Безжизненные торы, камни и вода, огромная Луна на небе и постоянная бомбардировка метеоритами — наиболее вероятный ландшафт Земли 4 миллиарда лет назад. Луна была ближе, Земля вращалась быстрее, дни были короче, приливные волны выше, а шторма суровее. Над всем этим простирались стального цвета небеса, затемненные пыльными бурями, тучами вулканического пепла и осколками пород, выбитыми ударами метеоритов. Земная кора была тонкой, точка плавления пород находилась высоко, и поэтому кора все еще перерабатывалась. Земля все еще кипела, и поэтому кора вздымалась и снова погружалась, переправлялась многократно. Постепенно складывалась атмосфера, богатая азотом, углекислым газом и парами воды. Обилие парниковых газов вызвало потепление климата всей планеты. В таких экстремальных условиях происходил синтез живого вещества. Было ли это чудом, случайностью, произошедшей вопреки эволюции Вселенной, или только так и может появляться жизнь? Уже на ранних этапах проявилась одна из главных черт живой материи — приспособляемость к условиям среды.
Рис. 19. Безжизненные горы, камни, вода, огромная Луна на небе и постоянная бомбардировка метеоритами — наиболее вероятный ландшафт Земли 4 миллиарда лет назад
Дать определение жизни непросто.
Жизнь начиналась с очень простых организмов, постепенно усложняя конструкцию. Что характерно только для живого организма? Способность к размножению, когда потомкам передается точная копия наследственной информации, присуща всей земной жизни, причем даже самой малой ее частице — клетке. Вот почему клетку принимают за единицу измерения жизни. Слагаемые же клетки: белки, аминокислоты, ферменты — взятые по отдельности, живыми не будут.
Нет никакой надежды, что однажды клетка получилась сама собой из атомов химических элементов. Это невероятный вариант. Простая клетка бактерии содержит сотни генов, тысячи белков и разных молекул. Фред Хойл шутил, что синтез клетки так же невероятен, как сборка «Боинга» ураганом, пронесшимся над свалкой запчастей. И все же «Боинг» существует, значит, он был каким-то образом «собран», точнее «самособран».
В теории абиогенеза поиски первоначала жизни приводят к идее о более простой, нежели клетка, системе. Современная клетка необычайно сложна, ее работа держится на трех китах: ДНК, РНК и белки. ДНК хранит наследственную информацию, белки осуществляют химические реакции по схеме, заложенной в ДНК, информацию от ДНК к белкам передает РНК. Что может входить в упрощенную систему? Какая-то одна из составных частей клетки, которая умеет, как минимум, воспроизводить себя и регулировать обмен веществ.
Поиски наиболее древней молекулы, с которой, собственно, и началась жизнь, продолжаются почти столетие. Подобно геологам, восстанавливающим историю Земли по пластам горных пород, биологи открывают эволюцию жизни по строению клетки. Череда открытий XX века привела к гипотезе спонтанно зародившегося гена, который стал прародителем жизни. Естественно думать, что таким перво геном могла быть молекула ДНК, ведь она хранит информацию о своей структуре и об изменениях в ней. Постепенно выяснили, что ДНК не может сама передать информацию другим поколениям, для этого ей нужны помощники — РНК и белки. Исследования истоков первоначальной жизни зашли в тупик.
* * *
Мир, развиваясь, все время самосовершенствуется. В это самосовершенствование включен и человек как частичка общего мироздания.
Итак, жизнь на Земле началась с клеточного уровня, затем появились многоклеточные биологические организмы в виде растений и животных, и только затем возникли социальные организмы в виде человеческих обществ. Поскольку и клетка, и многоклеточный организм, и общество являются различными уровнями организации живого, можно предположить, что при их создании природа действовала единообразно и не изобретала для каждого уровня организации живого новый эволюционный механизм. Поэтому, изучая различные гипотезы происхождения клеток, организмов и обществ, ученые стремятся найти среди них некую универсальную схему, т. е. применимую для любого уровня организации живого. Так возникла одна из версий возникновения жизни.
Ученые пришли к выводу о принципиальной правильности идеи — о тектологии (строительстве) живых систем путем их сборки (подбора) из некоторого «строительного материала» и естественного отбора наиболее устойчивых (целесообразных) структур[5]. Эта идея имеет достаточно универсальный характер и позволяет объяснить формирование в живых организмах сложных механизмов функционирования, поэтому она была взята за основу.
Как полагают ученые, в результате воздействия направленного информационного потока из космоса на биохимические процессы, они стали протекать на планете Земля не хаотически, а в строго определенном направлении, которое приводило вначале к формированию отдельных органических соединений, из которых в дальнейшем образовывались более сложные органические комплексы (например, гликопротеины, гликолипиды, липопротеиды и т. д.). Затем уже из этих комплексов, вновь под воздействием направленного информационного потока, стали формироваться отдельные клетки с простейшими функциями. И вновь под воздействием внешнего информационного потока уже на отдельные клетки сформировались первые живые существа. После чего простейшие организмы начали эволюционировать в более сложные — и так далее вплоть до появления Человека.
Функционирование организма определяется информацией — своего рода инструкцией, аналогичной программе для компьютера.
Вот, например, что написано по этому поводу в книге болгарского палеонтолога Т. Николова «Долгий путь жизни»: «В понимании вопроса о происхождении жизни, понятия «нуклеиновая кислота» и «белок», можно заменить понятиями «информация, содержащая инструкцию» и «функция». И тогда вопрос «что первично?» становится абсурдным, так как не может осуществляться определенная функция, если нет информации. А информация приобретает смысл только через функцию, которую она кодирует».
Рис. 20. Метеоритный дождь
Итак, кроме понятий вещества, энергии и процессов, в которых они участвуют, добавляется понятие «информации» как еще одного равноправного участника мироздания.
Главный источник энергоинформационного поля — космос: Солнце, планеты, звезды, галактики и т. д. Излучения этого поля пронизывают атмосферу Земли, что обеспечивает информационную связь всего со всем. Получается взаимосвязь настолько сложная и всеобщая, что невольно вспоминаются слова древних: «все во всем». Эти поля жизнеобеспечения есть и внутри нас, и вовне.
* * *
Можно ли в рамках современной науки понять и описать процессы, лежащие в основе возникновения жизни? Что можно сказать о возникновении жизни как борьбе условных информаций? Наиболее важной остается проблема возникновения биологической информации и, в частности, генетического кода.
Современная биосфера основана на соединениях углерода. Это не случайно, поскольку углерод — уникальный элемент, что связано с его центральным (или промежуточным) положением в таблице Менделеева (4-я группа). Иными словами, органические соединения обладают набором свойств, необходимым и достаточным для образования информационной системы. (Другие элементы такими наборами свойств не обладают. Ближе всех к углероду по разнообразию соединений находится кремний, тоже принадлежащий 4-й группе.)
Каково возникновение биологической информационной системы и ценной информации в ней?
На одном из начальных этапов эволюции происходит выбор единого для всего живого на Земле генетического кода и возникают простейшие существа, способные к комплементарной авторепродукции с использованием этого генетического кода. На следующем этапе происходит самоорганизация материи, но еще не достаточная для возникновения у объектов «цели» и, следовательно, ценной информации. Поэтому такие объекты нельзя еще называть «живыми существами». И только в конце третьего этапа можно говорить о возникновении «живой материи», т. е. существ.
Основная проблема биологической эволюции связана с ее скоростью. Бытует утверждение о том, что в течение времени существования Земли наблюдаемое биологическое разнообразие не могло возникнуть. Вероятность создания белка (или системы белков) с принципиально новой функцией за счет точечных мутаций того же порядка, что и вероятность создания функционального белка заново, абсурдно мала (порядка десяти в двадцать девятой степени). В этом, собственно, и заключается проблема темпов биологической эволюции.
Но если учитывать информационный аспект биологического разнообразия, то временная проблема возникновения жизни выглядит иначе.
В биологической эволюции базовый этап — выбор единого кода, т. е. алфавита. Код отработан на основе одного белка — репликазы. Следующий этап — образование белка, способного усваивать новые субстраты, — генерация новой информации на основе единого кода, который является тезаурусом («словарем») на следующем этапе. Геном организмов, способных синтезировать несколько белков с разнообразными функциями, можно уподобить фразе, имеющей определенный смысл.
При появлении генома, кодирующего несколько разных белков, понятие «смысл» становится содержательным. Его можно выразить фразой «поглощать такой-то субстрат, чтобы жить». При дальнейшем усложнении организмов и увеличении кодируемых белков информация становится не только кодовой, но и смысловой. Цель организмов та же — сохранить свою (теперь уже смысловую) информацию.
Следующий уровень — стремление сохранить свою информацию и создание принципиально новой информации.
Таким образом, проблему скорости биологической эволюции можно считать решенной. Она протекала в действительности быстро. Впрочем, тот же вопрос можно было бы поставить и в отношении эволюции техники. Она также осуществлялась достаточно быстро, но была бы гораздо более медленной (или даже невозможной), если бы при создании каждой новой машины приходилось каждую ее деталь изобретать заново. Большую роль при этом играли стандартизация деталей и сохранение в архивах чертежей прежних конструкций. Нечто подобное происходит и в природе, ей не приходится каждый раз заново изобретать структурирование конструкций живого субстрата, для воссоздания этой конструкции достаточно иметь в памяти определенную информацию.