Текст книги "Жизнь как она есть: её зарождение и сущность"

Автор книги: Фрэнсис Крик

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 11 страниц)

Одно из важнейших биологических открытий шестидесятых годов заключалось в обнаружении генетического кода, малого словаря (в принципе похожего на азбуку Морзе), который переводит язык генетического материала, состоящий из четырех букв, на язык белка, исполнительный язык, состоящий из двадцати букв. Подробнее он описан в приложении.

Для того чтобы перевести генетическое сообщение на определенный участок нуклеиновой кислоты, биохимический механизм считывает последовательность боковых цепочек группами из трех цепочек, начиная с некоторой заданной точки. Поскольку в языке нуклеиновой кислоты только четыре различных буквы, то существует шестьдесят четыре возможных триплета (4 х 4 х 4). Шестьдесят один из них (они называются кодонами) означают ту или иную аминокислоту. Три остальных триплета означают «конец цепочки». (Сигнал «начало цепочки» немного сложнее.)

Точная природа генетического кода имеет такое же значение в биологии, как и периодическая таблица элементов Менделеева в химии, но между ними есть и существенная разница. Периодическая таблица, должно быть, одинакова во всей Вселенной. Генетический код, по-видимому, довольно произволен или, по крайней мере, частично таков. Предпринималось много попыток вывести зависимость между двумя языками на основании принципов химии, но до сих ни одна из них не привела к успеху. У кода есть несколько постоянных признаков, но они могут оказаться случайными.

Даже если бы где-нибудь в другом месте существовала совершенно особая форма жизни, в основе которой также были бы нуклеиновые кислоты и белок, я все равно не вижу достаточных оснований, почему генетический код должен быть точно таким же, как и здесь. (Азбука Морзе, между прочим, не вполне произвольна. Наиболее часто встречающиеся буквы, например, е и т, состоят из наименьшего числа точек и тире.) Если это проявление произвольности в генетическом коде подтвердится, то мы можем только еще раз прийти к выводу, что вся жизнь на Земле возникла из одной очень примитивной популяции, которая первая использовала его, чтобы управлять потоком химической информации с языка нуклеиновой кислоты на язык белка.

Таким образом, чтобы нести генетическую информацию, все живые существа пользуются одним и тем же языком из четырех букв. Все пользуются одинаковым языком из двадцати четырех букв для создания своих белков, механических инструментов живой клетки. Все пользуются одинаковым химическим словарем при переводе с одного языка на другой. О такой невероятной степени единообразия едва ли подозревали немногим более сорока лет назад, когда я был еще студентом. Сегодня я нахожу странным, что те люди, которым размышления о своем единстве с природой доставляют глубокое удовлетворение, часто совершенно не подозревают о том самом единстве, о котором они пытаются судить. Возможно, в Калифорнии уже существует церковь, в которой каждое воскресное утро оглашается генетический код, хотя я сомневаюсь, что кто-нибудь посчитает весьма вдохновляющим подобное голое перечисление фактов.

Далее мы увидим, что один из способов подойти к проблеме происхождения жизни – это попытаться представить, каким образом это замечательное единообразие впервые появилось. Почти все современные теории и экспериментальные исследования по происхождению жизни за исходную точку принимают синтез либо нуклеиновой кислоты, либо белка, или же того и другого вместе. Каким образом на этой первозданной Земле (если жизнь действительно зародилась на Земле) могли появиться первые необходимые для этого макромолекулы? Мы уже видели, что эти цепочечные молекулы образованы объединением мелких субъединиц в непрерывную цепочку. Каким образом могли синтезироваться мелкие молекулы в этих древних, пребиотических условиях? И каким образом мы могли бы определить, даже если бы имели возможность наблюдать весь процесс на уровне атомов, когда система впервые заслужила название «живая»? Чтобы понять эту проблему, мы должны исследовать в следующей главе: какие качества должны присутствовать у любой живой системы.

Глава 4. Сущность жизни

Дать краткое определение «жизни» или «живого» не просто. Конечно, под «живым» я не обязательно имею в виду думающее или чувствующее существо, поскольку для биолога растения несомненно являются живыми, а некоторые люди (не считая немногих легковерных индивидуумов без научной подготовки) верят, что растения думают и чувствуют, как мы и другие животные. Бактерии – сколь ни мало они должны ощущать, хотя бы могут «чувствовать запах» молекул пищи и плыть к ним, – конечно же следует считать живыми. С вирусами дело обстоит сложнее. Здесь мы вплотную приближаемся к границе живого и неживого. Возможно, лучший способ подойти к решению задачи – это описать то, что мы знаем об основных процессах жизни, снимая шелуху с луковицы до тех пор, пока останется совсем немногое или вообще ничего, и затем обобщить то, что мы узнали.

Когда мы делаем это, то не можем не поражаться очень высокой степени организованной сложности, которую находим на каждом уровне, а особенно на молекулярном уровне, так как у нас есть все основания считать, что структуры, легко видимые невооруженным глазом, а также структуры, видимые только в микроскоп, – все созданы путем сложных взаимодействий своих молекулярных составляющих. Насколько сложны эти макромолекулы и как именно они образованы?

Самый выдающий пример молекулярной архитектуры, найденный в живых организмах, – без сомнения, белковое семейство. Даже относительно простой белок может насчитывать до двух тысяч атомов, образуя Довольно точную трехмерную структуру (при этом каждый атом находится на предназначенном ему месте), если ее не нарушили постоянные столкновения, вызванные тепловым движением. Более того, эта сложная трехмерная форма жизненно важна для его функции. Если молекула в растворе воды нагревается, то в большинстве случаев увеличившаяся температура сначала ослабит, а затем разорвет непрочные связи, соединяющие лежащую в ее основе цепочку и ее правильную складку, настолько, что ее структура придет в беспорядок и расстроится. На ее поверхности уже не будет правильных впадин с соответствующими химическими группами, и поэтому она больше не сможет выполнять свою первоначальную функцию. Если в растворе есть другие молекулы белка, также находящиеся в этом дезорганизованном состоянии, то они могут слипнуться друг с другом и свернуться, так что даже в случае охлаждения раствора сплетенная масса не может вновь распутаться. Сварите яйцо, и толстая суспензия белков превратится в безнадежно перемешанную массу, став механически твердой там, где прежде она была мягкой и текучей.

На первый взгляд, задача создания точной копии неповрежденной трехмерной структуры белка с ее хорошо организованной естественной складкой может показаться очень трудной. Ее можно было бы представить как создание молекулярного слепка с поверхности, как, например, его можно снять со скульптуры. Но как скопировать внутреннее строение молекулы? Природа решила эту проблему с помощью изящного приема. Полипептидная цепь синтезируется как вытянутая, довольно одномерная структура, а затем свертывается. Процесс свертывания направляется по точному образцу боковых цепочек, которые взаимодействуют друг с другом и с остовом, используя многочисленные, слабые взаимные связи. Молекула исследует постоянные благоприятные возможности, предложенные тепловым движением до тех пор, пока не найдет оптимальную складку. Затем различные сегменты молекулы аккуратно стягиваются воедино, столь точно соответствуя друг другу, что дальнейшее тепловое движение оставляет молекулу относительно спокойной.

Все, что нужно клетке для создания этого чуда молекулярного строения, – это связать воедино аминокислоты (которые образуют поли пептидную цепь) в правильном порядке. Это очень сложный биохимический процесс, молекулярный сборочный конвейер, где используются инструкции в виде ленты нуклеиновой кислоты (так называемая информационная РНК), которую в общих чертах мы опишем в главе 5. Здесь нам лишь необходимо задать вопрос: сколько же существует возможных белков? Если конкретная последовательность аминокислот выбрана случайно, то какова вероятность этого события?

Для комбинаторики эта задача не представляет трудности. Предположим, что длина цепи около двухсот аминокислот; то есть она, во всяком случае, намного короче средней длины белков всех типов. Так как мы имеем только двадцать возможностей на каждом месте, то количество возможностей – это двадцать, умноженное на само себя около двухсот раз. Это удобно записать как 20²⁰⁰, и оно приблизительно равняется 10²⁶⁰, то есть единице с 260 нулями!

Это число всецело находится за пределами наших обычных представлений. Для сравнения возьмем количество фундаментальных частиц (проще говоря, атомов) во всей видимой Вселенной, не только в нашей галактике с ее 10¹¹ звездами, но во всех миллиардах галактик, вне пределов видимого пространства. Это число, которое по оценке должно составить 10⁸⁰, действительно незначительно по сравнению с 10²⁶⁰. Более того, мы лишь рассмотрели полипептидную цепь довольной средней длины. Если бы мы также рассмотрели более длинные цепи, то эта цифра оказалась бы еще более необъятной. Можно доказать, что с тех пор как на Земле появилась жизнь, количество различных полипептидных цепей, которые могли бы быть синтезированы за все это долгое время, составляет только незначительную долю вообразимого их числа. Значительное большинство последовательностей вообще никогда не могло быть синтезировано, ни в какое время.

Эти подсчеты учитывают только последовательность аминокислот. Они не принимают во внимание тот факт, что многие последовательности не сворачивались удовлетворительным образом в устойчивую компактную форму. Какая часть всех возможных последовательностей сделала это – неизвестно, хотя есть предположение, что она явно невелика.

Поясним это с помощью свободной аналогии. Возьмем абзац текста, написанный на английском языке. В нем используется набор символов, состоящий примерно из тридцати знаков (буквы и знаки препинания, без учета заглавных букв). В типичном абзаце примерно столько же букв, сколько в типичном белке аминокислот. Таким образом, подсчет, подобный описанному выше, покажет, что количество различных последовательностей букв соответственно огромно. На самом деле существует ничтожно малая надежда, что миллиард обезьян на миллиарде пишущих машинок когда-либо правильно напечатают хотя бы один сонет Шекспира в течение нынешней жизни Вселенной. Многое из того, что было напечатано, окажется совершенно невразумительным. Если мы поинтересуемся какая часть возможных абзацев будет иметь хоть какой-то смысл, то обнаружим, что она также окажется весьма незначительной.

Тем не менее, количество полных смысла абзацев также очень значительно, даже если у нас нет простого способа вычислить это число. Точно также, количество возможных, различных, компактных устойчивых белков может быть очень большим.

Как мы узнали, даже на этом самом основном уровне, существуют сложные структуры, которые встречаются во множестве совершенно идентичных копий – то есть те, которые организовали сложность и которые не могли возникнуть по чистой случайности. Жизнь, с этой точки зрения, является бесконечно маловероятным событием, и все же мы видим, что она кишит вокруг нас во всех проявлениях. Как же такие маловероятные явления могут быть столь распространенными?

Лишенный многих своих очаровательных сложностей основной механизм очень прост. Его предложили как Дарвин, так и Уоллес, каждый из которых понял его принцип, прочитав Мальтуса. Живые организмы обязательно должны бороться за пищу, самца или самку, жизненное пространство, особенно с другими особями своего вида. Они должны избегать хищников и других опасностей. В силу всех этих различных причин некоторые оставляют больше потомства, чем другие, и последующим поколениям будут преимущественно передаваться генетические характеристики именно таких, получивших преимущество репликаторов. На более специальном языке, если ген наделяет повышенной «приспособляемостью» своего обладателя, то такой ген, вероятнее, обнаружится в генофонде следующего поколения. В этом состоит сущность естественного отбора. На первый взгляд, это кажется почти тавтологией; однако здесь имеют значение не слова, а лежащие в основе всего механизмы. Можем ли мы выразить самыми абстрактным терминами, какими они должны быть?

Первое очевидное требование касается репликации и к тому же довольно точной репликации. Нам необходимо передать значительное количество информации в качестве инструкций, чтобы создать ту сложность, которая характеризует жизнь, и если эта информация не копируется с приемлемой точностью, то механизм будет разрушаться под накопившимся грузом ошибок. С другой стороны, абсолютная точность не требуется. Несомненно, всем копиям не следует быть абсолютно тождественными. Многие ошибки копирования окажутся помехой, но некоторые из них, вероятно, приведут к улучшению, позволяющему гену функционировать более эффективно. Они нам необходимы для того, чтобы заработал естественный отбор. Таким образом, нам нужны мутации, как называются эти генетические ошибки, но их не должно быть слишком много. На практике необходим исключительно низкий процент ошибок, действительно столь низкий, что клетка обычно должна принимать особые меры предосторожности, чтобы исправить большинство этих ошибок, оставляя только некоторые для создания нужного разнообразия, если вид должен в дальнейшем сохранить свои позиции и развиваться.

Важно отметить, что сами мутации должны копироваться с помощью механизма репликации. Те ошибки, которые нельзя скопировать, бесполезны, так как они только запутают всю систему. Подобные ошибки каким-то образом должны быть устранены. Столкнувшись с такой химической ошибкой, система копирования может пропустить ее и поместить наугад в одну из стандартных букв. Для того, чтобы заработал естественный отбор, не имеет большого значения, какая сделана ошибка, пока конечным результатом не станет изменение, которое можно точно скопировать в последующих поколениях.

Репликация и мутация – это два важнейших требования. Отсюда вытекает, что ген может быть более или менее «приспособлен». Самое минимальное преимущество, которое он может иметь, заключается в том, что его можно быстрее и чаще копировать по сравнению с его собратьями. Обычно он получает эту способность более опосредованными путями. Он может направлять создание информационной РНК, которая кодирует белок, имеющий некоторое особое и желательное свойство с тем, чтобы организм, который им обладает, получил некоторое преимущество в борьбе за появление более многочисленного и лучшего потомства На научном языке, улучшенный ген обычно непременно изменяет не только генотип (совокупность генов в организме), но также свой фенотип (приблизительно, свойства, которые он демонстрирует миру.) Как правило, это непременно основывается на свойствах или избытке одного или более белков, так как белки управляют большей частью химических процессов, происходящих в теле, тогда как нуклеиновая кислота, особенно ДНК, выполняет немного функций, за исключением репликации и кодирования белков, а также некоторых структурных молекул РНК.

Существует одно окончательное общее требование. Мы должны избегать «перекрестного питания». Вообще, мы не хотим, чтобы соперничающий организм извлек пользу из результата развития наших генов. Мы хотим, чтобы эти результаты помогали только нашим собственным генам. Это означает, что мы должны каким-то образом хранить ген и результаты его развития вместе. На самых низших уровнях для хранения генов и большей части результатов их развития удобно пользоваться одной и той же сумкой. Эта сумка называется клеткой, и она окружена очень тонкой полупроницаемой мембраной, которая мешает большей части молекул внутри клетки покинуть ее до тех пор, пока для присутствия этой молекулы за ее пределами не будет достаточных оснований. В мембране существуют особые ворота и насосы, чтобы доставлять пищу и другие молекулы в клетку извне и выпускать наружу отходы и выборочно другие молекулы.

Вышесказанное в общих чертах характеризует главные требования к информационной системе, необходимой для жизни, но из них вытекают более безотлагательные и земные требования. Так как нам необходимо снимать копии некоторого количества молекул, то у нас должен быть достаточный запас сырья. За исключением самых особых случаев, эти химические соединения необходимо преобразовать в другие, близкие им соединения. В настоящее время каждый такой шаг в клетках обычно катализирует особый белок, фермент, характерный лишь для данной реакции. При зарождении жизни этот сырьевой материал, в основном, должно быть, имел уже готовую для немедленного использования форму, так как в то время могло существовать лишь незначительное число специфических катализаторов, если таковые вообще имелись, для того, чтобы первозданный бульон стал более аппетитным.

Для проведения органического синтеза необходим запас энергии, и это должна быть доступная энергия На научном языке она называется свободной энергией, что вовсе не означает, что вы получаете ее даром. (В термодинамике у данного термина есть довольно точное значение.) Таким образом, система не находится в состоянии равновесия, в узком смысле этого слова, хотя она может быть в состоянии динамического равновесия. Весьма приблизительной аналогией было бы сопоставление спокойного пруда, равновесие которого статично, и бегущей реки, которая продолжает неизменно течь во многом как бы одинаковым образом. Живая система напоминает реку. В нее втекают сырье и свободная энергия, тогда как вытекают отходы и тепло. С научной точки зрения, это открытая система. Только таким способом она может продолжить синтез, необходимый для повторяющейся химической репликации.

Таковы основные требования к жизни. Система должна уметь свободно копировать как свои собственные инструкции, так и косвенно любой механизм, необходимый для их выполнения. Репликация генетического материала должна быть довольно точной, но мутаций – ошибок, которые можно верно скопировать, – должен быть очень небольшой процент. Ген и его «продукт» должны храниться довольно близко друг от друга. Система непременно является открытой и должна иметь запас исходного материала и, тем или иным образом, запас свободной энергии.

Сформулированные в самых общих чертах требования не кажутся слишком строгими, хотя, как мы увидим, их очень трудно выполнить, если начинаешь все с самого начала. Что представляется не таким очевидным – так это замечательная способность такой системы к совершенствованию. Процесс копирования с немногими редко встречающимися ошибками – к чему же он мог бы привести?

Первый момент, который следует уяснить, – это непрерывный характер процесса. Для того чтобы достичь чего-нибудь необыкновенного, система должна постоянно функционировать эффективно. Но это означает, что мы удваиваем количество копий каждое «поколение». Большинство людей знают, что это быстро приводит к трудно поддающимся исчислению числам. Традиционно рассказывают историю о короле или султане, который захотел наградить одного из своих слуг и спросил, какую награду тот хотел бы получить. Человек (непонятно, был ли он хитрым или наивным, мудрым или безрассудным, тираны обычно не любят, чтобы их заставляли выглядеть глупцами) якобы придумал то, что, на первый взгляд, представляется вполне скромной просьбой. Указав на шахматную доску, он попросил одно зерно пшеницы за первую клетку, два за вторую, четыре за третью, восемь за следующую и т.д., каждый раз, удваивая их число. Это может показаться неразумным до тех пор, пока не вспомнишь, что на шахматной доске шестьдесят четыре клетки. Немного простой алгебры показывает, что необходимое для этого число зерен пшеницы составляет менее 264. Это немногим более 10¹⁹, что соответствует весу примерно в 100 миллиардов тон. Эта пшеница заполнила бы куб, каждая сторона которого примерно четыре мили в длину. В конце концов, не такая уж и скромная просьба!

Если живая система продолжит удваиваться таким же образом, то при потребности в пище в виде сырья и энергии она очень скоро истощит ресурсы окружающей среды. Таким образом, через относительно короткий период времени различные особи вынуждены будут бороться за пищу. При наличии лишь постоянного запаса пищи и энергии вся система не сможет продолжать расширяться бесконечно; вместо этого, она достигнет устойчивого состояния. Это означает, что на данном этапе каждый организм оставит в среднем только одного потомка в каждом поколении. Поскольку некоторые организмы оставят двоих, то другие Должны прекратить размножаться. Это может произойти случайно. Один организм может неожиданно натолкнуться на запас пищи, другой может оказаться менее удачлив и голодать. Однако если какой-то отдельный организм приобрел мутацию своих генов, то, по той или иной причине, он может бороться успешнее и оставить в среднем больше потомков, тогда его представительство в популяции увеличится, и поэтому другие менее удачливые организмы обязательно произведут на свет меньшее потомство. Если этот процесс продолжается неограниченно, то менее удачливые типы в конце концов вымрут окончательно, а тот, у которого более эффективный ген, полностью овладеет положением. Здесь важно отметить, что с помощью этого простого процесса редкое случайное событие стало распространенным.

Процесс необязательно должен произойти лишь однажды. Он может происходить раз за разом, так как случай подбрасывает новые благоприятные мутации. Более того, одно усовершенствование может накладываться на другое до тех пор (при условии, что времени достаточно), пока в процессе эволюции не разовьется новый организм, очень тонко настроенный на окружающую среду. Для того чтобы достигнуть такого совершенства исполнения, ему необходимы только мутации, возникшие случайно. По-видимому, здесь нет механизма, безусловно, нет общего механизма, который бы направлял изменение гена с тем, чтобы появлялись только благоприятные изменения Более того, можно доказать, что подобный направляемый механизм, в конце концов, оказался бы слишком косным. Когда наступают слишком трудные времена, то необходимо новшество, важные отличительные особенности которого не могут быть заранее спланированы, и здесь мы можем полагаться только на случай. Случай – единственный источник подлинного новшества.

Сила естественного отбора такова, что он может действовать на всех уровнях. В частности, он может явиться причиной совершенствования самих механизмов отбора; половое размножение оказалось хорошим тому примером. Если окружающая среда (само это понятие не легко определить точно) остается устойчивой, то естественный отбор часто стремится остаться консервативным и сохраняет группу скрещивающихся организмов в ограниченном ареале, так как, в известном смысле, совершенство уже достигнуто, и для любого дальнейшего улучшения может понадобиться крайне редкое событие, к этому времени все умеренно редкие события уже опробованы. Однако если окружающая среда изменяется или если некоторые особи по той или иной причине окажутся в фактической изоляции от остальных, тогда равновесие может быть нарушено, и в этих условиях естественный отбор может быть более созидательным. У нас нет необходимости останавливаться здесь на этих сложностях, которые имеют важнейшее значение для обстоятельной теории эволюции, особенно если нас, в основном, интересует происхождение жизни, когда имевшие место процессы, вероятно, были довольно примитивными. С этой точки зрения важно понять основные, общие особенности процесса и четко осознать, как такой простой набор предположений может привести к таким замечательным и неожиданным результатам.

Насколько нам известно, не существует другого надежного механизма, который так эффективно мог бы создать заслуживающие сравнения результаты. Одной из возможностей могло быть наследование приобретенных признаков. Приложив усилия, жираф мог бы удлинить свою шею и таким образом добывать больше пищи с самых высоких и нежных листьев на дереве. Мы можем представить себе, что это могло бы привести к появлению потомства, имеющего более длинные шеи и поэтому более приспособленного к борьбе за существование. Насколько мне известно, еще никто не привел общих теоретических аргументов, почему такой механизм должен быть менее эффективен, чем естественный отбор, хотя предполагается, что он может оказаться не таким гибким, как последний, особенно если для преодоления эволюционного кризиса требуется подлинное новшество. В любом случае потребовался бы процесс, посредством которого информация в соме (теле животного или растения) передавалась бы в зародышевый путь – яйца или сперму. Подобный механизм был недавно предложен, но доказательство в его пользу сложное и в настоящее время довольно неосновательное. Наследование приобретенных признаков, предположительно, может сыграть некоторую небольшую роль в эволюции, но маловероятно, что она окажется ведущей.

Существуют ли еще другие самые общие требования, необходимые для живой системы? Для того чтобы любая форма жизни представляла для нас какой-то серьезный интерес, она должна быть, по крайней мере, средней сложности, и вероятно, необходимо, чтобы она действительно была очень сложной. Нам неизвестно ничего в структуре Вселенной на любом уровне, что создает такую степень сложности вследствие природы вещей. Единственный известный нам механизм, который может это делать, – это естественный отбор, требования которого мы только что в общих чертах рассмотрели.

Мы видели, что он подразумевает сохранение и репликацию большого количества информации. Единственный эффективный способ это выполнить – использовать комбинаторный принцип. А именно, мы выражаем информацию, используя только небольшое количество типов стандартных единиц, но соединяем их весьма многочисленными различными способами. (Письменность – отличный пример этого принципа.) Жизнь, как мы знаем, использует линейные нити из стандартных единиц, но можно представить схемы, в которых используются упорядоченные слои единиц или даже трехмерные структуры, хотя их было бы труднее копировать. Эти структуры должны не только содержать информацию, а именно, они не должны быть полностью регулярными, но их информационное содержание должно легко и точно копироваться, и, что еще важнее, информация должна быть устойчивой в течение более длительного периода времени, нежели необходимым для ее копирования, в противном случае ошибки будут слишком частыми и естественный отбор не сможет функционировать. Таким образом, создание на основе стандартных единиц расширенных комбинаций, которые довольно устойчивы, представляется важнейшей задачей, если должна развиться какая-то более высокая форма жизни. Если мы попытаемся избежать использования небольшого числа стандартных единиц, то механизм копирования становится все в большей и большей степени затрудненным, каким он несомненно является при письме и печати на китайском языке, содержащем тысячи различных единиц.

Другое общее требование к процессу состоит в том, что он не должен быть слишком медленным. Мы не можем, пока еще, рассчитать скорость процесса эволюции на основании первых принципов, но система, которая была, скажем, в десять или в сто раз медленнее нашей, едва ли имела достаточно времени для создания высших организмов, по сложности аналогичных нашим, даже если эта система зародилась сразу после Большого взрыва. Таким образом, любая система, в основе которой лежит твердое состояние, где химические реакции, безусловно, протекают, но протекают крайне медленно, почти неизбежно оказалась бы слишком медленной. Поэтому нам остается только рассмотреть жидкости и газы.

Одно возражение против чисто газообразного состояния заключается в том, что только мелкие молекулы могут образовывать настоящие газы, поскольку, даже если между ними нет особых сил притяжения, там всегда есть ощутимые силы межмолекулярного взаимодействия (называемые ван-дер-ваальсовыми силами). Они действуют между всеми атомами, хотя только на коротких расстояниях, и возрастают с размером молекулы. Поскольку, как мы видели, информационная молекула должна быть довольно крупной (для того чтобы содержать в себе инструкции, используя комбинаторный метод), то маловероятно, что она окажется газообразной, кроме как при высоких температурах, когда существует опасность, что тепловое движение разрушит ее на части, или же при крайне низком давлении, которое вызвало бы иные трудности. В частности, концентрации молекул, образующих газообразную фазу, были бы тогда обязательно очень низкими, и это замедлило бы скорость необходимых химических реакций. По всем этим причинам, трудно изобрести какую-либо правдоподобную систему, основанную исключительно на газообразном состоянии.

Возникает больше возможностей, если мы позволим частичкам твердой материи или каплям жидкости (или каплям, окруженным особой оболочкой) перейти почти в газообразное состояние. В таких случаях труднее доказать, что такая форма жизни весьма маловероятна. Можно было бы предположить невозможность развития каких-либо крупных организмов, использующих подобную систему, но здесь мы должны быть осторожными. Само существование наземных животных и растений доказывает, что однажды система некоторым образом усовершенствовалась; естественный отбор может быть очень изобретательным, преодолевая трудности подобного рода. Однако все же когда ознакомишься с проблемой, то самое легкое решение – это применить систему, в основе которой крупные соединения, напоминающие твердые структуры, но в незначительном масштабе, и плавающие почти в жидкости. По-видимому, чему-либо еще было крайне трудно начать развитие. Поскольку углерод – это атом, который, в отличие от остальных, превосходит по количеству связей другие атомы, тем самым создавая почти бесконечное разнообразие органических молекул, и поскольку вода – это наиболее распространенная молекула во Вселенной, которую, вероятно, можно найти в любом количестве в жидком состоянии, то не вызывает большого удивления, что жизнь, как мы знаем, основана на соединениях углерода, растворенных в воде.

Конечно, где-нибудь еще во Вселенной может существовать жизнь, в основе которой – другие вещества. При низких температурах жидкий аммиак может служить растворителем, хотя и не таким универсальным, как вода, которая является необычайно хорошим растворителем. Вместо углерода был предложен кремний. Его преимущество в том, что он довольно распространен, по крайней мере, на поверхности Земли. Кремний, который в соединении с кислородом дает силикат, фактически образует расширенные структуры. Некоторые из них слоистые, незначительное число линейно, но большей частью это довольно сложные трехмерные структуры, кристаллические и псевдокристаллические, и не выглядят такими, будто они легко могли создать основание для естественного отбора, кроме как самым неуклюжим образом.