Аннотация: Как возникла жизнь без марсиан и Деда Мороза.
Живое из Неживого? Да ладно!
Цель жизни - забрасывание генов в будущее. Она же и основной инстинкт. Другой цели нет. Все остальные цели, задачи, инструменты и пр. - вспомогательные причиндалы. Иногда они бывают неадаптивными, эволюция - это не инженер. который разрабатывает программу развития системы заранее. Принцип: работает, и ладно. Эволюция действует по принципу жадного алгоритма: если очередной шаг не ведет к улучшению (шансов на забрасывание генов в будущее) или по меньшей мере не ухудшает эти шансы, то у этой мутации/рекомбинации имеется возможность закрепиться в генопуле. Дальше одного хода этот шахматист своих действий не планирует. И начало всему этому - полимерная молекула, склонная (химически) к удлинению и (при достаточной длине) к разрыву примерно (статистически) пополам. Разумеется, молекула не обладает разумом, волей, стремлением, инстинктами или там рефлексами, и даже (как это называет Виноградова пополам с Тимоновой) не обладает "внутренним стремлением" (а это уже отдает теплородом, протоплазмой и мировым эфиром). Полимер растет (и потом рвется пополам) по химическим, физическим и квантовым законам. Может, есть и еще какие-нибудь "законы", на которых основывается квантовая механика, но науке эти законы пока неизвестны. Жизнь - не в большей степени чудо, чем, скажем, ИИ. Мы не считаем ИИ "чудом", та как человечеству в целом досконально и достоверно известно, как ИИ устроен и как его можно создать. В "жизни" процессы, возможно, сложнее, чем в ИИ, и пока не все они постигнуты, но принципиальных ризничий на более высоком уровне нету.
Итак, что мы видим: полимерная молекула удлиняется (если позволяет среда и химия самой полимерной молекулы; а если не позволяет - то с нее и спросу нет. Она растворилась в небытие, исчезла из истории абиогенеза без следа. Ну а если не исчезла и удлиняется, то рано или поздно она (под воздействием среды; например, броуновского движения других молекул) порвется пополам. Не обязательно посредине, но статистически все-таки посредине. Хотя это не имеет пока никакого значения.
Порвалась, и молекул стало две. Химия молекулы не изменилась, и она "ведет" себя так же, как и ее "родительская" молекула. Это вряд ли можно назвать размножением... хотя погодите, мы ведь не видим чуда в том, как размножаются трещины на лобовом стекле или как одна капля ртути при ударе рассыпается на десяток таких же капель. Они не "хотят" этого, они просто подчиняются сопромату и поверхностному натяжению. Наш полимер - та же капля ртути, только чуть более сложной конфигурации. Его "размножение" - это всего лишь механическая неспособность удерживать нарастающую длину, превращающая одну единицу материи в две за счет внешней встряски.
Итак, просто химия. Наши молекулы растут и рвутся до тех пор, пока наличествуют условия. Полимер в свободном плавании цепляет подходящие окружающие мономеры, не всегда точно такие же, как в нашей первоначальной молекуле. 99.9999% этих новых конфигураций окажутся неудачными и похоронят огромное количество наших абиогенезных кандидатов. Но времени полно, первичный бульон большой, и кандидатов хватает. Кому-то из них обязательно повезет, и его химия станет более подходящей... Это не "изобретение", это просто статистически выживший дефект, случайная прото-мутация, которой (в числе многих отброшенных прото-мутаций) повезло, и она стала полезной фичей. Тот, кто научился отрывать куски от соседа, просто рос быстрее тех, кто ждал случайного столкновения с мономером. Жадный алгоритм не выбирал "зло", он просто оставил в игре того, кто быстрее всех увеличивал свою массу за счет окружающих.
Не волнуйся, читатель, Дед Мороз еще не выходил из-за кулис. В нашей лаборатории первичного бульона по-прежнему пахнет только аммиаком и серой, а не волшебством. Мы всё еще находимся в пространстве протохимии. То, что мы сейчас опишем, - это не борьба за выживание в духе Джека Лондона, а простая арифметика. Если одна молекула за счет своей "удачной" кривизны рвется и удваивается раз в час, а ее соседка - раз в два часа, то через неделю первая молекула и её потомки займут всё доступное пространство. Вторая не "умерла от горя" и не проиграла в честном бою - её просто статистически вымыло из реальности скоростью чужих химических реакций.
Здесь, в этом безмолвном киселе из полимеров, и рождается прото-эволюция. Это еще не биология, это сортировка паттернов по эффективности. Жадный алгоритм просто суммирует результаты: выживает не самый "достойный", а тот, кто быстрее всех тиражирует свой дефект. И если для этого нужно было научиться притягивать к себе определенный ион металла, который ускоряет сборку цепи, или научиться расщеплять соседа - алгоритм это закрепит. Не потому что "так лучше для вида", а потому что на следующем шаге таких молекул будет на одну больше. Шахматист сделал ход, и этот ход оказался результативным'.
Теперь давай посмотрим, как наш 'жадный шахматист' решает проблему коммунальной квартиры. В первичном бульоне удачный полимер - это все еще общее достояние. Если ты научился эффективно отрывать куски от соседей, продукты этой реакции уплывают в пространство, и ими может воспользоваться любой мимо проходящий бездельник. Статистически выигрывает тот, кто научится удерживать ресурсы при себе.
Здесь нам снова не нужна биология, достаточно школьной физики. В том же бульоне, помимо полимеров, плавают липиды - молекулы жира. У них есть одно забавное свойство: один их конец любит воду, а другой - нет. По законам термодинамики в воде они неизбежно слипаются, образуя сферы - мицеллы или липосомы. Это происходит так же 'добровольно', как масляные пятна собираются в круги на поверхности супа.
Случайное заточение: Рано или поздно один из наших агрессивных полимеров оказывается случайно заперт внутри такого жирового пузырька. С точки зрения химии это могло быть неудобством, но с точки зрения 'жадного алгоритма' - это джекпот.
Концентрация как оружие: Внутри пузырька полимер не просто плавает - он создает свою микросреду. Оторванные от соседей куски теперь не уплывают в океан, а остаются внутри 'коробочки'. Скорость внутренней реакции возрастает в тысячи раз просто за счет тесноты.
Отбор оболочек: Теперь 'жадный алгоритм' начинает оценивать не только полимер, но и его тару. Пузырек, который случайно оказался более проницаемым для нужных мономеров и менее проницаемым для вредных примесей, дает своему полимеру преимущество. Пузырьки, которые лопались слишком рано, исчезали. Те, что умели растягиваться вместе с растущим полимером и делиться под воздействием простых физических сил (волн или течений), заполонили собой всё.
Это и был момент появления границы. Мы все еще в рамках 'протохимии', но теперь у нас есть 'Свое' и 'Чужое'. Липидный пузырек - это не заботливая колыбель жизни, это химический реактор с ограниченным доступом, который позволил полимеру не просто выживать, а накапливать капитал.
А здесь важно сделать паузу и ответить тем, кто видит в слове "случайность" подвох. На форумах часто кричат: "Определись, идиот: либо случайно, либо нет!". Ответ прост: и то, и другое.
Представь себе гигантское кладбище из секстиллионов неудачных пузырьков - дырявых, слишком жестких, слипшихся. Это результат случайности, бесконечного перебора вариантов. Но "жадный алгоритм" - это не случайность, это физический фильтр. Ему плевать на 99.9999% мусора. Он просто оставляет в живых те единицы, которые физически смогли просуществовать на секунду дольше и разделиться на один раз больше.
Отбор не случаен так же, как не случайна гравитация: если ты подбросишь 100 предметов, они все полетят вниз, какими бы "случайными" они ни были. Мы видим "удачный" пузырек не потому, что Дед Мороз его выбрал, а потому, что все остальные - те самые секстиллионы - просто не дожили до того момента, когда мы на них посмотрели. Мы видим победителей в лотерее и удивляемся их везению, забывая о миллионах людей, которые купили билет и проиграли.
До этого момента наш 'жадный шахматист' играл на двух разных досках: отдельно улучшал полимер и отдельно - его жировую упаковку. Прото-клетка рождается в тот миг, когда эти две случайности связываются в узел. Это еще не жизнь, но это уже технология.
Кооперация поневоле: Представь пузырек, внутри которого полимер в ходе очередной 'удачной ошибки' начал синтезировать простейшие жирные кислоты. Теперь полимер не просто сидит внутри тары - он сам её достраивает. Система стала самодостаточной.
Первый био-интерфейс: В этот момент возникает прото-метаболизм. Это звучит пафосно, но на деле это просто химия: внутри пузырька поддерживается одна среда, снаружи - другая. Пузырек начинает 'прокачивать' через себя энергию. Те, кто не научился сбрасывать 'шлаки' (ненужные продукты реакции) через мембрану, просто взрывались изнутри от осмотического давления. Опять же - никакой воли, только прочность стенок против внутреннего давления.
Рождение Индивидуума: Теперь 'забрасывание в будущее' меняет масштаб. Копируется не просто молекула, а весь пузырек целиком со всеми его внутренними 'причиндалами'. Это и есть простейшая прото-клетка. Она бесконечно примитивна, в ней нет ядра, нет сложных органов - только агрессивный полимер и послушная ему оболочка.
Здесь мы можем помахать рукой последним надеждам на 'чудо'. Прото-клетка - это просто стабильный химический вихрь, который научился восстанавливать свои границы быстрее, чем среда их разрушает. В этом вихре уже заложены все будущие ужасы и восторги эволюции: от поедания соседа до написания симфоний. Но пока это просто очень эффективный способ заставить материю не превращаться в прах как можно дольше.
Ну вот, мы и изобрели колесо без помощи Деда Мороза. Как видишь, для этого не понадобилось ни мирового эфира, ни божественного вдоха - хватило жадности полимеров и липидной изоляции.
Вся последующая история эволюции - это просто бесконечное наслоение таких вот автоматических процессов. Между первичным жирным пузырьком и болидом "Формулы-1", который сейчас читает эти строки и называет себя человеком, - всего один шаг. Это шаг количественного усложнения костылей.
Мы по-прежнему - те же полимеры в липидной упаковке, просто наши упаковки стали чертовски навороченными, научились носить костюмы, пользоваться айфонами и верить в собственную исключительность. Жизнь - не чудо, а неизбежная статистическая аномалия. И если тебе кажется, что в твоем существовании есть какой-то высший смысл, кроме эффективного заброса полимеров в будущее - поздравляю: твой "жадный алгоритм" создал тебе отличный интерфейс, чтобы ты не сошел с ума, пока работаешь его единственным инструментом.
А если у кого-то всё еще чешутся сомнения в духе: "Ха! Ну допустим. Но как из этой вашей клетки можно построить целый организм? Мышь там, или, не дай бог, человека? Это же запредельная сложность!" - то у меня для вас плохие новости. Никакой "сверхсложности" тут нет. Любая баба справляется с этой задачей на раз-два. Причем делает это на автопилоте, не приходя в сознание и не имея диплома инженера-генетика, она создает человека из одной клетки. Всё, что для этого требуется - девять месяцев времени и приток калорий. Ну, и мужик тоже потребуется, но это только в самом начале. Дальше она уже сама.