Понятие жизни – всего лишь концепция

В последнее время некоторые ученые и исследователи, а так же любители заняты поиском жизни на других планетах (например, на Марсе). У каждого из нас есть свое представление о живом и неживом, но можно ли быть уверенным, что инопланетные создания мы распознаем как живые? Возможно, мы столкнемся с существами, чья организация жизнедеятельности уж очень отличается от нашей. Для этого нужно понять, что современная наука считает жизнью.

Журналист Феррис Джаббр в своей статье на Scientific American рассуждает, можно ли определить, что является живым, а что нет, и актуально ли понятие жизни вообще.

Определить, что такое жизнь, пытались ещё древнегреческие философы. Аристотель и его последователи считали, что живое отличается от неживого наличием души. По его мнению, живые существа обладают тремя частями души: растительной, дающей силу биологическим процессам, чувственной или “животной” частью и рациональной, присущей только человеку. Анатом Гален описывал систему “жизненной силы”, которая движется по организму по кровеносным сосудам и нервам. Позже, в 17 столетии Георг Эрнст Шталь начал работать над концепцией, которая позже получила название “доктрина витализма”. Ученые-виталисты были уверены, что процессами внутри живых организмов управляет некая неведомая высшая сила — что-то на подобие “жизненного духа” у греков, Ци и праны на Востоке или души в христианских учениях. Именно она в теории витализма позволяет отличить живое от неживого.

Виталисты так же считали одним из явных доказательств своей правоты то, что “органическое вещество не может возникнуть из неорганического, и наоборот”. Но современная наука доказала, что это возможно — как в лаборатории, так и вне ее.

Аппарат Миллера-Юри. В 1953 эти ученые экспериментально подтвердили гипотезу о том, что в миллиарды лет назад на нашей планете существовали условия, в которых органические вещества синтезировались из неорганических (химическая эволюция). Аппарат, созданный Миллером и Юри, имитировал среду доисторической Земли, соответсвующую тогдашним представлениям о ней. В нем получилось синтезировать органические вещества.

Другие ученые не пытались искать сверхъестественное объяснение жизни, а пробовали объединить живые существа некоторыми общими чертами. В современном американском учебнике “Биология” Нила Кемпбелла приведен целый список таких “признаков жизни”. В частности, организация (четкая структура с элементами, имеющими разные функции); рост и развитие (изменения в строении, которые можно предусмотреть); гомеостаз (сохранение равновесия во внутренней среде, например, регулирование уровня рН у бактерий); метаболизм (использование энергии); реакция на раздражители; размножение и способность эволюционировать.

Но получается, что этот список не делит природу на живую и неживую. Ведь у каждого критерия есть исключения. Например, кристаллы обладают высокой структурной организацией и они растут, но мы не считаем их живыми. Огонь растет и потребляет энергию. Многие бактерии, а также тихоходки и даже некоторые ракообразные могут не расти, не развиваться, не питаться и при этом не умирать много лет. Еще один пример — листок, упавший с дерева. Неизвестно, в какой момент его перестать считать живым — когда он отрывается от дерева, или когда умирают последние клетки. И будет ли он считаться живым, если его поставить в вазу с водой и дать возможность питаться?

Медуза Turriopsis nutricula может менять свою “юношескую” форму на взрослую, при этом фактически оставаясь бессмертной. Она не производит потомство, не клонирует себя и не стареет (по крайней мере, в традиционном понимании этого слова). И при этом сложно не согласиться, что медуза — живая.

Бессмертное животное - медуза Turriopsis nutricula

Многие ученые считают главным отличием живых существ от неживых эволюцию. Возможность накапливать информацию (в ДНК и РНК), передавать ее последующим поколениям и адаптировать к условиям внешней среды — все это, по мнению многих, свойственно только живым существам. В начале 90-х Джеральд Джойс был членом консультативной комиссии Джона Раммела, лидера проекта NASA по внеземной биологии. В процессе дискуссии Джойс и его коллеги предложили лучшее, по их мнению, определение жизни: самостоятельная система, способная эволюционировать согласно положениям теории Дарвина.

Но под такое определение совсем “не проходят” вирусы. Профессор Джойс считает, что “для того, чтобы быть самостоятельной системой, организму нужно содержать информацию, необходимую для размножения и эволюционирования”. Вирусы — это по сути нитки ДНК и РНК, “упакованные” в белковую оболочку. У них фактически нет клеток и метаболизма, но есть гены и желание эволюционировать. И все же они не могут развиваться без клеток хозяина, то есть они не самостоятельны, а зависимы от других живых организмов. Можно ли считать вирусы живыми?

Можно пойти дальше: паразиты вне всяких сомнений считаются хоть и омерзительной, но какой-никакой формой жизни. Но они развиваются, размножаются и потребляют энергию только внутри других организмов. По сравнению с червями, обитающими в кишках, вирус более успешно эволюционирует: ему нужны только белки из клеточного ядра, чтобы воспроизводить себя, а паразит использует возможности всего организма хозяина, чтобы отложить яйца и “вырастить” потомство. То есть, если определение NASA исключает вирусов из разряда живых существ, то вслед за ними стоит лишить этого статуса паразитов, некоторых грибов и растений.

Так выглядит вирус оспы

С другой стороны, способность к эволюции есть у компьютерных программ (сразу приходит на ум фильм “Трон”). Генетические алгоритмы имитируют естественный отбор: наборы кода могут соревноваться между собой, обмениваться данными и развиваться. Программная платформа Avida создает “цифровые организмы” — программы, способные мутировать, как ДНК. Как сказал Роберт Пэннок из Мичиганского университета, “Avida — это не симуляция эволюции, а ее образец. Ей свойственны все важные признаки дарвиновского процесса”.

Профессор Джойс и его команда сделали еще одно важное открытие, опровергающее определение жизни NASA. Джойс — один из последователей “гипотезы мира РНК”. Все живое в нашем мире держится на ДНК и РНК. В современных организмах ДНК сохраняет информацию, необходимую для того, чтоб строить белки и молекулярные структуры, благодаря которым формируется клетка. Раньше ученые полагали, что катализировать химические процессы, которые в результате строят клетку, могут только специальные белки — энзимы. Но в 80-х ученые Томас Чек и Сидни Олтман выяснили, что много видов рибозимов (энзимы РНК), “сотрудничая” с энзимами, могут считывать информацию с ДНК и по частям строить клетку. Теоретики “мира РНК” утверждают, что ранние организмы обходились без ДНК, и все процессы по строению клеток осуществляла РНК, в том числе и накопление информации.

Возможно, все происходило так: где-то 4 миллиарда лет назад в первичном бульоне свободно плавали нуклеотиды, позже ставшие строительным материалом для ДНК и РНК. Они объединялись во все более и более длинные цепи, в результате чего сформировались рибозимы, достаточно большие и сложные, чтобы копировать себя. У них было больше шансов “выжить”, чем у РНК, неспособной воспроизводиться. Рибозимы окружили себя чем-то на подобие очень простых мембран, и так появились предки живых клеток. Рибозимы присоединялись к нуклеотидам и формировали ДНК, либо же нуклеотиды сами случайно создавали ДНК. Молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты оказались более стойкими, поэтому они стали главными носителями генетической информации. А белки, разные по своей структуре, взяли на себя роль катализаторов химических реакций.

Клетки современных организмов содержат кое-какие остатки “мира РНК”. Например, рибосомы, состоящие из РНК и белков, которые собирают белки из аминокислот, являются рибозимами. Некоторые вирусы до сих пор используют РНК, а не ДНК, в роли накопителя информации.

Макромолекула РНК

Джеральд Джойс и команда исследователей решили проверить реальность гипотезы о мире РНК. Они попытались воспроизвести в лабораторных условиях рибозимы, когда-то обитающие в доисторическом бульоне. В середине прошлого десятилетия профессор Джойс и Трейси Линкольн воссоздали около триллиона случайных последовательностей РНК, которые свободно плавали и “соревновались” между собой миллиарды лет назад. Ученые изолировали последовательности, которые могли соединять другие молекулы РНК, и, “стравливая” их между собой, исследователи добились формирования рибозимов, способных делать настолько много копий себя, насколько им хватало для этого нуклеотидов.

Оказалось, что эти молекулы РНК могут не только воспроизводиться, а и эволюционировать и мутировать — у рибозимов менялась генетическая информация в зависимости от условий среды.

“Они подходят под определение жизни”, - сказал Джойс, имея в виду свои “рибозимы”. Но он не считает их полностью живыми — ученому хотелось бы увидеть какое-нибудь “совершенно новое поведение” у прототипов организмов, а не просто способность модифицировать свойства, которые у них уже есть.

С другой стороны, профессор, возможно, ожидает слишком много от своих творений — эволюция происходила на протяжении очень больших промежутков времени. Например, по данным исследования 2008 года, голубой цвет глаз — еще один цвет радужной оболочки, результат мутации, появившийся 6-10 тыс. лет назад. Если считать эволюцию главной особенностью жизни, то и вирусы, и рибозимы Джойса являются живыми.

Так почему же так сложно отличить живое от неживого? Возможно, это разделение условно, и люди сами придумали его для удобства. На фундаментальном уровне вся материя состоит из атомов и их частиц. Это касается всего, начиная от одного атома гидрогена (водорода) и заканчивая сложной структурой, такой, как мозг человека. Мы же создали условную линию, и все, что находится выше ее – по нашему мнению, является жизнью, остальное – нет. Но на самом деле, как показывает опыт Джойса, нет такого “порога”, за которым совокупность атомов превращается во что-то живое.

Феррис Джабр пишет, что пытался дискутировать на эту тему с профессором Джойсом в телефонном режиме. Феррис ожидал, что ученый будет смеяться и назовет его гипотезу о том, что “жизни не существует”, абсурдной. Но профессор согласился, что понятие жизни – это всего лишь концепция, а попытки определить, что такое “живое” тщетны. Рабочая дефиниция жизни нужна для удобства с лингвистической точки зрения. Джойс сказал: “Мы просто пытались помочь НАСА найти жизнь на других планетах. Не могли же мы использовать слово “жизнь” в каждом абзаце, и не определить, что это значит”.

Философ Кэрол Клеланд из Университета Колорадо в Боулдере годами пыталась очертить понятие жизни. Она тоже считает, что побуждение четко определить границы живого и неживого вводит в заблуждение. Но в то же время, ученая не отрицает, что жизнь физически реальна. “Не нужно преждевременно делать вывод, что подлинной жизни не существует, как и не стоит отрицать наличие жизни”, - говорит Клеланд. “Я думаю, лучше всего будет считать традиционные критерии жизни предварительными”.

По мнению Клеланд, “науке нужна подтвержденная общая теория о жизни”. Она сравнивает поиски определения жизни с химиками в 16-м веке. До того, как науке стало известно о том, что вещества состоят из молекул, ученые пытались определить, что такое вода. Они перечисляли качества этой жидкости – вода мокрая, прозрачная, безвкусная, может замерзать и растворять другие вещества, но только потом стало известно, что вода – это два атома Гидрогена соединенные с атомом Оксигена. Формула воды всегда остается H2O, даже если она соленая, грязная или пребывает в твердом состоянии. Она может входить в состав смеси с другими веществами, но молекулы воды присутствуют всегда. Азотная кислота похожа на воду, но не является ею, так как ее молекулярный состав совершенно другой. То же самое с понятием “жизнь” – нужны точные критерии. Сейчас мы считаем жизнью только земные формы, базирующиеся на ДНК и РНК, но ведь возможно существование и других видов, за пределами нашей планеты.

Почти 30 лет назад в Антарктиде нашли марсианский метеорит ALH 84001. В 1996 в журнале Science была опубликована статься астробиолога Дэвида МакКея, посвященная этому почти 2-килограмовому камешку. На снимках, полученных с помощью электронного микроскопа, ученые увидели нечто, что могло бы быть окаменелостями марсианских нанобактерий. В последующих исследованиях ученые обнаружили в камне органические вещества, а так же кристаллы минерала магнетита, которые могут быть продуктами жизнедеятельности магнитотактических бактерий, похожих на земные. Открытие широко обсуждалось, но эксперты полагают, что не стоит считать эти снимки доказательством существования внеземной жизни, так как подобные материалы были найдены и в других метеоритах, где их небиологическое происхождение не обсуждается. Возможно, резонансное сообщение НАСА было лишь способом популяризировать поиск инопланетных цивилизаций и увеличить финансирование.

По мнению Клеленд, называть жизнью только организмы с ДНК и РНК – то же самое, что изучать млекопитающих только на примере зебр.

Феррис Джабр считает, что даже открытие инопланетной живности не помогут создать революционную “теорию жизни”. Ученые считают, что у живых существ есть ДНК и РНК, но, по мнению автора статьи, людей, животных, растений от камней, материалов, воды отличает сложность составляющих. Современная наука объясняет, почему живые существа могут делать то, что не могут неодушевлённые предметы – например, почему бактерии могут копировать себя и адаптироваться, а камни – нет. Но все же не было провозглашено, что две группы объектов не могут пересекаться.

Мы поделили все, что существует на планете на живое и неживое. И чем больше объект походит на нас самих, тем более “живым” мы его считаем. Хотя, набор атрибутов человека не является единственным (и тем более наилучшим) признаком живого существа.

Джабр пишет, что то, что мы называем жизнью, не может существовать без неживого. Если б мы могли по иному увидеть реальность нашей планеты – понять ее структуру одновременно на каждом уровне, в микро- и макроскопических аспектах, мир показался бы нам огромным количеством песка, гигантской сферой движущихся атомов. Одни атомы и частицы создают океаны, горы и тучи, другие – деревья, рыб и птиц. Одни структуры кажутся недвижимыми, другие меняются со временем разными непостижимыми способами. Одно мы называем американскими горками, другое - кошками.