Чому життя насправді не існує

У мене з дитинства викликали інтерес і захоплення живі істоти. Дитинство я провів на півночі Каліфорнії, де часто грав на природі серед рослин і тварин. Ми з друзями стежили за бджолами, коли вони запилювали квіти, і ловили їх в пакети із застібками, щоб краще придивитися до їх обсидіанові очі і золотисті волоски, а потім відпускали комах на волю займатися повсякденними справами. Іноді я майстрував лук зі стрілами з ріс у нас на ділянці чагарнику, як тятиви використовував кору з тих же кущів, а листя з них йшли на оперення стріл. Під час поїздок з сім`єю на пляж я швидко навчився знаходити крабів і членистоногих в їх затишних куточках, спостерігаючи за бульбашками в піску після відливу чергової хвилі. І я чітко згадую, як ми в молодших класах ходили в похід в евкаліптову гай в Санта-Крус, де на відпочинок зупинилися тисячі мігруючих метеликів-данаид. Вони великими коричневими грудками чіплялися за гілки дерев, нагадуючи засохле листя. А потім якась метелик починала ворушитися, і виявлялося, що внутрішня частина її крил вогненно-помаранчева.

Такі моменти, а також багато фільмів Девіда Аттенборо, посилили мою захопленість живим світом планети. У той час як мій молодший брат захоплено займався подарованим йому конструктором K`Nex, ретельно ладу російські гірки або залізницю, я намагався зрозуміти, як влаштована наша кішка. Як вона бачить світ? Чому вона муркоче? З чого зроблені її хутро, кігті і вуса? Якось раз я попросив на Різдво енциклопедію про тварин. Зірвавши обгортковий папір з масивної книги, що важила приблизно половину мене, я кілька годин просидів біля ялинки, читаючи її. Тому не дивно, що в підсумку я став заробляти на життя статтями про природу і науки.

Але недавно у мене настало прозріння, що змусило по-новому поглянути на те, чому я так сильно люблю все живе, і по-новому задуматися над тим, що таке життя. Справа в тому, що весь той час, що люди вивчають життя, вони так і не можуть дати їй чітке визначення. Навіть сьогодні у вчених немає переконливого і визнаного всіма визначення життя. Замислившись над цією проблемою, я згадав, як мій брат захоплено грав в конструктор, а я цікавився щодо кішки. Чому нам здається, що конструктор неживий, а кішка жива? Хіба в кінцевому підсумку і перший, і друга не є машинами? Звичайно, кішка - це набагато складніший механізм, здатний на вражаючі вчинки, повторити які конструктор не зможе ніколи. Але на самому базовому рівні в чому різниця між неживим механізмом і живим організмом? Що, люди, кішки, краби та інші істоти належать до однієї категорії, а конструктори, комп`ютери, зірки і каміння до іншої? Мій висновок: немає. Більш того, я вирішив, що життя насправді не існує.

Дозвольте порозумітися

Формальні спроби дати точне визначення життя робилися ще за часів давньогрецьких філософів. Аристотель вважав, що на відміну від неживого все живе має душу, а душа буває трьох видів: у рослин, у тварин і раціональна душа, яка є виключно у людини. Грецький анатом Гален припускав наявність схожою, заснованої на органах тіла, системи «життєвого духу» в легких, кровоносної і нервової системи. У 17-му столітті німецький лікар і хімік Георг Ернст Шталь (George Erns Stahl) та інші вчені висунули теорію, що отримала пізніше назву віталізм. Віталісти стверджували, що «живі організми в корені відрізняються від неживих сутностей, тому що в них міститься якийсь нематеріальний елемент, і ними керують інші принципи, ніж в неживих речах», а також, що органічні речовини (молекули, що містять вуглець і водень і створювані живими організмами) не можуть бути синтезовані з неорганічних (це молекули, де немає вуглецю, який з`являється в основному в результаті геологічних процесів). Наступні експерименти показали повну неспроможність віталізму: неорганічні речовини можуть перетворюватися в органічні як в лабораторних умовах, так і поза стінами лабораторій.

Замість того, щоб вселяти в організми «якусь нематеріальну силу», інші вчені намагалися вивести певний набір фізичних характеристик, який диференціює живе і неживе. Сьогодні, зважаючи на відсутність короткого визначення життя в книгах Кемпбелла і в інших широко використовуваних підручниках біології, є великий перелік визначальних характеристик, наприклад: порядок (той факт, що багато організми складаються або з однієї клітини з різними відділеннями і органеллами, або з груп упорядкованих клітин ), зростання і розвиток (зміна розміру і форми в передбачуваною манері), гомеостаз (стійкість складу внутрішнього середовища, що відрізняється від зовнішньої, а також баланс биофизиологические функцій, наприклад, регулювання з епені кислотності і концентрації солей), метаболізм (витрачання енергії для росту і для уповільнення старіння), реакція на подразники (зміна поведінки в якості реакції на світло, температуру, хімічні речовини та інші складові навколишнього середовища), репродукція (вегетативне розмноження або спаровування з метою виробництва нових організмів з передачею генетичної інформації від одного покоління іншому) і еволюція (зміна з часом генетичних характеристик популяції).

Логіку таких переліків дуже легко можна спростувати. Нікому і ніколи ще не вдавалося скласти такий набір фізичних властивостей, в якому об`єднується все живе і виключається все те, що ми називаємо неживим. Завжди бувають винятки. Так, більшість людей не вважають кристали живими, однак вони високоорганізованих, і вони ростуть. Вогонь теж споживає енергію і збільшується. І навпаки, бактерії, тихоходки і навіть деякі ракоподібні можуть надовго впадати в сплячку, і в цей час вони не ростуть, у них не відбувається обмін речовин, і вони взагалі не змінюються, хоча і мертвими їх теж назвати не можна. До якої категорії ми можемо віднести впав з дерева лист? Більшість людей погодяться, що прикріплений до дерева лист є живим. Його численні клітини невпинно працюють, перетворюючи в поживні речовини сонячне світло, вуглекислий газ і воду, а також виконують інші функції. Коли лист відривається від дерева, його клітини не відразу припиняють свою діяльність. Помирає він під час падіння на землю, коли стосується землі або коли помруть усі його клітини? Якщо ви зірвете лист з дерева і помістіть його в живильне середовище в лабораторії, де клітини листа будуть ситі і задоволені, це життя?

У таке скрутне становище потрапляють майже всі пропоновані характеристики життя. Реакція на навколишнє середовище - це властивість належить не тільки живим організмам. Ми винайшли безліч машин, які роблять те ж саме. І навіть розмноження не є визначальною рисою життя. Окрему тварину в багатьох випадках самостійно розмножуватися не може. Виходить, що дві кішки живі, оскільки разом вони можуть народжувати на світ нових кішок, а одна немає, так як самостійно вона не може розмножуватися і передавати свої гени. Згадайте також безсмертну медузу turritopsis nutricula, яка може нескінченно повертатися з "дорослої" стадії медузи до "дитячої" стадії поліпа. Вона не відтворює потомство, не розмножується вегетативно і навіть не старіє традиційним чином - однак більшість людей погодяться з тим, що ця медуза жива.

А як щодо еволюції?

Здатність зберігати інформацію в молекулах ДНК і РНК, передавати цю інформацію потомству і пристосовуватися до мінливих умов навколишнього середовища за рахунок зміни генетичної інформації - безумовно, цими талантами володіють не тільки живі істоти. Багато біологів зосередилися на еволюції як на ключовий і відмітної риси життя. На початку 1990-х Джеральд Джойс (Gerald Joyce) з науково-дослідного інституту Скріппса входив до складу консультативної групи Джона Раммель (John Rummel), який в той час керував програмою НАСА з біології позаземного простору. Під час дискусій про оптимальні способи пошуку життя в інших світах Джойс з колегами створив дуже популярне нині робоче визначення життя: самостійна система, здатна на еволюцію Дарвіна. Визначення чітке, коротке і вичерпне. Але чи працює воно на практиці?

Давайте подивимося, наскільки таке визначення підходить до вірусів, які найбільше іншого ускладнюють пошуки визначення життя. Віруси це, по суті справи, нитки ДНК або РНК, упаковані в білкову оболонку. У них немає клітин, немає обміну речовин, але є гени, і вони можуть розвиватися. Однак, як пояснює Джойс, щоб стати «самостійною системою», організм повинен містити всю інформацію, яка необхідна для відтворення еволюції за Дарвіном. Він заявляє, що через це умови віруси не підходять під робоче визначення. Адже вірус повинен потрапити в клітку і захопити її, щоб самовоспроізвестісь. «Вірусний геном розвивається тільки в рамках клітини-господаря», - сказав Джойс під час недавнього інтерв`ю.

Але якщо добре подумати, то робоче визначення НАСА нітрохи не краще схоплює невизначеність поняття вірусу, ніж будь-яке інше пропоноване визначення. Що живе в кишечнику людини черв`як-паразит, якого багато хто вважає нехай огидною, але цілком реальною формою життя, володіє всією необхідною для розмноження генетичною інформацією. Але паразит ніяк не зможе розмножуватися без клітин і молекул в кишечнику людини, з яких він краде енергію, необхідну для виживання. Точно так же вірус має всієї необхідної для розмноження генетичною інформацією, але у нього немає необхідного клітинного механізму. Твердження про те, що ситуація з паразитує хробаком радикально відрізняється від ситуації з вірусом, це досить слабкий аргумент. І черв`як, і вірус розмножуються і розвиваються тільки всередині свого «господаря». Насправді вірус розмножується набагато ефективніше хробака. Вірус негайно приступає до справи, і йому всередині клітинного ядра потрібно лише кілька білків, щоб почати розмноження в великих масштабах. А паразита для розмноження необхідний цілий орган іншої тварини, і успіху черв`як доб`ється лише в тому випадку, якщо зуміє дожити до того моменту, коли виросте і відкладе яйця. Так що якщо ми будемо використовувати робоче визначення НАСА, щоб виключити віруси з області живого, нам також доведеться виключати і всіх інших більших паразитів, включаючи черв`яків, гриби і рослини.

Визначення життя як самостійної системи, здатної на еволюцію Дарвіна, також змушує нас визнати, що деякі комп`ютерні програми теж живі. Наприклад, генетичні алгоритми імітують природний відбір, щоб знайти оптимальне рішення задачі. Ці бітові масиви кодують риси і властивості, еволюціонують, змагаються один з одним у боротьбі за репродукування і навіть обмінюються інформацією. Аналогічним чином програмні платформи типу Avida створюють «цифрові організми», що складаються з цифрових бітів і здатні мутувати в чому так само, як мутує ДНК. Іншими словами, вони теж еволюціонують. «Avida - це не симуляція еволюції, це її приклад, - сказав Карлу Ціммеру (Carl Zimmer) в програмі Discover Роберт Пеннок (Robert Pennock) з університету штату Мічиган. - Там відбувається процес природного відбору. Всі складові дарвіновського процесу там присутні. Ці штуки відтворюються, вони мутують, вони змагаються один з одним. Якщо у визначенні життя це головне, то ці речі треба теж враховувати ».

Я б сказав, що лабораторія Джойса сама завдала нищівного удару по робочому визначенням життя, створеному в НАСА. Він разом з багатьма іншими вченими віддає перевагу теорії походження життя під назвою «Світ РНК». Все життя на нашій планеті залежить від ДНК і РНК. В сучасних живих організмах ДНК зберігає інформацію, необхідну для створення білків і молекулярних механізмів, які спільно формують метушливу клітку. Спочатку вчені думали, що лише білки ензими можуть виступати в якості каталізатора хімічної реакції, необхідної для будівництва клітинної структури. Але в 1980-х роках Томас Чех (Tomas Cech) і Сідней Альтман (Sidney Altman) виявили, що у взаємодії з різними білковими ензимами багато типів ензимів РНК, або рибозими, зчитують закодовану в ДНК інформацію і крок за кроком будують різні частини клітини. Гіпотеза «Світ РНК» стверджує, що ранні організми на нашій планеті виконували всі ці завдання по зберіганню і використанню генетичної інформації виключно за допомогою РНК і без допомоги ДНК і цілої свити білкових ензимів.

Як це могло відбуватися?

А ось як. Близько чотирьох мільярдів років тому вільні нуклеотиди з первинного земного бульйону, які є будівельними цеглинками РНК і ДНК, з`єднувалися в усі більш довгі ланцюжки і з часом привели на світ рибозими, які виявилися досить великими і складними, щоб створити нові копії самих себе. Таким чином, вони отримали набагато більше шансів вижити, ніж нездатні до відтворення РНК. Ці перші ензими оточили оболонкою збираються самостійно мембрани, сформувавши початкові клітини. Рибозими не тільки створили більше РНК, а й могли з`єднати нуклеотиди в ланцюжки ДНК. Нуклеотиди могли також спонтанно сформувати ДНК. Так чи інакше, ДНК замінила РНК в якості головної молекули для зберігання інформації, тому що вона більш стабільна. А білки стали грати роль каталізаторів, оскільки вони дуже різноманітні і легко пристосовуються. Однак клітини сучасних організмів і раніше містять залишки початкового світу РНК. Так, рибосоми, що представляють собою набір РНК і білків, який синтезує білки з амінокислот, є рибозимами. Є також група вірусів, яка використовує РНК в якості основного генетичного матеріалу.

Щоб перевірити гіпотезу «Світ РНК», Джойс і інші вчені спробували створити такі типи самовідтворюються рибозимов, які могли колись існувати в первинному бульйоні Землі. В середині 2000-х років Джойс і Трейсі Лінкольн (Tracey Lincoln) створили в лабораторних умовах трильйони випадкових і незв`язаних послідовностей РНК, схожі на ранні РНК, які могли конкурувати один з одним мільярди років тому. Крім того, вони створили ізольовані послідовності, які випадково виявили здатність з`єднувати два інших шматочка РНК. Протиставляючи такі послідовності один одному, ця пара з часом справила два рибозима, які могли відтворювати один одного до нескінченності, поки отримували достатню кількість нуклеотидів. Ці голі молекули РНК здатні не тільки до відтворення, вони можуть також мутувати і еволюціонувати. Рибозими, наприклад, змінили невеликі сегменти свого генетичного коду, щоб адаптуватися до мінливих умов навколишнього середовища.

«Вони підходять під робоче визначення життя, - каже Джойс. - Це самостійна дарвіновська еволюція ». Однак він не може точно сказати, чи є рибозими живими. Щоб не перетворитися в доктора Франкенштейна, Джойс хоче побачити, як його творіння знаходить абсолютно нові властивості, а не просто модифікує то, що вже вміє робити. «Я думаю, відсутню ланку тут в тому, що рибозими повинні бути винахідливими, повинні створювати нові рішення», - говорить він.

Але мені здається, що Джойс не віддає належне рібозімамі. Еволюція - це генні зміни, що відбуваються з часом. Щоб побачити еволюцію в дії, не потрібно чекати, коли у свиней з`являться крила, а РНК зберуться в букви алфавіту. Блакитний колір очей, що з`явився 6000-10000 років тому, - це просто чергова різновид пігменту райдужної оболонки. Це такий же обгрунтований приклад еволюції, як і перші пернаті динозаври. Якщо ми даємо визначення життя як «самостійної системи, здатної на еволюцію Дарвіна», то я не бачу ніяких вагомих причин для того, щоб позбавляти звання живих самовідтворюються рибозими або віруси. Але я також не бачу підстав для повної відмови від цього робочого визначення і від всіх інших визначень життя.

Чому дати визначення життя настільки важко?

Чому вчені і мислителі століттями не можуть знайти конкретну фізичну властивість або набір властивостей, які можуть чітко відокремити живе від неживого? Тому що таких властивостей не існує. Життя - це поняття, яке ми винайшли. На самому базовому рівні вся існуюча матерія - це організоване безліч атомів і складових їх частинок. Це неймовірно складне безліч, в якому є такі речі як елементарний атом водню і складний головний мозок. Намагаючись дати визначення життя, ми довільно провели межу в цьому складному безлічі і оголосили: все, що вище неї, живе, а все що нижче - немає. Насправді таке розмежування існує тільки у нас в мозку. Ні того порога, за яким скупчення атомів раптово оживає, немає чіткого відмінності між живим і неживим, немає горезвісної іскри Франкенштейна. Ми не може дати визначення життя, тому що і визначати щось тут нічого.

Я нервово пояснив ці свої ідеї Джойса по телефону, чекаючи, що він засміється і назве їх абсурдом. Зрештою, це ж він допомагав НАСА розробляти визначення життя. Але Джойс назвав «ідеальним» аргумент про те, що життя це всього лише поняття, або ідея. Він згоден з тим, що давати визначення життя це в певному сенсі марна затія. Робоче визначення існує просто для мовного зручності. «Ми намагалися допомогти НАСА знайти позаземне життя, - говорить він. - Ми не могли використовувати в кожному абзаці слово «життя», не давши йому визначення ».

Філософ з Колорадського університету в Боулдері Керол Клиланд (Carol Cleland), багато років присвятила дослідженню спроб дати опис життя, також вважає неправильним прагнення дати їй точне визначення. Але вона поки не готова відмовити життя в її фізичної реальності. «Робити висновок про відсутність справжньої природи життя настільки ж передчасно, як і давати їй визначення, - каже вона. - Мені здається, кращий варіант в таких умовах - вважати остаточні критерії життя гіпотетичними і умоглядними ».

Що нам потрібно в дійсності, пише Клиланд, так це «досить обґрунтована і у цілому належного теорія життя». Вона проводить порівняння з хіміками з шістнадцятого століття. До того як вчені зрозуміли, що повітря, бруд, кислоти і всі хімічні речовини складаються з молекул, їм не вдавалося дати визначення води. Вони могли перераховувати її властивості - мокра, прозора, позбавлена ​​смаку, замерзає, може розчиняти багато інших речовин, - але були не в силах точно охарактеризувати її, поки дослідники не виявили, що вода це два атома водню в зв`язці з атомом кисню. Солона, брудна, підфарбована, рідка, заморожена - вода це завжди Н2О. В її складі в якості домішки можуть бути інші елементи, але трійка атомів, складових то, що ми називаємо водою, присутній в ній завжди. Азотна кислота може нагадувати воду, але це не вода, тому що дві субстанції мають різну молекулярну структуру. Для створення теорії життя, відповідної молекулярної теорії, буде потрібно набагато більша величина вибірки, каже Клиланд. Вона стверджує, що поки у нас є тільки один приклад того, що є життя - це земне життя, в основі якої лежить ДНК і РНК. Як можна створювати теорію про ссавців, спостерігаючи тільки за зебрами? А адже саме в такому положенні ми опинилися зі своїми спробами визначити, що робить життя життям, укладає Клиланд.

Я з нею не згоден. Звичайно, відкриття зразків позаземного життя на інших планетах розширить наші уявлення про те, як працює той, що ми називаємо живими організмами, і перш за все, як вони розвивалися. Але такі знахідки навряд чи допоможуть нам розробити нову революційну теорію життя. Хіміки XVI століття не могли сказати, ніж вода відрізняється від інших речовин, оскільки вони не розуміли її фундаментальну природу: вони не знали, що кожна речовина складається з конкретного й упорядкованого набору молекул. А сучасні вчені точно знають, з чого складаються істоти на нашій планеті - з клітин, білків, ДНК і РНК. Молекули води, грунту і срібла від кішок, людей і інших живих істот відрізняє не «життя», а рівень складності. Вчені вже мають достатній набір знань, щоб пояснити, чому так звані організми можуть робити те, чого велика частина неживого робити не в змозі. Вони можуть розповісти, як бактерії роблять нові копії самих себе, як вони швидко пристосовуються до свого середовища і чому цього не можуть каміння. Але при цьому вони можуть не говорити, що живе це те-то, а неживе то-то, і що ця пара ніколи не об`єднається.

Визнаючи життя в якості поняття і ідеї, ми ні в якому разі не позбавляємо її властивого їй пишноти. Справа не у відсутності матеріальних відмінностей між живим і неживим. Швидше за все, ми ніколи не знайдемо чітку розмежувальну лінію між ними, оскільки поняття життя і не-життя як певних категорій - це просто поняття, а не дійсність. Все, що захоплювало мене в живій природі в дитинстві, в рівній мірі дивує і зараз, навіть з моїм новим розумінням життя. Я думаю, що ті речі, які ми називаємо живими, насправді об`єднують не якісь тільки їм властиві властивості-швидше, їх об`єднує наше уявлення про них, наша любов до них і, якщо говорити відверто, наше зарозумілість і нарцисизм.

По-перше, ми оголосили, що все на Землі можна розділити на дві групи - на живе і неживе, і не секрет, яку групу ми вважаємо вищої. Далі, ми не тільки помістили себе самих у першу групу, ми наполягли на тому, що всі інші форми життя на нашій планеті треба оцінювати в співвідношенні з нами. Чим більше така форма схожа на нас - чим більше вона рухається, говорить, відчуває, думає, - тим більш живою ми її вважаємо. Але при цьому конкретний набір властивостей і характеристик, які роблять людину людиною, це далеко не єдиний спосіб (і далеко не найуспішніший з точки зору еволюції) опису живого.

По правді кажучи, те, що ми називаємо життям, неможливо без і невіддільне від того, що ми вважаємо неживим. Якби ми могли якось підглянути основну сутність нашої планети, зрозуміти її структуру на всіх рівнях одночасно - від мікроскопічного до макроскопічного, ми б побачили світ як сила-силенна піщинок, як гігантську тріпотливу сферу атомів. Людина може з тисяч практично ідентичних піщинок будувати на пляжі замки, робити медуз і все інше, що він тільки в змозі собі уявити. Точно так же незліченні атоми, з яких складається все на нашій планеті, безперервно збираються, розпадаються і створюють постійно мінливий калейдоскоп матерії. Деякі безлічі цих частинок стають горами, океанами і облакамі- з інших виходять дерева, риби і птиці. Деякі безлічі залишаються відносно нерухомими і інертнимі- інші ж змінюються з неймовірною швидкістю і спантеличують складністю своїх побудов. З чогось виходить конструктор K`Nex, а з чогось кішка.

Поділися в соціальних мережах: