Краткая история почти всего на свете

В 1953 году аспирант Чикагского университета Стэнли Миллер взял две колбы — одну, содержавшую немного воды, изображавшую первозданный океан, и другую со смесью метана, аммиака и сероводорода, представлявшую раннюю атмосферу Земли, — соединил их резиновыми трубками и стал пропускать электрические искры, изображавшие молнии. Через несколько дней вода в колбах позеленела и пожелтела, образовав крепкий бульон из аминокислот, жирных кислот, сахаров и других органических соединений. «Если Бог не сделал это именно так, — восхищенно заметил научный руководитель Миллера, нобелевский лауреат Гарольд Юри, — то он упустил хороший шанс».
В прессе того времени проблема представлялась так, будто достаточно кому-нибудь как следует встряхнуть колбы, и оттуда поползут живые существа. Как показало время, все обстоит далеко не так просто. Несмотря на полстолетия дальнейших исследований, мы сегодня не стали ближе к синтезу живых организмов, чем были в 1953 году, — и намного дальше от представлений, что нам это по силам. В настоящее время ученые довольно твердо убеждены, что ранняя атмосфера совсем не походила на ту, что Миллер с Юри приготовили для своего газированного бульона, и, скорее, была гораздо менее химически активной смесью азота и углекислого газа. Повторение опытов Миллера с этими менее удобными составляющими пока позволило получить только одну весьма несложную аминокислоту. Но в любом случае получение аминокислот — это еще не решение проблемы. Проблемой являются белки.
Белки получаются при соединении аминокислот, и их требуется очень много. Никто по-настоящему не знает, сколько, но в организме человека может находиться целый миллион видов белков, и каждый является маленьким чудом. По всем законам вероятности, белки не должны были бы существовать. Чтобы изготовить белок, требуется собрать аминокислоты (которые традиция предписывает мне обязательно назвать здесь «кирпичиками жизни») в определенном порядке, во многом подобно тому, как в определенном порядке собирают буквы, чтобы написать слово. Проблема в том, что слова, записанные аминокислотным алфавитом, зачастую бывают невероятно длинными. Чтобы записать слово «коллаген», название широко распространенного белка, требуется в определенном порядке расположить восемь букв. А чтобы создать коллаген, вам требуется соединить 1055 аминокислот в строго определенной последовательности. Однако — и здесь наступает очевидный, но решающий момент — создаете его не вы. Он создается сам, самопроизвольно, без руководящих указаний. Вот здесь-то и возникают невероятности.
Шансы самосборки молекулы, подобной коллагену, из соединенных в определенной последовательности 1055 элементов, откровенно говоря, равны нулю. Это просто не должно случиться. Чтобы осознать, насколько мало тут шансов на успех, представьте себе обычный игорный автомат типа «однорукий бандит», но значительно расширенный — если быть точным, примерно до 27 м, — чтобы вместить 1055 колес вместо обычных трех-четырех с двадцатью знаками на каждом (по одному на каждую из общеизвестных аминокислот).
Сколько времени вам придется дергать ручку, прежде чем все 1055 знаков выпадут в нужном порядке? Фактически вечно. Даже если вы сократите число колес до двухсот, что является более обычным количеством аминокислот в белке, вероятность выстраивания всех двухсот в предписанном порядке составит 1 к 10²⁶⁰ (т. е. к единице с 260 нулями), много больше числа всех атомов во Вселенной.
Словом, белки — это очень сложные вещества. Гемоглобин длиною всего в 146 аминокислот, по белковым меркам, — карлик, но и он предоставляет собой одну из 10¹⁹⁰ возможных комбинаций аминокислот, потому химику из Кембриджского университета Максу Перутцу потребовалось 23 года — можно сказать, вся творческая жизнь, — чтобы расшифровать его строение. При случайном протекании процессов создание даже единственного белка должно было бы представляться совершенно невероятным — вроде пронесшегося над кладбищем старых автомобилей смерча, который оставил за собой собранный до последней гайки авиалайнер. Этим красочным сравнением мы обязаны астроному Фреду Хойлу.
Но речь ведь идет о нескольких сотнях тысяч видов белков, возможно, даже о миллионе, каждый из них уникален и каждый, насколько известно, имеет жизненно важное значение для того, чтобы вы были здоровы и счастливы. И это еще только начало. Чтобы от него была польза, белок должен не только соединять аминокислоты в должной последовательности, но и затем, занявшись своего рода химическим оригами, сложиться в строго определенную фигуру, подобно тому, как складывают фигурки из бумаги. Но даже одолев эту конструктивную сложность, белок будет для вас бесполезен, если он не сможет себя воспроизводить, а белки этого не умеют. Для этого требуется ДНК. Молекула ДНК владеет непревзойденным мастерством самовоспроизведения — она копирует себя за считанные секунды, — но не может практически ничего другого. Так что получается парадоксальная ситуация. Белки не могут существовать без ДНК, а ДНК без белков теряет свое назначение. Должны ли мы предположить, что они возникли одновременно ради того, чтобы поддерживать друг друга? Если так — это просто из ряда вон!
И это еще не все. ДНК, белки и другие компоненты жизни не могут благополучно существовать без особого рода оболочки, которая их содержит. Ни один атом или молекула не могут стать живыми сами по себе. Выдерните из своего тела любой атом, и он будет не живее песчинки. Только когда эти разнообразные вещества собираются вместе в питательной среде клетки, они могут принять участие в поразительном танце, называемом жизнью. Без клетки они не более чем интересные химические соединения. Но без этих соединений клетка теряет смысл. Как пишет Дэвис: «Если каждому элементу требуются все прочие, как тогда вообще в первый раз возникло это сообщество молекул?» Пожалуй, похоже на то, как если бы все продукты у вас на кухне каким-то образом собрались вместе и спеклись в пирог — к тому же в такой пирог, который по мере надобности выдает еще пирогов. Неудивительно, что мы называем это чудом жизни. И неудивительно, что мы едва начали это чудо постигать.
Так чем же объясняется вся эта поразительная сложность? Одна из возможностей состоит в том, что сложность на самом деле не настолько уж невообразимая, как это кажется поначалу. Взять хотя бы эти чудовищно маловероятные белки. Наше удивление по поводу их сборки возникает из предположения, что они предстали перед нами полностью сформировавшимися. А что, если белковые цепочки собирались не сразу? Что, если в великом игорном автомате творения некоторые из колес можно было придержать? Что, если, другими словами, белки не сразу появились на свет, а эволюционировали!

Мы потрясающе, великолепно, ослепительно невежественны относительно жизни в морских глубинах. Мы поразительно мало знаем даже о самых значительных морских существах, включая самого могучего из них — большого синего кита, создания таких гигантских размеров, что (пользуясь словами Дэвида Аттенборо266) «язык его достигает веса слона, сердце размером с автомобиль, а некоторые кровеносные сосуды настолько широки, что в них можно плавать». Это самое огромное животное, которое породила на свет Земля, даже больше самых громадных динозавров. Тем не менее жизнь этих китов в значительной мере остается для нас тайной. Мы не знаем, где они проводят большую часть своей жизни, например куда уходят размножаться и какими путями туда идут. То немногое, что о них известно, почти целиком получено путем подслушивания их пения, но даже оно остается тайной. Синие киты иногда прерывают песню, а потом снова возобновляют ее точно на том же месте полгода спустя. Иногда начинают новую, которую никто из компании раньше не слыхал, но которую все уже знают. О том, как и почему у них это получается, нет даже отдаленного представления. А ведь это животные, которые, чтобы дышать, должны регулярно всплывать на поверхность.

Но океанографы — ничто без трудолюбия, и они, располагая ограниченными средствами, сделали ряд важных открытий, включая относящееся к 1977 году одно из важнейших и поразительных открытий XX века в области биологии. В тот год «Элвин» обнаружил у Галапогосских островов участки вокруг донных горячих источников, кишащие крупными живыми существами — трубчатыми червями длиной 3 м, моллюсками размером 30 см, креветками и мидиями в изобилии, извивающимися червями. Все они существовали благодаря огромным колониям бактерий, извлекающих энергию из сульфидов водорода — крайне токсичных для сухопутных существ соединений, которые непрерывно выбрасывались из этих скважин. Существовал мир, не зависевший от солнечного света, кислорода и всего остального, обычно ассоциирующегося с жизнью. Это была жизненная система, основывающаяся не на фотосинтезе, а на хемосинтезе, явлении, которое прежде биологи отвергли бы как нелепость, найдись кто-нибудь с достаточно богатым воображением, чтобы предположить такое.
Из этих скважин выбрасывается огромное количество тепла. Пара дюжин выделяет столько же энергии, сколько вырабатывает крупная электростанция, а перепад температур вокруг них поистине чудовищный. Температура в точке выброса может достигать 400 °C, тогда как в паре метров от нее вода может быть всего на 2–3 градуса выше нуля. Обнаружен один вид червей, живущих на самой грани, где у головы температура воды на 78 °C теплее, чем у хвоста. До этого считалось, что ни один сложный организм не может выжить в воде при температуре выше 54 °C, а здесь налицо было существо, выдерживающее куда более высокую температуру и вдобавок крайне низкую. Это открытие изменило наши представления об условиях, необходимых для жизни.
Оно также дало ответ на одну из величайших загадок океанографии — хотя многие из нас и не представляли, что это загадка, — а именно, почему океаны со временем не становятся солонее. Рискуя высказать прописную истину, повторюсь: в море уйма соли, ее достаточно, чтобы похоронить всю сушу до последнего кусочка под слоем толщиною примерно 150 метров. Сотни лет известно, что реки выносят в море минералы и что эти минералы соединяются в океане с ионами, образуя соли. Пока все ясно. Но озадачивало то, что соленость моря остается стабильной. Ежедневно из океана испаряются миллионы кубометров пресной воды, оставляя там свои соли, так что было бы логично, если бы с годами моря становились все более солеными, а они не солонеют. Что-то выводит из воды столько соли, сколько ее туда попадает. Долгое время никому не удавалось разобраться, что же это такое.
Открытие «Элвином» глубоководных скважин дало ответ. Геофизики поняли, что горячие источники во многом действовали подобно фильтрам в цистерне для живой рыбы. Проникшая в земную кору вода освобождается от соли и впоследствии через горячие источники возвращается обратно. Процесс этот не быстрый — чтобы очистить океан, может потребоваться до десятка миллионов лет, — но если вы не торопитесь, он поразительно эффективен.

Что до всего остального, то о нем имеется весьма смутное представление. Вплоть до середины 1950-х годов самые лучшие карты, доступные океанографам, в подавляющем большинстве основывались на немногих нанесенных на них деталях, взятых из спорадических изысканий, относившихся к 1929 году, а по существу, на океане догадок. У Военно-морских сил США имелись отличные морские карты, позволяющие подводным лодкам проходить по ущельям и обходить крутые возвышенности, но они не желали, чтобы эти сведения попали в советские руки, так что сведения оставались засекреченными. Ученым поэтому приходилось довольствоваться отрывочными и устаревшими съемками или полагаться на обнадеживающие предположения. Даже сегодня наши знания об океанском ложе по-прежнему поразительно бедны деталями. Если вы посмотрите на Луну в обыкновенный любительский телескоп, то увидите крупные кратеры — Фракастор, Бланканус, Цах, Планк и многие другие, хорошо известные исследователям Луны; их бы не знали, находись они на дне наших собственных океанов. Карты Марса у нас лучше, чем карты нашего морского дна.
Да и что касается поверхности, исследования порой также носят случайный характер. В 1994 году с корейского грузового судна во время шторма в Тихом океане за борт смыло 34 тысячи хоккейных перчаток. Перчатки выбросило морем повсюду, от Ванкувера до Вьетнама, что помогло океанографам проследить течения точнее, чем когда-либо прежде.

Что мы знаем наверняка, так это то, что, поскольку солнечное тепло распределяется неравномерно, на планете возникает разница в атмосферном давлении. Воздух не может этого терпеть и поэтому мечется из стороны в сторону, пытаясь всюду уравнять положение вещей. Ветер — это попросту способ, которым воздух пытается поддерживать равновесие. Воздух всегда перетекает из областей высокого давления в области низкого давления (как и следует ожидать; представьте что-либо наполненное воздухом — воздушный шар, или пневматический баллон, или самолет с выбитым иллюминатором — и вспомните, как настойчиво сжатый воздух стремится вырваться наружу), и чем больше разница в давлении, тем сильнее ветер.

Это возвращает нас (ну или почти возвращает) к высказанному ранее замечанию, что Земля — не слишком удобное место для обитания живых существ, пусть даже и единственное. Из малой толики поверхности планеты, достаточно сухой, чтобы на ней стоять, поразительно большая ее доля либо слишком жаркая, либо слишком холодная, слишком сухая, слишком крутая, слишком высокая, чтобы от нее была большая польза. Надо признать, что отчасти это и наша вина. Что касается приспособляемости, человеческие существа потрясающе беззащитны. Как и большинству животных, нам не слишком по вкусу по-настоящему жаркие места, но поскольку мы так обильно потеем и легко подвержены тепловым ударам, то являемся особенно уязвимыми. В наихудших условиях — передвигаясь пешком без воды в жаркой пустыне — большинство людей не позже чем через 7–8 часов тронется рассудком и свалится, чтобы, возможно, никогда больше не встать. Не менее беспомощны мы и перед лицом холода. Как все млекопитающие, люди хорошо выделяют тепло; однако — ввиду того, что мы практически безволосы, — мы не в состоянии его удерживать. Даже в сравнительно мягкую погоду половина калорий сжигается, чтобы сохранять тело теплым. Разумеется, мы в значительной мере можем противопоставить этим недостаткам одежду и жилище, но даже при этом части суши, на которых мы подготовлены или способны жить, представляются довольно скромными: всего 12 % общей площади суши и только 4 % всей поверхности Земли, если включить моря.

Возможно, младший Холдейн был единственным в своем роде среди людей, кто находил Первую мировую войну «довольно занятным приключением» и открыто признавал, что ему нравится «возможность убивать людей». Сам он был дважды ранен. После войны имел успех как научный популяризатор и написал двадцать три книги (а также более четырехсот научных статей). Его книги до сих пор вполне читабельны и поучительны, хотя их не всегда просто достать. Кроме того, он стал горячим поклонником марксизма. Намекали, не без цинизма, что в данном случае им руководил исключительно дух противоречия и что, живи он в России, стал бы там страстным монархистом. Во всяком случае, большинство его статей сначала появлялись в коммунистической «Дейли Уокер».
Тогда как его отца, главным образом, интересовали горняки и действие ядов, младший Холдейн был одержим идеей уберечь подводников и водолазов от неприятных последствий их деятельности. При материальном содействии Адмиралтейства он приобрел декомпрессионную камеру, которую окрестил «кастрюлей-скороваркой». Это был металлический цилиндр, в который можно было втиснуть троих человек и подвергать там всяческим мучительным и опасным испытаниям. От добровольцев могло потребоваться сидеть в ледяной воде и в то же время дышать в «аберрантной», то есть отклоняющейся от нормы, атмосфере или подвергаться резким изменениям давления. В одном из экспериментов Холдейн на себе имитировал опасно быстрый подъем, чтобы посмотреть, что получится. А получилось то, что разорвались пломбы в зубах. «Почти каждый эксперимент, — пишет Нортон, — заканчивался у кого-нибудь сердечным приступом, кровотечением или рвотой». Камера была практически звуконепроницаемой, так что единственным способом для обитателей сигнализировать о несчастье или бедственном положении было настойчиво стучать в стенку камеры или показывать в окошко записки.
В другой раз, отравляя себя высокими дозами кислорода, Холдейн перенес такой жестокий приступ, что пострадали несколько позвонков. Опадание легких было из разряда рядовых неприятностей. Довольно обычными были и разрывы барабанных перепонок; но, как утешительно отмечал Холдейн в одной из своих статей, «перепонка, как правило, заживает; если же дыра в ней остается и кто-то до некоторой степени глохнет, то зато он получает возможность пускать из этого уха табачный дым, что всегда обеспечит успех в компании».
Необычным во всем этом деле было не то, что Холдейн во имя науки с готовностью подвергал себя таким опасностям и неудобствам, а то, что ему ничего не стоило уговорить своих коллег и близких людей тоже забраться в эту камеру. С посаженной туда для имитации погружения его женой однажды случился приступ, продолжавшийся целых тринадцать минут. Когда она наконец перестала корчиться на полу, ее поставили на ноги и отправили домой готовить обед. Холдейн с удовольствием использовал всех, кто попадался под руку. В один прекрасный день им оказался бывший премьер-министр Испании Хуан Негрин. Потом доктор Негрин жаловался на легкий шум в ушах и «странное онемение губ», но в остальном все обошлось благополучно. Он, наверное, считал, что ему повезло. Аналогичный эксперимент с лишением кислорода привел к тому, что Холдейн на шесть лет утратил чувствительность в области ягодиц и нижней части позвоночника.

Андерсон и Витцке впервые узнали об этой неудаче, прибыв на конференцию в Северной Дакоте. К ним подходили люди и, сочувственно глядя, произносили: «Слыхали о вашей потере», имея в виду кратер. Для обоих было новостью, что Айзетт и другие ученые из Геологической службы США только что огласили уточненные цифры, свидетельствовавшие, что мэнсонский метеорит в конечном счете не был тем телом, которое привело к вымиранию животных.
«Для нас это стало довольно серьезным потрясением, — вспоминает Андерсон. — Я хочу сказать, что мы занимались очень важным для себя делом, а потом вдруг оказались не у дел. Еще хуже было узнать, что люди, которые, как мы думали, с нами сотрудничали, не дали себе труда поделиться с нами новыми данными». — «Почему?»
Он пожал плечами: «Кто знает? Во всяком случае, начинаешь понимать, какой непривлекательной может стать наука, когда ты занимаешься ею на определенном уровне».

Так что, когда в первую неделю 1980 года Альваресы на заседании Американской ассоциации содействия развитию науки объявили о своем убеждении, что вымирание динозавров не тянулось миллионы лет и не было частью неумолимого медленного процесса, а явилось результатом одиночного явления взрывного характера, это сообщение не должно было никого шокировать.
Но шокировало. Повсюду, и особенно среди палеонтологов, оно было воспринято как возмутительная ересь.
«Видите ли, не следует забывать, — вспоминает Асаро, — что мы в этом деле считались дилетантами. Уолтер был геологом, специализировавшимся в области палеомагнетизма, Луис физиком, а я был химиком-ядерщиком. И мы посмели говорить палеонтологам, что решили проблему, которая ускользала от них больше столетия. Неудивительно, что они не спешили принять нас с распростертыми объятиями». — «Нас поймали за тем, что мы занимались геологией, не имея лицензии», — пошутил Луис Альварес.
Но в импактной теории было еще нечто куда более отталкивающее. Убеждение, что происходящие на Земле процессы носили постепенный характер, было основополагающим для естественной истории еще со времен Лайеля. К 1980-м годам катастрофизм так давно вышел из моды, что стал попросту немыслим. Как заметил Юджин Шумейкер, для большинства геологов идея об опустошительном столкновении «шла вразрез с их научной религией».
Не способствовало признанию и то, что Луис Альварес не скрывал своего пренебрежительного отношения к палеонтологам и к их вкладу в научное познание. «Среди них нет действительно хороших ученых. Это скорее собиратели почтовых марок», — писал он в «Нью-Йорк таймс», в статье, которая по сию пору не утратила яда.