Живое и неживое. В поисках определения жизни - Карл Циммер
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Дельбрюк любовно называл вирусы «атомами в биологии». Он приступил к собственным экспериментам, из которых вскоре выросла работа, обеспечившая ему впоследствии Нобелевскую премию. Оказалось, что вирусы, как и мухи, мутируют. Некоторые мутации отнимали у них способность поражать определенный штамм бактерий, другие же позволяли нападать на новый. Подсчитывая пустые места в своих чашках Петри, Дельбрюк мог точно измерять частоту появления мутаций. Он был счастлив на своем новом поприще, пусть даже мало кто в те времена признавал новую научную область, которую он создавал.
В 1945 г., через несколько лет после того как Дельбрюк сменил профессию, один из друзей вручил ему тоненькую книжную новинку – хит сезона. Она называлась «Что такое жизнь?» (What Is Life?), и Дельбрюк просто опешил. Автором был Эрвин Шрёдингер[258], физик, которого Дельбрюк знавал в былые времена занятий квантовой физикой в Германии. А чтобы ответить на вопрос, поставленный в заглавии книги, Шрёдингер оживил ту самую статью Дельбрюка – похороненную по высшему разряду.
_______Эрвин Шрёдингер родился в 1887 г. в Вене. Впоследствии он стал профессором физики в Цюрихе, где вывел уравнение, увековечившее его имя. Уравнение Шрёдингера предсказывает волновые изменения системы, будь то фотон, атом или группа молекул, в пространстве и времени. Но, помимо этого, имя Шрёдингера приклеилось к самому знаменитому мысленному эксперименту с котом.
Шрёдингер осознавал, до какой степени необычны были выводы, вытекавшие из его трудов и трудов других специалистов по квантовой физике. Он предложил способ наглядно представить себе эту необычность: допустим, у нас в коробке кот. Коробка оборудована приспособлением, которое может пустить внутрь яд и убить кота. А теперь представьте себе, что это приспособление срабатывает в ответ на самопроизвольный распад радиоактивного атома.
Согласно магистральным толкованиям квантовой физики 1930-х гг., атом мог одновременно существовать как в распавшемся, так и в нераспавшемся состоянии. Лишь наблюдение заставило бы его волновую природу оказаться в одном из них. Шрёдингер утверждал, что если квантовая физика верна, то кот должен быть одновременно и живым и мертвым. Судьба его определится только в тот момент, когда наблюдатель заглянет в коробку.
Жизнь и смерть служили Шрёдингеру не просто пищей для мысленных экспериментов. Его отец увлекался ботаникой и познакомил Эрвина со сложным устройством растений, когда тот был еще ребенком. В студенчестве Шрёдингер жадно глотал книги по биологии. Позже, когда Мёллер с помощью рентгеновских лучей получил мутации, молодого ученого заинтересовала природа генов. В нем проснулось любопытство дилетанта, касающееся «фундаментального различия между живой и мертвой материей»[259], как он однажды выразился. Когда знакомый передал Шрёдингеру статью Дельбрюка 1935 г. о генах, она стала для исследователя ядром, вокруг которого постепенно наросли его собственные соображения. В те времена Дельбрюк и Шрёдингер были коллегами по профессии, разъезжавшими по Европе ради общения с рассеянной по континенту братией квантовых физиков. Однако Шрёдингер ни разу не сказал и не написал Дельбрюку о почерпнутом у него вдохновении.
Австрийский ученый тоже бежал от нацистов, но оказался не в Калифорнии, а в Ирландии, где власти построили научный центр, чтобы Шрёдингер мог его возглавить. Одним из условий его работы было чтение публичных лекций в Тринити-колледже. Исследователь решил, что не станет рассказывать о своих уравнениях, ведь его слушатели не специалисты в квантовой физике. Вместо этого он задумал прочесть курс лекций, в котором излагались бы его личные размышления о природе живого[260].
В феврале 1943 г. в лекционный зал стеклась огромная толпа. Организаторам пришлось ограничить доступ для тысяч желающих. Взойдя на кафедру, Шрёдингер предупредил переполненный зал, что будет говорить не как специалист, а как «наивный физик». И задал наивный вопрос – тот же, которым задавался Георг Шталь почти на четверть тысячелетия раньше: что такое жизнь?
Значительная часть биологических сведений, изложенных тогда Шрёдингером перед дублинской аудиторией, была не нова. А то новое, что содержалось в его лекциях, впоследствии оказалось по большей части неверным. И все же ему удалось заложить основы современного научного подхода к определению того, что значит быть живым. Идеи Шрёдингера озарят путь целому поколению ученых, которые поставят биологию на молекулярное основание. И, что не менее важно, он продемонстрировал физикам, насколько несостоятельными оказываются их теории, стоит лишь вступить на территорию живого. Да и теперь, спустя много десятилетий, физики не могут справиться с брошенным им вызовом.
«Отрицательная энтропия – вот то, чем организм питается»[261], – заявил Шрёдингер. Энтропия по сути есть мера неупорядоченности. Мельтешение атомов и молекул с течением времени увеличивает энтропию естественным путем. Чтобы сохранять свою упорядоченность, живому необходимо поглощать энергию таким способом, который противодействует возрастанию энтропии. И оно распространяет эту упорядоченность в будущее, передавая свои гены потомкам.
Объясняя наследственность, Шрёдингер опирался на десятилетней давности работу Дельбрюка о хромосомах. Австрийский ученый представлял их себе как стабильные кристаллы, содержащие гены и способные воспроизводиться из поколения в поколение.
У Шрёдингера были лишь смутные представления о том, как работает это устройство. Кристаллам следовало быть, по его выражению, «апериодическими». В обыкновенных кристаллах наблюдается периодичность: лед – это решетчатая конструкция из молекул воды, поваренная соль – совокупность ячеек, состоящих из атомов натрия и хлора. Неважно, в каком направлении вы двигаетесь внутри таких кристаллов, их элементарные ячейки будут одинаковыми. Но в хромосомах, как предполагал Шрёдингер, расположение атомов может варьировать, и вариации эти повторяются более сложным образом – они подобны цепочке букв, выбранных из алфавита. Такие вариации могут служить, по определению ученого, «программным кодом», способным породить целый организм.
«Различие в структуре, – рассуждал Шрёдингер, – здесь такое же, как между обычными обоями, на которых один и тот же рисунок повторяется с правильной периодичностью все снова и снова, и шедевром вышивки, скажем, рафаэлевским гобеленом, который дает не скучное повторение, но сложный, последовательный и полный значения рисунок, начертанный великим мастером».
_______Размышления Шрёдингера по поводу энтропии и программных кодов не напугали слушателей; его лекции снискали огромную популярность – столь огромную, что ему пришлось повторить весь курс на бис. Молва о сенсационных идеях австрийского исследователя продолжала распространяться, и один из издателей предложил Шрёдингеру изложить их в небольшой книжке. Брошюра «Что такое жизнь?» стала бестселлером следующего года. Она не только заинтересовала широкую публику, но и задала курс развитию науки. Через девять лет после публикации брошюры два ее читателя обнаружат, что «апериодический кристалл» Шрёдингера не просто предположение, а реальная молекула – ДНК, обитающая в каждой нашей клетке.
Одним из этих читателей был английский физик Фрэнсис Крик[262]. Родившийся в 1916 г. в провинциальной Англии в семье выходцев из среднего класса, Крик
