http://www.diary.ru/~zst/?comments&postid=26290762

Публикую то, что обещал.



Я немного дезинформировал уважаемое сообщество, эта статья - не отдельная, а составная часть другой, более крупной работы Б.М. Медникова: "Параллели между биологической и культурной эволюцией", которая публиковалась в журнале "Человек", 1-4, 2004 г.



Статья как раз освещает и развенчивает очень любимый крео довод о крайне низкой математической вероятности возникновения в природе такой сложной структуры как ДНК, самостоятельным путем. Типа, она так ужасно сложна, что сама возникнуть не могла, это промысел божий.



Итак, собственно статья... Текст предельно точен.



-



читать дальшеПарадокс миллиона обезьян. Вообще-то эта проблема отнюдь не нова. Философы еще в древности задавались вопросом: возможно ли возникновение достаточно сложной структуры, описываемой большим объемом информации, в результате случайных, стохастических процессов? И все давали отрицательный ответ. Еще Цицерон полагал, что из случайно брошенных знаков алфавита не могут сложиться «Анналы» Энния. Через полторы тысячи лет ему вторит Жан-Жак Руссо: «Если мне скажут, что случайно рассыпавшийся типографский шрифт сложился в "Энеиду", я и шагу не сделаю, чтобы проверить эту ложь».



Теперь эту проблему называют «парадоксом миллиона обезьян». За сколько лет миллион обезьян, посаженных за пишущие машинки, напечатают полное собрание сочинений Шекспира, или хотя бы одного «Гамлета»?



«Обезьяний парадокс» переходит из одного философского трактата в другой. Странно, что никто не задался вопросом: может ли миллион людей, никогда о Шекспире не слыхавших, напечатать «Гамлета»? Отсюда недолго дойти до вопроса: а мог ли «Гамлета» написать сам Шекспир, если даже миллиону людей это не под силу? И применима ли вообще теория вероятности к этой категории явлений?



Как видите, начав о вопроса о корреляциях между знаками в нуклеотидных последовательностях, мы пришли к проблеме философской, если хотите, гносеологической, затрагивающей коренные тайны мироздания.



Еще в 1936 году Н.К. Кольцов писал, что вероятность случайного возникновения полипептида из 17 аминокислотных остатков (гептакайдекапептида) равна одной триллионной, и сделал из этого совершенно правильный вывод — гены синтезируются не заново, а матричным путем. Но как возникла первая матрица? Как говорила фонвизинская госпожа Простакова: «Один учился, другой учился — да первоет портной у кого учился?»



Хватает ли времени на возникновение первого гена — протогена — случайным путем, стохастическим перебором нуклеотидов? Напомню, что солнечная система, Солнце со всеми планетами, сформировалась по самым последним оценкам 4,6 млрд. лет назад (плюс-минус 0,1 млрд.). Первые следы жизни на Земле имеют возраст более 3,8 млрд. лет. Добавлю и то, что значительный срок наша планета явно не годилась для возникновения жизни.



Подобные соображения время от времени воскрешают гипотезу о внеземном, космическом происхождении жизни. Эта гипотеза (панспермии) была еще в прошлом веке выдвинута Сванте Аррениусом, и суть ее можно выразить так: в вечной и бесконечной Вселенной жизнь так же вечна и бесконечна. Споры, зародыши жизни, микроорганизмы могут покинуть родную планету и давлением света транспортироваться бог весть куда — от планеты к планете, от звезды к звезде. У нас к идее панспермии склонялся В.И. Вернадский.



Мне эта гипотеза не очень нравится. Пусть во Вселенной, хотя бы в одной нашей Галактике, миллионы планет. Исчезающе малую вероятность возникновения жизни (т.е. протогена) на одной из них нужно умножить на столь же малую величину — вероятность благополучного межзвездного перелета. Это только видимость решения проблемы. Кроме того, похоже, что и Вселенной не хватает для возникновения жизни. Манфред Эйген подсчитал, что вероятность возникновения одного лишь белка — цитохрома С, состоящего примерно из ста аминокислотных остатков, равна 10^-130, а во всей Вселенной хватает места лишь для 1074 молекул (при условии, что все планеты, звезды и галактики состоят из вариантов молекул цитохрома).



Как мы видим, положение все более драматизируется. Получается, что все мы живем вопреки теории вероятности, непрописанными во Вселенной. Нас не должно быть вообще!



Выход из сложившегося положения попытался найти Френсис Крик, о котором я уже писал по другому поводу в предыдущей главе. В 1982 году он издал книгу «Жизнь, как она есть, ее происхождение и природа». К сожалению, на русский язык она не переведена, хотя я горячо рекомендовал ее для этого. И не потому, что разделяю его фантастическую гипотезу — как раз наоборот. По иронии судьбы я уже второй раз в этих очерках дискутирую с человеком — живым классиком молекулярной биологии, перед которым всегда преклонялся и преклоняюсь. Но «Amicus Plato sed magis amici veritas» — «Платон мне друг, но истина дороже». О чем же говорится в этой книге?



Сначала Крик драматизирует положение. Он исходит из того, что первичный полипептид, кодируемый протогеном, имел 200 аминокислотных остатков, а не 100, как у Эйгена. Тогда вероятность его возникновения 10^-260 (это десятичная дробь с двухсотшестьюдесятью нулями после запятой). Далее, он напоминает, что и Вселенная, в том виде, в каком она есть, не вечна. Большинство космологов сейчас считает, что она продукт «Big Band» — «Большого взрыва», разметавшего все планеты, звезды и галактики, прежде сжатые в предельно малом (атомных размеров!) объеме.



Когда произошел Большой взрыв? Прежние расчеты по скорости разбегания галактик и энергии реликтового радиоизлучения давали неточные и завышенные величины возраста Вселенной. Теперь она уточнена — по соотношению в звездах радиоактивного тория (период полураспада 14 млрд. лет) и стабильного неодима. Оказалось, что возраст самых старых звезд — не выше 11 млрд. лет. Значит, для возникновения жизни не хватает не только пространства, но и времени. Ведь Вселенная лишь вдвое старше солнечной системы.



Крик тоже склоняется к неземному происхождению жизни. Но он физик и потому понимает слабости гипотезы панспермии. Конечно, давление солнечного света может придать споре микроорганизма третью космическую скорость — но оно же будет отталкивать от звезды «чужие» микрочастицы. За миллионолетние странствования гены неизбежно будут разрушены космическим излучением. Разумеется, споры могут быть экранированы от него, например, в метеоритах — но метеорит из-за большой массы не получит нужного ускорения давлением света. Да и вероятность того, что спора, ускоренная наугад, долетит до звезды с подходящими планетами, чересчур уж мала. Вероятность того, что выстрел вслепую со стратосферного лайнера поразит, например, белку в глаз, намного выше. Конечно, за большой промежуток времени может произойти и маловероятное событие. Но времени-то у нас как раз и не хватает.



И Крик выдвигает гипотезу направленной, управляемой панспермии.



Предположим, пишет он, на какой-то из многочисленных планет во Вселенной миллиарды лет назад возникла некая сверхцивилизация. Ее носители, убедившись в том, что жизнь штука редкая, возможно, уникальная, захотят распространить ее как можно шире (это утверждение мне не кажется обоснованным). С этой целью сверхцивилизация начинает рассылать по всем направлениям в свою и чужие галактики автоматические ракетные корабли. Двигаясь со скоростью хотя бы 0,0015% скорости света (3 мили в секунду) они в среднем за 1000 лет достигнут ближайших систем с планетами и рассеют в атмосфере последних пакеты с «пассажирами».



Такими пассажирами могут быть лишь высушенные в замороженном состоянии микроорганизмы. Они перенесут сверхдлительный космический перелет и устойчивы к излучениям. Добавлю, что они устойчивы и к огромным ускорениям, так что эти гипотетические корабли могут набирать скорость самым экономичным путем, взрывным ускорением в сотни g. Если условия на поверхности новой планеты окажутся для них пригодными, начнется взрывное размножение — и последующая эволюция, вплоть до появления человека.



А что значит — пригодные условия? Мы знаем микроорганизмы, живущие без кислорода, в горячей серной кислоте, использующие в качестве источника энергии серу и восстановленные металлы. Многие земные бактерии, похоже, отлично выживут на Марсе и хотя бы на полюсах Венеры. И Крик вспоминает старый спор между физиками-атомниками Энрико Ферми и Лео Сциллардом (он сам ушел из атомной физики после бомбы). Сциллард был горячим сторонником сверхцивилизаций, рассеянных по космосу, и скептик Ферми спросил его: «Если их много, почему мы их не видим и не слышим? Где же они?» И Крик полагает, что нашел ответ. Они — это мы, вернее, мы — их сверхотдаленные потомки. В будущем мы, возможно, подхватим эту эстафету (Крик подсчитывает, что даже современные наши космические корабли долетят до туманности Андромеды за 4 млрд. лет, когда от нашей цивилизации не останется даже праха).



Любопытно, что у Крика есть предшественники. Он сам упоминает, что сходные мысли высказывал Дж.Б.С. Холдейн, удивительный человек с разностороннейшими знаниями — математик, физиолог, биохимик, генетик — и поэт в душе. В свою очередь могу назвать по крайней мере еще одного. Советский инженер и фантаст Г. Бабат выдвинул эту идею в послевоенные годы в неоконченном фантастическом романе «Потерянная Вселенная» (естественно, Крик не знал об этом).



Вот вкратце основная идея написанной с блеском и эрудицией книги Френсиса Крика. Недаром редактор ее Карл Саган, ведущий американский космобиолог, назвал книгу «стимулирующей и провоцирующей, развлекающей и восхищающей». Да только обоснована ли она?



Скажу прямо, доказательства космического происхождения жизни, выдвигаемые Криком и его многолетним сотрудником и соавтором Лесли Орджелом, немногочисленны и неубедительны. Первое из них — повышенное по сравнению со средней концентрацией для Земли содержание молибдена в живых организмах. Молибден входит в состав ряда ферментов, например, нитрогеназы микроорганизмов, связывающих атмосферный азот. Это ключевой фермент, делающий жизнь на Земле возможной. И Крик с Орджелом делают вывод: мы все эмигранты с богатой молибденом планеты. Но Морисабуро Эгами показал, что относительные единицы количества (кларки) для живой природы и морской воды по молибдену совпадают. Так что молибденовый след ведет не в космос, а в земной океан.



Второй довод Крика — внезапное возникновение микроорганизмов 3,8 млрд. лет назад. Увы, этот довод в равной мере годится для всех форм жизни, включая человека. Внезапность — артефакт, обусловленный спецификой палеонтологической летописи. Она всегда констатирует широкое распространение формы («торжествующую обыденность»), а не процесс ее становления. Принцип телевидения и первые его успешные попытки известны с 20-х годов, но археологи будущего найдут первые обломки телевизоров, скорее всего, в слоях 50-х и ими датируют его внезапное возникновение. А на деле никакой внезапности не было.



Но главное не в этом. Самое досадное, что красивая гипотеза Крика не помогает. Даже призвав на помощь все планеты Вселенной, мы лишь в ничтожной мере повысим сверхкрохотную вероятность возникновения протогена. Из исчезающе малой дроби (10^-260) срежется каких-нибудь пятьдесят нулей после запятой — ни времени, ни места по-прежнему не хватает. Так что по известному изречению Н. Бора, эта гипотеза недостаточно безумна, чтобы быть верной.



Пожалуй, до конца пошел в этом вопросе лишь астроном и математик Налин Чандра Викрамасингх (Шри-Ланка). Его исходные положения те же: жизнь не может возникнуть случайным путем. Для жизни нужно возникновение около 2 тыс. ферментов — число пробных комбинаций 10^-40000 (сорок тысяч нулей после запятой!).



Вывод Викрамасингха: «Скорее ураган, проносящийся по кладбищу старых самолетов, соберет новехонький суперлайнер из кусков лома, чем в результате случайных процессов возникнет из своих компонентов жизнь»*.



Но ведь происхождение жизни как-то надо объяснить? И Викрамасингх объясняет (или полагает, что объясняет, что не одно и то же): «Свои собственные философские предпочтения я отдаю вечной и безграничной Вселенной, в которой каким-то естественным путем возник творец жизни — разум, значительно превосходящий наш».



Дальше уже некуда. К чему мы пришли, начав со статистических подсчетов, в принципе не отличающихся от тех, которые расхолаживают мечтателей, желающих сорвать банк в Монте-Карло? Да к тому, что было сказано гораздо лучше и гораздо раньше: «Земля же была безвидна и пуста и тьма над бездною и Дух Божий носился над водою»**. Естественный путь возникновения творца жизни — не что иное, как стыдливая оговорка. Викрамасингх вспоминает, что он все-таки естествоиспытатель.



У нас есть выбор. Можно, конечно, согласиться с астрофизиком из Шри-Ланки и на этом покончить с разгадкой происхождения жизни. А можно рассмотреть такую проблему: все статистические выкладки, приводящие к чудовищному количеству вариантов и, следовательно, к ничтожно малым вероятностям спонтанного возникновения протогена, верны. Вот только применимы ли они?



Полагаю, все читатели согласятся с тем, что повторить создание «Гамлета» не под силу не только миллиону обезьян, но и миллиону людей с пишущими машинками. Но — последний риторический вопрос: мог ли существовать театр, если бы «Гамлет» не был написан? Ведь в бурный елизаветинский век Шекспир мог бы попасть не в «Глобус», а скажем, в экипаж к Фрэнсису Дрейку и сложить свою буйную голову в кругосветке «Золотой лани». Ясно, что мы имели бы театр без шекспировских пьес и не переживали бы по поводу их отсутствия. Ибо нельзя скорбеть по тому, что не появилось на свет.



И М. Эйген со своим примером — цитохромом С, и Ф. Крик с гипотетическим ферментом, и Н.Ч. Викрамасингх в расчетах исходят из того, что имеется только один пригодный вариант цитохрома С, по единственному варианту каждого фермента и т.д. То есть, не будь «Гамлета», и театра не было бы. А ведь это не так; если вариантов множество, практически бесконечность, то и пригодных для работы, например, в качестве фермента, также должно быть практически бесконечное число.



Это утверждение допускает экспериментальную проверку. Если мы правы, то полипептиды, в которых аминокислотные остатки чередуются случайным образом (стохастические полимеры) должны проявлять биологическую активность. Как только стохастический полимер смог проявить ферментную активность при синтезе своей же матрицы — протогена, возникновение жизни можно было бы считать завершенным. Пусть эти полимеры работали хуже настоящих белков — не так эффективно и специфично. Но на то и отбор, чтобы корректировать их последовательности, совершенствуя функции — по О.Б. Птицыну. Вот хороший пример: есть целая группа ферментов — сериновые протеазы, расщепляющие белки по амидным связям. Установлено, что активность их определяется наличием в последовательности тройки: сер-гис-аспартат, только тогда белок ускоряет расщепление (реакцию протеолиза) в 10 млрд. раз против контроля.



Если же мы будем убирать из последовательности сначала серин, потом гистидин, потом аспартат, активность соответственно будет снижаться в 2·106, 2·106 и 3·104 раз. Но и без магической тройки она не исчезнет, не будет нулевой.



Отсюда следует, что в достаточно большой и разнообразной совокупности случайно синтезированных полимеров можно найти такие, которые смогут выполнять функцию любого белка, например фермента, такие опыты уже были поставлены. Американский исследователь Х.С. Фок ставил простые эксперименты: он смешивал сухие аминокислоты и нагревал их до 200°; в результате получались полипептиды-цепочки из аминокислотных остатков, практически неотличимые от маленьких белков. Мономеры в этих полимерах были распределены совершенно случайно, и в этой смеси вряд ли можно было найти две одинаковые молекулы. По-видимому, такие соединения — протеиноиды — легко возникали на начальном этапе существования Земли, например, на склонах вулканов.



Фокс и его сотрудник Л. Бахадур проверили, может ли смесь протеиноидов работать, как фермент. Оказалось, что она проявляла активность, имитирующую ферменты пирофосфатазу, каталазу, АТФазу. Другие исследователи, многократно проверив опыты Фокса, пришли к выводу, что она может имитировать практически любой фермент. Возможно, протеиноиды катализировали синтез первых генов — матриц, на которых синтезировались уже настоящие белки — но тоже со случайными последовательностями. Как только среди них нашлась одна, способная ускорить синтез и репликацию своей матрицы — нуклеиновой кислоты, труднейшая проблема происхождения жизни была решена.



Для этого не требовалось сверхастрономического числа Вселенных и вмешательства сверхразума. В опытах Фокса участвовало не 10230 молекул, а существенно меньше 1023, одного моля, как говорят химики. Для возникновения жизни вполне хватило бы случайных химических реакций в достаточно большой грязной луже, вроде той, которую воспел Гоголь в «Миргороде».



Многие из читателей предпочли бы быть потомками божественного разума или же продуктом деятельности, отходом сверхцивилизации. Подобное заключение их, конечно, покоробит. Поэтому в утешение подскажу единственный способ опровергнуть меня. Надо посетить несколько планет земного типа из других звездных систем. Вполне возможно обнаружить на некоторых из них, хотя бы на одной, жизнь. Вот если тамошние гены и кодируемые ими белки будут гомологичны генам и белкам земных организмов, я приму идею Творца.



Пока мне это не грозит: мы знаем, что и на Земле один и тот же ген не возникал дважды, как не было написано дважды любое литературное произведение, тот же «Гамлет». Только Остап Бендер удосужился сочинить заново стихотворение Пушкина, но это, как вы понимаете, не может быть доказательством.



Так что же, Бога нет? Мы ни в чем не знаем меры, и сейчас за атеизм приходится чуть ли не извиняться. Но ничего не поделаешь: идея Бога, идеи любых религий реальны лишь как составляющие мемофондов той или иной цивилизации. В каком-то смысле человек могущественнее Бога — он может обойтись без него, а не наоборот.



И лучше всего о взаимоотношениях естествоиспытателя и Творца сказал Б. Брехт устами Галилея в одноименной пьесе. Ученик Галилея, рассмотрев гелиоцентрическую модель солнечной системы, задает недоуменный вопрос: «Но в твоей системе нет Бога. Где же Бог?»



Помню чеканный ответ Галилея — Высоцкого: «В нас — или нигде!»



-



* - Цит. По: Размышления астронома о биологии // Курьер ЮНЕСКО. 1982. № 6. С. 36.

** - Кн. Бытия, 1, 2