Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле

Маршалл Майкл

Глава 10

Потребность в энергии

История жизни Леонарда Троланда настолько экстраординарна, что его сравнительно малая известность не может не удивлять. После окончания Гарварда в 1912 году и Массачусетского технологического института в 1915-м он занялся исследованиями одновременно и в области психологии, и в области фундаментальной физики. Эти казалось бы разрозненные интересы связывало главное увлечение всей жизни Троланда – свет. Он стремился понять и то, как устроено наше зрительное восприятие, и саму физическую природу света. Возможно, именно он впервые использовал термин “фотон” для обозначения самой маленькой частицы

света в 1915 году, то есть за одиннадцать лет до того, как этот термин был предложен “официально”^[338].

Спустя год Троланд одним из первых провел научное исследование феномена телепатии, после чего сделал вывод о ее невозможности, – и это утверждение до сих пор остается в силе. В 1920 году умудрившийся как-то выкроить на это время Троланд стал главным инженером корпорации Technicolor Motion Picture^[339] в Калифорнии. В отчете о его работе сказано, что он “не только развил и улучшил имеющуюся технологию цветной фотографии, но также изобрел и усовершенствовал новую версию, по сути создав ее в современном виде”^[340].

Однако эта неутомимость сказалась на его здоровье: Троланд страдал от нервного расстройства, сопровождавшегося приступами головокружения и обмороками^[341]. 27 мая 1932 года он вместе со своим другом отправился в поход на гору Вилсон в Калифорнии. На вершине он позировал для фотографии, но когда его друг взглянул в объектив, Троланда в кадре не оказалось. Он сорвался с большой высоты и погиб. Ему было всего 43 года.

Об интеллектуальной продуктивности Троланда свидетельствует и то, что свои представления о возникновении жизни он опубликовал в 1914 году, еще до защиты диссертации по психологии^[342]. По-видимому, он первым из ученых предложил сценарий зарождения жизни, в центре которого оказался метаболизм, а именно – способность живого получать энергию из окружающей среды и использовать ее для поддержания своей жизнедеятельности. Идея о первичности метаболизма является четвертой и последней из наиболее важных соперничающих гипотез. Известно несколько ее вариантов, и мы займемся ими в этой и следующей главах.

Троланд считал, что основополагающим свойством живого является его способность поддерживать себя в сравнительно стабильном состоянии. “Регуляция кажется самым поразительным из активных свойств живых существ”, – пишет он. По мнению Троланда, эта проблема имеет ключевое значение и ее должна решать любая теория зарождения жизни. Каким образом первые живые существа поддерживали свою стабильность? Ответом на этот вопрос служило, по мысли ученого, то обстоятельство, что одни химические реакции в живом возможны, а другие должны быть предотвращены. Из этого следует особое значение ферментов для формирования первых жизненных форм.

Троланд допускал, что на ранней Земле в океане мог самопроизвольно образоваться первый фермент. Рядом с ним оказались соединения, которые медленно реагировали друг с другом, образуя “маслянистую жидкость” – другими словами, липиды. В случае если фермент мог ускорять эту реакцию, имел место следующий сценарий: “Частица фермента оказывается помещенной внутрь этой образующейся в ходе реакции маслянистой субстанции”. В результате получается “маленькая масляная капля” с ферментом в центре, которую Троланд и считал “первой и самой простой живой субстанцией”.

Далее Троланд описывает, как фермент в маслянистой капле мог превратиться в более сложно организованные живые клетки. Он полагал, что первые ферменты

в конечном счете создали новые – отличающиеся от них и способные ускорять другие химические реакции. Это могло способствовать или, наоборот, препятствовать выживанию такой капли. В результате выживали только те, что имели внутри себя нужные ферменты; происходила своего рода простая эволюция, в ходе которой эти “клетки” становились “все более и более сложными”.

Троланд видит жизнь как нечто вторичное, ставшее “побочным продуктом” существования ферментов. “Жизнь, – заключает он, – есть прямое следствие активности ферментов”.

Сейчас некоторые детали рассуждений Троланда выглядят неправдоподобно. В главе 6 мы убедились, что возникновение чего-то настолько сложного как фермент нельзя “свалить” на чистую случайность – необходим некий систематически повторяющийся процесс. Разумеется, Троланда не следует упрекать за это: он создавал свою гипотезу, не имея информации о структуре белков-ферментов. В те годы многие исследователи использовали понятие случайности подобным образом. Так или иначе, но в его идее ценна именно концепция, то есть рассмотрение способности живого создавать и поддерживать свою структуру посреди царящего вокруг хаоса.

Оказавшаяся в центре внимания Троланда способность жизни к саморегуляции может быть определена более строго – с помощью термодинамики. Этот раздел физики возник для описания природы и превращений тепла, однако в итоге стал едва ли не универсальным.

В термодинамике есть часть, имеющая отношение к зарождению жизни. Это ее второй закон (или второе начало), суть которого проста: количество беспорядка во Вселенной со временем неуклонно увеличивается. Причина в том, что превращающие что-то упорядоченное во что-то неупорядоченное процессы происходят с куда большей вероятностью. А вот порядок самопроизвольно возникнуть из хаоса не может. К примеру, целая кофейная чашка – явление упорядоченное. Ее можно с легкостью превратить в разбитую, так сказать, неупорядоченную кофейную чашку, а вот проделать обратное и превратить ее снова в целую – задача непростая. Однако важнее всего то, что мы никогда не увидим этот второй процесс происходящим самопроизвольно. Разбитые чашки сами не собираются из осколков и не соединяются в целые.

Эти интуитивные представления можно сформулировать более научно, рассчитав изменение так называемой энтропии системы. Энтропия – это не что-то физически ощутимое, вроде атома или гравитации. Она представляет собой скорее математическую абстракцию, которая позволяет оценить степень неупорядоченности той или иной системы. Энтропия целой кофейной чашки мала, в то время как энтропия разбитой кофейной чашки намного больше. Второй закон термодинамики гласит, что в конечном счете энтропия со временем всегда возрастает.

Это можно пояснить на примере несколько искусственной картинки. Представьте себе две камеры, в одной из которых находятся частицы синего газа, а в другой – красного. Перед нами упорядоченная система, имеющая низкую энтропию. Теперь откроем дверцу между двумя камерами. Совершенно естественно, что газы перемешаются и энтропия системы возрастет. Теоретически есть шанс, что в какой-то момент два газа снова разделятся и энтропия станет низкой, но мы потратим на ожидание этого момента время, превосходящее возраст Вселенной, – причем дождаться можно будет лишь того, что подобная тенденция просто наметится. То же справедливо и в случае кофейной чашки: для нее перейти из разбитого состояния обратно в целое является хотя и не невозможным, однако исчезающе маловероятным событием.