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