Книга Джордж и код, который не взломать - Люси Хокинг

Живое существо, такое как вы или я, обычно обладает двумя элементами: набором инструкций, указывающих системе, как ей поддерживать и воспроизводить себя, и механизмом, обеспечивающим выполнение этих инструкций. С точки зрения биологии этим элементам соответствуют гены и метаболизм.

То, что мы обычно называем жизнью, основано на цепочках атомов углерода при участии нескольких других атомов, например азота и фосфора. Когда 13,8 миллиарда лет назад Вселенная возникла в результате Большого взрыва, углерода не было. Вселенная была такой горячей, что всё вещество в ней присутствовало только в форме элементарных частиц – протонов и нейтронов. Однако, расширяясь, Вселенная остывала. Примерно через минуту после Большого взрыва температура упала примерно до миллиарда градусов, что в сто раз выше температуры Солнца. При этой температуре нейтроны начинают распадаться, давая начало протонам.

Если бы больше ничего не происходило, всё вещество во Вселенной превратилось бы в простейший элемент – водород, ядро которого состоит из одного протона. Однако некоторые нейтроны, столкнувшись с протонами, соединились с ними и образовали второй по простоте элемент, гелий, чьё ядро состоит из двух протонов и двух нейтронов. Но в ранней Вселенной не мог бы сформироваться ни один более тяжёлый элемент, такой как углерод или кислород. Трудно вообразить, что можно было бы создать живую систему только из водорода и гелия, – и в любом случае во Вселенной было всё ещё слишком жарко для того, чтобы атомы могли соединиться в молекулы.

Вселенная продолжала расширяться и остывать. Но некоторые её участки оставались чуть более плотными, чем остальные, гравитационное притяжение дополнительного вещества на этих участках препятствовало их расширению – и постепенно это расширение прекратилось. В итоге эти участки сжались, образовав галактики и звёзды; это началось примерно через два миллиарда лет после Большого взрыва. Некоторые из тех ранних звёзд были, скорее всего, массивнее нашего Солнца; это значит, что они были горячее Солнца, и их изначальные водород и гелий, сгорев, превратились в более тяжёлые элементы, такие как углерод, кислород и железо. Это должно было занять всего лишь несколько сотен миллионов лет. После этого некоторые звёзды взорвались в виде сверхновых, и тяжёлые элементы рассеялись в космосе, образовав сырьё для новых поколений звёзд.

Наша собственная Солнечная система сформировалась около четырёх с половиной миллиардов лет назад (или примерно через десять миллиардов лет после Большого взрыва) из газа с остатками ранних звёзд. Земля сформировалась преимущественно из более тяжёлых элементов, включая углерод и кислород. Некоторые из этих атомов каким-то образом оказались организованы в виде молекул ДНК. Их форма – это знаменитая двойная спираль, открытая в середине XX века кембриджскими учёными Криком и Уотсоном. Нити ДНК соединены в двойную спираль парами нуклеотидных оснований. В ДНК присутствуют всего четыре вида нуклеотидных оснований: аденин, цитозин, гуанин и тиамин.

Мы не знаем, как возникла первая молекула ДНК. Поскольку вероятность случайной самоорганизации ДНК очень низка, возникло предположение, что жизнь попала на Землю другим способом – например, была занесена на обломках марсианской породы, когда планеты были ещё нестабильны, – и что по всей Галактике разбросаны зачатки жизни. Однако кажется крайне маловероятным, что ДНК смогла бы долго просуществовать под воздействием космического излучения. Существуют ископаемые свидетельства того, что жизнь в той или иной форме существовала на Земле около трёх с половиной миллиардов лет назад. Возможно, жизнь на Земле появилась всего лишь через 500 миллионов лет после того, как планета достаточно остыла и отвердела. Первые проявления жизни на Земле позволяют предположить, что весьма велика вероятность самозарождения жизни в подходящих для этого условиях. Возможно, была какая-то более простая форма организации, давшая начало ДНК. А возникнув, ДНК оказалась настолько удачной, что полностью заменила собой более ранние формы. Мы не знаем, какими могли быть эти древние формы, но возможно, одной из них была РНК.

РНК похожа на ДНК, но гораздо проще – и без двойной спирали. Короткие участки РНК могут воспроизводить себя подобно ДНК, так что из них в итоге могла бы образоваться и ДНК. Нам пока не удаётся создать в лаборатории никакие нуклеиновые кислоты из неживого вещества, даже РНК. Однако существует определённая вероятность, что за 500 миллионов лет – с учётом того, что бо́льшую часть земной поверхности покрывал океан, – РНК могла возникнуть случайно.

При самовоспроизводстве ДНК неизбежны ошибки, многие из которых несут вред и ведут к смерти их носителя. Есть среди ошибок и нейтральные: они не меняют функции гена. Но некоторые даже благоприятствуют выживанию вида: они-то и подхватываются дарвиновским отбором.

Сначала процесс биологической эволюции шёл очень медленно. Эволюция от первых клеток до многоклеточных животных заняла два с половиной миллиарда лет; ещё миллиард лет ушёл на происхождение рыб, рептилий, зверей. Но затем эволюция ускорилась. Всего сто миллионов лет отделяют нас от примитивных млекопитающих. Дело в том, что уже у рыб появились практически все важнейшие органы млекопитающих (а значит, и человека). Для превращения древних зверей вроде лемуров в человека нужна лишь их «тонкая настройка».

В эволюции человека состоялся шаг огромной важности, сравнимый с появлением ДНК. Им стало развитие речи, особенно письменной. Это означает, что теперь информацию можно передавать из поколения в поколение не генетически (посредством ДНК), а другим способом. Да, в ДНК человека за последние десять тысяч лет произошли некоторые изменения под действием биологической эволюции, но объём знаний, переданных человечеством из поколения в поколение, многократно превосходит эти изменения. Я пишу книги, чтобы сообщить вам часть того, что узнал о Вселенной за долгие годы исследований, и таким образом передаю знания из своего мозга на страницы, которые вы читаете.

В ДНК человека примерно три миллиарда нуклеиновых кислот. Однако значительная часть информации, закодированной в этой последовательности, избыточна или законсервирована. Общее количество генетической информации, которую использует наш организм, – примерно сто миллионов бит. Один бит информации – это ответ на вопрос «да» или «нет». Зато в книге может быть сосредоточено два миллиона бит информации. То есть один человек получается равным примерно пятидесяти книгам про Гарри Поттера, а главная библиотека страны может насчитывать, скажем, пять миллионов книг, то есть примерно десять триллионов бит. Значит, объем информации, заключённой в книгах или в интернете, в сто тысяч раз больше, чем в ДНК!

Таким образом, мы вступили в новый этап эволюции. Сначала эволюция шла путём естественного отбора из случайных мутаций. Этот «дарвиновский» этап продолжался три с половиной миллиарда лет, в результате чего появились мы – существа, придумавшие речь для обмена информацией.

В последние десять тысяч лет с нами происходило то, что можно назвать этапом внешней передачи информации. В ходе этого этапа внутренняя запись информации, передававшейся из поколения в поколение через ДНК, сменилась внешней – посредством книг и других форм долговременного хранения информации, – и её объём существенно вырос. Некоторые применяют термин «эволюция» только по отношению к внутренней передаче генетического материала и возражают против его употребления в отношении внешней передачи информации. Но мне этот взгляд представляется слишком узким. Человек несводим к генам. Возможно, мы от природы не сильнее и не умнее наших пещерных предков. Зато мы отличаемся от них знанием, накопленным за последние десять тысяч лет – и в особенности за последние три столетия. По-моему, надо смотреть на вещи шире и считать внешнюю передачу информации такой же частью эволюции человека, как ДНК.