Многим из нас не нужно особенно задумываться, чтобы отличить живые вещи от «неживых». Человек живой, камень — нет. Все просто! Однако ученые и философы не считают, что таким простым разграничением можно ограничиться, простите за каламбур.
Они потратили не одну тысячу лет, пытаясь выяснить, что делает нас живыми. Великие умы, от Аристотеля до Карла Сагана, предлагали свои объяснения — и до сих пор не придумали определения, которое удовлетворило бы каждого. В буквальном смысле у нас пока нет «смысла» жизни.
Во всяком случае проблема определения жизни стала еще труднее за последние 100 лет или около того. До 19 века одной из распространенных идей было то, что жизнь становится одушевленной благодаря «жизненной искре». Теперь, конечно, эта идея потеряла свой вес в научных кругах. Ее место заняли более научные подходы. NASA, например, описывает жизнь как «самоподдерживающуюся химическую систему, способную к дарвиновской эволюции».
Но попытка NASA придавить всю жизнь одним простым описанием — лишь одна из множества. Предлагалось свыше 100 определений жизни, большинство из которых сосредоточены на горстке простых атрибутов вроде репликации и обмена веществ.
Что еще хуже, ученые разных дисциплин выдвигают разные идеи о том, что нужно для определения чего-то живого. Химики говорят, что жизнь сводится к определенным молекулам; физики обсуждают термодинамику.
Чтобы понять, почему жизнь так трудно определить, давайте встретимся с некоторыми учеными, которые работают над определением границ, отделяющих живые вещи от неживых.
Вирусологи: изучают серую область на границах известной нам жизни
В школах детей учат помнить семь процессов, которые якобы определяют жизнь: движение, дыхание, чувствительность, рост, размножение, выделение и питание.
Хотя это полезный старт для определения жизни, этим все не ограничивается. Есть много вещей, которые мы могли бы запихнуть в эти рамки и назвать живыми. Некоторые кристаллы, инфекционные белки — прионы и даже определенные компьютерные программы будут «живыми», если исходить из этих семи принципов.
Классический пограничный пример — вирусы. «Они не являются клетками, у них нет метаболизма и они остаются инертными до тех пор, пока не столкнутся с клетками, поэтому многие люди (включая и многих ученых) заключают, что вирусы не являются живыми», говорит Патрик Фортер, микробиолог в Институте Пастера в Париже, Франция.
Сам Фортер считает вирусы живыми, но признает, что решение зависит от того, где вы решите поставить точку отсечки.
Хотя вирусам не хватает многих вещей, необходимых для входа в клуб жизни, они обладают информацией, закодированной в ДНК или РНК. Это сильный маркер жизни, который имеется у любого живого существа на планете и который свидетельствует о том, что вирусы могут эволюционировать и размножаться — правда, взламывая живые клетки и вторгаясь в них.
Тот факт, что вирусы — как и вся известная нам жизнь — переносят ДНК или РНК, заставил некоторых задуматься, что вирусы должны занимать место в нашем древе жизни. Другие вообще заявили, что вирусы хранят секреты самого появления жизни. И тогда жизнь уже перестает казаться черно-белой и становится скорее туманной величиной с не совсем живыми и не совсем мертвыми границами.
Некоторые ученые приняли эту идею. Они характеризуют вирусы как существующие «на границе между химией и жизнью». И это поднимает интересный вопрос: когда химия стала больше, чем суммой ее частей?
Химики: изучают рецептуру жизни
«Известная нам жизнь основана на полимерах с углеродной основой», говорит Джеффри Бада из Института океанографии Скриппса в Сан-Диего, штат Калифорния. Из этих полимеров — а именно нуклеиновых кислот (строительных блоков ДНК), белков и полисахаридов — выросло буквально все разнообразие жизни.
Бада был учеником Стэнли Миллера, одной половины дуэта, которая стояла за экспериментом Миллера — Юри в 1950-х годах — одного из первых экспериментов, в задачах которого было выяснение процесса появления жизни из неживых химических веществ. С тех пор он вернулся к этому знаменитому эксперименту и продемонстрировал еще больший диапазон биологически подходящих молекул, которые образуются, когда электричество пропускается через смесь химических веществ, как полагают, существовавших на первобытной Земле.
Но эти химические вещества не являются живыми. Только тогда, когда они начинают делать некоторые интересные вещи вроде выделений или убийства друг друга, мы позволяем им такую честь. Что же необходимо для веществ, чтобы сделать прыжок к жизни? У Бады есть довольно интересный ответ.
«Несовершенная репликация информационных молекул могла бы ознаменовать происхождение жизни и эволюции и осуществить, таким образом, этот переход от неживой химии к биохимии. Начало репликации и, в частности, репликации с ошибками положило начало «потомству» с разными способностями. Эти молекулярные отпрыски могли затем начать конкурировать между собой за выживание.
«Это по сути дарвиновская эволюция на молекулярном уровне», говорит Бада.
Для многих химиков, получается, именно репликация — процесс, который вирусы могут проводить только при помощи биологических клеток — помогает определить жизнь. Тот факт, что информационные молекулы — ДНК и РНК — обеспечивают репликацию, предполагает, что они являются и важнейшей особенностью жизни.
Но характеризация жизни по этим конкретным химическим веществам не открывает более широкую картинку. Известной нам жизни может быть необходима ДНК или РНК, но как насчет жизни, которая нам пока не известна?
Астробиологи: охота на странных инопланетян
Определить природу инопланетной жизни — непростое дело. Многие ученые, включая Чарльза Кокелла и его коллег из Центра астробиологии при Университете Эдинбурга, используют микроорганизмы, способные выживать в чрезвычайных условиях как тестовые образчики внеземной жизни. Они считают, что жизнь где-либо еще может быть в совершенно других условиях, но, вероятнее всего, унаследует ключевые характеристики жизни, которую мы знаем по Земле.
«Но мы должны держать разум открытым к возможности обнаружения чего-то, что совсем выпадает из этого определения», говорит Кокелл.
Даже попытки использовать наше знание земной жизни, чтобы попытаться найти инопланетян, могут приводить к смешанным результатам. NASA, например, считало, что проведет хорошую работу по определению жизни в 1976 году, когда космический аппарат «Викинг-1» успешно сел на Марсе, будучи оснащенным тремя экспериментами для жизни. Один тест, в частности, показал, что на Марсе была жизнь: уровень диоксида углерода в марсианской почве был высоким, а значит в ней жили и дышали микробы.
Но увиденный на Марсе диоксид углерода сейчас повсеместно объясняется куда менее захватывающим явлением небиологических окислительных химических реакций.
Астробиологи вынесли уроки из этих экспериментов и сузили критерии, которые используют для поиска инопланетян — но пока их поиски остаются безуспешными.
Впрочем, астробиологам не стоит слишком сильно сужать критерии поиска. Саган считал углеродоцентричный поиск инопланетян «углеродным шовинизмом», считая, что такой подход будет очень узколобым.
«Люди предполагали, что инопланетяне могут быть и на основе кремния, либо использовать другие растворители (не воду)», говорит Кокелл. «Говорили даже о внеземных разумных облачных организмах».
В 2010 году открытие бактерий с ДНК, содержащей мышьяк вместо стандартного фосфора, поразило многих астробиологов. Хотя эту находку с тех пор не раз поставили под сомнение, многие тихо надеются, что жизнь не будет следовать классическим правилам. В то же время некоторые ученые работают над формами жизни, которые вообще не основаны на химии.
Технологи: построить искусственную жизнь
Когда-то создание искусственной жизни было целиком и полностью во власти научной фантастики. Теперь же это полноценная отрасль науки.
До поры до времени новые организмы в лаборатории могут создавать биологии, просто соединяющие вместе части двух или более известных форм жизни. Но этот процесс может быть и более абстрактным.
С тех пор, как в 1990-х годах компьютерная программа Tierra Томаса Рэя попыталась продемонстрировать синтез и эволюцию цифровых «форм жизни», ученые пытаются создать компьютерные программы, которые действительно имитируют жизнь. Некоторые даже начинают создавать роботов с чертами, похожими на жизненные.
«Общая идея в том, чтобы понять существенные свойства всех живых систем, а не только живых систем, которые удалось найти на Земле», говорит эксперт по искусственной жизни Марк Бедо из колледжа Рид в Портленде, штат Орегон. «Это попытка бросить очень широкий взгляд на то, что такое жизнь, в то время как биология сосредоточена на реальных формах, с которыми мы знакомы».
Конечно, многие исследователи искусственной жизни используют все, что мы знаем о жизни на Земле, в качестве основы для своих исследований. Бедо говорит, что исследователи используют так называемую «модель ПМК» — программы (например, ДНК), метаболизма и контейнера (например, стенки клетки). «Важно отметить, что это не определение жизни в общем, просто определение минимальной химической жизни», объясняет он.
Работая над нехимическими формами жизни, ученые пытаются создать программные или аппаратные версии компонентов ПМК.
«В основном, не думаю, что у жизни есть четкое определение, но нам нужно к чему-то стремиться», говорит Стин Расмуссен, работающий над созданием искусственной жизни в Университете Южной Дании в Оденсе. Группы со всего мира работали над отдельными компонентами модели ПМК, создавая системы, демонстрирующие тот или иной ее аспект. Пока что никому не удалось собрать все это в функционирующую форму синтетической жизни.
«Это процесс сверху вниз, выстраивание кусочка за кусочком», объясняет он.
Исследования искусственной жизни могут дать пользу и в более широких масштабах, создать жизнь, которая будет совершенно чужой для нас. Такие исследования помогают нам уточнять наши знания о жизни. Но пока рано говорить о результатах.
Философы: пытаются решить загадку жизни
Что ж, даже если те, кто ищет — и пытается создать — новую жизнь, не обеспокоены универсальным ее определением, нужно ли ученым перестать переживать о сведении всех определений к одному? Кэрол Клиланд, философ из Университета Колорадо в Боулдере, считает, что да. По крайней мере на некоторое время.
«Если вы пытаетесь обобщить млекопитающих, используя зебру, какую черту вы бы выбрали?», спрашивает она. «Определенно не ее молочные железы, поскольку они есть только у половины. Их полосы кажутся очевидным выбором, но они всего лишь случайность. Это не то, что делает зебр млекопитающими».
То же самое с жизнью. Может быть, вещи, которые мы считаем важными, в действительности свойственны лишь жизни на Земле. В конце концов, все, от бактерий до львов, произошло от одного общего предка, а значит, что во Вселенной наша жизнь всего лишь одна точка в данных.
Как говорил Саган: «Человек склонен определять с точки зрения привычного. Но фундаментальные истины могут быть непривычными».
Пока мы не обнаружили и не изучили альтернативные формы жизни, мы не можем знать, какие признаки, важные для нашей жизни, действительно универсальны. Создание искусственной жизни может предложить способ исследовать альтернативные формы жизни, но, по крайней мере в краткосрочной перспективе, несложно представить, как любая жизнь, созданная на компьютере, повлияет на наши убеждения о живых системах.
Чтобы определить жизнь точнее, нам нужно найти инопланетян.
Ирония в том, что попытка определить жизнь до того, как мы их найдем, может усложнить процесс их поиска. Как трагично будет, если в 2020-х годах новый марсоход проедет мимо марсианина просто потому, что не признает его живым существом.
Поиск определения жизни может помешать поиску новой жизни. Нам нужно уйти от нашей нынешней концепции и быть открытыми к обнаружению жизни, даже если мы ее не знаем или не узнаем.
Автор: Илья Хель