Все неестественное тоже естественно.

На сегодняшний день биохимики сумели показать, что все ключевые компоненты живой материи можно получить, представьте себе, из циановодорода, считающегося смертельным ядом, серы и солнечного света (ультрафиолета) посредством разветвленной сети превращений, о которых мы знаем все больше и больше. Такая общая картина говорит как минимум о том, что жизнь на нашей планете могла возникнуть естественным путем – из химических компонентов, имевшихся на молодой Земле.

А теперь представьте себе, что в будущем при исследовании Галактики мы обнаружим биологическую жизнь, основанную на совсем других химических веществах и процессах. Сумеем ли мы определить, возникла ли эта жизнь так же спонтанно? И, наоборот, что покажет нам, что ее породили не природные процессы? Иными словами, нам нужно определить, что искать, чтобы иметь возможность отличить естественно возникшую жизнь от искусственной, которую создали разумные инопланетяне. Надо подчеркнуть, что пока мы говорим только об органической, но не об электронной жизни (не об искусственном интеллекте). О возможности создания разумных машин мы немного побеседуем в конце этой главы.

Пожалуй, лучший способ начать размышлять о проблеме жизни в непривычной для нас форме и о том, как распознать синтетическую жизнь, – просто взять и попробовать самим придумать и создать новые формы жизни. Казалось бы, это слишком смело, особенно если учесть, что пока что мы не смогли синтезировать даже ту жизнь, с которой знакомы, при помощи химических реакций, которые способны ее породить (в чем мы почти что убеждены). На каком основании мы вправе воображать, будто какие-то другие химические реакции породят какой-то другой вариант живой материи? Есть по крайней мере одна веская причина для оптимизма по поводу перспектив такого проекта: современная синтетическая химия знает массу способов создать новые химические вещества, даже в результате процессов, которые в природе, вероятно, невозможны. Ее репертуар весьма обширен по сравнению с относительно небольшим набором химических вариаций на эту тему, которые мы применяем сегодня при попытках создать молекулы земной живой материи. В результате достаточно знающий и творчески мыслящий инженер-химик, человек или инопланетянин, вполне может, по крайней мере в принципе, придумать множество альтернативных химических вариантов жизни. Химики уже исследуют это новое направление. Они начинают с небольших модификаций в реакциях, которые, как мы считаем, привели к возникновению жизни на Земле, а затем шаг за шагом отходят все дальше в сторону все более смелых идей, которые когда-нибудь могут привести к совершенно иным формам жизни. Приведем лишь несколько примеров этих смелых начинаний.

Большинству молекул живой материи на Земле свойственна выраженная хиральность. Нуклеотиды, из которых состоят ДНК и РНК, и аминокислоты, из которых состоят белки, асимметричны, так что их нельзя заменить зеркальным отражением – они как наша левая и правая рука. Аминокислоты в живой материи всегда левосторонние[46], а нуклеиновые кислоты – правосторонние. Исследователи в лаборатории биолога Тин Чжу из Университета Сиху в Ханчжоу химически синтезировали последовательности зеркальных ДНК и РНК. Кроме того, при помощи синтетической химии они создали зеркальные белковые ферменты и применили их для репликации последовательностей ДНК. То есть зеркальные отражения белков, характерных для жизни на Земле, способны размножать зеркальную версию нормальной ДНК при помощи зеркальной ПЦР. Более того, исследователи затем синтезировали зеркальный белок, представляющий собой фермент РНК-полимеразу, чтобы транскрибировать цепочки зеркальной ДНК в зеркальную РНК. Непосредственной целью экспериментов был синтез зеркальной рибосомы, которую можно было бы применять для трансляции зеркальной матричной РНК в зеркальный белок. Если такие эксперименты в дальнейшем приведут к способности создавать в лаборатории зеркальные живые клетки, мы будем точно знать, что эта живая материя придумана и создана искусственно, поскольку она будет отличаться от всех существующих на нашей планете форм жизни. Однако, если мы обнаружим на какой-то экзопланете в галактике Млечный Путь зеркальную жизнь, это не станет для нас особенной неожиданностью, ведь левая и правая сторона молекул живой материи была почти наверняка «выбрана» случайно, а значит, с равной вероятностью могла возникнуть как существующая биохимия, так и ее зеркальное отражение. В исследовании, опубликованном в 2023 году, говорится о том, что за хиральность биохимических молекул на Земле, скорее всего, отвечает минерал магнетит. Примечательно, что этот процесс отбирает молекулы либо с правой, либо с левой хиральностью в зависимости от направления внешнего магнитного поля, которое в северном и южном полушарии направлено в противоположные стороны. Следовательно, хиральность живой материи может объясняться местом ее зарождения в далекой древности, а этот фактор был случайным.

Что касается жизни в той форме, в какой мы ее знаем, возникает еще один любопытный вопрос: возможно ли создать клеточные мембраны из небиологического строительного материала? Вспомним, что мембраны обеспечивают компартментализацию, а это важная черта живой материи. С одной стороны, они создают физические границы клетки, с другой – контролируют транспорт молекул внутрь и наружу клетки. Чтобы исследовать, какими могут быть необычные мембраны, биохимик Нил Деварадж и его коллеги из Калифорнийского университета в Сан-Диего ищут реакции, которые могут запустить формирование и размножение везикул. Они воспользовались преимуществами так называемой клик-химии – метода, удостоившегося Нобелевской премии. Клик-химия – это способ создания сложных химических веществ путем соединения маленьких элементов. Группа Девараджа при помощи этого метода соединила два одноцепочечных липида и создала двухцепочечный фосфолипид, очень похожий на двухцепочечные фосфолипиды, встречающиеся в живой материи в наши дни. Синтетические фосфолипиды складываются в двуслойные мембраны точно так же, как и природные фосфолипиды. Однако клеточный процесс фосфолипидного синтеза требует целого ряда сложных ферментов, тогда как клик-химия настолько проста и быстра, что не требует ферментов. Пожалуй, самое интересное в этих экспериментах (даже если это не относится к реальным предбиологическим условиям на какой-нибудь экзопланете) – то, что группа Девараджа сумела разработать для этой реакции катализатор, который катализирует даже собственный синтез. То есть эти искусственные мембраны могут расти и делиться неопределенно долго, играя роль небиологической мембранной системы для протоклеток, надо лишь поставлять им нужное сырье для синтеза.

Разумеется, еще интереснее вопрос о том, возможны ли модификации основных молекул биологии – ДНК и РНК. Изыскания в этой области мотивированы еще и тем, что благодаря нескольким десятилетиям экспериментов по агрессивному синтезу мы знаем, что существует множество вариантов ДНК и РНК, которые выглядят так, будто могут служить идеальными генетическими молекулами. Нельзя ли применить некоторые из них для создания искусственной жизни? Звучит как научная фантастика – однако в лаборатории Шостака полным ходом идет работа над синтетической генетической системой на основе вариации структуры ДНК, которая, в сущности, даже улучшит ее способность к самокопированию! Шостак с коллегами взяли для этого молекулу под названием фосфорамидная ДНК с такой же химической структурой, как у ДНК, за исключением того, что атом кислорода в определенной позиции каждого сахарного компонента замещен атомом азота. В результате модифицированные нуклеотиды гораздо более реакционноспособны, и копировать молекулы в этой химической системе проще – можно обойтись и без ферментов. Следует отметить, что группа Шостака пока не смогла полностью реплицировать короткие одиночные цепочки своей синтетической ДНК, но тем не менее участники проекта убеждены, что вот-вот настанет момент, когда они смогут сконструировать живые клетки из генетического материала, отличающегося от стандартных ДНК и РНК. Следовательно, если мы найдем инопланетную жизнь, которая строится на ДНК такого же или похожего типа, это определенно будет интересно, однако наши нынешние знания не позволяют полностью исключить, что подобная жизнь могла возникнуть естественным путем.

Все эти примеры не очень далеко ушли от земной биологии. Это заставляет задать вопрос, возможна ли жизнь на основе совсем иной биохимии. Иначе говоря, нам хотелось бы знать, способны ли мы, какой-то другой разумный вид или сама природа создать что-то совсем не похожее на жизнь в привычном для нас виде. Для ученых это невероятно соблазнительная, пусть и трудная задача, заслуга решить которую будет принадлежать химикам ближайшего столетия. Открытие многочисленных озер жидкого метана и этана на поверхности Титана, спутника Сатурна (мы говорили об этом в главе 8), вдохновила исследования в этом направлении. Однако ученые, понимая, как сложно работать с жидким метаном в лаборатории, переключились на другие неполярные органические растворители, в том числе на углеводород декан (состоящий из 10 атомов углерода и 22 атомов водорода). Более того, еще в 1991 году химик Хиронобу Куниеда из Йокогамского национального университета и его коллеги сумели создать в декане везикулы с вывернутой наизнанку мембраной. Говоря «наизнанку», мы имеем в виду, что в мембранах Куниеды полярные части липидов были внутри, а гидрофобные (водоотталкивающие) части были обращены наружу, в растворитель (тоже гидрофобный). Интересно, что везикулы Куниеды, хотя и были вывернуты наизнанку и состояли из совсем других молекул, выглядели точь-в-точь как нормальные везикулы в привычной нам живой материи. Это, естественно, заставляет задаться вопросом, нельзя ли создать генетические полимеры, чтобы заместить ДНК и РНК в таких неполярных растворителях. Ответа на этот вопрос мы пока не знаем, но некоторые исследователи не нашли в себе сил противиться искушению придумать и создать такой генетический материал. Поэтому работа в этом направлении вовсю ведется, что неудивительно.

Это опять же заставляет задуматься о жизни на холодном Титане – о существах, возможно, резвящихся в озерах из жидкого метана и этана. Однако, как мы уже отметили в главе 8, при всей соблазнительности этой идеи жидкий метан и этан – настолько плохие растворители, что в таких суровых условиях невозможны никакие сложные химические реакции. Поэтому пока что приходится признать, что представления о таких экзотических существах на Титане должны оставаться уделом научной фантастики.

Тем не менее сама мысль, что альтернативные формы жизни могут возникать не в воде, а в каких-то других растворителях, продолжает занимать ученых. Химик Стивен Беннер и его коллеги из Флоридского университета всесторонне обсудили эту возможность в статье, вышедшей еще в 2004 году. Они заключили, пусть и спекулятивно, что жизнь «может существовать в широком диапазоне сред, в том числе и в безводных растворяющих системах при низкой температуре». Среди других потенциальных растворителей, которые исследователи рассматривали в течение последних десятилетий, видное место занимает аммиак (атом азота, связанный с тремя атомами водорода). А поскольку аммиак, как и вода, в космосе присутствует в изобилии, о вероятности существования внеземной жизни, для которой аммиак служит растворителем, первым заговорил еще в 1954 году британский генетик Дж. Б. С. Холдейн. Аммиак, как и вода, растворяет многие органические молекулы. Вдобавок он растворяет и довольно много металлов. Однако способность аммиака обеспечивать достаточную концентрацию предбиологических молекул и удерживать их вместе, чтобы запускать синтез самовоспроизводящихся молекул, остается сомнительной.

В перечень других потенциальных растворителей входит, например, сероводород (два атома водорода, связанные с одним атомом серы), по химическим свойствам очень похожий на воду (хоть и печально знаменитый своим отвратительным запахом тухлых яиц). Его много в областях вулканической активности, например на Ио, спутнике Юпитера. Однако у сероводорода как растворителя при синтезе живой материи есть существенный недостаток – он остается жидким лишь в сравнительно узком диапазоне температур, от –85 °С до –60 °С, хотя при высоком давлении этот диапазон несколько расширяется.

Предположительное обнаружение фосфина в венерианской атмосфере, упоминавшееся в главе 7, возродило интерес к вероятности, что в венерианских облаках есть жизнь. Как и следовало ожидать, раз эти облака состоят в основном из серной кислоты, возникает вопрос, не может ли она служить растворителем для молекул живой материи. Главная беда в том, что серная кислота – мощный обезвоживающий агент, способный извлекать воду из химической структуры многих соединений. Например, если добавить концентрированную серную кислоту к смеси распространенных сахаров, получишь дымящуюся горку почернелых отходов. Тем не менее биохимик из Массачусетского технологического института Уильям Бейнс и его коллеги изучили вопрос о том, могла ли жизнь эволюционировать и адаптироваться к серной кислоте как к растворителю. В апреле 2021 года они опубликовали статью, где для примера разбирали облака на Венере. Как ни странно, эти ученые пришли к выводу, что микробы могли бы адаптироваться к концентрированной серной кислоте как к растворителю, однако нужно провести дополнительные исследования, чтобы понять, могла ли жизнь зародиться в таком растворителе, и если да, как это произошло.

Поскольку одна из важнейших черт дарвиновской эволюции – информационная система, некоторые группы ученых понемногу приближаются к созданию новых материалов, способных хранить и передавать информацию посредством репликации. Пока что объем информации, хранящейся в последовательностях таких инновационных полимеров, очень мал, но занятие это крайне перспективное, и все основы для него закладываются прямо в наши дни. Когда-нибудь дизайн альтернативных ДНК станет делом настолько обычным, что превратится в задачу для лабораторной работы в старших классах школы, – точно так же, как игры и манипуляции с ДНК и редактированием геномов превращаются из достижений, достойных Нобелевской премии, в обычные школьные задания и любимое хобби биохакеров.

Тогда возникает вопрос, что можно сделать, помимо химических замещений в ДНК и РНК, если мы хотим придумать альтернативы жизни в привычном нам виде. Например, жизнь на основе кремния вместо углерода – идея старая, ее впервые выдвинул в 1891 году немецкий астроном Юлиус Шайнер. Ее много обсуждали, поскольку кремний находится в таблице Менделеева в той же группе, что и углерод, и в их химических свойствах много общего. При этом довольно ограниченное разнообразие химических реакций с участием кремния говорит многим ученым, что создать биологическую жизнь на основе кремния сложно или даже невозможно (эту мысль Карл Саган называл «углеродным шовинизмом»). Астробиологи из Массачусетского технологического института Януш Петковски, Уильям Бейнс и Сара Сигер провели в 2020 году всестороннюю оценку возможности биохимии на основе кремния. В целом они обнаружили, что «формирование многих важнейших биологических функциональных групп на основе кремния значительно менее вероятно, чем их углеродных аналогов». Из этого ученые сделали вывод, что «углеродная химия – химия жизни, тогда как кремниевая химия – химия камней».

Совершенно иное исследование провела группа астробиологов из Аризонского университета в 2022 году. Ученые рассмотрели более общее понятие биохимической универсальности. На основании геномных баз данных они исследовали ферментный состав бактерий, архей и эукариотов, таким образом, охватив практически всю земную биохимию. Это позволило исследователям выявить статистические закономерности биохимического функционирования белков, не зависимого от химии тех веществ, которые можно обнаружить на Земле. В принципе, их находки проливают некоторый свет на возможность зарождения жизни в инопланетных условиях или на создание синтетической жизни, но пока эти результаты вряд ли применимы на практике.

Что же из этого следует? Существует обширное неисследованное поле химических веществ и реакций, которые потенциально могут привести к созданию искусственных форм жизни, которые будут основаны на химии, но не могли бы ни при каких условиях возникнуть спонтанно в природе – ни на Земле, ни на другой планете. Создание таких живых существ – увлекательная научная задача, однако бытует опасение, что мы рискуем утратить контроль над такой искусственной жизнью, и это чревато мировой катастрофой. Но ведь любые искусственные формы жизни будут зависеть от химически синтезированных «питательных веществ», которые в природе не встречаются, а следовательно, примитивная искусственная жизнь не сможет выйти за пределы лаборатории, в которой ее создали. Пожалуй, удачно, что создать искусственных живых существ с иной биохимией, которые могли бы независимо жить в природе, настолько сложнее, что в обозримом будущем это останется уделом научной фантастики. Если когда-нибудь в ходе какой-то космической миссии мы все же откроем такие незаурядные варианты живой материи, мы будем знать, что они не возникли сами, а созданы искусственно.

Однако существует и другая ветвь жизни, пока непривычной для нас, – жизнь, не основанная на биохимии. Существование жизни такого типа зависит от ответов на следующие вопросы: станет ли искусственный интеллект (ИИ) доминирующей формой жизни на Земле, как предсказывают некоторые сторонники компьютерного будущего? А если станет, не стоит ли считать, что именно таковы доминирующие «разумные» виды в галактике Млечный Путь? На сегодняшний день мы не можем ответить на эти вопросы. Однако нам известно, что культурная и технологическая эволюция на Земле далеко опередила биологическую, хотя и та не остановилась. А это наталкивает многих на размышления о том, не заменит ли нас в будущем ИИ.

В частности, одно из самых любопытных неизвестных в этом уравнении – сознание. Философы, психологи, нейрофизиологи и специалисты по информационным технологиям годами жарко спорят о том, можно ли сказать, что сознание – свойство лишь одного типа органического мозга, как, скажем, у человека и других приматов. В принципе, неважно, на чем основана электроника мозга – на биологических нейронах или рукотворных кремниевых микросхемах. Гораздо важнее «устройство» мозга, природа его взаимосвязей и способность воспринимать себя и следить за своей деятельностью, а также пути изучения внешнего мира, а главное – других разумных существ, наделенных самосознанием. Но пока что мы просто не знаем, наделен ли самосознанием электронный разум, даже если его интеллект чем-то превосходит человеческий – например, объемом памяти и быстродействием. Мы не знаем, будет ли у него «подлинная личность» или просто способность имитировать все что угодно, будет ли у него внутренняя жизнь. Но, пожалуй, главное – на сегодня мы не знаем, можно ли считать сознание эмерджентным свойством[47], которое рано или поздно обязательно появится у любого достаточно сложного многокомпонентного компьютера. Специалист по информационным технологиям Эдсгер В. Дейкстра, как известно, сказал, что это вопрос чисто семантический и не имеет отношения к делу – все равно что спрашивать, умеют ли плавать подводные лодки, которые мы строим. Должны признаться, что нам, авторам, этот вопрос не кажется чисто семантическим. Если машины способны лишь воспроизводить те аспекты человеческого интеллекта, которые отвечают за математические или статистические выкладки, оставляя в стороне всевозможные проявления человеческих эмоций и поведения, пожалуй, не стоит приписывать их опыту ту же ценность, что и нашему собственному. В этом случае постчеловеческое будущее будет довольно пустым – и да, бесчеловечным. Если, с другой стороны, компьютеры обретут настоящее сознание, нам придется смириться с тем, что их будущая гегемония и здесь, и повсюду в космосе – естественное следствие эволюции в ее более широком смысле. Однако стоит учесть, что даже если ИИ обретет сознание, это может сильнейшим образом повлиять на будущую культурную эволюцию жизни. Точно так же, как СМИ уже оказывают значительное воздействие на общество, поскольку в их власти оказались и смыслы, и применение языка, ИИ в будущем, вероятно, станет управлять нарративом глобальной коммуникации (на каком-то уровне).

Жизнь на основе ИИ будет отличаться от привычной нам жизни во многих отношениях – и даже с точки зрения того, какие методы нам следует применять при поисках подобных живых существ. В главах 5 и 6 мы видели, что органические существа, скорее всего, нуждаются в подходящих условиях на поверхности планеты, где жизнь может возникать в результате химических реакций и затем эволюционировать. Но если постлюди перейдут к полностью неорганическому разуму, им для выживания не потребуются ни теплые озерца, ни атмосфера. Возможно, они даже предпочтут среду с нулевой гравитацией (то есть космос), особенно если заинтересованы в строительстве артефактов большого размера. Поэтому поиски таких разумных существ на «обитаемых» экзопланетах, вероятно, пустая трата времени. Возможно, небиологический мозг обретает способности, которых людям даже не вообразить, где-то в глубинах космоса.

Понятно, что размер и вычислительная мощность органического мозга ограничена и химией, и метаболизмом, и энергетическим балансом. Вероятно, мы уже близки к пределу. Однако на электронные искусственные разумные машины эти ограничения не распространяются, а тем более, по-видимому, на квантовые компьютеры. Поэтому при любом определении мышления, осознанности и сознания не приходится сомневаться, что какой бы емкости, мощности и оперативности ни достиг органический мозг человеческого типа, он сокрушительно проиграет феноменальным мыслительным способностям машин типа ИИ.

Итог этого краткого обсуждения – признание, что знакомое нам доминирование биологического разума, вероятно, окажется относительно краткой и временной фазой в эволюции сложных существ. Более длительной и непривычной для нас фазой может стать доминирование существ, которые появятся в будущем благодаря машинному обучению. К этому мы еще вернемся в главе 12, когда будем говорить о поиске разумных цивилизаций.