Код жизни. Как случайность стала биологией: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Mario Livio & Jack Szostak

Is earth exceptional? The quest for cosmic life

This edition published by arrangement with Basic Books, an imprint of Perseus Books LLC, a subsidiary of Hachette Book Group, Inc. USA via Igor Korzhenevskiy of Alexander Korzhenevski Agency (Russia). All rights reserved.

Перевод с английского Анастасии Бродоцкой

Научное редактирование к.ф.-м.н. А. М. Красильщикова,

л. Астрофизики высоких энергий ФТИ им. А. Ф. Иоффе;

к.х.н. А. А. Новикова, доц. РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина

© Mario Livio and Jack Szostak, 2024

© Бродоцкая А. М., перевод на русский язык, 2025

© Издание на русском языке. ООО «Издательство АЗБУКА», 2025

КоЛибри^®

Глава 1. Дикая химическая случайность или вселенский императив?

Повседневная жизнь приучила нас к тому, что направление психологической «оси времени» позволяет нам оценивать, изучать, обдумывать и вспоминать события прошлого. Так же ясно мы осознаем, что нельзя помнить будущее. Мы изо всех сил стараемся делать прогнозы, рассуждать о них, представлять себе будущее силой воображения. Как изящно сформулировал поэт Халиль Джебран: «Потому что жизнь идет не назад и не дожидается Вчера»[2].

Есть некий парадокс в том, что, если речь заходит о феномене биологической жизни на Земле, мы прекрасно знаем, как Природа-Мать в конце концов, в далеком будущем, искоренит ее, но так и не выяснили, как именно она зародилась. Естественное уничтожение жизни в привычном нам виде (то есть не вызванное самоубийственными действиями нынешнего доминирующего вида) произойдет в результате относительно изученных и предсказуемых астрофизических и атмосферных процессов (если не произойдет непредсказуемых космических катастроф вроде падения астероида или близкого гамма-всплеска, который приведет к нашей безвременной гибели).

Например, мы знаем, что примерно через пять миллиардов лет, когда наше Солнце раздуется до немыслимых размеров и превратится в красный гигант, Земля сгорит и, возможно, будет поглощена расширяющейся солнечной оболочкой. Сложная многоклеточная жизнь вымрет значительно раньше, примерно через миллиард лет, поскольку биосфера Земли все это время будет чахнуть из-за повышения температуры на поздних стадиях эволюции Солнца.

С другой стороны, само происхождение жизни до сих пор окутано завесой тайны. Хотя в понимании строительного материала биологии достигнут колоссальный прогресс, мы до сих пор не знаем, что именно привело к спонтанному возникновению жизни и как так вышло, что внезапно появились самые первые клетки. Как остроумно заметил британский химик Джон Сазерленд: все, что можно сказать о судьбоносном моменте, когда химия породила биологию, можно было бы написать берлинской лазурью, содержащей цианидные группы, поскольку цианид, как мы увидим, сыграл важнейшую роль в возникновении жизни.

С тайной происхождения жизни тесно связан другой вопрос, который занимал человечество по крайней мере со времен древнегреческих пифагорейцев: одиноки ли мы во вселенной? Или же, если переформулировать его более современно и практично: так ли густо населена наша Галактика, как убеждают нас всевозможные научно-фантастические произведения? Иначе говоря, нам хочется узнать, удастся ли человечеству почувствовать себя не таким одиноким за время своего краткого пребывания в галактике Млечный Путь.

Поскольку один из нас – астрофизик, а другой – химик и биолог, мы оба интересовались этими космическими загадками на протяжении всей научной карьеры. Да, данные вопросы занимали нас, но довольно долго мы довольствовались лишь праздными умозаключениями, поскольку до самого последнего времени считалось, что к ответам мы в принципе не сможем даже приблизиться на протяжении своей жизни, а иногда их и вовсе считали псевдонаучными или относили к категории «слишком сложных».

В последние тридцать лет ситуация резко изменилась. Попытки ответить именно на эти вопросы – как зародилась жизнь на Земле и одиноки ли мы в галактике Млечный Путь – стали предметом самых оживленных, динамичных и передовых научных исследований.

Примечательно, что ответы на них строятся на третьем вопросе, сформулировать который относительно просто. Определен он очень четко, а получить ответ вполне возможно (по крайней мере в принципе): какова вероятность зарождения жизни на поверхности потенциально обитаемой планеты?

Этим вопросом занимались две совершенно разные и во многом независимые научные дисциплины. Во-первых, это современные лабораторные исследования, цель которых – определить, возможно ли возникновение биологии из чистой химии. Во-вторых, это астрономия, которая во многом посвящена поискам явных признаков жизни на других планетах и спутниках, как в Солнечной системе, так и вокруг других звезд. Обе дисциплины сегодня вызывают существенный интерес и вдохновляют целые сообщества ученых энтузиастов на упорные исследования. В сущности, поиски жизни на планетах вокруг других звезд, помимо Солнца, называемых экзопланетами, стали сейчас общей целью астрономического сообщества США, и это подчеркивалось в докладе, выпущенном Национальной академией естественных наук, инженерного дела и медицины в ноябре 2021 года. В этих изысканиях принимаем посильное участие и мы, авторы, каждый в своей области.

Одна из главных мыслей нашей книги состоит в том, что изучение происхождения жизни на Земле и поиски жизни вне Земли состоят в теснейших симбиотических отношениях. Успех в одной области подарит самые перспективные данные для другой и даст сильнейший стимул для исследований в ней. Причина очевидна. Если мы сумеем выявить, как жизнь зарождается из химических реакций в лаборатории, значит, велика вероятность, что именно так поступает и Природа, имеющая в распоряжении богатейший арсенал всевозможных сред и практически бесконечный запас времени, причем, возможно, не в одном месте в космосе, а в нескольких, в том числе в нашей родной галактике Млечный Путь. Более того, если бы мы сумели полностью восстановить последовательность событий, процессов и смены условий, которая привела к возникновению жизни на Земле, нам удалось бы гораздо лучше определить, насколько вероятно, чтобы жизнь спонтанно возникла на других планетах и спутниках. Следовательно, все эти находки смогли бы направлять нас в наших поисках внеземной жизни.

С другой стороны, если бы астрономические наблюдения показали, что внеземная жизнь достаточно распространена, это существенно подкрепило бы нас в убеждении, что биохимический путь к созданию жизни точно существует. Это убеждение, в свою очередь, сильно мотивировало бы нас еще упорнее искать правильные первоначальные условия, вещества-предшественники, необходимые источники энергии и ту сеть химических реакций, которые послужили бы предпосылками для возникновения жизни. В более широком смысле всестороннее изучение задач, имеющих отношение как к происхождению жизни, так и к поискам ее вне Земли, дает уникальную возможность развивать самый широкий спектр научных областей и дисциплин – от астрономии и геологии до химии и биологии.

Здесь нужно принять во внимание еще одно важное обстоятельство. Мы знаем, что ко многим сферам и обстоятельствам применим так называемый принцип «ноль-один-бесконечность». То есть либо что-то вообще невозможно, либо это такая редкость, что встречается только в одном экземпляре, либо можно ожидать появления очень большого количества экземпляров. Если будет обнаружена какая-то форма инопланетной жизни, полностью независимая от земной (такое событие называют «Второе происхождение»), то резонно предположить (по принципу «ноль-один-бесконечность»), что примеров жизни во вселенной практически бесконечно много.

В нашей книге рассказана история этих двух увлекательных параллельных научных направлений: цель одного из них – найти путь от неживых химических соединений к живым в лаборатории, цель другого – открыть внеземную жизнь. Ученые, которые ведут эти исследования, постоянно сотрудничают друг с другом, иногда соперничают (кто первым достигнет цели), но неизменно увлечены своим делом, и их открытия дополняют друг друга в стремлении решить загадки, лежащие в основе самой природы человека: откуда мы взялись, почему мы здесь и одиноки ли мы во вселенной. Иначе говоря, пусть наши слова прозвучат излишне пафосно, но все же мы скажем, что конечная цель этих исследований – в буквальном смысле понять, каково наше происхождение и место в этом древнем, огромном, запутанном мироздании.

Что такое жизнь?

Хотя вопросы «Как появилась жизнь?» и «Существует ли внеземная жизнь?» терзают человечество с древнейших времен, на протяжении письменной истории почти все полагали, что ответ на первый вопрос крайне прост: «Ее создал Бог». Более того, вплоть до начала XIX века даже ученые были твердо убеждены, что живые существа наделены каким-то полумистическим витализмом, который отличает их от неодушевленного вещества. А вот второй вопрос тысячелетиями вызывал споры и провоцировал самые безумные спекуляции в попытках доказать или опровергнуть идею «множественности обитаемых миров». К примеру, еще в I веке до н. э. римский поэт-эпикуреец Тит Лукреций Кар писал:

Очевидным переломным моментом в этой теоретической схватке стало появление гелиоцентрической модели Коперника: она не только заставляла совершенно по-новому представить себе место и значимость Земли в мироздании, но и позволяла выстроить реалистичную картину мира, в рамках которой существование других миров, подобных Земле, становилось как минимум представимым. В конце XVI века итальянский монах-доминиканец и философ Джордано Бруно проработал и обобщил идеи Коперника, тогда еще новаторские, и, как известно, заключил, что «в космосе существует бесчисленное множество созвездий, солнц и планет; мы видим только солнца, поскольку они дают свет; планеты остаются невидимыми, так как они малы и темны. Существует также неисчислимое множество земель, вращающихся вокруг своих солнц, не хуже и не меньше нашей сферы»[4]. Пророческое воображение Бруно предвосхищало современную науку и увлекало его еще дальше: «Никакой логический разум не может предположить, что небесные тела, гораздо великолепнее нашего, не могут нести на себе существ, подобных тем, кто обитает на нашей человеческой земле, и даже превосходящих нас». Трагедия в том, что за упорство, с которым Бруно защищал другие неортодоксальные этические и богословские идеи, тогда считавшиеся еретическими, 17 февраля 1600 года его сожгли на костре по приговору инквизиции.

В XVII веке о множественности миров заговорили и другие мыслители. Выдающиеся ученые, в том числе астрономы Иоганн Кеплер и Христиан Гюйгенс, а также другие влиятельные интеллектуалы, например французский ученый и писатель Бернар ле Бовье де Фонтенель, открыто отстаивали существование внеземной жизни. Когда Галилео Галилей открыл четыре спутника Юпитера, Кеплер сразу же заключил: «Вывод очевиден. Наша Луна существует для нас, жителей Земли, а не для других небесных тел. Эти четыре маленькие луны существуют для Юпитера, а не для нас. Каждой планете с ее обитателями служат ее собственные спутники. Следуя таким логическим рассуждениям, мы заключаем, что Юпитер с высокой вероятностью обитаем». Сам Галилей, с другой стороны, довольно агностически относился к множественности миров и был осторожен в высказываниях: «Я со своей стороны не утверждаю, что жизнь на иных планетах существует, но и не отрицаю этого, предоставляя решать тем, кто мудрее меня».

Одновременно с голосами, отстаивающими множественность обитаемых миров, звучали и не менее громкие голоса, отрицавшие существование внеземной жизни. Возражения строились главным образом на том, что сама идея существования обитателей иных планет была чревата неприятными последствиями для некоторых доктрин католической церкви. Отрицатели указывали на всякого рода клерикальные головоломки наподобие «Если на других планетах существуют люди, произошли ли они тоже от Адама и Евы?» и «Был ли Иисус Христос и их Спасителем?»

[2] Цит. по: Джебран Х. Пророк / Пер. И. Зотиковой. М.: Радуга, 1989.

[4] Здесь и далее, если не сказано иное, перевод Анастасии Бродоцкой.