Чим живе відрізняється від неживого
Перш ніж обговорювати питання про походження земного життя, слід було б, звичайно, спробувати відповісти на запитання: Що таке Життя?
В одному з вчених трактатів я прочитав приблизно таке визначення: життя є формою існування матерії, що має здатність до метаболізму та редуплікації. У кількох інших творах йшлося і про те, що однією з найважливіших особливостей живого організму є його прагнення забезпечити власний гомеостазис, тобто свою цілісність та стабільність. Існують і інші спроби дати визначення цього загадкового явища.
Отже, феномен, який ми називаємо ЖИТТЯМ, зазвичай пов'язують із присутністю трьох властивостей, що характеризують цю форму існування матерії:
• метаболізм, тобто здатність поглинати та обмінюватися із зовнішнім середовищем енергією та матерією;
• редуплікація, т. е. здатність самовідтворення тієї чи іншої організму чи системи організмів;
• прагнення збереження гомеостазиса, т. е. забезпечення здатності формувати петлі зворотний зв'язок, які випливають безпосередньо із закону збереження речовини.
Хоча це явно і не формулювалося вченими, але до порівняно недавнього часу передбачалося, що тільки жива речовина здатна в сукупності мати три згадані властивості. Іншими словами, вважалося, що ці властивості є не тільки необхідними (що не викликає сумніву - вони дійсно притаманні будь-якій речовині, яку ми інтуїтивно вважаємо живою),
а й достатніми для ідентифікації досліджуваного об'єкта як живого організму чи продукту його життєдіяльності.
Однак, за останні десятиліття в ці уявлення було внесено дуже суттєві корективи. У 60-ті та70-ті роки з'явилася серія робіт М. Ейгена, у сукупності удостоєних Нобелівської премії, в яких було показано, що такий явно не живий об'єкт, як біологічні макромолекули, має здатність до метаболізму. Більше того, Ейген встановив наявність у таких макромолекул також здатність до редуплікації. Після цих відкриттів стало очевидним, що метаболізм і редуплікація зовсім не є властивостями, властивими тільки живій речовині, і що ці властивості не достатні для того, щоб виділити живу речовину зі світу відсталої матерії.
Багато хто, в тому числі я, вважав, що винятковою властивістю живого залишалося тільки його прагнення зберегти свою цілісність. Але в 1991 році я запропонував модель систем неживих елементів, здатних формувати петлі зворотного зв'язку і зберігати свою цілісність*.
Наведені міркування у певному сенсі замикають картину: ні метаболізм, ні редуплікація, ні механізм зворотних зв'язків є прерогативою лише живої речовини. Вони — лише властивості, притаманні кожному живому, і необхідні його функціонування. Але їх наявності недостатньо для ідентифікації ЖИТТЯ.
Але, виявляється, існує ще одна дивовижна властивість, якою володіє жива речовина. У
На початку 40-х років минулого століття Луї Пастер виявив, що будь-яка жива речовина і багато продуктів її життєдіяльності мають здатність поляризувати світло. Ще через 30 років П'єр Кюрі пояснив причини цього явища: атоми в молекулах живої речовини розташовані у порядку, вони утворюють певну структуру. Втім, це знали і до Кюрі, але саме він встановив, що атоми в молекулах, що мають однакові хімічні властивості, можуть представляти дві різні структури, що різняться між собою, як дзеркальнівідображення один одного. Іншими словами, молекули можуть бути якправими, так ілівими, хоча у всіх інших відносинах вони невиразні. Входити до складу живого (або засвоюватися живим організмом) можуть лише речовини, що мають цілком певний тип симетрії. Наприклад, молекули амінокислот можуть бути лише лівими, а молекули цукрорів — лише правими. Ця властивість одержала назву дисиметрії. Що ж до закісної речовини, то вона має властивістьхіралъності.Лівітаправімолекули змішані в ньому приблизно в рівній пропорції, завдяки чому воно і не поляризує світло.
Встановлені таким чином факти отримали назву Закон Пастера-Кюрі, який носить фундаментальний характер і має величезне не тільки пізнавальне, але і методологічне значення. Хоча відповідати на питання про те, що таке ЖИТТЯ, ми поки що не вміємо і не можемо дати визначення феномена життя, але ми знаємо, що всі ті речовини, які не поляризують світло, не можуть бути живими. Зворотного твердження ми зробити не можемо, оскільки існує безліч свідомо неживих об'єктів у світі косної речовини, які теж поляризують світло. Приклад тому кристали.
Ми можемо також намітити межу, що відокремлює живу речовину від косної, яка дозволяє побачити різницю між цими двома формами матерії. Але чітко окреслити цей кордон ми не можемо. А ось жива речовиназавждирозрізняє нерозрізні за своїми хімічними властивостямиправіілівімолекули, хоча й не володіє, на відміну від фізика, електронним мікроскопом та іншою сучасною оптичною та рентгенівської технікою. Якимось незбагненним для людей чином жива речовина отримує інформацію про природу молекул, з якими вона взаємодіє. І не тількирозрізняє, а й розпоряджається цією інформацією по незрозумілим намправилам. Вона якимось способом здійснює вибір між живим і неживим, відбраковує молекули, які не мають потрібної структури.
Закон Пастера-Кюрідозволяє зробити ще один найважливіший висновок. Сьогодні в руках вчених є чимало речовини космічного походження. Це залишки метеоритів і кілька місячного грунту. Так от, - вся ця речовина не має будь-яких ознакдисиметрії,вона не поляризує світло. Значення такого факту важко переоцінити. Він дозволяє зробити висновок про те, що в ближньому до Землі космосі немає живої речовини або речовини, що є результатом життєдіяльності. Ця обставина одна із найважливіших аргументів на користь гіпотези у тому, що земне життя має земне походження. Але якщо прийняти цю, на мій погляд, вельми правдоподібну гіпотезу, то ми прийдемо в суперечність з іншим найважливішим науковим становищем - принципом Пастера-Редді, який говорить, що все живе походить тільки від живого>. Цей прин-
цип, який як припущення висловив Редді ще в середні віки, і пізніше експериментально підтвердив Пастер, що принесло йому світову славу - одне з важливих емпіричних узагальнень раціоналістичної думки. Ми не знаємо прикладів, які могли б поставити під сумнів справедливість цього висновку.
Вихід із цієї суперечності можна визначити, якщо припустити, що ЖИТТЯ виникло в той час, коли умови на планеті були іншими, ніж зараз. У такому разі принцип Пастера-Редді слід уточнити, переформулювавши його таким чином: Все живе у сучасних умовах походить від живого. Наводячи ці міркування, я відчуваю певнунезручність, бо розумію, наскільки хитки аргументи на користь запропонованої мною гіпотези. І все ж я ризикую висловити її, бо вона не суперечить емпіричним даним, хоча і не випливає з них.
Перша фундаментальна
Біфуркація в історії Землі
Виникнення життя мені видається грандіозною біфуркацією, тобто кардинальною перебудовою структури процесу земної еволюції (а можливо, і Універсуму). В результаті з'явилося нове русло еволюційного розвитку та нова форма організації матеріального світу із новою системою принципів відбору. Але, як і будь-яка реальна біфуркація, вона відбувалася не миттєво, а мала деяку протяжність у часі. Це був також динамічний процес, що проходив набагато швидше тих, які передували біфуркації, і тому чітко відрізнити передбіфуркаційний стан від постбіфуркаційного не можна в принципі.
Ось чому, прийнявши припущення про те, що феномен життя є результатом світового еволюційного процесу, ми повинні припустити, що і чіткої межі, що відокремлює світ живого від світу відсталої матерії, немає. Перехідні форми існували, але як і при всякому бифуркационном переході, вони були вкрай нестійкі і дуже швидко зникли. Тому ми нічого не можемо про них сказати. І тільки відійшовши від якогось міфічного кордону, можна встановити появу якісно новогоканалусвітової еволюції, пов'язаного з цілепокладанням та визначальною роллю інформаційних процесів.
Але існує якась розмита межа між тим, що відноситься до світу живого, і світом відсталої матерії. У живій речовині діють якісь механізми, які дозволяють живій речовині за якимись невідомими нам ознаками відрізняти живе від неживого. Я згоден з Е. Шредінгером, який вважає, щонездатність сучасної фізики та хімії пояснити такі явища не дає жодних підстав сумніватися в тому, що вони можуть бути пояснені цими законами. Очевидно, деталі процесу життєдіяльності дійсно можуть бути описані мовою фізики та хімії, але відповісти на питання про те, що таке ЖИТТЯ, чому все відбувається так, а не інакше, спираючись лише на закони фізики та хімії, наука навряд чи коли- небудь зможе. У всякому разі, важко очікувати, що це буде зроблено в найближчі десятиліття. А, можливо, цього в принципі зробити неможливо на базі сучасної фізики.
І все ж, я думаю, що тонкий механізм, здатний відрізнити один тип симетрії молекул від інших
* Шредінгер Е. Що таке життя з погляду фізики. М: Вид-во іноземної літератури, 1947. С.14.
гого, буде одного разу виявлено фізиками та біологами та пояснено законами фізики та хімії. Але цих законів не зводиться, хоча, зрозуміло, їм і суперечить те що, що з типів симетрії відкидається живим, які стосуються іншого типу. Можливість пояснення принципу дії цього механізму, мабуть, лежить за обрієм наукового передбачення.