Слепой часовщик. Как эволюция доказывает отсутствие замысла во Вселенной - Ричард Докинз

Химики разделяют свой предмет на две основные отрасли: органическую и неорганическую. Органическая химия — это химия одного элемента, углерода. Неорганическая химия — все остальное. Углерод действительно важен и заслуживает того, чтобы ему была посвящена особая отрасль химии, отчасти потому, что на нем основывается химия всего живого, а отчасти потому, что те же самые свойства углерода, которые делают его пригодным для жизни, делают его востребованным и в промышленности, например в производстве пластмасс. Главное свойство атомов углерода, делающее их столь подходящими как для жизни, так и для промышленного синтеза, — это их способность образовывать, объединяясь друг с другом, очень крупные молекулы с неограниченным многообразием форм. Еще один элемент, обладающий похожими свойствами, — это кремний. И хотя химия нашей нынешней земной жизни вся насквозь углеродная, в других частях Вселенной дело, возможно, обстоит и не так. Возможно, не всегда оно обстояло так и на нашей планете. Кернс-Смит считает, что первоначально жизнь на Земле опиралась на самовоспроизводящиеся неорганические кристаллы типа силикатов. Если он прав, то органические репликаторы — а в конечном итоге ДНК — должны были затем получить эту роль по наследству или же узурпировать ее.

Он приводит и некоторые аргументы в пользу принципиальной возможности подобного “перехвата”. Например, каменная арка — это устойчивая структура, способная даже безо всякого цемента простоять в течение многих лет. Создать сложную структуру эволюционным путем — это все равно что построить арку без скрепляющего раствора, когда вам не разрешено класть более одного камня за раз. Наивному уму такая задача покажется невыполнимой. Арка стоит, коль скоро все камни до единого на месте, но промежуточные стадии будут неустойчивы. Построить арку, однако, довольно просто — при условии что можно не только добавлять камни, но и удалять их. Для начала следует свалить камни в плотную груду и строить арку поверх этого прочного основания. Затем, когда вся арка будет сооружена, а необходимый для ее устойчивости замковый камень водружен на ее вершину, осторожно уберем камни-подпорки, и, если нам немножко повезет, арка останется стоять. Стоунхендж кажется необъяснимым до тех пор, пока мы не сообразим, что его строители использовали какие-то подмости или, возможно, земляные пандусы, которых там больше нет. Мы видим лишь конечный результат, а об исчезнувших вспомогательных конструкциях вынуждены догадываться. Точно так же ДНК и белок — это две опоры устойчивой и изящной арки, которая готова существовать сколь угодно долго, коль скоро ее детали уже оказались все одновременно на своих местах. Трудно себе представить, как она могла возникнуть постепенно, без каких-то заранее подготовленных подмостей, которые затем полностью исчезли. Сами эти подмости тоже наверняка возникли в ходе накапливающего отбора, о природе которого мы можем теперь только гадать. Но он непременно должен был иметь дело с некими реплицирующимися объектами, обладавшими властью над собственным будущим.

Кернс-Смит предполагает, что первоначальные репликаторы представляли собой неорганические кристаллы наподобие тех, что встречаются в различных глинах и илах. Кристалл — это просто-напросто большое упорядоченное объединение атомов или молекул в твердом агрегатном состоянии. Благодаря своим свойствам, которые мы можем представить себе как их “форму”, атомы и небольшие молекулы имеют тенденцию укладываться друг относительно друга строго определенным образом. Они ведут себя, как если бы им “хотелось” встать в общий ряд так, а не иначе, но эта иллюзия воли — не более чем случайное следствие их свойств. Их “любимым” способом пристраиваться друг к другу диктуется и форма кристалла в целом. Это означает, что даже в таком крупном кристалле, как алмаз, каждая отдельно взятая часть организована в точности так же, как и любая другая, не считая возможных трещин. Если бы мы смогли уменьшиться до атомных габаритов, то увидели бы там бесконечные ряды атомов, уходящие за горизонт ровными линиями, — длинные коридоры постоянно повторяющейся геометрической формы.

Ну, поскольку мы интересуемся репликацией, то перво-наперво следует разобраться, могут ли кристаллы воспроизводить свою структуру. Кристаллы образованы несметным числом атомных слоев, каждый из которых надстраивается над предыдущим. Атомы (или ионы — разница в данном случае непринципиальна) свободно плавают в растворе, но, если им приходится вдруг натолкнуться на кристалл, имеют тенденцию оставаться на его поверхности. Раствор поваренной соли содержит ионы натрия и хлорид-ионы, которые болтаются в нем более-менее хаотично. А кристалл поваренной соли — это упорядоченная структура, где ионы натрия и хлора плотно уложены под прямыми углами друг к другу. Когда плавающим в воде ионам случается столкнуться с твердой поверхностью кристалла, они склонны на ней закрепиться. И они всегда встают в то самое положение, которое требуется, чтобы новый слой кристалла стал точным повторением предыдущего. Получается, что, однажды возникнув, кристалл растет, и его новые слои копируют своих предшественников.

Иногда кристаллы начинают образовываться в растворе самопроизвольно. В других случаях им нужна затравка — это могут быть как частички пыли, так и маленькие кристаллы, попавшие извне. Кернс-Смит предлагает нам проделать следующий опыт. Растворите большое количество гипосульфита — обычного фотографического закрепителя — в очень горячей воде. Затем остудите раствор, соблюдая меры предосторожности против случайного попадания пыли. Теперь наш раствор перенасыщен, он готов образовывать кристаллы и только того и ждет, но у него нет затравки. Привожу отрывок из “Семи подсказок о возникновении жизни” Кернса-Смита:

Осторожно снимите с мензурки крышку, бросьте на поверхность раствора крошечный кристалл гипосульфита и с изумлением наблюдайте за происходящим. Кристалл будет увеличиваться у вас на глазах, время от времени разваливаясь на куски, которые тоже мгновенно пустятся в рост… Вскоре ваша мензурка окажется битком набитой кристаллами, некоторые из которых будут достигать нескольких сантиметров в длину. Через несколько минут все прекратится. Магический раствор потеряет свою силу; впрочем, если вы хотите повторить шоу, просто снова разогрейте и охладите мензурку… Перенасыщенным называют такой раствор, в котором растворено больше, чем он в состоянии вместить… Охлажденный перенасыщенный раствор почти в буквальном смысле не знал, что делать. Ему следовало “сообщить” это, добавив кусочек кристалла, состоящего из точно таких же частиц (в количестве многих миллиардов), уже уложенных характерным для кристаллов гипосульфита образом. Раствор нужно было “засеять”.

Некоторые химические вещества способны кристаллизоваться двумя различными способами. К примеру, и графит, и алмаз — это кристаллы, состоящие из чистого углерода. Атомы в них идентичны. Два этих вещества отличаются друг от друга только геометрией укладки углеродных атомов. В случае алмаза атомы образуют тетраэдрическую конфигурацию, отличающуюся крайней стабильностью. Вот почему алмазы такие прочные. А в графите те же атомы углерода организованы в плоские шестиугольники, наложенные друг на друга. Между собой эти слои связаны слабо, благодаря чему графит скользок на ощупь и находит применение в качестве смазочного материала. К сожалению, вы не можете выкристаллизовывать алмазы из раствора, как гипосульфит. Будь иначе, вы были бы богаты; впрочем, по здравом размышлении, не были бы — ведь тогда любой дурак мог бы сделать то же самое.

Теперь представьте себе, что у нас есть перенасыщенный раствор некоего вещества, которое, подобно гипосульфиту, жаждет выпасть в осадок и, подобно углероду, может кристаллизоваться двумя различными способами. Первый способ, когда атомы, как в графите, располагаются слоями, приводит к появлению мелких и плоских кристаллов, в то время как, будучи уложены вторым способом, те же атомы дают начало кристаллам объемным, похожим на алмазы. И вот мы бросаем в наш перенасыщенный раствор два крошечных кристалла — один плоский, а другой объемный — одновременно. Рассказать о том, что будет дальше, можно, слегка дополнив описание опыта с гипосульфитом, взятое у Кернса-Смита. Вы с изумлением наблюдаете за происходящим. Оба ваших кристалла увеличиваются у вас на глазах; время от времени они разваливаются на куски, которые тоже мгновенно пускаются в рост. Плоские кристаллы дадут начало популяции плоских кристаллов, а объемные кристаллы — популяции объемных кристаллов. Если один тип кристаллов имеет обыкновение быстрее расти и чаще разламываться, чем другой, то перед нами возникнет простейшая разновидность естественного отбора. Но, чтобы этот процесс мог дать начало эволюционным изменениям, не хватает одного существенного ингредиента. Этот ингредиент — наследственная изменчивость или что-то ей аналогичное. Вместо кристаллов всего лишь двух различных типов у нас должен быть целый спектр подвариантов, которые образуют ряды повторяющих друг друга поколений и иногда “мутируют”, давая начало новым формам. Есть ли у настоящих кристаллов что-нибудь эквивалентное наследственной передаче мутаций?