Далекое будущее Вселенной Эсхатология в космической перспективе - Эллис Джордж - Страница 27

Следующим шагом эволюции могут стать многофункциональные генетические материалы:

Со временем синтез органических молекул в хорошо организованном минерально–генетическом ансамбле мог принять постоянный характер, что сделало возможным воспроизведение органических полимеров. Так появился на свет новый многофункциональный генетический материал — РНК–подобный полимер, способный воспроизводить сложную и дифференцированную информацию.

Так мы переходим к истории «мира РНК» [10, 9]. G ^x(РНК) начинает действовать косвенно, контролируя синтез других молекул, неспособных воспроизводиться самостоятельно, но создающих микромеханизмы (Y = белок):

Так возникает многофункциональная, косвенно действующая генетическая система (G _x= ДНК), после чего отбрасываются ненужные минеральные «леса».

Это «жизнь, какой мы ее знаем». Структурные и каталитические функции f _n, f _п+1и т. д. выполняются РНК напрямую: f _p, f _p+1и бесчисленное множество других функций выполняется тысячами видов белков, каждый со своей особой структурой и уникальной последовательностью аминокислот, в свою очередь, контролируемой последовательностью ДНК, из которой он произошел. Это удивительно сложная система, но с точки зрения теории эволюции вполне объяснимая.

В поисках возможных минеральных генетических материалов стоит вспомнить о микрокристаллических материалах с сильной внутренней связью и кристаллической структурой, обладающих некоей сложной, квазислучайной вариабельностью (отчасти сравнимой с вариабельностью последовательностей ковалентно связанных блоков в молекулах ДНК), так что каждый индивидуальный кристалл может быть уникален. Многие подобные «дефекты» воздействуют на физико–химические параметры кристаллических материалов: размер и форму кристаллов, способность поглощать мелкие молекулы, каталитические эффекты и т. п. Главный вопрос состоит в том, стабильна ли «информация» об этих дефектах и может ли она воспроизводиться в процессе роста кристаллов. Ответ на это следующий: хотя наиболее стабильные «дефекты» не воспроизводятся, существуют «дефекты», которые это делают, иногда с поразительным успехом.

Приведем пример. Структурные слои слюды и слюдоподобных глин (см. выше) образуют достаточно сложную «бутербродную» структуру с семью атомными плоскостями в каждом слое. Эти сложные слои имеют отрицательный заряд и располагаются в кристалле «пачками», один над другим, с прокладками из катионов между ними. Однако кое в чем их структура асимметрична. Так, структуры верхней и нижней плоскостей, образованных атомами кислорода, хотя и идентичны, но расположены не совсем точно друг над другом. Этот сдвиг придает слою в целом направление, которое можно изобразить стрелкой. Возникает вопрос: как расположены эти «стрелки» в слоях, лежащих друг на друге?

Часто все они направлены в одну сторону. Это можно изобразить так:

Но часто случается, что их направление чередуется:

Таковы наиболее распространенные «правильные типы» слюды. Но чаще встречаются отклонения — «неправильные типы», в принципе способные нести информацию, так же как и единичная неправильность в напластовании (своего рода ДНК). Более того, известны случаи, когда какая‑то «неправильность» повто–ряется через абсолютно регулярные промежутки. Например, в образцах биотитовой слюды [1] было обнаружено следующее:

Похоже, что эти особенности возникают при росте кристаллов в результате процесса копирования [44].

Еще одна форма чередования встречается в глинах и других веществах, где материал представляет собой пачку химически различных слоев, чередующихся в более или менее случайной последовательности. Поразительный пример такого рода — феррит бария. В нем часто наблюдаются повторения сложных и неправильных структур, иногда простирающиеся на толщину в сто нанометров и более [12]. Изучив рост кристаллов этого материала в Глазго и Пейсли, мы предположили существование механизма копирования, обеспечивающего длинные повторы [20]. Согласно этому предположению, изначальная плата, состоящая из случайной последовательности слоев, растет путем добавления атомов по сторонам, так что изначальная последовательность сохраняется. Пачки слоев, как и «планки» морского ила, тверды и гибки. Благодаря микроморфологии начальных кристаллов, их рост происходит, по–видимому, неравномерно в разных направлениях, формируя гибкую ветвящуюся систему («водорослевый рост»). При этом разные части одной и той же пачки могут накладываться друг на друга и затем сливаться, образуя более крупные фрагменты кристалла, в пределах которых последовательность слоев, присущая начальной плате, повторяется, быть может, много раз. Сам феррит бария, возможно, растет только при высоких температурах (наши эксперименты проводились примерно при 1300 градусах по Цельсию); однако мы склонны полагать, что «водорослевый рост» представляет собой общий механизм формирования длинных повторов, присущий многим материалам, в том числе и обсуждаемым выше типам слюды.

Ил и слюда могут кристаллизоваться при обычной температуре, хотя и медленно. Быстрый синтез слюды требует, как минимум, гидротермальных условий и нескольких сот градусов по Цельсию. Это соответствует предположению, что самые первые стадии эволюции могли иметь место в океанических гидротермальных системах [6, 11].

Многие виды организмов способны выживать в сложных условиях, находясь в состоянии так называемой «отсроченной жизни»: примеры этого — семена растений или споры бактерий. Можно сказать, что перед нами потенциальные формы жизни, сохраняющие одно из двух важнейших качеств полноценной живой системы — способность сохранять информацию. Другое ключевое требование — существование открытых систем, которым эта информация передается, но они не обязаны существовать вечно — им достаточно лишь появляться время от времени.

Возможно, стоит подумать о том, как могли бы организмы приспособиться к межзвездному пространству, преодолев не только «голод» и «жажду», но и низкие температуры, космическую радиацию и огромные временные промежутки. Предположим, пара планет, таких, например, как Марс и Земля, в результате падения метеоритов обмениваются фрагментами материала. Этот обмен может создать давление отбора, благоприятное для микроорганизмов, способных попасть на метеорит и выжить в таком путешествии (ибо «Марс» периодически становится лучшим местом для жизни, чем «земля», и наоборот) — иначе говоря, отбор на способность к космическим путешествиям, включающую и возможность долгосрочной «отключки». Таким путем, возможно, разовьются споры, способные пережить миллионы лет, а затем — в редких случаях «высадки» в подходящем месте — снова «возвращаться к жизни».

Можно вообразить себе некую примитивную панспермию: споры организмов, чья генетическая память и основной механизм управления не органичны, то есть состоят не из органических молекул. Информация, передаваемая (скажем) через последовательность слоев материи, как в слюде, труднее уничтожается космической радиацией. В таком формате может существовать как примитивная, так и весьма высокоразвитая форма жизни. Она может хранить в себе информацию, позволяющую организму «вернуться к жизни», как только он встретится с благоприятными условиями, например «инструкции» по поглощению органических молекул и управлению ими, возможно, призванные сократить начальные стадии эволюции высших форм.