Евгений Кунин - Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции
При изучении событий, случившихся лишь однажды, притом около 4 миллиардов лет назад, важно не держаться одной-единственной модели, а, так сказать, распределять свои ставки. Армен Мулкиджанян предложил существенно отличную модель неорганических ячеек, приписав роль инкубаторов самых ранних форм жизни другому виду отложений, пребывающих на меньших глубинах и при более низких температурах и состоящих в основном из сульфида цинка (Mulkidjanian, 2009). В этой модели источником энергии органических реакций является ультрафиолетовое излучение, достигающее тех небольших глубин, где находятся отложения сульфида цинка. Кроме того, сульфид цинка значительно превосходит сульфид железа в качестве катализатора и в то же время является менее реактивным химическим веществом, не оказывающим разрушительного влияния на такие лабильные молекулы, как РНК[131].
Несмотря на то что модели Вахтершаузера, Бароса, Рассела и Мулкиджаняна отличаются существенными аспектами, они объединены общими чертами, более важными, чем их различия. В каждой из этих моделей жизнь образовалась в особых местах обитания и в особых условиях, в которых неорганические ячейки способствуют накоплению органических молекул в высокой концентрации, обладают каталитическими поверхностями и обеспечивают градиент усвояемой энергии, способной поддерживать первичный органический синтез. Эти общие признаки, вероятно, должны быть частью любого стремящегося к реалистичности сценария происхождения жизни.
Радикальная альтернатива: космология вечной инфляции, переход от случайности к биологической эволюции в истории жизни и переоценка роли крайне редких событий в эволюции[132]
Как уже отмечалось выше, ситуация в области происхождения жизни в целом видится довольно мрачной. Даже при (весьма нетривиальном) предположении, что мономеры, такие как НТФ, изобильны и доступны, проблема синтеза достаточно стабильных полимеров с регулярной структурой (РНК) чудовищно сложна, а проблема происхождения репликации и трансляции таких первоначальных молекул РНК еще сложнее. В этой книге неоднократно подчеркивалось, что эволюция путем естественного отбора и дрейфа может начаться только после возникновения достаточно точной репликации, причем даже на этой стадии эволюция трансляции остается весьма проблематичной.
Рис. 12-6. Добиологическая и биологическая стадии происхождения жизни: переход от антропной причинности к биологической эволюции.
Появлению первой репликаторной системы, ознаменовавшему собой «дарвиновский прорыв»[133], неизбежно предшествовала череда сложных, трудных шагов, на которых биологические эволюционные механизмы еще не действовали (см. рис. 12-6). Даже с учетом среды, способной облегчить эти процессы, такой как сети неорганических ячеек в гидротермальных источниках, умножение вероятностей этих шагов делает появление первых репликаторов ошеломляюще невероятным (см. прил. II).
Глубокие трудности проблемы происхождения жизни могут показаться непреодолимыми, что заставляет задаться весьма общими вопросами, выходящими за рамки биологии. Не существует ли скрытых от нас факторов, имеющих решающее значение для зарождения жизни, которые, будь они нам сейчас известны, существенно изменили бы картину и сделали бы возникновение жизни гораздо более вероятным? Возможно ли, что процессы, формирующие основу для возникновения жизни, действительно так сложны, как мы себе представляем, но число попыток настолько велико, что появление жизни в результате одной или нескольких из них возможно или даже неизбежно? Другими словами, возможно ли, что сами наши понятия о вероятности неполны?
Первая возможность имеет отношение к нахождению условий, существовавших на первичной Земле и каким-то образом сделавших происхождение жизни «легким». Ячейки Рассела продвигают нас на этом пути, но, видимо, недостаточно далеко: даже в подобных проточных реакторах, богатых энергией и катализаторами, сочетание всех необходимых процессов было бы крайне редким.
Вторая возможность может быть рассмотрена в контексте всей Вселенной. Зададимся вопросом, сколько существует планет с благоприятными условиями для возникновения жизни, иными словами, сколько попыток возникновения жизни всего было сделано. В данном разделе мы рассмотрим эту линию рассуждений с точки зрения современной физической космологии.
В XX веке космология прошла драматический путь от странного (и не особенно авторитетного) философского направления к полноценному, быстро развивающемуся разделу физики, прочно опирающемуся на многочисленные научные наблюдения. Ведущее направление в сегодняшней космологии сосредоточивается на так называемой инфляции, периоде экспоненциально быстрого первоначального расширения Вселенной (Carroll, 2010; Guth, 1998a; Guth and Kaiser, 2005; Vilenkin, 2007). В наиболее правдоподобных, самосогласованных моделях инфляция вечна, с бесконечным числом островных вселенных (или просто вселенных), возникающих через распад небольших регионов изначального океана ложного (высокоэнергетического) вакуума и составляющих бесконечную мультивселенную (см. прил. II). Модель «мира многих миров» (МММ) делает поразительное предсказание, что все макроскопические, «крупнозернистые» истории событий, не запрещаемых физическими законами сохранения, были реализованы (или, возможно, будут реализованы) где-то в бесконечной мультивселенной, и не только однажды, но бесконечное число раз (Garriga and Vilenkin, 2001; Vilenkin, 2007). Например, существует бесконечное число (макроскопически) точных копий Земли, со всем, что существует на ней, хотя вероятность того, что данная наблюдаемая область Вселенной содержит одну из этих копий, исчезающе мала. Эта картина выглядит крайне нелогичной, и даже сумасбродной, но таково прямое следствие вечной инфляции, доминирующей модели эволюции Вселенной в современной космологии.
Модель МММ тесно связана с антропным принципом (иногда называемым антропным отбором), спорной, но мощной и популярной среди космологов концепцией (Barrow and Tipler, 1988; Carter, 1974; Livio and Rees, 2005). Согласно антропному принципу, единственная причина, по которой наша Вселенная имеет свои характерные параметры, состоит в том, что в противном случае в этой Вселенной не было бы никаких наблюдателей[134]. В такой форме так называемый «слабый» антропный принцип может быть реалистично определен только в контексте огромной (или, еще лучше, бесконечной) мультивселенной. В модели МММ антропный отбор имеет простой смысл: среди огромного числа наборов параметров, существующих в мультивселенной (в бесконечном числе экземпляров каждый), наша Вселенная должна иметь именно такие параметры, которые способствуют возникновению и поддержанию сложных форм жизни. Иногда говорят, что наша Вселенная принадлежит «биофильной области» мультивселенной (Livio and Rees, 2005). Сам термин «антропный принцип» можно считать неудачным, так как он может быть истолкован как предполагающий некую особую важность людей или, в более общем случае, сознательных наблюдателей или, что еще хуже, привлечь телеологические интерпретации. Такой взгляд на антропный принцип совершенно неверен; на самом деле он представляет собой просто «отбор наблюдателя» (Bostrom, 2002). Тот факт, что в этой Вселенной имеется жизнь, строго ограничивает ее характеристики: по меньшей мере, наша часть Вселенной должна содержать галактики и планетные системы, а не только массивные черные дыры или частицы разреженного газа, являющиеся в принципе более вероятными состояниями с высокой энтропией.
В сравнении со старыми космологическими концепциями, рассматривавшими конечную Вселенную, модель МММ меняет самые определения возможного, вероятного и случайного по отношению к любому историческому сценарию. Проще говоря, вероятность реализации любого сценария, не запрещенного законами сохранения, в бесконечной мультивселенной в точности равна единице. С другой стороны, вероятность того, что данный сценарий реализуется в данной (островной) вселенной, равна частоте этого сценария в мультивселенной и может быть исчезающе малой. С несколько иной точки зрения известная идея второго начала термодинамики, будучи истинной лишь в статистическом смысле, обретает буквальный смысл в бесконечной мультивселенной: любое нарушение второго начала, позволенное законами сохранения, действительно случилось, причем бесконечное число раз. Таким образом, спонтанное возникновение сложных систем, которое могло бы считаться практически невозможным в конечной вселенной, становится не только возможным, но и неизбежным в МММ, хотя априорная вероятность подавляющего большинства историй, происходящих в данной вселенной, исчезающе мала. Эта новая сила случайности, подкрепленная антропным рассуждением, имеет глубокие последствия для нашего понимания любого явления во Вселенной, не исключая и жизнь на Земле (Koonin, 2007b).
