Река, выходящая из Эдема. Жизнь с точки зрения дарвиниста - Ричард Докинз

Мы не располагаем никакими прямыми свидетельствами о репликативном событии, положившем начало процессам, развернувшимся на нашей планете. Но из взрыва накопившихся последствий этого события, к коим относимся и мы сами, можно сделать вывод, что оно непременно имело место. Нам точно не известно, на что это исходное решающее событие, начало процесса самовоспроизведения, было похоже, но мы можем высказать догадку о том, какова должна была быть его природа. Она была химической.

Химия — это спектакль, разворачивающийся на всех звездах и всех планетах. В качестве актеров этого спектакля выступают атомы и молекулы. Даже редчайшие из атомов чрезвычайно многочисленны по меркам привычного нам счета. Так, Айзек Азимов вычислил, что в Северной и Южной Америках, вместе взятых, земная кора на десять миль в глубину содержит «всего триллион» атомов редкого элемента астата-215. Эти фундаментальные химические единицы непрерывно обмениваются партнерами, создавая вечно меняющуюся, но неизменно огромную популяцию более крупных единиц — молекул. Молекулы одного и того же вещества, сколь бы многочисленны они ни были, всегда идентичны друг другу и этим отличаются от, скажем, животных одного и того же вида или от скрипок Страдивари. Обусловленный законами химии распорядок атомных танцев приводит к тому, что в мире одни молекулы становятся распространеннее других. Биологом овладевает естественное искушение охарактеризовать более многочисленные молекулы как «успешные». Но незачем. Понятие успеха — в том смысле, в каком оно могло бы пролить свет на что-либо, — появится на более поздних этапах нашей истории.

Так что же это было за роковое событие, приведшее к всплеску жизни? Как я уже сказал, оно состояло в появлении самоудваивающихся объектов, но мы с тем же правом могли бы назвать его возникновением феномена наследственности — процесса, когда «подобное рождает подобное». Обычно молекулам такое не свойственно. Молекулы воды, хотя и образуют огромные кишащие скопления, и близко не выказывают ничего похожего на истинную наследственность. На первый взгляд это утверждение может показаться ошибочным. Совокупность молекул воды (H2O) возрастает при сжигании водорода (H) вместе с кислородом (O) и уменьшается, когда вода, расщепляясь в процессе электролиза, превращается в пузырьки водорода и кислорода. Но хотя молекулам воды и присуще нечто вроде популяционной динамики, подлинной наследственности у них нет. Минимальным условием наличия последней было бы существование по меньшей мере двух четко отличающихся друг от друга разновидностей молекулы H2O, каждая из которых производила («порождала») бы свои собственные копии.

Иногда молекулы существуют в двух «зеркальных» вариантах. Таковы, например, молекулы глюкозы, содержащие равное количество атомов, собранных вместе в абсолютно одинаковом порядке, но выглядящие зеркальными отражениями друг друга. То же самое характерно и для молекул других сахаров, и для множества прочих веществ, в том числе таких важных, как аминокислоты. Уж не кроется ли здесь возможность появления химической наследственности — чтобы «подобное рождало подобное»? Не могут ли правосторонние молекулы давать начало дочерним правосторонним молекулам, а левосторонние — порождать молекул-левшей? Давайте в первую очередь ознакомимся кое с какой базовой информацией о таких «зеркальных» молекулах. Это явление открыл великий французский ученый XIX века Луи Пастер, изучавший кристаллы тартратов, то есть солей винной кислоты, важных компонентов вина. Кристаллами называют твердые образования: их видно невооруженным глазом и в некоторых случаях можно носить на шее. Кристалл возникает, когда одинаковые атомы или молекулы упаковываются вместе, формируя твердое вещество. Причем они не просто сваливаются в кучу, а выстраиваются в строгом геометрическом порядке, как гвардейцы одинакового роста и безукоризненной выучки. Молекулы, уже входящие в состав кристалла, служат шаблоном для добавления новых молекул, выпадающих из водного раствора и встраивающихся точно на свое место, так что весь кристалл разрастается в виде геометрически безупречной пространственной решетки. Вот почему кристаллы поваренной соли имеют форму куба, а кристаллы алмаза — тетраэдрическую («бриллиантовидную») форму. Когда некая форма служит матрицей для постройки еще одной, подобной ей, формы, где-то неподалеку начинает маячить возможность такого явления, как самокопирование.

Вернемся теперь к кристаллам тартрата. Пастер заметил, что, если растворить тартрат в воде, из раствора возникают два типа кристаллов — во всем идентичные, но выглядящие словно зеркальные отражения друг друга. Он тщательно рассортировал их. А заново растворив кристаллы каждого типа по отдельности, получил два различных раствора — две разновидности разведенного тартрата. И хотя во многих отношениях эти два раствора были одинаковыми, Пастер обнаружил, что они вращают поляризованный свет в противоположных направлениях. Отсюда общепринятые названия таких молекул — лево- и правовращающие, поскольку первые поворачивают плоскость поляризации света против часовой стрелки, а вторые — по часовой стрелке. Как вы, должно быть, догадываетесь, когда оба раствора снова кристаллизовали, каждый дал начало кристаллам только одного типа, которые были как будто зеркальным отражением кристаллов, полученных из другого раствора.

Эти «зеркальные» молекулы в самом деле различаются в той же степени, как левый и правый ботинок: сколько ни старайся, нельзя развернуть их таким образом, чтобы они могли заменить друг друга. Во взятом Пастером исходном растворе содержалась смесь из обеих разновидностей, и при кристаллизации каждая молекула стремилась пристроиться к молекулам своего собственного типа. Существование двух (или более) четко различимых вариантов некоего явления — условие, для наличия подлинной наследственности необходимое, но не достаточное. Чтобы обзавестись настоящей наследственностью, кристаллам, дорастающим до некоего критического размера, следовало бы расщепляться надвое и каждой половинке — служить матрицей для формирования нового полноразмерного кристалла. Будь оно так, у нас действительно была бы растущая популяция, представленная двумя соперничающими типами кристаллов, и применительно к ней правомерно было бы говорить об «успехе» — ведь раз обе разновидности молекул конкурируют за одни и те же составляющие их атомы, одна из них могла бы стать более многочисленной за счет другой, в силу «лучшего» умения создавать копии самой себя. К сожалению, подавляющее большинство молекул таким замечательным свойством — наследственностью — не обладает.

Я сказал «к сожалению», потому что химики, которым в медицинских целях бывает необходимо синтезировать, скажем, только левовращающие молекулы, дорого бы дали за возможность «размножать» их. Но если какие молекулы и служат шаблонами для образования других молекул, то производят они обычно не подобную самим себе форму, а свое зеркальное отражение. Это затрудняет задачу, поскольку, имея изначально левовращающую форму, в итоге вы получаете смесь из лево- и правовращающих молекул, представленных в равных количествах. Химики, специализирующиеся в данной области, всячески стараются «обмануть» молекулы, заставляя их «плодить» дочерние молекулы той же самой пространственной ориентации. И такая уловка осуществима с большим трудом.