, о котором рассказывалось ранее. На более низком уровне размеров организмов - на клеточном - известно такое явление, как "воровство клеток". "Ресничный червь, например, поедает гидр, но не переваривает их стрекательные капсулы, которые доставляются специальными клетками-носильщиками из пищеварительного канала к поверхности тела.
После того как стрекательные клетки вставлены в эпителий нового хозяина и начинают его оборонять, червь оставляет гидр в покое и переходит на свой обычный рацион".
На следующем вниз по шкале масштабов уровне находятся вирусы - загадочные существа, размеры и поведение которых не очень вяжутся с самыми основными представлениями о способности материи воспринимать, хранить и перерабатывать информацию. Речь, в частности, идет о так называемых ретровирусах, которые в отличие от обычных представителей этих организмов (вирусы оспы, полиомиелита и др.) обладают рядом специфических свойств. Основной их отличительной чертой является способность, не убивая живой клетки, вторгаться в нее, а затем с помощью фермента ревертазы внедрять в ее геном свою собственную генетическую программу.
Благодаря этой способности ретровирус заставляет здоровые клетки организма работать практически на себя. Проникновение чужеродной генетической информации в организм радикальным образом меняет процессы деления клеток и их роста. К примеру, онковирусы типа С, вызывающие саркому и ряд других заболеваний, попадая в здоровые клетки, меняют их биологию, превращая в раковые.
Сейчас уже известно, что возбудителем СПИДа является также ретровирус, который, в отличие от других, не только внедряется в генетический аппарат клетки, но и убивает ее. Совсем недавно были обнаружены своеобразные виды ассоциаций вируса СПИД с рядом микроорганизмов, его способность к кооперативному поведению. Уже известны сочетания заболевания СПИДом с саркомой Капоши, некоторыми видами лимфом, туберкулезом, герпесом и другими болезнями. Удалось установить, что некоторые виды микроорганизмов многократно усиливают действие вируса СПИДа в организме человека.
Так, исследуя виды смешанных со СПИДом инфекций, ученые столкнулись с ситуациями, при которых один из вирусов буквально тащит другой за собой внутрь клетки.
Вообще говоря, вопросы происхождения жизни и ее эволюции сами по себе интересны необыкновенно, но, к сожалению, мы должны идти дальше, не затронув целый ряд удивительнейших проблем современной биологии. Можно было бы упомянуть о буквально восставшей из пепла гипотезе катастрофизма - о зловещей периодичности в исчезновении буквально всего живого на Земле; о занимающей почти четыре пятых истории Земли эпохе криптозоя, одно название которого обладает острым привкусом тайны; о поразительных, происходящих прямо у нас на глазах открытиях, когда еще совсем недавно считавшиеся лишними гены вдруг получили замысловатый и даже торжественный титул "мобильно-депрегированных", а вместе с ним - ответственность за внезапные мутации организмов. Можно было бы рассказать, как само существование этих генов подвело исследователей к невероятно смутившей их, чрезвычайно крамольной мысли о том, что, возможно, в геноме каждого организма заложен весь потенциал всей эволюции - и прошлой, и будущей. Это представление о потенциале эволюции, заложенной в геном подобно какой-то невероятной, неведомо кем и когда созданной программе развития вида на века и тысячелетия вперед, очень близко к теории номогенеза Л.С.Берга, теории, считающейся до сих пор идеалистической, а потому, разумеется, неприемлемой и не подлежащей серьезному рассмотрению. Столь же удивительные открытия произошли в антропологии. По принятым сегодня взглядам, человек эволюционировал от австралопитека за последние 2 миллиона лет. Однако в 1980 году при раскопках в Африке был обнаружен человекообразный череп, по объему мозга превосходивший череп современного человека в 1,5 раза. Возраст находки был определен в 2 миллиона лет, и эта находка далеко не единственная: в запасниках музеев мира собрано немало загадочных гигантских скелетов и черепов человекоподобных существ. И если эволюция человека до сих пор представлялась в виде стройного филогенетического дерева, то сегодняшняя ситуация стала весьма неясной и противоречивой, что остроумно заметил С.Д. Мейен: "От филогенетического дерева, нарисованного некогда Э.Геккелем, осталась лишь куча веток, на которой сидят биологи и подолгу пытаются приладить одну ветку к другой".
Можно было бы рассказать о сенсационнейшем открытии американских генетиков, путем кропотливого анализа установивших, что все современное человечество произошло от одной-единственной женщины - какой-то первобытной Евы, жившей всего около 200-300 тысяч лет назад.
Говоря о движущих силах эволюции, здесь следует упомянуть о том, что бытующее еще и сегодня представление о селекции и выведении новых пород как о модели эволюционного процесса никак не соответствует истине. Ведь любое домашнее животное или лабораторная дрозофила, несмотря на все их внутривидовое разнообразие и весь могучий арсенал мутагенных воздействий, которыми располагает селекционер или экспериментатор, являют собой все же одни и те же неизменные виды. Человек, приручив, например, волка и превратив его в собаку, чудовищно изуродовал исходный вид и получил в результате вроде бы столь отличных друг от друга животных, как гигант сенбернар и крошка чихуа-хуа. Однако получить нечто новое еще никому не удалось: по-прежнему остается все тот же прежний зоологический вид - Канис Люпус.
Иногда появляются сообщения о просто-таки невероятных мутациях. Так, например, некоторое время назад была опубликована следующая короткая информация: "Овцеводы штата Айдахо не на шутку встревожены рождением барашков с одним-единственным глазом. Мало того: глаз, совершенно как у легендарных циклопов, расположен посередине лба. Специалисты обследовали 116 таких барашков-циклопов" и пришли к выводу, что причина таких уродств в траве, которую поедают во время беременности овцы на лугах Айдахо. Как сообщает печать, поиски таинственного злака идут полным ходом".
И в данном, и во многих других аналогичных случаях нельзя говорить об образовании новых видов, но все же ради полноты картины следует заметить, что в последнее время стал ясен и в какой-то степени даже доступен практически метод вмешательства в генетический аппарат, могущий привести к видовым изменениям - я имею в виду генную инженерию. Однако, несмотря на поразительнейшие перспективы, открывшиеся перед учеными, это открытие стало одним из немногих научных достижений, возможные ужасающие последствия которого оказались настолько очевидными, что ученые-генетики довольно быстро согласились на мораторий, ограничивающий генетические эксперименты: время покажет прочность этого джентльменского соглашения. С другой стороны, это открытие еще раз показывает всю сложность построения модели естественной эволюции, базирующейся на носящих вероятностный характер мутациях.
II. Рождение и эволюция Вселенной
"Поистине мир - это слишком великое дело. С самого начала, чтобы породить нас, он вел чудесную игру со слишком многими невероятностями... Мы чувствуем, что через нас проходит волна, которая образовалась не в нас самих. Она пришла к нам издалека, одновременно со светом первых звезд. Она добралась до нас, сотворив все на своем пути. Дух поисков и завоеваний - это постоянная душа эволюции". Пьер Тейяр де Шарден
* * *
В предложенном выше конспективном обзоре представлены, в основном, проблемы, которые происхождение и эволюция жизни поставили перед биологическими науками. Этим я хочу подчеркнуть то обстоятельство, что в качестве начальных условий для демонстрации проблем жизни был принят "имеющийся набор атомов при условиях, существовавших на древней Земле". Очевидно, что эволюцию химическую, в ходе которой из имеющегося набора атомов образовались предбиологические структуры, и биологическую, давшую этим структурам жизнь, развитие и усложнение, предваряла эволюция, которую можно назвать физической, или, точнее, астрофизической.
Этот этап всеобщей эволюции материи Вселенной и должен был привести к образованию "имеющегося набора атомов", равно как и физических законов, определяющих существование и взаимодействие этих атомов.
В рамках господствующей, самой широко распространенной и известной сегодня космологической гипотезы считается, что примерно 20 миллиардов лет назад вся Вселенная была сосредоточена в очень маленьком объеме - практически точке, то есть Вселенная тогда представляла собой своеобразную микрочастицу сверхъядерной плотности. По каким-то причинам эта частица пришла в неустойчивое состояние и взорвалась, образовав Вселенную, которая в связи с наблюдаемым красным смещением астрономических объектов представляется как расширяющаяся. Это грандиозное явление, приведшее к рождению Вселенной, получило название Большого Взрыва.
В первые несколько сот тысяч лет истории юной Вселенной происходило немало удивительных событий, но самое интересное, видимо, случилось потом. Вот что пишет И.С.Шкловский: "В столь отдаленную эпоху еще никаких галактик и звезд не было и в помине, а Вселенная представляла собой просто расширяющееся, довольно горячее облако водородно-гелиевой плазмы с плотностью в несколько частиц на кубический сантиметр. Это - простейшая астрофизическая плазма, сходная с плазмой планетарных туманностей, но только "попроще" - ведь тяжелых элементов, присутствующих в планетарных туманностях, тогда еще не было. Есть, однако, одно существенное отличие: в то время как плотность излучения в планетарных туманностях сравнительно невелика, наш "огненный шар" наполнен равновесным планковским излучением, плотность энергии которого на много порядков больше, чем плотность тепловой энергии плазмы. И вот надо представить, что закономерное развитие этого простейшего плазменного облака, наполненного равновесным излучением, привело к той невероятно богатой картине Вселенной, которую мы сейчас наблюдаем. Огромное разнообразие звезд, включая сюда и нейтронные звезды, планеты, кометы, живую материю с ее невероятной сложностью и много еще такого, о чем мы сейчас не имеем даже понятия, - все в конце концов развилось из этого примитивного плазменного облака. Невольно напрашивается аналогия с каким-то гигантским геном, в котором была закодирована вся будущая, невероятно сложная история материи во Вселенной..."
В рассматриваемой здесь системе утверждений предполагается, что природа этого колоссального, необъятного плазменного сгустка позволила ему, как миллиарды лет спустя его микроскопическим подобиям - шаровым молниям, самоорганизоваться, обрести жизнь и разум. Этот "гигантский ген", как назвал его Шкловский, стал первым и изначальным живым существом Вселенной. Родился Универсум Сапиенс - Вселенная Разумная, порождением и частицей которой является и Земля, и все живущее на ней, и мы - люди.
Вернемся, однако, к эпохе эволюции Вселенной, когда произошла "отклейка" излучения от вещества... Впереди еще гигантский эволюционный путь до современного состояния Вселенной. Плазма довольно быстро становится нейтральным водородно-гелиевым газом. Этот газ, расширяясь, быстро охлаждается... Когда размеры Вселенной увеличатся в несколько десятков раз, а температура газа опустится ниже 5К, наступит следующий очень важный этап ее развития. Первоначально почти однородная газовая среда разобьется на отдельные сгустки. В чем причина такой "фрагментарности"? Ведь первоначально такие сгустки представляли собой просто области Метагалактики, где плотность вещества только незначительно превышает среднюю плотность. Как возникли эти области о избыточной плотностью в почти однородном, да к тому же быстро расширяющемся веществе Вселенной? На этот, казалось бы, такой простой вопрос современная наука не дает еще однозначного ответа. С достоверностью можно только сказать, что "зародыши" неоднородности Вселенной в ней присутствовали всегда, если угодно -изначала. Вселенная никогда не была с т р о г о однородной, она не была почти однородной даже в первые мгновения своего существования. И надо ясно понимать, если бы не эти "зародыши" неоднородности, история ее развития была бы совсем другой, и прежде всего убийственно скучной, лишенной какого бы то ни было многообразия форм и, конечно, жизни. Может быть, эти "зародыши" неоднородностей и есть тот "сверх-ген", о котором речь шла выше...
Итак, из "зародышей" неоднородностей Вселенной... вполне закономерным, теоретически осмысленным путем... возникли гигантские газовые сгустки. Из этих сгустков, являющихся "протоскоплениями" галактик, путем дальнейшей фрагментации образовались меньшие сгустки. Каждый такой сгусток, характеризовавшийся определенной массой и вращательным моментом, постепенно эволюционировал в галактику", звезды которой и сегодня продолжают синтез всего спектра химических элементов, порождающих все многообразие окружающего мира.