Иногда встретившиеся атомы соединяются в процессе химических реакций, образуя более или менее устойчивые молекулы. Эти молекулы могут быть очень большими. Такой кристалл, как бриллиант, можно рассматривать как одну-единственную молекулу, чья устойчивость вошла в поговорку. Эта молекула весьма проста, поскольку ее внутренняя атомная структура бесконечно повторяется. В современных живых организмах есть другие, очень сложные гигантские молекулы, чья сложность проявляется на разных уровнях. Гемоглобин в нашей крови — типичная молекула белка. Она построена из цепочек меньших молекул, аминокислот, каждая из которых состоит из нескольких десятков атомов, расположенных по определенной схеме. В молекуле гемоглобина 574 молекулы аминокислот. Они расположены четырьмя цепочками, закрученными друг вокруг друга так, что результатом является удивительно сложная общая структура. Модель молекулы гемоглобина напоминает пышный куст терновника. Но в отличие от настоящего терновника, форма этой молекулы не случайна. Она представляет собой определенную неизменную структуру, повторенную идентично — не сломана ни одна “веточка”, не перепутан ни один изгиб — около шести тысяч миллионов миллионов миллионов раз в среднем человеческом теле. Точная форма куста терновника, которую имеет молекула белка, такого, как гемоглобин, устойчива в том смысле, что две цепочки, состоящие из одинаковых последовательностей аминокислот, стараются, подобно двум пружинам, свернуться в совершенно такую же трехмерную спиральную структуру. Гемоглобиновый терновник скручивается в вашем теле в свою любимую “позу” приблизительно четыреста миллионов миллионов раз в секунду, и столько же “кустиков” каждую секунду прекращают существование.
Гемоглобин, существующий в наше время, — хороший пример того принципа, что атомы образуют устойчивые сочетания. Еще до возникновения на земле жизни могла начаться некая рудиментарная эволюция молекул, движимая законами физики и химии. Здесь нет нужды думать о замысле, цели или направленности. Если группа атомов под воздействием некой энергии принимает устойчивую конфигурацию, скорее всего, она такой и останется. Самая ранняя форма натурального отбора была просто выбором устойчивых форм и отклонением неустойчивых форм. В этом нет никакого секрета. Так и должно было происходить по определению.
Из этого, разумеется, не вытекает, что мы можем объяснить возникновение таких сложных существ, как человек, действием только этого принципа. Бесполезно брать нужное количество атомов и трясти их в присутствии некой внешней энергии до тех пор, пока они случайно не улягутся в нужном порядке и на свет не появится Адам. Таким способом вы сможете получить молекулу, состоящую из нескольких десятков атомов, но человек состоит из более чем тысячи миллионов миллионов миллионов миллионов атомов. Если вы все-таки решите попытаться сделать человека, вам придется трясти шейкер с вашим биохимическим коктейлем в течение такого долгого времени, что возраст вселенной покажется по сравнению с ним одним мгновением — и даже тогда у вас ничего не выйдет. И здесь теория Дарвина, в наиболее общей ее форме, приходит нам на выручку. Теория Дарвина стартует там, где кончается медленное случайное формирование молекул.
Рассказ о возникновении жизни, который я сейчас вам предложу, по необходимости будет предположительным; по определению, в то время не было никого, кто мог бы увидеть, как все происходило на самом деле. Существует несколько конкурирующих теорий, но все они имеют нечто общее. Упрощенное описание, которое я дам, возможно, не так уж далеко от истины.
Мы не знаем, какое химическое сырье было на земле в изобилии до начала жизни, но среди возможных кандидатов можно назвать воду, двуокись углерода, метан и аммиак — все эти простые элементы присутствуют хотя бы на некоторых планетах нашей солнечной системы. Химики пытались сымитировать химические условия на молодой Земле. Они собрали эти простые элементы в пробирке и обеспечили энергию в виде ультрафиолетового света или электрической искры — имитации первичных молний. После нескольких недель эксперимента в пробирке обычно находят что-нибудь интересное: жидкий коричневый супчик, в котором плавают молекулы сложнее тех, что были там первоначально. В частности, там были найдены аминокислоты — строительные блоки белков, одного из двух основных классов биологических молекул. До этих экспериментов считалось, что естественно возникающие аминокислоты являются индикатором присутствия жизни. Если бы их нашли, скажем, на Марсе, то были бы почти уверены в том, что там есть жизнь. Однако теперь их присутствие означает лишь наличие некоторых простых газов в атмосфере, вулканов, солнечного света или грозовой погоды. В последнее время лабораторные симуляции химических условий на земле до возникновения жизни произвели органические субстанции под названием пурины и пиримидины. Эти субстанции — строительные кирпичики генетической молекулы, самой ДНК.
Вероятно, в результате аналогичных процессов и образовался первоначальный “бульон”, из которого, по мнению биологов и химиков, состояли моря от трех до четырех миллиардов лет назад. Органические вещества концентрировались в некоторых местах, возможно, в высыхающей на берегу пене или в маленьких обособленных каплях. Под дальнейшим воздействием энергии — например, ультрафиолетового излучения солнца — они образовывали более крупные молекулы. Сейчас большие органические молекулы не просуществовали бы достаточно долго, чтобы быть замеченными — их сразу бы поглотили и расщепили бактерии или другие живые организмы. Но бактерии и все остальные организмы появились позже, а в те дни крупные органические молекулы могли спокойно плавать в загустевающем “супе”.
В какой-то момент там случайно возникла особенно интересная молекула. Мы назовем ее репликатором. Это вовсе не была самая большая или самая сложная из существовавших тогда молекул, зато она обладала уникальным свойством: она могла создавать собственные копии. Может показаться, что подобная случайность слишком неправдоподобна. Так оно и есть. Это было чрезвычайно маловероятно. В период времени, равный человеческой жизни, настолько маловероятные события можно считать практически невозможными. Именно поэтому вам никогда не удастся выиграть главный приз в лотерею. Но в наших человеческих оценках того, что вероятно и что нет, мы не привыкли брать в расчет периоды в сотни миллионов лет. Если бы вы покупали лотерейный билет каждую неделю в течение ста миллионов лет, вы, скорее всего, выиграли бы несколько главных призов.
На самом деле, молекулу, способную самовоспроизводиться, вовсе не так уж трудно вообразить; кроме того, она должна была образоваться всего один раз. Представьте себе, что репликатор — это нечто вроде матрицы, шаблона. Представьте, что это большая молекула, состоящая из сложной цепи молекул, представляющих из себя различные строительные блоки. В бульоне, где плавает репликатор, полным-полно маленьких строительных блоков. Предположим, что каждый из строительных блоков тяготеет к блокам своего типа. Каждый раз, когда строительный блок из бульона попадает на репликатор вблизи от своего “родственника” скорее всего, он там и остается. Прилипающие таким образом блоки автоматически будут расположены в том же порядке, как и блоки самого репликатора. Этот процесс может продолжаться в виде нарастания, слой за слоем, новых блоков. Именно так формируются кристаллы. С другой стороны, две цепочки могут разделиться, и мы получим два репликатора, каждый из которых может продолжать производить собственные копии.
Еще более сложная возможность состоит в том, что каждый блок тяготеет не к собственному типу, а к какому-то иному типу блоков, а те отвечают “взаимностью”. В этом случае репликатор будет служить матрицей не для идентичной копии, а для собственного “негатива”, который, в свою очередь, произведет точную копию первоначального позитива. Для нас неважно, был ли первоначальный процесс репликации позитивно-позитивным или позитивно-негативным, хотя стоит заметить, что современные аналоги первого репликатора, молекулы ДНК, используют позитивно-негативную репликацию. Важно здесь то, что в мире внезапно появился новый тип “стабильности”. До этого в бульоне, скорее всего, не преобладал ни один из типов сложных молекул, поскольку каждый из них зависел от строительных блоков, случайно сложившихся в нужную устойчивую конфигурацию. Как только появился репликатор, он быстро наводнил своими копиями все моря. В результате меньшие строительные блоки стали редкостью и другие большие молекулы стали формироваться все реже и реже.