Далекое будущее Вселенной Эсхатология в космической перспективе - Эллис Джордж (читать книги без .TXT) 📗

15. Weinberg, S. W., Conference Summary in "Relativistic Astrophysics", ed. J. C. Wheeler and H. Martin (AIP Publications, New York), 893–910; astro‑ph/0104482.

Часть Третья. Биология

7. Экзотические генетические материалы и распространенность жизни во Вселенной

7.1. Введение

Тот факт, что все живое на Земле обладает очень схожей биохимией, сообщает нам кое–какие сведения об истории жизни на Земле, но не о том, как в принципе должна быть устроена жизнь. Даже на Земле жизнь могла начаться с экзотических генетических материалов — я имею в виду материалы, структурно весьма отличающиеся от нашей ДНК, хотя и имеющие ту же суть и назначение, то есть способные хранить воспроизводимую информацию и влиять на окружающую среду таким образом, чтобы способствовать собственному выживанию и распространению и, следовательно, эволюционировать путем естественного отбора. По–видимому, наиболееприспособлены для поддержания такой эволюции вовсе не органические материалы, а неорганические кристаллы; и вполне возможно, что эволюция на Земле началась именно с эволюции информации, заключенной в подобных материалах (минералах) [3]. Исследование экзотических генетических материалов способно принести большую пользу при создании искусственных форм жизни [4]; кроме того, они могут представлять интерес для размышлений о распространенности жизни во вселенной — внеземной жизни, существующей сейчас или могущей существовать в далеком будущем.

Многие конкретные черты жизни на Земле кажутся универсальными, таково, например, повсеместное присутствие определенных аминокислот и нуклеотидов, универсальность белкового кода и многое другое. Однако нет основательных причин предполагать, что так называемые «молекулы жизни» являются какой‑то биологической необходимостью. Существует более основательное и достаточное объяснение наблюдаемого нами единства биохимии: вся жизнь, существующая сейчас на Земле, произошла от общего предка, у которого эти черты присутствовали и были уже зафиксированы,запечатлены намертво, скорее всего, благодаря их взаимозависимости [3]. Но, если этот общий предок сам появился на свет в результате дарвиновской эволюции, значит, было время, когда эти его компоненты еще не были зафиксированы. Как такое может быть?

С помощью наивной аналогии мы можем вообразить себе ситуацию, при которой пошаговый дарвиновский процесс приводит к фиксированной взаимозависимости компонентов. Представим себе арку из камней, построенную без помощи цемента:

Рис. 7.1

Это грубая модель любой системы, состоящей из взаимозависимых компонентов. Мы можем спросить, как возможно построить такую арку шаг за шагом, то есть трогая лишь один камень в каждый момент. Вот один из возможных ответов: сначала нужно навалить груду камней —

Рис. 7.2

А затем извлекать нижние камни один за другим так, чтобы образовалась арка. На мой взгляд, жесткая взаимозависимость компонентов в современной биохимии сама по себе свидетельствует о том, что в более ранних биохимических системах компоненты были не столь жестко связаны друг с другом, что создавало своего рода «леса», позволявшие возводить шаг за шагом более сложные системы, после чего эти «леса» оказались излишними и исчезли [3].

Таким образом, мы имеем картину ранней, «текучей» стадии биохимической эволюции, за которой последовало «замораживание» жизни на земле в виде одной–единственной системы с высокой степенью взаимозависимости. Мы не знаем точно, какие материалы использовались в этой «текучей» эпохе, особенно на самых первых ее стадиях. Однако, к счастью, у нас есть возможность сделать кое–какие предположения об эволюционирующих системах вообще, а также о химических закономерностях, ограничивающих их возможности.

7.2. Потоки и гены: генетический взгляд на жизнь

Живые существа — это открытые системы, действующие внутри открытых систем, нуждающиеся в постоянном пополнении энергии и запасов материи, а также в методах избавления от продуктов разложения. Шеррингтон однажды уподобил живых существ водоворотам в потоке энергии [18]. Однако это хорошо контролируемые «водовороты», и наиболее характерный аспект такого контроля заключен в стабильных структурах, которые мы называем генами. Среда, окружающая организм, динамична, весьма динамичен может быть и он сам, но гены представляют собой некую статическую сердцевину, хранящую неизменность не только на малых и средних временных отрезках, но даже и в течение жизни многих поколений — почти невероятное постоянство, о котором столь живо писал Шредингер [15]. Чтобы подчеркнуть контраст между динамичной активностью и статичной генетической стабильностью живого существа, можно продолжить аналогию с водоворотом, уподобив живой организм системе турбулентности, возникающей вокруг камня, брошенного в поток. Форма этого камня — это унаследованная организмом генетическая информация. Форма потоков вокруг него — фенотип организма. Таким образом, фенотип можно рассматривать как часть окружающей среды, находящуюся под генетическим контролем; между фенотипом и прочей окружающей средой нет непреодолимой границы [2].

Рис. 7.3.Метафорическое изображение отношений между генетической информацией, фенотипом и окружающей средой.

Генетический взгляд на жизнь помещает в центр нашего существования генетическую память, противостоящую более динамическим, наблюдаемым аспектам нашего существования. Да, организмы — это открытые системы, способные к самоорганизации самыми различными, порой очень интересными путями [41]. Это один из путей развития жизни. Однако открытость системы не может служить определением жизни — это слишком распространенная черта нашей вселенной. Открытые системы не просто широко распространены — в нашем мире они имеют универсальный характер. По большому счету все, с чем мы имеем дело, является открытой системой, действующей внутри открытой системы. Однако нельзя сказать, что все вокруг «живое». Отличительная характеристика живых существ — наличие у них набора средств, позволяющих успешно выживать и воспроизводить себя, долгосрочная память, переживающая процесс эволюции путем естественного отбора. В этом долгом процессе методы выживания, разумеется, меняются, но прежде всего они должны запоминаться. Вот почему им необходимо стабильное существование и возможность воспроизводить себя в копиях для следующих поколений.

Размышляя о возможной распространенности жизни во вселенной, мы должны принимать в расчет и «потоки», и «гены». Возможно, нам кажется, что единственное подходящее место для жизни во вселенной — планета типа Земли, находящаяся в непосредственной близости от своей звезды и обильно снабжаемая фотонами. Но даже для жизни на Земле важен отнюдь не только этот энергетический поток. Сама земля представляет собой ядерный реактор. Радиоактивное тепло движет земной геологией, постоянно обновляет минеральные ресурсы земной поверхности, необходимые для жизни, которую мы знаем, не говоря уж о создании активных открытых систем, например глубоководных теплых течений. Так что жизнь вполне может существовать и на планетах, отдаленных от звезд.

В дискуссии после заседания симпозиума Джон Бэрроу предположил существование еще одного источника энергии, не имеющего отношения к звездам: он напомнил о том, что, по–видимому, произошло в Окло (Республика Габон в Западной Африке), где геологические процессы в прошлом создали нечто вроде естественного ядерного реактора, расщепляющего уран-235 [13]. Это означает, что и небольшие небесные тела, гораздо меньше Земли, могут, по крайней мере иногда, предоставлять условия, приемлемые для существования жизни.