Наука в поисках Бога Саган Карл

Представить это можно, например, так: вообразите, что кто-то из ваших родителей – для конкретики пусть это будет отец – входит сюда к нам в зал обычным человеческим шагом. За ним шагает ваш дед. А за ним – прадед. Сколько времени понадобится, чтобы в открытых теперь дверях показался предок, передвигающийся на четвереньках? Ответ: неделя. За одну-единственную неделю эта вереница вытянет к нам того, который еще не научился прямохождению. От четвероногих предков нас отделяют считанные десятки миллионов лет, это ничтожный 1 % геологической истории Земли. Проградуировать то необозримо долгое время, которое потребовалось для развития природного мира во всей его сложности и великолепии, можно множеством разных способов, и это один из них.

Доказательства эволюции имеются повсюду, и я не буду сейчас на них задерживаться. Но кое-что просто напомню. Главная опора – это, конечно, палеонтологическая летопись. Здесь мы устанавливаем соответствие между геологическимислоями, возраст которых определяется независимо – с помощью радиоактивных и других методов датировки, и ископаемыми останками, окаменелостями вымерших живых организмов.

Если взять нетронутый разрез осадочной толщи, человеческие останки обнаружатся лишь в самых верхних слоях. Чем глубже, тем дальше во времени. И никто еще не находил человеческие останки ни в юре, ни в кембрии и ни в каком геологическом периоде, кроме самых поздних, охватывающих последние несколько миллионов лет. И наоборот, есть множество организмов, которые в течение необъятных периодов времени в изобилии водились и преобладали по всему миру, а затем вымерли – и в верхних осадочных слоях больше не появлялись. Трилобиты, например. Их тучные стада паслись на океанском дне, их было бесчисленное множество, однако начиная с пермского периода они пропадают. На самом деле основная масса когда-либо существовавших на Земле видов жизни сейчас относится к вымершим. Вымирание – правило. Выживание – исключение.

При рассмотрении окаменелостей становится ясно, что некоторые организмы обладают сильным анатомическим сходством. Другие от них отличаются. Филогенетическое эволюционное дерево создавалось в течение ста с лишним лет невероятным трудом, однако в последнее время у нас появилась возможность обращаться к хемофоссилиям – анализировать биохимический состав ныне живущих организмов – и даже делать первые шаги к исследованию биохимии вымерших организмов, поскольку часть их органической материи все же удается восстановить. И здесь прослеживается примечательное соответствие между тем, что говорят анатомы и молекулярные биологи. Так, у шимпанзе и человека поразительно схожа структура костной ткани. Потом выясняется, что не менее впечатляющим сходством обладают и их молекулы гемоглобина. Гемоглобин шимпанзе и человека отличается лишь на одну аминокислоту из составляющих его сотен.

На самом деле, если окинуть жизнь на Земле более общим взглядом, станет ясно, что все это – один вид жизни. Не множество разных, а именно один. В нем использовано около пятидесяти основополагающих биологических «кирпичиков» – органических молекул. (Кстати, «органический» здесь совершенно не обязательно подразумевает биологическое происхождение. Я имею в виду просто любые молекулы на основе углерода сложнее, чем CO и CO₂.)

Так вот, выясняется, что за некоторым тривиальным исключением все организмы на Земле в качестве катализатора, фермента, регулирующего скорость и направление реакций в биохимических процессах, используют определенную молекулу под названием «белок». Все организмы на Земле используют молекулу под названием «нуклеиновая кислота» для кодирования генетической информации и воспроизводства ее в потомстве. Все организмы на Земле используют один и тот же сборник кодов для перевода с языка нуклеиновой кислоты на язык белка. И хотя на вид у меня мало общего, скажем, с грибом-слизевиком, в основе своей мы с ним невероятно схожи. Так что не спешите судить по внешности. На молекулярном уровне все мы практически одинаковы.

Отсюда вытекает интересный вопрос насчет наших представлений о возможном диапазоне форм жизни где бы то ни было еще. Мы пленники единственного знакомого нам примера, и нам не хватает воображения представить себе хотя бы один альтернативный способ существования жизни, тогда как их могут быть тысячи или миллионы. Ведь знания в области фундаментальной теоретической химии никого не натолкнули на выводы о наличии и функции нуклеиновых кислот, при том что они окружают нас повсюду и мы сами из них состоим.

Как же так вышло, что из всего огромного разнообразия органических молекул для всей жизни на Земле определяющими стали именно эти несколько? На этот счет есть два основных предположения и целый ряд промежуточных. Первое предположение: на заре истории Земли эти молекулы по той или иной причине преобладали и создавались в избытке, поэтому жизнь просто воспользовалась тем, что имелось в наличии.

Другое вероятное предположение: у этих молекул имеются некие особые свойства, которые с жизнью не просто связаны, но имеют для нее решающее значение, поэтому биологические системы либо постепенно эти молекулы вырабатывали, либо концентрировали их, вытягивали из разбавленного раствора. Кроме того, как я уже сказал, имеется ряд промежуточных возможностей.

Было бы неверно отождествлять происхождение белков и нуклеиновых кислот с происхождением жизни. И тем не менее в лабораторных условиях нуклеиновым кислотам доводилось реплицироваться и даже реплицировать изменения в своей структуре с помощью подходящих структурных элементов из питательной среды. Да, для подобной реакции в лаборатории требуется фермент, однако этот фермент определяет скорость, а не направление химической реакции, поэтому он просто показывает, как будут развиваться события, если у нас хватит времени подождать. А для возникновения жизни времени явно было предостаточно, и к этому я еще вернусь.

Вполне понятно, что нынешняя наша действительность значительно отличается от той, какой она была во времена зарождения жизни. Сегодня у нас имеется высокоорганизованная форма жизни, развившаяся путем естественного отбора, который начинался в более давние времена с гораздо более простых форм. Эти «более простые формы» могли быть как неорганическими в большинстве своем, так и органическими – доподлинно неизвестно. Однако в происхождении жизни есть вопрос, представляющий несомненный интерес, – кто-то, возможно, даже скажет, принципиальный, – и это вопрос о том, откуда появились те самые молекулярные «кирпичики», которые имеются в настоящее время у всех живых существ.

К вопросу об органических молекулах мы и перейдем. На Земле они, безусловно, имеются, но, поскольку на Земле повсюду присутствует жизнь, чистота эксперимента нарушается. Нам неизвестно или по крайней мере неочевидно, какие из встречающихся на Земле органических молекул находятся здесь благодаря наличию жизни, а какие появились бы даже при ее отсутствии. Практически все окружающие нас органические молекулы имеют биологическое происхождение. Если мы хотим что-то узнать об органической химии на Земле до появления жизни, лучше поискать где-то в других местах.

Предположение о внеземной органической материи важно не только по этой причине, но и поскольку из него можно извлечь что-нибудь ценное, по крайней мере о вероятности внеземной жизни. Если больше нигде никаких признаков органических молекул не обнаружится или они окажутся крайне редки, можно прийти к выводу о чрезвычайной редкости внеземной жизни. Если же выяснится, что органики во Вселенной пруд пруди, то хотя бы эта предпосылка существования внеземной жизни будет выполнена. Так что это важный вопрос. С начала 1950-х гг. в его изучении сделаны значительные успехи, позволяющие нам если не прямо, то косвенно узнать что-то о своем происхождении.

В 1910 г. астроном Уильям Хёггинс напугал весь мир. Он-то просто занимался своим делом, астрономическими наблюдениями, но результаты его трудов (работа, о которой я говорю, велась в последней трети XIX в.) повергли в массовую панику Японию, Россию и немалую часть юга и среднего запада Соединенных Штатов. В Константинополе сотни тысяч людей вылезли на крыши в пижамах. Папа римский в своем послании осудил массовую истерию с запасанием кислородными баллонами в Риме. По всему миру шла волна самоубийств. И все из-за трудов Уильяма Хёггинса. Мало кто из ученых мог бы претендовать на подобный эффект, по крайней мере до изобретения ядерного оружия. Что же такое совершил Хёггинс? Дело в том, что он входил в число первых астрономов, занимавшихся спектральным анализом.

Илл. 20. Комета Махгольца

Раздутая атмосфера кометы – кома, вытягивается в противоположном Солнцу направлении, образуя разреженный хвост из пыли и ионизированного газа.

Перед нами кома кометы – облако пыли и газа, окружающее ледяное кометное ядро при вхождении во внутреннюю область Солнечной системы. С помощью спектроскопа Хёггинс раскладывал свет кометы на спектральные составляющие. Из того, какие частоты светового излучения оказываются преобладающими, можно сделать выводы о химическом составе кометы – к тому моменту, как Хёггинс переключился на них, спектральный анализ с успехом применялся к изучению небесных тел уже десятилетие или два. (Кроме прочего, Хёггинс сделал весомый вклад в изучение химического состава звезд.)

Спектрограммы взяты из публикации Хёггинса. На иллюстрациях представлены волновые диапазоны в видимой части спектра, воспринимаемые глазом. В самом низу – спектрограмма кометы 1868 г., названной кометой Брорзена. Над ней – развертка другой кометы 1868 г., Виннеке-2. А в самом верху – спектрограмма оливкового масла.