Информация и возникновение жизни

Информация и возникновение жизни

Уолтер Л. Брэдли, Тэкстон

Глава из книги «ГИПОТЕЗА ТВОРЕНИЯ. Научные свидетельства в пользу Ра­зумного Создателя» / Под ред. Дж. П. Морлэнда — Симферополь, 2000. — 336 с.

В 1950 году в Чикагском университете Нобелевский лауреат Гарольд Юри читал курс лекций о происхождении Солнечной сис­темы. Двадцатидвухлетний Стэнли Миллер, студент старшего кур­са, исправно посещал его лекции. Помимо всего прочего, Юри за­метил, что было бы интересно искусственно воссоздать атмосфе­ру ранней Земли, а затем пропустить через нее электрический раз­ряд. Собственно говоря, Юри ссылался на гипотезу, которую в 1924 году выдвинул Опарин, именно так представлявший себе развитие живых систем.1 Миллер был в восторге от этой идеи и впослед­ствии сделался знаменитым благодаря одному-единственному простому опыту, который, как казалось в те времена, разрешил величайшую из всех проблем, над какими ученым доводилось ло­мать голову. Поместив аммиак, метан и водород в герметичный стеклянный прибор с кипящей водой и подвергнув смесь воздей­ствию искровых электрических разрядов, Миллер через несколько дней заметил, что и в воде, и на стекле появилась вязкая краснова­тая масса. Проведя её химический анализ, Миллер к своему вос­торгу обнаружил, что эта субстанция содержит аминокислоты - строительный материал, из которого состоят белки, основа живой материи. Результаты эксперимента, которые Миллер опубликовал в скромной, всего на две странички, статье в журнале "Science",1 произвели сенсацию, — казалось, наконец-то найдено безусловное доказательство того, что жизнь могла зародиться вследствие про­стейших химических реакций в «первичном бульоне».

Эксперимент Миллера был с огромным энтузиазмом принят и научным сообществом, и широкой публикой. Карл Саган, астро­ном, возглавляющий программу поисков внеземной жизни, назвал эксперимент «единственным, но самым значительным шагом к убеждению множества ученых в том, что жизнь на Земле — от­нюдь не единственная в космосе».3 По словам химика Уильяма Дея (William Day), это был «эксперимент, который расчистил зава­лы» и продемонстрировал, что первый шаг в зарождении жизни

был не случаен, но неизбежен.4 В 1959 году в Чикаго, накануне торжественного празднования столетнего юбилея «Происхожде­ния видов» Дарвина, астроном Харлоу Шегши (Harlow Shapley) в своём выступлении по телевидению сказал, что эксперимент Мил­лера «убеждает нас в том, о чем мы давно догадывались: человек может перекинуть мост от неживого к живому, и появление жиз­ни — это, по сути, автоматический биохимический процесс, возни­кающий естественным образом при определенных физических ус­ловиях».5 Собственно, можно сказать, что эксперименты Миллера породили неовитализм, теорию о стремлении к самоорганизации, которое якобы заложено в материи.6 Тема биохимической предоп­ределенности попала даже на страницы учебников,7 а этапы эво­люции, аналогичные схеме на рисунке 5.1, стали восприниматься как нечто само собой разумеющееся.

Ретроспективный анализ исследований происхождения жизни

Увы, восторги ученых мужей на поверку оказались скороспе­лыми. Через сорок лет Миллер, будучи уже преподавателем хи­мии в университете штата Калифорния в Сан-Диего, сказал (как цитирует "Scientific American "): «Вопрос о происхождении жизни оказался намного сложнее, чем я, да, собственно, и большинство остальных людей, мог себе представить».8

Нельзя сказать, что с 1953 года не наблюдалось никакого про­гресса. За те сорок лет, что прошли после первых экспериментов Миллера, было проведено множество схожих и производных опы­тов, которые, как считалось, должны были определить, сколько имен­но «молекулярных кирпичиков» — мономеров, из которых состоят ДНК {дезоксирибонуклеиновой кислоты) и РНК (рибонуклеиновой кисло­ты), а также белков могло образоваться в пребиотических услови­ях. Такие органические составляющие могли бы впоследствии скап­ливаться в различных водоемах, в «маленьких теплых лужицах», как выразился однажды в письме Чарльз Дарвин. С. У Фокс, К. Дозе (К. Dose)9 и другие ученые в 1960-е и 70-е годы неоднократно пока­зывали, каким образом подобные «кирпичики» могли бы соединить­ся в биополимерные прототипы современных биологических макро­молекул, таких, как белки и ДНК. Эксперименты начала 80-х, каза­лось, завершили картину, продемонстрировав, что РНК, возможно, способна воспроизводить копии собственной молекулы без помощи ферментов. Это важное открытие, за которое , профессор университета штата Колорадо, получил Нобелевскую премию, пред­полагало возможность существования первичной жизни, состоящей из РНК, и первобытного «мира РНК». Такая форма жизни могла бы стать мостиком между простейшими химическими мономерами - аминокислотами и сахарами, и основанными на ДНК сложнейшими клетками современных организмов.10

В то время как в учебниках в качестве хрестоматийных приме­ров приводились эксперименты Миллера, демонстрирующие абио­тический синтез мономеров для биополимеров и существование «мира РНК» — переходного периода от этих мономеров к основан­ным на ДНК клеткам, — новые исследования 80-х годов всерьез поколебали достоверность того и другого. Выяснилось, что в тех условиях, которые якобы господствовали на Земле в период за­рождения жизни, синтез РНК был бы крайне затруднителен." Бо­лее того, было установлено, что РНК не может попросту воспро­изводить копии собственных молекул, как считалось поначалу.12 В довершение всего, даже плодотворные эксперименты Миллера перестали считаться непогрешимыми, поскольку физики, изучаю­щие атмосферу, пришли к выводу, что атмосфера ранней Земли никогда не содержала значительных количеств аммиака, метана и водорода.13 К тому же, исследования лунных кратеров показали, что молодая Земля постоянно подвергалась сокрушительным бом­бардировкам огромными метеоритами и кометами. Маккей (Christopher P. McKay), специалист исследовательского центра Эймс, НАСА, писал по этому поводу в "Scientific American ": «Похоже, что жизнь зародилась не в теплой лужице, а в бушую­щем урагане».14

Так каков же научный смысл исследований, проводившихся в течение последних сорока лет? Клаус Дозе (Институт биохимии в Майнце, Германия) считает, что общие усилия ученых «скорей при­вели к ясному пониманию неисчерпаемости вопроса о возникнове­нии жизни на Земле, чем дали ответ на него. В настоящее время любое обсуждение основных теорий или экспериментов в этой об­ласти либо заходит в тупик, либо заканчивается признанием учё­ных в собственном бессилии».15

Обзор главы

В этой главе мы ставим перед собой тройную цель: 1) познако­мить читателя с современной теорией возникновения жизни из «пер­вичного бульона», основанной на гипотезе Опарина; 2) критически рассмотреть эту теорию в свете как актуальных методологичес­ких, так и общепризнанных теоретических проблем; 3) обсудить альтернативные гипотезы, включая теорию разумного замысла, возникшие в ответ на множество, по-видимому, неразрешимых воп­росов, порождённых теорией «первичного бульона». Для начала мы определим, что мы подразумеваем под необходимыми условиями существования живых систем. Затем рассмотрим связь биологи­ческих функций и трехмерной структуры молекулы. Далее пока­жем, что трехмерная структура молекулы, определяющая функ­ции биополимеров, зависит от особого расположения различных мо­лекулярных компонентов этих биополимеров. Таким образом, чита­тель получит концептуальное представление о загадке возникнове­ния жизни, в основе которой лежит биологическая информация.

Затем мы представим гипотезу Опарина о возникновении жиз­ни на Земле, определившую направление большинства исследова­ний в этой области. Мы рассмотрим этапы развития жизни, имев­шие место согласно этой теории, которую иногда называют теори­ей «первичного бульона» (см. рисунок 5.1). Каждая стрелка на этом рисунке представляет собой важный этап: 1) образование компо­нентов биологических молекул из атмосферы ранней Земли; 2) объединение этих компонентов в различные биополимеры, и 3) орга­низация этих биополимеров в первые клетки, обычно называемые протобионтами, протоклетками или коацерватами. Мы не станем рассматривать в этой главе их последующее развитие в прогеноты (первые формы современной жизни) и дальнейшее возникновение архебактерий, эубактерий и эукариот — предполагаемых предше­ственников растительного и животного царств.

И, наконец, мы рассмотрим возможные альтернативы гипотезе Опарина о «первичном бульоне», в том числе и теорию разумного замысла. Стоит заметить, что утверждение о естественных при­чинах как вероятном источнике возникновения жизни (а это точка зрения большинства исследователей происхождения жизни) ещё не означает натурализма. Никто не может доказать на практике, что за «естественными» процессами не стоит некая высшая сила или разум (Бог?), управляющая ими. Собственно, именно в это ве­рит большинство христиан. А это значит, что мы не можем полу­чить метафизические выводы натурализма из опыта. Ян Барбур утверждал: «Натуралистическая теория все еще жива, но уже оче­видно, что ее стоит рассматривать как философскую точку зре­ния, а не как научное заключение».16 Аналогично, если кто-то опыт­ным путем делает вывод о том, что разум есть причина возникно­вения жизни, это не обязательно ведёт к заключению о сверхъес­тественном зарождении жизни. С помощью опыта невозможно оп­ределить, находится ли предполагаемая разумная причина в пре­делах Вселенной (натурализм) или вне её. Это ещё одно умозак­лючение, не основанное на опыте.

Проблема возникновения жизни

Принято считать, что живые системы отличаются от неживых не столько уникальным химическим составом (который в основ­ном включает широко распространенные элементы, такие, как уг­лерод, азот, кислород, водород), сколько сложной упорядоченнос­тью, определяющей уникальные биологические функции. Живые системы отличаются от неживых способностью к переработке энергии, хранению информации и самовоспроизведению.17 Приня­то считать, что самая первая живая система была много проще, чем простейшая из современных живых систем — бактерия; но, тем не менее, для обеспечения этих трёх функций необходим опре­делённый базовый уровень сложности. Кроме того, недопустимы простые аналогии между биологической эволюцией, основанной на естественном отборе, и химической эволюцией, поскольку есте­ственный отбор в биологической эволюции предполагает участие систем, способных к воспроизведению. Вопрос о возникновении жизни — это вопрос о появлении именно таких систем. Эту пробле­му очень убедительно сформулировал Берталанфи: «Отбор, то есть выживание «наиболее приспособленных» предвестников жизни, сам по себе уже предполагает существование автономных, сложных, открытых систем, способных к соперничеству; следовательно, от­бор никак не может объяснить возникновение таких систем».18

На рисунке 5.2 наглядно показано взаимоотношение биологи­ческой активности и молекулярной структуры на примере молеку­лы белка, действующей как катализатор. В водном растворе хи­мическая реакция молекулы АТФ и глюкозы (сахар) протекает очень медленно: маловероятно, что две молекулы смогут удержи­ваться в нужном положении достаточно долго для того, чтобы могла произойти химическая реакция. Однако в присутствии молекулы белка-катализатора АТФ и глюкоза присоединяются к катализато­ру таким образом, что устанавливается их особое взаимное поло­жение, и дальнейшая реакция между глюкозой и АТФ протекает очень быстро. В результате скорость химической реакции возрас­тает в 10 миллионов раз.

Катализаторы такого рода регулируют химические реакции во всех живых организмах. Из рисунка 5.2 становится ясно, что именно строго определённое трехмерное строение и химический состав поверхности молекулы катализатора обеспечивают столь значи­тельное ускорение химической реакции между АТФ и глюкозой.

В наши дни известно, что трёхмерное строение определяется как последовательностью, в которой расположены звенья цепи полиме­ра (в данном случае — белка), так и природой химических связей между этими звеньями.19 На рисунке 5.3 представлена молекула белка. Она представляет собой последовательность L-аминокислот (их существует 20 видов), особым образом соединенных между со­бой пептидными связями. И хотя для поддержания трёхмерной струк­туры не обязательно, чтобы все аминокислоты в цепи находились на своих местах, около половины таких участков имеют строгий поря­док аминокислот. Если в каком-то из этих так называемых «актив­ных участков» находится «неправильная» аминокислота, это может повлечь за собой самые трагические последствия. Так, причина сер-повидноклеточной анемии — сбой в одном-единственном активном участке цепи аминокислот, образующих молекулу гемоглобина.

Более того, образование трёхмерной структуры, происходящее после начальной полимеризации, возможно при наличии только оп­ределенных видов химических связей. В частности, все аминокис­лоты должны быть соединены пептидными связями (как схемати­чески показано на рисунке 5.4). В экспериментах по воспроизве­дению добиологических условий такие связи удавалось получить лишь в половине случаев.

Наконец, аминокислоты бывают левосторонние и правосторон­ние (L-аминокислоты и D-аминокислоты), как указано на рисунке 5.5, но белки, обладающие биологической функцией, состоят толь­ко из L-кислот. L-аминокислоты и D-аминокислоты в природе встречаются одинаково часто, химические реакции у них протека­ют одинаково, и это — еще одна проблема, возникающая при синте­зе белков, обладающих каталитической активностью. Как и в слу­чае с пептидными связями, полимеризация только L-аминокислот в полипептидную цепь является, вероятно, необходимым условием формирования трехмерной структуры молекулы, которая обеспе­чивает каталитическую активность белка.

Схожая, но еще более серьёзная проблема связана с образовани­ем молекул ДНК и РНК, обладающих биологической функцией. Клю­чевой постулат в этом вопросе состоит в том, что биологическая функция неразрывно связана с особым, строго определённым рас­положением исходных звеньев в молекуле биополимера. Было пока­зано, что с помощью теории информации сложности этой молеку­лярной структуры можно придать и численное выражение.30 Таким образом, тайна возникновения жизни может в конечном итоге быть сведена к следующему вопросу: возможно ли образование молекул-носителей информации из простых исходных звеньев исключитель­но под действием потока энергии, проходящего через систему и, воз­можно, определенного отбора на молекулярном уровне?

В заключение следует сказать, что для выполнения биологи­ческой функции необходимы особые трёхмерные структуры, обра­зующиеся благодаря высоко специфическому молекулярному стро­ению, которое, в свою очередь, предполагает наличие молекул-но-сителеи информации. Вопрос о возникновении таких молекул прин­ципиален для понимания возникновения жизни.

Гипотеза Опарина

Публичная демонстрация классического опыта Луи Пастера в Париже, в Сорбонне, в 1864 году стала надгробным камнем на могиле теории о самозарождении жизни. Пастер смело заявил: «Доктрина самозарождения жизни никогда не оправится от смер­тельного удара, нанесенного этим простым опытом». Далее в той же работе он пишет: «Сегодня нам неизвестны обстоятельства, при которых можно было бы утверждать, что микроскопические существа появились на свет без участия неких зародышей, без родителей, которые их напоминают».31 Но даже тогда уже были причины полагать, что в общем и целом предсказанию Пастера не суждено сбыться. Теория эволюции, которую Дарвин опубликовал пятью годами раньше, в 1859 году, постепенно завоевывала все больше сторонников среди ученых. Если первая клетка вследствие естественных процессов эволюционировала в разные виды существ и, в конечном итоге, в человека, то резонно было предположить, что когда-то у этой эволюции было естественное предисловие. В 1871 году в одном из писем Дарвин рассуждал о том, что в «теплой лужице химических веществ» солнечный свет мог вызвать реакции, необходимые для зарождения первого живого существа.22

Однако подробная гипотеза возникновения жизни была выдви­нута только полвека спустя. В знаменитой статье, опубликованной в 1924 году, русский биохимик заявил, что атмосфе­ра молодой Земли значительно отличалась от той, что окружает нас сегодня.23 В частности, он предположил, что она состояла из аммиака, метана, водорода с водяным паром, а кислород в ней отсутствовал. Далее Опарин выдвинул гипотезу, что под влиянием электрических разрядов в атмосфере и ультрафиолетового излуче­ния компоненты этой атмосферы вступали в химические реакции, в результате которых образовывались различные органические молекулы, в том числе аминокислоты, азотистые основания, саха­ра и липиды, необходимые для образования биополимеров. Он сде­лал вывод, что со временем этот процесс должен был привести к концентрации значительного количества этих веществ в океанах и озёрах, то есть к образованию пресловутого первичного бульона. Когда бульон достиг предельной концентрации, эти химические ком­поненты должны были вступить в реакцию, объединяясь в поли­меры (что означает много «меров», то есть молекулярных субъе­диниц). По прошествии длительного времени некоторые полимеры из первичного бульона, скорее всего, проявили бы биологическую активность, — по крайней мере, так утверждает теория. Согласно Опарину, полимеры стали скапливаться в клеткообразные систе­мы, получившие название «коацерваты» или «протоклетки», что постепенно привело к появлению клеток.

Гипотеза Опарина сильно подкосила доверие к эксперименту Па-стера, поскольку Опарин говорил не о внезапном самозарождении, а о постепенном возникновении жизни, которое происходило мил­лионы лет посредством небольших химических изменений. Конеч­но, простой, но от этого не менее замечательный эксперимент Па-стера не мог опровергнуть такую точку зрения. К тому же, в 1924 году теория Дарвина уже имела множество сторонников, и сход­ство этих двух теорий придавало теории Опарина еще больший вес.

Таким образом, гипотеза Опарина и сходные с ней идеи, выдви­нутые примерно в то же время английским химиком Дж. -дейном, обеспечили теоретическое обоснование и, по сути, опре­делили направление — более того, явились парадигмой — огромно­го количества исследований в области возникновения жизни, про­ведённых в XX веке. 24 Эксперименты Миллера в начале 1950-х годов, с описания которых мы начали эту главу, были первыми по­пытками проверить эту парадигму на практике. Рассмотрим эти эксперименты более подробно.

Синтез малых биологических молекул

В 1952 году Миллер, поддержав идею Гарольда Юри проверить гипотезу Опарина, наполнил соединенные между собой химические сосуды атмосферой молодой Земли по рецепту Опа­рина: смесью аммиака, метана, водорода и водяного пара. Затем в течение нескольких дней он пропускал через эту смесь электри­ческие разряды. Последующий анализ содержимого специальных ловушек, в которых скапливались и сохранялись продукты реак­ции, обрадовал не только экспериментатора: среди них содержа­лось небольшое количество (2%) молекул, входящих в состав био­полимеров, в частности, аминокислот.

В результате многочисленных последующих экспериментов по воссозданию атмосферы молодой Земли были получены 19 из 20 биологических аминокислот (не был получен только лизин25), все пять азотистых оснований ДНК и РНК и разнообразные жирные кислоты, входящие в состав клеточных мембран. Утверждения о том, что рибоза и дезоксирибоза, важные компоненты РНК и ДНК, тоже были синтезированы в подобных условиях, позже оказались ложными. В 1986 году на совещании Международного общества изучения возникновения жизни (TSSOL) в , выпускник Гарвардского университета, специалист в области хи­мии ДНК, работавший в университете штата Нью-Йорк, в своём блистательном выступлении доказал, что распространённые заяв­ления о синтезе рибозы и дезоксирибозы в экспериментах, подоб­ных опыту Миллера, на самом деле представляют собой ссылки на одну-единственную сомнительную работу. Впоследствии Ша­пиро показал, что синтез рибозы в условиях добиологической ат­мосферы в принципе невозможен. Позже работа Шапиро была опуб­ликована в книге «Возникновение жизни и эволюция биосфе­ры)}.26 Подобные факты отмечал и Дозе, включивший рибозу, де-зоксирибозу и реплицируемые олиго - и полинуклеотиды в список молекулярных компонентов, синтез которых представляет труд­ность.27 Хорган (Horgan) также отмечает, что РНК и ее составля­ющие очень сложно синтезировать в лаборатории даже в оптималь­ных условиях — не говоря уже о тех, что, как предполагают, были на Земле в момент зарождения жизни.28

Несмотря на то, что опыт Миллера приобрёл символическое значение как положивший начало экспериментам по воспроизведе­нию добиологических условий на Земле и проверке гипотез Опари-на-Холдейна, он подвергается все более серьезной критике, кото­рая свидетельствует о том, что во многих значительных аспектах эти эксперименты не смогли убедительно воссоздать окружающую среду молодой Земли. Во-первых, Миллер использовал метан, но единственным источником энергии были электрические разряды, игравшие роль молний. Однако ведь должны были существовать и другие источники энергии. В атмосфере молодой Земли под воз­действием ультрафиолетового излучения метан превращался бы в углеводороды с большей молекулярной массой, в результате чего Земля покрылась бы масляным слоем толщиной до 10 метров.29 Ответ Миллера на это затруднение довольно выразителен: «Если предположить, что для появления жизни требовались аминокислоты сложнее глицина, то выходит, что метан в атмосфере был просто необходим».30 Иными словами, метан должен был присутствовать в атмосфере Земли — в противном случае аминокислоты не могли бы синтезироваться (по крайней мере, с точки зрения натурализма). Аммиак — другой важный ингредиент как в опыте Миллера, так и в последующих имитациях добиологической атмосферы — быст­ро разрушается под воздействием ультрафиолетового излучения, которое разлагает его на газы водород и азот, причем водород ухо­дит в космическое пространство. Легкость, с которой водяной пар разлагается на кислород и водород так, что водород улетучивает­ся в космос, тоже вызывает некоторые сомнения в отсутствии кис­лорода в атмосфере молодой Земли. Самый сильный аргумент в пользу отсутствия кислорода в атмосфере молодой Земли исходит не от геологических доказательств, касающихся уровня окисле­ния минералов, а от катастрофических последствий использования кислорода при воссоздании условий возникновения жизни.31 И опять-таки мы сталкиваемся с тем, что аргументы берутся не из дан­ных, полученных экспериментальным путем, а на основе предва­рительно выстроенных теорий.

Водород — третий основной компонент эксперимента Миллера, наряду с метаном и аммиаком, — вряд ли способен накапливаться в больших количествах, поскольку он слишком слабо притягивается к Земле. Собственно говоря, в конце семидесятых годов учёные со­шлись во мнении, что атмосфера ранней Земли не содержала значи­тельных количеств метана, аммиака и водорода.32 Скорее всего, она в основном состояла из азота, двуокиси углерода и водяного пара.

К сожалению, попытка синтезировать биологические молекулы из такой атмосферы удалась примерно так же, как идея древних егип­тян, приказавших рабам-евреям делать кирпичи без соломы. При­чина проста. Элементарные, на уровне первого курса химических факультетов, уравнения баланса массы и энергии показывают, что синтез аминокислот из аммиака, метана и водорода — это экзотер­мическая реакция (энергия выделяется), с уменьшением энтальпии приблизительно на 200 ккал/моль. И, напротив, реакция синтеза аминокислот из азота, углекислого газа и водяного пара — эндотерми­ческая (энергия поглощается), с увеличением энтальпии на 50 ккал/ моль. Немудрено, что химикам больше нравилось экспериментиро­вать с опаринской атмосферой из аммиака, метана и водорода, пусть даже Опарин и был не прав в своих гипотезах.

Хотя Опарин не имел геологических оснований для гипотезы о составе атмосферы молодой Земли, у него были серьёзные, осно­ванные на физической химии причины предполагать, что атмосфе­ра, богатая азотом, углекислым газом и водяным паром (а именно такой, как считается в наши дни, и была атмосфера Земли) попро­сту не даст желаемых результатов. И современные эксперименты с таким составом воздуха доказали, что так оно и есть.33

Но это еще не все проблемы, связанные с экспериментом Мил­лера и ему подобными. Для достижения удовлетворительных ре­зультатов требуется избирательное поступление энергии из един­ственного источника, но это условие совершенно не отображает ситуацию на ранней Земле. Например, хотя коротковолновое ульт­рафиолетовое излучение может способствовать превращению ме­тана, аммиака и водорода в аминокислоты, но излучение с боль­шей длиной волны, которое без сомнения, тоже присутствовало в ранней атмосфере, быстро разрушило бы эти аминокислоты. Кро­ме того, синтезированные молекулы могли бы разрушиться и от тепла, и от постоянных электрических разрядов. Только избира­тельное поступление энергии и быстрое удаление полученных ве­ществ из потока энергии позволило экспериментаторам получить даже эти скромные 2% аминокислот, если не меньше.

Можно сделать вывод, что после первых восторгов по поводу экспериментов Миллера ситуация ухудшилась во всех отношениях. Сегодня приходится трезво признать, что сравнительный успех экс­периментов, подобных опыту Миллера, по синтезу аминокислот, азо­тистых оснований и жирных кислот неизменно достигался при таких химических условиях и таком выборе источника энергии, какие ни­чуть не напоминали среду молодой Земли. Более того, рибоза и де-зоксирибоза, два вида сахара, из которых состоят ДНК и РНК, так никогда и не были синтезированы — не считая тех опытов, когда для синтеза были созданы совершенно неправдоподобные условия, не имеющие никакого сходства со средой на молодой Земле.

Как мы увидим из следующего раздела, синтез компонентов биомолекул — самый простой эпизод общей истории возникнове­ния жизни. Тем не менее, при нынешнем уровне знаний нам сложно представить себе и эту стадию.

Синтез ДНК, РНК и белка — макромолекул жизни

В этом разделе мы рассмотрим непростой вопрос — образова­ние полимеров, обладающих биологической функцией, из органи­ческих звеньев. С помощью термодинамики мы попытаемся оце­нить правдоподобность того, что мономеры могут объединиться в функционирующий белок или ДНК, если через систему пропустить поток энергии. Сначала мы подсчитаем, какие именно виды рабо­ты участвуют в этом процессе, а затем выясним, способны ли были различные потоки энергии в условиях молодой Земли производить биополимеры. Подробнее вы можете узнать об этом исследова­нии в других работах;3* особенно рекомендуем обратиться к ним читателей, интересующихся точными цифрами.

Мы подробно рассмотрим соединение аминокислот в молекулу белка. Образование молекул ДНК и РНК — процесс сходный, но гораздо более сложный. Согласно классической термодинамике, полимеризация происходит спонтанно, если свободная энергия Гиб­бса (G) для реакции полимеризации, или соединения отдельных органических звеньев, уменьшается (то есть DG меньше 0). Но если образование полимера приводит к тому, что свободная энер­гия Гиббса в системе возрастает (DG больше 0), то для протека­ния этой химической реакции требуется совершить работу.

Представим себе этот процесс на таком примере. Есть гора, и есть вода, которая по ней движется. Вода может течь вниз с горы, тогда ее свободная энергия Гиббса будет понижаться. Но если вода будет подниматься вверх по горе, ее свободная энергия Гиббса будет увеличиваться. Чтобы вода поднялась вверх, необходим на­сос или какой-то другой источник энергии, в то время как вниз с горы вода течет самопроизвольно.

Соединение мономеров. Соединение мономеров пептидными связями можно увидеть на рисунке 5.4. Заметьте, что в процессе образования пептидной связи разрушаются две химических связи (углерод — гидроксид и водород — азот) и образуются две новые (водород — гидроксид и углерод — азот). Изменение свободной энер­гии Гиббса {DG= DH-TDS) физически связано с изменением энер­гии химической связи (DH= DE+PDVE) и с изменением энтропии системы (DS). Энтропия системы связана с количеством спосо­бов, которыми может быть организована масса и энергия внутри системы. У системы, требующей строго определенной организа­ции, свободная энергия Гиббса выше, чем у системы, которая мо­жет быть организована разными способами. Забудем на секунду о том, что для функционирования белка он должен быть особым образом организован. Просто рассмотрим изменение свободной энергии Гиббса (DG), происходящее при химической реакции со­единения двух аминокислот в дипептид (см. рисунок 5.4). Свобод­ная энергия Гиббса увеличивается на 3000 калорий/моль, то есть около 30 калорий на каждый грамм аминокислот.35 Таким образом, поток энергии в системе должен производить достаточно работы для того, чтобы обеспечить переход системы на более высокий энергетический уровень, необходимый для полимеризации. Если типичный белок состоит примерно из сотни аминокислот, тогда для «случайного» соединения аминокислот в белок потребуется при­мерно 300 ккал на каждый моль образующегося белка.

Фокс и Дозе провели ряд экспериментов, в которых был успеш­но проведен синтез белка.36 Нагревая сухие аминокислоты и уда­ляя воду — побочный продукт химической реакции между двумя аминокислотами (см. рисунок 5.4), можно с успехом провести по­лимеризацию аминокислот. Таким образом, работа, связанная со случайным объединением мономеров, может быть произведена на основе потока энергии, проходящего через систему, если это тепловая энергия.

Верная организация мономеров. Трудность заключается в том, чтобы аминокислоты образовывали биологически активный белок, соединяясь совершенно определенным образом, как было описано ранее в этой главе. В связи с этим возникают как минимум четыре проблемы.

Во-первых, аминокислоты существуют в двух формах, являю­щихся зеркальными отражениями друг друга: L-аминокислоты и D-аминокислоты (см. рисунок 5.5). В экспериментах по моделиро­ванию добиологических условий эти формы образуются в равных количествах и реагируют между собой так же быстро, как и ами­нокислоты одной формы. Однако все естественные белки содер­жат только L-аминокислоты. Для того, чтобы синтезировать це­почку из ста аминокислот (типичное число одной молекулы бел­ка), имеющих только L-форму, требуется дополнительная работа -4,2 калории на грамм образующегося белка.37

Во-вторых, пептидные связи (см. рисунок 5.4) между двумя ами­нокислотами — это всего лишь один из способов соединения ами­нокислот. В процессе опытов по воссозданию добиологических условий были проведены исследования связей между аминокисло­тами, и оказалось, что только половина связей, возникающих меж­ду аминокислотами в ходе экспериментов, — пептидные.38 Но для того, чтобы белок мог функционировать, он должен сворачиваться в особую трёхмерную структуру, а для этого связь между амино­кислотами должна быть только пептидной. И опять-таки, для того, чтобы при полимеризации ста аминокислот образовывались только пептидные связи fa иначе пятьдесят процентов связей в реакции будут непеггтидными), потребуется дополнительная работа, кото­рая также может быть выражена количественно: 4,2 калории на грамм образующегося белка.39

В-третьих, для получения биологически активного белка ами­нокислоты должны располагаться в цепи в определенной последо­вательности. Рисунок 5.6 схематически изображает структуру пяти из двадцати аминокислот, входящих в состав белков. От того, в каком порядке расположены аминокислоты, зависит трехмерная структура белка, определяющая в свою очередь его функции. Не все участки цепи должны содержать конкретную аминокислоту, но, тем не менее, в половине участков (которые называются активны­ми) должна находиться совершенно определенная аминокислота. Для достижения такого уровня специфичности строения белковой молекулы требуется дополнительная работа, которая может быть численно выражена как 18,2 кал/г для ста активных участков, или 9,1 кал/г для пятидесяти участков в молекуле белка, состоящей из ста аминокислот.40

Рисунок 5.6. Схематическое изображение пяти из двадцати аминокислот, входящих в состав живых систем

Четвёртая и, возможно, самая сложная проблема, связанная с соединением аминокислот в белковые цепи, состоит в том, что аминокислоты должны реагировать только с аминокислотами, а не с другими химическими веществами, имеющимися в первичном бульоне. Тот факт, что для реакции аминокислот между собой тре­буется совершить работу (30 кал/г), уже свидетельствует о том, что аминокислоты не слишком охотно реагируют друг с другом. Однако они с готовностью вступают в реакцию со множеством других веществ, которых в первичном бульоне предостаточно, и в результате этого свободная энергия Гиббса уменьшается. Очень сложно представить, что аминокислоты либо концентрируются в растворе, либо адсорбируются на особых поверхностях, таких, как глина, чтобы избежать реакции с другими веществами первичного бульона. Так как химический состав первичного бульона нам неиз­вестен, невозможно рассчитать, какая работа потребуется для того, чтобы предотвратить такие реакции и обеспечить избирательные реакции исключительно между аминокислотами; однако эта рабо­та наверняка будет намного больше, чем в первых трех случаях, уже рассмотренных нами.

Мы рассчитали, какая работа требуется для обеспечения необ­ходимого уровня сложности белка, состоящего из ста аминокислот, и показали, что она по величине сходна (18, 2+4,2+4,2 кал/г) с рабо­той, необходимой для получения случайной комбинации аминокис­лот—если мы исключим основную проблему аминокислот, а имен­но их склонность вступать в реакции с остальными веществами пер­вичного бульона. И, хотя поток энергии явно в состоянии произвести работу, необходимую для получения комбинаций, сомнительно, что он может каким-то образом генерировать информацию.

Скорее всего, биологическая информация, математически тож­дественная конфигурационной энтропии (см. другую нашу работу41), тем не менее не связана с ней физически. Об этом очень убеди­тельно писал Уикен (Jeffrey S. Wicken).42

Следует также заметить, что все эксперименты, направленные на получение белков из аминокислот, проводились с использовани­ем чистых аминокислот. В экспериментах же Миллера и его пос­ледователей в продуктах реакции было всего 1-2% аминокислот, а вот других химических веществ, которые могли быстро реагиро­вать с этими аминокислотами, было множество. Таким образом, основную работу — отбор исходных веществ для реакции — осуще­ствляет химик, а это вряд ли соответствует истинной истории воз­никновения жизни. Химик может сразу выбрать для реакции толь­ко L-аминокислоты, чтобы не получить в результате цепи с L - и D-аминокислотами. И даже в этом случае химик не сможет поддер­живать эксперимент так, чтобы между L-аминокислотами обра­зовывались только пептидные связи, и возникала биологически зна­чимая последовательность аминокислот и соответствующая трех­мерная структура (см. рисунок 5.3). Таким образом, в результате даже самых хитроумных экспериментов по воссозданию добиоло-гических условий были синтезированы цепи аминокислот с самой незначительной — в лучшем случае — каталитической активностью.

Подведем итоги. Поток энергии, проходящий через систему, спо­собен создать цепи из отдельных молекул, но не способен соеди­нить аминокислоты строго определенным образом, необходимым для обеспечения биологических функций белка.

Проблема синтеза белка как информационная проблема

Как соединить все аминокислоты в таком порядке, чтобы ре­зультатом синтеза стал биологически активный белок, — это про­блема информационная. Количество информации, необходимое для создания системы или любого элемента системы, зависит от коли­чества необходимых для этого команд. Совершенно произвольное соединение аминокислот не требует специальных команд. Созда­ние кристалла требует сначала ряда команд для создания малень­кой ячейки с симметрией, свойственной этому кристаллу, а затем - команды повторять выполнение предыдущих команд до тех пор, пока не образуется большой кристалл. Создание газеты предпола­гает гораздо больший объем информации, так как буквы на стра­нице должны располагаться в определенной последовательности, чтобы получились соответствующие слова, предложения, абзацы и статьи. Получение биологически активных белков сродни произ­водству газет. Рассмотрим этот вопрос.

Представьте себе, что нам нужно написать предложение «КАК ВОЗНИКЛА ЖИЗНЬ?» Прежде всего, мы сталкиваемся с наличи­ем смеси L - и D-аминокислот, в то время как нам необходимы толь­ко L-аминокислоты — как будто некоторые буквы повернулись на 180 градусов относительно горизонтальной оси предложения, «встали на голову». Такие перевернутые буквы будут представлять собой D-аминокислоты предложения, смешанные с L-аминокислотами.

Следующая проблема — непептидные связи, возникающие меж­ду аминокислотами (см. рисунок 5.4, где изображена нормальная пептидная связь). Некоторые из рядом стоящих букв расположи­лись беспорядочно друг относительно друга, отчего информация, содержащаяся в предложении, пострадала еще сильнее.

И, наконец, рассмотрим вопрос неправильной последовательно­сти аминокислот в цепи. Представим себе, что некоторые буквы мы поменяем местами. Смысл предложения будет совершенно потерян.

Если все вышеперечисленные проблемы встретятся в одном предложении, расшифровать изначальное сообщение будет невоз­можно — мы получим пример полной потери функциональности. Такая же потеря функциональности, только биологической, случа­ется, если полимер образован не только L-аминокислотами, если не все связи в нем — пептидные, и если нарушена последователь­ность расположения аминокислот в молекуле белка.

Но сложнее всего, пожалуй, выбрать только русские буквы из «ал­фавитного бульона», в котором есть и русские буквы (играющие роль аминокислот), и китайские, и греческие, и еврейские (представляю­щие другие виды органических молекул в первичном бульоне). Кроме того, нужно выбрать только три буквы К, две А, две И, две Н, и по одной В, О, Л, Ж, 3, Ь.

В 1984 году мы предположили, что вопрос о возникновении жиз­ни — это по сути вопрос информационный," но эта идея пришла в голову не только нам. Бернд-Олаф Kynnepc. fBernd-Olaf Kuppers) в своей статье «Информация и возникновение жизни» (1990) пи­шет: «Очевидно, что вопрос возникновения жизни в сущности сводится к вопросу о возникновении оиологическои информации», о конце 80-х подобные заявления делали Джеффри Уикен и Роберт Шапиро, а в 70-е об этом же говорили -Смит и Хью­берт Б. Иоки.45

Синтез белка и теория вероятности

Вопрос о соединении аминокислот в функциональный белок можно рассмотреть с точки зрения теории вероятности и матема­тической статистики. Упрощая вопрос, предположим, что возмож­ность получения L-аминокислоты (а не D-) составляет 50%, а ве­роятность соединения двух таких L-аминокислот пептидной свя­зью тоже 50%. Вероятность того, что нужная аминокислота ста­нет на нужное место в цепи, можно оценить как 5%, при условии, что в первичном бульоне все 20 аминокислот находятся в пример­но равной концентрации. Первые два предположения реальны, тог­да как в третьем случае цифра будет слишком высокой для одних аминокислот и слишком низкой — для других.

Если пренебречь возможностью реакций аминокислот с други­ми химическими веществами, то вероятность правильного распо­ложения в цепи для одной аминокислоты будет равна 0,5x0,5x0,05 = 0,0125. Вероятность того, что правильно будут расположены N аминокислот, будет равна 0,0125 х 0,0125 х... 0,0125 в степени N. Если молекула функционирующего белка имеет сто активных уча­стков, вероятность получения необходимого соединения равна 0,0125 в сотой степени, то есть 4,9-10 ~’91. Такая ничтожно малая вероятность заставила многих ученых, исследующих этот вопрос, отка­заться от идеи случайного синтеза или благоприятного случая в качестве объяснения возникновения жизни.

Предположим, что весь углерод на Земле связан в виде амино­кислот, аминокислоты могут вступать в реакцию с максимальной скоростью 1012 в секунду, и это будет продолжаться в течение мил­лиарда лет (максимальный срок от момента остывания Земли до появления жизни). Даже при таких допущениях мы будем вынуж­дены заключить, что вероятность появления одной-единственной молекулы биологически активного белка ничтожно мала — прибли­зительно 10-65, как отмечал Йоки.46 Д. Кеньон, Дж. Штейнман (G. Steinman) и сэр Фредерик Хойл пришли к такому же выводу и поз­же писали: «Современные представления о возникновении жизни так же правдоподобны, как и предположение о том, что ураган, пройдя через свалку, может собрать Боинг-747».47

Синтез ДНК и РНК

Вопрос о добиологическом синтезе ДНК и РНК ещё сложней, чем вопрос о возникновении белка. Шапиро подытожил свою ра­боту в этой области следующим образом: «Данные, которыми мы сейчас располагаем, не подтверждают возможности синтеза ри-бозы в первичном бульоне, за исключением, может быть, кратких периодов, когда она могла появляться в малых концентрациях в составе сложных смесей и в условиях, в которых нуклеозидный синтез невозможен».48 С докладом, содержащим это утверждение, автор выступил на совещании Международного общества изуче­ния возникновения жизни, где присутствовало более трехсот уче­ных со всего мира, и никто из них не опроверг тезис Шапиро.

РНК и вещества, входящие в ее состав, даже в идеальных ла­бораторных условиях синтезировать весьма трудно, а в добиоло-гических условиях такой синтез представляется еще менее веро­ятным. Так, например, среди продуктов в цепи реакций по получе­нию рибозы — важного компонента РНК, будет не только рибоза, но еще и другие сахара, которые тормозят синтез РНК. Загадкой остается и вопрос, каким образом фосфор, который относительно редко встречается в природе, стал одним из важнейших компонен­тов РНК и ДНК.

Лесли Оргел (Leslie Orgel) из Института биологии Салка — учё­ный, который проделал больше экспериментов по воссозданию «мира РНК», чем, пожалуй, все остальные ученые, вместе взятые, — счи­тает, что эксперименты, с помощью которых ученые пытаются ими­тировать ранние этапы истории «мира РНК», чересчур усложнены, и потому не могут дать нам мало-мальски правдоподобного представления о появлении жизни на Земле. В журнале "Scientific American " недавно было приведено следующее высказывание это­го биолога: «Немыслимо много вещей нужно сделать абсолютно точно, не допустив ни единой ошибки».49 Сэр Фрэнсис Крик, Нобе­левский лауреат, в книге «Сама жизнь» написал: «Появление жизни на сегодняшний день выглядит почти чудом - столь многим услови­ям оно должно было удовлетворять».50 В 1988 году Дозе писал о синтезе биополимеров, таких, как ДНК и РНК: «Мы просто не мо­жем себе представить всех трудностей, которые нам придется пре­одолеть... Карта на рисунке 2 [изображающая путь синтеза рибосо-мального белка, закодированного в нуклеиновой кислоте] - это кар­та нашего невежества. И это невежество будет процветать, если не появятся новые фундаментальные открытия в области эволюцион­ных процессов, возможно, основанные на новом мышлении».51 Оче­видно, что вопросы информации/сложности, связанные с возникно­вением жизни, породят новые, возможно, неразрешимые проблемы.

Попытки решить проблемы информации

В наши дни было предпринято несколько попыток спасти терпя­щую крушение теорию Опарина. Летом 1990 года Джулиус Рибек-младший (Julius Rebek Jr.), химик из Массачусетс кого института технологии, вызвал настоящий ажиотаж, заявив, что ему удалось создать синтетическую органическую молекулу, способную к са­мовоспроизведению. Эта молекула, названная ААТЕ, состоит из двух компонентов, напоминающих белок и нуклеиновую кислоту. В смеси хлороформа и некоторых веществ ААТЕ становится матри­цей для образования новых молекул ААТЕ. Дж. Джойс (G. Joyce), специалист по РНК, работающий в клинике Скриппса, писал в жур­нале "Scientific American " о работе Рибека следующее: «Они [мо­лекулы ААТЕ] могут воспроизводиться только в искусственных, специально созданных условиях, но важнее то, что они воспроизво­дятся слишком точно. Без мутаций молекулы не могут эволюциони­ровать в дарвиновском смысле этого слова». В этой же статье Лес­ли Оргел говорит: «Я не вижу, какое отношение они имеют к возник­новению жизни на Земле».52

Джеффри Уикен предположил, что, согласно второму закону тер­модинамики, химические реакции скорее способствовали появле­нию живых организмов на земле, чем создавали препятствия для зарождения жизни. Он заявляет, что движущие силы энтропии ста­ли причиной реакции полимеризации, то есть соединения простых органических веществ в биополимеры — белок, РНК и ДНК.53 Од­нако в критическом обзоре работ Уикена Брэдли отметил, что дви­жущие силы энтропии, может быть, и влияют на полимеризацию на начальных стадиях, но после образования небольшого количества полимеров эти силы перестают влиять на дальнейшие процессы. В противном случае эксперименты по полимеризации в лаборатор­ных условиях были бы намного успешнее.54 Например, цепочки аминокислот могут образовать полимер только в том случае, если из реакционной смеси с помощью нагревания удалять воду — по­бочный продукт реакции; иначе происходит деполимеризация, как доказал экспериментально .55

Кроме того, Уикен утверждает, что информационные потребно­сти живых систем несводимы к соображениям термодинамики (и, значит, не могут быть удовлетворены с помощью какого бы то ни было потока энергии, проходящего через систему), с чем мы пол­ностью согласны. Обсуждая раннюю работу Штейнмана и Коула (Cole) (1967), Уикен предполагает, что химические свойства зве­ньев, составляющих молекулу, - такие, как внутренние закономер­ности расположения, обусловленные пространственным взаимодей­ствием функциональных групп, — могут объяснить конкретные пос­ледовательности в молекулах биополимеров.56 Однако более по­здний анализ, при котором было изучено не 10 белков, как у Штей­нмана и Коула, а 250, доказал, что в целом зависимости между этими показателями не наблюдается.57

Если поток энергии в системе не может «создать» необходи­мую информацию, безусловно присущую биополимерам, и если внутреннее стремление материи к самоорганизации слишком сла­бо для того, чтобы объяснить наблюдаемую сложность строения молекул, то что же остаётся? Бернд-Олаф Купперс (Bernd-Olaf Kuppers) считает, что естественный отбор мог сыграть роль факто­ра, преодолевшего невероятность возникновения высочайшего уровня сложности, присущего даже простейшим живым системам. Он ут­верждает: «Дарвинистский подход в молекулярной биологии осно­ван на рабочей гипотезе о том, что естественный отбор в том смысле, который придавал ему Дарвин, возникает уже в неживой материи... [Это] верно только в том случае, если естественный отбор по Дар­вину действительно имеет место у неживой материи».58 А так как по Дарвину естественный отбор среди живых существ предпола­гает наличие самовоспроизводящихся систем, то в данном случае идет речь о совершенно ином виде отбора. Трудно представить себе, как именно естественный отбор смог бы управлять процес­сами на молекулярном уровне, чтобы в результате его образова­лись удивительно сложные системы, обеспечивающие функции, присущие всем живым организмам: размножение, хранение инфор­мации и преобразование энергии. В наши дни гипотеза Купперса не имеет ни теоретического, ни экспериментального подтверждения.

Крах теории первичного бульона и появление альтернативных теорий

Концептуальная несостоятельность опаринской «теории первич­ного бульона» стала основной темой дискуссии, развернувшейся на совещании Международного общества изучения возникновения жизни в Беркли, Калифорния, в 1986 году. Аудитория разделилась на два лагеря: тех, кто считал, что сначала появился белок и тех, кто считал, что сначала образовались молекулы РНК. Первые ут­верждали, что синтез РНК в добиологических условиях был прак­тически невозможен, с чем никто не стал спорить. Вторые, в свою очередь, заявили, что белки тоже не могли стать основой первых живых систем, потому что они не обладают достаточной универ­сальностью. Сторонники «первичности белка» не смогли опровер­гнуть это заявление; спор закончился, обе стороны потерпели по­ражение, и никаких альтернативных теорий предложено не было.

Критические работы, о которых мы уже говорили (подробнее см. Кейрнс-Смит (A. G. Cairns-Smith) (1982), Тэкстон, Брэдди и Олсен (1984), Шапиро (1986)), могут считаться роковыми для тео­рии первичного бульона. Но почему она умирала так медленно, и каковы были её альтернативы? Тот факт, что, несмотря на огром­ное количество спорных мест, теория первичного бульона ещё дол­го держалась на плаву, кое-что говорит нам о том, насколько были достойны доверия альтернативные гипотезы, выдвинутые в тече­ние последнего десятилетия.

Жизнь зародилась в глине. В работе «Генетический пере­ворот и минеральные истоки жизни» Э. Кейрнс-Смит, химик, сотрудник университета Глазго выдвинул предположение, что жизнь зародилась на твердых субстратах, возможно, на кристал­лических глинах, обладающих достаточно сложным строением, способностью к мутациям и развитию по типу живой материи. Он предположил, что у некоторых типов глин развилась способ­ность концентрировать или производить органические компонен­ты нуклеиновые кислоты или белки. Постепенно органические ве­щества развились до такой степени сложности, что смогли само­стоятельно воспроизводиться и эволюционировать.39 Одна из ста­тей в "Scientific American "в 1991 году цитировала Кейрнс-Смита, жизнерадостно комментирующего недостатки своей гипоте­зы: «Никто еще не смог уговорить глину совершить в лаборатор­ных условиях нечто напоминающее эволюцию, и никто пока не обнаружил в природе ничего похожего на организм, имеющий в основе глину».60

Гидротермальные источники на дне моря. В конце семиде­сятых ученые обнаружили около Галапагосских островов несколь­ко подводных гидротермальных источников. Вокруг каждого гей­зера, бьющего прямо из дна моря, сформировались богатые сооб­щества живых организмов, в том числе червей, моллюсков и бак­терий. Главный источник энергии для этих животных — не солнеч­ный свет, а содержащие серу вещества, выбрасываемые гейзера­ми. Таких подводных источников позже были найдены десятки. Джон Корлисс (John Corliss) из Центра космических полетов Годдарда (НАСА) предположил, что такие источники могли обеспе­чить достаточное количество энергии и питательных веществ для возникновения и развития жизни.61

Теория подводных источников не дала ни единой подсказки к решению информационной проблемы; ясно лишь, что богатая энер­гией среда могла способствовать синтезу органических полиме­ров, которые должны были сыграть важную роль в зарождении жизни. Таким образом, работа в 30 кал/г по соединению органи­ческих звеньев в полимеры может совершаться за счёт этой энер­гии, но, к сожалению, теория термальных источников не может ре­шить гораздо более важную проблему биологической информации.

Стэнли Миллер и Джеффри Бэйда (Jeffrey Bada) в университете штата Калифорния, Сан-Диего провели эксперименты, позволившие предположить, что перегретая вода, достигающая внутри источни­ка температуры 286 оС, скорее уничтожит сложные органические вещества, чем создаст их. Миллер полагает, что горячие источники препятствовали появлению жизни. Исходя из расчёта, что вся вода Мирового океана проходит через гидротермальные источники за десять миллионов лет,62 Миллер показал, что максимальная концен­трация аминокислот в морской воде не может превышать 3·10-4 М.63 В настоящее время Корлисс и другие исследователи сошлись во мнении, что современные обитатели горячих подводных источни­ков, скорее всего, переселились туда откуда-то из других мест. Та­ким образом, идея зарождения жизни в гидротермальных источни­ках на дне океана остаётся весьма туманной, не имея ни теорети­ческой базы, ни экспериментального подтверждения.

Гипотеза о первичности метаболизма. Относительно недав­но была выдвинута идея о том, что жизнь могла начаться как мета­болический процесс — циклическая реакция, управляемая неким ис­точником энергии, и происходящая на некоей твердой поверхности. Гюнтер Вахтершаузер (Gunter Wachterschauser) предполагает, что органические молекулы могли притягиваться к положительно заря­женной поверхности пирита (содержащего атомы железа и серы).

Постоянно формирующийся минерал мог быть тем самым источ­ником энергии, который заставил бы органические молекулы всту­пать в реакцию друг с другом, постепенно усложняясь. Заметьте, что эта теория совсем ничего не говорит о проблеме развития ин­формации в органических молекулах; рассматривается только воз­можность полимеризации. Вахтершаузер, к его чести, сам признает, что его теория, по большей части, — «чистой воды догадка».64

Теория Кристиана де Дюва, описанная в книге «Проект клетки», вращается вокруг серосодержащих веществ, называемых тиоэфирами.65 И снова мы встречаем тот же подход. Идет поиск источника энергии, способного ускорить синтез необходимых для жизни биополимеров. Однако и эха теория совершенно выпустила [3 виду вопрос об информации. Такой подход мог в лучшем случае несколько способствовать полимеризации составных звеньев молекулы, не способных соединиться иным образом, но он не имел бы никакого отношения к упорядочению молекул, которое и обусловливает биологические функции полимера.

Самоорганизация в природе. Лауреат Нобелевской премии И. Пригожин много писал о тенденциях к самоорганизации в природе, приводя в пример конвекционное движение нагретого воздуха и образование воронок, какие можно видеть при вытекании воды из ван-юй.66 Пригожий разработал теорию, описывающую условия, при которых возникают такие явления. В частности, он показал, что они наблюдаются в неравновесных системах и происходят из-за нелинейного поведения таких систем.

Иногда приходится слышать, что Пригожий предложил возможное решение проблемы возникновения жизни, хотя сам Пригожий на этот счет не заблуждается, оценивая свою работу скромнее.67 Сложность применения его теории в изучении возникновения жизни состоит в том, что проявления самоорганизации, типичные для неравновесных систем Пригожина, имеют мало сходства с информационно богатыми и непериодическими структурами полимеров. Слишком уж мало общего между упорядоченностью кристаллов, воронок : тому подобных структур и особой сложностью последовательности аминокислот в функциональном белке. Таким образом, трудно сказать, как с помощью этой теории можно пролить свет на загадку информации, — а ведь это и есть главная тайна происхождения жизни.

Эйген и его «гиперцикл». Особо сложную работу проделал М. Эйген, пытавшийся представить, как может развиваться простая «живая» система.68 Порой его труды цитируют как ответ на вопрос появлении жизни на Земле. Однако сам Эйген признает, что его «простая» система на самом деле достаточно сложна и состоит из целого комплекса белковых молекул и РНК. Он считает, что его работа говорит скорее о том, как развивался примитивный живой организм, чем о том, как он появился. Следовательно, его теория не поможет нам понять, как появилась жизнь. Единственное, что важ­но нам в этой теории, — Эйген создал концепцию живой системы с минимальной сложностью, поддерживающей основные жизненные функции и обладающей некоторыми возможностями развития.

Информация: Святой Грааль исследователей возникновения жизни

Учёные разработали множество хитроумных схем, пытаясь объяс­нить, как в результате энергетически невыгодных химических реак­ций различные органические вещества наконец-то соединились в биополимеры. Однако оказалось, что это — сложнейшая проблема: биополимер (например, белок) должен быть построен только из оп­ределенных органических веществ (например, аминокислот); более того, определенные изомеры (L-аминокислоты в случае белка) дол­жны быть связаны определенным типом связи (пептидная связь в белке), и последовательность соединения мономеров (аминокислот) тоже должна быть строго определенной.

Живые организмы решают эту проблему с помощью структур, несущих информацию и служащих матрицами для биосинтеза. Та­ким образом, можно понять, как образуются информационно насы­щенные биополимеры, но возникновение сложной системы, одно­временно содержащей информацию и способной к самовоспроизве­дению — вот основной вопрос, который стоит перед исследователями происхождения жизни на Земле.

Рассматривая этот вопрос, сэр Фрэнсис Крик отметил: «Появ­ление жизни на сегодняшний день выглядит почти чудом — столь многим условиям оно должно было удовлетворять».65 Дозе (1988) в заключение своего фундаментального обзора говорит, что реше­ние проблем, возникающих при исследовании появления жизни, «на­ходится за пределами нашего воображения».70 Шапиро утвержда­ет, что все существующие теории несостоятельны, и что нам не­обходимо найти новую, более плодотворную парадигму мышления, в соответствии с которой мы сможем направить свои поиски есте­ственных причин зарождения жизни.71

Мы совершенно согласны с тем, что существующие теории зашли в тупик. Теория Опарина-Холдейна «пошла ко дну», и за­мены ей пока не предвидится. Однако мы считаем, что незачем ограничивать проблему традиционным мышлением и сводить её к поиску естественных причин и механизмов, основанных только на химии и физике.

В 1967 году английский философ, физик и химик Майкл Поланый (Michael Polanyi) опубликовал в журнале "Chemical and Engineering News" замечательную статью, назвав ее «Жизнь, превосходящая физику и химию». Он заявил, что химия и физика способны объяс­нить все в мире, кроме машин, созданных людьми, и живых организ­мов. Работу любой части автомобиля можно объяснить с точки зре­ния законов природы, используя как основу физику и химию. Но само существование автомобиля требует объяснения, выходящего за рамки физики и химии. Кому-то нужно было установить нестандар­тные, информационно насыщенные пограничные условия, в которых химические и физические законы будут вынуждены работать в ав­томобиле для достижения полезного конечного результата.

Поланый утверждал, что та же проблема существует и с живы­ми организмами. В рамках химии можно легко понять принципы их функционирования, но их появление несводимо к простому физико-химическому объяснению. Несущие информацию изначальные ус­ловия имеют источник где-то вне химии и физики.

В следующем разделе мы более подробно рассмотрим ту ги­потезу, что существование живых организмов можно наилучшим образом объяснить, допустив участие в их создании разумной силы.

Гипотеза разумного замысла

В свете предыдущих соображений мы считаем, что разумно будет усомниться в существовании «добиологической» эволюции и предложить в качестве альтернативы ей теорию разумного за­мысла. Саган, Миллер, Фокс, Шапиро и другие сторонники есте­ственного происхождения жизни настаивают на поисках ответа в естественных процессах. Они уверены, что жизнь появилась в ре­зультате добиологической эволюции. Но наши сомнения подтвер­ждаются опытом. Упорное отстаивание теории молекулярной эво­люции основано на приверженности определенной философии, не имеющей ничего общего с фактами.

Исходя из дихотомии «естественное-сверхъестественное», уче­ные не допускают мысли, что естественным процессам может быть какая-то альтернатива. Многие теисты и метафизические натурали­сты72 с готовностью становятся на позиции методологического натурализма — то есть рьяно ищут объяснения в естественных про­цессах вне зависимости от конкретной метафизической точки зре­ния. Существует сверхъестественное или нет, говорят они, мы всё равно должны подходить к науке с точки зрения естественных про­цессов, потому что другого пути в науке нет. Мы согласны, что та­кой подход направлен на сохранение научной целостности. Однако мы считаем, что сам по себе он ошибочен, и все, кто пропагандирует его, предъявляют к природе и к научной методологии неоправ­данные требования. Этот подход априори предполагает, что рано или поздно мы получим последовательную картину мира, объясняе­мого естественными причинами. Мы же считаем, что такое мнение противоречит самому духу науки и сильно попахивает метафизичес­кой предвзятостью, — которая, если её вовремя не осознать, таит в себе серьёзную опасность.73

Чтобы сделать первый шаг в определении альтернативы, необ­ходимо отметить, что термины «естественный-сверхъестествен­ный» уместны в метафизике, но не в науке, которая основывается на опыте. В рамках опыта мы используем понятие причины в об­щем смысле, имея в виду естественные и разумные причины (при­чины, обусловленные участием разума), но не имея в виду мета­физические категории. Науке безразлична метафизика; наука ни отрицает, ни утверждает существование сверхъестественного; при этом она также ни подтверждает, ни отрицает натурализма — убеж­дения, что в мире нет ничего, кроме природы.

Зачастую личного опыта человека недостаточно, чтобы опре­делить, какая причина вызвала то или иное событие — естествен­ная или разумная. Благоразумней всего в таком случае следовать совету философа Людвига Виттгенштейна, данному, правда, по другому поводу: «О чем говорить не можешь, о том молчи».74 Тем не менее любопытно, что люди склонны указывать на причину, даже если они не уверены в ней. Чаще всего эта «причина» — плод их философских или религиозных убеждений. В некоторых случаях человек оказывается прав, и тогда его превозносят за проницатель­ность и прозорливость. На самом-то деле люди выдают желаемое за действительное или просто высказывают свои догадки, хотя и делают это с апломбом и уверенностью очевидцев. Вне зависимо­сти от того, прав оказывается человек или нет, бездоказательные утверждения только мешают познанию мира.

К сожалению, такие случаи не были редкостью и в истории на­уки. Как сказал Дэниэл Бурстин, «не невежество мешало опреде­лить форму Земли, континентов и океанов, а иллюзия осведомлён­ности».75 Именно обманчивое ощущение, будто все ответы уже известны, побуждает людей вдохновенно снаряжать экспедиции на Марс в поисках органических веществ, если не самой жизни.

Аргумент по аналогии. Как убедиться в том, что за то или иное событие прошлого ответственна разумная причина? В общем и целом, мы устанавливаем разумную причину тем же методом, что и причину естественную: универсальным чувственным опы­том. Это и называется аргументом по аналогии. Философ Дэвид Юм (17, много писавший на эту тему, заметил: «От причин, которые кажутся нам схожими, мы ожидаем схожих следствий». «Одно и то же правило, — утверждал он, — определяет, что было причиной — грубая бессознательная материя или разумное суще­ство».76 Таким образом, если, прогуливаясь после обеда по пляжу, вы увидите на песке надпись «Джон любит Мэри», то, призвав на помощь накопленный опыт, сможете сделать вывод, что это напи­сано кем-то (возможно, Джоном или Мэри).

В поиске иллюстрации метода умозаключения по аналогии об­ратимся к археологии. Археологи постоянно используют этот ме­тод, чтобы определить, создана та или иная находка природой или человеком. Ход мысли примерно такой: в наше время глиняную посуду делают гончары. Следовательно, если при раскопках в Месопотамии мы найдем осколки глиняного кувшина, то разумно будет заключить, что это — результат деятельности человека.

Иногда сложно отличить дело рук человека от природных обра­зований — как в случаях с эолитами. Когда-то эолиты считались крем­невыми орудиями труда; позже ученые обратили внимание на то, что осколки кремня, которые вода отбивает от больших камней в речном потоке, очень похожи на эолиты. Но, как заметил известный археолог Кеннет Оукли, «как правило, кремни, расколотые естествен­ным образом, легко отличить от орудий, изготовленных человеком. У них отсутствует логическое построение, слишком много лишних сколов, края разбитые; поверхность сколов обычно поцарапанная».77

В девятнадцатом веке астроном Джон выдвинул предложение: по аналогии с известными причинами можно объяс­нить и неизвестные. «Если между двумя явлениями существует близкое и явное сходство, а причина одного из явлений очевидна, то вы будете просто вынуждены предположить, что и второе явле­ние вызвано аналогичной причиной, пусть даже и не столь очевид­ной».78 Метод установления причинных связей по аналогии широко использовался и Чарльзом Лайелем. В геологической литературе его основополагающий принцип приобрел следующую формулиров­ку: «Настоящее — ключ к прошлому».79

Ученые опирались на метод аналогии более 150 лет. То, каких высот достигла наука за этот период, уже отчасти свидетель­ствует в пользу этого метода. Основываясь на опыте, мы связы­ваем определенные явления с определенными причинами; наблю­дая аналогичные следствия, мы автоматически, вполне привыч­но предполагаем аналогичные причины. Такой тип мышления ос­нован на накопленном нами опыте. Использование аналогий — общий метод, который применяется для поиска как естествен­ных, так и разумных причин. 7*

Поиски «братьев по разуму». Когда-то люди думали, что на Марсе есть каналы. Это привело их к мысли, что раз есть каналы, значит, есть и разумные существа, которые их создали. Предполо­жение было ошибочным, но этот случай может послужить прекрас­ной иллюстрацией к нашему образу мысли: наблюдая определенные явления, мы, по принципу аналогии, ищем им разумную причину.

Именно так рассуждают астрономы, упорно ищущие признаки разумной жизни в космосе. Сходство с уже известными явления­ми, порожденными разумными существами, служит критерием для научных групп НАСА, когда они обрабатывают данные, получен­ные при исследовании других планет и их спутников.

Поиски внеземного разума (название программы — СЕТИ — Search for Extraterrestrial Intelligence) показывают, что наука признаёт ра­зумные причины. Это не означает, что внеземной разум действи­тельно существует — тому нет никаких доказательств. Однако при этом программа СЕТИ проводится в рамках академической науки.

Допустим, ученые когда-нибудь получат из космоса радиосиг­налы, посланные разумными существами. Как им отличить эти сигналы от космического шума? Этот вопрос затрагивается в фан­тастическом рассказе Карла Сагана «Контакт». Саган напоми­нает нам, что наша планета постоянно омывается радиоволнами, но все они — естественного происхождения. Радиоизлучение «выз­вано физическими процессами, вращением электронов в магнит­ном поле галактики, столкновениями молекул в межзвездном про­странстве или отдаленными отголосками Большого взрыва и крас­ного смещения после рождения галактики, в наше время превра­тившимися в слабые радиоволны, наполняющие космос». До сих пор «не было получено ни одного настоящего сигнала из глубин космоса — искусственного, произведенного с помощью оборудования, порожденного неким внеземным разумом».

Как и в романе Сагана, тысячи радиотелескопов обшаривают небеса в поисках искусственного электромагнитного сигнала, ко­торый бы точно не был случайным радиошумом. Так, например, сигнал, состоящий из ряда простых чисел, явно был бы посланием далекой цивилизации (простое число — это число, которое делится только на единицу и на само себя). Ученые, работающие над про­граммой СЕТИ, считают, что в природе не существует механиз­ма, который создавал бы простые числа, поэтому получение сиг­нала, состоящего из ряда простых чисел, можно считать доказа­тельством существования внеземного разума.

За последние десятилетия было разработано несколько про­грамм СЕТИ, начиная с проекта «Озма» (1960 г.). Позже был про­ект «Часовой» (Sentinel) — главный проект Планетарного общества СЕТИ.31 В его расширенном варианте, получившем название «Про­ект МЕТА» (Megachannel Extraterrestrial Assay — Многоканальное внеземное исследование), задействованы мощности, способные отслеживать в поисках радиосигналов из космоса более восьми миллионов радиоканалов.82 В 1992 году сторонники СЕТИ убедили Конгресс США выделить более 100 миллионов долларов на отсле­живание сигналов из космоса, на прослушивание миллионов радио­каналов в поисках доказательств, что где-то в космосе эволюция породила разумную жизнь.83

утверждал, что даже единственный сиг­нал из космоса можно считать доказательством существования вне­земного разума: «Есть и те, кто верит, что наши проблемы разреши­мы, что человечество сейчас проходит стадию детства, и что од­нажды мы станем взрослыми. Далее одно-единственное получен­ное из космоса послание покажет нам, что можно выжить и в наш век технологической незрелости; ведь выжила же, в конце концов, отославшая это послание цивилизация».м

Если предположение Сагана верно, то какой же вывод мы дол­жны сделать из гигантского объема информации, присущего даже простейшим из живых систем? Не разумно ли будет на основании наблюдений за живыми системами заключить, что они созданы разумной причиной? И должен ли повлиять на наши умозаключе­ния тот факт, что в девятнадцатом веке вера в аргументы разум­ного замысла была подорвана? Важнейший вопрос о том, указы­вают ли научные наблюдения на участие разума в создании жизни, мы подробнее рассмотрим в следующей главе.

Если у нас недостаточно информации, мы не можем устано­вить причину явления, будь эта причина естественной или разум­ной. Представьте себе, что мы — детективы, расследующие смерть человека. Что это — убийство или естественная смерть? Мы не можем ответить на этот вопрос, не выяснив предварительно всех подробностей. Если детектив в самом начале следствия заявляет, что смерть могла быть вызвана только естественными причина­ми, мы не примем такого объяснения — ведь это неправомерное, насильственное ограничение возможных причин. Поскольку мы рассчитываем точно установить причину — была ли это естествен­ная смерть или умышленное убийство, — то наше расследование должно быть открыто для любых объяснений. Аналогичным об­разом люди, которые честно пытаются узнать, было ли некое яв­ление природы результатом разумного замысла или естественных процессов, нуждаются в методе исследований, открытом для лю­бого из возможных ответов. Нам необходим такой метод, который поможет установить причину с наивысшей степенью вероятности.

Какие события настоящего служат «ключами» к прошлому?

Мы уже осознали правомерность заключений по аналогии, позво­ляющих сделать вывод о прошлом на основе текущих наблюдений. Применив этот тип рассуждений к вопросу о возникновении жизни, мы можем попытаться выяснить, зародилась ли жизнь естествен­ным образом или была сотворена в результате разумного замысла. Для этого нам нужно найти свидетельства того, что интересующий нас феномен обладает такими же свойствами, как и некоторые объек­ты, доступные нашему опыту. Если наш опыт свидетельствует, что эти объекты являются продуктом деятельности разумного суще­ства, значит, и в нашем случае ответ — участие разума. Если же опыт говорит нам, что эти объекты появились в результате есте­ственных процессов, мы будем говорить о появлении жизни в ре­зультате естественных процессов. Есть и третий вариант: мы честно признаем, что не можем дать ответ из-за недостатка информации.

Принцип аналогии предполагает, что причина, наблюдаемая в настоящем, должна быть схожа с постулируемой нами причиной прошлого. Например, никто не обязан наблюдать процесс само­произвольного зарождения живого из неживого, чтобы постулиро­вать, что в прошлом жизнь появилась именно так. Для получения правдоподобной теории естественного зарождения жизни доста­точно установить сходные случаи, где некоторые характерные свой­ства живой материи будут получены естественным путем (в этом и состоит главная цель всех лабораторных экспериментов по вос­созданию условий возникновения жизни). Аналогично, для получе­ния правдоподобной теории сотворения жизни в результате разум­ного замысла вовсе не обязательно ловить с поличным разумного создателя — точно такого же, какой действовал в прошлом. Доста­точно лишь наблюдать сходные случаи, когда разумный субъект создает нечто, имеющее характерные для живой материи свой­ства.85 Как можно сделать вывод о сходстве причин? Определив, имеется ли «близкое и явное сходство» между следствиями.86

Сегодня для нас очевидна деятельность одного разумного субъекта — человека. Но мы можем постулировать и другие фор­мы разума. Строя предположения о причине на основе следствия, можно сказать, что этот разум теоретически может находиться как на нашей Земле, так и вне её. Ученые, занимающиеся проек­тами СЕТИ, не обязательно должны считать, что радиосигналы из космоса посланы человеческим разумом. Исходя из аргумента по аналогии, мы должны лишь предположить существование разума, подобного человеческому. Если мы постулируем, что причиной возникновения жизни был разум, то это никак не человеческий ра­зум, потому что людей тогда еще не было. Тем не менее, констру­ируя достоверную причину, мы можем выдвинуть постулат о разу­ме, аналогичном человеческому.

Какие причинно-следственные отношения, наблюдаемые сегод­ня, привели химиков-сторонников эволюции к выводу о естествен­ных причинах возникновения жизни? Какие причинно-следствен­ные отношения приводят нас к выводу, что Земля была сотворена в результате разумного замысла? Как и в других областях науки, здесь мы тоже опираемся на краеугольный камень — обобщенный чувственный опыт.

Суть различия между гипотезой химической эволюции и гипо­тезой сотворения в результате разумного замысла существом в том, что для построения аналогии с прошлым отбираются различ­ные факты настоящего: для одной гипотезы — одни, для другой - другие. Химическая эволюция ищет подтверждения в лаборатор­ных экспериментах, которые, как считают адепты этой теории, вполне приемлемо воссоздают события, происходившие на ранней Земле. Хотя при этом так и не были получены ни свойства, относи­тельно сходные с неотъемлемыми свойствами жизни, ни жизнь как таковая, эти эксперименты воспринимаются весьма оптимистичес­ки (как и ранние опыты Миллера; впрочем, оптимизм этот поти­хоньку улетучивается).

Классический аргумент в пользу разумного замысла

Что из происходящего в наше время позволяет сторонникам тео­рии разумного замысла проводить аналогии с прошлым? Теория ра­зумного замысла основана на следующем наблюдении: для того, чтобы произвести на свет сложно организованную материю (компь­ютер, литературное произведение, картину или архитектурное со­оружение), необходимо участие разумного создателя — человека. Если настоящее — ключ к прошлому, то следует заключить, что в создании сходных сложно организованных структур в прошлом тоже участвовал создатель, чей разум аналогичен человеческому.

Идея сотворения жизни в результате разумного замысла владе­ла умами практически всех образованных людей на протяжении боль­шей части истории Запада — вплоть до конца девятнадцатого века. Классический аргумент разумного замысла, исходя из упорядочен­ности Вселенной, шёл к выводу о существовании разума, который создает эту упорядоченность, то есть о существовании Бога. С не­запамятных времен красота цветов и птиц, смена времен года и уди­вительная способность животных приспосабливаться к внешней сре­де заставляла людей искать разум, стоящий за этими явлениями.

Во время научной революции семнадцатого века порядок в при­роде стал оцениваться еще выше. Ученые углубленно и скрупу­лёзно, как никогда прежде, изучали сложнейшие природные струк­туры. Многие все глубже убеждались, что порядок в природе не мог возникнуть сам по себе, без участия разума. Всеобщую убеж­дённость прекрасно выразил Исаак Ньютон: «Эта прекраснейшая система, состоящая из Солнца, планет и комет, могла появиться только благодаря намерению и всевластию разумного и могуще­ственного Сущего».87 Подавляющее большинство ученых прини­мало аргумент разумного замысла, который всегда был аргумен­том в пользу существования Бога. Это - аргумент с наилучшей эмпирической базой, основанный на наблюдениях о порядке, суще­ствующем в природе.88

Но ирония ситуации в том, что та же научная революция и от­вратила многих ученых от аргумента разумного замысла. То и дело учёные выясняли, что события, прежде казавшиеся загадочными и необъяснимыми, порождены естественными причинами. «Ну, если и это объясняется законами природы, — рассуждали они, — то, на­верное, ими объясняется вообще всё сущее? Может быть, и миро­порядок не нуждается в разумной причине?»

Возьмем, к примеру, строение снежинки. Восхищаясь её тон­чайшей и сложнейшей красотой, многие верующие славили муд­рость Создателя. Но в строении снежинки нет ничего таинствен­ного или сверхъестественного. Стадии перехода воды из жидкого состояния (вода) в твердое (лед) сопутствует естественный про­цесс, так называемый дендритический рост, во время которого и образуются веточки и иголочки снежинки.

Классический аргумент разумного замысла гласит, что порядок, наблюдаемый в природе, не мог возникнуть по естественным при­чинам. Существование такой упорядоченной структуры, как снежин­ка, казалось, опровергает такое утверждение и показывает, что как минимум некоторые виды упорядоченности объясняются законами природы. А если материя способна породить порядок в отдельных случаях, почему это не может быть общим правилом? И зачем нам теперь искать некое разумное Существо, ответственное за появле­ние мира и жизни в нем? Все, что нам нужно — продолжать поиски естественных причин. Уход от идеи разумного замысла сформули­ровал Дарвин, заявивший, что естественный отбор порождает «оче­видную упорядоченность»; это означало, что необходимость в Ра­зумном Создателе отпала. Именно так стоял вопрос в научном со­обществе и во всем мире на протяжении более чем ста лет.

Сейчас теория информации говорит нам, что на самом деле су­ществует два рода порядка. Первый (упорядоченность снежинки) определяется внутренними связями материала, из которого состоит предмет (в нашем случае — связи молекул воды). Из такого порядка мы не можем сделать вывод о разумной причине — разве что в са­мом общем смысле, предположив, что за естественными причина­ми стоит что-то ещё. Порядок же второго рода не является резуль­татом материальных процессов. Он в принципе противоречит всему, что, как мы видим, происходит естественным путем. Порядок тако­го рода действительно свидетельствует о разумном замысле.

Современные аргументы в пользу разумного замысла

Давайте подробнее рассмотрим эти два рода порядка. Путе­шествуя по Соединенным Штатам, можно увидеть скалы самых причудливых форм. Заглянув в путеводитель, вы узнаете, что та­кие формы характерны для скал, сформированных из нескольких типов минералов. Из-за разного состава минералов одни элемен­ты такого скального образования мягче, другие — тверже. Дождь и ветер разрушают более мягкий, податливый слой быстрее, чем твердые участки. В результате образуются необычные фигуры самых неожиданных форм. Иногда они даже напоминают нечто знакомое — допустим, человеческое лицо. Иными словами, может показаться, что скала была специально обработана, что ее фор­ма — результат работы скульптора. Но если всмотреться внима­тельнее — например, изменить угол обзора, — становится ясно, что сходство было чисто поверхностным. Форма скалы неизменно за­висит от процессов эрозии, затронувших её внутреннюю структуру (более мягкие породы разрушаются, более твердые образуют вы­ступы). Таким образом, мы приходим к выводу, что скала обрела свою форму естественным путем. Причиной того, что мы наблю­даем, были только силы природы.

Теперь рассмотрим порядок другого рода. Допустим, вы посе­тили гору Рашмор и увидели четыре знаменитых каменных лица на гранитной скале. Черты этих лиц не повторяют естественную структуру скалы; сколы породы одинаковы и в мягких слоях, и в твердых. Форму этих сколов никак не спутаешь с естественными разрушениями в процессе эрозии. Напротив, опыт подскажет вам, что здесь поработал скульптор. Эти лица появились на скале в ре­зультате разумного замысла.

Любой из нас с лёгкостью различит два рода порядка — поря­док, возникший под воздействием природных сил, и порядок, со­зданный намеренно. Возвращаясь к аргументу разумного замыс­ла, зададимся вопросом: порядок какого рода мы видим в приро­де? Если нас окружают примеры только порядка первого рода, зна­чит, Вселенную, какой мы видим её сегодня, можно объяснить только с помощью естественных процессов и законов природы. Если же мы видим примеры порядка второго рода, порядка, созданного разумом, то эти примеры станут свидетельствами в пользу разум­ного замысла. Тогда сама наука укажет нам на этот разум, стояв­ший у истоков мира.

Есть ли в современном живом мире что-нибудь, что, согласно вышеизложенным критериям, явно было создано разумным замыс­лом? Есть ли в нашем опыте убедительные доказательства того, что жизнь была сотворена?

Современные аргументы разумного замысла и информация

Одно из величайших достижений научной мысли двадцатого века — разгадка тайны структуры ДНК и открытие генетического кода. ДНК — это знаменитая молекула наследственности. Каждый из нас зарождается в виде крохотного комочка величиной не боль­ше точки в конце этого предложения. Все наши физические харак­теристики — рост, цвет глаз и волос и так далее — записаны у нас в ДНК. Именно ДНК управляет нашим развитием и взрослением.

Строение ДНК относительно просто, но функции её чрезвычайно сложны. В наше время практически каждый грамотный человек «знаком» с двойной спиралью молекулы ДНК. Она походит на длин­ную-предлинную винтовую лестницу. Сахара и молекулы фосфатов - это боковые стороны лестницы. Четыре азотистых основания (аденин, тимин, гуанин и цитозин) образуют её ступеньки. Азотистые основания — это как бы «буквы» генетического алфавита. Различ­ные сочетания оснований этих «букв» образуют слова, предложения и абзацы. Последовательность соединения оснований несёт в себе все команды, необходимые для работы клетки.

Сторонники возникновения жизни в результате разумного замыс­ла отмечают, что молекулярная биология обнаружила сходство между ДНК и языком, сформулировав гипотезу последователь­ности. Гипотеза последовательности предполагает, что информа­ция записывается строго упорядоченными символами. Последо­вательность оснований ДНК, записанная в особой кодировке, оп­ределяет, к примеру, как именно клетка производит белки. Так же и расположенные в особой последовательности буквы алфавита в этой главе несут информацию о возникновении жизни. Генетичес­кий код функционирует в точности как языковой — это действи­тельно код. Это особая система молекулярной коммуникации: пос­ледовательность химических «букв» хранит и передает информа­цию в каждой живой клетке.

Информацию можно передавать вне зависимости от того, из каких символов состоит алфавит. 26 букв английского языка, 33 буквы русского алфавита, или 4 буквы генетического алфавита - все они одинаково хорошо передают информацию.

Теория информации — это наука о передаче информации, разра­ботанная Клодом Шенноном и его коллегами из лабораторий Бел­ла в конце 40-х годов. Эта теория обеспечивает математические способы измерения информации. Теория информации применима к любой системе символов, независимо от элементов этой системы. Так называемые законы информации Шеннона одинаково приме­нимы к любому из человеческих языков, азбуке Морзе или генети­ческому тексту.

Между последовательностью расположения оснований в посла­нии ДНК и последовательностью букв в письменном сообщении существует структурная идентичность, убеждающая нас, что дан­ное сходство является «близким и значительным», как и было обус­ловлено Гершелем. Эта структурная идентичность служит основой применения законов теории информации к биологии. Как отмечал Иоки в "Journal of Theoretical Biology ", «гипотеза пос­ледовательности непосредственно применима как к белку и генети­ческому тексту, так и к письменному языку, и, следовательно, долж­на подвергаться одной и той же математической обработке».89

Это очень важно для современной дискуссии о возникновении жизни. Именно эти наблюдения настоящего сторонники теории ра­зумного замысла используют как ключ к прошлому. В случае с пись­менными сообщениями опыт подсказывает нам, что каждое из них было создано разумной причиной. Используя аналогию, делаем вы­вод, что знаменитые информационные последовательности ДНК тоже имеют разумный источник. Таким образом, мы приходим к следующему выводу — о существовании разума, подобного челове­ческому. Так как ДНК — основополагающий молекулярный компо­нент всех известных нам форм жизни, мы по аналогии заключаем, что жизнь на земле имела разумную причину.

Открытие ДНК как носителя генетической информации прида­ёт аргументу разумного замысла новый поворот. Поскольку жизнь по своей сути — система химической информации, то возникнове­ние жизни — это возникновение информации. Генетическое сооб­щение — совершенно особый пример организации информации, при­мер «определённой сложности».90 Чтобы понять этот термин, кратко рассмотрим теорию информации в применении к биологии.

Теория информации дает возможность измерить информацию9’, тем самым осуществляя одну из важнейших целей математиков. В биологии теория информации позволяет определить уровень организации материи и найти его численное выражение. Биологи давно осознали важность концепции организации. Однако практической пользы от этой концепции было мало, пока уровень организации не научились измерять. Теория информации наконец предоставила биологам такую возможность. «Грубо говоря, — считает Лесли Оргел, — информационное содержание структуры — это минималь­ный набор команд, необходимых для ее определения».92 Чем слож­нее структура, тем большее число команд ее определяет, и тем больше информации она содержит.

Неорганизованные структуры не требуют практически никаких команд. Если вы хотите написать ряд ничего не значащих букв, то вы уложитесь в две инструкции: «Написать любую букву от А до Я» и «Повторить операцию», и так до бесконечности. Такие высо-коупорядоченные структуры, как ряд постоянно повторяющихся букв или цифр, тоже не требуют большого количества команд. Книга, все содержание которой — повторяющаяся фраза «Я тебя люблю», представляет собой высокоупорядоченную последовательность букв. Необходимо всего лишь несколько команд, чтобы опреде­лить, какие именно буквы будут выбраны и в какой последователь­ности записаны. Затем следует команда повторить процедуру нуж­ное число раз — и книга готова. По контрасту с неорганизованными структурами и высокоупорядоченными структурами структуры сложные требуют большого количества команд. Если мы захотим, чтобы компьютер написал, например, поэму, нам придётся опреде­лять положение и последовательность каждой буквы. Значит, по­эма имеет высокое информационное содержание.

Определение последовательности

В данном контексте информация означает точное определение, или спецификацию, последовательности букв. Ранее мы сказали, что сообщение представляет собой пример «определённой слож­ности». Сейчас мы уже в состоянии понять, что значит «опреде­лённая». Чем точнее определена структура, тем меньше выбора остаётся для выполнения каждой команды.

В ситуации с беспорядочной структурой все возможности нео­граниченны и одинаково вероятны. Если вы, к примеру, составляе­те список из случайных букв, на любом этапе работы вы можете выбрать любую букву без ограничений. Последовательность этих букв не определена.

С другой стороны, упорядоченная структура типа книги, состоя­щей из одинаковых фраз «Я тебя люблю», является уже высоко оп­ределённой, но при этом она избыточна и не сложна, хотя каждая буква в ней строго определена. Как уже было отмечено выше, такая структура имеет низкое информационное содержание, потому что определяется малым количеством команд. И неорганизованные, и упорядоченные структуры содержат мало информации, и в этом их сходство. Различие же их состоит в том, что упорядоченные струк­туры определены, а беспорядочные (неорганизованные) — нет.

Сложная структура типа поэмы тоже определена, но, в отличие от упорядоченной, она ещё имеет высокое информационное содер­жание. Написание поэмы предполагает определение каждой бук­вы в ней особой командой.

Подведем итоги. Теория информации дала нам способ разли­чить два рода порядка, о которых говорилось в начале. В отсут­ствии порядка нет ни определенности, ни высокого содержания информации.

Порядок первого рода мы можем наблюдать на примере сне­жинки. В терминах теории информации, снежинка — структура опре­делённая, но низкого информационного содержания. Её упорядочен­ность строится на единственной структуре, повторенной много раз. Аналогичный пример — книга, вся состоящая из многократно повто­ренной фразы «Я тебя люблю». Структуры порядка второго рода - такие, как, например, скульптуры на горе Рашмор — это структуры определённые и имеющие высокий уровень информации.

Жизнь содержит информацию

Живые существа состоят из молекул определённой сложности. В основном это молекулы ДНК и белки. Все неживое в природе делится на две категории: либо это неопределённые и беспорядоч­ные структуры (осколки гранита, смеси случайных нуклеиновых кислот), либо определённые, но простые структуры (снежинки и кристаллы). Кристалл нельзя отнести к живым существам, пото­му что он недостаточно сложен. Цепочка из соединившихся слу­чайным образом нуклеотидов не может считаться живой из-за отсутствия определённости.93 Ни одна неживая структура (за ис­ключением ДНК и молекул белка в живых организмах, произведе­ний рук человеческих и письменного языка) не обладает свойством, названным «определённой сложностью».

Долгое время биологи не обращали внимания на различие между этими двумя родами порядка (простой, периодический порядок с одной стороны, и определённая сложность — с другой). Лишь недав­но ученые убедились, что отличительная черта живых систем — не порядок, а именно определённая сложность.94 Последовательность нуклеиновых кислот в ДНК или аминокислот в белке не походит на постоянно повторяющиеся сочетания, как в строении кристалла. Скорее, она напоминает сочетание букв в письменном сообщении.

Сообщение — это не повторяющаяся снова и снова последова­тельность букв. Другими словами, это не порядок первого рода. Напротив, выбор букв, составляющих сообщение, в некотором смысле случаен. У букв с-а-п нет внутренних свойств, которые могли бы подсказать нам, что по-английски это буквосочетание означает «мочь, уметь», а по-русски — «смертельная болезнь ско­та». Наверное, в каком-то другом языке это будет просто бессмыс­ленный набор знаков. Если, не зная греческого, вы увидите строку, состоящую из греческих букв, вы не сможете прочесть ее. Более того, вы не сможете понять, что это такое: бессмысленный набор букв или значащие слова. Вы не сможете определить различие.

Чем характеризуется сообщение? Тем, что, согласно данной системе символов, некоторые беспорядочные группы букв стали символизировать определенные значения. Для человека, не знаю­щего английского, сочетания а— п — d, d— n — a, a— d— n совер­шенно ничем не отличаются. Но в системе английского языка со­четание AND жестко определено и имеет особое значение. По об­разному выражению Генри Квастлера (Henry Quastler), это «за­печатленный случайный выбор».95

Итак, теперь мы знаем, что между возникновением порядка и возникновением определённой сложности нет ничего общего. Не су­ществует никакой связи между упорядоченными повторяющимися образцами и определённой сложностью белков ДНК. Мы не можем провести аналогию между образованием кристалла и зарождением жизни, а ведь многие делали это, не подозревая, что ошибаются. Мы не можем утверждать, что если образованием кристалла уп­равляют естественные силы природы, то они же отвечают за стро­ение живых организмов. Упорядоченность кристаллов и снежинок не аналогична определённой сложности живых организмов.

Таким образом, мы снова возвращаемся к аргументу разумного замысла — правда, на более сложном уровне. Теория информации обогатила нас сведениями, благодаря которым мы уже не будем строить умозаключения, исходя из порядка в общем смысле этого слова. Порядок с низким информационным содержанием (порядок первого рода) действительно возникает под воздействием естествен­ных процессов. В то же время у нас нет никаких убедительных экс­периментальных доказательств, что под воздействием природных процессов может возникать порядок высокого информационного со­держания (порядок второго рода, или определённая сложность). На­против, все имеющиеся у нас свидетельства подтверждают, что для создания порядка второго рода необходим разум.

Ученые могут синтезировать приспособленные к жизни белки. Химики производят для медицины такие вещества, как инсулин, — в огромных количествах. Вопрос в том, как они это делают? Есте­ственно, не полагаясь на случай или силы природы. Химики могут получить белки, подобные тем, из которых состоят живые организ­мы, только жестко ограничивая условия проведения опыта. Чем боль­ше ограничений в процессе эксперимента, тем меньше «выбора» на каждом его этапе и, следовательно, тем больше информации.

Если мы хотим порассуждать о том, как появились первые мо­лекулы, несущие информацию, логичнее всего было бы предполо­жить присутствие в тот момент разумного источника в той или иной форме. Научный анализ не поможет нам определить, что имен­но это был за источник. Наука не дает нам его имени. Мы не мо­жем на основе данных о ДНК определить, действительно ли этот разум находился внутри космоса, но вне нашей планеты, как ут­верждали Хойл и Викрамасингх.96 Заметьте: они возражают про­тив естественных причин, а не против причины разумной. Как ут­верждает исторический теизм, разумная сила может находиться и вне нашей Вселенной. Мы можем лишь сказать, что, исходя из информации молекулы ДНК, логично было бы постулировать, что она создана разумным творцом. Жизнь появилась благодаря «кому-то», а не «чему-то».

Возможно, нам удастся точнее определить природу этого ра­зумного создателя более подробно. Например, мы можем собрать доказательства исторические, философские или теологические, или рассмотреть соответствующие свидетельства других наук. Но научные исследования возникновения жизни явно приводят нас к выводу, что только вмешательством разумного источника можно объяснить главную тайну появления жизни — информацию.

Рассматривая вопросы происхождения основных таксономичес­ких групп, мы увидим и другие доказательства того, что жизнь была сотворена разумным Создателем. В следующей главе нить повествования подхватит Курт Уайс, который сосредоточит своё внимание на возникновении таких групп.