Жизнь как она есть: её зарождение и сущность - Крик Фрэнсис - Страница 10

Для проведения органического синтеза необходим запас энергии, и это должна быть доступная энергия На научном языке она называется свободной энергией, что вовсе не означает, что вы получаете ее даром. (В термодинамике у данного термина есть довольно точное значение.) Таким образом, система не находится в состоянии равновесия, в узком смысле этого слова, хотя она может быть в состоянии динамического равновесия. Весьма приблизительной аналогией было бы сопоставление спокойного пруда, равновесие которого статично, и бегущей реки, которая продолжает неизменно течь во многом как бы одинаковым образом. Живая система напоминает реку. В нее втекают сырье и свободная энергия, тогда как вытекают отходы и тепло. С научной точки зрения, это открытая система. Только таким способом она может продолжить синтез, необходимый для повторяющейся химической репликации.

Таковы основные требования к жизни. Система должна уметь свободно копировать как свои собственные инструкции, так и косвенно любой механизм, необходимый для их выполнения. Репликация генетического материала должна быть довольно точной, но мутаций — ошибок, которые можно верно скопировать, — должен быть очень небольшой процент. Ген и его «продукт» должны храниться довольно близко друг от друга. Система непременно является открытой и должна иметь запас исходного материала и, тем или иным образом, запас свободной энергии.

Сформулированные в самых общих чертах требования не кажутся слишком строгими, хотя, как мы увидим, их очень трудно выполнить, если начинаешь все с самого начала. Что представляется не таким очевидным — так это замечательная способность такой системы к совершенствованию. Процесс копирования с немногими редко встречающимися ошибками — к чему же он мог бы привести?

Первый момент, который следует уяснить, — это непрерывный характер процесса. Для того чтобы достичь чего-нибудь необыкновенного, система должна постоянно функционировать эффективно. Но это означает, что мы удваиваем количество копий каждое «поколение». Большинство людей знают, что это быстро приводит к трудно поддающимся исчислению числам. Традиционно рассказывают историю о короле или султане, который захотел наградить одного из своих слуг и спросил, какую награду тот хотел бы получить. Человек (непонятно, был ли он хитрым или наивным, мудрым или безрассудным, тираны обычно не любят, чтобы их заставляли выглядеть глупцами) якобы придумал то, что, на первый взгляд, представляется вполне скромной просьбой. Указав на шахматную доску, он попросил одно зерно пшеницы за первую клетку, два за вторую, четыре за третью, восемь за следующую и т.д., каждый раз, удваивая их число. Это может показаться неразумным до тех пор, пока не вспомнишь, что на шахматной доске шестьдесят четыре клетки. Немного простой алгебры показывает, что необходимое для этого число зерен пшеницы составляет менее 264. Это немногим более 10¹⁹, что соответствует весу примерно в 100 миллиардов тон. Эта пшеница заполнила бы куб, каждая сторона которого примерно четыре мили в длину. В конце концов, не такая уж и скромная просьба!

Если живая система продолжит удваиваться таким же образом, то при потребности в пище в виде сырья и энергии она очень скоро истощит ресурсы окружающей среды. Таким образом, через относительно короткий период времени различные особи вынуждены будут бороться за пищу. При наличии лишь постоянного запаса пищи и энергии вся система не сможет продолжать расширяться бесконечно; вместо этого, она достигнет устойчивого состояния. Это означает, что на данном этапе каждый организм оставит в среднем только одного потомка в каждом поколении. Поскольку некоторые организмы оставят двоих, то другие Должны прекратить размножаться. Это может произойти случайно. Один организм может неожиданно натолкнуться на запас пищи, другой может оказаться менее удачлив и голодать. Однако если какой-то отдельный организм приобрел мутацию своих генов, то, по той или иной причине, он может бороться успешнее и оставить в среднем больше потомков, тогда его представительство в популяции увеличится, и поэтому другие менее удачливые организмы обязательно произведут на свет меньшее потомство. Если этот процесс продолжается неограниченно, то менее удачливые типы в конце концов вымрут окончательно, а тот, у которого более эффективный ген, полностью овладеет положением. Здесь важно отметить, что с помощью этого простого процесса редкое случайное событие стало распространенным.

Процесс необязательно должен произойти лишь однажды. Он может происходить раз за разом, так как случай подбрасывает новые благоприятные мутации. Более того, одно усовершенствование может накладываться на другое до тех пор (при условии, что времени достаточно), пока в процессе эволюции не разовьется новый организм, очень тонко настроенный на окружающую среду. Для того чтобы достигнуть такого совершенства исполнения, ему необходимы только мутации, возникшие случайно. По-видимому, здесь нет механизма, безусловно, нет общего механизма, который бы направлял изменение гена с тем, чтобы появлялись только благоприятные изменения Более того, можно доказать, что подобный направляемый механизм, в конце концов, оказался бы слишком косным. Когда наступают слишком трудные времена, то необходимо новшество, важные отличительные особенности которого не могут быть заранее спланированы, и здесь мы можем полагаться только на случай. Случай — единственный источник подлинного новшества.

Сила естественного отбора такова, что он может действовать на всех уровнях. В частности, он может явиться причиной совершенствования самих механизмов отбора; половое размножение оказалось хорошим тому примером. Если окружающая среда (само это понятие не легко определить точно) остается устойчивой, то естественный отбор часто стремится остаться консервативным и сохраняет группу скрещивающихся организмов в ограниченном ареале, так как, в известном смысле, совершенство уже достигнуто, и для любого дальнейшего улучшения может понадобиться крайне редкое событие, к этому времени все умеренно редкие события уже опробованы. Однако если окружающая среда изменяется или если некоторые особи по той или иной причине окажутся в фактической изоляции от остальных, тогда равновесие может быть нарушено, и в этих условиях естественный отбор может быть более созидательным. У нас нет необходимости останавливаться здесь на этих сложностях, которые имеют важнейшее значение для обстоятельной теории эволюции, особенно если нас, в основном, интересует происхождение жизни, когда имевшие место процессы, вероятно, были довольно примитивными. С этой точки зрения важно понять основные, общие особенности процесса и четко осознать, как такой простой набор предположений может привести к таким замечательным и неожиданным результатам.

Насколько нам известно, не существует другого надежного механизма, который так эффективно мог бы создать заслуживающие сравнения результаты. Одной из возможностей могло быть наследование приобретенных признаков. Приложив усилия, жираф мог бы удлинить свою шею и таким образом добывать больше пищи с самых высоких и нежных листьев на дереве. Мы можем представить себе, что это могло бы привести к появлению потомства, имеющего более длинные шеи и поэтому более приспособленного к борьбе за существование. Насколько мне известно, еще никто не привел общих теоретических аргументов, почему такой механизм должен быть менее эффективен, чем естественный отбор, хотя предполагается, что он может оказаться не таким гибким, как последний, особенно если для преодоления эволюционного кризиса требуется подлинное новшество. В любом случае потребовался бы процесс, посредством которого информация в соме (теле животного или растения) передавалась бы в зародышевый путь — яйца или сперму. Подобный механизм был недавно предложен, но доказательство в его пользу сложное и в настоящее время довольно неосновательное. Наследование приобретенных признаков, предположительно, может сыграть некоторую небольшую роль в эволюции, но маловероятно, что она окажется ведущей.