Слепой часовщик. Как эволюция доказывает отсутствие замысла во Вселенной

Глина и камни состоят из крошечных кристаллов. На нашей планете они встречаются в изобилии, и вероятно, так было всегда. Рассматривая поверхность некоторых образцов глины и других минералов в сканирующем электронном микроскопе, можно стать свидетелем завораживающего и прекрасного зрелища. Растущие кристаллы выглядят как клумбы цветков или кактусов, как россыпи розовых лепестков или как миниатюрные спирали, напоминающие поперечные срезы растений-суккулентов. Тонкие органные трубы; сложные угловатые структуры — будто микроскопические оригами из хрусталя; змеевидные образования, похожие на выбросы дождевых червей или на выдавленную из тюбика зубную пасту… А если добавить увеличение, то упорядоченность рисунка станет еще более поразительной. На том уровне разрешения, когда уже видно местоположение отдельных атомов, поверхность кристалла выглядит организованной так же регулярно, как кусок твида с узором елочкой. Однако — и это очень важный момент — у него бывают дефекты. Прямо посередине упорядоченной “ткани” может появиться “шов”, поворачивающий ее под другим углом и задающий узору новое направление. Или же направление может оставаться прежним, но каждый следующий ряд оказывается как бы “сдвинут” относительно предыдущего. Почти всем кристаллам, встречающимся в природе, свойствен подобный “брак”. Если изъян возникает, то он имеет тенденцию воспроизводиться и в последующих слоях кристалла, нарастающих снаружи.

Дефекты могут возникать на поверхности кристалла где угодно. Если вам (как и мне) нравится размышлять о возможностях хранения информации, подумайте о том, что на кристалл можно нанести огромное количество разнообразных трещинок. Все упоминавшиеся здесь расчеты относительно того, что ДНК одной-единственной бактерии способна вместить текст Нового Завета, будут не менее впечатляющими и для большинства типов кристаллов. Преимущество ДНК перед обычными кристаллами заключается лишь в способе, каким эту информацию можно считывать. Но если не думать об извлечении данных, то разработать такой условный код, где нарушения в атомной структуре кристалла символизировали бы двоичные числа, труда не составляет. И тогда можно будет разместить несколько копий Нового Завета на куске кристаллического минерала величиной с булавочную головку. В сущности, именно таким способом, хотя и в более крупном масштабе, хранится музыкальная информация на поверхности лазерных (“компакт-”) дисков. Компьютер преобразует музыкальные звуки в двоичный код. При помощи лазера на зеркальную поверхность диска наносятся крошечные царапины. Каждое такое углубление соответствует двоичной единице (или нулю, обозначения произвольны). Во время прослушивания диска другой лазерный луч считывает расположение царапин, а специальный компьютер, встроенный в проигрыватель, преобразует код обратно в звуковые колебания, которые затем усиливаются и становятся слышимыми.

Хотя сегодня лазерные диски предназначаются главным образом для музыки, на один такой диск можно поместить целиком всю Британскую энциклопедию, а потом точно так же, при помощи лазера, считывать ее. Изъяны в расположении атомов в кристалле намного мельче углублений на поверхности лазерного диска, а значит, теоретически кристалл способен вместить больше информации на единицу площади. Между прочим, молекулы ДНК, чья информационная емкость нас уже впечатляла, сами в чем-то похожи на кристаллы. Но хотя кристаллы глины и способны в принципе хранить информацию в таких же гигантских объемах, как ДНК или лазерный диск, никому никогда не приходило в голову, что они действительно когда-либо ее хранили. В данной же теории глина и другие кристаллические минералы выступают в роли первоначальных “кустарных” репликаторов, впоследствии вытесненных высокотехнологичной ДНК. Они образуются в водах нашей планеты самопроизвольно, без помощи сложной “аппаратуры”, необходимой для синтеза ДНК, и у них самопроизвольно возникают дефекты, некоторые из которых могут реплицироваться в последующих слоях кристалла. Если от кристалла с такой воспроизводимой структурой впоследствии отваливаются кусочки, то они могут служить затравкой для новых кристаллов, каждый из которых “унаследует” структуру своего “родителя”.

Итак, перед нами гипотетический образ кристаллических минералов на молодой Земле, в какой-то мере способных к репликации, размножению, наследственной передаче признаков и мутациям — всему тому, без чего накапливающий отбор начаться не может. Не хватает, однако, еще одного ингредиента — “власти”: природа репликаторов должна каким-то образом влиять на вероятность того, что они будут реплицированы. Говоря о репликаторах вообще, мы видели, что эта “власть” может зиждиться на непосредственных свойствах самого репликатора, на неотъемлемых от него самого качествах типа “липучести”. На таком примитивном уровне слово “власть” кажется едва ли оправданным, и я использую его здесь, только помня о том, чем этот ингредиент станет на последующих стадиях эволюции. Например, способностью змеиного яда (посредством косвенного влияния на выживаемость змеи) распространять ДНК, кодирующую его образование. Чем бы ни были самые первые топорные репликаторы — минералами или непосредственными органическими предшественниками ДНК, — можно предположить, что их “власть” проявлялась за счет таких прямых и примитивных качеств, как липучесть. Более совершенные рычаги власти вроде змеиных зубов или цветков орхидей появились значительно позже.

Какого рода “власть” возможна применительно к глине? Какие случайные свойства глины могли бы повлиять на вероятность того, что данная ее разновидность будет распространяться по окрестностям? Такие “строительные блоки” для глины, как кремниевая кислота и ионы металлов, растворены в воде рек и ручьев, будучи вымытыми — “выветрившимися” — из горных пород, расположенных выше по течению. А ниже по течению они при определенных условиях могут снова выпасть в осадок и образовать глину. (Под “течением” в данном случае подразумевается скорее просачивание и струение грунтовых вод, нежели вольный ход бурлящей реки. Но для простоты повествования я буду использовать общепринятые слова, такие как “течение”.) То, будет выпадать в осадок данный тип кристаллов глины или нет, зависит в числе прочего от скорости и характера движения потока. Однако глинистые отложения сами могут влиять на характеристики потока. Они делают это непроизвольно, изменяя уровень, геометрию и текстуру почвы, сквозь которую течет вода. Представьте себе некую разновидность глины, одним из свойств которой оказалась способность трансформировать структуру почвы таким образом, чтобы скорость течения увеличивалась. В результате этой своей способности наша глина снова будет смыта потоком. Такой сорт глины по определению не слишком “успешен”. Неудачливой будет и та глина, которая так преобразует поток, что создаются благоприятные условия для отложения другой, конкурентной разновидности.

Мы, разумеется, не имеем в виду, будто у глины есть “воля” к жизни. Речь неизменно идет только о случайных последствиях, о событиях, которые просто вытекают из тех свойств, которыми репликатору посчастливилось обладать. Теперь давайте представим себе еще одну разновидность глины. Ту, которая замедляет поток таким образом, что это стимулирует дальнейшее отложение глины того же типа. Очевидно, что этот вариант будет становиться все более распространенным, поскольку так вышло, что он управляет течением себе на “пользу”. Однако пока что мы имеем дело только с одноступенчатым отбором. А может ли тут начаться накапливающий отбор в какой-либо форме?

Зайдем в своих спекуляциях еще немножко дальше и представим себе, как некая разновидность глины увеличивает вероятность своего осаждения, перегораживая поток. Это происходит непроизвольно, вследствие какого-то специфического дефекта ее структуры. В любом ручье, где есть такая глина, образуются мелкие широкие заводи со стоячей водой, а основной поток сворачивается воздвигающейся плотиной в сторону. В этих тихих запрудах откладывается еще больше подобной глины. Вдоль по течению ручья, “зараженного” ее затравочными кристаллами, вскоре образуется целый ряд неглубоких водоемов. Ну а поскольку основное русло изменилось, в засушливый сезон такие водоемы будут иметь обыкновение пересыхать. Подсохшая глина растрескивается на солнце, и ее верхние слои уносятся ветром в виде пыли. Каждая пылинка наследует специфическую структуру породившей ее глины, запрудившей поток, — ту самую структуру, которая сообщила глине способность создавать запруды. По аналогии с генетической информацией, сыплющейся на поверхность канала с моей ивы, можно сказать, что данная пыль содержит “инструкции” по перегораживанию ручьев и в конечном итоге — по образованию еще большего количества пыли. Пылинки разлетаются во все стороны, и весьма вероятно, что каким-то из них доведется упасть в другой ручей, доселе еще не “зараженный” затравочными кристаллами плотинообразующей глины. Как только это произойдет, в новом ручье начнется рост соответствующих кристаллов, и весь цикл осаждения, запруживания, высыхания и выветривания повторится заново.

Назвать такой цикл “жизненным” было бы, возможно, чересчур, но тем не менее это своего рода цикл, и с настоящими жизненными циклами его сближает способность давать начало накапливающему отбору. Раз ручьи “заражаются” пылью, принесенной от других ручьев, значит, мы можем рассортировать их на “предков” и “потомков”. Глина, перегородившая ручей Б, прилетела в виде крошечных кристаллов от ручья А. Впоследствии запруды на ручье Б пересохнут и образуют пыль, которая заразит ручьи П и Ф. Основываясь на источнике происхождения плотинообразующей глины в каждом ручье, можно выстраивать “генеалогию” ручьев. У каждого зараженного ручья имеется свой “родитель” и может быть более одного “потомка”. Ручей здесь играет роль организма, на “развитие” которого влияют “гены” затравки и который затем служит для распространения новых затравочных кристаллов. Каждое “поколение” такого цикла начинается с того, что эти кристаллы отпочковываются от родительского ручья в форме пылинок. Кристаллическая структура каждой пылинки копирует структуру глины в родительском ручье и сообщает ее глине ручья-потомка, которая будет расти, множиться и в конце концов — разбрасывать новую порцию “семян”.

Исходная кристаллическая структура будет сохраняться из поколения в поколение до тех пор, пока в ходе роста какого-то из кристаллов не произойдет ошибка — изредка случающееся изменение взаимного расположения атомов. В последующих слоях этого кристалла данный дефект будет воспроизводиться, и если наш кристалл развалится на куски, то тем самым он даст начало субпопуляции видоизмененных кристаллов. Ну а если возникшее изменение повлияет в ту или иную сторону на эффективность участия кристалла в цикле “запруживание/высыхание/выветривание”, то это скажется и на том, какое количество его копий передастся следующим “поколениям”. Например, видоизмененные кристаллы могут легче разламываться (“размножаться”). Или глина, образующаяся из таких кристаллов, будет более эффективно перекрывать течение (конкретные механизмы тут могут быть самыми разными). А может быть, она будет более предрасположена к растрескиванию под воздействием солнца. Или к рассыпанию в пыль. Пылинки глины нового типа могут легче переноситься по воздуху, как, скажем, пушистые семена ивы. Какие-то типы кристаллов могли бы вызывать укорачивание “жизненного цикла” и, как следствие, ускорять “эволюцию”. В таком ряду “поколений” есть много возможностей для постепенного “усовершенствования” способности передаваться от предков к потомкам. Другими словами, много возможностей для того, чтобы элементарный накапливающий отбор принялся за дело.

Этот небольшой полет фантазии, развивающий фантазии самого Кернса-Смита, касался только одного типа тех неорганических “жизненных циклов”, какие в принципе могли поставить накапливающий отбор на рельсы, ведущие к великим свершениям. Есть и другие. Так, какие-то разновидности кристаллов могли получить доступ к новым ручьям, не распадаясь на пылинки-“семена”, а разделяя поток на множество мелких ручейков, разбегающихся по окрестностям и заражающих новые водные системы. Другие разновидности могли благоприятствовать возникновению водопадов, ускоряющих вымывание горных пород и растворение “полуфабрикатов”, необходимых для образования глины ниже по течению. Третьи могли поставить себя в выигрышное положение, создавая условия, неблагоприятные для образования “соперничающих” разновидностей, конкурирующих с ними за сырье. Четвертые могли заняться “хищничеством”, разрушая соперников и используя в качестве сырья их составные части. Не будем ни на секунду забывать о том, что ни здесь, ни в случае современной жизни, основанной на ДНК, и речи нет о преднамеренном планировании. Просто само собой выходит так, что мир стремится быть заполненным теми разновидностями глины (и ДНК), у которых оказались качества, позволяющие им сохраняться и распространяться.

Пора переходить к следующему этапу рассуждений. Некоторые “линии” кристаллов могли оказаться катализаторами для синтеза других веществ, облегчавших им переход в следующее “поколение”. Эти вспомогательные соединения не формировали (по крайней мере поначалу) свои собственные ряды поколений, а создавались каждым очередным поколением первичных репликаторов заново. Их можно считать инструментами для реплицирующихся кристаллов — зачатками первых “фенотипов”. Кернс-Смит полагает, что среди нереплицирующегося “инструментария” неорганических кристаллических репликаторов особую роль играли молекулы органических веществ. Органические соединения часто используются при промышленном неорганическом синтезе, поскольку они влияют на текучесть жидкостей, а также на дезинтеграцию и рост неорганических частиц — то есть на все те параметры, которые могут оказаться важными для “успеха” реплицирующихся кристаллов. К примеру, встречающийся в составе глин минерал с чарующим названием “монтмориллонит” склонен разрыхляться в присутствии небольших количеств органического соединения с менее чарующим названием “карбоксиметилцеллюлоза”. А меньшие количества карбоксиметилцеллюлозы оказывают при этом противоположный эффект, помогая частицам монтмориллонита удерживаться вместе. Другие органические соединения, танины, используются в нефтяной промышленности, чтобы облегчать бурение. Если нефтяники могут использовать органические молекулы, чтобы регулировать вязкость бурового раствора, то не было никакой причины, по которой накапливающий отбор не мог бы привести к их аналогичному использованию и у способных к самовоспроизводству минералов.