Живое и неживое. В поисках определения жизни - читать онлайн книгу. Автор: Карл Циммер cтр.№ 78

Страница

Искусное создание нового определения воды не избавило бы Леонардо от неведения. Трудность заключалась в другом. А именно в том, как мало он и другие люди эпохи Ренессанса знали о химии.

Понадобилось три столетия, чтобы сложилась развитая химическая теория, объяснившая, что Вселенная состоит из атомов множества элементов, которые могут соединяться и образовывать различные молекулы. Оказалось, что вода, когда-то считавшаяся чистым элементом, состоит из молекул, представляющих из себя конкретную комбинацию двух элементов – два атома водорода на один атом кислорода. Из этих молекул состоит как жидкая вода в озере, так и та, что содержится в кубике льда или облаке пара. Химики также установили, что «крепкая водка» и «царская водка» вообще не являются водой, ибо состоят из других молекул.

Но даже формула H₂O не определение воды. Единичная молекула не умеет того, что умеет вода. Например, когда та замерзает, то расширяется, поскольку множество молекул H₂O самопроизвольно складываются в кристаллическую решетку. По словам Клиланд, «сказать о воде, что это H₂O, значит ничего о ней не сказать». Однако знание формулы H₂O открывает путь к новым знаниям о природе этого вещества.

В отношении жизни, утверждает исследовательница, мы всё еще алхимики. Мы опираемся на интуицию, определяя, какие объекты живые, а какие неживые и составляя произвольные списки их общих признаков. Мы маскируем наше невежество определениями, которые никогда не ухватывают суть того, что мы пытаемся понять. Лучшее, что могут делать ученые прямо сейчас, по мнению Клиланд, – это стараться создать теорию, объясняющую жизнь.

Я знаком со многими исследователями, которые в этом согласны с Клиланд. У них еще нет теории живого. Они уверены, что когда-нибудь такая теория появится, но пока остается только гадать, какой же она окажется. Ученые словно вглядываются в тени, которые отбрасывает на нас из будущего эта теория. Как-то я попросил одного биофизика описать, что будет в ней сказано. «В ней будет сказано, что должна собой представлять жизнь», – ответил он.

_______

Теории не возникают из ничего. Они появляются только тогда, когда ученые проведут уже тучи нудных измерений окружающего мира. Создатели современной химии поставили бесчисленное количество опытов, чтобы определить соотношение элементов в воде и других соединениях. Они открыли, что эти соотношения простые и выражаются целыми числами. Вода, как выяснилось, состоит из двух частей водорода, которые приходятся на одну часть кислорода. Метан – из четырех частей водорода на одну часть углерода. Эти кропотливые расчеты породили фундаментальную догадку, что такие соединения – молекулы, состоящие из атомов.

Некоторые ученые наших дней полагают, будто теорию жизни можно получить лишь через уточнение измерений живого. Они изобретают инструменты для четкого определения времени, когда включаются и выключаются гены, измерения скорости роста клеток, установления взаимосвязей, с помощью которых живые существа воспринимают окружающий мир и принимают решения, что делать дальше. Возможно, пройдут десятилетия, прежде чем эти точные измерения покажут закономерности, которые позволят ученым сформулировать полноценную теорию.

Другие исследователи не столь терпеливы. Они создают теории ^[399] на основе того, что уже известно науке. Даже простой набросок подобной теории может оказаться полезен, утверждают они, хотя бы только для того, чтобы подсказать исследователям, что именно нужно измерить для дальнейшего ее развития.

Первые теории жизни сформировались, как только в середине XX в. молекулярные биологи установили некоторые базовые законы строения ДНК и белков. Поначалу лишь немногие ученые осмеливались создавать теории, и работы большинства из них никто не замечал. Отчасти в этой незаметности были повинны они сами. Они изобретали собственные языки для осмысления своих идей и не особо заботились о том, чтобы другие их поняли. Ходит байка, будто двое таких теоретиков, Роберт Розен и Франсиско Варела ^[400], встретились на научной конференции. Они вообще не смогли придумать, что бы друг другу сказать.

Но при всем взаимном непонимании мысли теоретиков жизни шли во многом общими путями. Ученые разрабатывали краткие характеристики жизни ^[401], описывающие наблюдаемые свойства живых существ. Для этого требовалось отрешиться от чудес и загадок питонов и слизевиков и обнаружить основные условия, необходимые организму, чтобы оставаться живым ^[402]. Теоретики оказались в роли физиков, впервые увидевших самолет. Если те захотят разобраться, как он летает, изучение современного воздушного лайнера станет для них напрасной тратой времени. Они запутаются в мониторах, кнопках вызова и тележках для еды. Чтобы узнать что-то существенное о полете как таковом, физикам лучше бы поехать в Китти-Хок и посмотреть на аэроплан братьев Райт с его простыми крыльями из еловых и ясеневых досок.

В 1960-е гг. к этому крохотному сообществу присоединился студент-медик Стюарт Кауфман ^[403]. В то время биологи как раз начали выявлять принципиальные связи между генами и белками, благодаря которым и возможна жизнь. Они узнали, что определенные гены становятся активными, только если на ДНК поблизости есть определенный белок. Они нашли некоторые звенья в длинных цепочках реакций, осуществляющих метаболизм. Кауфман задумался, не скрываются ли за головоломными подробностями поведения конкретных белков у конкретных видов некие особые принципы.

Кауфман разработал своего рода клеточную алгебру, которую применил для компьютерного моделирования гипотетических генов и белков. В ходе одного из экспериментов он попытался смоделировать простейший метаболизм. В качестве пищи он предложил использовать два вида молекул, условно говоря А и Б. У них была определенная вероятность соединиться друг с другом в более крупную молекулу АБ. У АБ, в свою очередь, была определенная вероятность тоже с чем-то соединиться и образовать еще более крупные молекулы. Присоединение дополнительной Б давало АББ, объединение двух АБ давало АБАБ. Смоделированный Кауфманом метаболизм позволял укрупнять молекулы, но автор также запрограммировал возможность для части крупных молекул расщепляться обратно на фрагменты.

Применяя различные правила синтеза и расщепления молекул, Кауфман испытал ряд метаболических сетей. Большинство из них мало к чему привело. Таким сетям удавалось лишь усваивать скормленные им А и Б и синтезировать небольшие молекулы, крупные же не получались. Однако исследователю то и дело попадались сети, которые выглядели жизнеспособными. В подобных сетях, как обнаружил Кауфман, некоторых из возможных молекул становится все больше и больше. Этих некоторых стало очень много, и они продолжали изобиловать, пока экспериментатор продолжал кормить сеть.

Страница