Хлопок одной ладонью: Как неживая природа породила человеческий разум бесплатное чтение

Николай Кукушкин
Хлопок одной ладонью. Как неживая природа породила человеческий разум

Научный редактор Сергей Ястребов

Редактор Валентина Бологова

Иллюстрации Николая Кукушкина

Художественное оформление и макет Андрея Бондаренко

Издатель П. Подкосов

Руководитель проекта А. Шувалова

Корректоры И. Астапкина, О. Петрова

Компьютерная верстка А. Фоминов

Оформление обложки и макет А. Бондаренко

© Кукушкин Н., 2020

© Кукушкин Н., иллюстрации, 2020

© Бондаренко А., художественное оформление, макет, 2020

© ООО «Альпина нон-фикшн», 2020

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

⁂

Серию PRIMUS составят дебютные просветительские книги ученых и научных журналистов. Серия появилась благодаря совместной инициативе «Книжных проектов Дмитрия Зимина» и фонда «Эволюция» и издается при их поддержке. Это межиздательский проект: книги серии будут выходить в разных издательствах, но в едином оформлении. На данный момент в проекте участвуют два издательства, наиболее активно выпускающих научно-популярную литературу: CORPUS и АЛЬПИНА НОН-ФИКШН.

Предисловие

Но в нас горит еще желанье,

К нему уходят поезда,

И мчится бабочка сознанья

Из ниоткуда в никуда.

Виктор Пелевин. Чапаев и Пустота

«Две ладони сходятся в хлопке – и возникает звук. Каков звук одной ладони?»

В дзен-буддизме есть специальный тип мысленного упражнения – коан. Иногда дзен-коаны описывают как загадки без разгадки, но это не совсем точно. В действительности цель коана не разрешить задачу, а скорее прочувствовать ощущение неразрешенности, вызвать в практикующем «состояние вопрошания». Но на самом деле это не означает, что у коанов вообще не может быть «разгадок». Просто в коане важна не разгадка, а сам процесс разгадывания.

Впервые я услышал коан про хлопок в институте, на биолого-почвенном факультете СПбГУ, от однокурсников-интеллектуалов. Все мы тогда увлекались, так сказать, поп-буддизмом – Борхесом, Пелевиным, Гребенщиковым – и в перерывах между лекциями про древние растения и зоологию беспозвоночных разгадывали дзен-коаны, резко схлопывая одну ладонь. О, остроумие первокурсника!

С годами я стал видеть у этого коана другую разгадку. В хлопке сходятся две руки, и звук – то, что происходит в результате их соединения. Это метафора восприятия, взаимодействия между миром и разумом. Все, что я слышу, вижу и ощущаю, – это звук хлопка, рождающийся на границе между мной и окружающей меня реальностью, между двумя ладонями, между субъектом и объектом.

Мир всегда, с первой секунды нашей жизни, поделен на две части, одна из которых направлена внутрь, а другая – наружу. Я и все остальное. Мы и они. Свои и чужие. Человек и животные. Исследователь и образец. Любое такое рассечение мира пополам – это хлопок двумя руками. Наша жизнь – это звук, рождающийся на границе между мной и не-мной.

Но что, если субъект – это часть объекта? Что, если я – это часть всего остального, а исследователь – часть образца, на который он смотрит? Что, если две руки – это иллюзия? Как звучит хлопок, если рука всего одна?

Я начинал свой путь в биологии с молекул и клеток (моя кандидатская, например, про гликопротеины – белки с углеводными метками), но каким-то образом оказался среди всего неохватного и бесконечного. Сейчас я изучаю, как из молекулярных сигналов возникает в мозге память и как так сложилось за миллионы лет эволюции. Тут волей-неволей приходится думать в терминах, сильно напоминающих коаны. Если я замеряю память через молекулы, то где граница между памятью и движением этих молекул? Как понять, где механизм мышления, а где само мышление? А если это непонятно, то где граница между телом и сознанием, между моим мозгом и мной? Как понять, когда я думаю «наружу», а когда «внутрь», и что, если разницы нет вообще? Каков, короче говоря, звук одной ладони?

Книга о себе

Эта книга – об истоках всего, что делает нас людьми.

Что такое человек? Зависит от того, у кого спрашивать. Биолог, психолог, философ, историк, художник – все они ответят на этот вопрос по-разному. Одни будут искать ответ на вопрос внутри себя, другие – в окружающем мире, третьи – в глубинах прошлого. Каждая область мысли, научная или нет, преломляет человеческую жизнь призмой собственных понятий и категорий. Это хлопки двумя ладонями: ладонь человеческой жизни сходится с ладонью научного метода, или с ладонью чувственного восприятия, или с ладонью исторической перспективы – и возникает звук.

И все же биологов, психологов, философов, историков и художников объединяет то, что все они люди. Все они слышат звук, когда их собственные ладони – ладони человека как субъекта – ложатся на ладонь человека как объекта, человека в целом, человека в принципе. Но на самом деле эти две ладони едины. Человек есть человек, независимо от того, субъект он или объект.

Задача этой книги – взглянуть на человека одновременно изнутри и со стороны, с позиций прошлого и с позиций настоящего, с точки зрения биолога и с точки зрения философа, с точки зрения вида Homo sapiens и с точки зрения других видов: бактерий, растений, медуз, птиц. Эта книга – обо всем не-человеческом, что предвосхитило и определило все человеческое: от зарождения жизни до полового размножения, от происхождения животных до социальных инстинктов, от нейронных сетей до абстрактного мышления. Книгу можно считать научно-популярной с той точки зрения, что я буду использовать научные знания и надеяться, что книга будет популярной. Но это книга не про науку, а про природу. Не про людей, изучающих жизнь, а про жизнь, порождающую человека. Вместо истории жизни от лица людей, это история людей от лица жизни.

Эта книга – летопись человека и его ума. Повесть о том, как из ниоткуда и из ничего возник кто-то, кто сумел оглянуться назад.

Жизнь как чудо

Как ни крути, то, что мы есть, – это чудо. Даже три чуда.

Чудо первое: жизнь. Вокруг нас несметные количества живых существ, больших и маленьких, видимых и невидимых, и мы – одни из них. Даже самое примитивное растение или животное по своей сложности превосходит все, что когда-либо умел делать своими руками человек. Их количество и разнообразие просто невозможно охватить человеческим умом. Жизнь на Земле – непостижимая, вездесущая, кишащая миллионами ног, сучков, колючек и зубов вакханалия, в которой мы существуем и из которой мы происходим.

Этому чуду посвящена первая часть книги: «Откуда взялись все». Все живые то есть. Человека многое делает человеком, но тот факт, что он – живой организм, пожалуй, все-таки главный. В этой части книги людей почти не будет, зато будет этот товарищ, живой организм, и его история как череда событий древнего мира. Мы рассмотрим происхождение и эволюцию жизни на Земле, а также становление исторической траектории, которую миллиарды лет спустя увенчает человеческий вид. Самая ранняя история жизни задала тон всем дальнейшим событиям, произошедшим на планете. Мы увидим, что многие свойства человека – от беспрецедентной сложности его мозга до гендерных ролей – берут свои истоки за миллиарды лет до появления даже самых примитивных животных.

Чудо второе: человеческий вид. Мы можем делать вещи, которые не может делать никто. Человек как вид явно выделяется на фоне всего остального, что он видит вокруг. Мы охотимся с копьями, разводим огонь и заготавливаем еду на зиму. Мы летаем в космос, строим города и подводные лодки. Я много ворчу на тему антропоцентризма, то есть убеждения, что человек – пуп земли. Но нашему виду Homo sapiens все-таки стоит отдать должное. Человек – это действительно чудо. Ему как виду среди других видов посвящена вторая часть книги: «Откуда взялись мы».

Эта часть книги больше всего напоминает летопись. Она разделена на четыре главы, соответствующие четырем эрам: «докембрийской», палеозойской, мезозойской и кайнозойской. Речь в них пойдет о возникновении человека как вида. Принято считать, что момент происхождения человека от обезьяны сделал его «особенным», а до того в системе природы человек ничем не выделялся. Я постараюсь убедить читателя, что история человеческой исключительности начинается гораздо раньше. Для этого мне придется рассказать о множестве других видов, без которых разговор об исключительности потерял бы всякий смысл. Мы познакомимся с динозаврами, насекомыми, губками, даже с водорослями и грибами. Только в такой перспективе станет понятна исключительная судьба нашего вида и его предков.

Наконец, чудо третье: человеческое сознание. Среди всех людей у каждого из нас есть один избранный, исключительный человек, который принципиально из них выделяется. Он называется «я». Он смотрит на других людей из своих глаз и разговаривает внутренним голосом. Его мысли, желания и эмоции доступны нам напрямую, а не через восприятие слов или выражений лиц. Мы можем управлять своим телом усилием воли.

Третья часть книги посвящена этому «чуду точки зрения», первому лицу, сознанию, расщепляющему мир на себя и не-себя. В ней пойдет речь про мозг, в хитросплетениях которого спрятан наш внутренний мир. Мы поговорим о том, что в принципе представляет собой мозг и в чем состоит его эволюционная задача. Мы увидим, что мозг имеет особый статус в нашем организме, предоставляя нам частичную независимость от собственных генов. Наше сознание – следствие такой частичной свободы. С одной стороны, это дает нам право на личность, но с другой стороны, вечно отравляет нам жизнь. В этой части книги мы углубимся в детали собственной памяти, восприятия, мотивации, языка и постараемся соединить взгляд на человека со стороны со взглядом изнутри. Мозг – это история внутри истории, жизнь внутри жизни, чудо внутри чуда, и из всех трех «чудес» этой книги в нем на сегодняшний день остается больше всего загадок.

Что такое чудо? Можно сказать, что это нечто реальное, но при этом необъяснимое. Принято считать, что если чудо объяснить – то оно перестает быть чудом. Но, с другой стороны, как показывает история, человек только и делает, что находит объяснения чудесам. Мы не любим неразрешенных вопросов и так или иначе объясняем существование себя и окружающего мира. Откуда берутся молния и гром? Наверное, там наверху сидит мужик со специальным молотком, которого невозможно увидеть. Куда уходят мертвые? Видимо, под землю, к другому мужику. (Мы вообще любим везде мужиков добавлять.)

Мне кажется, что чудесность чуда заключается именно в его объяснении. Чем грандиознее объяснение – тем чудеснее чудо. И вот по такой шкале чудесности ничто не сопоставимо с картиной мира, выстроенной современным научным знанием. Легенды и мифы Древней Греции – это детские сказки по сравнению с историей эволюции фотосинтеза. Мужики понятнее, чем молекулы, но я постараюсь убедить дорогого читателя, что молекулы гораздо грандиознее. Можно даже сказать, эпичнее.

Эта книга – попытка объяснить чудо. Без объяснения чудо – просто неизвестность.

Часть I
Откуда взялись все

1. В начале были буквы

Все происходит нечаянно.

Лев Толстой. Война и мир

Мир, строго говоря, состоит из энергии.

Есть бородатый анекдот о сложности этого понятия. Вопрос на экзамене по физике: что такое энергия? Студент мучается, пыхтит, в конце концов говорит: «Простите, профессор, знал, но забыл!» Профессор встает и торжественно объявляет аудитории: «Друзья, трагедия! Один человек в мире знал, что такое энергия, но и тот забыл!»

При попытке определить, что такое энергия, обычно приземленный и конкретный язык физической науки виляет из стороны в сторону и обрастает почти эзотерическими интонациями. Это мера причинно-следственной связи. Разменная валюта Вселенной, описывающая, что во что может превращаться, что куда может двигаться или чем становиться. Энергия – это такое необъяснимое и философски неделимое нечто, которое никак не выглядит и ни из чего не состоит, не убывает и не возникает, но является нам в разных формах – массы, тепла, движения, волны. Энергия перетекает из одной формы в другую: например, теплом можно вызвать движение. Чтобы сделать что-то, что не хочет делаться само, нужно вложить энергию – толкнуть камень в гору, например. А если что-то делается самопроизвольно, то энергия при этом выделяется, как свет и жар при горении. В том, откуда и куда энергия перетекает, состоит, собственно, последовательность всех событий в мире. Мы называем направление этого перетекания временем.

Одна из главных форм существования энергии – это материя, то есть энергия с массой. Известная нам материя состоит из атомов, крупиц энергии, пойманной в форме массивных комков. Благодаря наличию массы атомы обладают свойствами, интуитивно понятными нам, массивным существам. Атомы, например, отскакивают друг от друга – их можно весьма условно сравнить с бильярдными шарами.

Все атомы имеют похожую структуру. В центре – тяжелое ядро, несущее в себе почти всю массу атома. Ядро состоит из плотно слепленных друг с другом протонов и нейтронов, которых может быть от одной штуки (у водорода) до пары сотен (у урана). У нейтронов есть только масса, а у протонов, помимо массы, есть еще заряд – особое свойство материи, которое существует в двух вариантах, притягивающих друг друга. Мы называем эти варианты положительным и отрицательным зарядом: у протона по договоренности плюс, а противоположный минус – у еще одной составляющей атома, электрона.

В основном атом состоит из пустоты. Ядро из протонов с нейтронами – центр тяжести – занимает ничтожную часть пространства по сравнению с диаметром атома. Поверхность же атома состоит из почти невесомого электронного облака. В школьных учебниках принято писать, что электрон летает вокруг ядра, но это сразу создает ложное представление, которое приходится потом долго ломать, когда дело доходит до квантовой механики. Дело в том, что если атом в целом еще худо-бедно напоминает шарик, то электрон – вообще нечто иное, и как шарик его никоим образом не описать. Он и волна, и материя. У него есть масса, но нет четкого положения: вероятность его существования как бы размазана по пространству, окружающему атом. Электроны имеют заряд, противоположный протонному, благодаря чему электронная оболочка и окружает ядро, к которому ее все время тянет. Таких оболочек у атома может быть много, они слоятся и переплетаются вокруг ядра многомерной квантовой капустой, от которой студентам-первокурсникам на лекциях по химии или физике обычно становится плохо.

Различаются атомы количеством протонов, нейтронов и электронов. Атомы с определенным количеством протонов называются элементами. Элемент – это тип атома. У каждого элемента свои свойства. Самый простой элемент – водород. У водорода один протон и один электрон, а нейтронов обычно нет вообще. У углерода, например, 6 протонов и обычно 6 нейтронов, а у железа – 26 протонов и 30 нейтронов. Чем больше протонов с нейтронами – тем атом тяжелее. Количество электронов в норме уравновешивает количество протонов, нейтрализуя общий заряд атома. Но в махинациях с электронами, как мы увидим, состоит вся атомно-молекулярная жизнь.

Пантеон элементов

Атомам все время не сидится со своим набором электронов. В этой нервозности – причина всех химических реакций. Спокойна только особая группа атомов, носящих благозвучное название благородных газов: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон. В пантеоне химических элементов они как шесть бодхисаттв, поддерживающих баланс своих электронов в полной гармонии с протонами, лишенные желаний и устремлений, не вступающие ни в какие реакции и ведущие одиночную жизнь в форме газа.

Остальные атомы, так или иначе, чего-то хотят от других атомов, благодаря чему и существуют вещества, предметы и организмы. Некоторые атомы не удовлетворены своим «естественным» количеством электронов и хотят оторвать или хотя бы оттянуть их от других атомов. Другим атомам слишком много положенного набора, и они ищут желающего принять избыток. У некоторых вроде бы все в порядке с количеством электронов, но у них нестабильная конфигурация, которую можно стабилизировать, только вступив в связь с другим атомом с похожей проблемой.

Химическая связь возникает, когда электронные облака двух атомов сливаются в единое облако. Полученная совместная электронная оболочка распределяется между ядрами-партнерами. Бывает мирное слияние, когда оба атома получают поровну коммунального облака. Бывают почти рейдерские захваты, когда один атом после слияния перетягивает облако на себя, и перед атомом-партнером встает выбор: либо довольствоваться краешком облака, прилипая к захватчику, либо отколоться и остаться вообще без электрона. Если облако растянуто на два ядра, то теперь два атома существуют как единое целое, и такая стабильная связка атомов называется молекулой. Молекулы помогают атомам успокоить свою нервозность.

Живой мир состоит не из отдельных атомов, а именно из молекул – конгломератов атомов, связанных друг с другом общими электронами. Молекулы живой природы – органические молекулы – отличаются своими огромными размерами. Они состоят не из двух-трех атомов, а из десятков, сотен, даже тысяч атомов, складывающих свои электронные облака в сложные трехмерные структуры. Количество возможных молекул бесконечно, а количество реально существующих молекул определяется, скорее, нашими способностями их находить или создавать. Но атомов гораздо меньше, чем молекул, а ключевые атомы природы, собственно химический каркас жизни, и вовсе можно пересчитать по пальцам.

Главный из них – бесспорно, углерод. Если говорить отвлеченно, то из углерода состоит все живое, а другие атомы – так, поналипли. Почему углерод? Он обладает уникальными среди элементов способностями. Атом углерода в молекуле может быть связан с двумя, тремя и даже четырьмя другими атомами, в том числе, и это особенно важно, с другими атомами углерода. В итоге образуются ветвящиеся цепи и многогранные кольца, причем их размеры и строение почти ничем не ограничены. Это свойство углерода настолько расширяет возможности и разнообразие состоящих из него молекул, что их изучение даже носит особое название – «органическая химия».

КСТАТИ

Есть такая шутка: что такое органическая молекула? Это любая молекула, интересная химикам-органикам.

Границу между органической и неорганической молекулой действительно сложно провести. На первый взгляд, это просто: подавляющее большинство органических соединений одновременно состоит из углерода и производится живыми организмами – отсюда «органика» в их названии. Но есть спорная территория, например углекислый газ – вездесущая и очень простая форма существования углерода, которая бывает на других планетах и безо всякой жизни. Его едва ли можно отнести к органическим молекулам, а вот мочевину – молекулу не намного сложнее, но гораздо более редкую за пределами биосферы – возможно. Именно синтез мочевины из цианата аммония, осуществленный немецким химиком Фридрихом Вёлером, считается первым случаем искусственного производства органического соединения из неорганического. Своим достижением Вёлер помог опровергнуть концепцию витализма, согласно которой в молекулах живого организма содержится особая жизненная сила, принципиально отличающая ее от «неживых» веществ.

Углерод – фигура конструктивная, производительная, хозяйственная. Он готов сотрудничать с другими атомами на разумных условиях. Он не пытается оторвать у них каждый увиденный электрон, а спокойно объединяет свои электронные облака с чужими во все более и более крупные структуры. Углерод готов сотрудничать с другими углеродами, до четырех на атом – получаются ветвящиеся цепочки, где все на равных правах. Углерод ведет себя вежливо даже в отношениях с водородом, лишь слегка оттягивая на себя его смехотворный единственный электрон. Именно благодаря таким деловым качествам углерода живая природа существует в известном нам виде. Из-за своей сговорчивости и общительности углерод идеально подходит для сборки в гигантские мегамолекулы, такие как белки или ДНК.

Водород – самый распространенный элемент во Вселенной¹.

Материя в целом, можно сказать, состоит из водорода и его близкого родственника, благородного бодхисаттвы гелия, с вкраплениями других, более тяжелых элементов. Но среди этих больших элементов водород – самая мелкая сошка. Он как несчастный крепостной крестьянин, плотно прилепленный к барину своим электроном, курсирующим в составе общей молекулы. У него совсем нет сил, чтобы удержать и этот свой единственный отрицательный заряд, поэтому отношения с другими атомами у него почти всегда подчиненные. Но ни от кого на планете Земля водород не страдает столько, сколько от кислорода.

Кислород – элемент деструктивный, беспощадный, яростный. Он разорвет на части все, что ему подсунут. По силе, с которой он тянет на себя электроны, ему нет равных, за исключением экзотического фтора². Вклиниваясь в чужие молекулы, кислород расчленяет их на отдельные атомы, присасываясь к их электронным облакам и образуя простые соединения. Если попадется водород – получится вода. Если попадется углерод – получится углекислый газ. Молекула-жертва, скажем, целлюлоза в бумаге и древесине, может содержать несколько тысяч сложно состыкованных углеродов, но кислород готов превратить всю эту сложность в простые, мелкие, неорганические молекулы. Часть энергии, содержащейся в электронных облаках углеводородного каркаса целлюлозы, при этом освобождается в форме света и тепла. Это называется горением.

Конечно, такая сугубо деструктивная роль кислорода – большое упрощение. Кислород не только рушит молекулы из углерода и водорода, но и входит в их состав. Тем не менее с планетарной точки зрения можно смотреть на такие кислородсодержащие молекулы как на топливо в постепенном процессе сгорания. Углекислый газ и вода – конечные продукты горения углеводородной молекулы, а все остальные формы существования в ней кислорода – промежуточные продукты.

На первый взгляд, углерод и кислород выглядят врагами: один строит, другой рушит. Углерод отличается тем, что из него можно создавать сложнейшие инженерные конструкции. Кислород же способен любые конструкции в конечном итоге превратить в простейшие молекулы.

На самом деле даже в горении есть очевидная польза. В химических связях, сковывающих сложную молекулу, заключено огромное количество энергии, которое можно высвободить, если эту сложную молекулу расщепить на простые. Горение топлива, например, несет ракету в космос со скоростью, невиданной в дикой природе. Это тоже кислород, накидывающийся на углерод с водородом, и энергия, выделенная в ходе такой атаки, превращается в ускорение. Так же и кислород в живом организме: его «электронная жадность» используется природой для высвобождения энергии, которую можно затем использовать. Мы вдыхаем кислород, чтобы сжечь съеденный обед и пустить его энергию на конструктивные дела: например, обдумывание ужина.

В дихотомии углерода и кислорода есть что-то космически значимое для жизни на Земле. У кислорода действительно в характере рушить и отбирать, но он умеет это делать так эффективно и беспощадно, что из чинимого им тотального уничтожения рождается новое и невозможное. Кислород – не просто вандал природы, он что-то вроде химического Шивы – несущий обновление через разрушение. (Для углерода тогда напрашивается образ четверорукого Вишну.)

Кислород и углерод как элементы воплощают в себе свойства, которые после возникновения жизни лягут в основу метаболизма, или обмена веществ. Метаболизм имеет две стороны. Анаболизм – строительство больших молекул с затратой энергии, то есть почти всегда строительство углеродных цепочек. Катаболизм – расщепление больших молекул с выделением энергии, то есть, в современной природе, почти всегда сжигание углеродной пищи кислородом. Вместе анаболизм и катаболизм замыкаются в энергетический цикл, способный приспосабливаться к любым нуждам живого организма, и в этом цикле заключается одно из самых главных, самых чудесных свойств жизни. Любой живой организм имеет сложную систему «обмена валюты», которая связывает анаболизм с катаболизмом. Эта восхитительная система позволяет нам запихивать в рот почти все что угодно и каким-то образом безо всяких усилий превращать спрятанную там химическую энергию в мысли и движения.

Можно сказать, что метаболизм – это половина того, что значит быть живым. Но цикл энергии, в принципе подходящий под определение обмена веществ, встречается во многих системах (например, любой природный круговорот). В понятие живого организма, по крайней мере в известных нам земных вариантах, входит, помимо метаболизма, еще один цикл: информационный. Живые организмы обладают наследственностью. Но, перед тем как я произнесу слово на букву «г», предлагаю отвлечься на легкий пересмотр природы реальности.

Мир как рецепт пирожка

В бытовом смысле мы используем слово «информация» для обозначения значимого и обычно передаваемого знания. Информация передается, когда два человека разговаривают. При чтении информация преобразуется из письменной формы в мысленную. Информация копируется, если переслать файл с одного компьютера на другой. Может показаться, что само понятие информации возникает в тот момент, когда что-то значимое куда-то передается. То есть с бытовой точки зрения информация – это «мера общения», слово, обозначающее передачу каких-то важных параметров из одной системы в другую.

С более формальной, физической точки зрения информация совсем необязательно должна куда-то копироваться или что-то значить, чтобы быть информацией. Информация – это не передача параметров, это сами параметры. Абстрактное описание системы, отличающее ее от других систем. Например, в доме содержится информация о взаимном расположении кирпичей, и эта информация существует независимо от самих кирпичей, от вашего знания об этих кирпичах и вообще от материального мира. Она может быть нигде не записана и никому не известна, но она то, что отличает дом от груды кирпичей. Информация – не столько «мера общения», сколько «мера порядка», индекс свойств системы, выделяющий ее из хаоса. Она «содержится» в материи, но существует независимо. Например, роман «Война и мир» – это информация, абстрактное описание того, как должны быть расположены буквы на листе, чтобы отражать задумку автора. Эта информация может содержаться в бумажной книге или в памяти компьютера, но эти материальные носители – не то же самое, что великий роман русского классика.

С этой точки зрения можно еще раз взглянуть на Вселенную в целом. Из чего она состоит? Допустим, что всю Вселенную взяли, стерли в порошок и распылили до гомогенного пара. Суммарное количество энергии останется точно таким же, даже количество атомов и частиц вряд ли изменится (зависит от того, как стирать в порошок). Что исчезнет при таком стирании – так это информация. Распределение атомов и энергии между реками и морями, материками, планетами и галактиками, распределение, благодаря которому они были собой. Не будет ли логичным сказать, что из информации Вселенная и состоит? Энергия – это начинка Вселенной, а информация – рецепт вселенского пирожка. Вот вам и легкий пересмотр реальности.

Что делает жизнь живой? Способность воспроизводить информацию. Точнее, способность информации воспроизводить саму себя. Но все по порядку.

Молекула всего

Принципиальны для понимания жизни два типа молекул: белки и нуклеиновые кислоты.

Это огромные молекулы, если смотреть на них с точки зрения неживой природы. Допустим, вы атом углерода – как мы помним, четверорукий крепкий хозяйственник, из которого в основном выстроены молекулы живого организма.

Допустим, ваш диаметр соответствует человеческому росту. В таких координатах средний белок будет размером эдак со Спасскую башню или статую Свободы, а рибосома – машина для изготовления белков – примерно с футбольный стадион. Матричная РНК – программа, которая в эту машину вставляется, – окажется лентой шириной в 20 метров, а длиной в десятки километров. ДНК – две похожие ленты, закрученные друг вокруг друга, но ленты настолько длинные, что это, скорее, дороги, ведущие из ниоткуда в никуда. У бактерий ДНК замкнута в огромное кольцо окружностью в половину, а иногда и весь земной экватор. У человека ДНК не кольцевая, поэтому начало и конец у нее все-таки есть, зато длина человеческой ДНК во много раз больше бактериальной. В наших воображаемых координатах расстояние между двумя концами ДНК в человеческой хромосоме – порядка расстояния от Земли до Луны. Оно и в обычных, реальных-то координатах впечатляет. Каждая хромосома – это одна молекула ДНК, намотанная на плотно упакованные катушки из белков-гистонов, а всего хромосом в каждой клетке 46 штук. Если хромосомы размотать, то в каждой клетке человека обнаружится аж два метра ДНК³.

Белки – совершенно несуразное название для чего-то настолько важного и величественного. Что такое белок, знает каждый ребенок: белок – это белая, по-моему, менее вкусная часть яйца. Какая связь между яичным белком, прозрачным желе, белеющим при нагревании, и белками, из которых состоит наше тело, понять очень сложно. Яичная аналогия помогает усвоить, что белки очень питательные, но мешает понять, что белок вовсе не гомогенная масса одного и того же вещества.

Ту же, в общем, идею однородности белкового вещества выражает синоним «белка» – «протеин». Предложил его в 1838 г. шведский ученый Йёнс Якоб Берцелиус в письме голландскому химику по имени Геррит Ян Мульдер⁴. Мульдер изучал химический состав разных биологических субстанций (шелка, яиц, плазмы крови) и пришел к убеждению, что в основе всего живого лежит одна и та же сущность, «первовещество». Мульдер фантазировал, что это первовещество производить умеют только растения и в этом заключается их питательная ценность для животных. Берцелиус – выдающийся шведский химик, с которым Мульдер много лет переписывался, – предложил так это первовещество и назвать: протеин, от слова πρώτειος, то есть «первичный» по-гречески.

Все оказалось несколько иначе, чем предполагал Мульдер. «Первовещества» как такового на самом деле нет. Все сложные молекулы, из которых мы состоим, производят наши собственные клетки из простейших деталей, причем организм великолепно умеет изготавливать одни детали из других. Некоторые детали должны обязательно поступать с пищей, как, например, половина аминокислот – из них состоят белки. Но в целом живой организм обходится тем, что имеет. Как правило, он может сожрать что угодно, разобрать практически на атомы и собрать в любые нужные ему молекулы. Поэтому идея о том, что растения производят некий единый белок, из которого состоят животные, неверна. Тем не менее Мульдер действительно нащупал кое-что важное и общее между изучаемыми им субстанциями. Просто они оказались не одним и тем же белком, а разными белками. Белок – не одна какая-то молекула, а тип сложного химического соединения, представляющий собой разнообразные цепи из одинакового набора деталей, бусин, аминокислот. То есть химически белки очень похожи друг на друга, что и натолкнуло химика Мульдера на мысль о «первовеществе». Но главное в белке то, что разные последовательности бусин позволяют создавать совершенно разные молекулы из одного и того же набора компонентов.

Эти разнообразные белки правят живым организмом. Как рабочие разных профессий, они делают все, что только можно в нем делать. Мы перевариваем пищу с помощью белков, дышим кислородом с помощью белков, двигаемся с помощью белков. Белки копируют ДНК, синтезируют клеточную мембрану, а при формировании долгосрочной памяти белки в гиппокампе отправляют при помощи белков белковые сигналы другим белкам в кору. Всего у человека порядка 20 000 разных белков⁵, но каждая клетка решает, когда и в каких количествах производить из них тот или иной белок.

В общем, как «первовещество» термин «протеин» себя не оправдал: белок – это не одна вещь, а огромное количество похожих вещей. Я предлагаю простое решение вопроса: можно переосмыслить этимологию слова как отсылку к греческому богу Протею, морскому божеству, способному принимать разные формы. Тогда все встает на свои места. Так или иначе, «протеин» – слово, конечно, поэлегантнее, чем «белок», но, к сожалению, в русском языке так белки называют только продавцы биодобавок. Так что придется терпеть яичную терминологию. Белки так белки.

Нуклеиновые кислоты – название еще хуже. Во-первых, длинное, сложное, учебником химии веет за километр. Во-вторых, тот факт, что нуклеиновые кислоты именно кислоты, конечно, многое определяет в их химических свойствах, но для общего понимания их смысла совершенно не принципиален. Да и «нуклеиновость» этих кислот, в общем, вторична. Nucleus означает «ядро», отдел клетки, в котором у нас, эукариот, нуклеиновые кислоты хранятся. У бактерий – самой многочисленной формы жизни на Земле – ядер нет, а кислоты все равно нуклеиновые.

Что такого важного в нуклеиновых кислотах – ДНК и РНК? Сами по себе, то есть без белков, они почти беспомощны. За редкими (хотя и важными) исключениями, о которых речь впереди, нуклеиновая кислота тихо лежит, а белки с ней что-то делают. Сила нуклеиновых кислот не в работоспособности или многофункциональности, а в том, что они несут информацию о том, какими нужно быть белкам, чтобы исполнять нужные функции. Нуклеиновые кислоты кодируют белки. Белки на самом деле – это не рабочие, а роботы. Они изготавливаются по специальным программам, записанным в нуклеиновых кислотах.

Физически и белки, и нуклеиновые кислоты представляют собой цепи, сложенные из последовательностей повторяющихся деталей, блоков, бусин. Белки состоят из блоков, называемых аминокислотами, нуклеиновые кислоты – из блоков, называемых нуклеотидами.

В белках 20 возможных составных частей, причем все они очень разные с химической точки зрения. Аминокислоты – это как набор «Юный химик». Все их можно комбинировать в почти бесконечном количестве вариантов. Благодаря разным последовательностям аминокислот разные белки приобретают разные свойства, изгибаются в сложные трехмерные формы, покрытые всевозможными химическими группами, работающими как детали машины. Это обилие компонентов и комбинаций дает белкам такое бесконечное разнообразие функций. В конечном итоге все сводится к простейшему рецепту: такие-то аминокислоты в такой-то последовательности. Информация определяет функцию. Последовательность белка решает, что этот белок умеет делать.

Четырехбуквенный роман

Что касается нуклеиновых кислот, то они бывают двух типов: рибонуклеиновая (РНК) и дезоксирибонуклеиновая (ДНК). По молекулярному составу они очень похожи друг на друга, но их роли и значение совершенно разные. О РНК разговор впереди, пока же для простоты можно ограничить нуклеиновые кислоты знаменитой двойной спиралью ДНК.

В ДНК всего четыре составные части, причем не так сильно различающиеся по химической сущности. Но эти составные части, нуклеотиды, обладают ключевым свойством, носящим название комплементарности. Комплементарность – это способность одной цепи нуклеотидов связываться с другой комплементарной цепью нуклеотидов, если их последовательности соотносятся как негатив и позитив. Иначе говоря, это способность одной цепи задавать другую цепь, и наоборот.

Благодаря этому свойству нуклеотидные цепи идеально подходят для воспроизведения особого типа информации, которую называют наследственной информацией, генетической информацией или просто генами. (Вот оно, слово на букву Г!) Все гены организма в совокупности называются геномом^[1]. Ген – это фрагмент генома, как глава – фрагмент романа. Геном записан в ДНК, как роман записан в книге.

Каждая цепь ДНК состоит из четырех возможных нуклеотидов: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Их иногда даже называют для простоты «буквами»: А, Г, Ц и Т. Эти буквы связаны друг с другом последовательно, как бусины: например, Т-Ц-Ц-Г-А. Благодаря химической структуре четырех нуклеотидов, такая цепь может связаться с другой, параллельной цепью, причем к А подходит только Т, а к Г – только Ц, и наоборот. То есть парная цепь в нашем примере: А-Г-Г-Ц-Т. Две эти цепи, встретившись, обовьются друг вокруг друга и образуют двойную спираль, а две другие цепи со случайными, не подходящими друг к другу последовательностями ее не образуют. Такую «парность» двух цепей и называют комплементарностью, а сами парные последовательности – комплементарными.

Чем так принципиальна комплементарность? Благодаря тому, что последовательность одной цепи «знает» последовательность другой цепи, ДНК можно копировать. Имея две цепи, достаточно знать последовательность одной из цепей, чтобы восстановить всю исходную молекулу. Это происходит при делении любой клетки. ДНК разматывается из двойной спирали на две отдельные нити, и недостающая нить достраивается специальными белковыми роботами по принципу комплементарности. В итоге образуются две одинаковые двойные спирали, которые распределяются между дочерними клетками³.

То есть нуклеиновые кислоты, благодаря своей химической структуре, позволяют копировать содержащуюся в их последовательности информацию. В каком-то смысле комплементарные цепи ДНК – это воплощение самой идеи жизни. Удвоение, копирование, размножение, деление – все это синонимы, когда речь идет о ДНК. (Вдумайтесь: только в биологии множить и делить – это одно и то же.) Даже производство Евы из ребра Адама следует тому же самому принципу, что и копирование последовательности ДНК: имея часть исходника, восстанови недостающее.

Но самое главное в том, что эта самая генетическая информация, последовательность нуклеотидов, так хорошо приспособленная к копированию, имеет скрытый смысл, который в ней можно прочесть, если знать шифр. Последовательность нуклеотидов – не просто молекулярные бусы. Это код. Информация в ДНК означает последовательность белка, а вместе с ней – то, что белок делает: дыхание, движение, питание, и все остальные функции живого организма. С помощью этого своего кодирующего свойства бездейственная ДНК, тихо хранящая в себе мудрость поколений, манипулирует окружающим миром, извлекая из себя информацию о полчищах белковых роботов.

Роботы кодируются четырехбуквенным кодом, в котором каждой аминокислоте соответствует «слово» из трех букв: АТТ – изолейцин, ГЦЦ – цистеин и так далее. Всего возможны 64 таких слова, и они распределены между 20 аминокислотами и специальными обозначениями «конец белка»: ТАА, ТАГ и ТГА. Если часть последовательности ДНК прочитать со специальным словарем, то получится последовательность белка.

КСТАТИ

Словарь перевода с нуклеотидного на аминокислотный называется генетическим кодом. Генетический код – это не то же самое, что генетическая информация. Генетическая информация – это все, что записано в ДНК. Генетический код – это таблица из 64 трехбуквенных комбинаций нуклеотидов, или кодонов, и соответствующих аминокислот, которые они кодируют. «Таблица кодонов» висит над столом у многих биологов наподобие таблицы Менделеева у химиков или, наверное, карты метро у работников метрополитена – требуется часто, теоретически можно и запомнить, но зачем?

В живой клетке есть специальная машина, ответственная за «перевод со словарем». Этот огромный молекулярный комплекс под названием рибосома – точка, в которой производятся белки и в которой нуклеиновые кислоты сообщают им свою генетическую волю. Здесь принципиальной становится вторая из кислот, рибонуклеиновая, она же РНК, родственница вездесущей двойной спирали. Пора составить семейный портрет.

В центре догмы

ДНК строга, спокойна, склонна к стабильности. Ее роль – нести свое знание из поколения в поколение с максимальной точностью. Она как жрица, живущая под грузом вечности: в ней содержатся гены, исчисляющие время эпохами. ДНК – это обычно гигантская цепь из миллионов нуклеотидов, и разные белки записаны в разных участках этой цепи. Гéном, в принципе, можно называть любой участок ДНК. По Ричарду Докинзу, например, ген – «единица, продолжающая существовать в ряду многочисленных последовательных индивидуальных тел»⁶. Но обычно в качестве такой единицы выбирают участок ДНК, обозначающий один белок.

РНК куда менее стабильна, чем ДНК, – постоянная головная боль для биохимиков, пытающихся ее исследовать. Она ретива и мимолетна, но в каком-то смысле гораздо более талантлива, чем ее статная родственница ДНК. ДНК не умеет делать ничего и только торжественно хранит покой содержащихся в ней генов. РНК не сравнится с белком в плане талантов, но в принципе умеет делать множество вещей, иногда даже вступая в принципиально важные химические реакции. Ее жизнь коротка, а по размерам она редко превышает тысячу-другую нуклеотидов (хотя и при такой длине РНК крупнее большинства белков).

РНК – это копия одного из участков ДНК. Она как бы распечатка одного из тысяч негативов, хранящихся в архиве. Сделать такую распечатку можно, конечно, благодаря комплементарности. На одну из цепей ДНК садится специальный белок, называемый РНК-полимеразой, и собирает комплементарную ей цепь, только состоящую из слегка отличающихся нуклеотидов. В реальном времени РНК-полимераза скорее летит вдоль цепи ДНК, а растущая копия – цепь РНК – змеится за ней хвостом. Весь процесс «распечатки» называется транскрипцией. Транскрипция – это изготовление РНК на базе последовательности ДНК.

КСТАТИ

Нуклеотиды в РНК называются рибонуклеотидами, а в ДНК – дезоксирибонуклеотидами, в последних на один кислород меньше, отсюда «дезокси». Помимо этого отличия, есть еще одно: в РНК вместо тимина (Т) используется урацил (У). Ничего важного для понимания при этом не меняется. Это примерно как отличие украинского алфавита от русского – не очень значительные, исторически сложившиеся различия в буквах.

Цепь РНК как таковая по химической структуре почти идентична ДНК, но из-за небольших отличий в нуклеотидах ведет себя иначе. РНК не склонна к длинным цепям и двойным спиралям, хотя это и возможно: двухцепочечная РНК есть, например, у некоторых вирусов. Вместо двойных спиралей, в которых друг к другу прилипают целые комплементарные цепи, одиночная цепь РНК живет сама по себе, но любит изгибаться в сложные трехмерные структуры – совсем как белок. Это происходит за счет комплементарного «слипания» разных участков одной и той же цепи РНК, изгибающего молекулу в том или ином направлении. В совокупности с большей, чем у ДНК, реакционной способностью все это ставит РНК в каком-то смысле посередине между двумя главными молекулами природы. По своей сущности РНК – почти ДНК. Она состоит из нуклеотидов и может транскрибироваться («распечатываться») с одной из цепей двойной спирали. Но по своей склонности к сложным трехмерным формам и готовности вступать в химические реакции РНК – почти белок.

С транскрипции начинается путь гена – информации, записанной в ДНК, – в материальный мир. Поэтому одна из основных задач клетки состоит в регуляции транскрипции. Клетка населена армиями белков, называемых транскрипционными факторами, которые занимаются исключительно тем, что включают и выключают транскрипцию тех или иных участков ДНК в зависимости от всевозможных сигналов, получаемых ими от других белков или из окружающей среды. Говоря, что клетка «включает» какой-нибудь ген, биологи в большинстве случаев имеют в виду включение транскрипции этого гена.

Ген, скопированный в свежую цепочку РНК, внезапно обретает мобильную форму. В таком виде он может путешествовать по клетке и даже между клетками, взаимодействовать с белками, а иногда складываться в «белковоподобные» трехмерные машины. Но особым статусом пользуются РНК, которые сами ни во что сложное не складываются и ничего интересного не делают, а только смиренно несут в себе генетическое послание, на основе которого будет изготовлен белок. В английском языке их так и называют: messenger RNAs, «РНК-посланники». В русском языке аббревиатура мРНК обычно расшифровывается как «матричные», что отражает их суть (эти РНК служат матрицей для изготовления белков), но немного лишает душевности^[2].

Куда несут свое послание РНК-посланники? На рибосому. Это, напомню, огромная молекулярная машина, можно сказать станция, на которой производятся белки, где нуклеотидный язык переводится на аминокислотный. Она умеет брать «генетическое послание», матричную РНК, и, пропуская через себя шагами в три нуклеотида, параллельно собирать соответствующий белок, бусина за бусиной. В зависимости от того, какую матричную РНК вставить в рибосому, она может произвести любой белок. Рибосому можно считать древнейшим компьютером, работающим по алгоритму генетического кода.

РНК-полимераза (белок, который «распечатывает» гены в РНК) и рибосома (машина, которая «переводит» РНК в белок) в совокупности делают принципиально важную вещь: они придают информации форму. Ген – абстрактная идея, записанная в последовательности нуклеотидов, – никак не влияет на мир до тех пор, пока не обретет физическое тело, отдельное от бесконечного рулона ДНК. Транскрипция дает ему материальную жизнь в форме РНК; трансляция в белок дает ему способность управлять внешним миром. Именно свойствами белков определяются свойства живого организма. Белки решают, как работает пищеварение. Белки решают, какой формы нос. Белки решают, с какой скоростью двигается по мозгу нервный импульс.

Этот процесс превращения информации в функцию в биологии называется Центральной догмой. Центральная догма – что-то вроде биологического закона, универсальный принцип работы любого известного нам живого организма. Земля вертится вокруг Солнца, дважды два – четыре, белок считывается с гена, а ген с белка – нет.

КСТАТИ

Обычно Центральную догму рисуют в «тройном» виде: ДНК→РНК→белок. Имеется в виду, что в живых организмах информация всегда движется в этом направлении, а в обратном направлении не движется. Сформулированная таким образом в 1960-е гг. Центральная догма, впрочем, быстро пошатнулась, когда были открыты ретровирусы. Те умеют изготавливать ДНК на базе РНК. Так поступает, например, вирус иммунодефицита человека. Его геном записан в форме РНК, но при попадании в человеческую клетку он изготавливает свою ДНК-версию и встраивается в геном хозяина. Процесс производства ДНК на матрице РНК называется обратной транскрипцией, а «ретро-» в названии ретровирусов по той же причине означает «назад». То есть ретровирусы – вирусы-оборотни.

В дальнейшем нашлись и другие примеры синтеза ДНК из РНК, поэтому репутация Центральной догмы как аксиомы была подпорчена. И все же если схему перерисовать в «двойном» виде, то ее действительно можно считать неколебимым законом живого: нуклеиновые кислоты→белки.

Или еще абстрактнее: информация→функция.

Последний универсальный

Задача этой книги – представить себе историю живого в виде последовательности реальных событий, мгновений прошлого, ключевых точек во времени, определивших нашу сегодняшнюю жизнь как разумных существ. Первым и главным из таких событий должен стать, несомненно, момент возникновения жизни на Земле. Проблема в том, что мы решительно ничего о нем не знаем. Не знаем, что произошло, не знаем – где, не знаем – когда, не знаем даже, что именно происхождением жизни нужно считать.

Например, мы не знаем, было ли возникновение жизни единичным событием. Вполне вероятно, что жизнь зарождалась многократно даже на нашей планете, не говоря уже о других потенциально возможных мирах. Но сколько бы раз это ни происходило, можно с достаточной долей уверенности утверждать, что вся ныне существующая жизнь на Земле берет свое начало от одного-единственного предка. Свидетельствует об этом простой факт: вся современная жизнь, от бифидобактерий до носорогов, работает по одному и тому же принципу: информация хранится в ДНК и выражается (по-биологически – экспрессируется) в белках при посредничестве РНК.

Это, возможно, главное открытие молекулярной биологии XX в. Центральная догма заполнила пропасть между «простыми» и «сложными» организмами, объявив, что различия между ними видны только на поверхности, а в глубине все они неимоверно сложны, а главное – сложны совершенно однотипным виртуозным балетом макромолекул.

Это та же логика, которой пользуется сыщик, чтобы отличить не связанные между собой преступления от серийных. Если между картинами преступлений есть сходство достаточной сложности, то такой «почерк» свидетельствует о том, что эти преступления совершены одним и тем же человеком. Разбитые окна на месте кражи не считаются, потому что это слишком просто: легко представить, что разные преступники оставляют одну и ту же улику независимо друг от друга. Но если окно в каждом случае аккуратно вырезано одним и тем же инструментом, то куда вероятнее, что это дело рук вора-рецидивиста. В случае с живыми организмами инструменты их функционирования настолько сложные и настолько одинаковые, что почти никто не сомневается в их едином происхождении.

Итак, насколько можно судить, всё ныне живущее произошло от одного организма. Этот организм, по-видимому, был клеткой (об этом его свойстве речь в следующей главе) и уже обладал ДНК, РНК и белками. Считается, что он жил на нашей планете примерно 3,5 млрд лет назад. В англоязычной литературе для обозначения этого нашего таинственного дедушки из глубины времен используется аббревиатура LUCA – last universal common ancestor, то есть «последний универсальный общий предок». ЛУКА благозвучнее, чем ПУОП, поэтому пусть Лукой и будет.

Почему «последний»? Потому что между происхождением жизни (моментом, когда неживая материя стала живой) и Лукой (организмом, к которому восходит родословная всего ныне живущего) прошел промежуток времени, о котором, как вы уже догадались, ничего не известно. Теоретически жизнь могла зарождаться, множиться и вымирать миллионы лет и миллионы раз до того, как возник Лука, чьи потомки оказались удачливее и в конечном итоге населили сегодняшнюю Землю. То есть до Луки у сегодняшних живых организмов была еще масса других общих предков, но только потомки Луки дожили до наших времен. Лука – это как древний египтянин или миноец: он явно появился не на пустом месте, но про то, что было раньше, известно так мало, что школьные учебники по истории Древнего мира туда даже не заглядывают.

Самое главное неизвестное в истории жизни на Земле – что было до Луки. Исследования этого вопроса, в общем, не что иное, как гадание на кофейной гуще, пусть и с навороченными приборами. Ученые задаются не столько вопросом «Как жизнь возникла?» (ответов на такой вопрос искать просто негде), сколько вопросом «Как в принципе могла возникнуть жизнь?». Если конкретнее, то какой может быть теоретическая последовательность событий, ведущая от атомов и случайных, «неживых» химических реакций к первой известной форме жизни «современного» образца – Луке. Для такого спонтанного превращения неживого в живое есть специальное слово: абиогенез.

О шансах урагана на сборку боинга

На первый взгляд, сама идея такой «случайности» смехотворна. В повседневной жизни мы не сталкиваемся со случайностями, в результате которых из пыли вырастают многоэтажные здания, а ураган, проносящийся по свалке, собирает «Боинг-747». Последнее – ходовой аргумент креационистов, якобы сводящий абиогенез к абсурду.

КСТАТИ

В советские времена пользовалось популярностью определение жизни по Фридриху Энгельсу: «Жизнь – способ существования белковых тел»⁷. Это цитата из любопытного спора о происхождении жизни.

Источник – комментарий Энгельса к статье биолога Морица Вагнера, опубликованной в 1874 г. Вагнер, опираясь на размышления великого химика Юстуса фон Либиха, доказывает, что жизнь подобна материи, ее невозможно создать или уничтожить, она всегда есть, всегда была и, наверное, есть везде. Вот на Нептуне, например, наверняка все кишит бактериями. (Планета Нептун названа в честь римского морского бога, потому что выглядит синей, как будто покрытой сплошным океаном. Сегодня мы знаем, что, хотя на Нептуне действительно есть вода, к жизни он совершенно непригоден, а своим цветом обязан не океану, а облакам метана⁸.)

Энгельс на это с презрением обзывает Либиха с Вагнером дилетантами и заявляет, что создать жизнь с нуля – пара пустяков, надо только научиться синтезировать белки. Вот полная цитата:

«Жизнь – это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка. ‹…› Если когда-нибудь удастся составить химическим путем белковые тела, то они, несомненно, обнаружат явления жизни и будут совершать обмен веществ, как бы слабы и недолговечны они ни были»^[3].

Интересно, что для Энгельса жизнь – это белок плюс метаболизм. (Еще интереснее, что смерть – «разложение белка».) В остальном в споре между Вагнером, Либихом и Энгельсом обе стороны сегодня смотрятся наивно. Конечно, никто из них ничего не знал про гены, ДНК и механизм наследственности, поэтому в принципе не мог адекватно судить о происхождении жизни. Но эта пропасть знания, отделяющая нас сегодняшних от современников Энгельса, гораздо шире, чем генетика. Ученым 1870-х гг. казалось, что клетка есть сгусток белка, что от простой клетки – бактерии, например – рукой подать до неживой материи. С общим развитием биологии и особенно с появлением электронных микроскопов стало понятно, что любые, даже самые примитивные, клетки настолько сложны, что «составить химическим образом» клетку с нуля в обозримом будущем можно даже и не помышлять.

Что вообще такого уж дикого в сборке боинга ураганом? Дело не в принципиальной способности спонтанных событий порождать нечто сложное – дело в том, насколько сложным должно быть спонтанное событие, породившее жизнь. Самое известное свидетельство того, что ураганы в принципе могут что-то собрать на свалке, – это знаменитый эксперимент Миллера – Юри, который в 1953 г. показал, что, если в замкнутой колбе долго греть и бить током простейшие молекулы, из них образуется масса сложных и интересных органических соединений⁹. Если бы в колбе у американского химика Гарольда Юри и его студента Стэнли Миллера возникли целые клетки, то боинг был бы собран, а вопрос о происхождении жизни фактически решен. Но даже получившиеся у них аминокислоты и сахара – это огромный шаг от неживого к живому, и мы точно знаем, что этот шаг возможен.

Метафора «боинга, собранного ураганом», озвучивает другую проблему. Дело не в том, что на свалке нет нужных исходных деталей или что вихрь физически не может собрать самолет, эти возможности предусмотрены самим включением свалки и урагана в метафору. Свалка – источник вещества, где, если поискать, можно найти все, что требуется. Ураган – внешний источник энергии, обладающий достаточной силой, чтобы поднять и столкнуть между собой нужные детали. Проблема не в слабости урагана или отсутствии деталей, а в том, что ураган не знает, какие детали как сталкивать. Он не обладает информацией, нужной для правильной сборки боинга, – а это огромное количество информации, описывающей каждое сочленение каждой детали, каждую химическую связь. А если не знает ураган, то кто-то, следуя логике метафоры, должен знать. Но между абиогенезом и случайной сборкой боинга ураганом есть несколько принципиальных отличий. Во-первых, никто не утверждает, что боинг, то есть Лука, должен был собраться разом, в один этап. Наоборот, совершенно очевидно, что его сборка шла постепенно, от более простых вариантов к более сложным, причем подавляющее большинство собранных конструкций быстро развалились и были забыты. Во-вторых, каждый из успешных вариантов обладал способностью собирать свою собственную копию. То есть протобоинги должны были быть не столько примитивными самолетами, сколько боингособирающими роботами. Наконец, нет никаких оснований полагать, что ураган пронесся по свалке всего один раз. Вполне возможно, что ураган длился миллиарды лет, все это время концентрируясь на одной и той же свалке.

Все это растягивает метафору боинга до неузнаваемости, но существенно упрощает мысленную гимнастику вокруг происхождения Луки. Если представить, что определенная и не очень сложная комбинация деталей на свалке создает в результате машину, которая ездит по свалке и собирает себе подобные машины, то такую машину достаточно собрать один раз, дальше цикл сборки станет самовоспроизводящимся и размножающимся, а со временем случайные изменения приведут к разнообразию и постепенному изменению машин-потомков. Это решает главную проблему урагана-сборщика: отсутствие информации. Ураган не знает, что нужно собирать, но кто-то знает – так вот, самовоспроизводящаяся машина и есть этот кто-то. Она обладает информацией (собственной структурой), которую умеет воплощать в реальность (создавать такую же структуру), а все последующее – лишь постепенные изменения этой исходной информации.

Машина для производства себя

Короче говоря, чтобы представить происхождение жизни, совсем необязательно представлять, как из камня и воды возникает готовая клетка с ДНК, РНК и белками. Представить себе нужно самую простую самовоспроизводящуюся машину, которую только возможно представить, а потом придумать, что за ураган (источник энергии) и на какой свалке (источник вещества) мог такую машину породить. Этим и занимаются исследователи абиогенеза: пытаются найти простейшую систему самовоспроизведения и придумать ей реалистичное место рождения.

Даже это, впрочем, задача изрядной сложности. Происхождение Центральной догмы – это как загадка про курицу и яйцо, только с тремя компонентами. Чтобы из одного организма сделать другой, нужно удвоить его ДНК, РНК и белки. Чтобы сделать ДНК или РНК, нужны белки. Чтобы сделать белки, нужны РНК и ДНК. Представить, что одна из этих молекул появляется случайным образом из неживых компонентов, еще можно, хотя и тут нужно много фантазии. Но представить, что все три молекулы появляются случайно независимо друг от друга и самопроизвольно сливаются в свой сложнейший многоступенчатый танец, – это уже слишком. Нужно более простое начало.

Сегодня наибольшей популярностью пользуется идея о том, что таким более простым началом, предшествующим Луке и Центральной догме, был так называемый РНК-мир^10–13. В основе этой гипотезы лежит уже упоминавшийся факт: РНК – это в каком-то смысле нечто среднее между белком и ДНК. Она может одновременно воспроизводить информацию (благодаря комплементарным свойствам своих нуклеотидов) и выполнять химические реакции (благодаря реакционной способности и склонности к сложным трехмерным структурам).

ДНК – прекрасный архив информации. Она химически стабильна, а ее двойная спираль – встроенный механизм копирования. Но молекула ДНК ничего не умеет делать. Белки – идеальные машины, многофункциональные, как швейцарский нож. Но белки не умеют себя копировать: каждая молекула белка собирается с нуля на рибосоме. По сравнению с этими двумя молекулами РНК, на первый взгляд, проигрывает: архив из нее не очень хороший из-за нестабильности, а машина и вовсе посредственная, потому что всего с четырьмя похожими друг на друга деталями в функциональном смысле не разбежишься. Но РНК уникальна в природе тем, что она может быть и архивом, и машиной одновременно.

Именно поэтому РНК занимает центральное место в фантазиях биологов о происхождении жизни. Самый простой способ представить, как могла появиться Центральная догма, – это сначала представить себе самодостаточную, самокопирующуюся молекулу РНК, а затем то, как эта РНК обзавелась белками, научившись превращать свою собственную четырехбуквенную последовательность в совершенно новую, более многофункциональную цепь из 20 аминокислот. Это открыло перед РНК невиданные возможности для оптимизации собственных функций, включая производство более стабильного, двухцепочечного архива – молекулы ДНК.

КСТАТИ

РНК-мир – ни в коем случае не установленный факт, а только гипотеза: при написании этой книги, например, мне пришлось отбиваться от знакомых эволюционистов, яростно и вполне убедительно доказывающих, что первыми должны были появиться не нуклеиновые кислоты, а белки, то есть что Берцелиус со своем термином «протеин» («первовещество») попал в точку.

Если же все-таки следовать мнению большинства и верить в РНК-мир, можно сказать, что РНК – это исходная форма жизни, главным событием в истории которой стало изобретение белков^{14, 15}. В современной клетке почти все важное делают белки, а РНК в основном просто переносит генетическую информацию. Но некоторые из наиболее древних клеточных машин сохранили в себе, как предполагается, следы добелкового мира, в котором РНК сама выполняла химическую работу. Главная из таких машин – рибосома, станция производства белка.

Рибосома – это конгломерат из нескольких десятков молекул, включающих РНК и белки, но первенство в синтезе белка принадлежит именно РНК¹⁶. Рибосомная РНК ответственна за самую главную ступень процесса: формирование пептидной связи, то есть связи между двумя аминокислотами в растущей цепи белка. Другая РНК, называемая транспортной, выступает в качестве переносчика аминокислоты. Она подставляет нужную аминокислоту под растущую цепь белка в зависимости от того, какое трехнуклеотидное «слово» в данный момент проходит сквозь рибосому в составе матричной РНК, с которой белок считывается.

Сказать, что в ходе трансляции одни РНК берут другую РНК и делают на ее матрице белок, – преувеличение, но не слишком большое. То есть в истории жизни вполне можно представить себе момент, когда доселе самостоятельные РНК научились производить на своей основе белки и заложили тем самым основу будущей Центральной догмы.

В общем, если возможен абиогенез РНК-мира, имея миллиард-другой лет и долю фантазии, можно получить все остальное. Поэтому ключевые вопросы о происхождении жизни на сегодняшний день сводятся к следующим: возможна ли самодостаточная, самокопирующаяся РНК? Если да, то могла ли она появиться случайно? Если да, то где?

Ответ на первый вопрос, похоже, утвердительный. Даже не имея в распоряжении миллиарда лет, ученые умудрились искусственно создать РНК-систему, неограниченно воспроизводящую саму себя без участия белков или каких-либо других молекул^{17, 18}. Нюанс в том, что система эта состоит не из одной самодостаточной молекулы РНК, нанизывающей нуклеотид на нуклеотид, а из нескольких молекул, чья совместная деятельность замкнута в цикл самовоспроизведения: каждая молекула делает что-то свое, но в сумме получается копия всей системы.

Это не сильно усложняет гипотезу происхождения жизни, даже наоборот, так реалистичней. Вместо рождения одной-единственной волшебной молекулы, которая внезапно начинает копировать себя, проще представить бульон из случайных, разнообразных молекул, каждая из которых исполняет какую-то случайную химическую реакцию^19–21. Большинство из этих реакций никуда не ведут, но в один прекрасный день возникает такая комбинация реакций, которая приводит к собственному началу, то есть замыкается в цикл. Поскольку при таком варианте молекулы – участники цикла будут удваиваться, со временем их станет больше, чем молекул с «бесполезными» свойствами.

На мой взгляд, гипотеза каталитического РНК-цикла – самая правдоподобная версия происхождения жизни на Земле. По такой версии, жизнь возникла в то мгновение, когда на свалке молекул случайная комбинация химических реакций замкнулась в кольцо и тем самым впервые закрутила колесо непрерывного воспроизведения информации, не останавливающееся до наших дней.

Второй вопрос – могла ли РНК появиться случайно? – требует решения нескольких проблем. Нужно, чтобы случайно появились нуклеотиды, отдельные «буквы», детали РНК. Нуклеотид, конечно, проще, чем целая РНК, но все равно довольно сложная молекула, и долгое время его самопроизвольное происхождение без участия белков-ферментов, синтезирующих нуклеотиды в современном живом организме, казалось маловероятным. Это один из аргументов в пользу первичности белка: аминокислоты проще, чем нуклеотиды, поэтому спонтанное появление белков требует меньше воображения, чем появление РНК. Тем не менее недавние исследования²² показывают, что ядро нуклеотида может эффективно собраться из очень простых компонентов в условиях, напоминающих условия древней Земли. Но и этого мало. Нужно чтобы нуклеотиды самопроизвольно объединялись в цепочки достаточной длины. В современных организмах это происходит только при копировании ДНК или РНК – то есть, чтобы сделать длинную цепочку, нужен исходник в виде другой длинной цепочки. Но как могли появиться первые длинные цепочки?

Здесь принципиальным может стать ответ на третий вопрос: где именно могла появиться РНК? Возвращаясь к метафоре с боингом, свалкой и ураганом, место действия должно отвечать определенным условиям: в нем должно быть достаточно нужного вещества (свалка) и достаточно внешней энергии (ураган). Есть и другие условия: например, место должно быть в водной среде (иначе никакие биологические молекулы работать не умеют), но при этом обладать пространственными ограничениями (иначе они бы просто рассеялись по океану). В идеале место происхождения РНК еще должно как-то решать задачу синтеза длинных цепей.

Потерянный город

Есть масса версий о месте рождения жизни. По одной версии, например, РНК появилась во льдах^23–26. Физико-химические свойства льда таковы, что он может решить проблему длинных цепочек (они стабильнее при низких температурах) и пространственных ограничений (в смеси воды и льда вещества рассеиваются гораздо меньше, чем просто в воде). Но лед проблематичен как источник веществ (не совсем понятно, откуда браться исходному материалу) и энергии (при низкой температуре все химические реакции идут медленнее).

По другой версии, жизнь появилась в «маленьком теплом пруду» – эту фразу придумал еще Дарвин²⁷.

Классику виделся резервуар воды, в котором накапливались неорганические вещества, как накапливается соль в кастрюле, из которой выпаривают воду. Сегодняшние сторонники версии «пруда» считают, что исходные органические вещества – стройматериалы для будущей жизни – могли быть занесены туда метеоритами²⁸. Такой маленький пруд решает проблему вещества и пространства, а дополнительная энергия – солнечный жар и электричество молнии – позволяет этому веществу превратиться в живое. А. И. Опарин в 1930-е гг. дополнил дарвиновскую идею «первичного бульона» концепцией коацерватов – сгустков вещества, напоминающих взвесь капель масла в воде²⁹. В его представлении, коацерваты позволяли веществу концентрироваться в еще более мелких объемах, чем «маленький пруд», и в конечном итоге эти сгустки превратились в полноценные клетки. Ни Дарвин, ни Опарин, впрочем, никак не объясняют, каким образом могли появиться первые самовоспроизводящиеся молекулы.

КСТАТИ

«Еще Дарвин» – это такой особый персонаж любой книги про эволюцию, который все всегда придумывает раньше других. У него есть брат «Даже Дарвин», тоже человек больших талантов. Они как «старожилы», которые никогда ничего не помнят независимо от контекста и географического положения.

Сегодня есть несколько версий того, откуда эти молекулы могли возникнуть. Наиболее популярны в качестве кандидатов на роль колыбели жизни разные формы гидротермальных источников – подводных или прибрежных гейзеров, через которые из недр земли сочится горячая вода^{11, 30}.

Вода в гидротермальных источниках богата разнообразными минералами, откладывающимися на месте разлома в виде труб и столбов. Минералы существенно расширяют спектр возможных молекул и их превращений. Гидротермальные источники – настоящие химические реакторы. С одной стороны, подземный жар дает им энергию, причем на промежутке от кипящего центра до холодного океана в них найдется любая оптимальная температура, а сам перепад может иметь принципиальное значение для перемешивания взаимодействующих молекул. С другой стороны, толща гидротермальных «столбов» обычно пористая, что решает проблему пространственных ограничений наподобие опаринских коацерватов: микроскопические пустоты могли служить замкнутыми лабораториями для разработки первых биомолекул. Наконец, гидротермальные источники по своим физико-химическим свойствам напоминают активированный уголь: к ним все липнет. Сложные молекулы оседают на поверхности пустот в пористой толще, а это, в свою очередь, во много раз повышает вероятность химических реакций между ними^31–34, и таким образом потенциально решается проблема возникновения длинных цепей РНК.

Вполне возможно, что роль гидротермальных источников в истории жизни на планете еще значительней. Там вполне мог жить, например, наш универсальный дед Лука. По разным причинам с подводными гейзерами связывают происхождение и клетки³⁵, и обмена веществ³⁶, и даже зачатков фотосинтеза³⁷ – все это принципиальные события в истории жизни, о которых пойдет речь в следующих главах. Вполне возможно, что гидротермальные источники были главным местом обитания живых организмов на протяжении миллиардов лет.

Для визуального примера можно взять «Потерянный город», открытое в 2000 г. «гидротермальное поле» на дне Атлантического океана^{30, 38, 39}. По своим химическим свойствам оно больше других источников подходит под прототип «инкубатора жизни»^[4]. Это погруженный в вечную тьму «город» из труб, столбов и целых «соборов» высотой с 20-этажный дом. Сегодня эти источники – настоящие джунгли, населенные полчищами разнообразных микроорганизмов.

Возможно, в похожем подводном «городе» начинается и наша история. В будущих главах речь пойдет об эволюции – главном свойстве живой природы, определившем наш путь из глубин древности в современный мир. В этой главе я хотел показать, что эта живая природа существует не вопреки, а благодаря неживой. В свойствах атомов видны истоки обмена веществ и энергии. В нуклеотидах и аминокислотах виден фундамент Центральной догмы, несущей гены из прошлого в будущее. Гидротермальные источники тоже воплощают в себе многие идеи, в дальнейшем впитанные живой материей: химическая сложность, внешний источник энергии, замкнутое пространство, ограничивающее свое от чужого.

Как бы ни изменялось в будущем наше представление о начале жизни на Земле, мне нравится думать про «Потерянный город» как памятник самому великому событию во Вселенной – происхождению живого из неживого. Пожалуй, единственное, что я с уверенностью знаю про абиогенез, – это то, что он состоялся. И от этого у меня захватывает дух.

2. Хорошая идея

Послушайте!

Ведь, если звезды зажигают –

значит – это кому-нибудь нужно?

Владимир Маяковский

Предшественник Роберта Фицроя на посту капитана «Бигля» не выдержал тяжелого перехода через Магелланов пролив и застрелился в своей каюте после затяжной депрессии¹. Дядя Фицроя, видный государственный деятель виконт Каслри, перерезал себе горло перочинным ножом, то ли отчаявшись из-за обвинений в содомии², то ли в припадке паранойи³. Неудивительно, что тема психического здоровья беспокоила и самого Роберта Фицроя, 26-летнего капитана британского флота с благородными корнями и блестящими перспективами. Отправляясь в экспедицию к берегам Южной Америки, он решил, что будет гораздо спокойнее, если ему компанию составит напарник. Желательно столь же благородный и блестящий, как и он сам. Образованный джентльмен, с которым можно было бы скоротать время, разделить ужин и научную дискуссию.

Он предложил должность такого просвещенного компаньона кембриджскому профессору ботаники и минералогии Джону Стивенсу Генслоу, но тот отказался от командировки на край света, якобы сжалившись над женой⁴ (впрочем, правильно сделал: вместо запланированных двух лет «Бигль» болтался по Южному полушарию целых пять). Взамен себя Генслоу предложил снарядить в экспедицию 22-летнего ученика по имени Чарльз Дарвин.

Но Фицрой колебался. Встретившись с Дарвином, он пришел к выводу, что тот слишком хил и малодушен для серьезного испытания морем. Дело в том, что Фицрой был ярым физиогномистом⁵. Физиогномика – это учение о том, что черты лица человека отражают его внутренние качества. Человека можно видеть насквозь, если только владеть специальным искусством оценки носов и бровей. Фицрой этим искусством, как он считал, владел и ясно видел, что вот у этого студента совершенно неприемлемый нос картошкой. Но в конце концов скрепя сердце все-таки взял Дарвина на борт своего корабля.

«Бигль» отчалил из английского порта Плимут, взяв курс в сторону Южной Америки, 27 декабря 1831 г., и Чарльзу Дарвину немедленно стало плохо. («Страдания, которые я испытал от морской болезни, я не мог себе даже представить» – напишет он потом в письме отцу⁶.) История умалчивает о том, что в этот момент думал Фицрой, которому вместо благородного джентльмена всучили хилого юнца с отвратительным носом.

Роберт Фицрой – интересный персонаж. По большей части Дарвин с Фицроем на «Бигле» уживались и даже поддерживали отношения после экспедиции. Капитан Фицрой, может, и вошел бы в историю как дарвиновский Вергилий, проводник сквозь джунгли и океаны, если бы не Оксфордские дебаты. Эти дебаты, вне всякого сомнения, самый кинематографичный момент в истории теории эволюции – чистейшее воплощение ее противостояния консервативной религии. Фицрой в нем предстанет в другом амплуа.

Бульдог

Я делал свою кандидатскую работу в лаборатории буквально в трех минутах ходьбы от оксфордского Музея естественной истории, где развернулось это столкновение сторонников Дарвина с защитниками религии и церкви. Музей, тогда известный как Университетский, – просторный, светлый, неоготический храм, с центральным залом, обрамленным колоннами из разных пород камня, добываемых в Британии, и со стеклянным потолком на чугунном скелете. Своей слегка странноватой монументальностью, как и многое в Оксфорде, он достоин сравнения с Хогвартсом. (Посреди музея, например, расположен единственный вход в совершенно другой музей – Питта Риверса, – который выглядит, как будто Эрмитаж упаковали в помещение размером со школьный спортзал.) У меня всегда было твердое ощущение, что Музей естественной истории построен специально для той эволюционной битвы, которая состоялась в день его открытия в 1860 г. Оксфордские дебаты считаются историческим моментом поворота человечества от теории разумного творения к теории эволюции.

После путешествия на «Бигле» прошло 30 лет. Дарвин – знаменитый натуралист, который только что опубликовал теорию эволюции путем естественного отбора. Это не из тех случаев, когда великую идею полвека никто не замечает: дарвиновская теория произвела фурор, как только увидела свет. О ней говорило все просвещенное человечество, и часто на повышенных тонах.

Точных записей дебатов, к сожалению, не осталось, поэтому любые описания приблизительны. В программе несколько выступлений, защищающих разные точки зрения. На стороне эволюционистов звезда – не сам Дарвин, а лондонский биолог Томас Гексли, самопровозглашенный «бульдог Дарвина», этим своим хлестким погонялом навечно вошедший в историю. На стороне церкви – Сэмюэл Уилберфорс, оксфордский епископ. Зрителей человек 500, а то и 1000. Это настоящий научный батл, каких в современном мире просто не бывает: максимум, чего можно ожидать от недоброжелателей на сегодняшней научной конференции, – это едкие комментарии, завуалированные под вежливые вопросы. Здесь же яд бьет фонтаном! Пожилой и важный Уилберфорс издевается над Гексли, намекая, что тот – внук обезьяны; молодой и дерзкий Гексли рубит в ответ, что лучше он будет внуком обезьяны, чем образованного человека, позволяющего себе вести подобные речи, и так далее. В переполненном музее стоит такой шум, что никто ничего не слышит⁷.

И вот на этом фоне слово дают не кому-нибудь, а самому Вергилию 30-летней давности, Роберту Фицрою, уже не молодому капитану, а контр-адмиралу. На фоне сдержанного и язвительного Уилберфорса Фицрой своей страстью буквально взрывает зал. Он трясет Библией над головой, взывает к толпе, проклинает Дарвина и его выдумки и стенает о том, сколько страданий причинила ему их публикация⁸. Гексли в ответ на его речь высокомерно отрезает, что книга Дарвина – логическое перечисление фактов. Мол, там нечего и обсуждать.

Фицрой действительно был глубоко верующим человеком и защитником прямой интерпретации Библии. Это, по всей видимости, мало отразилось на его отношениях с Дарвином во времена их совместной экспедиции, но вот лживое, опасное, по его мнению, «Происхождение видов» 30 лет спустя просто вывело его из себя.

Никакого независимого судейства не подразумевалось, поэтому, кто победил на самом деле, не определить никак. Но, поскольку в последующие десятилетия сторонников теории эволюции стало больше, чем ее противников, в историю вошла их версия событий: молодые и дерзкие разрушители устоев торжествуют над Библией и ее заскорузлыми защитниками. Что до Фицроя, то он во всем околодарвиновском фольклоре последующих лет стал архетипом религиозного консерватора.

Ненависть к эволюционной теории продолжала его терзать. У Фицроя и без того были проблемы с психическим здоровьем, возможно, из-за дурной наследственности. В совокупности с финансовыми трудностями все это привело бывшего капитана «Бигля» к тому концу, которого он так хотел избежать. Через пять лет после Оксфордских дебатов он перерезал себе горло бритвой⁹. Sic transit gloria mundi.

Коллекционер вьюрков

Полное название главной книги Дарвина, из-за которой, как из-за красной девицы, столкнулись наши герои в 1860 г.: «О происхождении видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». То есть суть «Происхождения видов» не в собственно происхождении видов, а в том, что виды происходят путем естественного отбора. Это как сокращать поздравление «с днем рождения» до «с днюхой».

Ньютону упало на голову яблоко, Архимед принимал ванну, а пифагоровы штаны на все стороны равны. У Дарвина, к сожалению, такой сценки для третьеклассников нет, потому что свою теорию после возвращения «Бигля» он мусолил у себя в кабинете 20 с лишним лет, так что эффектного момента не получилось. И все-таки если выбирать, то ближе всего к пифагоровым штанам у Дарвина – галапагосские вьюрки.

Галапагосы – вулканический архипелаг к западу от Эквадора. Галапагосские острова появились относительно недавно и никогда не были в контакте с Большой землей. Все, что там растет, бегает и летает, туда занесено. Острова расположены достаточно близко к материку, чтобы иногда туда кто-нибудь залетал, но достаточно далеко, чтобы это происходило редко. По отношению друг к другу острова тоже расположены на значительном, но преодолимом расстоянии.

Дарвин внимательно и систематически исследовал флору и фауну Галапагосов, в те времена это означало, что он сушил в гербарий каждое увиденное растение, а также палил по птицам и коллекционировал их многочисленные тушки (птиц он собирал, как покемонов, по десять штук в день, судя по письмам, с большим энтузиазмом). В числе прочего Дарвин скопил огромную коллекцию вьюрков, птиц размером с воробья.

Вьюрков на Галапагосских островах почему-то было очень много, больше, чем других птиц. Но самое интересное даже не в их количестве, а в том, что на каждом острове вьюрки слегка отличались, особенно формой клюва. Одни клювы лучше подходили под ловлю насекомых, другие – под растительную диету. Если же на одном острове встречалось несколько разных клювов, то они различались очень сильно. Например, один клюв большой и раскалывает орехи, а другой – тонкий и клюет кактусы.

Согласно популярной легенде, это наблюдение вызвало спор между Дарвином и Фицроем. Последний, мол, утверждал, что разные вьюрки появились в результате разных «очагов творения», каждый из которых учитывал условия разных островов. Там, где больше кактусов, Бог создал птицу-кактусоеда, а там, где больше орехов, – птицу-орехоеда. Дарвин же сомневался: что, если божий замысел тут вообще не при чем? Что, если разные вьюрки оформились сами по себе, из одного общего предка, залетевшего с материка, в результате «происхождения с изменением»? (Дарвин предпочитал именно этот термин, descent with modification – слово «эволюция» даже в «Происхождении видов» используется только один раз, в последнем параграфе.)

Вот он, момент рождения великой теории! Можно сочинять стишок для третьеклассников.

Как у Дарвина в кармане поселились два вьюрка,

У них крылья как блокнот, а клюв как трубка табака.

К сожалению, на деле все несколько менее кинематографично. Во-первых, сам Дарвин на Галапагосах только начинал задумываться о своей будущей теории. Во-вторых, Фицрой никаких «очагов творения» не предлагал. В-третьих, по крайней мере часть из вышеописанных деталей жизни галапагосских вьюрков была обнаружена только по возвращении в Лондон¹⁰.

Дарвин не был орнитологом и считал вьюрков подвидами, причем, по-видимому, не сразу осознал, что разные подвиды живут на разных островах. Домой он вернулся с таким количеством тушек, что это было почти комично. Когда более сведущий орнитолог уверенно определил показанных ему вьюрков как 12 разных видов, это поразило как орнитолога, так и самого Дарвина¹¹.

То есть, если бы вьюрки на разных островах были бы подвидами, никого бы это не взволновало! Сегодня сложно понять: какая разница, виды или подвиды? В категориях XIX в. разница принципиальная. Виды – это отдельно стоящие формы жизни, созданные Богом. Подвиды – это вариации в пределах этих отдельно стоящих видов, то есть породы. Виды изменяться не должны. Если разные вьюрки на разных островах – это разные виды (со временем выяснилось, что их даже не 12, а несколько десятков), то значит, их так создал Бог именно в таком количестве и таком разнообразии. Значимость вьюрков в том, что на их примере видно, какая это глупость.

Конечно, непознаваемым творцом можно объяснить все что угодно. Но обычно творец – это интуитивно наиболее очевидное объяснение, а вот в случае с пресловутыми вьюрками гораздо более интуитивным кажется вариант, предложенный Дарвином, что птицы постепенно расселились и постепенно изменились. Я бы сказал, что смысл «Происхождения видов» в том, что этот перелом интуиции можно взять и расширить до размеров всей природы. В любом месте, где ясно видится разумный создатель, можно присмотреться и разглядеть постепенное изменение, уходящее траекторией в далекое прошлое.

Происхождение видов

Попытаюсь сократить до одного абзаца этот монументальный, но, честно говоря, по современным меркам очень многословный текст. Если вас не пугают, скажем, три страницы подробного описания почтового голубя, пожалуйста, обращайтесь к оригиналу.

Во-первых, между формами живого существует изменчивость: братья и сестры отличаются друг от друга, а из семян одного и того же плода могут взойти разные побеги. Во-вторых, эта изменчивость в какой-то мере наследуется: собаки разных пород порождают собак своей породы. В-третьих, в природе всегда кто-то выживает, а кто-то нет, потому что ресурсы не бесконечны. Это выживание не случайно: оно зависит от наследуемых признаков. Следовательно, как селекционер выводит сорта овощей постепенным отбором самых крупных плодов, так и природа выводит виды естественным отбором. Из разных вариантов будет продолжать наследоваться наиболее приспособленный к запросам среды, а значит, со временем виды должны меняться в направлении большей приспособленности.

Мой любимый способ формулировать теорию Дарвина еще короче:

изменчивость + наследственность + отбор = эволюция.

Поясню каждый из элементов. Вообразим, что эволюция – это автомобиль, только он едет не из одного места в другое, а из прошлого в будущее.

Изменчивость – это топливо эволюции, то, что в принципе позволяет ей двигаться. Если в мире все одинаковое, то неоткуда взяться ничему новому.

Если немного пофантазировать, то можно представить два из трех дарвиновских условий – наследуемость и отбор – без третьего, изменчивости. Допустим, весь мир населен исключительно морскими огурцами, никак не отличающимися друг от друга и никак не меняющимися от поколения к поколению. Условие наследственности соблюдено: от огурцов рождаются исключительно огурцы. Они, конечно, сожрут все свои ресурсы (не очень, правда, понятно какие) и будут конкурировать между собой. Одни морские огурцы будут выживать, другие нет, то есть условие отбора (с терминологическими оговорками, о которых чуть позже) тоже соблюдено. Но без изменчивости все огурцы совершенно идентичны, поэтому независимо от того, кто из них будет отобран, огурцы в целом, как вид, никак не поменяются. Без изменчивости эволюции быть не может.

Наследственность – это колеса эволюции. То, чем машина едет вперед. Наследственность – это главное ноу-хау жизни, позволяющее ей эволюционировать. Это воспроизведение того, что придумано изменчивостью. Изменчивость означает, что есть много разных вариантов, а наследуемость – что эти варианты имеют свойство создавать свое подобие. Это свойство меняет отношения изменчивости со временем: наследуемость признака дает ему доступ к вечности. Если же вариант не наследуется, то в долгосрочной перспективе он роли не играет.

Камни, например, фантастически изменчивы: попробуйте найти два камня одинаковой формы. Но эта изменчивость не приводит к эволюции камней, потому что у камней нет наследственности. Форма камня мимолетна и, исчезнув, ничего за собой не оставляет. Живые же организмы умеют воссоздавать собственные признаки в новой физической форме, эти воссоздания называются поколениями. Свойство наследственности и существование поколений – это принципиальное отличие жизни от не-жизни.

Что получится, если вытащить наследственность из трех дарвиновских условий? Разнообразие плюс отбор – это, например, покупка пива в магазине. Она не приводит к эволюции пива именно потому, что пиво не наследуется, вы не бросаетесь его воспроизводить. А если бы бросились? Допустим, вы пивовар и вас так обрадовало выбранное пиво, что вы решили его воссоздать. Протестировали рецептуру, сколотили бизнес-план, и вот ваше пиво уже конкурирует в магазине со своим прототипом, предыдущим поколением. Через десять лет вы пивной магнат, полки магазинов забиты вариациями вашего пива, а то предыдущее пиво нигде не найти. Чем это не эволюция пива?

Если изменчивость – топливо, а наследственность – колеса, то отбор – это водитель. Отбор решает, куда машина едет. Об этом водителе стоит поговорить отдельно.

У вас спина страшная

Индийские заклинатели змей якобы гипнотизируют животное мелодией своей дудки-пунги (на самом деле, правда, змея следует за движением инструмента, а не качается в трансе). Одна из змей, которую таким образом заклинают, – индийская кобра, известная, помимо знаменитого капюшона, своеобразным рисунком на его спинной стороне: два черных пятна, соединенные снизу дугой-перемычкой. Индийскую кобру еще называют очковой коброй, не потому что ее все боятся, а потому что эти черные пятна сильно напоминают очки. Ну, или глаза, с носом посередине.

Кобра – животное несравненной красоты и грации. Посмотрите видео кобры, бьющейся с мангустом, это настоящий смертоносный танец, достойный фильмов про кунг-фу. Кобра – хищник, питающийся в основном грызунами и лягушками. Крупных зверей кобра предпочитает избегать. Зачем ей «очки» на капюшоне? Это очевидно: чтобы отпугивать этих крупных зверей, подкрадывающихся сзади. В природе очень мало вертикальной симметрии. У нас, людей, есть мосты и здания, но в лесу главный вертикально симметричный объект – это глаза, направленные прямо на тебя. А смотрит так на тебя обычно тот, кто прямо сейчас хочет тебя съесть. Поэтому, если из травы вдруг вырастает пара огромных черных глазищ, все пугаются, а кобра спасена. Все ясно.

Но есть один вопрос, который я очень люблю вертеть в голове. Знает ли кобра, что у нее глаза на спине?

Для меня этот вопрос, как коан, означает нечто большее, чем собственно ответ. В нем виден переворот мышления, тот самый перелом интуиции, который несет в себе теория эволюции. Он как бы подходит к самой кромке здравого смысла и плюет в бездну. Нет, кобра не знает, что у нее на спине рисунок. Она никогда не смотрела в зеркало, ведет одиночную жизнь и вряд ли может осознать связь между собой и другими кобрами. Но если не знает кобра, то кто-то же должен знать?

В живых организмах все кажется специально задуманным. Растения не размышляют о своих цветах, но кто-то должен знать, что, если посмотреть в ультрафиолетовом свете на подсолнечник, видны узоры, приспособленные под зрение насекомых. Кто-то должен знать, что листохвостый геккон выглядит точь-в-точь как упавший лист, а палочник – как палочка. Кто-то должен знать, что ногами ходят, а крыльями летают, что сердце качает кровь, а почки – мочу. Но если не сами обладатели ног и крыльев, то кто?

По Дарвину, это знание происходит из отбора. Это он рулит машиной эволюции. Это отбор рисует картину на холсте изменчивости. Отбор – это отражение мира, его текущих свойств, запросов и ограничений в свойствах и способностях живых организмов. Отбор пропускает в будущее змей с пугающим узором в виде глаз на спине и оставляет в прошлом змей со всеми остальными узорами. Отбор – как вышибала вечности. Именно благодаря ему нам кажется, что мир создан разумно: мы видим только маленькую горстку отобранных. Когда люди воспринимают эволюцию как случайный процесс, не способный к творческим решениям наподобие глаз на спине кобры, они упускают мощную и совершенно неслучайную креативную силу отбора.

Тут нужно разобраться с терминами. Дарвин пользовался фразой natural selection, традиционно переводимой на русский язык как «естественный отбор». Но Дарвин под словом selection подразумевал то, что сегодня мы бы назвали по-русски селекция, то есть отбор и выведение людьми сортов растений и пород животных. «Происхождение видов» фактически построено на аналогии: смотрите, селекционер создает породы, выбирая предпочтительные признаки в каждом поколении, и точно так же природная селекция выводит из одних видов другие.

В общем, термин natural selection чем-то похож на название «Ближний Восток» – очень смешное, потому что огромный географический регион определяется через его близость к Европе. Так и тут: центральная сила природы определяется через выведение человеком сортов кабачка. С космической точки зрения логичнее сказать, что выведение кабачков человеком – частный случай общего принципа отбора, лишь поверхностно отличающийся от, скажем, выведения рыб водой или выведения цветов пчелами.

Русскоязычный отбор, впрочем, гораздо более абстрактный термин, чем селекция. Я предпочитаю использовать его именно в таком абстрактном виде – «отбор», без эпитета «естественный». «Естественный отбор» – это не очень удачный перевод слегка устаревшей метафоры. Говоря «естественный отбор», мы понимаем этот термин в узком смысле, заложенном в него Дарвином: выживание более приспособленных вариантов живых организмов под давлением неизбежной конкуренции за ресурсы. Оригинальная теория Дарвина образца 1859 г. состоит в том, что этот естественный отбор – главное объяснение любых видовых признаков.

На мой взгляд, своей отрешенностью термин «отбор» расширяет сегодняшний смысл этой теории и акцентирует внимание на ее общефилософском значении.

Во-первых, варианты могут выживать вне зависимости от конкуренции за ресурсы. Дарвин и сам не утверждал, что «природная селекция» – строго единственный механизм эволюции, приводя в пример «половую селекцию», или половой отбор, например, отбор разноцветного оперения птиц предпочтениями самок. О птицах и их эстетических предпочтениях разговор впереди, но суть в том, что отборы бывают разные. Даже если главный из них – это отбор в результате борьбы за ресурсы, сила теории Дарвина именно в том, что к эволюции может привести любой отбор, главное, чтобы что-то от чего-то отсеивалось по какому-то конкретному принципу.

Во-вторых, варианты, которые отсеиваются один от другого, совершенно необязательно должны быть живыми организмами, и их «выживание» совершенно необязательно должно быть реализовано, пользуясь энгельсовской терминологией, «белковым телом».

В любопытном онлайн-эксперименте Darwin Tunes, например, пользователи слушали аудиозаписи, сгенерированные случайными вариациями компьютерного кода, и оценивали их по шкале от 1 до 5. Варианты кода с высокими оценками копировались и перемешивались, произведенные ими звуки предлагались новым слушателям и так далее. То есть даны: изменчивость – случайные варианты кода случайно перемешиваются; наследование – новые варианты кода состоят из предыдущих; отбор, только в данном случае отбор состоит не в конкуренции за ресурсы, а в конкуренции за музыкальные предпочтения пользователей. Результат: шум эволюционирует в музыку. Сайт проекта давно закрыт, но аудиозаписи легко найти на SoundCloud по запросу «Darwin Tunes», что я и рекомендую сделать читателю. Через 500 поколений в случайно сгенерированной стене звука появляется ритм, через пару тысяч пробивается дудочка, и на каком-то этапе получается композиция не хуже и не лучше любой минусовки на любом школьном концерте со времен изобретения синтезатора Casio¹².

В общем, отбор – это больше, чем борьба живых организмов. Как емко сформулировал понятие «отбор» один из моих далеких от науки друзей: «Хорошие идеи выживают, плохие – нет».

Можно ли представить изменчивость и наследование без отбора? Пусть мир населен разнообразными грибами, которые постоянно мутируют, совершенно не конкурируют и радостно размножаются, потому что им особо ничего не нужно, кроме места и перегноя. Что произойдет? Место и перегной рано или поздно закончатся. Начнется конкуренция, а значит, кто-то будет выживать, а кто-то нет. У всего материального есть границы, а где границы – там отбор.

Даже если использовать термин «отбор» в более широком смысле, то представить бесконечное неограниченное воспроизведение сложно. Допустим, речь идет опять-таки о вариантах компьютерного кода, и допустим, что эти варианты размножаются безо всяких ограничений. Что значит «безо всяких ограничений»? Каким бы большим ни был объем памяти компьютера, он имеет предел, и, если код размножается без ограничений, рано или поздно он упрется в этот предел. В таком случае код может прекратить размножаться, а может оказаться, что одни варианты умеют перезаписывать себя на место других, а другие так делать не умеют. То есть автоматически возникнет конкуренция за память, а значит – возникнет отбор.

Такие мысленные эксперименты помогают прочувствовать важную, на мой взгляд, идею: отбор – это свойство природы. Его не может не быть. Он заложен в логику Вселенной. Он существует просто по определению. Хорошие идеи выживают, плохие – нет. Что такое хорошая идея? Это идея, которая выживает. Что такое плохая идея? Это идея, которая не выживает. По умолчанию в мире исчезает все. Но иногда среди этих исчезающих вещей появляются вещи, которые умеют не исчезать. Этот факт и есть отбор.

В нашей лаконичной формулировке теория Дарвина складывает три явления – изменчивость, наследственность, отбор – и получает эволюцию, то есть изменение видов со временем. Такая запись теории в форме уравнения мне симпатична именно потому, что она подчеркивает свою логическую неотвратимость. Если есть изменчивость, наследственность и отбор, это гарантирует эволюцию. В этой абстрактной законченности, в возведении эволюции из ранга биологических гипотез в ранг математически обоснованной теории развития природы, состоит, на мой взгляд, главная заслуга Дарвина.

Гипотезы и теории

Гипотеза – это вопрос, на который в принципе есть ответ. Например, у меня есть гипотеза, что слово «ботаник» в значении «гик» происходит от фамилии «Ботвинник». Это может быть правдой, а может быть неправдой.

Гипотеза об эволюции может звучать, например, так: «Виды изменяются со временем». Эту конкретную гипотезу можно проверить и подтвердить, проследив постепенные изменения в геноме быстро размножающегося микроорганизма или, скажем, в статистике встречаемости генотипов птиц. Подтвержденная гипотеза становится фактом, и существование эволюции как явления – действительно факт.

Могут быть и другие, более сложные гипотезы, например: «Человек произошел от обезьяны» или «Жизнь началась в океане». Даже если эти гипотезы не проверить напрямую, принципиально они могут быть верными или неверными. В таких случаях – когда проверка гипотезы невозможна – мы руководствуемся своим представлением о реальности, то есть теорией.

Теория – это не вопрос и даже не ответ. Теория – это объяснение.

Если «ботвинник» действительно со временем превратился в «ботаника», какими могли быть причины такого превращения? Можно предположить, что образ великого гроссмейстера имеет фонетическое и семантическое сходство с образом ботаника. Можно предположить, что дело в тенденции разговорного языка к укорачиванию слов. И вот это уже теории: объяснения фактов с помощью более общих, более абстрактных принципов. Гипотеза – это предположение о чем-то неизвестном. Теория – это объяснение уже известного.

Помните, как капитан Фицрой не хотел пускать Дарвина на «Бигль» из-за его физиогномически неприемлемого носа?

Физиогномика своей популярностью среди чудаковатой европейской аристократии обязана Иоганну Лафатеру. Швейцарский теолог, поэт и интеллектуал Лафатер был модным спиритическим гуру предыдущей эпохи: в 1782 г. к нему, например, под именем графа и графини Северных приезжали будущий император Павел с великой княгиней Марией Федоровной, которая потом много лет с ним переписывалась. Учение Лафатера имело неоднозначную репутацию даже среди современников, но он умудрился придать ему ауру благородного искусства, таинственной науки человеческой души. Это учение многим нравилось: просто так не любить человека за морду кирпичом вроде неприлично, а если ты в этом кирпиче читаешь божественную тайнопись, совсем другое дело.

КСТАТИ

Физиогномику иногда путают с френологией – другим учением, в задачи которого тоже входила расшифровка внутреннего через внешнее, а именно свойств характера на основе формы черепа. Френологические и физиогномические гипотезы очень похожи и с современных позиций одинаково неверны. Но как теория френология имеет совсем другую основу. Она гласит, что сознание имеет материальную природу, что разные аспекты мыслительной деятельности локализованы в разных частях мозга и что эти разные части мозга в ходе развития по-разному влияют на растущую кость. Френологическая теория материальности и локализации мысленных функций для своего времени была очень прогрессивна. Если не считать деталей, связанных с развитием черепа, она и по сей день объясняет многое из того, что мы знаем о мозге.

Что такое физиогномика? Это идея о том, что по лицу можно судить о скрытых, внутренних свойствах человека. Сама по себе эта идея никак не объясняет, с чего это вдруг лоб или нос должны отражать моральные качества или ум. Поэтому теорией физиогномику никак не назвать. Это скорее гипотеза – предположение, которое можно проверить, например, сопоставив результат IQ-теста с длиной носа у большой выборки людей. (Как нетрудно догадаться, при подобной проверке гипотезы Лафатера современными методами она быстро рассыпается.)

В чем тогда заключается теория Лафатера? Она сугубо религиозна. Бог создал человека по своему образу и подобию, а значит, идеальный человек и внешне прекрасен, и внутренне добродетелен. Чем дальше от Бога – тем человек уродливее и одновременно слабее духом. Отсюда и соответствие между лицом и душой.

У Дарвина было множество гипотез: что между видами должны быть переходные формы, что виды приспособлены ровно настолько, насколько этого требует среда, и да, что человек произошел от обезьяны. Все это вопросы, ответы на которые он предполагал на основе своего видения внутренней логики природы. Эта внутренняя логика и есть теория Дарвина. Как и любая теория, это не вопрос о неизвестном, а объяснение известного – объяснение, которое элементарно проще, чем непознаваемый Бог.

«Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции»

Когда я учился в институте, этот заголовок классического эссе Феодосия Добржанского казался мне эмоциональным преувеличением, в духе «у бабушки лучший борщ в мире» или «нет ничего страшнее „Ашана“ 31 декабря». Я понял, что хотел сказать Добржанский, только когда сам стал задавать это эссе на дом студентам. Дело даже не в том, что за истекший период я что-то такое особое понял, а в том, что учился я на русском языке, а преподаю на английском.

Это любопытный пример несостыковки двух языков. Знаменитый генетик и эволюционист Добржанский родом с Украины, но большую часть жизни и карьеры провел в США. Эссе 1973 г. в оригинале написано на английском языке и называется «Nothing in biology makes sense except in the light of evolution». Английская конструкция «make sense» плохо переводится на русский язык. Фраза «иметь смысл» похожа лишь отдаленно. Под «смыслом» можно понимать как «внутреннюю логику» («я понял смысл анекдота про панаму»), так и «обоснованность» («нет смысла обижаться на дураков»). Поэтому «ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции» в студенческие годы звучало для меня, начинающего биолога, так, будто Добржанский требовал от меня исключительно работы, тем или иным образом связанной с эволюцией. Если я, например, хотел тестировать лекарства или изучать физические свойства нервных клеток, то мне казалось, что Добржанский непременно назвал бы такие исследования «бессмысленными», тем самым исключая меня из биологии.

Но словосочетание «make sense» означает не обоснованность, а именно наличие внутренней логики – то, что приблизительно можно выразить фразой «все сходится». Эссе Добржанского именно об этом: о том, что в биологии ничего не сходится, кроме как если представить, что все произошло в результате эволюции.

Действительно, живая природа – область интересов науки биологии – очень странная штука, если отрешиться и на секунду забыть все биологические теории. Помните галапагосских вьюрков? Можно, конечно, предположить, что Бог творил их «очагами», аккуратно приспосабливая под им же заложенные различия в растительности и комбинируя с другими, специально подобранными видами, но это выглядит как-то странно. Точно так же странно и все остальное. Зачем в мире столько видов? Их буквально миллионы, и каждый по-своему уникален. Бóльшую часть этого планетарного биоразнообразия никто и не видел до изобретения микроскопа¹³. Зачем все это надо? И почему, несмотря на свои бесчисленные различия, все эти виды тем не менее так друг на друга похожи? Если они сотворены безграничной фантазией Творца, почему они все состоят из клеток, как будто их собирали из конструктора? Почему у насекомых шесть ног, а у позвоночных четыре? Почему жгутик человеческого сперматозоида в разрезе выглядит в точности как жгутик одноклеточной водоросли?

Что объясняет теория эволюции? Добржанский в своем эссе приводит два качества живой природы: разнообразие и единство¹⁴. Наличие беспрецедентного, неохватного количества форм в совокупности с упорядоченностью этих форм в единую систему групп и сходств. Разнообразие и единство – это то, что «не сходится» в живой природе, если только не допустить, что живая природа находится в постоянном движении.

КСТАТИ

Даже самые «сиюминутные» области биологии, далекие от ископаемых костей, просто не срастаются без теории эволюции. Физические свойства человеческих нервных клеток, например, во многом известны благодаря работе на гигантских нервных клетках кальмара. Без эволюционного фундамента совершенно непонятно, как нервные клетки кальмара связаны с человеческими, как они могут настолько от них отличаться и одновременно быть настолько на них похожими. Любое исследование на модельном организме в принципе основано на предположении, что между этим организмом и человеком есть что-то общее. А это предположение основано на теории эволюции. Тестирование лекарств (возможно, самая приземленная и практически ориентированная область биологии) тоже требует эволюционного мышления – иначе, например, непонятно, зачем клетке столько молекул, которые так мечтают вызвать в ней рак, или в чем заключается мотивация рецептора, отправляющего в ядро сигнал к клеточному самоубийству. Все эти вопросы встают на свои места, только если вспомнить про отбор и про миллионы поколений, предшествующие любому процессу в живом организме.

Чтобы понять жизнь на Земле, нужно так или иначе изогнуть повседневное мышление непривычным образом. Самый простой способ это сделать – вообразить Бога, разумного Творца. Это хорошо объясняет, почему все живое так разумно устроено. Но разумное творение плохо объясняет разнообразие и единство. (Например: зачем Творцу столько жуков и, раз уж такая страсть, почему все они обязательно должны быть шестиногими?) Эти свойства живой природы гораздо более интуитивно объясняются эволюцией, происхождением с изменением.

Почему в мире столько видов? Потому что все живое находится в постоянном движении во всех направлениях, и виды – просто текущий срез этого движения во времени.

Почему они так похожи друг на друга? Потому что они происходят от общих предков, и чем ближе общий предок двух видов, тем сильнее их сходство.

Почему они так хитро устроены? Потому что меняются они очень давно и успели решить множество проблем, а когда столько проблем решено, это выглядит так, будто их никогда и не было.

Последний кошмар Дарвина

Дарвин никогда не отличался ни крепким здоровьем, ни хорошим настроением, в точности подтверждая физиогномический прогноз Фицроя. По разным версиям, виной тому могла быть болезнь Шагаса, непереносимость лактозы, аллергия или отравление мышьяком, но при жизни диагноз Дарвину поставить никто не мог¹⁵. Так или иначе, он вел замкнутый образ жизни (у него снаружи дома даже было зеркало заднего вида, предупреждающее его о приближении нежелательных гостей¹⁶), он все время плохо себя чувствовал и постоянно чем-нибудь терзался. Особые терзания вызывала у Дарвина критика его теории, известная как «кошмар Дженкина».

Флеминг Дженкин – еще один колоритный герой своего времени, мастер на все руки: инженер, экономист, филолог, драматург, художник и актер. Придумал кривые спроса и предложения, а также канатную дорогу, писал книги про атомную теорию Лукреция и про здоровое домашнее хозяйство, сочинял стихи и в перерывах опровергал Дарвина.

Суть аргумента Дженкина сегодня формулируется как «поглощающее влияние свободного скрещивания». Его еще называют «заболачивающим аргументом». Пусть в пределах вида появляется редкая вариация, тот же клюв, который, допустим, гораздо крупнее нормы и дает птице возможность лучше колоть орехи. Естественный отбор на ее стороне. Допустим, эта птица с большим клювом объелась орехов и пошла размножаться. С кем она будет скрещиваться? С обычными птицами, у которых нет большого клюва. Получится несколько птенцов с клювами где-то посередине. У них преимущество большого клюва будет уже менее выражено. За пару поколений оно размоется («заболотится») и вернется к среднему. Откуда тут взяться происхождению видов? Естественный отбор, резюмирует Дженкин, в принципе не может создать новый вид, потому что любые отклонения быстро смешиваются со старым видом.

КСТАТИ

Сам Дженкин в своей статье, опубликованной в журнале The North British Review за июнь 1867 г., пользуется примером, по современным стандартам, почти сюрреалистической грубости: «Представим себе белого человека, потерпевшего кораблекрушение на острове, населенном неграми… Наш выживший герой, возможно, станет среди них королем; он убьет очень много чернокожих людей в борьбе за выживание; он заведет очень много жен и детей, в то время как множество его подданных будут жить холостяками и умрут холостяками… Качества и способности нашего белого человека, несомненно, помогут ему дожить до глубокой старости, но даже его длинной жизни явно не хватит для того, чтобы кто-то из его потомков в каком-либо поколении стал полностью белым… В первом поколении будет несколько дюжин смышленых молодых мулатов, чей ум будет в среднем превосходить негритянский. Нас не удивит, что трон в течение нескольких поколений будет принадлежать более или менее желтокожему королю; но сможет ли поверить кто-то, что население всего острова постепенно станет белым или пусть даже желтым?..»¹⁷

Дарвин до конца своей жизни строил предположения, но так и не придумал, что делать с Дженкином и его «болотом». Сегодня мы бы ответили этому человеку многих талантов и предрассудков, что он неправильно понимает природу наследственности: та работает не путем «слияния жидкостей», а скорее путем комбинирования инструкций. Но без знаний о генах, мутациях и ДНК догадаться, как на самом деле работает наследственность, просто невозможно – это все равно что догадываться, как выглядят инопланетяне. Поэтому для своего времени спор был просто неразрешимым.

Космическая ирония момента заключается в том, что ровно в то же время, когда публиковалась и критиковалась всем научным миром теория Дарвина, будущий «отец генетики», а тогда никому не известный чешский монах, Грегор Мендель проводил эксперименты на горохе, которые принципиально могли бы заткнуть дженкинскую брешь в теории Дарвина. В конце концов это и произошло, но уже в XX в., когда открытия в разных сферах биологии были синтезированы в новую, обновленную теорию. В основе этого «Нового синтеза» (Modern Synthesis) в первую очередь лежат дарвиновская теория и менделевская генетика. Но при жизни Дарвин с Менделем никогда не встречались. Эксперименты Менделя остались незамеченными и были забыты вплоть до конца XIX в., когда его ключевые выводы были переоткрыты новым поколением ученых. Дарвин же до конца жизни мучился незнанием. По части того, чтобы помучиться да заморочиться, он, правда, никогда не подводил.

КСТАТИ

Дарвин и сам предполагал что-то подобное менделевскому наследованию: он воображал микроскопические частицы, передающие наследственные признаки организма через половые клетки в новое поколение. Частицы он называл «геммулы», а всю гипотезу наследственности «пангенезис». Именно от этого слова ведет свое происхождение слово «ген». Но для самого Дарвина «частицы наследования» навсегда остались умозрительной гипотезой.

Мендель и его горох – это очень круто, но только если вы уже хорошо понимаете, как все на самом деле работает. Именно поэтому, на мой взгляд, законы Менделя в школьной программе просто адская скукотища. Механика наследственности – это механика молекул. Мы не будем пытаться восстановить логику человека из XIX в., нащупавшего интимную жизнь этих молекул в своих расчетах окраски гороха. Наследственность гораздо проще понять, если взглянуть на мир с точки зрения самих молекул. Поэтому от Дарвина, Дженкина и Менделя мы отправимся не вперед, к Моргану, Добржанскому и троице Франклин – Уотсон – Крик, а назад, в глубину вечности и в глубину океана, к нашим гидротермальным источникам, с которых все началось.

Гидротермальный дарвинизм

Мы оставили наши РНК-машины, когда они научились создавать копии собственных последовательностей. Сами того не подозревая, эти молекулы тем самым попали под юрисдикцию теории Дарвина, их далекого правнука.

Согласно определению американского космического агентства NASA, ответственного в том числе за поиск внеземной жизни, жизнь – это «химическая система, способная к дарвиновской эволюции». То есть смесь молекул становится живой, если она способна к наследуемости, обладает изменчивостью и подвержена отбору.

В предыдущей главе мы проследили самое сложное из этих требований: наследуемость, то самое ноу-хау жизни, которое разом меняет правила игры для куска материи. В современном мире наследуемость достигается копированием ДНК при посредстве белков, но первым прототипом наследуемой системы большинство биологов сегодня считает ту или иную форму самокопирующихся РНК. Я, например, выступаю за автокаталитические ансамбли из разных РНК, совокупностью своей работы обеспечивающие собственное воспроизведение где-то в толще гидротермального источника.

Изменчивость этих РНК, как и всех их потомков, объяснить куда проще. Это просто элемент случайности. Те же камни разнообразны не потому, что у них есть какое-то особое свойство разнообразности, а просто в силу хаотичности природы. Нет двух одинаковых снежинок или двух одинаковых капель воды, потому что и снежинки, и капли – сложные системы, состоящие из астрономического количества молекул, в поведении которых бывает масса случайностей. Но для теории Дарвина такого хаоса мало: она стоит не просто на изменчивости, а на наследуемой изменчивости.

Если многократно делать ксерокопии одного и того же оригинала, то эти ксерокопии будут почти неотличимы друг от друга. Но если скопировать на ксероксе фотографию, затем ее копию, затем – копию копии и так далее, постепенно она станет неузнаваемой. То же самое произойдет, если многократно пересохранять файл в формате jpeg, как, например, в ВК-сообществе «Путин каждый день», где фотография президента с каждым днем теряет в качестве и уже давно выглядит как угловатая черно-белая галлюцинация¹⁸.

Почему это происходит? Потому что копирование делает случайные мимолетные изменения постоянными. Выше я упоминал, что наследование дает признаку доступ к вечности. Искажения, возникающие в каждой ксерокопии, могут быть мелкими и случайными, но если продолжать их копировать, то они будут сохраняться и накапливаться.

Любая химическая реакция, включая сборку цепочки РНК или ДНК, – это столкновение молекул, в результате которого происходит перераспределение их электронных облаков. Молекулы ударились друг о друга своими атомами, а вот сольются их облака в одно или нет – это уже дело случая. Бывает, что сливаются почти всегда, а бывает – когда как. Молекулы постоянно болтаются туда-сюда с огромной скоростью и все время друг в друга врезаются, и иногда от этого в них что-то переламывается, что-то куда-то притягивается, что-то откуда-то отваливается, а что-то куда-то приклеивается. Поэтому случайные, ненаправленные и маловероятные реакции постоянно происходят со всеми молекулами, от белков и липидов до РНК и ДНК. Но поломка белка – это как искажение в ксерокопии с оригинала, потому что белки всегда производятся с нуля, а не из других белков. Искажение первой ксерокопии редко бывает существенным, а если вдруг копия вышла совсем косой, ее можно выкинуть и переделать. Поломка в ДНК, или мутация, отличается тем, что она затрагивает не только эту одну конкретную молекулу, но и всех ее потомков.

Мутации – результат неизбежной хаотичности молекулярного мира. Порой вместо наиболее вероятной реакции происходит менее вероятная: в случае копирования ДНК, например, вместо комплементарного нуклеотида может встревать некомплементарный. Нуклеотиды или целые цепи иногда тупо ломаются, иногда к ним приклеиваются молекулы, которые меняют их свойства, и так далее. Если сломался белок, то он в конечном итоге будет просто списан, разобран клеткой на аминокислоты, и про его поломку все забудут. Поломка в ДНК, если ее вовремя не исправить, при следующем копировании станет неотделимой от оригинала.

КСТАТИ

В учебнике все внутриклеточные процессы показаны аккуратными стрелочками, как будто молекулы целенаправленно идут к выбранному партнеру и вежливо с ним реагируют, когда клетке это нужно. На самом деле молекулы понятия не имеют, что им делать. Просто их такое количество, и носятся они по клетке с такой скоростью, что успевают за долю секунды случайно столкнуться с подходящим по химическим свойствам партнером. Клетка забита сложными молекулами как вагон метро в час пик, только в этом вагоне все непрерывно прыгают, кувыркаются и ходят друг у друга по головам с невообразимой для нашего макроскопического мира скоростью. Моя любимая иллюстрация этой скорости – синтез белка. Как читатель помнит из предыдущей главы, в ходе этого процесса лента матричной РНК пропускается через рибосому, которая подбирает под каждое из трехбуквенных «слов» подходящую аминокислоту. Этих аминокислот 20 штук, и каждая доставляется в рибосому специальной транспортной РНК. Как происходит «подбор» нужной аминокислоты под текущее «слово»? Да никак. Просто клетка кишит транспортными РНК с прикрепленными к ней аминокислотами, и периодически они случайным образом залетают в специальное окошко рибосомы, и периодически из 20 типов этих залетающих транспортных РНК одна окажется подходящей под «слово», в данный момент находящееся внутри рибосомы^[5]. То есть рибосома в буквальном смысле ждет, пока в нее случайно залетит нужная деталь из десятков возможных – и так на каждой ступени сборки белка, обычно состоящего из нескольких сотен аминокислот. Сколько же времени занимает настолько муторный и маловероятный процесс? Средний белок длиной в 500 аминокислот собирается на рибосоме около 25 секунд, то есть скорость, с которой в рибосому залетают подходящие аминокислоты – 20 штук в секунду²⁰ (неподходящие аминокислоты, ясное дело, залетают в десятки раз чаще). Не знаю, как вам, а мне таких скоростей даже не представить.

В современном мире клетка делает все возможное, чтобы снизить вероятность мутаций. Например, у человека полимеразы, которые вяжут копию ДНК, умеют ловить ошибки, возвращаться назад и стирать неверную «букву». Целые команды белков-дружинников бродят по геному и проверяют, чтобы все было комплементарно, сшивают, если порвалось, переписывают, если повредилось. Отчасти это связано с тем, что, в отличие от древних РНК, для которых случайные мутации были единственным источником изменчивости, у нас, современных видов, есть другие, менее рискованные и более эффективные способы внести в жизнь разнообразие между поколениями – прежде всего половое размножение, при котором перемешиваются гены двух разных организмов. Но об этом разговор впереди. Удивительно не то, что в современных клетках мутациям противостоит жесткая инспекция, а то, что при всех ухищрениях клетки мутации все равно происходят, пусть и существенно реже. В этом смысле изменчивость, как и отбор, тоже сила природы, хаос, заложенный в принципах работы Вселенной. Его может быть больше или меньше, но не может вообще не быть.

Итак, наши древние РНК-машины умеют воспроизводить самих себя, то есть размножаться, наследуя при этом признаки своих родителей. Благодаря комплементарному копированию они наследуют последовательности родительских нуклеотидов. Но в этом процессе неизбежны ошибки, то есть в последовательностях периодически будут появляться наследуемые изменения. Поскольку в РНК информация (последовательность) определяет функцию (то, что молекула умеет делать), по крайней мере некоторые из этих изменений последовательности отразятся на умении молекулы воспроизводиться, то есть между двумя разными копиями неизбежно возникнут различия в способностях. И тут в дело включается отбор, решающий, какие из вариантов лучше, а какие хуже.

Как уже упоминалось, отбора просто не может не быть, было бы наследование. Если нет отбора, значит, нет никаких проблем, то есть все копируется одинаково хорошо без малейших затруднений. Но рано или поздно проблемы появятся. Если самокопирующиеся РНК ограничены количеством доступных нуклеотидов, то молекула, хватающая эти нуклеотиды быстрее других, будет размножаться в больших количествах – то есть будет отбор на скорость потребления нуклеотидов. Если они ограничены определенной температурой, то молекула, умеющая работать при других температурах, найдет много свободного места и его заполнит – то есть будет отбор на термоустойчивость. Если они ограничены только пространством – допустим, гидротермальным источником, – то они размножатся до пределов этого источника и преимущество получит молекула, умеющая разбирать или вытеснять другие молекулы. Логично предположить, что потомки первых РНК на том или ином этапе были ограничены всеми этими факторами, и логично, что за сотни миллионов лет все эти проблемы были постепенно решены. Необязательно представлять себе молекулы, сознательно стремящиеся к совершенству, достаточно представить, что есть куча воспроизводящихся молекул. В этом и есть основное отличие теории Дарвина от теории разумного творения. Разумное творение – это когда невидимая сила сначала выбирает идею, а потом ее реализует. Дарвинизм – это когда идея сначала реализуется, а потом невидимая сила ее выбирает.

Это подводит нас, возможно, к главному свойству жизни как явления: сам факт существования жизни толкает ее к решению стоящих перед ней проблем. Если есть жизнь, то она либо бесконтрольно размножается, либо у нее есть проблема, которая этому мешает. Если есть проблема, принципиальное решение проблемы и время – то проблема рано или поздно будет решена. Жизнь в форме РНК умеет эволюционировать, поэтому рано или поздно она станет сложнее, чем просто РНК.

Что движет этими эволюционирующими РНК? Сам факт того, что они существуют. Они множатся в своих сложных разветвленных комбинациях, потому что могут, и сам факт того, что они это могут, постепенно расширяет их возможности. Для этого им необязательно задумываться о будущем. «Первородная РНК» не мечтала научиться новым химическим трюкам или стать стабильнее, но в один прекрасный день среди ее потомков нашлись такие, у которых получилось это реализовать. Все остальное померкло, забылось, исчезло. Так были изобретены белки, и так была изобретена ДНК, а потом и еще одно грандиозное предприятие – клетка. Никто из участников процесса не думал о будущем, но из далекого будущего все выглядит именно так, как будто все задумано заранее.

Нужно оговориться по поводу выражений вроде «РНК изобрела белок» или «змеи придумали себе глаза на спине», которые часто используются в этой книге, но за которые мне бы точно поставил двойку любой школьный учитель биологии. Мой кумир философ Дэниел Деннет называет такую форму мышления intentional stance, «позиция преднамеренности», и я с удовольствием отсылаю читателя к его работе «Опасная идея Дарвина»²¹. Но если вкратце, то так просто удобно думать. Поскольку в долгосрочной перспективе отбор приводит к рациональному решению проблем, его можно условно описывать как сознательные действия – правда, не организмов, а генов, но об этом в следующей главе.

На уроках биологии учителя обычно концентрируются на случайности и ненаправленности эволюционного процесса. РНК не знает, что произойдет в результате мутации, а змеи не знают, какие рисунки на спине приведут к повышенной выживаемости, поэтому никакой преднамеренности и целенаправленности в эволюции быть не может.

Все это относится к изменчивости: та действительно случайна и ненаправленна. Но изменчивость – это только один из элементов в уравнении эволюции. Наследственность совершенно неслучайна: ее суть именно в том, что воспроизводится нечто конкретное. А отбор – главная креативная сила, которая лепит из изменчивости признаки, – вообще не имеет к случайности никакого отношения. Он постепенно, поколение за поколением приспосабливает клюв вьюрка под форму ореха, стебель подсолнуха под суточные циклы, а его лепестки – под зрение насекомых. Результат деятельности отбора неотличим от разумного процесса, поэтому, на мой взгляд, нет ничего предосудительного в том, чтобы обсуждать эволюцию в «рациональных» терминах. Рациональность молекулы РНК – это на самом деле рациональность природы, постепенно выбирающей из случайных РНК самые рационально устроенные. В сущности, и человеческая рациональность (прототип воображаемой рациональности Бога-творца) – точно та же рациональность природы, только усложненная и ускоренная.

КСТАТИ

Мало того, что многие люди упускают неслучайность отбора, они обычно недооценивают сложность явлений, которые могут быть совершенно случайными.

Дебора Нолан, профессор статистики в Университете Калифорнии в Беркли, проводит на лекциях следующий эксперимент. Она делит студентов на две группы и выходит из аудитории. Одна из групп студентов должна 100 раз подбросить монету и записать результат: орел или решка. Другая группа монету не подбрасывает, а придумывает результат от балды. Нолан возвращается в аудиторию, смотрит на два результата и безошибочно угадывает, какой из них настоящий, а какой фальшивый.

Как она это делает? Очень просто: она ищет, в каком из вариантов самая длинная последовательность только из орлов или только из решек. Этот вариант и будет настоящим. Когда человек пытается представить случайность, ему кажется, что решка пять раз подряд – это слишком невероятно. Но если подбросить монету 100 раз, то почти всегда в получившейся последовательности орлов и решек будут повторения по шесть, семь, а то и восемь одинаковых результатов.

Я беззастенчиво украл эту идею и провожу этот эксперимент каждый семестр на лекции про происхождение жизни. Работает великолепно. Мне всегда кажется, что вот на этот раз наверняка не сработает, но пока такое случилось только один раз, и то по моей невнимательности. Студент, которому досталась «фальшивая» роль, поленился и записал уж совсем невероятный результат, в котором было по 15 орлов и решек подряд. Если бы я учел такой вариант, то без труда отсеял бы и эту фальшивку, но по привычке радостно ткнул в самую длинную последовательность.

Время против жизни

Читатель, возможно, уже обратил внимание, что все мои описания эволюции всегда содержат временной компонент: «постепенно», «рано или поздно», «в один прекрасный день». На этой ноте стоит вернуться к нашей затянутой автомобильной метафоре. Я предложил считать изменчивость топливом, наследственность колесами, а отбор водителем. Но у машины нет двигателя! «Двигатель эволюции» – это такая звонкая фраза, что ею обзывают и изменчивость, и наследственность, и отбор, и вообще все что угодно. (Британские ученые обнаружили, что двигатель эволюции – костяной член!) Но мне кажется, что двигатель у эволюции один: время.

Именно природой времени определяется тот принципиальный факт, что ничто не вечно. Не вечен камень с его уникальной формой, которая рано или поздно исчезнет без следа. Не вечен морской огурец, которому рано или поздно придется отдать концы или эквивалентные части тела. Не вечна молекула РНК, какой бы ни была ее последовательность. Что такое время? Это направление движения событий от порядка к хаосу, от сингулярности, предшествующей Большому взрыву, к гомогенному супу теплоты, в который Вселенная рано или поздно превратится. Что такое жизнь? Это противостояние хаосу, сохранение порядка вопреки беспорядку, размножение морского огурца вопреки его смерти, копирование РНК вопреки ее распаду. Время по определению ведет к исчезновению, а жизнь по определению исчезновению противостоит. Время протирает жизнь сквозь сито отбора и тем самым насыщает ее «хорошими идеями». Это и есть двигатель эволюции.

После Дарвина

Если отрешиться от личности Дарвина, то с точки зрения Космоса его теория – это жизнь на Земле, осознающая саму себя.

В середине XIX в., когда вышел труд «Происхождение видов», даже в окружавшем Дарвина образованном обществе идея биологической эволюции, то есть изменения видов со временем, была необычной и по религиозным соображениям рискованной. Дарвин, конечно, не первым догадался, что виды могут меняться. Но он сумел обосновать эту идею так, чтобы окружающие в нее не просто поверили, а увидели прямо у себя перед глазами.

Сама идея, что виды могут изменяться, сегодня уже давно не вызывает сомнений у ученых и даже вошла в бытовое сознание. Эволюцию можно наблюдать. Она видна в одомашнивании диких животных: например, в превращении волка в собаку за несколько тысяч лет сожительства с человеком. Она видна в геологической летописи: например, превращение плавника в руку восстановлено по ископаемым скелетам в мельчайших деталях. Эволюция ясно видна в лаборатории, где микроорганизмы и даже человеческие клетки эволюционируют прямо под микроскопом, а метод под названием «направленная эволюция» – это рутина биотехнологического производства.

С сегодняшней точки зрения интересно в теории Дарвина другое. Она не просто объясняет, как одни виды могут происходить из других: она объясняет, как все виды могут происходить из одного. Неважно какие: человек, птица, улитка, гриб, – все они в интерпретации Дарвина вдруг оказываются родственниками, параллельными ветвями одной и той же истории, начинающейся из одной точки. По Дарвину, все существующие виды – нынешние лидеры одной и той же бесконечной гонки за право не вымирать.

Теория Дарвина как бы добавила к человеческой картине мира дополнительное измерение. Раньше мы могли мыслить только текущим моментом, тремя измерениями пространства, в которых существует мир вокруг нас. Полтора века назад мы обнаружили, что у природы есть четвертое измерение – временнóе. От каждого из нас, как и от каждого живого существа на планете, в прошлое тянется нить, ведущая к началу времен. Только в этих четырех измерениях все вокруг и становится понятным.

Появление теории эволюции – это принципиальная отметка в истории человечества. Раньше люди были высшей формой жизни, а теперь они – одна из многих ее ветвей. Раньше мир был статичным: все многообразие существ просто существовало в той форме, которую ей когда-то дал Создатель. Теперь мир стал динамичным: не только за человеком, но за каждым живым существом, каждым их свойством и признаком в прошлое протянулась нить причинно-следственных связей, ведущая через тысячи поколений, через континенты и эпохи и в конечном итоге сходящаяся вместе с другими нитями к общему, единому первоисточнику всего живого. Эта совокупность равноценности и единства – переворот в отношениях человека и природы.

Британский биолог Ричард Докинз так описал значимость этого переворота:

«Разумная жизнь на той или иной планете достигает зрелости, когда ее носители впервые постигают смысл собственного существования. Если высшие существа из космоса когда– либо посетят Землю, первым вопросом, которым они зададутся, с тем чтобы установить уровень нашей цивилизации, будет: „Удалось ли им уже открыть эволюцию?“»²²

Сам факт того, что мы, люди, своим умом дошли до «четырехмерной природы», это триумф. Но триумф не столько нашего вида, сколько всей жизни на Земле. Его бы не произошло без бактерий, его бы не произошло без растений, его бы не произошло, если бы черви не умели копать или если бы рыбы жили на суше. Наше существование – результат непрекращающейся череды событий, последовательно происходивших с каждым из наших предков за миллиарды лет, прошедшие с зарождения жизни.

В конечном итоге теория Дарвина – о том, что наша судьба неотделима от судьбы наших предков. Мне кажется, это-то и убило Роберта Фицроя.

3. Зачем все усложнять

А эту сложную машину

Я сделал сам из ячменя.

Даниил Хармс

Вплоть до середины XIX в. люди в основном думали, что болезни вызываются либо просто магическими способами, либо «дурным воздухом», либо «дурной кровью». Из-за «дурного воздуха», например, в Нью-Йорке улицы с 1811 г. стали прокладывать по сетке, чтобы воздух лучше проходил и народ был здоровее. Из-за «дурной крови» в Средние века всё лечили пиявками, которые эту дурную кровь якобы высасывали.

Когда в XIX в. из работ Луи Пастера и Роберта Коха выросла микробная теория инфекционных заболеваний, человечество вдруг осознало, что их мир наводнен полчищами мелких, невидимых, но очевидно гадких существ. И вот они-то и вызывают, оказывается, все болезни.

Поднялась паника. Газеты конца XIX – начала XX вв. пестрят сообщениями о всяких «убийцах микробов», чудо-препаратах, несущих смерть паразитам. Бактерии изображались отвратительными бесформенными злодеями, которых сознательные граждане заливали литрами хлорки. И. И. Мечников видел в гнилостных бактериях причину человеческого старения.

Человечество навалилось на микробную гадину и вскоре одержало крупную победу. Пенициллин, открытый в 1920-е гг. Александром Флемингом (якобы по случайности, а на самом деле, скорее, по наблюдательности¹), был в этой войне как бы атомной бомбой. По крайней мере, так казалось изначально. Массовое производство пенициллина началось в 1943 г., во время Второй мировой войны, и тогда этот препарат считался панацеей от всех болезней². Но уже к концу 1940-х гг. появились первые пациенты, чьи инфекции на пенициллин не реагировали^{3, 4}. Им приходилось давать новые антибиотики, более сильные или как-нибудь иначе действующие.

В тот момент ученые открывали один антибиотик за другим, поэтому экзистенциальной проблемы не было. Но с 1950-х гг. темпы открытий замедлились, и с 1983 г. не было открыто ни одного принципиально нового класса антибиотиков широкого спектра действия (впрочем, отчасти это может быть связано и с интересами фармацевтических компаний, которым гораздо выгоднее вкладываться в хронические заболевания типа рака или болезни Альцгеймера). Старые антибиотики тем временем неуклонно теряли эффективность, так что весь накопленный «ядерный арсенал» постепенно приходил в негодность.

Раньше пациенту, устойчивому к одному антибиотику, всегда можно было предложить другой, более сильный. Сегодня речь идет уже об устойчивости к антибиотикам, сильнее которых нет ничего. Миллионы людей (особенно в Африке и Азии) погибают не потому, что от их инфекций нет лекарств, а потому, что эти лекарства больше не работают. Всемирная организация здравоохранения сегодня обсуждает неминуемое наступление «постантибиотиковой эры»^{5, 6} и в промышленно развитых странах. Человечеству в ближайшем будущем придется либо изобретать принципиально новые способы борьбы с бактериями, либо жить с реальностью смертельно опасных царапин и осложнений от хирургических операций.

Как же так получилось? Казалось бы, в войне человека, самого сложного существа на планете, с микробами, самыми простыми существами, у нас не должно быть затруднений в век космических кораблей и искусственного интеллекта. Тем не менее, проведя почти столетие в отступлении, сегодня микробы наносят нам ответный удар. Что пошло не так? Почему мы их снова боимся?

По-моему, мы недооценили микробов, потому что с самого начала неправильно поняли, что они из себя представляют.

Республика с фашистскими наклонностями

Словом «микроб» вообще-то давно уже пользуются только продавцы биодобавок – те самые, у которых в ходу слово «протеин». Раньше так обозначали все маленькое и примитивное, но современные биологи обычно называют конкретный тип микроорганизма: например, бактерии, археи, инфузории, дрожжи (но не вирусы, такие как возбудители гриппа или ОРВИ: те вообще стоят особняком от всего живого). Сегодня мы знаем, что микробы настолько разные существа, что объединять их в одну категорию – это как объединять человека и кустик клубники в категорию «макроб».

Микробов от «макробов», впрочем, отличает один принципиальный признак: их организм состоит из одной независимой клетки, тогда как человеческий и клубничный – из множества клеток, работающих заодно. Так что корректнее называть эти две категории одноклеточными и многоклеточными.

На уроке биологии клетка обычно описывается как кирпич (или его младший брат – «кирпичик»). Мы привыкли думать о клетках как о деталях, потому что сами из них состоим. С многоклеточной точки зрения микроорганизмы кажутся, соответственно, кирпичами на колесах. Это детали, плавающие сами по себе, неодушевленные пузыри на границе живого и неживого.

Но если смотреть на нашу планету из космоса, то становится понятно, что клетки – это прежде всего не детали, а организмы.

Во-первых, микробов очень много. По биомассе бактерий, например, в 30 раз больше, чем животных. Большинство организмов на планете состоит из одной клетки.

Во-вторых, многоклеточные в масштабах вечности – относительно недавнее изобретение, тогда как бóльшая часть истории жизни – это история одиночных клеток.

В-третьих, весь фундамент нашей многоклеточной жизни был заложен нашими одноклеточными предками и другими микроорганизмами, без которых сегодняшнего человека не представить. Одноклеточные придумали дыхание, хищничество, половое размножение и многое другое, что мы считаем базовыми свойствами собственного организма. Они придумали, как добывать пищу, заложили основу для отношений между мужчинами и женщинами, первыми вдохнули в атмосферу кислород и первыми вышли из моря на сушу.

В общем, как ни крути, а типичный организм – это клетка.

Что вообще такое организм? Можно сказать, что это машина для выживания генов. Но под такое описание подходит, например, любой белок – тоже машина, которая помогает генам выживать. Отличие организма в том, что это не просто машина, а машина, внутри которой гены живут. Если с ней что-то происходит, то это одинаково затрагивает все гены, ее населяющие.

Организм – это транспортное средство, на котором гены едут из точки А в точку Б. Точка А – это родители организма, а точка Б – его дети. В этих точках гены перепрыгивают в новые транспортные средства и продолжают ехать вперед. Это движение и есть выживание гена. Как читатель помнит, ген не материальный объект, а фрагмент информации, поэтому он выживает путем переезда из одного материального носителя в другой, из одного поколения в следующее.

Особенность взаимоотношения генов со своим транспортным средством состоит в том, что они его никогда не покидают. Гены всегда удваиваются внутри организмов, а новые организмы всегда, так или иначе, отпочковываются от старых. С самого начала времен и до наших дней гены, то есть собственно живая субстанция планеты, взаимодействуют с миром исключительно изнутри этих машин, на которых они плывут сквозь время.

Почему это так принципиально? Потому что это формализует общественные отношения между независимыми генами. Если организм на плаву, то все гены у него внутри выживают. Если он по какой-либо причине тонет, то все его гены прекращают существовать, независимо от того, насколько они были полезными поодиночке.

В этом и состоит суть организма как явления. Главное его свойство не столько в том, что он помогает генам выжить, а в том, что он замкнут и генам из него просто так не выйти^[6]. Организм вынуждает свои гены к сотрудничеству на благо общего дела – у них просто нет иного выбора. Теперь они не просто гены, они – часть генома.

Эта идея организма с геномом напоминает одну печально известную политическую систему. Посмотрите на итальянский герб времен Муссолини: прутья, связанные ремнями в пучок («fascis» по-латыни, отсюда и слово «фашизм»), а из пучка торчит топор. Этот древний символ, на мой взгляд, великолепен в своей экспрессивности. Один прут сломать легко, а связку прутьев сломать трудно. И вообще, сейчас топором получишь!

Клеточная мембрана – главный элемент строения клетки, герметично изолирующий ее ДНК от окружающего пространства, – это как раз и есть такой фашистский ремень, связывающий гены в плотный топор, воюющий с миром за выживание. Идея организма состоит в том, что есть «свои гены», а есть «чужие гены». Организм работает на все свои гены в равной степени, и ни на чьи другие. Смысл клетки в том, что она замкнута в капсулу, которая умеет делиться, удваивая содержащиеся в ней гены, и никакие другие. При этом если гибнет клетка, гены гибнут коллективно. Ровно то же самое можно сказать и про наш многоклеточный организм.

КСТАТИ

Клеточная мембрана – непрерывный тонкий слой, отделяющий содержимое клетки, или цитоплазму, от окружающего мира, – это блестящее в своей простоте и элегантности инженерное решение.

Основу мембраны составляют липиды. Липид – форма органического вещества, к которой также относятся жиры. Мембранные липиды сложнее, чем жиры, откладываемые в жировой ткани и преобладающие в пище, но обладают отчасти похожими свойствами. Жиры, как известно, не любят воду в силу своей химической природы: если смешать масло с водой, они разбегутся в разные стороны и образуют два слоя. Но липиды в клеточной мембране отличаются раздвоением личности. Одна часть молекулы мембранного липида (ее иногда называют «хвост»), как и типичный жир, воду не любит. Но этот «хвост» прикреплен к «голове», которая, наоборот, стремится окружить себя водой (в химии это называется гидрофобностью и гидрофильностью, то есть водобоязнью и водолюбием).

Что произойдет, если такие молекулы смешать с водой? Головам будет хорошо, а хвостам некомфортно. Хвосты будут лихорадочно искать место без воды. Пытаться сгрудиться в каплю, в которой этой воды не будет. Но головы не хотят быть в середине жировой капли, они хотят быть в воде.

Как решить такую проблему? Нужно сгрудиться не в каплю, а в плоский слой, в котором головы плотно прижаты друг к другу и не пропускают воду. Такой слой можно замкнуть в шарик – мицеллу, а можно прижать к другому такому же слою так, чтобы головы смотрели наружу с двух сторон, а хвосты мирно отдыхали в своем маслянистом пространстве посередине. Двойной слой липидов, или липидный бислой, и составляет основу клеточной мембраны. Красота тут в том, что в основе такой настолько космически сложной и навороченной машины, как клетка, лежит механизм уровня учебника химии за седьмой класс: гидрофобность липидов. Целостность и неделимость организма как явления объясняется процессами, которые происходят при взбалтывании масла с водой.

Так что клетка – это не просто деталь организма, а его архетип. Во многом корректнее думать о людях как об одноклеточных, состоящих из множества клеток, чем о бактериях – как об отдельно взятых деталях многоклеточных. И все-таки наши с бактериями организмы различаются очень сильно. В этом и кроется наше недопонимание микробов.

Текучие когти

Потеря антибиотиками способности лечить инфекции происходит не из-за порчи самих антибиотиков. «Ядерный арсенал», который в данном случае приходит в негодность, не испаряется и не теряет химическую активность. Все дело в устойчивости, которую рано или поздно вырабатывают к любому антибиотику бактерии. «Устойчивость» здесь означает не устойчивость человека к инфекции, а устойчивость инфекции к веществу, которым ее пытаются убить.

Устойчивость к антибиотикам – это типичный дарвинизм. Сложно придумать более прямую демонстрацию эволюции в действии, работающую настолько безотказно и легко наблюдаемую в таких подробностях. Допустим, человек заразился стафилококком. У него в теле миллионы клеток этой бактерии. Ему дают антибиотик, который блокирует производство, допустим, бактериальной клеточной стенки. 99,99 % клеток стафилококка от этого погибают. Но бактерий такое количество, что часть из них по чистой случайности худо-бедно выживает.

Может оказаться, например, что у 0,01 % бактерий чуть отличается структура какого-нибудь клеточного фермента, да так удачно, что такой фермент может расщеплять антибиотик⁷. Это меньшинство бактерий продолжит кое-как размножаться, причем среди их потомства преимущество получат те, у которых фермент еще лучше расщепляет антибиотик. Человек чувствует себя выздоровевшим, потому что почти весь стафилококк погиб, и перестает принимать антибиотик. Но в это время выжившие стафилококки размножаются с новой силой и снова заполняют организм. Человек начинает снова принимать антибиотик, но теперь тот работает гораздо хуже, потому что весь его стафилококк состоит из потомства самых устойчивых клеток. Он эволюционировал.

Печальная в мировом смысле проблема состоит в том, что этот эволюционировавший стафилококк не просто сидит внутри своего носителя-человека, а заражает окружающих, проникает в больницы, в канализацию, в почву и постепенно замещает собой стафилококков, не обладающих устойчивостью к антибиотику. Cам факт принятия антибиотика автоматически создает отбор на устойчивость. А отбор, в свою очередь, создает эволюцию – не только в пределах организма пациента, а вообще во всем мире. Что бы мы ни кидали в бактерий, рано или поздно они наэволюционируют себе решение проблемы, и кидание потеряет смысл.

Мы, люди, ассоциируем себя с собственным организмом. Когда мы говорим «я», мы имеем в виду материальный объект, обладающий голосом, цветом волос, а также генами. Бактериям же в целом наплевать на собственные организмы. Они у них всегда максимально простые, дешевые и одноразовые. Бактерии мыслят группами, штаммами, ветвями генетического древа. Если бы они могли сказать «я», то они бы имели в виду не организмы, обладающие генами, а гены, плывущие сквозь время на сменных организмах.

На заре эпохи антибиотиков мы думали, что война с бактериями – это война с чем-то маленьким и примитивным. На самом деле это война с чем-то вечным и почти бессмертным.

Если воспринимать бактерию таким образом, то она кажется гораздо страшнее, чем толпа очень-очень простых человечков. Это аморфная, текучая масса генов, расфасованных по клеткам, которая способна решить любую проблему, что бы вы с ней ни делали. Это жидкий робот Т-1000 из «Терминатора-2», просачивающийся в любую щель. Это сказочный змей, у которого из отрубленной головы вырастают две.

Такой альтернативный способ смотреть на бактерии любопытен даже лингвистически. Русское название «бактерия» – это калька с латинского слова bacteria. Но bacteria – это множественное число, единственное число от которого – bacterium. То есть само слово «бактерия» по идее означает «много бактериумов».

Мы неправильно поняли микробов, потому что мы приняли бактерию за бактериумов. Бактерия – существо множественного числа. Мы же – существа-единицы. Этим различием мы обязаны многим своим предкам, но прежде всего первым эукариотам, жившим среди бактерий порядка 2 млрд лет назад⁸, примерно на полпути от происхождения жизни до нашего времени.

Два кита или три черепахи?

Раньше считалось, что существует два типа клеток: один примитивный, другой продвинутый. Первые из них – скучные пузыри без интересной формы, многоклеточности, сложного поведения и вообще каких-либо признаков того, что мы, люди, считаем показателем крутизны в живом организме. Это прокариоты. Второй тип – эукариоты – организмы с гораздо более сложными клетками, зачастую состоящие из большого их количества, как, например, в нашем случае. У эукариотических клеток, в отличие от прокариотических, есть ядро, или «карион» (κάρυον) по-древнегречески (не спрашивайте, почему ученым прошлого было мало латыни). Слово «эу» (εὖ) означает «настоящий», а приставка «про-» (πρό-) – что-то вроде «недо-». Ну, все понятно: вот настоящие, правильные клетки с ядрами, а вот всякий ширпотреб.

Когда в 1970-е гг. появились методы секвенирования, то есть «чтения» генов, эта иерархия пошатнулась.

Принципиальную роль в этом сыграл Карл Вёзе, американский микробиолог, который первым придумал использовать сравнения генов для реконструкции эволюционной истории. Секвенирование позволило сравнивать организмы не просто по принципу «похоже / непохоже» или «сложно / просто», а математически. Проанализировав различия в ДНК, можно сопоставлять время эволюционного расхождения нескольких групп. В общих чертах принцип состоит в том, что мутации в генах происходят более-менее регулярно, если усреднять промежутки времени масштабами в миллионы лет (из этого правила, правда, есть масса исключений, что сильно затрудняет жизнь эволюционным биологам). В целом чем больше у двух видов различается один и тот же генный участок, тем дольше они существуют независимо друг от друга, то есть тем древнее время их эволюционного расхождения. Если у меня где-то в геноме записано АААГА, у мыши АААГГ, а у таракана ЦЦЦГЦ, то с тараканом мы разошлись раньше, чем с мышью, потому что наши последовательности сильнее отличаются.

Если брать не три вида, а тысячи, и не пять «букв», а длинные отрезки генома, то теоретически можно подобным образом узнать, какими именно родственными связями кто с кем связан, то есть восстановить всю последовательность эволюционных событий, породивших разнообразие сегодняшних видов. Используя этот метод, Карл Вёзе первым рассчитал масштабное древо жизни, не полагаясь на видимые признаки и интуицию.

К сегодняшнему дню это древо рассчитано эволюционными биологами в мельчайших деталях, хотя хватает на нем и спорных участков. Без таких знаний о родственных связях между живыми организмами представить современную науку просто невозможно. Но даже то самое первое древо Вёзе, описывающее жизнь на Земле в самых общих чертах, коренным образом изменило наше представление о системе природы. Последовательности ДНК, которые Вёзе отсеквенировал, разделились при анализе не на две ветви – эукариот и прокариот, как можно было предположить, – а на три. Эти ветви получили название доменов, то есть групп, стоящих выше царств (вроде царства животных или царства растений) и даже надцарств (есть и такие).

КСТАТИ

Система природы Карла Линнея включала знаменитые шесть рангов: царство, класс, отряд, семейство, род, вид. Но с развитием биологии природа в эти ранги перестала влезать. К шести рангам вскоре добавился седьмой – тип, сидящий между царством и классом. Затем стали возникать промежуточные ранги, такие как «надтип», «подцарство» или «инфракласс», – это, например, сумчатые, которые больше, чем отряд опоссумов, но меньше, чем класс млекопитающих. Сегодня все эти ранги чаще называют просто «группами», поясняя, какая из групп в пределах какой находится. На самом деле какого-то определенного количества рангов в природе нет и быть не может. Каждое эволюционное изменение – это новое разветвление древа жизни. Каждый раз, когда два вида расходятся в разные стороны от общего предка, все их дальнейшее потомство можно считать двумя независимыми группами. Соответственно, на каждой развилке древа жизни можно в принципе придумывать новые группы, хотя на практике мы пользуемся только определенными, традиционными развилками. Человек – одновременно эукариот, животное, позвоночное, млекопитающее и примат, – но это всего лишь 5 рангов, тогда как при желании между каждыми двумя можно вставить еще 20. Как на карте при разном увеличении прорисовываются разные детали, так и эволюционное древо может иметь разную детализацию, а вместе с тем и разное количество рангов.

Оказалось, что такого домена, как «прокариоты», просто нет. Прокариоты – это не единая группа, а два разных варианта живых организмов, столь же далеких в эволюционных координатах друг от друга, как человек от йогурта. Внешне они выглядят очень похоже, но сравнение их генов показывает, что они развивались независимо друг от друга миллиарды лет. Одна из этих групп – бактерии. Другая группа раньше считалась подгруппой бактерий под названием «архебактерии». Вёзе поднял ее статус до отдельного домена, и «бактерии» от названия отвалились. Новоиспеченный домен археи встал в один ряд с бактериями и эукариотами⁹.

Сегодня многие эволюционные биологи хотят пересмотреть и «тройное» деление жизни. Они считают, что эукариоты – мы с вами – появились не одновременно с двумя другими доменами жизни, а существенно позже. Бактерии и, вероятно, археи к моменту их возникновения уже давно существовали, причем в планетарных масштабах и количествах. Эукариоты же произошли в пределах архей. Следуя такой версии, формально все растения, грибы и животные принадлежат к одному их странному семейству^{8, 10}.

Так что возможно, в мире всего два типа клеток, как и считалось раньше, до Карла Вёзе. Только эти два типа – не прокариоты и эукариоты, а бактерии и археи. Мы же, эукариоты, по-видимому, произошли от архей. Однако, как мы вскоре увидим, бактерии тоже сыграли ключевую роль в появлении нашего домена. История эукариот гораздо сложнее и интереснее, чем просто «третий тип клетки».

Задача этой книги – объяснить чудо человеческого существования. Я не первый, кто интересуется происхождением человека и ищет ответы на вопросы о себе в своем эволюционном прошлом. Но фраза «эволюция человека» обычно означает его происхождение от обезьяны, то есть события последних сотен тысяч, в лучшем случае нескольких миллионов лет. На мой взгляд, истоки человеческой сущности нужно искать гораздо раньше, в событиях далекого, океанического прошлого, и из всех таких моментов, определивших траекторию человеческой родословной, важнейшим я считаю происхождение домена эукариот.

Чтобы понять человека, нужно понять эукариогенез. А чтобы понять эукариогенез, нужно понять нечто на первый взгляд совершенно нечеловеческое: фотосинтез.

Фотосинтез

Синтез значит «сборка», «соединение». Если спросить у большинства людей, что синтезируется в фотосинтезе, они уверенно ответят «кислород». Фотосинтез – это такое слово, от которого просто пахнет свежим воздухом.

Кислород в процессе фотосинтеза действительно возникает. Но суть фотосинтеза в другом.

Возьмем, к примеру, бутерброд с икрой (главный деликатес постсоветского пространства). Он состоит из булки, масла и рыбьих яиц. Из чего сделана булка? Из пшеницы. То есть булку сделал фотосинтез. Из чего сделано масло? Из молока, а оно – из травы, которую ест корова. То есть масло тоже сделал фотосинтез. Из чего сделана икра? Из лосося-мамы, а та – из других, мелких рыб, а те – из водорослей, которыми они питаются. То есть и икру в конечном итоге тоже сделал фотосинтез.

Фотосинтез – это не синтез кислорода. Фотосинтез – это синтез еды. Это главный источник пищи на планете, который кормит практически все живое.

Чтобы сделать еду, нужно откуда-то достать атомы углерода, из которых эта еда, углеводы, жиры и так далее, будет состоять. Углерод в природе чаще всего встречается в форме углекислого газа, и за редкими исключениями именно углекислый газ – первичный источник всего углерода в пище, которую потребляют живые организмы.

Но самое сложное в фотосинтезе – где взять энергию. В энергии смысл любого питательного вещества. Чтобы она там была, ее надо туда вложить. Это происходит, когда из углекислого газа выковываются кольца углеводов и цепи жиров. В ходе этого процесса энергия запасается в структуре их молекул и в дальнейшем используется как самим фотосинтезирующим организмом, так и тем, кто его съест. Но где взять изначальную энергию для синтеза еды из углекислого газа, если не из других питательных веществ?

Читатель уже знает ответ: на Солнце.

Солнце – это застывший во времени и пространстве термоядерный взрыв. Из него постоянно извергается свет и жар, которые долетают по прямой линии до нашей планеты в форме фотонов. Фотоны – как бы куски энергии света. Бóльшая часть из них отражается атмосферой или отскакивает от поверхности земли и улетает обратно в космос, рассеиваясь по бесконечному пространству. Но некоторые попадают точно на поверхность растения. Они пролетают сквозь прозрачное восковое покрытие, сквозь клеточную стенку и мембрану растительной клетки, сквозь мембрану ее хлоропласта – внутриклеточной станции фотосинтеза – и наконец ударяются о специально предназначенную для этого молекулярную антенну, которая и придает зеленому листу его цвет. Это хлорофилл, ловец фотонов.

Хлорофилл всасывает энергию прилетевшего к нему фотона и от этого очень возбуждается. Примерно как Супер Марио, глотающий бонусную звезду и временно обретающий сверх

Научный редактор Сергей Ястребов

Редактор Валентина Бологова

Иллюстрации Николая Кукушкина

Художественное оформление и макет Андрея Бондаренко

Издатель П. Подкосов

Руководитель проекта А. Шувалова

Корректоры И. Астапкина, О. Петрова

Компьютерная верстка А. Фоминов

Оформление обложки и макет А. Бондаренко

© Кукушкин Н., 2020

© Кукушкин Н., иллюстрации, 2020

© Бондаренко А., художественное оформление, макет, 2020

© ООО «Альпина нон-фикшн», 2020

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

⁂

Серию PRIMUS составят дебютные просветительские книги ученых и научных журналистов. Серия появилась благодаря совместной инициативе «Книжных проектов Дмитрия Зимина» и фонда «Эволюция» и издается при их поддержке. Это межиздательский проект: книги серии будут выходить в разных издательствах, но в едином оформлении. На данный момент в проекте участвуют два издательства, наиболее активно выпускающих научно-популярную литературу: CORPUS и АЛЬПИНА НОН-ФИКШН.

Предисловие

• Но в нас горит еще желанье,
• К нему уходят поезда,
• И мчится бабочка сознанья
• Из ниоткуда в никуда.

Виктор Пелевин. Чапаев и Пустота

«Две ладони сходятся в хлопке – и возникает звук. Каков звук одной ладони?»

В дзен-буддизме есть специальный тип мысленного упражнения – коан. Иногда дзен-коаны описывают как загадки без разгадки, но это не совсем точно. В действительности цель коана не разрешить задачу, а скорее прочувствовать ощущение неразрешенности, вызвать в практикующем «состояние вопрошания». Но на самом деле это не означает, что у коанов вообще не может быть «разгадок». Просто в коане важна не разгадка, а сам процесс разгадывания.

Впервые я услышал коан про хлопок в институте, на биолого-почвенном факультете СПбГУ, от однокурсников-интеллектуалов. Все мы тогда увлекались, так сказать, поп-буддизмом – Борхесом, Пелевиным, Гребенщиковым – и в перерывах между лекциями про древние растения и зоологию беспозвоночных разгадывали дзен-коаны, резко схлопывая одну ладонь. О, остроумие первокурсника!

С годами я стал видеть у этого коана другую разгадку. В хлопке сходятся две руки, и звук – то, что происходит в результате их соединения. Это метафора восприятия, взаимодействия между миром и разумом. Все, что я слышу, вижу и ощущаю, – это звук хлопка, рождающийся на границе между мной и окружающей меня реальностью, между двумя ладонями, между субъектом и объектом.

Мир всегда, с первой секунды нашей жизни, поделен на две части, одна из которых направлена внутрь, а другая – наружу. Я и все остальное. Мы и они. Свои и чужие. Человек и животные. Исследователь и образец. Любое такое рассечение мира пополам – это хлопок двумя руками. Наша жизнь – это звук, рождающийся на границе между мной и не-мной.

Но что, если субъект – это часть объекта? Что, если я – это часть всего остального, а исследователь – часть образца, на который он смотрит? Что, если две руки – это иллюзия? Как звучит хлопок, если рука всего одна?

Я начинал свой путь в биологии с молекул и клеток (моя кандидатская, например, про гликопротеины – белки с углеводными метками), но каким-то образом оказался среди всего неохватного и бесконечного. Сейчас я изучаю, как из молекулярных сигналов возникает в мозге память и как так сложилось за миллионы лет эволюции. Тут волей-неволей приходится думать в терминах, сильно напоминающих коаны. Если я замеряю память через молекулы, то где граница между памятью и движением этих молекул? Как понять, где механизм мышления, а где само мышление? А если это непонятно, то где граница между телом и сознанием, между моим мозгом и мной? Как понять, когда я думаю «наружу», а когда «внутрь», и что, если разницы нет вообще? Каков, короче говоря, звук одной ладони?

Книга о себе

Эта книга – об истоках всего, что делает нас людьми.

Что такое человек? Зависит от того, у кого спрашивать. Биолог, психолог, философ, историк, художник – все они ответят на этот вопрос по-разному. Одни будут искать ответ на вопрос внутри себя, другие – в окружающем мире, третьи – в глубинах прошлого. Каждая область мысли, научная или нет, преломляет человеческую жизнь призмой собственных понятий и категорий. Это хлопки двумя ладонями: ладонь человеческой жизни сходится с ладонью научного метода, или с ладонью чувственного восприятия, или с ладонью исторической перспективы – и возникает звук.

И все же биологов, психологов, философов, историков и художников объединяет то, что все они люди. Все они слышат звук, когда их собственные ладони – ладони человека как субъекта – ложатся на ладонь человека как объекта, человека в целом, человека в принципе. Но на самом деле эти две ладони едины. Человек есть человек, независимо от того, субъект он или объект.

Задача этой книги – взглянуть на человека одновременно изнутри и со стороны, с позиций прошлого и с позиций настоящего, с точки зрения биолога и с точки зрения философа, с точки зрения вида Homo sapiens и с точки зрения других видов: бактерий, растений, медуз, птиц. Эта книга – обо всем не-человеческом, что предвосхитило и определило все человеческое: от зарождения жизни до полового размножения, от происхождения животных до социальных инстинктов, от нейронных сетей до абстрактного мышления. Книгу можно считать научно-популярной с той точки зрения, что я буду использовать научные знания и надеяться, что книга будет популярной. Но это книга не про науку, а про природу. Не про людей, изучающих жизнь, а про жизнь, порождающую человека. Вместо истории жизни от лица людей, это история людей от лица жизни.

Эта книга – летопись человека и его ума. Повесть о том, как из ниоткуда и из ничего возник кто-то, кто сумел оглянуться назад.

Жизнь как чудо

Как ни крути, то, что мы есть, – это чудо. Даже три чуда.

Чудо первое: жизнь. Вокруг нас несметные количества живых существ, больших и маленьких, видимых и невидимых, и мы – одни из них. Даже самое примитивное растение или животное по своей сложности превосходит все, что когда-либо умел делать своими руками человек. Их количество и разнообразие просто невозможно охватить человеческим умом. Жизнь на Земле – непостижимая, вездесущая, кишащая миллионами ног, сучков, колючек и зубов вакханалия, в которой мы существуем и из которой мы происходим.

Этому чуду посвящена первая часть книги: «Откуда взялись все». Все живые то есть. Человека многое делает человеком, но тот факт, что он – живой организм, пожалуй, все-таки главный. В этой части книги людей почти не будет, зато будет этот товарищ, живой организм, и его история как череда событий древнего мира. Мы рассмотрим происхождение и эволюцию жизни на Земле, а также становление исторической траектории, которую миллиарды лет спустя увенчает человеческий вид. Самая ранняя история жизни задала тон всем дальнейшим событиям, произошедшим на планете. Мы увидим, что многие свойства человека – от беспрецедентной сложности его мозга до гендерных ролей – берут свои истоки за миллиарды лет до появления даже самых примитивных животных.

Чудо второе: человеческий вид. Мы можем делать вещи, которые не может делать никто. Человек как вид явно выделяется на фоне всего остального, что он видит вокруг. Мы охотимся с копьями, разводим огонь и заготавливаем еду на зиму. Мы летаем в космос, строим города и подводные лодки. Я много ворчу на тему антропоцентризма, то есть убеждения, что человек – пуп земли. Но нашему виду Homo sapiens все-таки стоит отдать должное. Человек – это действительно чудо. Ему как виду среди других видов посвящена вторая часть книги: «Откуда взялись мы».

Эта часть книги больше всего напоминает летопись. Она разделена на четыре главы, соответствующие четырем эрам: «докембрийской», палеозойской, мезозойской и кайнозойской. Речь в них пойдет о возникновении человека как вида. Принято считать, что момент происхождения человека от обезьяны сделал его «особенным», а до того в системе природы человек ничем не выделялся. Я постараюсь убедить читателя, что история человеческой исключительности начинается гораздо раньше. Для этого мне придется рассказать о множестве других видов, без которых разговор об исключительности потерял бы всякий смысл. Мы познакомимся с динозаврами, насекомыми, губками, даже с водорослями и грибами. Только в такой перспективе станет понятна исключительная судьба нашего вида и его предков.

Наконец, чудо третье: человеческое сознание. Среди всех людей у каждого из нас есть один избранный, исключительный человек, который принципиально из них выделяется. Он называется «я». Он смотрит на других людей из своих глаз и разговаривает внутренним голосом. Его мысли, желания и эмоции доступны нам напрямую, а не через восприятие слов или выражений лиц. Мы можем управлять своим телом усилием воли.

Третья часть книги посвящена этому «чуду точки зрения», первому лицу, сознанию, расщепляющему мир на себя и не-себя. В ней пойдет речь про мозг, в хитросплетениях которого спрятан наш внутренний мир. Мы поговорим о том, что в принципе представляет собой мозг и в чем состоит его эволюционная задача. Мы увидим, что мозг имеет особый статус в нашем организме, предоставляя нам частичную независимость от собственных генов. Наше сознание – следствие такой частичной свободы. С одной стороны, это дает нам право на личность, но с другой стороны, вечно отравляет нам жизнь. В этой части книги мы углубимся в детали собственной памяти, восприятия, мотивации, языка и постараемся соединить взгляд на человека со стороны со взглядом изнутри. Мозг – это история внутри истории, жизнь внутри жизни, чудо внутри чуда, и из всех трех «чудес» этой книги в нем на сегодняшний день остается больше всего загадок.

Что такое чудо? Можно сказать, что это нечто реальное, но при этом необъяснимое. Принято считать, что если чудо объяснить – то оно перестает быть чудом. Но, с другой стороны, как показывает история, человек только и делает, что находит объяснения чудесам. Мы не любим неразрешенных вопросов и так или иначе объясняем существование себя и окружающего мира. Откуда берутся молния и гром? Наверное, там наверху сидит мужик со специальным молотком, которого невозможно увидеть. Куда уходят мертвые? Видимо, под землю, к другому мужику. (Мы вообще любим везде мужиков добавлять.)

Мне кажется, что чудесность чуда заключается именно в его объяснении. Чем грандиознее объяснение – тем чудеснее чудо. И вот по такой шкале чудесности ничто не сопоставимо с картиной мира, выстроенной современным научным знанием. Легенды и мифы Древней Греции – это детские сказки по сравнению с историей эволюции фотосинтеза. Мужики понятнее, чем молекулы, но я постараюсь убедить дорогого читателя, что молекулы гораздо грандиознее. Можно даже сказать, эпичнее.

Эта книга – попытка объяснить чудо. Без объяснения чудо – просто неизвестность.

Часть I

Откуда взялись все

1. В начале были буквы

Все происходит нечаянно.

Лев Толстой. Война и мир

Мир, строго говоря, состоит из энергии.

Есть бородатый анекдот о сложности этого понятия. Вопрос на экзамене по физике: что такое энергия? Студент мучается, пыхтит, в конце концов говорит: «Простите, профессор, знал, но забыл!» Профессор встает и торжественно объявляет аудитории: «Друзья, трагедия! Один человек в мире знал, что такое энергия, но и тот забыл!»

При попытке определить, что такое энергия, обычно приземленный и конкретный язык физической науки виляет из стороны в сторону и обрастает почти эзотерическими интонациями. Это мера причинно-следственной связи. Разменная валюта Вселенной, описывающая, что во что может превращаться, что куда может двигаться или чем становиться. Энергия – это такое необъяснимое и философски неделимое нечто, которое никак не выглядит и ни из чего не состоит, не убывает и не возникает, но является нам в разных формах – массы, тепла, движения, волны. Энергия перетекает из одной формы в другую: например, теплом можно вызвать движение. Чтобы сделать что-то, что не хочет делаться само, нужно вложить энергию – толкнуть камень в гору, например. А если что-то делается самопроизвольно, то энергия при этом выделяется, как свет и жар при горении. В том, откуда и куда энергия перетекает, состоит, собственно, последовательность всех событий в мире. Мы называем направление этого перетекания временем.

Одна из главных форм существования энергии – это материя, то есть энергия с массой. Известная нам материя состоит из атомов, крупиц энергии, пойманной в форме массивных комков. Благодаря наличию массы атомы обладают свойствами, интуитивно понятными нам, массивным существам. Атомы, например, отскакивают друг от друга – их можно весьма условно сравнить с бильярдными шарами.

Все атомы имеют похожую структуру. В центре – тяжелое ядро, несущее в себе почти всю массу атома. Ядро состоит из плотно слепленных друг с другом протонов и нейтронов, которых может быть от одной штуки (у водорода) до пары сотен (у урана). У нейтронов есть только масса, а у протонов, помимо массы, есть еще заряд – особое свойство материи, которое существует в двух вариантах, притягивающих друг друга. Мы называем эти варианты положительным и отрицательным зарядом: у протона по договоренности плюс, а противоположный минус – у еще одной составляющей атома, электрона.

В основном атом состоит из пустоты. Ядро из протонов с нейтронами – центр тяжести – занимает ничтожную часть пространства по сравнению с диаметром атома. Поверхность же атома состоит из почти невесомого электронного облака. В школьных учебниках принято писать, что электрон летает вокруг ядра, но это сразу создает ложное представление, которое приходится потом долго ломать, когда дело доходит до квантовой механики. Дело в том, что если атом в целом еще худо-бедно напоминает шарик, то электрон – вообще нечто иное, и как шарик его никоим образом не описать. Он и волна, и материя. У него есть масса, но нет четкого положения: вероятность его существования как бы размазана по пространству, окружающему атом. Электроны имеют заряд, противоположный протонному, благодаря чему электронная оболочка и окружает ядро, к которому ее все время тянет. Таких оболочек у атома может быть много, они слоятся и переплетаются вокруг ядра многомерной квантовой капустой, от которой студентам-первокурсникам на лекциях по химии или физике обычно становится плохо.

Различаются атомы количеством протонов, нейтронов и электронов. Атомы с определенным количеством протонов называются элементами. Элемент – это тип атома. У каждого элемента свои свойства. Самый простой элемент – водород. У водорода один протон и один электрон, а нейтронов обычно нет вообще. У углерода, например, 6 протонов и обычно 6 нейтронов, а у железа – 26 протонов и 30 нейтронов. Чем больше протонов с нейтронами – тем атом тяжелее. Количество электронов в норме уравновешивает количество протонов, нейтрализуя общий заряд атома. Но в махинациях с электронами, как мы увидим, состоит вся атомно-молекулярная жизнь.

Пантеон элементов

Атомам все время не сидится со своим набором электронов. В этой нервозности – причина всех химических реакций. Спокойна только особая группа атомов, носящих благозвучное название благородных газов: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон. В пантеоне химических элементов они как шесть бодхисаттв, поддерживающих баланс своих электронов в полной гармонии с протонами, лишенные желаний и устремлений, не вступающие ни в какие реакции и ведущие одиночную жизнь в форме газа.

Остальные атомы, так или иначе, чего-то хотят от других атомов, благодаря чему и существуют вещества, предметы и организмы. Некоторые атомы не удовлетворены своим «естественным» количеством электронов и хотят оторвать или хотя бы оттянуть их от других атомов. Другим атомам слишком много положенного набора, и они ищут желающего принять избыток. У некоторых вроде бы все в порядке с количеством электронов, но у них нестабильная конфигурация, которую можно стабилизировать, только вступив в связь с другим атомом с похожей проблемой.

Химическая связь возникает, когда электронные облака двух атомов сливаются в единое облако. Полученная совместная электронная оболочка распределяется между ядрами-партнерами. Бывает мирное слияние, когда оба атома получают поровну коммунального облака. Бывают почти рейдерские захваты, когда один атом после слияния перетягивает облако на себя, и перед атомом-партнером встает выбор: либо довольствоваться краешком облака, прилипая к захватчику, либо отколоться и остаться вообще без электрона. Если облако растянуто на два ядра, то теперь два атома существуют как единое целое, и такая стабильная связка атомов называется молекулой. Молекулы помогают атомам успокоить свою нервозность.

Живой мир состоит не из отдельных атомов, а именно из молекул – конгломератов атомов, связанных друг с другом общими электронами. Молекулы живой природы – органические молекулы – отличаются своими огромными размерами. Они состоят не из двух-трех атомов, а из десятков, сотен, даже тысяч атомов, складывающих свои электронные облака в сложные трехмерные структуры. Количество возможных молекул бесконечно, а количество реально существующих молекул определяется, скорее, нашими способностями их находить или создавать. Но атомов гораздо меньше, чем молекул, а ключевые атомы природы, собственно химический каркас жизни, и вовсе можно пересчитать по пальцам.

Главный из них – бесспорно, углерод. Если говорить отвлеченно, то из углерода состоит все живое, а другие атомы – так, поналипли. Почему углерод? Он обладает уникальными среди элементов способностями. Атом углерода в молекуле может быть связан с двумя, тремя и даже четырьмя другими атомами, в том числе, и это особенно важно, с другими атомами углерода. В итоге образуются ветвящиеся цепи и многогранные кольца, причем их размеры и строение почти ничем не ограничены. Это свойство углерода настолько расширяет возможности и разнообразие состоящих из него молекул, что их изучение даже носит особое название – «органическая химия».

КСТАТИ

Есть такая шутка: что такое органическая молекула? Это любая молекула, интересная химикам-органикам.

Границу между органической и неорганической молекулой действительно сложно провести. На первый взгляд, это просто: подавляющее большинство органических соединений одновременно состоит из углерода и производится живыми организмами – отсюда «органика» в их названии. Но есть спорная территория, например углекислый газ – вездесущая и очень простая форма существования углерода, которая бывает на других планетах и безо всякой жизни. Его едва ли можно отнести к органическим молекулам, а вот мочевину – молекулу не намного сложнее, но гораздо более редкую за пределами биосферы – возможно. Именно синтез мочевины из цианата аммония, осуществленный немецким химиком Фридрихом Вёлером, считается первым случаем искусственного производства органического соединения из неорганического. Своим достижением Вёлер помог опровергнуть концепцию витализма, согласно которой в молекулах живого организма содержится особая жизненная сила, принципиально отличающая ее от «неживых» веществ.

Углерод – фигура конструктивная, производительная, хозяйственная. Он готов сотрудничать с другими атомами на разумных условиях. Он не пытается оторвать у них каждый увиденный электрон, а спокойно объединяет свои электронные облака с чужими во все более и более крупные структуры. Углерод готов сотрудничать с другими углеродами, до четырех на атом – получаются ветвящиеся цепочки, где все на равных правах. Углерод ведет себя вежливо даже в отношениях с водородом, лишь слегка оттягивая на себя его смехотворный единственный электрон. Именно благодаря таким деловым качествам углерода живая природа существует в известном нам виде. Из-за своей сговорчивости и общительности углерод идеально подходит для сборки в гигантские мегамолекулы, такие как белки или ДНК.

Водород – самый распространенный элемент во Вселенной¹.

Материя в целом, можно сказать, состоит из водорода и его близкого родственника, благородного бодхисаттвы гелия, с вкраплениями других, более тяжелых элементов. Но среди этих больших элементов водород – самая мелкая сошка. Он как несчастный крепостной крестьянин, плотно прилепленный к барину своим электроном, курсирующим в составе общей молекулы. У него совсем нет сил, чтобы удержать и этот свой единственный отрицательный заряд, поэтому отношения с другими атомами у него почти всегда подчиненные. Но ни от кого на планете Земля водород не страдает столько, сколько от кислорода.

Кислород – элемент деструктивный, беспощадный, яростный. Он разорвет на части все, что ему подсунут. По силе, с которой он тянет на себя электроны, ему нет равных, за исключением экзотического фтора². Вклиниваясь в чужие молекулы, кислород расчленяет их на отдельные атомы, присасываясь к их электронным облакам и образуя простые соединения. Если попадется водород – получится вода. Если попадется углерод – получится углекислый газ. Молекула-жертва, скажем, целлюлоза в бумаге и древесине, может содержать несколько тысяч сложно состыкованных углеродов, но кислород готов превратить всю эту сложность в простые, мелкие, неорганические молекулы. Часть энергии, содержащейся в электронных облаках углеводородного каркаса целлюлозы, при этом освобождается в форме света и тепла. Это называется горением.

Конечно, такая сугубо деструктивная роль кислорода – большое упрощение. Кислород не только рушит молекулы из углерода и водорода, но и входит в их состав. Тем не менее с планетарной точки зрения можно смотреть на такие кислородсодержащие молекулы как на топливо в постепенном процессе сгорания. Углекислый газ и вода – конечные продукты горения углеводородной молекулы, а все остальные формы существования в ней кислорода – промежуточные продукты.

На первый взгляд, углерод и кислород выглядят врагами: один строит, другой рушит. Углерод отличается тем, что из него можно создавать сложнейшие инженерные конструкции. Кислород же способен любые конструкции в конечном итоге превратить в простейшие молекулы.

На самом деле даже в горении есть очевидная польза. В химических связях, сковывающих сложную молекулу, заключено огромное количество энергии, которое можно высвободить, если эту сложную молекулу расщепить на простые. Горение топлива, например, несет ракету в космос со скоростью, невиданной в дикой природе. Это тоже кислород, накидывающийся на углерод с водородом, и энергия, выделенная в ходе такой атаки, превращается в ускорение. Так же и кислород в живом организме: его «электронная жадность» используется природой для высвобождения энергии, которую можно затем использовать. Мы вдыхаем кислород, чтобы сжечь съеденный обед и пустить его энергию на конструктивные дела: например, обдумывание ужина.

В дихотомии углерода и кислорода есть что-то космически значимое для жизни на Земле. У кислорода действительно в характере рушить и отбирать, но он умеет это делать так эффективно и беспощадно, что из чинимого им тотального уничтожения рождается новое и невозможное. Кислород – не просто вандал природы, он что-то вроде химического Шивы – несущий обновление через разрушение. (Для углерода тогда напрашивается образ четверорукого Вишну.)

Кислород и углерод как элементы воплощают в себе свойства, которые после возникновения жизни лягут в основу метаболизма, или обмена веществ. Метаболизм имеет две стороны. Анаболизм – строительство больших молекул с затратой энергии, то есть почти всегда строительство углеродных цепочек. Катаболизм – расщепление больших молекул с выделением энергии, то есть, в современной природе, почти всегда сжигание углеродной пищи кислородом. Вместе анаболизм и катаболизм замыкаются в энергетический цикл, способный приспосабливаться к любым нуждам живого организма, и в этом цикле заключается одно из самых главных, самых чудесных свойств жизни. Любой живой организм имеет сложную систему «обмена валюты», которая связывает анаболизм с катаболизмом. Эта восхитительная система позволяет нам запихивать в рот почти все что угодно и каким-то образом безо всяких усилий превращать спрятанную там химическую энергию в мысли и движения.

Можно сказать, что метаболизм – это половина того, что значит быть живым. Но цикл энергии, в принципе подходящий под определение обмена веществ, встречается во многих системах (например, любой природный круговорот). В понятие живого организма, по крайней мере в известных нам земных вариантах, входит, помимо метаболизма, еще один цикл: информационный. Живые организмы обладают наследственностью. Но, перед тем как я произнесу слово на букву «г», предлагаю отвлечься на легкий пересмотр природы реальности.

Мир как рецепт пирожка

В бытовом смысле мы используем слово «информация» для обозначения значимого и обычно передаваемого знания. Информация передается, когда два человека разговаривают. При чтении информация преобразуется из письменной формы в мысленную. Информация копируется, если переслать файл с одного компьютера на другой. Может показаться, что само понятие информации возникает в тот момент, когда что-то значимое куда-то передается. То есть с бытовой точки зрения информация – это «мера общения», слово, обозначающее передачу каких-то важных параметров из одной системы в другую.

С более формальной, физической точки зрения информация совсем необязательно должна куда-то копироваться или что-то значить, чтобы быть информацией. Информация – это не передача параметров, это сами параметры. Абстрактное описание системы, отличающее ее от других систем. Например, в доме содержится информация о взаимном расположении кирпичей, и эта информация существует независимо от самих кирпичей, от вашего знания об этих кирпичах и вообще от материального мира. Она может быть нигде не записана и никому не известна, но она то, что отличает дом от груды кирпичей. Информация – не столько «мера общения», сколько «мера порядка», индекс свойств системы, выделяющий ее из хаоса. Она «содержится» в материи, но существует независимо. Например, роман «Война и мир» – это информация, абстрактное описание того, как должны быть расположены буквы на листе, чтобы отражать задумку автора. Эта информация может содержаться в бумажной книге или в памяти компьютера, но эти материальные носители – не то же самое, что великий роман русского классика.

С этой точки зрения можно еще раз взглянуть на Вселенную в целом. Из чего она состоит? Допустим, что всю Вселенную взяли, стерли в порошок и распылили до гомогенного пара. Суммарное количество энергии останется точно таким же, даже количество атомов и частиц вряд ли изменится (зависит от того, как стирать в порошок). Что исчезнет при таком стирании – так это информация. Распределение атомов и энергии между реками и морями, материками, планетами и галактиками, распределение, благодаря которому они были собой. Не будет ли логичным сказать, что из информации Вселенная и состоит? Энергия – это начинка Вселенной, а информация – рецепт вселенского пирожка. Вот вам и легкий пересмотр реальности.

Что делает жизнь живой? Способность воспроизводить информацию. Точнее, способность информации воспроизводить саму себя. Но все по порядку.

Молекула всего

Принципиальны для понимания жизни два типа молекул: белки и нуклеиновые кислоты.

Это огромные молекулы, если смотреть на них с точки зрения неживой природы. Допустим, вы атом углерода – как мы помним, четверорукий крепкий хозяйственник, из которого в основном выстроены молекулы живого организма.

Допустим, ваш диаметр соответствует человеческому росту. В таких координатах средний белок будет размером эдак со Спасскую башню или статую Свободы, а рибосома – машина для изготовления белков – примерно с футбольный стадион. Матричная РНК – программа, которая в эту машину вставляется, – окажется лентой шириной в 20 метров, а длиной в десятки километров. ДНК – две похожие ленты, закрученные друг вокруг друга, но ленты настолько длинные, что это, скорее, дороги, ведущие из ниоткуда в никуда. У бактерий ДНК замкнута в огромное кольцо окружностью в половину, а иногда и весь земной экватор. У человека ДНК не кольцевая, поэтому начало и конец у нее все-таки есть, зато длина человеческой ДНК во много раз больше бактериальной. В наших воображаемых координатах расстояние между двумя концами ДНК в человеческой хромосоме – порядка расстояния от Земли до Луны. Оно и в обычных, реальных-то координатах впечатляет. Каждая хромосома – это одна молекула ДНК, намотанная на плотно упакованные катушки из белков-гистонов, а всего хромосом в каждой клетке 46 штук. Если хромосомы размотать, то в каждой клетке человека обнаружится аж два метра ДНК³.

Белки – совершенно несуразное название для чего-то настолько важного и величественного. Что такое белок, знает каждый ребенок: белок – это белая, по-моему, менее вкусная часть яйца. Какая связь между яичным белком, прозрачным желе, белеющим при нагревании, и белками, из которых состоит наше тело, понять очень сложно. Яичная аналогия помогает усвоить, что белки очень питательные, но мешает понять, что белок вовсе не гомогенная масса одного и того же вещества.

Ту же, в общем, идею однородности белкового вещества выражает синоним «белка» – «протеин». Предложил его в 1838 г. шведский ученый Йёнс Якоб Берцелиус в письме голландскому химику по имени Геррит Ян Мульдер⁴. Мульдер изучал химический состав разных биологических субстанций (шелка, яиц, плазмы крови) и пришел к убеждению, что в основе всего живого лежит одна и та же сущность, «первовещество». Мульдер фантазировал, что это первовещество производить умеют только растения и в этом заключается их питательная ценность для животных. Берцелиус – выдающийся шведский химик, с которым Мульдер много лет переписывался, – предложил так это первовещество и назвать: протеин, от слова πρώτειος, то есть «первичный» по-гречески.

Все оказалось несколько иначе, чем предполагал Мульдер. «Первовещества» как такового на самом деле нет. Все сложные молекулы, из которых мы состоим, производят наши собственные клетки из простейших деталей, причем организм великолепно умеет изготавливать одни детали из других. Некоторые детали должны обязательно поступать с пищей, как, например, половина аминокислот – из них состоят белки. Но в целом живой организм обходится тем, что имеет. Как правило, он может сожрать что угодно, разобрать практически на атомы и собрать в любые нужные ему молекулы. Поэтому идея о том, что растения производят некий единый белок, из которого состоят животные, неверна. Тем не менее Мульдер действительно нащупал кое-что важное и общее между изучаемыми им субстанциями. Просто они оказались не одним и тем же белком, а разными белками. Белок – не одна какая-то молекула, а тип сложного химического соединения, представляющий собой разнообразные цепи из одинакового набора деталей, бусин, аминокислот. То есть химически белки очень похожи друг на друга, что и натолкнуло химика Мульдера на мысль о «первовеществе». Но главное в белке то, что разные последовательности бусин позволяют создавать совершенно разные молекулы из одного и того же набора компонентов.

Эти разнообразные белки правят живым организмом. Как рабочие разных профессий, они делают все, что только можно в нем делать. Мы перевариваем пищу с помощью белков, дышим кислородом с помощью белков, двигаемся с помощью белков. Белки копируют ДНК, синтезируют клеточную мембрану, а при формировании долгосрочной памяти белки в гиппокампе отправляют при помощи белков белковые сигналы другим белкам в кору. Всего у человека порядка 20 000 разных белков⁵, но каждая клетка решает, когда и в каких количествах производить из них тот или иной белок.

В общем, как «первовещество» термин «протеин» себя не оправдал: белок – это не одна вещь, а огромное количество похожих вещей. Я предлагаю простое решение вопроса: можно переосмыслить этимологию слова как отсылку к греческому богу Протею, морскому божеству, способному принимать разные формы. Тогда все встает на свои места. Так или иначе, «протеин» – слово, конечно, поэлегантнее, чем «белок», но, к сожалению, в русском языке так белки называют только продавцы биодобавок. Так что придется терпеть яичную терминологию. Белки так белки.

Нуклеиновые кислоты – название еще хуже. Во-первых, длинное, сложное, учебником химии веет за километр. Во-вторых, тот факт, что нуклеиновые кислоты именно кислоты, конечно, многое определяет в их химических свойствах, но для общего понимания их смысла совершенно не принципиален. Да и «нуклеиновость» этих кислот, в общем, вторична. Nucleus означает «ядро», отдел клетки, в котором у нас, эукариот, нуклеиновые кислоты хранятся. У бактерий – самой многочисленной формы жизни на Земле – ядер нет, а кислоты все равно нуклеиновые.

Что такого важного в нуклеиновых кислотах – ДНК и РНК? Сами по себе, то есть без белков, они почти беспомощны. За редкими (хотя и важными) исключениями, о которых речь впереди, нуклеиновая кислота тихо лежит, а белки с ней что-то делают. Сила нуклеиновых кислот не в работоспособности или многофункциональности, а в том, что они несут информацию о том, какими нужно быть белкам, чтобы исполнять нужные функции. Нуклеиновые кислоты кодируют белки. Белки на самом деле – это не рабочие, а роботы. Они изготавливаются по специальным программам, записанным в нуклеиновых кислотах.

Физически и белки, и нуклеиновые кислоты представляют собой цепи, сложенные из последовательностей повторяющихся деталей, блоков, бусин. Белки состоят из блоков, называемых аминокислотами, нуклеиновые кислоты – из блоков, называемых нуклеотидами.

В белках 20 возможных составных частей, причем все они очень разные с химической точки зрения. Аминокислоты – это как набор «Юный химик». Все их можно комбинировать в почти бесконечном количестве вариантов. Благодаря разным последовательностям аминокислот разные белки приобретают разные свойства, изгибаются в сложные трехмерные формы, покрытые всевозможными химическими группами, работающими как детали машины. Это обилие компонентов и комбинаций дает белкам такое бесконечное разнообразие функций. В конечном итоге все сводится к простейшему рецепту: такие-то аминокислоты в такой-то последовательности. Информация определяет функцию. Последовательность белка решает, что этот белок умеет делать.

Четырехбуквенный роман

Что касается нуклеиновых кислот, то они бывают двух типов: рибонуклеиновая (РНК) и дезоксирибонуклеиновая (ДНК). По молекулярному составу они очень похожи друг на друга, но их роли и значение совершенно разные. О РНК разговор впереди, пока же для простоты можно ограничить нуклеиновые кислоты знаменитой двойной спиралью ДНК.

В ДНК всего четыре составные части, причем не так сильно различающиеся по химической сущности. Но эти составные части, нуклеотиды, обладают ключевым свойством, носящим название комплементарности. Комплементарность – это способность одной цепи нуклеотидов связываться с другой комплементарной цепью нуклеотидов, если их последовательности соотносятся как негатив и позитив. Иначе говоря, это способность одной цепи задавать другую цепь, и наоборот.

Благодаря этому свойству нуклеотидные цепи идеально подходят для воспроизведения особого типа информации, которую называют наследственной информацией, генетической информацией или просто генами. (Вот оно, слово на букву Г!) Все гены организма в совокупности называются геномом[1]. Ген – это фрагмент генома, как глава – фрагмент романа. Геном записан в ДНК, как роман записан в книге.

Каждая цепь ДНК состоит из четырех возможных нуклеотидов: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Их иногда даже называют для простоты «буквами»: А, Г, Ц и Т. Эти буквы связаны друг с другом последовательно, как бусины: например, Т-Ц-Ц-Г-А. Благодаря химической структуре четырех нуклеотидов, такая цепь может связаться с другой, параллельной цепью, причем к А подходит только Т, а к Г – только Ц, и наоборот. То есть парная цепь в нашем примере: А-Г-Г-Ц-Т. Две эти цепи, встретившись, обовьются друг вокруг друга и образуют двойную спираль, а две другие цепи со случайными, не подходящими друг к другу последовательностями ее не образуют. Такую «парность» двух цепей и называют комплементарностью, а сами парные последовательности – комплементарными.

Чем так принципиальна комплементарность? Благодаря тому, что последовательность одной цепи «знает» последовательность другой цепи, ДНК можно копировать. Имея две цепи, достаточно знать последовательность одной из цепей, чтобы восстановить всю исходную молекулу. Это происходит при делении любой клетки. ДНК разматывается из двойной спирали на две отдельные нити, и недостающая нить достраивается специальными белковыми роботами по принципу комплементарности. В итоге образуются две одинаковые двойные спирали, которые распределяются между дочерними клетками³.

То есть нуклеиновые кислоты, благодаря своей химической структуре, позволяют копировать содержащуюся в их последовательности информацию. В каком-то смысле комплементарные цепи ДНК – это воплощение самой идеи жизни. Удвоение, копирование, размножение, деление – все это синонимы, когда речь идет о ДНК. (Вдумайтесь: только в биологии множить и делить – это одно и то же.) Даже производство Евы из ребра Адама следует тому же самому принципу, что и копирование последовательности ДНК: имея часть исходника, восстанови недостающее.

Но самое главное в том, что эта самая генетическая информация, последовательность нуклеотидов, так хорошо приспособленная к копированию, имеет скрытый смысл, который в ней можно прочесть, если знать шифр. Последовательность нуклеотидов – не просто молекулярные бусы. Это код. Информация в ДНК означает последовательность белка, а вместе с ней – то, что белок делает: дыхание, движение, питание, и все остальные функции живого организма. С помощью этого своего кодирующего свойства бездейственная ДНК, тихо хранящая в себе мудрость поколений, манипулирует окружающим миром, извлекая из себя информацию о полчищах белковых роботов.

Роботы кодируются четырехбуквенным кодом, в котором каждой аминокислоте соответствует «слово» из трех букв: АТТ – изолейцин, ГЦЦ – цистеин и так далее. Всего возможны 64 таких слова, и они распределены между 20 аминокислотами и специальными обозначениями «конец белка»: ТАА, ТАГ и ТГА. Если часть последовательности ДНК прочитать со специальным словарем, то получится последовательность белка.

КСТАТИ

Словарь перевода с нуклеотидного на аминокислотный называется генетическим кодом. Генетический код – это не то же самое, что генетическая информация. Генетическая информация – это все, что записано в ДНК. Генетический код – это таблица из 64 трехбуквенных комбинаций нуклеотидов, или кодонов, и соответствующих аминокислот, которые они кодируют. «Таблица кодонов» висит над столом у многих биологов наподобие таблицы Менделеева у химиков или, наверное, карты метро у работников метрополитена – требуется часто, теоретически можно и запомнить, но зачем?

В живой клетке есть специальная машина, ответственная за «перевод со словарем». Этот огромный молекулярный комплекс под названием рибосома – точка, в которой производятся белки и в которой нуклеиновые кислоты сообщают им свою генетическую волю. Здесь принципиальной становится вторая из кислот, рибонуклеиновая, она же РНК, родственница вездесущей двойной спирали. Пора составить семейный портрет.

В центре догмы

ДНК строга, спокойна, склонна к стабильности. Ее роль – нести свое знание из поколения в поколение с максимальной точностью. Она как жрица, живущая под грузом вечности: в ней содержатся гены, исчисляющие время эпохами. ДНК – это обычно гигантская цепь из миллионов нуклеотидов, и разные белки записаны в разных участках этой цепи. Гéном, в принципе, можно называть любой участок ДНК. По Ричарду Докинзу, например, ген – «единица, продолжающая существовать в ряду многочисленных последовательных индивидуальных тел»⁶. Но обычно в качестве такой единицы выбирают участок ДНК, обозначающий один белок.

РНК куда менее стабильна, чем ДНК, – постоянная головная боль для биохимиков, пытающихся ее исследовать. Она ретива и мимолетна, но в каком-то смысле гораздо более талантлива, чем ее статная родственница ДНК. ДНК не умеет делать ничего и только торжественно хранит покой содержащихся в ней генов. РНК не сравнится с белком в плане талантов, но в принципе умеет делать множество вещей, иногда даже вступая в принципиально важные химические реакции. Ее жизнь коротка, а по размерам она редко превышает тысячу-другую нуклеотидов (хотя и при такой длине РНК крупнее большинства белков).

РНК – это копия одного из участков ДНК. Она как бы распечатка одного из тысяч негативов, хранящихся в архиве. Сделать такую распечатку можно, конечно, благодаря комплементарности. На одну из цепей ДНК садится специальный белок, называемый РНК-полимеразой, и собирает комплементарную ей цепь, только состоящую из слегка отличающихся нуклеотидов. В реальном времени РНК-полимераза скорее летит вдоль цепи ДНК, а растущая копия – цепь РНК – змеится за ней хвостом. Весь процесс «распечатки» называется транскрипцией. Транскрипция – это изготовление РНК на базе последовательности ДНК.

КСТАТИ

Нуклеотиды в РНК называются рибонуклеотидами, а в ДНК – дезоксирибонуклеотидами, в последних на один кислород меньше, отсюда «дезокси». Помимо этого отличия, есть еще одно: в РНК вместо тимина (Т) используется урацил (У). Ничего важного для понимания при этом не меняется. Это примерно как отличие украинского алфавита от русского – не очень значительные, исторически сложившиеся различия в буквах.

Цепь РНК как таковая по химической структуре почти идентична ДНК, но из-за небольших отличий в нуклеотидах ведет себя иначе. РНК не склонна к длинным цепям и двойным спиралям, хотя это и возможно: двухцепочечная РНК есть, например, у некоторых вирусов. Вместо двойных спиралей, в которых друг к другу прилипают целые комплементарные цепи, одиночная цепь РНК живет сама по себе, но любит изгибаться в сложные трехмерные структуры – совсем как белок. Это происходит за счет комплементарного «слипания» разных участков одной и той же цепи РНК, изгибающего молекулу в том или ином направлении. В совокупности с большей, чем у ДНК, реакционной способностью все это ставит РНК в каком-то смысле посередине между двумя главными молекулами природы. По своей сущности РНК – почти ДНК. Она состоит из нуклеотидов и может транскрибироваться («распечатываться») с одной из цепей двойной спирали. Но по своей склонности к сложным трехмерным формам и готовности вступать в химические реакции РНК – почти белок.

С транскрипции начинается путь гена – информации, записанной в ДНК, – в материальный мир. Поэтому одна из основных задач клетки состоит в регуляции транскрипции. Клетка населена армиями белков, называемых транскрипционными факторами, которые занимаются исключительно тем, что включают и выключают транскрипцию тех или иных участков ДНК в зависимости от всевозможных сигналов, получаемых ими от других белков или из окружающей среды. Говоря, что клетка «включает» какой-нибудь ген, биологи в большинстве случаев имеют в виду включение транскрипции этого гена.

Ген, скопированный в свежую цепочку РНК, внезапно обретает мобильную форму. В таком виде он может путешествовать по клетке и даже между клетками, взаимодействовать с белками, а иногда складываться в «белковоподобные» трехмерные машины. Но особым статусом пользуются РНК, которые сами ни во что сложное не складываются и ничего интересного не делают, а только смиренно несут в себе генетическое послание, на основе которого будет изготовлен белок. В английском языке их так и называют: messenger RNAs, «РНК-посланники». В русском языке аббревиатура мРНК обычно расшифровывается как «матричные», что отражает их суть (эти РНК служат матрицей для изготовления белков), но немного лишает душевности[2].

Куда несут свое послание РНК-посланники? На рибосому. Это, напомню, огромная молекулярная машина, можно сказать станция, на которой производятся белки, где нуклеотидный язык переводится на аминокислотный. Она умеет брать «генетическое послание», матричную РНК, и, пропуская через себя шагами в три нуклеотида, параллельно собирать соответствующий белок, бусина за бусиной. В зависимости от того, какую матричную РНК вставить в рибосому, она может произвести любой белок. Рибосому можно считать древнейшим компьютером, работающим по алгоритму генетического кода.

РНК-полимераза (белок, который «распечатывает» гены в РНК) и рибосома (машина, которая «переводит» РНК в белок) в совокупности делают принципиально важную вещь: они придают информации форму. Ген – абстрактная идея, записанная в последовательности нуклеотидов, – никак не влияет на мир до тех пор, пока не обретет физическое тело, отдельное от бесконечного рулона ДНК. Транскрипция дает ему материальную жизнь в форме РНК; трансляция в белок дает ему способность управлять внешним миром. Именно свойствами белков определяются свойства живого организма. Белки решают, как работает пищеварение. Белки решают, какой формы нос. Белки решают, с какой скоростью двигается по мозгу нервный импульс.

Этот процесс превращения информации в функцию в биологии называется Центральной догмой. Центральная догма – что-то вроде биологического закона, универсальный принцип работы любого известного нам живого организма. Земля вертится вокруг Солнца, дважды два – четыре, белок считывается с гена, а ген с белка – нет.

КСТАТИ

Обычно Центральную догму рисуют в «тройном» виде: ДНК→РНК→белок. Имеется в виду, что в живых организмах информация всегда движется в этом направлении, а в обратном направлении не движется. Сформулированная таким образом в 1960-е гг. Центральная догма, впрочем, быстро пошатнулась, когда были открыты ретровирусы. Те умеют изготавливать ДНК на базе РНК. Так поступает, например, вирус иммунодефицита человека. Его геном записан в форме РНК, но при попадании в человеческую клетку он изготавливает свою ДНК-версию и встраивается в геном хозяина. Процесс производства ДНК на матрице РНК называется обратной транскрипцией, а «ретро-» в названии ретровирусов по той же причине означает «назад». То есть ретровирусы – вирусы-оборотни.

В дальнейшем нашлись и другие примеры синтеза ДНК из РНК, поэтому репутация Центральной догмы как аксиомы была подпорчена. И все же если схему перерисовать в «двойном» виде, то ее действительно можно считать неколебимым законом живого: нуклеиновые кислоты→белки.

Или еще абстрактнее: информация→функция.

Последний универсальный

Задача этой книги – представить себе историю живого в виде последовательности реальных событий, мгновений прошлого, ключевых точек во времени, определивших нашу сегодняшнюю жизнь как разумных существ. Первым и главным из таких событий должен стать, несомненно, момент возникновения жизни на Земле. Проблема в том, что мы решительно ничего о нем не знаем. Не знаем, что произошло, не знаем – где, не знаем – когда, не знаем даже, что именно происхождением жизни нужно считать.

Например, мы не знаем, было ли возникновение жизни единичным событием. Вполне вероятно, что жизнь зарождалась многократно даже на нашей планете, не говоря уже о других потенциально возможных мирах. Но сколько бы раз это ни происходило, можно с достаточной долей уверенности утверждать, что вся ныне существующая жизнь на Земле берет свое начало от одного-единственного предка. Свидетельствует об этом простой факт: вся современная жизнь, от бифидобактерий до носорогов, работает по одному и тому же принципу: информация хранится в ДНК и выражается (по-биологически – экспрессируется) в белках при посредничестве РНК.

Это, возможно, главное открытие молекулярной биологии XX в. Центральная догма заполнила пропасть между «простыми» и «сложными» организмами, объявив, что различия между ними видны только на поверхности, а в глубине все они неимоверно сложны, а главное – сложны совершенно однотипным виртуозным балетом макромолекул.

Это та же логика, которой пользуется сыщик, чтобы отличить не связанные между собой преступления от серийных. Если между картинами преступлений есть сходство достаточной сложности, то такой «почерк» свидетельствует о том, что эти преступления совершены одним и тем же человеком. Разбитые окна на месте кражи не считаются, потому что это слишком просто: легко представить, что разные преступники оставляют одну и ту же улику независимо друг от друга. Но если окно в каждом случае аккуратно вырезано одним и тем же инструментом, то куда вероятнее, что это дело рук вора-рецидивиста. В случае с живыми организмами инструменты их функционирования настолько сложные и настолько одинаковые, что почти никто не сомневается в их едином происхождении.

Итак, насколько можно судить, всё ныне живущее произошло от одного организма. Этот организм, по-видимому, был клеткой (об этом его свойстве речь в следующей главе) и уже обладал ДНК, РНК и белками. Считается, что он жил на нашей планете примерно 3,5 млрд лет назад. В англоязычной литературе для обозначения этого нашего таинственного дедушки из глубины времен используется аббревиатура LUCA – last universal common ancestor, то есть «последний универсальный общий предок». ЛУКА благозвучнее, чем ПУОП, поэтому пусть Лукой и будет.

Почему «последний»? Потому что между происхождением жизни (моментом, когда неживая материя стала живой) и Лукой (организмом, к которому восходит родословная всего ныне живущего) прошел промежуток времени, о котором, как вы уже догадались, ничего не известно. Теоретически жизнь могла зарождаться, множиться и вымирать миллионы лет и миллионы раз до того, как возник Лука, чьи потомки оказались удачливее и в конечном итоге населили сегодняшнюю Землю. То есть до Луки у сегодняшних живых организмов была еще масса других общих предков, но только потомки Луки дожили до наших времен. Лука – это как древний египтянин или миноец: он явно появился не на пустом месте, но про то, что было раньше, известно так мало, что школьные учебники по истории Древнего мира туда даже не заглядывают.

Самое главное неизвестное в истории жизни на Земле – что было до Луки. Исследования этого вопроса, в общем, не что иное, как гадание на кофейной гуще, пусть и с навороченными приборами. Ученые задаются не столько вопросом «Как жизнь возникла?» (ответов на такой вопрос искать просто негде), сколько вопросом «Как в принципе могла возникнуть жизнь?». Если конкретнее, то какой может быть теоретическая последовательность событий, ведущая от атомов и случайных, «неживых» химических реакций к первой известной форме жизни «современного» образца – Луке. Для такого спонтанного превращения неживого в живое есть специальное слово: абиогенез.

О шансах урагана на сборку боинга

На первый взгляд, сама идея такой «случайности» смехотворна. В повседневной жизни мы не сталкиваемся со случайностями, в результате которых из пыли вырастают многоэтажные здания, а ураган, проносящийся по свалке, собирает «Боинг-747». Последнее – ходовой аргумент креационистов, якобы сводящий абиогенез к абсурду.

КСТАТИ

В советские времена пользовалось популярностью определение жизни по Фридриху Энгельсу: «Жизнь – способ существования белковых тел»⁷. Это цитата из любопытного спора о происхождении жизни.

Источник – комментарий Энгельса к статье биолога Морица Вагнера, опубликованной в 1874 г. Вагнер, опираясь на размышления великого химика Юстуса фон Либиха, доказывает, что жизнь подобна материи, ее невозможно создать или уничтожить, она всегда есть, всегда была и, наверное, есть везде. Вот на Нептуне, например, наверняка все кишит бактериями. (Планета Нептун названа в честь римского морского бога, потому что выглядит синей, как будто покрытой сплошным океаном. Сегодня мы знаем, что, хотя на Нептуне действительно есть вода, к жизни он совершенно непригоден, а своим цветом обязан не океану, а облакам метана⁸.)

Энгельс на это с презрением обзывает Либиха с Вагнером дилетантами и заявляет, что создать жизнь с нуля – пара пустяков, надо только научиться синтезировать белки. Вот полная цитата:

«Жизнь – это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка. ‹…› Если когда-нибудь удастся составить химическим путем белковые тела, то они, несомненно, обнаружат явления жизни и будут совершать обмен веществ, как бы слабы и недолговечны они ни были»[3].

Интересно, что для Энгельса жизнь – это белок плюс метаболизм. (Еще интереснее, что смерть – «разложение белка».) В остальном в споре между Вагнером, Либихом и Энгельсом обе стороны сегодня смотрятся наивно. Конечно, никто из них ничего не знал про гены, ДНК и механизм наследственности, поэтому в принципе не мог адекватно судить о происхождении жизни. Но эта пропасть знания, отделяющая нас сегодняшних от современников Энгельса, гораздо шире, чем генетика. Ученым 1870-х гг. казалось, что клетка есть сгусток белка, что от простой клетки – бактерии, например – рукой подать до неживой материи. С общим развитием биологии и особенно с появлением электронных микроскопов стало понятно, что любые, даже самые примитивные, клетки настолько сложны, что «составить химическим образом» клетку с нуля в обозримом будущем можно даже и не помышлять.

Что вообще такого уж дикого в сборке боинга ураганом? Дело не в принципиальной способности спонтанных событий порождать нечто сложное – дело в том, насколько сложным должно быть спонтанное событие, породившее жизнь. Самое известное свидетельство того, что ураганы в принципе могут что-то собрать на свалке, – это знаменитый эксперимент Миллера – Юри, который в 1953 г. показал, что, если в замкнутой колбе долго греть и бить током простейшие молекулы, из них образуется масса сложных и интересных органических соединений⁹. Если бы в колбе у американского химика Гарольда Юри и его студента Стэнли Миллера возникли целые клетки, то боинг был бы собран, а вопрос о происхождении жизни фактически решен. Но даже получившиеся у них аминокислоты и сахара – это огромный шаг от неживого к живому, и мы точно знаем, что этот шаг возможен.

Метафора «боинга, собранного ураганом», озвучивает другую проблему. Дело не в том, что на свалке нет нужных исходных деталей или что вихрь физически не может собрать самолет, эти возможности предусмотрены самим включением свалки и урагана в метафору. Свалка – источник вещества, где, если поискать, можно найти все, что требуется. Ураган – внешний источник энергии, обладающий достаточной силой, чтобы поднять и столкнуть между собой нужные детали. Проблема не в слабости урагана или отсутствии деталей, а в том, что ураган не знает, какие детали как сталкивать. Он не обладает информацией, нужной для правильной сборки боинга, – а это огромное количество информации, описывающей каждое сочленение каждой детали, каждую химическую связь. А если не знает ураган, то кто-то, следуя логике метафоры, должен знать. Но между абиогенезом и случайной сборкой боинга ураганом есть несколько принципиальных отличий. Во-первых, никто не утверждает, что боинг, то есть Лука, должен был собраться разом, в один этап. Наоборот, совершенно очевидно, что его сборка шла постепенно, от более простых вариантов к более сложным, причем подавляющее большинство собранных конструкций быстро развалились и были забыты. Во-вторых, каждый из успешных вариантов обладал способностью собирать свою собственную копию. То есть протобоинги должны были быть не столько примитивными самолетами, сколько боингособирающими роботами. Наконец, нет никаких оснований полагать, что ураган пронесся по свалке всего один раз. Вполне возможно, что ураган длился миллиарды лет, все это время концентрируясь на одной и той же свалке.

Все это растягивает метафору боинга до неузнаваемости, но существенно упрощает мысленную гимнастику вокруг происхождения Луки. Если представить, что определенная и не очень сложная комбинация деталей на свалке создает в результате машину, которая ездит по свалке и собирает себе подобные машины, то такую машину достаточно собрать один раз, дальше цикл сборки станет самовоспроизводящимся и размножающимся, а со временем случайные изменения приведут к разнообразию и постепенному изменению машин-потомков. Это решает главную проблему урагана-сборщика: отсутствие информации. Ураган не знает, что нужно собирать, но кто-то знает – так вот, самовоспроизводящаяся машина и есть этот кто-то. Она обладает информацией (собственной структурой), которую умеет воплощать в реальность (создавать такую же структуру), а все последующее – лишь постепенные изменения этой исходной информации.

Машина для производства себя

Короче говоря, чтобы представить происхождение жизни, совсем необязательно представлять, как из камня и воды возникает готовая клетка с ДНК, РНК и белками. Представить себе нужно самую простую самовоспроизводящуюся машину, которую только возможно представить, а потом придумать, что за ураган (источник энергии) и на какой свалке (источник вещества) мог такую машину породить. Этим и занимаются исследователи абиогенеза: пытаются найти простейшую систему самовоспроизведения и придумать ей реалистичное место рождения.

Даже это, впрочем, задача изрядной сложности. Происхождение Центральной догмы – это как загадка про курицу и яйцо, только с тремя компонентами. Чтобы из одного организма сделать другой, нужно удвоить его ДНК, РНК и белки. Чтобы сделать ДНК или РНК, нужны белки. Чтобы сделать белки, нужны РНК и ДНК. Представить, что одна из этих молекул появляется случайным образом из неживых компонентов, еще можно, хотя и тут нужно много фантазии. Но представить, что все три молекулы появляются случайно независимо друг от друга и самопроизвольно сливаются в свой сложнейший многоступенчатый танец, – это уже слишком. Нужно более простое начало.

Сегодня наибольшей популярностью пользуется идея о том, что таким более простым началом, предшествующим Луке и Центральной догме, был так называемый РНК-мир^10–13. В основе этой гипотезы лежит уже упоминавшийся факт: РНК – это в каком-то смысле нечто среднее между белком и ДНК. Она может одновременно воспроизводить информацию (благодаря комплементарным свойствам своих нуклеотидов) и выполнять химические реакции (благодаря реакционной способности и склонности к сложным трехмерным структурам).

ДНК – прекрасный архив информации. Она химически стабильна, а ее двойная спираль – встроенный механизм копирования. Но молекула ДНК ничего не умеет делать. Белки – идеальные машины, многофункциональные, как швейцарский нож. Но белки не умеют себя копировать: каждая молекула белка собирается с нуля на рибосоме. По сравнению с этими двумя молекулами РНК, на первый взгляд, проигрывает: архив из нее не очень хороший из-за нестабильности, а машина и вовсе посредственная, потому что всего с четырьмя похожими друг на друга деталями в функциональном смысле не разбежишься. Но РНК уникальна в природе тем, что она может быть и архивом, и машиной одновременно.

Именно поэтому РНК занимает центральное место в фантазиях биологов о происхождении жизни. Самый простой способ представить, как могла появиться Центральная догма, – это сначала представить себе самодостаточную, самокопирующуюся молекулу РНК, а затем то, как эта РНК обзавелась белками, научившись превращать свою собственную четырехбуквенную последовательность в совершенно новую, более многофункциональную цепь из 20 аминокислот. Это открыло перед РНК невиданные возможности для оптимизации собственных функций, включая производство более стабильного, двухцепочечного архива – молекулы ДНК.

КСТАТИ

РНК-мир – ни в коем случае не установленный факт, а только гипотеза: при написании этой книги, например, мне пришлось отбиваться от знакомых эволюционистов, яростно и вполне убедительно доказывающих, что первыми должны были появиться не нуклеиновые кислоты, а белки, то есть что Берцелиус со своем термином «протеин» («первовещество») попал в точку.

Если же все-таки следовать мнению большинства и верить в РНК-мир, можно сказать, что РНК – это исходная форма жизни, главным событием в истории которой стало изобретение белков^{14, 15}. В современной клетке почти все важное делают белки, а РНК в основном просто переносит генетическую информацию. Но некоторые из наиболее древних клеточных машин сохранили в себе, как предполагается, следы добелкового мира, в котором РНК сама выполняла химическую работу. Главная из таких машин – рибосома, станция производства белка.

Рибосома – это конгломерат из нескольких десятков молекул, включающих РНК и белки, но первенство в синтезе белка принадлежит именно РНК¹⁶. Рибосомная РНК ответственна за самую главную ступень процесса: формирование пептидной связи, то есть связи между двумя аминокислотами в растущей цепи белка. Другая РНК, называемая транспортной, выступает в качестве переносчика аминокислоты. Она подставляет нужную аминокислоту под растущую цепь белка в зависимости от того, какое трехнуклеотидное «слово» в данный момент проходит сквозь рибосому в составе матричной РНК, с которой белок считывается.

Сказать, что в ходе трансляции одни РНК берут другую РНК и делают на ее матрице белок, – преувеличение, но не слишком большое. То есть в истории жизни вполне можно представить себе момент, когда доселе самостоятельные РНК научились производить на своей основе белки и заложили тем самым основу будущей Центральной догмы.

В общем, если возможен абиогенез РНК-мира, имея миллиард-другой лет и долю фантазии, можно получить все остальное. Поэтому ключевые вопросы о происхождении жизни на сегодняшний день сводятся к следующим: возможна ли самодостаточная, самокопирующаяся РНК? Если да, то могла ли она появиться случайно? Если да, то где?

Ответ на первый вопрос, похоже, утвердительный. Даже не имея в распоряжении миллиарда лет, ученые умудрились искусственно создать РНК-систему, неограниченно воспроизводящую саму себя без участия белков или каких-либо других молекул^{17, 18}. Нюанс в том, что система эта состоит не из одной самодостаточной молекулы РНК, нанизывающей нуклеотид на нуклеотид, а из нескольких молекул, чья совместная деятельность замкнута в цикл самовоспроизведения: каждая молекула делает что-то свое, но в сумме получается копия всей системы.

Это не сильно усложняет гипотезу происхождения жизни, даже наоборот, так реалистичней. Вместо рождения одной-единственной волшебной молекулы, которая внезапно начинает копировать себя, проще представить бульон из случайных, разнообразных молекул, каждая из которых исполняет какую-то случайную химическую реакцию^19–21. Большинство из этих реакций никуда не ведут, но в один прекрасный день возникает такая комбинация реакций, которая приводит к собственному началу, то есть замыкается в цикл. Поскольку при таком варианте молекулы – участники цикла будут удваиваться, со временем их станет больше, чем молекул с «бесполезными» свойствами.

На мой взгляд, гипотеза каталитического РНК-цикла – самая правдоподобная версия происхождения жизни на Земле. По такой версии, жизнь возникла в то мгновение, когда на свалке молекул случайная комбинация химических реакций замкнулась в кольцо и тем самым впервые закрутила колесо непрерывного воспроизведения информации, не останавливающееся до наших дней.

Второй вопрос – могла ли РНК появиться случайно? – требует решения нескольких проблем. Нужно, чтобы случайно появились нуклеотиды, отдельные «буквы», детали РНК. Нуклеотид, конечно, проще, чем целая РНК, но все равно довольно сложная молекула, и долгое время его самопроизвольное происхождение без участия белков-ферментов, синтезирующих нуклеотиды в современном живом организме, казалось маловероятным. Это один из аргументов в пользу первичности белка: аминокислоты проще, чем нуклеотиды, поэтому спонтанное появление белков требует меньше воображения, чем появление РНК. Тем не менее недавние исследования²² показывают, что ядро нуклеотида может эффективно собраться из очень простых компонентов в условиях, напоминающих условия древней Земли. Но и этого мало. Нужно чтобы нуклеотиды самопроизвольно объединялись в цепочки достаточной длины. В современных организмах это происходит только при копировании ДНК или РНК – то есть, чтобы сделать длинную цепочку, нужен исходник в виде другой длинной цепочки. Но как могли появиться первые длинные цепочки?

Здесь принципиальным может стать ответ на третий вопрос: где именно могла появиться РНК? Возвращаясь к метафоре с боингом, свалкой и ураганом, место действия должно отвечать определенным условиям: в нем должно быть достаточно нужного вещества (свалка) и достаточно внешней энергии (ураган). Есть и другие условия: например, место должно быть в водной среде (иначе никакие биологические молекулы работать не умеют), но при этом обладать пространственными ограничениями (иначе они бы просто рассеялись по океану). В идеале место происхождения РНК еще должно как-то решать задачу синтеза длинных цепей.

Потерянный город

Есть масса версий о месте рождения жизни. По одной версии, например, РНК появилась во льдах^23–26. Физико-химические свойства льда таковы, что он может решить проблему длинных цепочек (они стабильнее при низких температурах) и пространственных ограничений (в смеси воды и льда вещества рассеиваются гораздо меньше, чем просто в воде). Но лед проблематичен как источник веществ (не совсем понятно, откуда браться исходному материалу) и энергии (при низкой температуре все химические реакции идут медленнее).

По другой версии, жизнь появилась в «маленьком теплом пруду» – эту фразу придумал еще Дарвин²⁷.

Классику виделся резервуар воды, в котором накапливались неорганические вещества, как накапливается соль в кастрюле, из которой выпаривают воду. Сегодняшние сторонники версии «пруда» считают, что исходные органические вещества – стройматериалы для будущей жизни – могли быть занесены туда метеоритами²⁸. Такой маленький пруд решает проблему вещества и пространства, а дополнительная энергия – солнечный жар и электричество молнии – позволяет этому веществу превратиться в живое. А. И. Опарин в 1930-е гг. дополнил дарвиновскую идею «первичного бульона» концепцией коацерватов – сгустков вещества, напоминающих взвесь капель масла в воде²⁹. В его представлении, коацерваты позволяли веществу концентрироваться в еще более мелких объемах, чем «маленький пруд», и в конечном итоге эти сгустки превратились в полноценные клетки. Ни Дарвин, ни Опарин, впрочем, никак не объясняют, каким образом могли появиться первые самовоспроизводящиеся молекулы.

КСТАТИ

«Еще Дарвин» – это такой особый персонаж любой книги про эволюцию, который все всегда придумывает раньше других. У него есть брат «Даже Дарвин», тоже человек больших талантов. Они как «старожилы», которые никогда ничего не помнят независимо от контекста и географического положения.

Сегодня есть несколько версий того, откуда эти молекулы могли возникнуть. Наиболее популярны в качестве кандидатов на роль колыбели жизни разные формы гидротермальных источников – подводных или прибрежных гейзеров, через которые из недр земли сочится горячая вода^{11, 30}.

Вода в гидротермальных источниках богата разнообразными минералами, откладывающимися на месте разлома в виде труб и столбов. Минералы существенно расширяют спектр возможных молекул и их превращений. Гидротермальные источники – настоящие химические реакторы. С одной стороны, подземный жар дает им энергию, причем на промежутке от кипящего центра до холодного океана в них найдется любая оптимальная температура, а сам перепад может иметь принципиальное значение для перемешивания взаимодействующих молекул. С другой стороны, толща гидротермальных «столбов» обычно пористая, что решает проблему пространственных ограничений наподобие опаринских коацерватов: микроскопические пустоты могли служить замкнутыми лабораториями для разработки первых биомолекул. Наконец, гидротермальные источники по своим физико-химическим свойствам напоминают активированный уголь: к ним все липнет. Сложные молекулы оседают на поверхности пустот в пористой толще, а это, в свою очередь, во много раз повышает вероятность химических реакций между ними^31–34, и таким образом потенциально решается проблема возникновения длинных цепей РНК.

Вполне возможно, что роль гидротермальных источников в истории жизни на планете еще значительней. Там вполне мог жить, например, наш универсальный дед Лука. По разным причинам с подводными гейзерами связывают происхождение и клетки³⁵, и обмена веществ³⁶, и даже зачатков фотосинтеза³⁷ – все это принципиальные события в истории жизни, о которых пойдет речь в следующих главах. Вполне возможно, что гидротермальные источники были главным местом обитания живых организмов на протяжении миллиардов лет.

Для визуального примера можно взять «Потерянный город», открытое в 2000 г. «гидротермальное поле» на дне Атлантического океана^{30, 38, 39}. По своим химическим свойствам оно больше других источников подходит под прототип «инкубатора жизни»[4]. Это погруженный в вечную тьму «город» из труб, столбов и целых «соборов» высотой с 20-этажный дом. Сегодня эти источники – настоящие джунгли, населенные полчищами разнообразных микроорганизмов.

Возможно, в похожем подводном «городе» начинается и наша история. В будущих главах речь пойдет об эволюции – главном свойстве живой природы, определившем наш путь из глубин древности в современный мир. В этой главе я хотел показать, что эта живая природа существует не вопреки, а благодаря неживой. В свойствах атомов видны истоки обмена веществ и энергии. В нуклеотидах и аминокислотах виден фундамент Центральной догмы, несущей гены из прошлого в будущее. Гидротермальные источники тоже воплощают в себе многие идеи, в дальнейшем впитанные живой материей: химическая сложность, внешний источник энергии, замкнутое пространство, ограничивающее свое от чужого.

Как бы ни изменялось в будущем наше представление о начале жизни на Земле, мне нравится думать про «Потерянный город» как памятник самому великому событию во Вселенной – происхождению живого из неживого. Пожалуй, единственное, что я с уверенностью знаю про абиогенез, – это то, что он состоялся. И от этого у меня захватывает дух.

2. Хорошая идея

• Послушайте!
• Ведь, если звезды зажигают –
• значит – это кому-нибудь нужно?

Владимир Маяковский

Предшественник Роберта Фицроя на посту капитана «Бигля» не выдержал тяжелого перехода через Магелланов пролив и застрелился в своей каюте после затяжной депрессии¹. Дядя Фицроя, видный государственный деятель виконт Каслри, перерезал себе горло перочинным ножом, то ли отчаявшись из-за обвинений в содомии², то ли в припадке паранойи³. Неудивительно, что тема психического здоровья беспокоила и самого Роберта Фицроя, 26-летнего капитана британского флота с благородными корнями и блестящими перспективами. Отправляясь в экспедицию к берегам Южной Америки, он решил, что будет гораздо спокойнее, если ему компанию составит напарник. Желательно столь же благородный и блестящий, как и он сам. Образованный джентльмен, с которым можно было бы скоротать время, разделить ужин и научную дискуссию.

Он предложил должность такого просвещенного компаньона кембриджскому профессору ботаники и минералогии Джону Стивенсу Генслоу, но тот отказался от командировки на край света, якобы сжалившись над женой⁴ (впрочем, правильно сделал: вместо запланированных двух лет «Бигль» болтался по Южному полушарию целых пять). Взамен себя Генслоу предложил снарядить в экспедицию 22-летнего ученика по имени Чарльз Дарвин.

Но Фицрой колебался. Встретившись с Дарвином, он пришел к выводу, что тот слишком хил и малодушен для серьезного испытания морем. Дело в том, что Фицрой был ярым физиогномистом⁵. Физиогномика – это учение о том, что черты лица человека отражают его внутренние качества. Человека можно видеть насквозь, если только владеть специальным искусством оценки носов и бровей. Фицрой этим искусством, как он считал, владел и ясно видел, что вот у этого студента совершенно неприемлемый нос картошкой. Но в конце концов скрепя сердце все-таки взял Дарвина на борт своего корабля.

«Бигль» отчалил из английского порта Плимут, взяв курс в сторону Южной Америки, 27 декабря 1831 г., и Чарльзу Дарвину немедленно стало плохо. («Страдания, которые я испытал от морской болезни, я не мог себе даже представить» – напишет он потом в письме отцу⁶.) История умалчивает о том, что в этот момент думал Фицрой, которому вместо благородного джентльмена всучили хилого юнца с отвратительным носом.

Роберт Фицрой – интересный персонаж. По большей части Дарвин с Фицроем на «Бигле» уживались и даже поддерживали отношения после экспедиции. Капитан Фицрой, может, и вошел бы в историю как дарвиновский Вергилий, проводник сквозь джунгли и океаны, если бы не Оксфордские дебаты. Эти дебаты, вне всякого сомнения, самый кинематографичный момент в истории теории эволюции – чистейшее воплощение ее противостояния консервативной религии. Фицрой в нем предстанет в другом амплуа.

Бульдог

Я делал свою кандидатскую работу в лаборатории буквально в трех минутах ходьбы от оксфордского Музея естественной истории, где развернулось это столкновение сторонников Дарвина с защитниками религии и церкви. Музей, тогда известный как Университетский, – просторный, светлый, неоготический храм, с центральным залом, обрамленным колоннами из разных пород камня, добываемых в Британии, и со стеклянным потолком на чугунном скелете. Своей слегка странноватой монументальностью, как и многое в Оксфорде, он достоин сравнения с Хогвартсом. (Посреди музея, например, расположен единственный вход в совершенно другой музей – Питта Риверса, – который выглядит, как будто Эрмитаж упаковали в помещение размером со школьный спортзал.) У меня всегда было твердое ощущение, что Музей естественной истории построен специально для той эволюционной битвы, которая состоялась в день его открытия в 1860 г. Оксфордские дебаты считаются историческим моментом поворота человечества от теории разумного творения к теории эволюции.

После путешествия на «Бигле» прошло 30 лет. Дарвин – знаменитый натуралист, который только что опубликовал теорию эволюции путем естественного отбора. Это не из тех случаев, когда великую идею полвека никто не замечает: дарвиновская теория произвела фурор, как только увидела свет. О ней говорило все просвещенное человечество, и часто на повышенных тонах.

Точных записей дебатов, к сожалению, не осталось, поэтому любые описания приблизительны. В программе несколько выступлений, защищающих разные точки зрения. На стороне эволюционистов звезда – не сам Дарвин, а лондонский биолог Томас Гексли, самопровозглашенный «бульдог Дарвина», этим своим хлестким погонялом навечно вошедший в историю. На стороне церкви – Сэмюэл Уилберфорс, оксфордский епископ. Зрителей человек 500, а то и 1000. Это настоящий научный батл, каких в современном мире просто не бывает: максимум, чего можно ожидать от недоброжелателей на сегодняшней научной конференции, – это едкие комментарии, завуалированные под вежливые вопросы. Здесь же яд бьет фонтаном! Пожилой и важный Уилберфорс издевается над Гексли, намекая, что тот – внук обезьяны; молодой и дерзкий Гексли рубит в ответ, что лучше он будет внуком обезьяны, чем образованного человека, позволяющего себе вести подобные речи, и так далее. В переполненном музее стоит такой шум, что никто ничего не слышит⁷.

И вот на этом фоне слово дают не кому-нибудь, а самому Вергилию 30-летней давности, Роберту Фицрою, уже не молодому капитану, а контр-адмиралу. На фоне сдержанного и язвительного Уилберфорса Фицрой своей страстью буквально взрывает зал. Он трясет Библией над головой, взывает к толпе, проклинает Дарвина и его выдумки и стенает о том, сколько страданий причинила ему их публикация⁸. Гексли в ответ на его речь высокомерно отрезает, что книга Дарвина – логическое перечисление фактов. Мол, там нечего и обсуждать.

Фицрой действительно был глубоко верующим человеком и защитником прямой интерпретации Библии. Это, по всей видимости, мало отразилось на его отношениях с Дарвином во времена их совместной экспедиции, но вот лживое, опасное, по его мнению, «Происхождение видов» 30 лет спустя просто вывело его из себя.

Никакого независимого судейства не подразумевалось, поэтому, кто победил на самом деле, не определить никак. Но, поскольку в последующие десятилетия сторонников теории эволюции стало больше, чем ее противников, в историю вошла их версия событий: молодые и дерзкие разрушители устоев торжествуют над Библией и ее заскорузлыми защитниками. Что до Фицроя, то он во всем околодарвиновском фольклоре последующих лет стал архетипом религиозного консерватора.

Ненависть к эволюционной теории продолжала его терзать. У Фицроя и без того были проблемы с психическим здоровьем, возможно, из-за дурной наследственности. В совокупности с финансовыми трудностями все это привело бывшего капитана «Бигля» к тому концу, которого он так хотел избежать. Через пять лет после Оксфордских дебатов он перерезал себе горло бритвой⁹. Sic transit gloria mundi.

Коллекционер вьюрков

Полное название главной книги Дарвина, из-за которой, как из-за красной девицы, столкнулись наши герои в 1860 г.: «О происхождении видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». То есть суть «Происхождения видов» не в собственно происхождении видов, а в том, что виды происходят путем естественного отбора. Это как сокращать поздравление «с днем рождения» до «с днюхой».

Ньютону упало на голову яблоко, Архимед принимал ванну, а пифагоровы штаны на все стороны равны. У Дарвина, к сожалению, такой сценки для третьеклассников нет, потому что свою теорию после возвращения «Бигля» он мусолил у себя в кабинете 20 с лишним лет, так что эффектного момента не получилось. И все-таки если выбирать, то ближе всего к пифагоровым штанам у Дарвина – галапагосские вьюрки.

Галапагосы – вулканический архипелаг к западу от Эквадора. Галапагосские острова появились относительно недавно и никогда не были в контакте с Большой землей. Все, что там растет, бегает и летает, туда занесено. Острова расположены достаточно близко к материку, чтобы иногда туда кто-нибудь залетал, но достаточно далеко, чтобы это происходило редко. По отношению друг к другу острова тоже расположены на значительном, но преодолимом расстоянии.

Дарвин внимательно и систематически исследовал флору и фауну Галапагосов, в те времена это означало, что он сушил в гербарий каждое увиденное растение, а также палил по птицам и коллекционировал их многочисленные тушки (птиц он собирал, как покемонов, по десять штук в день, судя по письмам, с большим энтузиазмом). В числе прочего Дарвин скопил огромную коллекцию вьюрков, птиц размером с воробья.

Вьюрков на Галапагосских островах почему-то было очень много, больше, чем других птиц. Но самое интересное даже не в их количестве, а в том, что на каждом острове вьюрки слегка отличались, особенно формой клюва. Одни клювы лучше подходили под ловлю насекомых, другие – под растительную диету. Если же на одном острове встречалось несколько разных клювов, то они различались очень сильно. Например, один клюв большой и раскалывает орехи, а другой – тонкий и клюет кактусы.

Согласно популярной легенде, это наблюдение вызвало спор между Дарвином и Фицроем. Последний, мол, утверждал, что разные вьюрки появились в результате разных «очагов творения», каждый из которых учитывал условия разных островов. Там, где больше кактусов, Бог создал птицу-кактусоеда, а там, где больше орехов, – птицу-орехоеда. Дарвин же сомневался: что, если божий замысел тут вообще не при чем? Что, если разные вьюрки оформились сами по себе, из одного общего предка, залетевшего с материка, в результате «происхождения с изменением»? (Дарвин предпочитал именно этот термин, descent with modification – слово «эволюция» даже в «Происхождении видов» используется только один раз, в последнем параграфе.)

Вот он, момент рождения великой теории! Можно сочинять стишок для третьеклассников.

Как у Дарвина в кармане поселились два вьюрка,

У них крылья как блокнот, а клюв как трубка табака.

К сожалению, на деле все несколько менее кинематографично. Во-первых, сам Дарвин на Галапагосах только начинал задумываться о своей будущей теории. Во-вторых, Фицрой никаких «очагов творения» не предлагал. В-третьих, по крайней мере часть из вышеописанных деталей жизни галапагосских вьюрков была обнаружена только по возвращении в Лондон¹⁰.

Дарвин не был орнитологом и считал вьюрков подвидами, причем, по-видимому, не сразу осознал, что разные подвиды живут на разных островах. Домой он вернулся с таким количеством тушек, что это было почти комично. Когда более сведущий орнитолог уверенно определил показанных ему вьюрков как 12 разных видов, это поразило как орнитолога, так и самого Дарвина¹¹