(c) Конструкция жизни (1)

(c) Конструкция жизни

Чтобы спроектировать электрогенератор, вовсе не надо знать историю его изобретения. Молодой инженер может прекрасно без этого обойтись. Исторические обстоятельства, при которых возникли первые образцы динамо-машин, являются – или хотя бы могут являться – для него совершенно безразличными. Кстати говоря, динамо-машина как устройство для преобразования кинетической или химической энергии в электрическую, пожалуй, устарело. Когда электричество будут производить без хлопотных окольных путей – без последовательных превращений химической энергии угля в тепловую, тепловой в кинетическую и только кинетической – в электрическую, когда, например, это будут делать непосредственно в атомном реакторе, – а ждать осталось уже недолго, – тогда лишь историка техники будут интересовать конструкции древних генераторов тока. Биологии подобная независимость от истории развития чужда. Мы говорим об этом потому, что приступаем к критике достижений эволюции.

Это могла бы быть конструкторская критика одних лишь результатов, без учета всех предшествующих фаз. Люди склонны, правда, усматривать в биологических решениях совершенство, но лишь потому, что их собственные умения остаются далеко позади биологических. Каждый поступок взрослого кажется ребенку чем-то могущественным. Надо вырасти, чтобы увидеть слабость в прежнем совершенстве. Но это не все. Сама конструкторская лояльность требует от нас оценки биологических реализаций более широкой, чем пасквиль на конструктора, который, помимо жизни, дал нам и смерть, а страданиями наделил в большей мере, чем наслаждениями. Оценка должна показать его таким, каким он был. А был он прежде всего весьма далеким от всемогущества. В момент старта эволюция ступила на пустую планету, словно Робинзон, лишенный не только орудий и помощи, не только знаний и способности предвидеть, но и самого себя, то есть планирующего разума. Ибо на Земле, кроме горячего океана, газовых разрядов и лишенной кислорода атмосферы, под палящим солнцем не было ничего. Итак, говоря, что эволюция как-то начинала и что-то делала, мы персонифицируем первые беспомощные шаги процесса самоорганизации, лишенные не то что индивидуальности, но даже и цели.

Эти шаги служили прелюдией к великому произведению, прелюдией, не знающей не только произведения в целом, но даже его первых тактов. Молекулярный хаос располагал, помимо присущих ему материальных возможностей, лишь одной огромной степенью свободы – временем.

Не прошло еще и ста лет с того времени, когда возраст Земли оценивали в 40 миллионов лет. Сейчас мы знаем, что ей по меньшей мере четыре миллиарда лет. Меня самого еще учили, что жизнь на Земле существует несколько сот миллионов лет. Ныне известны остатки органических веществ, принадлежавших некогда живым существам, которые насчитывают два миллиарда семьсот миллионов лет. 90% всего времени всей прошедшей до нынешнего дня эволюции истекло, прежде чем 350 с лишним миллионов лет назад возникли первые позвоночные – костистые рыбы. Еще через 150 миллионов лет их потомки вышли на сушу и завладели воздухом, и, наконец, после млекопитающих, которым 50 миллионов лет, около миллиона лет назад появился человек.

Легко жонглировать миллиардами. Очень трудно представить себе конструкторское значение таких цифр, таких гигантских эпох. Мы видим, что сокращение промежутков между следующими друг за другом очередными решениями характерно не для одной лишь технической эволюции. Прогресс ускоряется не только с накоплением теоретических знаний в обществе, он ускоряется и с накоплением генетической информации в наследственном веществе.

Более двух с половиной миллиардов лет жизнь развивалась исключительно в водах океанов. Воздух и суша в те эпохи были мертвы. Известно около 500 ископаемых видов организмов кембрийского периода (более полумиллиарда лет назад). В докембрии же, несмотря на почти столетние поиски, удалось обнаружить лишь отдельные виды. Причины этого поразительного пробела по сей день неясны. Похоже на то, что количество живых форм серьезно возросло за относительно короткое время – порядка миллионов лет. Докембрийские формы – это почти исключительно растения (водоросли); животные почти полностью отсутствуют, их можно перечесть по пальцам. В кембрии, однако, они появляются в большом количестве. Некоторые ученые склоняются к гипотезе о каком-то радикальном, глобальном изменении земных условий. Может быть, это был скачок интенсивности космических лучей, согласно упоминавшейся гипотезе Шкловского. Но как бы то ни было, неизвестный фактор должен был действовать в масштабе всей планеты, ибо докембрийский пробел относится ко всей совокупности палеонтологических данных. С другой стороны, не следует думать, что до начала нижнего кембрия океанские воды по неизвестным причинам содержали сравнительно небольшое количество живых организмов вообще и что появлению в кембрии многочисленных новых видов предшествовал резкий рост численности предыдущих форм. Живых организмов было много уже и в археозое; геологические данные говорят о том, что отношение кислорода к азоту в атмосфере было близким к современному уже задолго до кембрия. Поскольку же кислород воздуха является продуктом деятельности живых организмов, их общая масса была, должно быть, ненамного меньше, чем сейчас. Отсутствие ископаемых форм вызвано, хотя бы частично, их нестойкостью: докембрийские формы были лишены минеральных скелетов. Что именно привело к такой «реконструкции» в кембрии, мы не знаем. Возможно, что эту проблему так никогда и не удастся решить. Однако, углубив наше знание биохимической кинетики, мы, возможно, сумеем раскрыть эту загадку, если нам удастся, исходя из современной структуры белкового гомеостаза, выяснить, какие более примитивные формы могли ему с наибольшей вероятностью предшествовать. Конечно, мы сможем решить эту загадку, лишь если ее решение связано с внутренней структурой организмов, а не с какой-то уникальной цепью космических, геологических или климатических изменений на рубеже кембрия.

Мы говорим об этом, потому что «кембрийский перелом» мог быть вызван какой-то «биохимической находкой» эволюции. Но если такая «находка» и была сделана эволюцией, это все же не изменило исходного фундаментального принципа всей архитектуры, в основе которого лежит использование клеточных кирпичиков.

Эволюции жизни, несомненно, предшествовала эволюция химических реакций; праклеткам не приходилось, таким образом, питаться мертвой материей как источником порядка. Они не смогли бы, кстати, решить сразу и одну из труднейших задач – задачу синтеза органических соединений из простых веществ (вроде двуокиси углерода) с использованием энергии солнечных фотонов. Этот шедевр синтеза осуществили лишь растения, овладев искусством образования хлорофилла и целым аппаратом ферментов, улавливающих лучистые кванты. К счастью, с самого начала праорганизмы располагали, по-видимому, органическими веществами, которые они могли легко усваивать. Это были остатки прежнего изобилия органических веществ, которое появилось в ходе таких процессов, как, скажем, электрические разряды в атмосфере аммиака, азота и водорода.

Вернемся, однако, к основной динамической проблеме элементарной клетки. Клетка должна управлять существенными параметрами своих изменений так, чтобы из области еще обратимых флуктуаций они не ускользнули за пределы обратимости – не привели к разложению и, следовательно, к смерти. В жидкой коллоидной среде подобный контроль может осуществляться лишь с ограниченной скоростью, поэтому флуктуации, вызванные статистической природой молекулярных движений, должны происходить не быстрее общеклеточного обмена информацией. В противном случае центральный регулятор – ядро – утратил бы власть над процессами, происходящими локально, информация о необходимости вмешательства поступала бы тогда, как правило, слишком поздно. Это было бы уже началом необратимых изменений. Итак, размеры клетки диктуются в конечной инстанции двумя параметрами – скоростью передачи информации из произвольного места клетки к регуляторам и скоростью локально происходящих химических процессов. На ранних стадиях эволюция, должно быть, создавала клетки, иной раз существенно различавшиеся размерами. Невозможна, однако, клетка величиной с тыкву или слона. Это вытекает из упомянутых выше ограничений.
[1] [2] [3] [4]