Над пропастью — о жизни - Троицкий вариант — Наука

Книжная полка «Троицкого варианта» пополнилась еще одним изданием. «Место жизни во Вселенной» — расширенный и переработанный сборник интервью для ТрВ-Наука, посвященный жизни: тому, когда и как она возникла на нашей планете, как эволюционировала, как появился фотосинтез, многоклеточные животные и мы, разумные мыслящие существа; можем ли мы встретить эту жизнь где-то еще, в далеких звездных системах; и каковы шансы распространить ее на пока еще необитаемые планеты с подходящими природными условиями. Авторский коллектив хорошо знаком нашим читателям: это Михаил Гельфанд, Евгений Кунин, Александр Марков, Армен Мулкиджанян, Михаил Никитин, интервью же с ними проводил главный редактор ТрВ-Наука Борис Штерн.

«Эта книга основана на интервью, взятых физиком у биологов — ведущих ученых и известных популяризаторов науки, — пишет Борис Штерн в аннотации. — Ее авторы пытаются если не ответить на эти сложнейшие вопросы — точных, однозначных ответов сегодня нет, — то хотя бы очертить подходы к их решению». Сейчас издание можно приобрести на сайте «Трованта» (trovant.ru, доставка Почтой России) с автографами Гельфанда, Никитина и Штерна, а также заказать на «Озоне». Вскоре появится и электронная версия.

Это не первое издание под эгидой ТрВ-Наука — прежде выходила серия книг Бориса Штерна в жанре «твердой научной фантастики» — «Ковчег 47 Либра», «Ледяная скорлупа», «Феникс сапиенс», а также научно-беллетристический «Прорыв за край мира». Нельзя не упомянуть и вышедший в издательстве «АСТ» сборник «Астрофизика. Троицкий вариант» (Борис Штерн в соавторстве с Валерием Рубаковым) — это тоже подборка текстов, публиковавшихся в газете. Но если там собраны тексты на тему «родной» для нас астрофизики, то в в данном случае Борис Штерн задает вопросы ученым из другой области знаний — биологии. «Я физик, и для меня биология с ее специфическим языком — темный лес», — признается он в начале одного из интервью. Но оказывается, что язык этот — общий, а вопросы чуть со стороны могут помочь взглянуть по-новому даже на знакомые вещи. В конечном счете разговор этот об одном — бесконечном стремлении человека знать больше о себе и о мире, и чем меньше возможностей что-то сказать наверняка, тем настойчивее это устремление.

«Вероятность случайной сборки репликатора — 10–1000. Оценка, сделанная, что называется, на салфетке, но тут на сотню порядков ошибиться не страшно, всё равно исключительно невероятное явление. [Хотя] при наличии бесконечного количества вселенных может произойти всё, что угодно», — Евгений Кунин.

Первое интервью из цикла вышло в газете ТрВ-Наука в мае 2022 года, завершающее — в январе 2025-го. Казалось бы, только посмотрите на этих ученых: мир рушится — а они сидят в своей башне слоновой кости и обсуждают «важный» вопрос четырехмиллиардолетней давности: почему неферментативная репликация может повысить вероятность абиогенеза. С другой стороны — получается, сама наша жизнь — настолько невероятное событие, а вот мы здесь, говорим (или читаем этот текст), значит, надежда есть, и этот факт сам по себе воодушевляет. Конечно, проще всего объяснить это «везение» именно чудом — волей Создателя, игрой случая в бесконечности Мультивселенной или простым соображением: раз мы в этом мире есть, значит, он такой, какой нам нужно. «Так природа захотела. Почему? Не наше дело», — как пел поэт…

«Прежде чем апеллировать к антропному принципу, надо попробовать все рациональные объяснения. Он являет собой нечто вроде капитуляции», — Борис Штерн.

Факт в том, что Земля тех времен, первых 500 млн лет, была не таким уж приятным местом. В хронологии этот период называют хадейским (от Hades, иначе Аид), то есть адским — настолько, что для изучения от него попросту ничего не осталось — древнейшие породы все переплавлены в ходе геотектонических процессов. «Правда, есть маленькие цирконовые гранулы, очень тугоплавкие — крохотные камушки, которые, не плавясь, проходили через циклы плавления и кристаллизации окружающей их породы. Самым древним из них — 4,4 млрд лет. По ним можно что-то узнать», — замечает Армен Мулкиджанян. И именно тогда возникли первые не организмы даже еще, а репликаторы: молекулы, способные воспроизводить себя, меняться, а значит — эволюционировать. Это важно: только эволюция, по словам собеседников, способна скомпенсировать все безумные десять в минус такой-то степени вероятности нашего с вами появления. «Как только устанавливается режим естественного (скажем так, дарвиновского) отбора, вероятность возникновения сложных систем становится весьма высокой», — говорит Евгений Кунин. «А если неферментативная репликация возможна, то дарвиновская эволюция стартует гораздо раньше — как только появляется любая молекула РНК. Вообще любая. Если есть условия, молекула будет размножаться, и всё — эволюция уже пошла!» — дополняет в другом интервью Александр Марков.

«Репликатор <…> — довольно-таки сложная машинка, так?» — «Сложная — это деликатно выражаясь…» — «Как она появилась?» — «Если бы я знал это, то давно бы уже поведал человечеству. Я не в курсе», — Борис Штерн и Евгений Кунин.

Представьте, вам дают крошечный камушек, горевший в аду ранней Земли, и вам надо понять, как возникли первые РНК, первые белки, первые клетки… И каждая фаза превращения представляется если не невероятной, то требующей совпадения множества факторов. Михаил Гельфанд сравнивает это с попыткой перепрыгнуть пропасть в несколько прыжков: нужно найти промежуточные мостики. То есть продумать ситуации и механизмы, чтобы прыжки были по силам и точно в цель. Этакий танец над пропастью. И эта пропасть — не только в прошлом, но и в будущем — десятки тысяч, а то и миллионы лет, которые нужны на проект переноса жизни на другие планеты. И, конечно, возникает вопрос поиска этих планет, потенциально пригодных для жизни. Про экзопланеты, терраморфирование, межзвездные корабли написано много — и в научной, и в беллетристической форме (см. «Ковчег 47 Либра»).

«Фундаментальная физика финансируется прилично, а фундаментальная биология сидит на скудном пайке. Интересный парадокс. Я его не очень понимаю: действительно фундаментальнейшая проблема — происхождение жизни», — Борис Штерн.

Можно спросить: зачем книга, если уже есть интервью в газете? Конечно, эти тексты не перепечатаны as is — материал перекомпонован, дополнен, выстроен в хронологической последовательности, так что рассказы специалистов из чуть разных сфер перемежают и дополняют друг друга. Возникает то самое удовольствие, когда следишь за неспешной беседой умных людей и видишь, как из крупиц знаний, догадок, предположений из разных областей возникают прочные и красивые теории. Так уже было: в «Ледяной скорлупе» гипотетические жители Европы, спутника Юпитера, живущие в подледном океане и неспособные видеть звезды, догадываются о своем месте в Солнечной системе благодаря данным гироскопов. А в дополняющей этот сюжет книге «Прорыв за край мира» уже земные ученые строят теорию космологической инфляции, по которой всё сходится и в микро-, и макромире. Полная сарсынь получается!

«Обязательно ли для возникновения жизни такое катастрофическое событие, как образование Луны?» — «Скажу честно: не знаю», — Борис Штерн и Армен Мулкиджанян.

Здесь один из таких моментов: гипотеза о роли цинка в эволюции жизни. Цинк задействован в ключевых процессах в клетке, где его могло бы заменить железо, гораздо более распространенное (почему?). Также известно, что цинк почти отсутствует на Луне. Гипотеза импакта предполагает, что Луна образовалась от столкновения ранней Земли с планетой размером примерно с Марс — ей даже дали имя: Тейя. После столкновения значительная часть вещества мантий Земли и Тейи была выброшена в околоземное пространство, а из этого облака впоследствии образовалась Луна. То, что было пониже, осело обратно на Землю. Самым легкоплавким из металлов был цинк, выступавший в роли восстановителя, способствовавшего синтезу биомолекул. И последний нюанс: почему это был именно восстановленный цинк (Zn0)? «Дело в том, что цинк является существенно более сильным восстановителем, чем железо, где-то до 2000 °C; при более высоких температурах они меняются ролями», — объясняет Мулкиджанян. В раскаленном диске, образовавшемся после столкновения, железо восстановило цинк, затем оно выпало на поверхность, а цинк сконденсировался последним и окислять его было уже нечему. Всё работает!

«В Италии работает группа, они взяли формамид (HCNOH2) — цианид, связавший молекулу воды. Чего они только за двадцать лет с этой простенькой молекулой не делали… В Дубне облучали формамид протонным пучком, имитируя космическое излучение, и получили нуклеозиды, аминокислоты, органические кислоты, сахара…» — Армен Мулкиджанян.

Хорошо, а чем подтвердить, что жизнь образовалась именно так? Можно попытаться смоделировать ее возникновение «в пробирке». Целые клетки вырастить не получится, для этого надо перепрыгнуть пару эволюционных «пропастей», но ученые уже научились получать мембранные пузырьки — протоклетки, лишенные генетической основы, но способные расти и делиться. «Думаю, на стадиях, предшествовавших жизни, эти лишенные генетической основы протоклетки были инкубаторами для возникновения репликаторов», — считает Евгений Кунин. Кстати, у этих фундаментальных работ есть и практическая польза: из «шариков» можно сделать средства доставки нужных веществ прямо внутрь клеток организма, и уже разрабатываются лекарства на этой основе.

Можно получить в лаборатории и репликаторы, пусть и довольно простые. «Уже смоделирована ситуация, когда из раствора того состава, который реалистичен для ранней Земли, и в условиях, которые реалистичны для ранней Земли, самопроизвольно возникают достаточно длинные молекулы РНК», — говорит Михаил Гельфанд. Условия эти своеобразные: нужны множественные циклы обводнения/высыхания, например как в приливах и отливах, или — что еще лучше — в геотермальных полях, которые когда-то существовали повсеместно, а сейчас остались, скажем, на Камчатке. Есть даже расхожая фраза о том, что жизнь зародилась на Камчатке — конечно, это не так, просто вся ранняя Земля представлялась такой Камчаткой. Кстати, в геотермальных полях много цинка.

«На Земле всё время идет приспособление жизни к ухудшающимся условиям. Для этого нужно становиться сложнее. Тогда можно выживать», — Армен Мулкиджанян.

Что дальше? Первые клетки, их усложнение (ядра, хролопласты, митохондрии), развитие фотосинтеза, «кислородная катастрофа» и адаптация к ней, многоклеточные организмы (интересно, что в мире растений и грибов многоклеточность возникала несколько раз, у животных — лишь единожды), появление хищников, возникновение разума — одним словом, эволюция. «В целом впечатление таково, что земная жизнь — нечто совершенно уникальное, и дело не только в нескольких пропастях, которые пришлось преодолеть, но и в недостатке времени, — замечает Борис Штерн. — На Земле эволюция свершилась очень быстро и вовремя. Запас времени невелик: если бы на Земле не появилась разумная жизнь, то, скорее всего, через миллиард лет условия для эволюции на Земле исчезли бы. Солнце потихоньку разогревается, и где-то через миллиард лет Земля превратится в Венеру». А пока не превратилась, надо искать «запасные аэродромы» и думать, как их обживать. Такой проект на много поколений вперед — проверка цивилизации на зрелость. Об этом — заключительные главы книги.

* * *

«Итак, есть косвенные свидетельства того, что жизнь во Вселенной, во всяком случае развитая жизнь, — чрезвычайно редкий феномен. Это значит, что число пригодных для жизни, но мертвых планет несравненно больше, чем живых. Отсюда следует, что заселение этих самых мертвых, но вполне гостеприимных планет — важнейший вызов для человечества. Если эта задача когда-нибудь будет решена, жизнь получит совершенно новые перспективы — ее место во Вселенной станет куда прочней и фундаментальней.

Кто-нибудь может усомниться в том, что жизнь заслуживает широкого распространения в Галактике. Здесь нет никакого объективного судьи. Давайте просто примем за постулат, что жизнь — это самое интересное и крутое, что породила наша Вселенная, и что цель разумного существа — способствовать тому, чтобы как можно больше других разумных существ увидели эту Вселенную и восприняли ее во всём ее великолепии», — Борис Штерн.

Подготовил Владимир Миловидов