Серия экспериментов, начавшаяся после случайной находки голландского химика Сийбрена Отто, позволила простым веществам пройти путь эволюции, борьбы за выживание и даже создания экосистем. Ученые утверждают, что они обнаружили ключ к загадке превращения неживой материи в живую, который не связан с ДНК, а скрыт в основных законах физики.
Дискуссии о сути жизни и ее происхождении ведутся уже много веков. В 1944 году ученый Эрвин Шрёдингер в своей книге "Что такое жизнь?" предположил, что живые организмы поддерживаются за счет поступления энергии извне, избегая равновесия. В 1977 году нобелевский лауреат Илья Пригожин из Бельгии описал, как сложные системы, например, ураганы, способны самоорганизовываться, нарушая законы термодинамики. Однако эти концепции не давали ответа на главный вопрос - как произошел переход от химии к биологии.
В течение длительного времени ученые были разделены на два лагеря. Одни утверждали, что жизнь возникла из самокопирующихся молекул, подобных РНК. Другие настаивали на том, что вначале появились метаболические циклы, превращающие вещества в энергию. Обе концепции сталкивались с проблемой определения жизни. Биолог Эдвард Трифонов в 2010 году проанализировал 123 научных определения жизни и выделил два общих признака: способность к самовоспроизведению и эволюция. Однако даже это не помогло найти точку, где заканчивается химия и начинается биология.В 2003 году ученый Адди Просс из Университета Бен-Гуриона выдвинул революционную концепцию. Он утверждал, что жизнь не просто совокупность молекул, а специальное состояние материи, подчиняющееся законам динамической кинетической стабильности (ДКС). В отличие от традиционной термодинамики, где системы стремятся к равновесию (как шар, скатывающийся вниз), ДКС описывает системы, которые эволюционируют, используя энергию для поддержания сложности.
Аналогия с костром и дровами иллюстрирует принцип сохранения формы пламени при наличии топлива. Точно так же и в жизни: клетки постоянно обновляются, потребляя ресурсы, чтобы избежать разрушения. Просс объясняет, что динозавры вымерли, в то время как бактерии существуют миллиарды лет благодаря динамической стабильности их популяций.
В 2010 году в Гронингенском университете (Нидерланды) команда Сийбрена Отто случайно создала первые синтетические молекулы, способные к самовоспроизводству. Ученые исследовали пептиды - цепочки аминокислот, которые самопроизвольно складывались в кольца, образуя трубчатые структуры. Эти трубки стимулировали образование новых молекул, запуская цепную реакцию.
В 2021 году Отто провел эксперимент по проверке теории Просса. Он разработал два вида репликаторов: маленькие (размножались быстро) и большие (деление происходило медленнее, но они дольше сохранялись). В условиях ограниченных ресурсов выжили только крупные молекулы. Этот процесс напоминал принцип естественного отбора, но происходил в пробирке без участия ДНК. Отто отметил: "Мы продемонстрировали, что эволюция к сложности возможна даже в неорганических системах".
В 2025 году был проведен более сложный эксперимент. Ученые внесли изменения, добавив три вида репликаторов, которые соревновались за одни и те же "стройматериалы". Вначале они подавляли друг друга, но когда каждому были предоставлены уникальные условия (подобные экологическим нишам), система стабилизировалась. Таким образом, впервые был воспроизведен экологический принцип конкурентного исключения - основа биологического разнообразия.
Эксперименты показали, что ДКС играет ключевую роль в превращении хаотических молекул в сложные структуры. Ученый Чарльз Кочер из Онкологического центра Слоан Кеттеринг в США провел моделирование подобных систем на компьютере. Он пришел к выводу, что процесс эволюции начался задолго до появления живых организмов. "Жизнь не только породила эволюцию, но и сама стала ее результатом", - считает Просс.
Как определить прогресс? Просс утверждает, что системы в состоянии ДКС постепенно усложняются. Но биологи напоминают: эволюция не всегда направлена к увеличению сложности. Например, пещерные рыбы теряют зрение, а бактерии упрощают геномы, чтобы сохранить ресурсы.
Ученый по астробиологии Майкл Вонг из Института Карнеги выдвинул новую концепцию под названием "функциональная информация". Например, в крыле птицы содержится информация об аэродинамике, несмотря на свою простую структуру. Таким образом, даже простые элементы могут нести в себе ценную информацию, необходимую для выживания.
Один из наиболее обсуждаемых выводов Просса заключается в том, что ДКС имеет связь с начальными стадиями сознания. По его мнению, зависимость систем от внешней среды представляет собой форму "примитивного осознания". По словам ученого, для выживания системе необходимо "ощущать" окружающую среду и приспосабливаться к ней. Это является началом психического измерения.
Кевин Митчелл, нейрогенетик из Тринити-колледжа в Ирландии, высказывает критику по поводу данной концепции: "Пытаться свести сознание к химии - это как пытаться объяснить полет самолета с помощью таблицы Менделеева". Однако Просс утверждает, что разум является результатом физических процессов, и ДКС может лежать в их основе.
Исследования Отто и Просса не заканчивают дискуссии о происхождении жизни, а изменяют подход к данному вопросу. Если жизнь - это результат материи, а не случайное стечение обстоятельств, то вероятность обнаружить ее за пределами нашей планеты значительно возрастает. Уже сегодня становится очевидно, что граница между живым и неживым гораздо менее четкая, чем мы думали. Эксперименты с молекулами-репликаторами открывают новые возможности для создания искусственных форм жизни - или для понимания того, как они появились четыре миллиарда лет назад.
Похожие книги, которые могут вас также заинтересовать
Топ-10 научно-популярных книг, которые расскажут о космосе, физике, экономике и биологии
Книги, которые подарят энергию
50 фактов о похудении, которые вас удивят
Что читать в августе. Длинный список вышедших и планируемых книжных новинок (включая переиздания)
Раннее развитие — большое будущее? Какие игры и занятия способны сделать из младенца гения
