вопрос о возникновении и развитии жизни на основе других видов молекул исследован очень мало. Нетрудно, однако, представить себе, что где‐то живет инопланетный ученый, организм которого состоит из кремния (или, скорее, из соединений кремния), и что он ставит опыт, эквивалентный эксперименту Миллера – Юри, чтобы понять, как возникла его разновидность жизни.
А если уж говорить о жизни, совершенно непохожей на нашу, нам придется распрощаться со всей нашей молекулярной химией раз и навсегда – химических «строительных кирпичиков» мы можем здесь не встретить вовсе. В главе 16, где мы обсуждаем концепцию электромагнитной жизни, мы говорим о том, что в устройстве и работе электрического и магнитного полей мы разбираемся в настоящий момент гораздо лучше, чем в молекулярной биохимии. Мы давно и хорошо знаем, что движущиеся электрические заряды порождают магнитные поля, а переменные магнитные поля создают поля электрические. Однако эти знания могут оказаться совершенно бесполезными для описания сложных живых систем, которые могли бы зародиться при электромагнитных взаимодействиях.
Естественный отбор как инструмент эволюции
Коль скоро вопрос о происхождении жизни в данном конкретном мире решен и сборка самовоспроизводящейся единицы произошла, на сцену выходит совершенно новая группа механизмов. Представьте себе, что темп развития жизни резко переключился на другую скорость. Мы уже упоминали этот момент в предыдущей главе, когда говорили об определении жизни, данном NASA, и знакомились с дарвиновской теорией эволюции. В этом разделе мы расскажем, как этот процесс сформировал жизнь на Земле, приведем убедительные доказательства этой теории и аргументы в пользу того, что именно эволюционный процесс должен быть главным фактором, задающим вектор развития жизни на любой экзопланете.
Доводы в пользу существования естественного отбора базируются на двух довольно простых (и настолько же очевидных) фактах:
• Отдельные особи какого‐либо вида имеют различные характеристики, и эти характеристики могут передаваться от одного поколения к следующему (включая возможные случайные изменения, вроде мутаций земной ДНК).
• Особи каждого конкретного вида будут конкурировать за все ресурсы, доступные в окружающей их среде.
Собственно, все настолько просто. На Земле, например, разные особи какого‐либо вида несомненно имеют разные характеристики. Одни кролики способны бегать быстрее других; форма клюва одних птиц позволяет им добывать пищу лучше, чем другим; часть баранов способна спариваться чаще, чем другие. Когда Дарвин выдвинул свою теорию эволюции, он не имел никакого представления ни о том, почему все происходит именно так, ни о том, как именно признаки передаются от одного поколения к следующему. Но он знал, что индивиды отличаются друг от друга и что эти отличия могут наследоваться. Один из поводов испытать от чтения книги Дарвина «О происхождении видов» огромное наслаждение – внимательно следить за тем, как подробно автор обсуждает подробности разведения голубей, и представлять себе, как он часами сидит в местном пабе, разговаривая об этом с другими голубятниками. (Дарвин и в самом деле разводил голубей.)
Простой тезис, лежащий в основе дарвиновской теории, состоит в следующем: некоторые гены обеспечивают особи характеристики, которые повышают вероятность того, что организм, обладающий ими, проживет достаточно долго, чтобы произвести потомство. Это, в свою очередь, означает, что эти гены с большей вероятностью, чем другие, будут переданы следующему поколению. На языке палеонтологов мы говорим, что эти гены отбираются. В конечном счете отобранные гены становятся доминантными, и, если это повторяется достаточное количество раз, появляются новые особи. И хотя Дарвин не знал о существовании генетики, когда придумывал название для своей книги, он говорил в ней именно о происхождении видов посредством передачи генов.
Сначала Дарвин не употреблял выражения «выживает сильнейший», но оно стало популярным кратким описанием эволюционного процесса. Дело в том, что категория «сильнейших» или «наиболее приспособленных» в дарвиновском смысле определяется средой, в которой оказывается организм. Если, например, кролик живет в среде, в которой обитают хищники, то гены, которые помогают ему бегать быстрее, с высокой вероятностью будут переданы по наследству. С другой стороны, если он живет в среде, где мало пищи, более важными могут стать другие признаки, например острый нюх. Иначе говоря, не существует единого определения приспособленности – она полностью зависит от того, какие признаки дают организму преимущество в конкретной среде.
Из неспешности и постепенности эволюционных изменений следует еще одна довольно важная вещь. Когда мы пытаемся представить себе процесс эволюции организма под влиянием окружающей среды, мы должны думать о постепенном пошаговом процессе, в котором каждый шаг – это развитие какой‐либо черты, дающей эволюционное преимущество. Нет смысла говорить, что свиньи бы выиграли, если бы у них были, к примеру, крылья. Вы должны подумать, как выглядел бы пошаговый процесс, который привел бы к появлению крыльев и в котором каждое изменение делало особь более приспособленной к окружающей среде. Шаги, приводящие нас к появлению крыльев, могли бы быть, например, такими: сначала выступы на боках у свиньи помогают ей регулировать температуру тела, затем – дают ей возможность парить в воздухе, и наконец превращаются в полноценные крылья. Необходимость обосновывать каждый шаг на пути развития вида будет очень важна для нас, когда мы будем говорить о вариантах возможной эволюции в причудливых условиях экзопланет.
Прежде чем мы закончим с доказательствами в пользу теории эволюции, мы должны обсудить еще один вопрос – о скорости, с которой происходит процесс эволюции. Здесь существует две крайности. Одна состоит в том, что крупные эволюционные сдвиги происходят вследствие накопления критической суммы малых изменений, – эта теория известна нам как градуализм. Вторая, противоположная ей – теория прерывистого равновесия. Согласно этой теории, большинство видов остаются практически неизменными на протяжении достаточно долгих отрезков времени, а затем за короткое время претерпевают стремительные изменения. Зная, что развитие и возникновение видов происходит из‐за изменений в молекуле ДНК, мы можем представить себе, как могла бы воплотиться в жизнь каждая из этих теорий. Мутация, которая затрагивает отдельный ген (и, следовательно, запускает конкретную химическую реакцию), чаще всего приводит лишь к незначительным изменениям в исходном организме. Однако, как нам известно, в числе прочего существуют такие участки ДНК, которые не кодируют белки, но действуют как некие переключатели для групп генов. Мутация в этих областях ДНК вполне могла бы запустить цепочку серьезных изменений – и этот тип изменений вполне похож на то, о чем говорит теория прерывистого равновесия. Как это часто случается в подобных ситуациях, правильным ответом на вопрос «Развивалась ли жизнь на Земле постепенно или резкими скачками?» будет «Да». Будет ли это утверждение корректным и для жизни на экзопланетах, зависит от конкретного механизма, посредством которого тамошние живые существа передают характеристики от поколения к поколению.
Существует много аргументов, выдвигаемых в качестве доказательств теории эволюции, но мы будем кратки и
