От этого эксперимента, правда, еще далеко до создания нуклеиновой кислоты или белка, но аминокислоты — это асимметричные кирпичики, из которых строятся белки. Если оценивать по методу Джэппа и дю Нюи шансы на получение положительного результата, то нечего было и надеяться создать даже примитивную аминокислоту за такой невероятно короткий срок, как одна неделя, имея дело с таким мизерным количеством веществ. Этот эксперимент оказался кардинальным в теории происхождения жизни. С тех пор он был повторен многими учеными, которые использовали различные смеси веществ и иные источники энергии.
В 1963 году Сирил Поннамперума, цейлонский биохимик, работающий в Радиационной лаборатории Лоуренса Калифорнийского университета, и его коллеги добились такого же успеха в попытке получить одну из основных компонент нуклеиновой кислоты. Пучок электронов высокой энергии пропускался через смесь водорода, аммиака, метана и водяного пара в течение примерно 45 минут. В смеси после этого были обнаружены следы аденина — одного из пяти нуклеотидов. В последнее время Сидней Фокс и Каору Харада из Флоридского университета сумели создать тринадцать различных видов аминокислот, используя не что иное, как нагрев (примерно до 1000 градусов Цельсия). После этих экспериментов ни один ученый уже не смеет отрицать возможность создания сложных органических соединений в результате случайного воздействия того или иного вида энергии на неорганическую химическую смесь.
В чем же заключалась ошибка Джэппа и дю Нюи? Дело в том, что они не учли в своих рассуждениях, что не только случай создавал эти спиральные химические соединения в первобытном океане, там действовали еще и законы природы — законы физики и химии. Рассыпьте по столу пакет гороха. Вряд ли горошины образуют при этом правильный узор, обладающий гексагональной симметрией. Однако мы знаем, что когда вода замерзает, миллионы ее молекул образуют правильные шестиугольные снежинки. Причиной тому электрические силы, притягивающие и отталкивающие молекулы между собой, которые действуют так, что поразительно правильные узоры становятся не только возможными, но и весьма вероятными.
Айзек Азимов объясняет это следующим образом. Предположим, мы взяли атомы кислорода (О) и водорода (Н) и комбинируем их друг с другом, составляя случайным образом трехатомные молекулы, считая возможными любые комбинации, например ННН, ННО, НОН, НОО и так далее. Из этой смеси мы извлекаем наудачу десять молекул. Каковы шансы на то, что все десять молекул будут иметь формулу ННО, то есть окажутся молекулами воды? По подсчетам Азимова получается один шанс на 60 000 000. Мы, однако, знаем, что, если бы такой эксперимент производился на самом деле, атомы не соединились бы случайно. Все образованные молекулы оказались бы молекулами воды, поскольку это единственная химически возможная трехатомная комбинация из водорода и кислорода. Чего не предусмотрели Джэпп и дю Нюи, так это действия законов природы. «Атомы, — как говорит Азимов, — не липкие шарики, которые, если их потрясти в сосуде, могут соединиться как попало. Они образуют только такие комбинации, которые допускают физические законы».
Дело в том, что наши знания об электрических силах, действовавших на атомы в «бульоне» из углеродных соединений при условиях, которые были на Земле до начала биологической эволюции, недостаточны для того, чтобы дать хоть сколько-нибудь достоверную оценку вероятности образования той или иной конкретной комбинации. Одни комбинации будут невозможны, другие исключительно вероятны. Крупнейшая ошибка дю Нюи была в том, что он пытался оценить вероятность возникновения «размножающейся молекулы» в предположении, что атомы соединяются по закону слепого случая. «Он должен был спросить себя, — пишет Азимов, — есть ли шансы на то, что такую молекулу будет строить зрячий случай, то есть случай, сочетающийся с законами химии и физики. Насколько мы знаем, условия в те доисторические времена могли быть таковы, что молекулам аминокислоты трудно было не образоваться, а образовавшись, трудно не соединиться в сложные цепи».
Мы знаем, что только неделя понадобилась случаю, чтобы создать асимметричные аминокислоты в пробирках Миллера. Вряд ли кто-либо будет теперь утверждать, что размножающиеся молекулы не могли возникнуть случайно, когда смеси химических элементов в земных океанах и атмосфере находились под воздействием источников энергии значительно мощнее теперешних, да еще в течение миллиардов лет. В таких условиях они должны были образовываться миллионами. Возможно, первые аминокислоты соединились и создали миллиарды разных белковых молекул, затем молекула нуклеиновой кислоты или что-нибудь похожее на нее замкнулась в белковую оболочку и получилось нечто способное к воспроизведению своего точного подобия всегда, когда под рукой находились нужные белки. И через несколько тысяч или миллионов лет (все это сроки чисто гипотетические) «первобытный бульон» уже мог кишеть примитивными полуживыми организмами. Вот тогда-то и началась великая эпоха эволюции.
Глава 16. Происхождение асимметрии
Многие верующие, движимые самыми искренними побуждениями, приходят в ужас от современных теорий, пытающихся перебросить мост между живым и неживым, объяснить происхождение жизни как результат совместного действия слепого случая и законов природы. Это даже забавно, забавно в том отношении, что в истории развития жизни на Земле было много препятствий — пропастей, переправиться через которые было потруднее, чем «построить мост», упомянутый выше. Необходимо было, например, создать хлорофилл — вещество, с помощью которого живые растительные клетки могут использовать солнечную энергию для производства крахмала и жиров. Одноклеточные животные должны были научиться поедать растения. А многоклеточным организмам пришлось «изобрести» половые различия и даже смерть после наступления старости, когда они уже не могут полноценно сотрудничать в клеточной колонии. Животные должны были догадаться, как им пожирать других животных. И кроме всего прочего, в результате эволюции появилось разумное существо, настолько разумное, что оно нашло путь к тому, чтобы уничтожить земной шар и завершить тем самым процесс эволюции. Для внеземного наблюдателя некоторые из этих шагов могли бы показаться куда более невероятными, чем начальный переход от неживой материи к живой.
Как был бы взволнован и доволен Пастер, если бы узнал о знаменитом эксперименте Миллера! Хотя сам Пастер и верил в бога, он был убежден, что жизнь на Земле должна была возникнуть именно в результате взаимодействия химических веществ, сил природы и законов случая. Он признавал также, как мы уже видели, что органические соединения живых существ оптически активны, то есть обладают внутренней асимметрией, которая способна вращать плоскость поляризации падающего света. На него произвело огромное впечатление то, что вне живых организмов все асимметричные соединения встречаются только в рацемической форме — в виде смеси правых и левых молекул. Только в живых тканях встречаются молекулы одной ориентации.
Пастер верил, что если бы ему удалось открыть способ, которым природа сумела ввести асимметрию в органические соединения, то он был бы близок к раскрытию тайны жизни. Ему казалось вероятным в тот период, что вся среда на Земле характеризовалась какой-то асимметрией. В результате этого асимметричные силы должны были действовать на первые элементы жизни и нарушить их симметрию. «Жизнь, открытая нам, — писал он, — есть порождение асимметрии мира и ее следствий... Я даже думаю, что все виды жизни в изначальной своей структуре, в своих внутренних формах являются порождением космической асимметрии».
Пастер был убежден, что блестящим примером естественной асимметрии в природе является магнетизм. Если вы поместите магнитную стрелку над проволокой, по которой прямо от вас течет ток, то стрелка повернется перпендикулярно проволоке. Своим северным концом стрелка все время будет поворачиваться только влево, а не случайно в любую сторону. В действительности это явление только кажется асимметричным (об этом вы узнаете из гл. 19); но во времена Пастера в магнетизме разбирались плохо и думали, что он обладает фундаментальной асимметрией в отличие от симметричных сил тяготения и инерции. Действуя в соответствии с этим убеждением, Пастер поставил несколько фантастических экспериментов. Он, например, выращивал кристаллы между полюсами мощного магнита в надежде, что при этом большинство кристаллов образуется в какой-нибудь определенной асимметричной форме, и был обескуражен своей полной неудачей вызвать асимметрию в кристаллах или соединениях о помощью магнитных сил.