Текст книги "Наука плоского мира IV: Судный день (ЛП)"

Автор книги: Терри Дэвид Джон Пратчетт

Соавторы: Йен Стюарт,Джек Коэн
сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 24 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]

С 1996 года физики занимались украшением этой теории и предсказывали энергетический спектр гамма-лучей. Предсказания сошлись с данными ГОК, подтвердив тем самым, что источник излучения действительно располагался на очень большой высоте. Казалось, что все замечательно.

Пока не наступил 2003 год.

В том году Джозеф Дуайер, который находился на земле, во Флориде, и занимался измерением рентгеновского излучения молний, зафиксировал колоссальный всплеск гамма-излучения в вышележащих грозовых облаках. Энергетический спектр этого всплеска в точности совпадал со спектрами лучей, которые, как считалось ранее, возникали на гораздо большей высоте. Но даже после этого никому не пришло в голову, что источником лучей, обнаруженных ГКО, были грозовые тучи ведь их энергия была слишком велика. Энергия, необходимая для движения лучей в атмосфере, была неправдоподобно большой.

В 2002 году NASA запустило спутник под названием RHESSI (Солнечный спектральный телескоп высоких энергий им. Рувима Рамати) для наблюдения гамма-лучей, испускаемых Солнцем. Дэвид Смит поручил студентке Лилиане Лопес просмотреть данные на предмет фактов, подтверждающих существование источников гамма-лучей на Земле. Всплеск происходил раз в несколько дней, намного чаще, чем показывали наблюдения ГОК. Благодаря этому новому инструменту, удалось собрать более полную информацию об энергетическом спектре ее анализ показал, что эти гамма-лучи преодолели значительное расстояние в атмосфере. Фактически их источник был расположен на высоте около 15–25 километров, то есть совпадает с верхней границей типичного грозового облака. По мере накопления новых данных стало все сложнее отрицать тот факт, что грозовые облака в огромных количествах генерируют гамма-излучение. Спрайты, с другой стороны, таким свойством не обладают.

Каким образом в грозовых облаках возникает излучение с такой высокой энергией? Ответ пришел прямиком из «Звездного Пути» антиматерия. При контакте материи и антиматерии происходит взаимная аннигиляция, которая сопровождается энергетическим всплеском при этом масса практически полностью превращается в энергию. Корабли Звездного флота используют антиматерию в качестве топлива. Ее самая распространенная форма позитрон, или антиэлектрон, который естественным образом возникает в ходе радиоактивного распада и регулярно используется в медицинских ПЭТ-сканерах (позитронно-эмиссионная томография). Однако антивещество естественного происхождения встречается редко, а грозовые тучи не слишком известны своими радиоактивными атомами. Тем не менее, довольно веские доводы говорят о том, что гамма-излучение, возникающее в грозовых облаках, имеет отношение к позитронам.

Идея такова. Электрическое поле, расположенное внутри облака, в нижней части заряжено отрицательно, а в верхней положительно. Такое поле способно время от времени создавать уходящие электроны с высокой энергией. Благодаря отрицательному заряду, эти электроны отталкиваются от нижней части поля и притягиваются к верхней иначе говоря, движутся вверх. Далее они сталкиваются с атомами в молекулах воздуха и создают гамма-излучение. Если такое излучение затрагивает другой атом, оно может сгенерировать позитронно-электронную пару. Электрон продолжает двигаться вверх, в то время как положительно заряженный позитрон движется вниз под действием притяжения к нижней части поля. По ходу движения он сталкивается с атомами воздуха, выбивая из них новые электроны и процесс повторяется снова. При этом опять-таки возникает цепная реакция, которая распространяется в стороны, охватывая целые гряды грозовых туч.

Этот процесс немного похож на природный лазер, в котором каскады фотонов, движущихся туда-обратно между зеркалами, по ходу своего движения способствуют генерации все большего числа новых фотонов до тех пор, пока их энергия не станет настолько большой, что им удастся проникнуть наружу сквозь одно из зеркал. Роль зеркал играют верхняя и нижняя границы облака, только вместо фотонов, отскакивающих туда-обратно, облако гоняет электроны вверх, а позитроны вниз. К 2005 году эта теория была основательно проверена. Космический телескоп гамма-излучения им. Ферми в настоящее время обнаружил пучки заряженных частиц, которые испускаются грозовыми облаками и преодолевают тысячи миль вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Значительную долю этих частиц составляли позитроны.

Описанное открытие выставляет грозовые облака в новом свете. Молот Тора не просто высекает искры (молнии) и создает шум (гром) он еще и создает антиматерию. Такое открытие невозможно сделать, просто выставляя на показ податливые объяснения в духе сверхъестественных сил. Оно стало возможным благодаря тому, что ученые постоянно высказывают сомнения в отношении известных «фактов».

Даже уже знакомые нам первопричины могут со временем давать начало новым историям. В поисках рациональных объяснений первопричин, наука нередко меняет парадигму в ответ на новые факты или новые идеи. Происхождение Земли и Луны прекрасный тому пример, в котором имеют место любопытные перипетии. Одной из них оказалась неспособность в краткосрочной перспективе изменить парадигму под влиянием новых фактов.

В данном случае главной проблемой стал избыток, а вовсе не недостаток фактов. Мы можем изучить структуру Земли, обратить внимание на летопись окаменелостей и отправиться за образцами на Луну. Однако все это богатство эмпирических данных в определенном смысле лишь осложняет дело. Что оно означает? Спустя 4,5 миллиарда лет мы пытаемся восстановить картину событий. На тот момент возраст Вселенной составлял около 9 миллиардов лет (согласно теории Большого Взрыва, и еще больше, если верить наиболее распространенным альтернативным теориям). Во всех космологических теориях состояние Вселенной усложняется со временем. Таким образом, к моменту появления нашей Солнечной системы поблизости скопилось приличное количество стройматериалов.

Исходя из данных, доступных для наблюдения в настоящее время, нам приходится делать вывод о том, как в результате агрегации всей этой материи возникла система Земля-Луна. К таким наблюдения относятся данные об астероидах, Солнце и других планетах, а также детальная информация о структуре Земли и Луны. (Мы говорим о Луне в единственном числе, однако по одной из недавних гипотез на определенном этапе у Земли могло быть как минимум две луны). Очевидно, что до определенного момента Земля не существовала, а затем появилась. Луна сформировалась спустя несколько сотен миллионов лет. Их происхождение тесно связано друг с другом, и мы не сможем объяснить одно, не затрагивая другого.

Главная проблема, связанная с происхождением Луны и зарождением Земли, заключается в том, что лунные породы едва уловимыми деталями химической структуры довольно сильно напоминают земную мантию. Так называет толстый слой горных пород, расположенных непосредственно под континентальной и океанической корой, над железным ядром. В частности, соотношение изотопов некоторых элементов одинаково в обоих случаях. Такое соотношение слишком маловероятно, чтобы его можно было увязать с более ранними теориями происхождения Луны например, о формировании обоих небесных тел из первичного пылевого облака, окружавшего Солнце, или о том, что Луна, пролетавшая мимо Земли, была захвачена ее гравитационным полем. Джордж Дарвин, один из сыновей Чарльза Дарвина, предположил, что Луна отделилась от быстро вращающейся Земли, однако механические свойства такой системы в частности, энергия и момент импульса, характеризующий количество вращательного движения, не сходятся с расчетными значениями. Кроме того, образование Земли и Луны не ограничивалось простым сгущением пыли. По современным представлениям астро– и геофизиков Земля возникла за счет агрегации множества крошечных планетезималей, которые входили в состав огромного диска, окружавшего Солнце на этапе его формирования. Теперь мы располагаем достаточно хорошими телескопами, чтобы увидеть несколько подобных дисков вокруг молодых солнц, расположенных в соседних звездных системах; таких примеров известно немало, так что теория, по всей видимости, соответствует действительности.

В период с 2000 и до середины 2012 года астрофизики и геофизики в общем и целом были согласны с тем, что Луна возникла в результате колоссального столкновения между молодой Землей и неким объектом, который по размеру примерно соответствовал Марсу. Они назвали объект Тейей в честь матери лунной богини Селены. В результате столкновения значительная часть Земли и почти вся Тейя превратились в пар. Большая часть пара вновь сконденсировалась в области лунной орбиты и, слившись в единое целое, образовала Луну. Из оставшегося пара сформировалась земная мантия в этом и заключается причина сходства. В качестве приятного бонуса та же самая теория объясняет большую величину момента импульса в системе Луна-Земля.

Однако со временем в теории Тейи стали возникать проблемы. Столкновение с Тейей бы так сильно раскалило поверхность Земли, что почти вся вода должна была превратиться в пар. Современное состояние океанов, по-видимому, опровергает это предположение. Поэтому для спасения Тейи потребовались дополнительные предположения. Вероятно, в древности на планету упало несколько ледяных астероидов, благодаря которым вода снова вернулась на Землю; возможно также, что испарившаяся вода в любом случае бы выпала на землю в виде осадков. Тем не менее, ряд древних горных пород, обнаруженных в Австралии, по всей видимости, указывает на то, что около четырех миллиардов лет тому назад наша планета была покрыта огромным количеством воды, а значит, с момента формирования Луны, вероятно, прошло слишком мало времени, чтобы столкновение таких колоссальных масштабов имело место в действительности.

Мы описали теорию Тейи в «Науке Плоского Мира» 1999 года, однако сомнения взяли верх еще до выхода второго издания в 2002 году. Основная проблема была связана с новыми компьютерными моделями описанного столкновения. В первых моделях, на основе которых и была сформулирована теория Тейи, было показано, как огромный фрагмент отрывается от Земли, а затем делится на две части. Одна из этих частей превратилась в Луну, а вторая упала обратно на Землю и сформировала мантию. Тейя перемешалась с обеими частями, причем в одной и той же пропорции это и объясняло тот факт, что Луна и земная мантия имеют один и тот же химический состав.

С другой стороны, имитационные модели, на основе которых был сделан этот вывод, требовали значительных затрат машинного времени, и только некоторые из сценариев удалось исследовать на практике. По мере совершенствования компьютеров точность математических моделей возросла, и теперь расчет их последствий требовал меньших затрат времени и усилий. Оказалось, что в большинстве случаев почти вся масса Тейи входит в состав Луны, в то время как на долю мантии остается лишь очень небольшая часть.

Как же тогда объяснить практически полное сходство Луны и мантии?

Гипотеза, с которой ученые соглашались до 2012 года, звучала так: по своему химическому составу Тейя, скорее всего, была очень похожу на мантию древней Земли.

Разумеется, именно на решение этой проблемы и была направлена вся теория Тейи. Почему химический состав обязательно должен быть одинаковым? Если в случае Тейи мы можем ответить на этот вопрос «так уж сложилось», то почему бы не применить ту же логику и к самой Луне? Теория Тейи вынуждена опираться на то же самое предположение, которое она должна была объяснить.

Во втором издании «Науки Плоского Мира» мы описали эту ситуацию как «потерю связи с реальностью», а Йен впоследствии выразил то же мнение в книге «Математика жизни»[53]53
  «The Mathematics of Life» прим. пер.


[Закрыть]. Эта точка зрения, по-видимому, получила подтверждение, благодаря Андреасу Ройферу и его коллегам, которым недавно (в июле 2012 г.) удалось обнаружить сходный, но все же отличающийся сценарий. В нем также происходит столкновение с другим телом, которое, однако, не только заметно превышало по своим размерам Тейю (или Марс), но и двигалось с гораздо большей скоростью. Это было не лобовое столкновение, а, скорее, удар в бок, после которого «виновник скрылся с места преступления». Основная масса отторгнутого вещества принадлежала Земле, и лишь очень небольшая часть приходится на долю космического гостя. Новая теория согласуется с расчетами момента импульса и предсказывает еще более точное совпадение химического состава Луны и мантии, чем считалось ранее. Эта теория уже подтверждается рядом фактов. После того, как исследовательская группа Джунджун Чжан[54]54
  Junjun Zhang, Nicolas Dauphas, Andrew M. Davis, Inigo Leya and Alexei Fedkin, The proto-Earth as a significant source of lunar material («Прото-Земля как важный источник лунных образцов» прим. пер.), Nature Geoscience 5 (2012) 251–255.


[Закрыть] провела новый анализ образцов лунных пород, доставленных в ходе миссии «Аполлон», выяснилось, что соотношение между изотопами титана-50 (50Ti) и титана-47 (47Ti) на Луне «с точностью около четырех частей на миллион совпадает с аналогичным соотношением на Земле».

Это не единственная возможная альтернатива. Матия Чук вместе с коллегами доказали: наблюдаемый химический состав лунных камней можно объяснить тем, что на момент столкновения скорость вращения Земли была намного выше один оборот в несколько часов. При этом меняется как количество отторгнутой породы, так и ее местоположение. Впоследствии период вращения Земли мог уменьшиться до современной отметки в 24 часа под действием силы притяжения Солнца и Луны. Робин Кэнап получила аналогичный результат с помощью имитационных моделей, в которых скорость вращения Земли лишь немного превышает современную, однако космический объект, ставший причиной столкновения, в отличие от первоначальной гипотезы, оказался больше Марса.

Это тот самый случай, когда Pan narrans настолько увлекается интересной историей, что забывает первоначальную причину, по которой эта история появилась на свет. Совпадение, которое она должна была объяснить, потерялось из вида, а на смену пришел новый сюжет, в котором совпадение стало играть закулисную роль. Правда, теперь примат-рассказчик переосмысливает историю целиком и на сей раз уделяет должное внимание ее сюжету.

Самый масштабный вопрос о первопричинах, с философской точки зрения, касается происхождения Вселенной, и им мы займемся в 18-й главе. Но если отложить его в сторону, то место самого загадочной, и притом гораздо более личной, первопричины следует отдать происхождению жизни на планете Земля.

Как мы здесь оказались?

Наша неспособность создать жизнь с нуля или хотя бы понять, как «она» устроена, побуждает нас полагать, что для зарождения жизни природа была вынуждена совершить нечто по-настоящему феноменальное. Эта уверенность, возможно, соответствует действительности, но, с другой стороны, может оказаться заблуждением, поскольку сложный мир не обязательно должен быть доступным для понимания с точки зрения простых понятий. Возможно, что жизнь становится практически неизбежной, как только смесь потенциальных ингредиентов приобретает необходимую насыщенность, и нет никакого особого секрета, который можно было кратко изложить на почтовой открытке. Но объяснение природных явлений требует убедительных историй, доступных для человеческого понимания. Именно такой смысл Pan narrans вкладывает в «объяснение». Однако в устах ученых истории о первопричинах выглядят запутанными и трудными для понимания особенно когда речь идет о восстановлении детальной картины событий. Возможно, события прошлого нельзя сложить в историю. Даже имея возможность отправиться в прошлое и увидеть происходящее своими глазами, мы вполне могли бы посчитать его во многом лишенным смысла.

Но несмотря на это, мы можем заниматься поиском историй, содержащих полезные знания.

В научном представлении о происхождении жизни, как правило, выделяются две фазы: пребиотическая и биотическая. Нередко проблема претерпевает еще большее упрощение: неорганическая химия до появления жизни и органическая химия после. Речь идет о двух больших направлениях химической науки. Органическая химия изучает массивные и сложные молекулы, которые состоят из множества углеродных атомов, в то время как в ведении неорганической химии находится все остальное. Органическая химия составляет неотъемлемую и универсальную основу современной жизни, существующей в Круглом Мире. Однако у нас нет веской причины полагать, что происхождение жизни четко укладывается в эту удобную, но довольно-таки произвольную систему из двух категорий. Органические молекулы почти наверняка существовали до того, как их стали использовать какие-либо организмы. Иными словами, пытаясь представить возникновение жизни в виде некого внезапного перехода от неорганической химии к органической, мы совершаем ошибку, путаем два совершенно разных понятия.

Да, было время, когда жизнь еще не существовала, и время, когда жизнь только начиналась. Однако возникновение жизни не было похоже на внезапное событие вроде включения света. В течение какого-то времени вполне вероятно, довольно продолжительного, порядка сотен миллионов лет Земля находилась в состоянии так называемого мезобиоза. Это сочетание органической и неорганической химии, которая постепенно превращается в живой организм не отправная точка и не конечный пункт, а целый путь.

Существует огромное множество гипотез, посвященных альтернативным путям развития, которые могли привести к возникновению жизни. В 1980-х Джек насчитал тридцать три правдоподобные теории, а теперь их количество, должно быть, исчисляется сотнями. Понимание того, что мы, вероятно, так и не узнаем, какой путь имел место в действительности, действует отрезвляюще. На самом деле это вполне вероятно. Реальный сценарий может оказаться одной из тысяч альтернатив, до которых мы еще не додумались. Некоторым из нас достаточно убедиться в возможности самого перехода от химии к простой биохимии; другие поверят в осуществимость конкретной последовательности шагов только после того, как увидят выращенные в лаборатории искусственные организмы, сравнимые по сложности с бактериями. А третьи захотят увидеть искусственного слона, синтезированного из склянок с химикатами, и все равно будут настаивать на том, что кто-то сжульничал.

Многие из вас будут уверены в том, что жизнь настолько отличается от неживой или даже совсем недавно омертвевшей природы, что любая более или менее непрерывная последовательность шагов выглядит совершенно неправдоподобной. Отчасти эта уверенность объясняется нашей нейрофизиологией, ведь мысли о живых или неживых объектах, например, мышах и камнях вовлекают в работу различные участки нашего мозга. Поэтому нам трудно построить мысленный мост, связывающий камни с мышами или хотя бы школьную химию с «микробами». Вместо этого мы изобретаем душу или какое-нибудь другое понятие, благодаря которому мы можем провести четкую границу между представлением о живом человеке и совершенно ином образе мышления, который касается мертвых тел.

Мы вкратце изложим ряд вероятных гипотез, касающихся происхождения жизни, чтобы дать вам возможность ознакомиться с существующими на данный момент идеями, а также различными подходами к проблеме, наглядно продемонстрированной на их примере. Мы уже несколько раз упоминали о происхождении жизни в цикле «Наука Плоского Мира», поэтому теперь попытаемся осветить этот вопрос немного иначе. Например, история о вирусе, приведенная в конце этого параграфа, появилась совсем недавно. Около 2000 года она тихо сидела за кулисами, пока Харальд Брюссов в своей обзорной статье 2009 года не вынес ее на обсуждение. Чтобы задать для нее необходимый контекст, нам нужно будет ознакомится с некоторыми из более ранних гипотез.

Самым важным среди ранних экспериментов был опыт Стэнли Миллера, который в 1950-х работал в лаборатории Гарольда Юри. Он сымитировал воздействие молнии на среду, достаточно точно соответствующую атмосфере древней Земли: аммиак, углекислый газ, метан и водяной пар. Вначале он получил несколько токсичных газов, среди которых были и такие сильные яды, как синильная кислота и формальдегид; это побудило его продолжать опыт, так как «токсичность» не является собственным свойством вещества оно характеризует воздействие на живой организм. Большая часть газов не имеет к живым существам никакого отношения. Дальнейшее воздействие привело к образованию аминокислот, которые, благодаря способности к взаимному соединению с образованием белков, играют наиболее важную роль в химии живых организмов наряду с некоторыми другими веществами. Помимо них Миллеру удалось также получить некоторые низкомолекулярные органические соединения.

Разобраться в возникновении этих молекул будет весьма непросто, однако, как показал эксперимент, природа способна достичь такого результата, не прилагая никаких особенных усилий. Нет причин полагать, что процессы, происходившие в эксперименте Миллера, выходят за рамки стандартной химии, подчиняющейся физико-химическим правилам. Мы умеем рассказывать правдоподобные химические истории о доступных способах соединения и превращения атомов и молекул. Такое происходит постоянно; именно благодаря этому и существует такая наука, как «химия». Достаточно детализированные модели смогут отразить основные этапы однако реальности почти наверняка превосходит их по своей сложности. Это важный принцип: то, что нам кажется сложным, может оказаться простым с точки зрения природы.

Работникам, повторившим этот эксперимент в подходящих газовых средах, удалось получить и многие другие органические соединения, например, сахара и даже азотистые основания, из которых состоят молекулы ДНК и РНК, жизненно важные для всех земных организмов. Мы уже упоминали и ДНК, и ее двойную спираль так или иначе, сейчас эта молекула пользуется широкой известностью. РНК, то есть «рибонуклеиновая кислота», известна не так хорошо: она похожа на ДНК, но устроена проще. За рядом исключений РНК состоит из одной цепочки и не образует двойных переплетенных нитей. Конкретные разновидности РНК играют ключевую роль в развитии любого организма.

Вполне вероятно, что в древних морях Земли уже встречались эти две молекулы; более того, их появление, скорее всего, было неизбежным. К тому же теперь нам известно, что многие из упомянутых простых органических соединений встречаются в составе метеоритов; они могут возникать даже в космическом вакууме. Это дает нам еще один вероятный источник органических веществ. Словом, небольшие органические молекулы встречались повсеместно и в больших количествах, причем их существование было никак не связано с деятельностью живых организмов.

Впрочем, несмотря на такое многообещающее начало, одной лишь простой химии недостаточно. Важнейшие молекулы, входящие в состав организмов, устроены намного сложнее и содержат значительно больше атомов, соединенных довольно специфическим образом. Грэм Кэрнс-Смит предположил, что молекулы глины бы идеально подошли на роль катализатора, с помощью которого простые органические соединения могли бы превратиться в полимеры, подобные тем, что встречаются в живых организмах пептиды и белки за счет соединения аминокислот и, вполне возможно, небольшие цепочки нуклеиновых кислот, включая РНК и ДНК, за счет соединения азотистых оснований с фосфором и сахарами. Необходимые для этого процессы опять-таки не выходят за рамки стандартной химии и не требуют вмешательства живых существ. Было бы удивительно, если бы древние моря испытывали недостаток полимеров. Создание сложных молекул вовсе не проблема. Возможно, что нам их сложность дается с трудом, но природа просто следует правилам; сложность в той или иной форме является их неизбежным следствием.

И все же полимеры это еще не жизнь. Не считая кое-каких довольно специфических обстоятельств, они не способны ни к размножению, ни даже к репликации. (Репликация это создание точных копий; размножение создание неточных копий, которые, тем не менее, способны размножаться дальше это дает больше возможностей, но еще хуже поддается пониманию.) По-видимому, как репликация, так и размножение, требует не простой сложности, а сложности с организацией, причем отследить источник такой организации совсем не просто. Впрочем, упомянутые специфические обстоятельства могут возникать естественным путем, благодаря определенным сортам глины, которые сам по себе обладают способностью к репликации. В водной среде небольшие глиняные пластины могут без посторонней помощи образовывать блоки, состоящие из практически одинаковых копий.

С конца 1990-х годов произошло немало изменений. Тогда в «Науке Плоского Мира» мы уделили особое внимание идеям Гюнтера Вахтершаузера. Его гипотеза отличалась от общепринятого на тот момент первичного бульона Миллера-Юри, в котором спонтанно возникали нуклеиновые кислоты первое проявление наследственности. В отличие от них, Вахтершаузер предположил, что вначале возник метаболизм, то есть действующая биохимия. Согласно его гипотезе, это могло произойти в местах с избытком серы, оксида железа и сульфида железа в сочетании с подходящим источником тепла, приводящим в действие химическую реакцию. Одно из возможных мест, удовлетворяющих всем перечисленным условиям, это подводный гидротермальный источник, также известный как «черный курильщик». Внутри него расплавленная порода поднимается из мантии по трещинам, которые образуются в местах раздвижения океанского дна. То же самое, хотя и не столь эффектно, происходит в подводных вулканических кратерах. Опираясь на эту железо-кислородно-серную химию, Вахтершаузер придумал ряд химических реакций, довольно точно воспроизводящих цикл Кребса биохимическую систему, которая играет важнейшую роль практически в любом живом организме.

В ходе лабораторных испытаний этот сценарий показал довольно неплохие, хотя и не идеальные, результаты. Таким образом, теория происхождения жизни перешла от первичного бульона, плескавшегося в водоемах или открытом море, к некой первичной пицце, по поверхности которой были разбросаны разные молекулы. Эта идея понравилась нам в 1999 году, благодаря своему отличию от систем, в которых первыми возникают наследственные факторы; для нас оставалось неясным, почему такие системы обязательно должны реплицироваться какая им от этого выгода. К тому же Вахтершаузер был не только биохимиком, но еще и юристом, а юристы не так уж часто высказывают оригинальные научные идеи.

Однако на тот момент заметную популярность стала приобретать совершенно другая идея гипотеза РНК-мира. РНК и ДНК это разновидности нуклеиновых кислот, названных так из-за того, что их можно обнаружить внутри клеточных ядер. Существует множество других разновидностей нуклеиновых кислот; некоторые из них намного проще ДНК и РНК, другие напротив, значительно, сложнее. Обе молекулы представляют собой длинные цепочки, состоящие из четырех видов более мелких единиц нуклеотидов. Нуклеотиды состоят из азотистых оснований, особых молекул, похожих на сложные аминокислоты, соединенных с сахаром и фосфатной группой. Проясняет ли это дело? Нам показалось, что нет. Во многих источниках можно получить более подробную информацию, но в данном случае нам нужно всего лишь подобрать подходящие слова, чтобы четко обозначить предмет нашего разговора.

Нуклеиновые кислоты нашли применение одной замечательной хитрости, которая заключается в их способности образовывать двойные цепочки, содержащие в каждой из половин одну и ту же «информацию», закодированную разными, но взаимосвязанными способами. Четыре основания, играющие роль кодовых букв ДНК, образуют друг с другом пары, а их последовательность на одной из цепочек состоит из «напарников» соответствующих оснований второй цепочки. Благодаря этому проявляется ключевое свойство парных оснований: каждая из цепочек обуславливает структуру своей пары. Если цепочки разделяются и обзаводятся новыми парами, прикрепляясь к комплементарным основаниям вот чудеса вначале у нас была одна двойная цепочка, а теперь их стало две, и обе полностью совпадают с первой. Эта молекула не просто обладает способностью к самокопированию: она действительно копируется при условии, что в ее распоряжении находится достаточное количество свободных оснований. А вот остановить ее будет не так просто.

У РНК есть свои хитрости. Она может играть роль фермента, биологического катализатора; она способна даже катализировать собственную репликацию. (Катализатор это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само при этом не расходуется: его молекулы вмешиваются в ход реакции, помогают достичь цели, а затем возвращаются на место.) Кроме того, она может катализировать и другие химические реакции, которые играют важную роль в живых организмах. Это универсальная ремонтная молекула жизни. Возможность объяснить происхождение РНК в отсутствие живых существ стала бы крайне важным шагом от неживой химии к примитивным формам жизни. К сожалению, понять, каким образом РНК могла без посторонней помощи появиться в первичном бульоне, оказалось довольно сложно. На протяжении многих лет в теории РНК-мира не хватало одного из ее важнейших элементов.

Теперь эта проблема себя исчерпала. За последние годы было найдено множество различных решений, и некоторые из них достижимы не только в теории, но и экспериментальным путем. Первые цепочки оснований, задействованных в этом процессе, были довольно короткими получить цепочку из шести оснований легко, однако теперь их длина может доходить до 50 и более. Эта величина не сильно уступает длинам цепочек, которые можно обнаружить в настоящих биологических ферментах, обычно состоящих из 100–250 оснований. А значит, у нас есть все основания надеяться на то, что длинные цепочки РНК действительно были частью упомянутого первичного бульона. Есть и более вероятный сценарий: жировые мембраны, очень похожие на мембраны клеток, удалось синтезировать в условиях, приближенных к тем, которые, по мнению ученых, имели место на примитивной Земле, а РНК может присоединяться к таким мембранам разными выгодными способами. Более того, по одной из недавних гипотез цепочки РНК могли подвергаться многократному разбиению на части разрываться под влиянием высоких температур в черных курильщиках и заново соединяться в более холодных циклических конвекционных потоках. Эта замечательная идея в точности повторяет способ копирования ДНК, который используется в системах, анализирующих последовательность оснований с помощью полимеразной цепной реакции, в ходе которой чередование высоких и низких температур заставляет цепочки отделяться друг от друга и дает возможность собрать комплементарную последовательность в результате количество копий многократно удваивается. С помощью этого естественного физико-химического процесса могла реплицироваться и РНК.