В истории науки случаются моменты, когда единственный выход из тупика – это выход за границы привычных представлений, допуск чего-то невозможного. Именно такой выход совершили американские ученые – Алексей Шаров из Лаборатории генетики Национального института старения (Балтимор) и Ричард Гордон из Центра эмбриогенеза (Панасеа, штат Флорида): их недавно опубликованная теория (препринт статьи) в значительной мере переворачивает традиционные представления о происхождении жизни, кратко ее можно сформулировать так: гены земной жизни старше самой Земли.
В изучении вопроса происхождения жизни есть две ключевые проблемы. Во-первых, не совсем понятно, как вообще неживая материя смогла создать молекулярные структуры, которые стали копировать сами себя, то есть стала живой. Вторая – это отсутствие на Земле осадочных отложений без признаков жизни. Даже в древнейших на Земле осадочных породах формации Исуа в Гренландии найдены биогенные останки, которым около 3,85 млрд лет. Возраст самой Земли составляет около 4,3–4,5 млрд лет, и это значит, что жизнь на планете появилась практически сразу с появлением жидкой воды (а без нее нет осадочных пород).
Эти данные подтверждают так называемую «презумпцию Вернадского» – российский и советский ученый Владимир Вернадский выдвинул в 1922 году предположение, согласно которому жизнь на Земле существовала всегда, и, пока не доказано обратное, считать надо именно так.
Теория, согласно которой жизнь была занесена на Землю из космоса, называется теорией панспермии, и впервые она была предложена еще в 1865 году Германом Рихтером. Рихтер и его последователи полагают, что жизнь – это фундаментальное свойство материи вообще. Она повсеместна, и когда-то была занесена на Землю, где размножилась и развилась до нашего нынешнего состояния.
Однако она не решала фундаментальный вопрос: неясно, когда могла возникнуть жизнь, какой была технология ее зарождения? Многочисленные лабораторные попытки не приводили к желаемому результату. Было логично предположить, что, возможно, некоторое время назад условия во Вселенной были другие, более благоприятные для «зачатия» жизни? Но для этого нужно было оценить возраст жизни как феномена Вселенной, что было невозможно без строгого критерия, который бы позволил дать четкую характеристику сложности биологического объекта. Шаров и Гордон нашли этот критерий, вдохновившись плодами человеческого разума, а именно развитием вычислительных систем.
Хроники живого прогресса
В 1965 году один из основателей корпорации Intel Гордон Мур обнаружил, что за прошедшие с момента изобретения интегральных электронных микросхем количество транзисторов, размещаемых в микросхеме, удваивается почти каждый год. Спустя десять лет Мур скорректировал свой закон, установив скорость удвоения количества транзисторов 24 месяца. До настоящего времени известный закон Мура продолжает работать, что видно из соответствующего графика.
(График Мура)
Шаров и Гордон обратили также внимание на то, что существуют и другие подобные прогрессии. В частности, 3200 лет назад в китайском языке существовало всего 2500 иероглифов, то есть графических символов, относящихся к определенному предмету или действию, а в настоящее время их уже около 47 тысяч. Анализ словарей показывает, что в китайском языке происходит удвоение числа символов примерно каждые 825 лет.
Известно, что в период с 1900 по 1960 год рост числа научных публикаций удваивался каждые 15 лет. Если использовать эту закономерность назад, то мы придем к 1710 году, то есть времени появления работ Исаака Ньютона. Все эти закономерности и подтолкнули Шарова и Гордона применить данную методику для определения времени появления «первого гена».
Их логика переноса закономерностей технического и социального прогресса к эволюции живого была проста: генетический код живых существ – это тоже носитель информации. И сразу надо отметить – речь идет не о полной длине ДНК или объеме всего генетического кода, геном живого организма имеет многочисленные повторяющиеся участки.
Получается, что высшие млекопитающие – это как компьютеры с несколькими процессорами, в сумме транзисторов в их чипах больше, но они повторяются. Речь как раз идет об уникальном коде.
Исследователи взяли соответствующие данные по величине генокода для ключевых стадий развития живых организмов. Самые примитивные, живые существа без клеточного ядра – это бактерии и археи, которые называются биологами прокариоты – «доядерные».
Эукариоты – существа, в клетках которых есть ядра. К эукариотам относятся и инфузории туфельки, и пальмы и человек. Поэтому среди эукариот стоит выделить первые высокоорганизованные существа: червей (это уже кишечнополостные животные), затем рыб – одних из первых позвоночных, и, наконец, млекопитающих. В результате появляется график соотношения логарифма размера неповторяющегося генома и времени появления тех или иных живых организмов.
График усложнения генома
Все эти точки достаточно хорошо укладываются в прямую линию, что свидетельствует о том, что сложность генома растет в геометрической прогрессии и удваивается каждые 376 миллионов лет. Но это тут же приводит нас к шокирующему выводу: геном должен был появиться примерно 9,7 миллиарда лет назад, с погрешностью ± 2,5 миллиарда лет. Однако даже самый минимальный срок, -7,2 миллиарда лет, – это уже больше, чем существует наше Солнце, не говоря уже про Землю. А в случае, если погрешность идет в плюс – это 12,2 миллиарда лет, что уже соизмеримо со сроком жизни Вселенной.
Библия и дарвинисты
Эта теория ставит на одну доску и сторонников появления жизни на Земле в ходе акта Божественного творения, и дарвинистов, которые уверены, что жизнь зародилась именно на нашей планете. Дело в том, что график Шарова – Гордона наглядно показывает: если придерживаться теории, что жизнь возникла на Земле, мы вынуждены признать, что это произошло на удивление стремительно, в своеобразную «неделю творения», описанную в Книге Бытия. Открытия палеонтологов в Гренландии показывают, что не успела появиться на планете вода, как там уже стали размножаться, то есть самокопироваться, живые организмы.
Даже для генетиков возникновение механизма самокопирования – далеко неясный механизм. Как раз большая часть статьи Шарова и Гордона посвящена этому вопросу – что могло запустить механизм появления первых нуклеотидов (РНК и ДНК), а затем и сформировать геном.
Но если происхождение жизни мы относим на 10 и даже больше миллиардов лет назад, то мы попадаем в другую Вселенную, которая только прошла стадию «темных времен», в которой начался процесс зарождения первых звезд.
Вполне возможно, в то время во Вселенной были более благоприятные условия для зарождения основных самовоспроизводящихся структур, и все равно – один только переход от стадии прокариот к примитивным эукариотам потребовал около ста инновационных шагов. Можно предположить, что первые РНК-организмы, то есть рибонуклеиновые образования, способные к репликации, то есть размножению, появились примерно через два миллиарда лет, после зарождения жизни вообще, а полноценные, хоть и примитивные живые организмы (бактерии) – еще спустя три миллиарда лет.
При этом совершенно неудивительно стремительное развитие жизни в течение последних 376 миллионов лет, а именно на границе девонского и каменноугольного периодов (358 млн лет назад). Стремительная прогрессия развития сложности генома связана с тем, что новые гены происходят в процессе дублирования и рекомбинации в организме из уже существующих. Чем больше генов, тем больше может возникнуть новых комбинаций. А большие геномы обеспечивают существование все более совершенных и разнообразных систем обмена веществ.
Вселенная без инопланетян
Гипотеза появления жизни в ранней Вселенной позволяет, в отличие от многих других теорий, проверить ее. Ведь, согласно представлениям Шарова – Гордона, на иных планетах и кометах, например на Марсе, на спутнике Сатурна Энцеладе и в других местах, где есть вода, возможно найти микроорганизмы, имеющие те же нуклеиновые носители информации (ДНК и РНК), что и земных организмов.
Если это так, то Шаров и Гордон делают сенсационный вывод: во Вселенной нет никаких высокоразвитых цивилизаций просто потому, что жизнь вообще, во всемирном масштабе, только дошла до появления разума.
Если и есть кто-то в пучинах космоса, то он отличается от нас в технологическом развитии совсем ненамного.
Панспермия в космосе возможна только для существ на стадии прокариот, которые могут, образовывая споры, переносить путешествие в космическом пространстве в замороженном состоянии. Попав в благоприятную среду, им опять потребуются миллиарды лет, чтобы развиться для эукариот. Жизнь, таким образом, только начала развиваться во Вселенной, но число успешных посевов нам совершенно неизвестно.
Ум как элемент эволюции
При этом на определенном этапе развития генома возникла возможность улучшать условия существования организма не путем модифицирования его обмена веществ (никакой обмен веществ не поможет существовать в открытом космосе млекопитающему), а путем использования его разума. То есть, как пишут Шаров и Гордон, человек превосходит мышь не столько размерами генома (которые очень близки), а своим умом.
«Код ума» оказывается эффективнее генетического кода.
В перспективе возможности человеческого разума могут усиливаться не с помощью развития ДНК, а с применением интерфейсов «мозг-компьютер» (BSI), при этом возможно также искусственное увеличение числа нейронов в мозге. Тут открываются, с одной стороны, потрясающие возможности, вплоть до интеллектуального бессмертия, а с другой – инвазия компьютерных систем в человеческий разум породит небывалую этическую и юридическую проблему: владельцы такой технологии, обслуживающие такую систему, должны будут частично разделять ответственность за действия клиентов, которые используют эту технологию, поскольку подключаться они к ней будут бессознательно. Авторские права и многое-многое другое должны будут измениться.
Кривая дорога и цель прогресса
Однако ученые не слишком обольщаются относительно скорости прогресса. Не стоит забывать, что прогресс компьютерных систем – это только часть дела. Чтобы делать обычный компьютер, нужно использовать много других технологических процессов – химических, металлургических, физических. Волшебная микросхема – это итог труда геологов, металлургов, математиков, химиков и представителей многих других специальностей. Как известно, прочность цепочки определяется ее слабейшим звеном, что и будет постоянно сдерживать скорость прогресса. Да и в самой вычислительной технике есть свои ограничители – например, тепловыделение зеттафлопсных процессоров будет измеряться мегаваттами.
Кроме этого, на прогресс будут давить экономические и социальные факторы: старение населения, экологические проблемы, войны, социальные волнения, которые могут отбрасывать прогресс на значительное время.
Шаров и Гордон полагают, что в перспективе сохранится удвоение функциональной сложности всей цивилизации за 20 лет.
Это не приведет к какой-либо катастрофе в сознании, поскольку совпадает с биологическим сроком появления новых поколений – наши дети успевают привыкнуть к новому миру.
Ну а если фантазировать, то, возможно, жизнь, которая приводит к появлению Разума, – это есть неизбежное, фундаментальное свойство Вселенной. Она, как мать, зачала Жизнь и теперь вынашивает ее и, возможно, когда-то произведет на свет, согласно К. Э. Циолковскому и В. И. Вернадскому, «Великое совершенство». И каждый живший и живущий индивид – неотъемлемая часть этого величайшего процесса.