дарвиновский процесс приводит к фиксированной взаимозависимости компонентов. Представим себе арку из камней, построенную без помощи цемента:
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 —
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].
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.
В вопросе «генов» мы также порой склонны мыслить слишком узко. Возможно, мы полагаем, что гены всегда должны представлять собой молекулы типа ДНК (или РНК). Пока никому не удалось создать иной органический полимер, способный воспроизводить более или менее значимый объем информации. Очевидно, это трудная задача. Однако органические молекулы — не единственные возможные хранилища воспроизводимой информации, которые могут существовать в природе.
7.3. Экзотические генетические материалы и генетический захват
Если мы попытаемся заглянуть в эпоху, предшествующую самому первому общему предку, и увидеть начало биоэволюционного процесса, происходившего на земле, едва ли носитель самой первой наследственной информации будет сильно напоминать ДНК. Маловероятно, чтобы молекулы ДНК или РНК возникали на земле, где еще не существовало жизни[42]. Их нуклеотиды чересчур сложны, а сами нуклеиновые кислоты слишком хрупки и зависимы от вспомогательных систем: они могут быть только
Возможно, найти решение этой проблемы поможет нам аналогия с аркой. Говоря точнее, нам поможет понятие «генетического захвата». Это теоретическая схема ранней эволюции — эволюции самого центрального контролирующего механизма. В качестве простейшей его формы вообразим первый генетический материал, например минерал, способный существовать в неэволюционирующей окружающей среде. Далее он заменяется другим, более эффективным материалом (например, РНК). Этот следующий материал слишком сложен, чтобы начинать существование на примитивной земле «с чистого листа»: он становится возможен лишь в эволюционировавшей микро–среде (фенотипе), сформированной изначальными генами. Затем этот второй генетический материал постепенно вытесняет первый.
Генетический захват можно в определенной степени сравнить с тем, как в цивилизации одна технология вытесняет другую: например, для письма начинает использоваться не авторучка, а текст– процессор, лошадь заменяется двигателем внутреннего сгорания — таких примеров можно подобрать множество. Подобные замены могут быть постепенными: имеющаяся технология постепенно развивается,
