Чтение онлайн

Сложные адаптивные системы выживают лишь в совершенно определенных условиях, так что им нужно уметь читать или расшифровывать не только универсальные правила, но и местную информацию. И это нечто новое. Всем формам живого необходимы механизмы интерпретации местной информации (такой как присутствие различных химикатов или особенности локальной температуры и уровня кислотности), чтобы они могли правильно реагировать («Что мне делать: обнять это, съесть или убежать?»). Философ Дэниел Деннет пишет: «Животные – не просто травоядные или плотоядные. Они… информоядные» [54] . На самом деле это относится ко всем живым организмам. Они все потребляют информацию, и механизмы, с помощью которых они считывают местную информацию и реагируют на нее – будь то глаза, щупальца, мышцы или мозг, – во многом и делают их сложными.

Локальные условия нестабильны, так что живым организмам приходится постоянно наблюдать за средой внутри и снаружи самих себя, чтобы отмечать существенные изменения. При этом по мере усложнения им нужно все больше и больше информации, ведь у более сложных структур больше движущихся частей, а между частями больше связей. У кишечной палочки, бактерии, которая, скорее всего, благоденствует у вас в кишечнике, пока вы это читаете, на движение и восприятие отведено около 5 % молекулярных ресурсов, но в вашем теле большинство органов прямо или косвенно занимается либо восприятием, либо движением, начиная с мозга и заканчивая глазами, нервными волокнами и мышцами [55] . Существует широкий спектр систем, собирающих и анализирующих информацию, самая передовая из них – современная наука, а начались они с примитивных органов чувств древнейших одноклеточных организмов.

Разумеется, энтропия зорко следит за всем этим. Если более высокий уровень сложности означает большее количество информации, то, повышая и то и другое, вы снижаете энтропию с ее неопределенностью и беспорядком. Это не проходит незамеченным. Энтропия потирает ручки, думая об энергетических налогах и пошлинах, которые она сможет брать с ростом сложности и количества информации [56] . На самом деле есть мнение, что идея жизни ей вообще-то нравится (и что, возможно, она поощряла ее возникновение во многих частях Вселенной), потому что живое расходует свободную энергию гораздо активнее, чем неживое.

Объяснить, как возникла жизнь на Земле, и попытаться понять, могло ли что-то похожее появиться в других местах Вселенной, – это одна из самых сложных задач в современной науке. На данный момент нам известна лишь одна планета, на которой есть жизнь. Астробиологи ищут живое в других местах в рамках программы поиска внеземных цивилизаций SETI, которая начала свою работу в 1960 году, но до сих пор ничего не нашли. Пока что нам приходится ограничиваться тем, чтобы изучать происхождение жизни на Земле. Это уже очень сложно, потому что для этого нужно выяснить, что происходило на нашей планете почти 4 млрд лет назад, когда все здесь было совершенно другим.

Имея на руках всего один образец, трудно даже понять, что вообще такое жизнь. Что отличает живое от неживого? Дать определение жизни не легче, чем понятию сложности или информации, и, по-видимому, между живым и неживым проходит туманная пограничная зона.

Большинство современных определений жизни на Земле включают в себя следующие пять характеристик:

Рассмотрим все эти свойства по порядку.

Все живое на Земле состоит из клеток. В каждой клетке миллионы сложных молекул, которые множество раз в секунду вступают в реакцию друг с другом, пробираясь через соленое водянистое химическое месиво, полное белков, в клейком пространстве под названием «цитоплазма». Цитоплазма окружена своеобразной химической оградой, клеточной мембраной, которая контролирует, что поступает в клетку и что ее покидает. В мембране, как в стене средневекового города, есть ворота и есть стражники, которые решают, кто из молекулярных путников может войти и когда. Клетки действительно напоминают города. Питер Хоффман пишет в своей книге о них:

Все живые организмы существуют за счет потоков свободной энергии, которые приходится аккуратно регулировать. Остановите поток, и они умирают, как осажденный город, вынужденный сдаться от голода. Но если поток слишком сильный, они тоже гибнут, как город от воздушной бомбардировки. Поэтому потоки энергии требуют очень тонкого управления. Обычно клетки принимают и используют крошечные порции энергии, по одному электрону или протону. Будучи достаточно маленькими, чтобы не вносить разрушений, такие потоки все же достаточно велики, чтобы дать энергию активации, необходимую для множества любопытных химических процессов. Этимологически термин «метаболизм» происходит от слова, которое означает «изменение». Это напоминает нам о том, что клетка никогда не бывает в покое. Как птица в полете, она использует энергетические потоки, чтобы продолжать подстраиваться под непрерывно меняющуюся среду.

Живым организмам нужно все время следить за изменениями в окружающей среде и приспосабливаться к ним. Эта постоянная подстройка называется сохраняющим гомеостазом. Чтобы сохранять определенное равновесие в переменных условиях, клетки должны всегда иметь доступ к информации о внутренней и внешней среде, загружать и расшифровывать эту информацию, выбирать лучшую реакцию, а затем реагировать. Слово «гомеостаз» означает «сохранение неподвижности», и это противоположность изменению. Но вы поймете, что это значит, если представите себе, что сохраняете неподвижность в нескончаемом вихре молекул клеточной среды.

Эти способности чрезвычайно впечатляют, но они были бы не слишком интересны, если бы живые организмы появились и исчезли, подобно пене на волнах океана. Может быть, именно это и произошло на каких-то планетах возле каких-то звезд, а возможно, даже в начале истории Земли. Но сегодня на нашей планете живые организмы не просто борются с ураганом изменений и энтропии. Они создают копии самих себя, так что, если какие-то клетки разрушатся (а рано или поздно это случится с каждой), на их место смогут встать другие. Размножение – это умение создавать жизнеспособные копии клеток. Это значит, что шаблон, по которому строится организм (в современной терминологии – его геном), может выжить даже после смерти особи. В геноме, как в руководстве пользователя, хранится информация о белках, позволяющих создать копию родителя, а также о некоторых основных правилах сборки. Сегодня б'oльшая часть этой информации находится в молекулах ДНК, но в начале истории жизни на Земле ее, вероятно, содержали их двоюродные сестры – молекулы РНК, по-прежнему выполняющие в клетках большую тяжелую работу.

Шаблоны более-менее бессмертны, но механизм копирования неидеален. Это хорошо, потому что в результате мелких ошибок копирования шаблоны могут понемногу меняться, а это ключ к приспособлению и эволюции. Именно маленькие генетические изменения делают жизнь такой устойчивой, позволяя видам приспосабливаться к окружающей среде – благодаря тому, что случайным образом возникают слегка отличающиеся шаблоны. Когда меняются условия среды, меняются и правила, которые определяют, какие шаблоны выживут, а какие исчезнут.

Этот механизм Чарльз Дарвин назвал естественным отбором. В современной биологии это фундаментальная идея, потому что естественный отбор – чрезвычайно мощный двигатель усложнения. Он отсеивает часть генетических возможностей и допускает лишь те, что сочетаются с местными правилами. Таким образом, подобно фундаментальным законам физики, он действует как храповик, сохраняя определенные неслучайные структуры. Но в мире биологии решение о том, что выживет, остается за местными правилами конкретных сред, а не за универсальными правилами физики. Биологические правила действуют гораздо более разборчиво. Не ждите, что жираф сможет выжить под водой.