где
N = RPNeLCT
R – число ежегодно образующихся звезд во Вселенной;
Р – вероятность наличия у звезды планетной системы;
Ne – вероятность того, что среди планет имеется планета земного типа, на
которой возможно зарождение жизни;
L – вероятность реального зарождения жизни на планете;
С – вероятность того, что разумная жизнь пошла по техногенному пути развития, разработала средства связи и желает вступить в контакт;
T – усредненное время, на протяжении которого желающая вступить в контакт цивилизация посылает (радио-) сигналы в космос.
Нас интересует вероятность существования цивилизованных инопланетян постольку, поскольку она может ответить на вопрос об уникальности жизни и разума во Вселенной. В случае панспермии такая вероятность могла – как вариант – обеспечить и наше собственное существование. Формула Дрейка, составляющие которой имеют широчайший диапазон, основана все же на довольно строгой аксиоматике:
жизнь – это молекулярный (и надмолекулярный) продукт;
молекулы, лежащие в ее основе, – это, par excellence, нуклеиновые и белковые полимеры;
жизнь формируется на планетах, обращающихся вокруг звезд;
возникновение жизни не обязательно приводит к появлению разума (спорное утверждение);
цивилизация, если она возникает, начинает искать «братьев по разуму».
Добавим к этому, что успех таких поисков зависит от технологического и нравственного уровня тех, кто – и тех, кого – ищут. Чрезмерная длительность поиска может привести к мысли об одиночестве во Вселенной. Не имеет значения, будет эта мысль удручающей или, напротив, питающей гордыню; имеет значение, что она, так или иначе, приведет к убеждению в необходимости экспансии. Такая экспансия – по крайней мере, на начальных этапах – может оказаться условием успеха Контакта, который, в свою очередь, будет ей способствовать, однако, ее собственная мотивация не зависит от того, найдем мы ИХ или нет.
Три первых аксиомы (до появления разума) – прямые производные времени, то есть этапа эволюции Вселенной, когда формируются «тяжелые» (то есть, тяжелее лития) атомы, взаимодействие которых позднее приводит к образованию молекул, сначала простых, позднее – сложных; условия образования последних событий складываются тогда, когда эта эволюция приводит к появлению твердых планет. Очевидно, что вероятность L зарождения жизни на планете связана с некими условиями (назовем их привилегиями), которые определяются пространственной позицией планеты. Поскольку уровень наших знаний не позволяет уверенно судить о таких условиях, мы – в данном случае – просто копируем то, что можем описать как пространственное положение нашей собственной планеты.
Здесь я вынужден спохватиться и принести Читателю свои извинения за то, что – не будучи специалистом в космологии и в астрофизике – берусь, тем не менее, рассуждать о таких материях. Я уже согрешил (за что также – пусть и с запозданием – прошу у Читателя прощения), попытавшись в меру своего обывательского понимания коснуться идей Мультиверса, нелинейности, диссипативных структур и даже теоремы Геделя. Очень вероятно, что рассказ этот оказался не совсем корректным, и профессионалы отнесутся к нему с определенной иронией. Но общее понятие обо всем этом представляется мне необходимым для сути дела, и я продолжу в той же, доступной мне, манере, ожидая, что снисхождение, проявленное профессионалами, будет не столько надменным, сколько извиняющим.
Что до не-профессионалов, то те из них, которые не верят в «эти кислотные последовательности», давно уже бросили чтение, а для того, чтобы оставшиеся всплыли из глубин бездонного океана непривычной информации и немного отдышались на его поверхности, Автор помещает здесь фотографию памятного знака в Обнинске. То ли у Автора вновь кольнуло, и он подумал про славный город, где этот знак установили не очень давно, то ли он припомнил, что в предыдущей главе рассказывал про вирусный белок К-14, похожий на человеческий CD200, и пощадив Читателя, не стал демонстрировать ему первичную структуру обоих аналогов.
Может быть также, что Автор мысленно перенесся в 1964-й, когда его среди других пятикурсников Хабаровского мединститута отправили на военные сборы – на Тихоокеанский флот, во Владивосток. Автор попал на дизельную подводную лодку класса Щ, бортовой номер 050, базирование – бухта Малый Улисс. Были и учебный поход к берегам Северной Кореи, и парад на рейде Владивостока в честь Дня ВМФ СССР, и обмундирование второй категории для клистирных трубок вроде нас – мятая беска (то есть, бескозырка – полная параша, как выразился сослуживец), рыжий ремень, зеленая бляха, чудовищные клѐши и синие караси (носки), которые вечно валились вниз на грязно-коричневые гады (ботинки) – гэ-дэ, кто понимает (а кто – по убогости – думает, что г. д. означает только государственную думу, пусть и дальше так думает – не так уж он и неправ). Но был и выход на палубу полувсплывшей ненадолго во время учебного похода лодки, когда тебе 22, и ты – совершенно один! – стоишь на заливаемом водой кусочке металла посередине Мирового Океана, и ослепительное солнце над головой подчеркивает волшебство и восторг мгновения.
А может быть, Автор почувствовал, что показать атомную субмарину класса «November» – не самый плохой способ подготовить Читателя к той части рассказа, которая повествует о субатомных пролегоменах возникновения жизни? Поди, разбери этого Автора! Так или иначе, он надеется, что глаз Читателя размылился, и Читатель уже понимает, что логика, с которой мы пытаемся идентифицировать привилегии времени и места возникновения жизни, безусловно приведет к большому изумлению, если – обнаружив эти привилегии у вновь открытой экзопланеты земного типа – мы не обнаружим на ней следов жизни. Между тем астрономы зарегистрировали уже не один десяток так называемых экзопланетных систем, на которых в принципе могли создаваться условия для возникновения жизни.
Итак, поговорим сначала о времени, оптимальном для возникновения известного нам варианта жизни. Для установления такого этапа в масштабе существования нашей Вселенной полезно коротко проследить события этого существования, еѐ непрерывной эволюции.
Одна из основных точек зрения на происхождение нашей Вселенной заключается в том, что она возникла в результате Большого Взрыва примерно 13.7 миллиарда лет назад. То, что произошло после Взрыва, соответствует гипотезе так называемой «Горячей Вселенной», детали которой нас здесь не занимают. События последующих трехсот тысяч лет разделяются на несколько этапов (эр), названия которых определяются возникновением, взаимодействием и, наконец, преобладанием тех или иных элементарных частиц. Относительно промежутка 0-10-44сек (первый квант времени) неизвестно совершенно ничего, нет даже гипотез. Затем, в течение 5х10-44—10-36сек началось стремительное раздувание (инфляция) Вселенной, и заработали физические законы. Расширение Вселенной – с новым ускорением, обозначившимся около 5 млрд лет назад, – имеет место и сейчас. Адронная эра продолжалась одну десятитысячную долю секунды и характеризовалась высокой температурой и плотностью вещества, состоящего из элементарных частиц – адронов. Казалось бы, нас не слишком должны интересовать этапы ранней эволюции Вселенной, поскольку известная нам жизнь основана на молекулярных событиях, несовместимых с миром чрезвычайной плотности, в котором нет ничего, кроме элементарных частиц и температура которого составляет 1028К, хотя и постепенно снижается (до 1012К к следующей эре). И все же именно возникшие тогда адроны, вернее, их часть – барионы, еще вернее, часть барионов – нуклоны, то есть протоны и нейтроны (составная часть атомов), образовавшиеся именно в адронную эру, будут предметом нашего внимания в дальнейших главах – правда, с довольно неожиданной стороны. Следующая за адронной лептонная эра продолжалась несколько секунд и была отмечена дальнейшим снижением температуры вещества, состоящего, по преимуществу, из элементарных частиц – лептонов. Завершила первичную эволюцию элементарных частиц фотонная эра, которая длилась примерно триста тысяч лет и характеризовалась дальнейшим снижением температуры, аннигиляцией электронов и позитронов, разделением частиц и античастиц и преобладанием фотонной составляющей. Вселенная стала прозрачной для нейтрино, начались ядерные реакции синтеза гелия и других легких химических элементов, установилось их первичное соотношение.
Наконец, спустя 300.000 лет началась (и продолжается поныне) звездная эра. С ее началом – к первому миллиону лет после Взрыва – завершилась эпоха рекомбинации образовались атомы гелия и водорода), частицы стали преобладать над античастицами, и возник нейтринный газ, а также излучение, которое сейчас носит характер реликтового (и подтверждает гипотезу «горячей» Вселенной). Температура вещества опустилась до 3.000—4.500К, в нем стали проявляться гравитационные неоднородности. В течение первого миллиарда лет существования Вселенной ее температура снизилась от 3.000—45.000К до 300К. Поскольку в этот период еще не было ни звезд, ни квазаров, ни прочих источников электромагнитного излучения, а реликтовое уже «остыло», его (этот период) называют «Темным возрастом» Вселенной. Дальнейшая конденсация вещества под действием гравитационных сил привела к началу формирования звезд и галактик (или галактик и звезд – последовательность определяют две альтернативные гипотезы). Моделирование этих процессов показывает, что звезды первого поколения могли иметь массы в миллионы солнечных. Они быстро разогревались до очень высоких температур и эволюционировали в течение нескольких десятков миллионов лет, а затем взрывались как сверхновые, послужив первыми источниками «тяжелых» (тяжелее лития) химических элементов. Звезды второго поколения, содержащие ядра этих атомов, а также атомов водорода и гелия, уже не были столь массивными и горячими, как их предшественницы, и потоки ультрафиолетового ионизирующего излучения от них были значительно меньше. Повторная рекомбинация большинства атомов межзвездного и межгалактического газов привела к прозрачности пространства для электромагнитного излучения всех спектральных диапазонов. Вселенная приобрела практически такой вид, какой характеризует ее и сегодня.
Описанная картина ранней эволюции Вселенной имеет характер предположения, так или иначе теоретически аргументированного. Оно, тем не менее, является в настоящее время господствующим. Звезды, собранные в галактики, формируют категории, называемые в астрономии «звѐздные населения». Это типы звезд, которые различаются по химическому составу, по пространственному распределению, по положению на диаграмме Герцшпрунга-Рассела (известной Читателю по школьной астрономии; если нет – информацию легко найти в Сети), по собственным скоростям и другим критериям. Галактики состоят из звезд, по преимуществу, одного и того же типа населения. Население I характеризуется заметным содержанием в спектре элементов тяжелее гелия (астрономы называют их «металлами»). Тяжѐлые элементы образовались в более ранних звѐздах и распространились при взрывах сверхновых. Наше Солнце, как и большинство звѐзд галактического диска, является типичным представителем Населения I. В звѐздах населения II содержание тяжѐлых элементов на несколько порядков ниже. Это старые звѐзды, сформировавшиеся вскоре после Большого Взрыва, старше 10 млрд лет. В спиральных галактиках население II составляют шаровые скопления в галактическом гало. Наконец, гипотетическое население III составляют звезды первого поколения после Большого Взрыва. Предполагается, что это очень тяжѐлые звѐзды с малым временем жизни, не дожившие до наших дней. Большая масса объясняется отсутствием углерода, необходимого для упомянутого выше CNO-цикла горения водорода – в таких звѐздах мог происходить только протон-протонный термоядерный цикл, требующий сверхвысоких температур.
Если вокруг звезд первого поколения и могли образоваться планеты, их существование было слишком недолгим для возникновения жизни, какую мы знаем. Планеты звезд второго поколения такие шансы уже имели. Солнце, пяти миллиардов лет от роду, – молодая звезда этого поколения. Оно и его планеты, а миллиард лет спустя (совсем немного, если учесть, что и планеты тогда еще не имели современного облика) и жизнь на одной из них – сформировались практически одновременно.
Мы, таким образом, увидели «левый предел» для возможности возникновения жизни в нашей Вселенной (если временную координату сориентировать так, как это сделал Курт Воннегут, поставив букву В у ее начала слева). Относительно того, может ли жизнь возникнуть на планете, которая – сохраняя для этого все (как нам кажется) условия оставалась безжизненной много миллиардов лет, мы не имеем никакого представления вообще: «правый предел» нам неизвестен. Не факт, однако, что его нет. Интуиция, тем не менее, подсказывает, что как только на планете появляются условия для возникновения жизни, оно (возникновение) не заставляет себя ждать.
Пространство современной Вселенной также выделяет участки, в которых возникновение и сохранение жизни оказывается более вероятным, чем в других. Поскольку 100%-ая вероятность этих событий имеет, по определению, место на Земле, поиски таких «привилегированных» участков – это перечень параметров, которые выделяют нашу планету среди прочих. Последнее утверждение – в соответствии с упомянутой выше аксиомой 3 – означает, что жизнь может возникнуть на «твердых» (скалистых) планетах, то есть там, где разнообразие материала в основных фазах (газообразной, жидкой и твердой) и его концентрация достаточны для длительной предбиологической, химической эволюции в направлении усложнения молекул и формирования каталитических циклов и гиперциклов, способных к эффективной конкуренции за субстрат и источники энергии. Согласно гипотезе, к которой склоняется большинство астрофизиков, образование планет проходило как процесс конденсации газо-пылевого облака – практически одновременно с образованием центрального светила. Хронология образования планетных систем выглядит примерно так:
0 – 100 тыс. лет – вращающееся облако растягивается в диск, в центре которого формируется звезда;
100 тыс – 2 млн лет – частицы пылевого облака слипаются в планетные зародыши с массами от лунной до земной;
2 млн лет – формируется первый газовый гигант и выметает астероиды первого поколения;
10 млн лет – газовый гигант стимулирует формирование других гигантов и планет земного типа; к этому времени газа почти не осталось;
800 млн лет – перегруппировка планет продолжается около миллиарда лет после начала их формирования.
Мы только-только начинаем обнаруживать небольшие скалистые экзопланеты земного типа у других звезд в окрестностях Солнечной системы, поэтому трудно сказать, что бы то ни было об условиях их существования. Отметим лишь, что такой поиск очень труден, и экзопланеты обнаруживаются, по крайней мере, в настоящее время, в частности, только в силу существенного эксцентриситета их орбит. Естественно, появились гипотезы об уникальности Солнечной системы, в которой планеты имеют практически круговые орбиты. Между прочим, именно такие орбиты являются одной из тех «привилегий», благодаря которым возникла жизнь на Земле, поскольку даже небольшое смещение орбиты за пределы «пояса жизни» (в Солнечной системе) – в частности, в силу существенного эксцентриситета орбиты – может уготовить ей судьбу безжизненных Венеры или Марса. Да и сама по себе круговая орбита – мощный устойчивый гравитационный ритмоводитель, обеспечивающий – в комбинации с необходимым (лучше всего – земным!) наклоном оси планеты регулярную смену сезонов, а такая регулярность также является, по-видимому, одним из факторов происхождения, закрепления и дальнейшего развития жизни. При определенных – однако, достаточно строгих – условиях необходимый ритм могла бы обеспечить и двойная звезда. Регулярные ритмы буквально пронизывают жизнь на всех ее уровнях, и это просто не может быть случайностью. Весьма вероятно, что происхождение земной жизни связано с дополнительным гравитационным ритмоводителем, – непропорционально (в сравнении с другими планетами Солнечной системы) большим спутником нашей планеты – Луной. Многочисленные циркадные (суточные) ритмы, ритмы, связанные со сменой сезонов, годичные ритмы, 11-летние циклы солнечной активности, лунные биоциклы, имеющие известное отношение не только к физиологии, но даже – по предположению д-ра Алексея Оловникова – и к более общим явлениям, вроде длительности жизни отдельной особи – очень возможно, что все эти явления стали необходимым условием формирования жизни на Земле.
Вот почему трудно себе представить, что жизнь могла возникнуть где-нибудь в глубинах Космоса, вдали от звездных систем, где даже возникновение самих планет – вещь совершенно невероятная: из чего? Вопрос, сохранится ли жизнь спустя миллиарды лет разбегания галактик, когда окружающее пространство окажется значительно более «разреженным», нежели сейчас, не имеет отношения к выбору привилегированных областей ее возникновения. В случае, если цивилизации могут достигать столь уважаемого возраста, такой вопрос будет относиться лишь к «поздним» источникам направленной панспермии. Мы не станем его обсуждать, поскольку поиск таких цивилизаций нам пока не под силу даже в воображении. Будут ли они уходить от родного, но угасающего или раздувающегося светила на собственной планете – или использовать другие транспортные средства – кто скажет? Можно себе представить такой уход и как экспансию – до того, как произойдет Катастрофа. Нас интересует, однако, совершенно другой вопрос; мы обсудим его немного позже, а в этой главе мы говорим лишь о возможной колыбели жизни и касаемся лишь тех цивилизаций, которые – подобно нам – пока сохраняют «верность» своей колыбели. Мы не обсуждаем здесь также гипотезу, которая – по крайней мере, на первый взгляд – и для непосвященных – выглядит плодом совершенно безудержной фантазии и парадоксальным образом вводит Вселенные Мультиверса в наш собственный Юниверс. Это гипотеза, допускающая существование принципиально иных миров в рамках нашей Вселенной – в виде так называемых фридмонов, частицах, которые нами рассматриваются как элементарные и которые могут быть теми же электронами, но каждая из которых в то же время может быть отдельной – в том числе и населенной – Вселенной. Эта гипотеза – несмотря на всю ее фантастичность – математически аргументирована не слабее, нежели описанные выше идеи Эверетта. Примем, однако, что законы физики нашей Вселенной предписывают элементарным частицам свойства, по которым они не отличаются друг от друга (с нашей сегодняшней точки зрения), а это означает общую судьбу, то есть, независимость от вероятно населяющих их «цивилизаций». Однообразие (хотя все-таки статистическое) такой судьбы удручает, и мы оставим фридмоны в покое.
Между прочим, мысль, сформулированная в начале предыдущего абзаца – «трудно представить, что жизнь могла возникнуть вдали от звездных систем» – не так бесспорна. Дело в том, что звездные системы сформированы из так называемой барионной материи, которая составляет не более 4—5% общей материи нашей Вселенной. Всего же вещества во Вселенной, согласно сегодняшним представлениям, должно быть раз в 20 больше. Другими словами, во Вселенной существует огромное количество темной небарионной материи, которая не излучает и поэтому не доступна обычным наблюдениям. Эта материя играла особенно важную роль в формировании структур различного масштаба во Вселенной; без нее наблюдаемые структуры в расширяющейся Вселенной просто не успели бы возникнуть. Различают также темную барионную материю. К ней относят астрономические объекты, состоящие из обычных протонов и нейтронов, которые – по тем или иным причинам – значительно слабее обычных испускают и отражают электромагнитное излучение (темная небарионная материя его вовсе не испускает и не отражает), поэтому темная барионная материя, не является, строго говоря, темной. Сложные органические молекулы, содержащие углерод (толины), составляют одну из компонент темной барионной материи. Они есть в диффузных темных облаках, в поверхностных слоях некоторых звезд, в плотных звездообразующих областях, в протопланетных дисках, в кометах, небольших планетах, метеоритах и частицах межзвездной пыли. Толины являются химическими предшественниками жизни. Появление углерода и азота небиологического происхождения на Земле можно объяснить лишь космическими причинами. И сама жизнь могла быть доставлена на Землю из космоса, например, с кометами, и даже в капсулах-фуллеренах. Могла ли жизнь возникнуть в областях темной материи (барионной или нет) и снабжаться темной энергией (еще одна загадочная космическая сущность, обеспечивающая, между прочим, новый инфляционный этап развития Вселенной, начавшийся около 5 миллиардов лет назад – тогда же, когда начала формироваться Солнечная система) – такой вопрос сегодня даже не рассматривается.
Итак, привилегированными областями, с точки зрения возникновения и сохранения жизни, являются, скорее всего, звездные системы (галактики), а из них – более структурированные, спиральные (существуют также эллиптические галактики и «неправильные», структура которых вероятно нарушена гравитационными катастрофа – например, столкновениями звездных систем). У спиральных галактик, как правило, имеются две ветви (два рукава), берущие начало в противоположных точках галактического ядра. Известны примеры и большего числа рукавов. В нашей галактике (Млечном Пути) различают, как минимум, пять спиральных рукавов различного размера: рукав Лебедя, рукав Ориона, рукав Персея, рукав Стрельца и рукав Центавра. Их названия соответствуют локализации основной массы рукавов. Солнечная система находится в очень небольшом местном рукаве Ориона, который соединѐн с двумя более крупными – внутренним рукавом Стрельца и внешним Рукавом Персея. Фактически мы живем в пространстве между двумя спиральными ветвями, бедном звездами.
И здесь, в звездной системе, как и в планетарной, для возникновения и сохранения жизни существует «привилегированная зона», расположенная на определенном расстоянии от центра системы. Эта зона называется коротационным кругом (или поясом). Спиральная галактика вращается так, что ее вращение происходит с непостоянной угловой скоростью: близкие к центру части галактики, содержащие звезды, вращаются быстрее, более далекие – медленнее. В результате угловая скорость вращения звездной системы уменьшается по мере увеличения расстояния до ее центра. В то же время газопылевая составляющая всей массы галактики вращается синхронно с ее ядром, оказывая давление на рукава – тем более сильное, чем ближе они к галактическому ядру – в соответствии с уменьшением ее плотности к периферии. Возникает галактическая ударная волна, и на внутренней кромке рукавов образуется спиралевидная полоса сжатого межзвездного газа, в которой и рождаются звезды. Чем больше относительная скорость межзвездного газа и спиральных рукавов, тем мощнее галактическая ударная волна и тем сильнее сжат в ней газ. Соответственно чем сильнее сжат газ, тем интенсивнее идет в нем процесс образования звезд. В зоне коротации рукава вращаются почти синхронно с межзвездным газом, относительного движения почти нет, и ударной волны не образуется. Именно поэтому образование звезд в зоне коротации и вне ее происходит в разных условиях. Таким образом, коротационная зона оказывается выделенным узким кольцом – тором с радиусом 250 парсек – в «теле» (нашей) Галактики. Имеются основания считать, что Солнечная система находится как раз в зоне коротации, относительно спокойной – если иметь в виду насыщенность бомбардирующим материалом и лучевой нагрузкой. Зоне коротации приписывают привилегию особого места в Галактике, где может возникнуть и сохраниться известная нам – нуклеиново-белковая – форма жизни.
И все же «умеренная» метеоритная бомбардировка сыграла, возможно, ключевую роль в возникновении жизни на нашей планете, то есть, была даже необходимой. Два американских исследователя, Дэвид Кринг и Барбара Коэн, предположили, что внутренние планеты Солнечной системы – Марс, Венера, Земля и Меркурий – около 3,9 миллиардов лет назад подверглись бомбардировке огромными осколками планетного вещества – астероидами и метеоритами. По оценкам этих авторов, только на Земле должно было образоваться до 22 тысяч кратеров диаметром более 20 километров. По меньшей мере 40 из них должны были иметь диаметр около 1.000 километров, а несколько – свыше 5.000 километров. На Земле эти кратеры давно исчезли в результате геологических процессов. Большинство кратеров, обнаруженных в южном полушарии Марса, тоже образовалось в ту эпоху. Вся эта бомбардировка продолжалась недолго, около 200 тысяч лет. В среднем столкновения Земли с астероидами таких размеров, как тот, что позднее уничтожил динозавров, происходили тогда каждые 100 лет.
Никто прежде не предполагал, что описываемая катастрофа затронула всю внутреннюю часть Солнечной системы и была столь мощной: специалисты считали, что Земля и Луна претерпевали тогда соударения с облаком комет, а поскольку размеры комет (и, соответственно, кинетическая энергия их удара) много меньше, чем у астероидов, то и масштабы бомбардировки казались менее значительными. Кринг и Коэн, изучив образцы пород из лунных кратеров, нашли, что их химический состав соответствует содержанию изотопов не в кометах, а именно в астероидах, а также в метеоритах, которые обнаруживали на Земле.
При метеоритных ударах таких масштабов возникали трещины, из которых выделялась горячая вода, насыщенная органическими молекулами, и такие трещины могли стать очагами предбиологических процессов, которые привели к быстрому появлению жизни по окончании бомбардировки.
Жизнь могла возникнуть именно в горячей воде таких гидротермальных очагов. По мнению Кринга и Коэна, условия в трещинах метеоритов были настолько благоприятными для этого, что первые живые клетки могли появиться там уже через несколько сот тысяч лет после конца бомбардировки, то есть примерно 3,85 миллиардов лет тому назад. Эта дата, действительно, близка к возрасту обнаруженных в последние годы первых признаков жизни на Земле.
…………………
Немного о номере этой главы. Читатель, который уже ожидал, что им станет число 31, поскольку очевидная привязанность Автора к триплету 111, как будто, требует перехода от представления этого гомотриплета в четверичной системе (21) к представлению его в пятеричной, будет приятно разочарован доверием Автора к своей сообразительности. Автор принимает, что Читатель давно усвоил и само понятие о системах счисления, и «равноправие» таких систем с различными основаниями. Другое дело – человеческая культура, где некоторые из этих систем исторически акцентированы (например, десятичная, как удобная для счета пальцами обеих рук, или пятеричная, которую – из тех же соображений – еще в XIX веке использовали китайцы, освободив другую руку для других дел). Гомотриплет (информационная сигнатура с тремя одинаковыми знаками) 111 выделен в таблице ниже, в которой – как и в предыдущем случае (Глава 21), но уже для пятеричной системы – он соответствует децимальному числу 31. Первые тридцать пять десятичных чисел (темные колонки) в пятеричной системе счисления записываются так (светлые колонки):
В соответствии с определением, пятеричная система счисления использует пять символов-цифр: 1, 2, 3, 4 и 0.
Вместо того, чтобы утомлять читателя однотипным комментарием, посвящая его номеру очередной главы, который соответствует одному и тому же числу в очередной системе счисления, Автору кажется гораздо выигрышней сразу представить это число общей таблицей в серии систем с основаниями от 1 до 20 (крупный шрифт – десятичные числа N, соответствующие числу 111 в системах счисления, основания которых, P, обозначены мелким шрифтом):
Таблица, естественно, открывается числом 1. Система счисления с основанием 1 системой в принятом смысле, вообще говоря, не является. Число 1111 в такой «системе» графически означает всего лишь десятичную тройку (3=1+1+1), соответствующую тройке римской – III (числу без разрядов). Таким же образом десятичному 111 соответствуют сто одиннадцать символов 1, представленных также без всяких разрядов, поскольку символа ноля в «сингулярной» (унарной) системе нет. Вот как оно выглядит (для удобства восприятия это число изображено тремя равными строками по 37 единиц):
1111111111111111111111111111111111111
1111111111111111111111111111111111111
1111111111111111111111111111111111111
Обратив, таким образом, внимание на число 1 и вспомнив о прошлом человечества, когда сингулярная система счисления была и единственной, и единственно возможной, Автор и главу эту хотел было обозначить приведенным трехстрочным числом. Но ни три римские цифры, ни три строки цифр арабских не показались ему уместными или «соответствующими» в контексте рассказа, и он ограничился «одноразрядным» числом, графемой (или нумералом) 1. Да и навязчивым быть не хотелось со своими предпочтениями – до поры, до времени.
Мы уже упоминали об особенности четверичного числа 1114 (21) – способности делиться без остатка на три. Такой же способностью обладает семеричное число 1117 (57) и десятичное 111 (системы с Р> 10 мы здесь не рассматриваем). Наибольшие общие делители d каждого из этих чисел равны: 7 = 134, 19 = 257 и 37 = 3710. Делимость трехзначного числа в этих системах на d следует прямой (слева направо) пермутации: если на 37 (в системе P=10) делится, например, число 925, то тем же свойством обладают также числа 259 и 592 (но не 529 и не 295). Из этого следует делимость на 37 всех гомотриплетов – 111, 222, 333 и т. д. Те же рассуждения справедливы и в отношении чисел четверичной и семеричной систем. Владимир Щербак упоминает Луку Пачиоли, известного математика Возрождения, «изобретателя» бухгалтерского учета, друга и учителя математики самого Леонардо, которого «изумила цифровая симметрия десятичных чисел, кратных 37… Если одна из целей такой симметрии – привлечь внимание исследователя, то реакция Пачиоли говорит, что эта цель достижима». Привлечет ли такое же ИХ внимание позолоченная пластинка «Вояджера»?
Глава 211. Абиогенная (химическая) эволюция (VIII)
Гипотезы о происхождении жизни на Земле исходят в основном из двух предположений. Это либо гипотеза панспермии (что многих не устраивает, поскольку, как они полагают, она лишь отодвигает событие в прошлое и не решает задачу), либо кажущееся гораздо более вероятным предположение о том, что на Земле земная жизнь и возникла. Варианта первой гипотезы мы коснемся позже (ему эта книга и посвящена), что до вероятного предположения, то его сторонники справедливо полагают, что его подтверждением может быть только эксперимент. Именно так считал и Виталий Гинзбург. «В настоящее время мы полагаем, – говорил он, – что знаем, из чего устроено все живое – из электронов, атомов и молекул46. Знаем строение атомов и молекул, а также управляющие ими и излучением законы. Поэтому естественна гипотеза о редукции – возможности все живое объяснить на основе физики, уже известной физики. Образование в условиях, царивших на Земле несколько миллиардов лет назад, сложных органических молекул уже прослежено, понято и смоделировано. Казалось бы, переход от таких молекул и их комплексов к простейшим организмам, к их воспроизводству можно себе представить. Но здесь имеется какой-то скачок, фазовый переход. Проблема не решена, и я склонен думать, будет безоговорочно решена только после создания жизни в пробирке». Две выделенные здесь фразы требуют комментария. Сложные органические молекулы, о которых говорится в первой из них, свидетельствуют, конечно, о прогрессе в обсуждаемой области, однако, это еще слишком простая сложность (прошу прощения за невольный каламбур), и ее для обозначенных целей совершенно недостаточно. Уровень сложности, необходимый для моделирования возникновения жизни, определяется не только сложностью самих молекул (то есть числом и разнообразием атомов, их составляющих). Эти молекулы должны объединяться в реакционные циклы и гиперциклы и катализировать их звенья. При этом они должны быть способны формировать цепочки (линейные полимеры), которые – в свою очередь – должны быть способны сохранять информацию и дублировать ее – с ошибками, частота которых не должна превышать значения, позволяющего лишь немного модифицировать исходный контент для отбора оптимального варианта. Ничего похожего в пробирке пока не создано. Совсем недавно удалось химическим путем «собрать» рибонуклеотид, один из четырех основных «кирпичиков», из которых «сделана» РНК. Очень долгое время и эту задачу решить не удавалось. Гинзбург определенно оценивал ситуацию более оптимистично, чем она есть. Второй комментарий касается создания «жизни в пробирке». Мы уже говорили, что в привычном смысле эксперимент по созданию жизни в пробирке, скорее всего, бесперспективен. Для этого требуются другие пространственные масштабы – как минимум, масштаб планеты или, скорее, планетной системы. Временные масштабы также придется увеличить: очень возможно, что для такого эксперимента потребуются те же 3—4 миллиарда лет. О том, что надо будет сделать экспериментатору, чтобы оценить результат своей работы, мы вспомним позже, а пока отметим, что чудовищные расстояния, отделяющие нас от планетных систем, где возможна иная жизнь, вполне могут служить эквивалентом стеклянной стенки пробирки, отделяющей мир экспериментатора от нашего собственного и надежно предупреждающей возможную взаимную контаминацию живым материалом.
Исследователи по-прежнему пытаются проследить, могли ли в первичной атмосфере молодой Земли возникнуть молекулярные компоненты жизни, повторяя классический эксперимент Гарольда Юри и Стэнли Миллера по поискам «сложных органических молекул» в сосуде, где воспроизводится эта атмосфера и внешние воздействия на нее, включая электрические разряды. И ее газовый состав, и другие компоненты среды постоянно модифицируют – в зависимости от последних о них представлений, а для поисков «сложных органических молекул» используют все более изощренные методы и приборы, с помощью которых в продуктах даже исходного эксперимента удается обнаружить такие соединения (аминокислоты), которых не могли найти его авторы.
Конечно, такой подход не может иметь целью создание «жизни в пробирке». До того, как в таком сосуде возникнут хиральная чистота биомолекул, генетический код и первые клетки, пройдет не меньше времени, нежели требуется для случайного воспроизведения одной страницы Войны и мира из рассыпанного набора.
Виталий Гинзбург прав, как нам кажется, совершенно в другом. Его слова фактически означают, что как только возникнет возможность «полевой» проверки результатов «стендовых» экспериментов по воспроизведению отдельных этапов абиогенной молекулярной эволюции, которая в принципе могла привести к возникновению жизни, такая проверка будет осуществлена НЕИЗБЕЖНО. Так устроен разум. А пока – несмотря на «привилегированное положение» нашей планеты в пространстве и во времени, описанное в предыдущей главе, мы совершенно не представляем себе, как это – или какие еще условия – определили, скажем, хиральную чистоту биологических молекул и почему выбор пал на левовращающие аминокислоты и правовращающие сахара. Что такое хиральность, можно прочесть повсюду. Суть ее выражает зеркальная симметрия рук человека. Обе руки повторяют друг друга в деталях, но на правую руку не наденешь левую перчатку – и наоборот. Так же устроены и некоторые молекулы – например, молекулы тех же аминокислот и сахаров.
Продукты чисто химического синтеза тех и других всегда представляют собой рацематы, то есть смеси равных количеств лево– и правовращающих молекул, энантиомеров (оптически активных изомеров, вращающих плоскость поляризации влево или вправо). Продукты же их биологического синтеза гомохиральны – иначе структуры их полимеров будут произвольно нарушены, что приведет к безусловной утрате необходимых функций. Больше того, поскольку продукты реакции право– и левовращающих энантиомеров исключительно с правовращающим веществом не являются зеркальным отражением друг друга, они имеют разные физические свойства, например, растворимость в воде, и значит, они могут быть отделены друг от друга. Другими словами, оптически неактивные реактивы производят оптически неактивные продукты – вследствие работы законов термодинамики. Для разрешения рацемата (то есть для разделения энантиомеров) в реакцию должно быть введено другое гомохиральное вещество.
Происхождение гомохиральности неясно. Вероятность самостоятельного образования одного гомохирального полимера ничтожна; еще – и гораздо – ниже вероятность образования гомохирального полимера с определенной функциональной активностью. В принципе это означает, что процессы полимеризации, матричного копирования полимеров и формирования гомохиральности происходили одновременно и взаимосвязано, для чего потребовались весьма специфические – и в полном объеме пока неизвестные – условия, часть которых (в терминах мегамасштабных «естественных привилегий») описана выше. Таким образом, первые две из трех Великих Молекулярных Революций, приведших к возникновению жизни (1. Хиральность – 2. Генетический Код – Клетка), совпадала по времени с двумя Большими Скачками, Major Transitions, как их назвали Мэньярд Смит и Эорс Шатмари47:
возникновение генов (в рамках чего формировались машины полимеризации нуклеиновых кислот и машины копирования матриц) и
возникновение белков (в рамках чего формировались машины полимеризации аминокислот и самое нуклеино-белковое кодирование).
Эти процессы должны были иметь планетарный масштаб: жизнь вряд ли возникла в одной лужице (или у единственного глубоководного термального источника), распространяясь затем по всей Земле и преодолевая «враждебное окружение». Скорее всего, сходные события имели место во многих местах, после чего – при соприкосновении друг с другом – они в некоторых случаях конкурировали, в других кооперировались в общую систему. Более того, эти процессы можно уже связывать с жизнью, поскольку гомохиральныене-биологические вещества рацемизируются со временем. «Неживая» химия обсуждаемых процессов имеет тенденцию к равновесию (то есть к смерти, а не к жизни).
Предложены самые различные гипотезы естественного возникновения гомохиральности биологических макромолекул, основанные на некотором нарушении равновесия энантиомеров в рацемате, обусловленном, например, их круговым дихроизмом, то есть неравным поглощении фотонов света правыми и левыми энантиомерами с последующим отбором, – или бета-распадом, который управляется слабым ядерным взаимодействием, обладающем небольшой хиральностью, называемой несохранением четности, – или самоотбором, который наблюдал еще Пастер, – или сильным магнитным полем и т. п. Ни одна из них не убеждает оппонентов, ни одна из них не является вполне удовлетворительной для объяснения обсуждаемого феномена, который продолжает выглядеть счастливой случайностью. Невольно отмечаешь, что возникновение «молекул жизни» (гомохиральных, разумеется) привязано в этих гипотезах к поверхности планеты (гипотеза Опарина) или к ее атмосфере (гипотеза, проверке которой был посвящен эксперимент Миллера-Юри). Между тем, быстрота, с какой на Земле возникла жизнь (практически сразу после образования планеты), наводит и на другие предположения.
Так называемые «плотные молекулярные облака» в космосе – это, по земным меркам, сверхглубокий вакуум. Тем не менее, в таких облаках есть и молекулы, и органические вещества, и возможность химических реакций. Виталий Гольданский предположил, что первичный органический синтез происходил именно в молекулярных облаках. По гипотезе Сванте Аррениуса, органическое вещество выпало на Земле в готовом виде. Объединенная гипотеза Аррениуса-Гольданского, тем не менее, также не выглядит удовлетворительной: химический синтез в молекулярных облаках, скорость которого чрезвычайно низка, не компенсирует разрушения продукта в условиях космоса. В то же время частички таких облаков чрезвычайно малы, и это открывает возможность для молекулярных флуктуаций.
Весьма любопытную гипотезу выдвинули Валерий Снытников и Валентин Пармон (http://evolution.powernet.ru/library/lifecreate.htm). Они предположили, что самоорганизация является таким механизмом воздействия протозвезды на свое окружение, который приводит к формированию одновременно и планет, и универсального природного каталитического реактора, в котором синтезируется органическое вещество. Это предположение авторы отслеживали в разработанных ими математических моделях. В основе самоорганизации лежит развитие коллективной неустойчивости, взаимодействие множества малых тел самого различного масштаба – от молекул до астероидов. Когда совокупная масса твердых тел в газе (т. е. в молекулярном облаке) начинает превышать определенную величину, коллективная неустойчивость движения этих тел и газа приводит к образованию разнообразных динамических структур (колец, спиралей, дисков, шаров и т. п.). Общая масса эта, концентрирующаяся вокруг протозвезды, увеличивается благодаря вращению всей системы, а локальное увеличение масс твердых тел происходит за счет слипания в газе вязких и рыхлых тел. Так происходит образование твердых катализаторов, содержащих в необходимой комбинации железо, кремний, никель в их природной распространенности. Поскольку в околозвездном облаке нет недостатка в субстратах катализа (окись углерода, водород и др.), начинают образовываться все более сложные органические молекулы. Все эти процессы радикально меняют характер неустойчивости. На фоне общей плотности появляются относительно стабильные сгустки вещества. Эти сгустки могут двигаться в самом произвольном направлении – подобно солитонам, одиночным волнам плотности. Оказалось, что давление газа в такой волне приближается к атмосферному земному, на два – и более – порядка превышая окружающее. Эта волна действует как саморегенерируемый (за счет протозвезды) каталитический реактор, температура которого остается более или менее постоянной – в силу охлаждения гелием, также сконцентрированным в этом сгустке (именно в таких условиях, считают авторы, и следует изучать синтез первичного органического вещества; они очень отличаются от условий обычных «земных» реакций типа эксперимента Юри-Миллера). Потенциально – как показывает моделирование – «космические солитоны» могут и разрушиться, но иногда они становятся «центрами кристаллизации» планет. При этом, двигаясь вокруг звезды, космический «солитон» теряет легкие составляющие – под действием солнечного ветра и деструктивного излучения. Далекие внешние планеты сохраняют первичные газы (и должны сохранять также первичную простую органику?). Более близкие к формирующемуся Солнцу «сгустки» собираются в планету, обогащенную тяжелыми и сложными органическими соединениями, которые могут служить субстратом для возникновения жизни (если она уже не зародилась – вместе с формированием хиральной чистоты молекул – до того, как сгусток приобрел вид первичной планеты). Образование планет из околозвездного облака в гравитационной физике детерминировано. Однако, место этого образования случайно. Там, где вода может находиться во всех трех фазовых состояниях – твердом, жидком и газообразном, – условия для возникновения жизни наиболее благоприятны.
Информация о том, как развивалась и что представляет собой наша Вселенная, накапливается стремительно и так же стремительно обогащает наши представления о происхождении жизни. В одном только 2009 году была сделана серия весьма крупных открытий. Самые громкие из них – открытие запасов воды на Луне, открытие абиогенного метана на Марсе, открытие на спутнике Сатурна Титане озер жидких углеводородов с сезонными движениями из полушария в полушарие, открытие там же так называемых криовулканов, которые извергают жидкую воду вместо магмы. За пределами Солнечной системы – это открытие все более легких планет, «суперземель», масса которых приближается к земной, а некоторые состоят из горных пород; открытие, вероятно, нового типа сверхновых (на слух астронома, новая сверхновая – никакой не каламбур) – небольшой массы и с некоторыми аномалиями содержания элементов. Каждая из этих находок может самым существенным образом изменить мир, каким мы видим его сегодня. Однажды достигнутая – в результате первой Великой Молекулярной Революции – хиральная чистота, совершенно необходимая для надежной работы машин матричного копирования, должна была немедленно закрепиться в составе конкурентоспособных каталитических гиперциклов. Воспроизведение абиогенных условий, которые к ней привели – задача чрезвычайно нелегкая и еще очень далека от решения, хотя сегодня уже показана возможность синтеза целого класса биологически важных органических соединений с 80%-ым доминированием одного из энантиомеров. Очень важно, что один из применяемых при этом катализаторов – фотозависимый. Света в молекулярном облаке, где формируется описанный солитон, более, чем достаточно.
Как сформировалась клетка, результат третьей Великой Молекулярной Революции и единица сегодняшней самостоятельной жизни, – разговор особый. Так или иначе, но компартментализация молекулярных процессов, которую она обеспечивает, приводит к весьма серьезным селективным преимуществам – дискретности и недолговечности, в формате которых наиболее эффективны отбор (конкуренция) и кооперация – со специализацией отдельных элементов и последующей многоклеточностью. Однажды достигнутая, клеточная организация жизни быстро переиграла любую альтернативную и стала доминирующей. В этой книжке мы не будем говорить о происхождении клетки. Это происхождение – как и возникновение хиральной чистоты биологических молекул – было, по-видимому, неизбежным. Мы обсудим здесь предмет, на наш взгляд, гораздо более интересный, предмет, завораживающий своей красотой и своей регулярностью, предмет, сконструированный из реальных молекул, но так, что его свойства могут быть описаны в совершенно абстрактных терминах.
О второй Великой Молекулярной Революции (возникновении генетического кода), которая обеспечила колоссальные селективные преимущества обладателям операционной системой молекулярной памяти, не так легко сказать «однажды достигнутая». Возникновение хиральной чистоты – процесс практически одноактный – в том смысле, что она либо есть (и тогда жизнь оказывается возможной), либо ее нет. Возникновение компартментализации – в том же смысле – не имеет промежуточных этапов: она либо есть, либо ее нет. Существование какой бы то ни было клеточной стенки и ее дальнейшая эволюция – события принципиально одноплановые. Генетический же код – в том смысле, какой в это понятие вкладывают учебники – просто не мог возникнуть сразу, «однажды». То, что обычно называется кодом – это предмет договора, условность, вещь конвенциальная. В отношении генетического кода нет договаривающихся сторон, поэтому этот термин иногда характеризуется как метафора. Он должен быть совершенно естественным продуктом, предметом физикалистского подхода в рамках молекулярно-биологической аксиоматики. В то же время – и мы это увидим далее – его организация очевидно выходит за эти рамки. Кроме того, он относится к двадцати белокобразующим аминокислотам, и его возникновение должно было, таким образом, пройти, по крайней мере, двадцать шагов, каждый из которых должен был учитывать не только пройденный уже путь, но и каким-то образом сообразовываться с дальнейшими. Более того, совершенно неочевидна и химия этих процессов. Необсуждаемым в учебниках свойствам генетического кода и выводам, которые за ними могут стоять, и посвящена вторая часть этой книжки, для которой первая, заканчивающаяся следующей главой, – просто необходимое вступление).
…………………
Несколько слов о номере этой главы. Несмотря на обещание не касаться более ставших скучными рассуждений относительно числа 111, помещаемых в конец очередной главы, Автор – с массой извинений – еще один раз напоминает о нем. В четырнадцатиричной системе счисления (таблица в Главе 1 [II]) этому числу соответствует информационная сигнатура 11114. Почему мы опять о ней вспомнили – да еще в такой экзотической системе счисления – автор попытается пояснить позднее.
Глава G.
Переход к биогенезу (IX)
Описывая молекулярные события пост-абиогенеза, которые привели к появлению примитивных биологических машин, профессор Марчелло Барбьери48 начинает с возникновения простейших из них – тех, что обеспечивали соединение однотипных молекул в полимеры; он называет их связывающими машинами, bondmakers. Не знаю, как поточнее перевести на русский этот термин, назову его, например, коннектором. Но не в том смысле, какой вкладывается в понятие связующее звено, а в том, каким обозначается инструмент для связи таких звеньев. Например, инструмент, с помощью которого две маленькие свинцовые «таблетки» сплющиваются в пломбу, зажимающую две веревочки, целость которых свидетельствует о сохранности опломбированного груза, – не помню, он, кажется, называется пломбир? Так что bondmaker можно перевести и смешным словом пломбир.
Некоторые из этих молекулярных машин связывали аминокислоты, другие – азотистые основания, третьи – сахара и т. д. Поскольку рибосомальные РНК – и даже их короткие фрагменты – способны в эксперименте способствовать формированию пептидных связей, первыми коннекторами могли быть именно молекулы РНК небольшого размера. Стоит помнить при этом два обстоятельства.
Во-первых, эти коннекторы работали как ко-факторы, то есть, как энзимы (или рибозимы, как их называют). Другими словами, одна и та же молекула рибозима могла использоваться многократно. В какой-то мере этот процесс удалось смоделировать Сиднею Фоксу49, который соединил аминокислоты в короткие нерегулярные цепи, осуществив безматричный синтез полипептидов; подобные полипептидные цепи были потом реально найдены, среди прочей простой органики, в метеоритном веществе.
Во-вторых, все эти Великие Молекулярные Революции, Большие Скачки и тому подобное – описывают события тех лет весьма условно. Рибозим мог работать как коннектор для полимеризации, скажем, нуклеотидов. Но ведь он и сам был молекулой нуклеотидного полимера! И должен был – совершенно по другой схеме – без предсуществовавших коннекторов – собраться, случайно обладая пригодившейся позднее функцией. Событие, конечно, возможное, но еще раз показывающее весьма метафорический характер выражения Молекулярная Революция. Порядковые номера этих Революций и Скачков тоже не менее условны: всѐ происходило – в известном смысле – очень быстро и в общем плавильном котле, где уловить порядок событий было бы просто невозможно. РНК-мир, весьма вероятно, существовал какое-то время – до появления ДНК, – но и ему предшествовали масштабные события, о которых можно пока только гадать. Причем температура этого «котла» могла быть и низкой: многие рибозимы эффективно работают у точки замерзания воды – и даже ниже. Каким образом произошел сдвиг к миру РНК от абиогенно сформированных накануне каталитических гиперциклов, обладающих некоторыми свойствами живых систем? Как РНК стала участником таких самоподдерживающихся реакций, а затем и вовсе вытеснила конкурентов из биогенного мейнстрима, оставив появившимся много позднее, но совершенно очевидно в результате ее победы, исследователям только одни вопросы?
В 70-х годах ХХ века в клетках некоторых организмов были обнаружены ферменты белковой природы, которые включали в свой состав кроме белка ещѐ и молекулу РНК. Вначале считалось, что молекула РНК является в таких комплексах лишь вспомогательным элементом. Однако, вскоре было замечено, что даже после удаления белка из ферментативного комплекса оставшаяся РНК способна катализировать специфическую реакцию. Более того, даже искусственно синтезированная РНК, входящая в состав изучаемых ферментов, может самостоятельно катализировать эту реакцию. Молекулы РНК, способные к катализу, были названы рибозимами. За их открытие в 1989 году Томас Чек и Сидни Альтман были удостоены Нобелевской премии по химии. Были обнаружены молекулы РНК, способные нести генетическую информацию и одновременно катализировать химические реакции. РНК была объявлена родоначальницей доклеточной жизни.
Позднее было показано, что у всех организмов именно РНК, находящаяся в каталитическом центре рибосом, отвечает за главный этап в сборке белков – соединение аминокислот между собой. Открытие этого факта ещѐ более упрочило позиции сторонников РНК-мира. «Действительно, если спроецировать современную картину жизни на еѐ возможное начало, разумно предположить, что рибосомы – структуры, специально существующие в клетке для дешифровки информации, содержащейся в нуклеиновых кислотах, и для производства белка, – возникли как комплексы РНК, способные к соединению аминокислот в одну цепочку. Так на основе мира РНК мог появиться мир белков». Функции РНК весьма многообразны. Они не только катализируют химические реакции, но и защищают клетки растений и низших животных от вторжения вирусов. У высших животных такие «малые РНК» могут участвовать в регуляции считывания генной информации с хромосом. В 1989 году нобелевский лауреат по химии Уолтер Гилберт ввѐл в оборот выражение мир РНК, имея в виду полноценный, самостоятельный и способный к эволюции мир доклеточной жизни.
Теория РНК-мира, однако, полна противоречий. Сложность искусственного синтеза олигонуклеотидов заставила Фреда Хойла, известного британского астрофизика и «друга парадоксов», заявить, что идея РНК-мира «столь же нелепа, как и предположение о возможности сборки Боинга 747 ураганом, пронѐсшимся над мусорной свалкой». Остатки первых примитивных клеток обнаруживаются в слоях, относящихся к периоду 3,5—3,8 млрд лет тому назад. Предположение же, что жизнь не могла зародиться раньше, чем 4 млрд лет назад, не оставляло времени для развития доклеточного РНК-мира. С этим согласились и такие сторонники (и основатели) гипотезы РНК-мира, как Чек и Оргел. Кроме того, было показано, что однонитчатая ДНК может служить даже лучшим ферментом, чем РНК. При этом ДНК гораздо более устойчива во внешней среде, что даѐт ей немалое преимущество. Еще один доклеточный короткоживущий мир? Еще одна гипотеза – того же типа? Но есть и другие, и их множество.
Многие аспекты проблемы (термодинамика, упорядочивание, фрактальность и линейность живых систем) описаны, например, в упомянутой выше книге Эрика Галимова (тоже, кстати, начатой в свободное время, то есть на больничной койке, но имеющей, в отличие от этой, скорее, характер монографии) и в других, опубликованных в разных странах. Не будем излагать все, отметим любопытные. Одна из гипотез – гидратная, как назвали ее авторы50 – В. Е. Островский и Е. А. Кадышевич – предполагает, что простейшие элементы живой материи многократно образовывались и, возможно, сегодня образуются в недрах Земли из метана (или другого углеводорода), селитры и фосфата в полостях газовых гидратов. Авторы называют ДНК и РНК простейшими формами доклеточной живой материи, а азотистые основания и сахара, которые входят в состав нуклеиновых кислот, – простейшими элементами живой материи. В такой терминологии вирусы «и даже вироиды», как они пишут, следует рассматривать как живые субстанции. Гипотезу составляют три предположения, которые ее авторы формулируют следующим образом.
В природе существуют трехмерные геометрические матрицы с полостями разных размеров, соответствующими размерам функциональных групп молекул ДНК и РНК, которые способны формировать сразу много молекул нуклеиновых кислот, сходных по строению, но различающихся по последовательности присоединения азотистых оснований. Матрицы довольно широко распространены в природе и строго детерминированы, но вместе с тем могут несколько видоизменяться в зависимости от окружающих условий. Глубоко под поверхностью земли условия гораздо стабильнее, чем на границе раздела фаз Земля/атмосфера, и это благоприятно для протекания длительных однонаправленных процессов.
В ячейках матриц изначально присутствуют атомы, которые в результате химических реакций с веществами, диффундирующими внутрь матриц, способны образовывать молекулы ДНК и РНК. Поэтому достаточно лишь одного добавочного вещества для синтеза азотистых оснований, рибоз и аминокислот и еще одного вещества – для синтеза нуклеиновых кислот и белков.
Монохиральность, присущая биологическим объектам, задана геометрией матриц, в которых образуются нуклеиновые кислоты.
