Книга: Вселенная

Глава 32 Происхождение и смысл жизни

Глава 32

Происхождение и смысл жизни

Как-то раз я летел в переполненном самолёте на научную конференцию в город Бозмен, штат Монтана, и читал научные статьи, описывавшие связь между статистической физикой и происхождением жизни. Рядом со мной сидел попутчик, с любопытством заглядывавший в мои бумаги. «О, — сказал он, — мне хорошо известна эта работа».

Занимаясь физикой, часто встречаешься с людьми, у которых есть своя теория устройства Вселенной и которые жаждут с вами ею поделиться. Такие теории редко оказываются многообещающими. По-видимому, изучение жизни привлекает не меньше словоохотливых энтузиастов. Однако нам предстоял ещё долгий путь, и я спросил попутчика, что он думает на эту тему.

«Всё просто, — ответил он, наклонив голову, — смысл жизни — гидрогенизировать диоксид углерода».

Это был не тот ответ, которого я ожидал. Просто мне посчастливилось лететь рядом с Майклом Расселом, геохимиком из Лаборатории реактивного движения NASA, расположенной неподалёку от моего родного Калифорнийского технологического института. Встреча была не совсем случайной — мы оба летели на одну и ту же конференцию, где собирались выступать с докладами. Как выяснилось, Рассел — выдающийся (пусть и с некоторым оттенком ереси) современный специалист, изучающий происхождение жизни, причём его научный метод особенно близок к физике. Мы быстро поладили.

Рассел — один из лидеров фракции в дебатах о происхождении жизни, полагающей, что первым важнейшим шагом было возникновение метаболизма. Представители этого лагеря считают, что ключевое событие заключалось в появлении сложной сети химических реакций, потреблявших свободную энергию, имевшуюся в экосистеме молодой Земли, и эта энергия могла расходоваться на подпитку размножения, когда оно началось. Другая фракция полагает, что всё началось с размножения, — эта фракция сейчас пользуется наибольшим авторитетом в биологическом сообществе. Сторонники этой версии считают, что энергии на Земле было много и добыть её можно было без проблем, а важнейший прорыв в развитии жизни заключался в том, что однажды начался синтез молекулы, способной нести информацию (предположительно, это была РНК, рибонуклеиновая кислота); эта молекула могла самостоятельно копироваться и передавать содержавшийся в ней генетический код.

Мы не будем решать, кто прав в этом споре; существуют сложные вопросы, ответов на которые мы пока просто не знаем. Но эти вопросы не безнадёжны. На многих фронтах мы продвинулись к пониманию абиогенеза, как теоретически, так и экспериментально. В каком бы порядке ни возникли метаболизм и размножение, оба этих процесса необходимы, и особый научный интерес состоит в том, чтобы определить, как именно все компоненты сложились в итоговый рецепт.

* * *

Если мы хотим понять, как возникла жизнь, то было бы целесообразно поискать такие черты, которые характерны для всех существующих форм жизни. Одним из таких свойств, по-видимому, является протондвижущая сила, участвующая в хемиосмосе, — о ней шла речь в главе 30. Клеточные мембраны собирают энергию, получаемую от фотонов или от таких соединений, как сахар, и используют эту энергию для вытеснения электронов из клетки, оставляя внутри избыток протонов. От взаимного отталкивания фотонов генерируется сила, которая может использоваться для выполнения полезных задач, например для производства АТФ.

Откуда жизнь вообще почерпнула эту идею? Такой способ обращения с энергией в клетке не является наиболее очевидным. Когда Питер Митчелл и Дженнифер Мойл в 1960-е годы уточняли детали хемиоосмотического процесса, биологическое сообщество отнеслось к ним с крайним скептицизмом, пока не были получены бесспорные экспериментальные доказательства. Тот факт, что природа находит этот механизм столь полезным, возможно, подсказывает, что жизнь с самого зарождения взяла хемиосмос на вооружение.

Именно здесь в дело вступает гидрогенизация диоксида углерода. Замечание Рассела указывает на тот факт, что в смеси диоксида углерода (CO₂) и газообразного водорода (H₂) содержится свободная энергия, а оба этих вещества в изобилии встречались в некоторых экосистемах молодой Земли. Если бы углерод мог каким-то образом избавиться от двух атомов кислорода и заменить их на водород, то в результате реакции образовались бы метан (CH₄) и вода (H₂O). В такой конфигурации заключено меньше свободной энергии; согласно второму закону термодинамики, такая трансформация «хочет» произойти.

Всё это происходит не само собой. Всякий раз, когда вы зажигаете свечу или что угодно другое, вы высвобождаете свободную энергию, которая выделяется при соединении горючего с кислородом. Однако свеча не воспламеняется спонтанно — чтобы реакция началась, нужна искра.

В случае с диоксидом углерода требуется нечто более сложное, чем искра. Легко придумать такие цепочки реакций, которые постепенно отсекают атомы кислорода от углерода и заменяют их водородом. Проблема в том, что, хотя законченная последовательность такого рода приводит к высвобождению энергии, её первый этап требует вливания энергии и поэтому сам собой не происходит. Извлечение свободной энергии из диоксида углерода напоминает ограбление банка: в банке много денег, но, чтобы проникнуть туда, требуется изрядно постараться.

Ряд исследователей, в том числе Уильям Мартин и Ник Лэйн, а также Рассел, упорно исследуют сценарии, в которых могла бы сложиться нужная последовательность реакций, позволившая бы заграбастать окружающую свободную энергию. Они рассматривают ряд финтов, которые могли бы обеспечить такую возможность. Первый вариант — катализ: активизация нужной реакции под действием соединений, которые сами в реакции не участвуют, но присутствие которых обусловливает изменение формы и свойств тех химических соединений, что участвуют в реакции. Другой вариант — неравновесное состояние, а именно дисбаланс условий в смежных точках, который может выступить движущей силой для желаемых реакций.

Все эти компоненты сочетаются нужным образом в конкретной среде — глубоководных гидротермальных источниках. Точнее, речь идёт о щелочных источниках такого рода, где образуются щелочные соединения, притягивающие протоны. Это не единственная среда, в которой могла бы возникнуть жизнь; другой пример — серпентинитовые грязевые вулканы, также расположенные на океаническом дне и благоприятные для возникновения древней жизни. Однако у щелочных источников есть ряд интересных свойств.

Ещё в 1988 году Рассел, исходя из своих представлений о возникновении жизни, прогнозировал, что нам предстоит открыть особую подводную геологическую формацию — тёплые (но не слишком горячие) щелочные подводные источники, находящиеся в очень пористых породах (испещрённых крошечными карманами, словно губка) и при этом относительно стабильные и долговечные. Его идея заключалась в том, что подобные карманы могли бы обеспечить компартментализацию задолго до возникновения каких-либо органических клеточных мембран и химическое неравновесие между щелочными соединениями в источниках и окружающей насыщенной протонами кислой океанической водой могло бы естественным образом породить протондвижущую силу, столь необходимую для биологических клеток.

В 2000 году Гретхен Фрю-Грин отправилась в морскую экспедицию к самому центру Атлантического океана. Экспедиция под руководством морского геолога Деборы Келли обнаружила группу призрачных белых башен, попавших в видеотрансляцию, отснятую роботом глубоко внизу, у самого дна океана. К счастью, на корабле был батискаф «Элвин», и Келли решила опуститься в нём на дно, чтобы рассмотреть эти структуры поближе. Дальнейшие исследования показали, что это именно такие щелочные глубоководные источники, существование которых предполагал Рассел. Недалеко от атлантического срединноокеанического хребта было обнаружено целое поле гидротермальных источников возрастом не менее 30 000 лет, названное «Затерянный город». Возможно, так был открыт лишь первый образец очень распространённой геологической формации. Мы ещё очень многого не знаем об океаническом дне.

Химия таких источников, как в Затерянном городе, очень насыщенна и определяется такими градиентами, которые вполне могли предвосхищать биологические метаболические пути. В реакциях, известных нам из лабораторных экспериментов, удалось получить ряд аминокислот, сахаров и других соединений, в конечном счёте необходимых для сборки ДНК. Согласно представлениям учёных, считающих, что всё началось с метаболизма, в самом начале должен был появиться источник энергии, обусловленный химическим неравновесием; в итоге биохимия должна была «выехать» на нём.

Альберт Сент-Дьёрдьи, венгерский физиолог, получивший в 1937 году Нобелевскую премию по химии за открытие витамина C, однажды сказал, что «жизнь — это просто электрон, стремящийся оказаться в состоянии покоя». Это хорошая формулировка, резюмирующая точку зрения «сначала метаболизм». В определённых химических соединениях заключена свободная энергия, и извлечь её оттуда может, например, жизнь. Один из привлекательных аспектов этой картины заключается в том, что мы здесь не просто делаем шаг назад от тезиса «Мы знаем, жизнь существует. Так откуда она взялась?». Напротив, мы считаем, что жизнь как раз позволяет решить задачу «У нас есть свободная энергия; как её достать?».

Учёные-планетологи полагают, что примерно такие гидротермальные источники, как в Затерянном городе, могут в изобилии встречаться на спутнике Юпитера Европе или на спутнике Сатурна Энцеладе. Возможно, дальнейшие исследования Солнечной системы позволят проверить такие представления в серии новых экспериментов.

* * *

В сообществе исследователей абиогенеза сторонники теории «сначала метаболизм» составляют ничтожное меньшинство. Как было указано выше, наиболее популярен подход «сначала размножение».

В сущности, метаболизм — это «сжигание топлива», подобное другим явлениям, которые мы наблюдаем вокруг: от горения свечи до запуска автомобильного двигателя. Кажется, что репликация сложнее, затратнее, её труднее достичь. Если на пути к возникновению жизни и существовало какое-то «бутылочное горлышко», лишь преодолев которое, жизнь могла начаться, то таким горлышком явно было размножение.

Горение — широко известная химическая реакция, которая просто самовоспроизводится. Огонь легко распространяется по лесу от дерева к дереву, но по большинству признаков не может считаться живым. Нас интересует такой процесс размножения, при котором передаётся информация: при таком воспроизводстве потомки сохраняют некоторую информацию о своих предках.

Есть простой пример, отвечающий таким условиям: кристаллы. Некоторые атомы могут упорядочиваться в правильные структуры, которые и называются кристаллами. Одни и те же атомы могут образовывать различные кристаллические структуры: так, если углерод выстраивается в виде кубиков, получается алмаз, а если в виде шестиугольников — графит. Кристаллы могут расти, накапливая новые атомы, а затем делиться — то есть просто распадаться на две части. Каждый «потомок» в таком случае наследует структуру родительского кристалла.

Это ещё не жизнь, но мы к ней всё ближе. Хотя базовая кристаллическая структура и может наследоваться, не наследуются её случайные изменения — мутации. Изменчивость кристаллов, конечно, возможна; в природе кристаллы часто усеяны включениями или имеют явные дефекты, когда их структура не соответствует доминантному паттерну. Однако в кристаллах отсутствует возможность передавать информацию о таких изменениях последующим поколениям. Нам нужна конфигурация, напоминающая кристалл (то есть фиксированная структура, которая может воспроизводиться), но более сложная, чем обычный регулярный паттерн.

Такую сущность описал Джон фон Нейман, блестящий венгерско-американский математик, сыгравший ключевую роль в разработке квантовой механики, статистической механики и теории игр. В 1940 годах он дал абстрактную формулировку тех признаков, которыми должна обладать система, чтобы она могла самовоспроизводиться и свободно развиваться. Его (чисто математическая) машина под названием «универсальный конструктор фон Неймана» включала не только механизм, собственно отвечавший за самовоспроизводство, но и «ленту», на которой была закодирована структура машины. Саморепликаторы фон Неймана были реализованы в компьютерных моделях, причём они и мутировали, и эволюционировали. Никому ещё не удалось сконструировать макроскопическую физическую машину, которая бы функционировала таким образом, но не нарушала бы никаких законов физики, и NASA наряду с другими организациями всерьёз исследует возможность её создания. Можно было бы считать реальную модель универсального конструктора фон Неймана живым «существом»?

* * *

Эрвин Шрёдингер в книге «Что такое жизнь?» признавал необходимость передачи информации следующим поколениям. Кристаллы с этим не справляются, но близко подходят к решению задачи; с учётом этого Шрёдингер предполагал, что решением проблемы мог бы быть своеобразный «апериодический кристалл» — набор атомов, складывающихся в такую структуру, которая может воспроизводиться, но при этом не только повторять правильный паттерн, но и переносить существенный объём информации. Эта идея глубоко впечатлила двух молодых учёных, которым предстояло идентифицировать структуру молекулы, переносящей генетическую информацию. Это были Френсис Крик и Джеймс Уотсон, которые пришли к выводу, что молекула ДНК имеет форму двойной спирали.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — это молекула, в которой практически все известные живые организмы хранят генетическую информацию, позволяющую им функционировать. (Существуют вирусы, которые используют только РНК, а не ДНК, но вопрос о том, «живые» ли это организмы, остаётся спорным.) Эта информация кодируется последовательностями всего из четырёх букв, каждая из которых соответствует конкретной молекуле, так называемому нуклеотиду: аденину (А), тимину (Т), цитозину (Ц) и гуанину (Г). Эти молекулы — алфавит генетического языка. Четыре буквы образуют длинные последовательности-нити, и каждая молекула ДНК состоит из двух таких нитей, которые обернуты одна вокруг другой в форме двойной спирали. Обе нити содержат одну и ту же информацию, поскольку у каждого нуклеотида из одной нити есть парный нуклеотид в другой: А сцепляется с Т, а Ц — с Г. Уотсон и Крик в своей статье со сдержанным удовлетворением отмечали: «От нашего внимания не ускользнуло, что специфическое спаривание, постулированное нами, указывает на возможный механизм копирования генетического материала».

Если от вашего внимания что-то всё-таки ускользнуло, поясняю, что механизм копирования таков: две спирали ДНК отцепляются друг от друга и превращаются в своеобразные лекала, а свободные нуклеотиды стыкуются с одиночной спиралью каждый на своём месте. Поскольку каждый нуклеотид может соединиться только с конкретным участком спирали, в результате возникают две копии исходной двойной спирали — как минимум в тех случаях, когда копирование прошло без ошибок.

Информация, закодированная в ДНК, регулирует биохимические процессы в клетке. Если сравнить ДНК с набором чертежей, то можно предположить, что некий «молекулярный инженер» читает эти чертежи, а потом отправляется что-нибудь по ним собирать. Почти так всё и происходит, причём в роли инженеров выступают белки. Однако в цитобиологии участвует ещё один «бюрократический эшелон». Белки взаимодействуют с ДНК не напрямую, а посредством РНК.

Молекула РНК структурно напоминает ДНК, но обычно имеет форму одиночной спирали. «Хребет» этой спирали в РНК и ДНК немного различается, и в РНК аденин стыкуется с нуклеотидом урацилом (У), а не с тимином. РНК не так стабильна в химическом отношении, как ДНК, но может нести эквивалентную информацию в своей последовательности нуклеотидов.

Информация выходит из ДНК, когда двойная спираль расплетается, и последовательности каждой спирали копируются сегментами РНК. Эти сегменты — так называемая матричная РНК — переносят генетическую информацию к особым клеточным органеллам — рибосомам. Рибосомы, открытые ещё в 1950-е годы, — это сложные структуры, принимающие информацию из РНК и на её основе собирающие белки. В ходе этого многоэтапного процесса из относительно стабильной системы хранения информации (РНК) конструируются полезные молекулы (белки), и при этом задействуются менее стабильные переносчики информации (РНК), а также совершенно отдельные сборочные цеха (рибосомы).

* * *

Точно так же, как компартментализация и метаболизм, репликация связана с проблемой «что откуда взялось?», когда мы соотносим сложнейшие структуры, характерные для современной биологии, с более простыми системами, которые могли бы иметь небиологическое происхождение. В случае с компартментализацией требуется понять, как жизнь пришла к фосфолипидным бислоям, причём ответ может быть связан с жирными кислотами. В случае с метаболизмом нужно выяснить, как возникла клетка, работающая на протондвижущей силе, и ответ может заключаться в пористых камерах, обнаруженных в щелочных источниках. В случае с репликацией нас интересует, как возникла ДНК, и в этом нам может помочь РНК.

РНК соотносится с ДНК как устная поэзия с письменной. Обе молекулы могут передавать одну и ту же информацию, но ДНК гораздо надёжнее и прочнее. Однако она достаточно сложна, поэтому нелегко понять, как она могла возникнуть сама собой. При копировании ДНК важную часть работы выполняют белки. Но белки должны конструироваться на основе информации, сохранённой в ДНК. Как же белки могут возникнуть без ДНК, и наоборот?

Излюбленный ответ сторонников абиогенеза — это отсылка к так называемому миру РНК. В 1960-е годы эту базовую идею высказывали многие учёные, в том числе Александр Рич, Френсис Крик, Лесли Оргел и Карл Вёзе. ДНК хорошо переносит информацию, белки здорово выполняют биохимические функции, а РНК может делать и то и другое, пусть и не так хорошо. РНК могла возникнуть до ДНК и белков и послужить основой примитивной и более уязвимой древней жизни прежде, чем эволюция постепенно перераспределила её функции между более эффективными ДНК и белками.

Роль РНК при извлечении информации из ДНК была распознана достаточно рано, но лишь много позже биологи убедились, что РНК также может действовать в качестве катализатора, регулирующего биохимические реакции и управляющего их скоростью. В частности, рибозимы, открытые в 1980-е годы, — это особая РНК, способная катализировать собственный синтез, а также синтез белков. Слово «рибозима» донельзя созвучно со словом «рибосома». Оказывается, важнейшая часть рибосомного комплекса состоит из рибозимной РНК. Таким образом, рибосома — это в основном рибозимы. (Именно из-за таких словес молодые учёные охотнее идут в физику и астрономию.)

Дальнейшие исследования показали, что существует ряд различных типов РНК, отвечающих за выполнение разнообразных внутриклеточных функций. Кроме матричной и рибосомной РНК также существует транспортная РНК, доставляющая аминокислоты в нужное место — туда, где из них можно будет сделать белки. Регуляторная РНК помогает управлять экспрессией генов. И этим список видов РНК не ограничивается. Эти открытия помогли популяризовать идею мира РНК. Если вы хотите описать возникновение жизни с точки зрения «сначала размножение», то вам нужна молекула, способная переносить генетическую информацию и самовоспроизводиться без участия каких-либо сложных механизмов. По-видимому, РНК пришлась для этого как нельзя кстати.

* * *

Идея о том, что РНК могла быть первым переносчиком генетической информации и могла как самовоспроизводиться, так и собирать другие полезные биохимические структуры, убедительна и красива. Как и любая качественная парадигма, сценарий мира РНК оказался хорош тем, что породил немыслимое количество интересных исследований.

Отметим тот факт, что РНК может выступать в качестве фермента: катализировать химические реакции, нужные как для самосборки, так и для синтеза белков. Откуда взялась такая возможность? Вполне понятно, как нуклеотидная последовательность может хранить информацию, но ферментирование кажется принципиально иной возможностью.

Для того чтобы прояснить этот вопрос, Дэвид Бэртел и Джек Шостак в 1993 году поставили интересный эксперимент. (В 2009 году Шостак получил половину Нобелевской премии за исследования о защите хромосом при делении ДНК.) В принципе они применили метод, который можно было назвать «дарвиновской эволюцией с участием человека». Для начала они взяли большой объём произвольной РНК: триллионы молекул, в которых не прослеживалось никаких характерных нуклеотидных последовательностей. Затем выбрали часть этих молекул — такие, которые обладали повышенным каталитическим действием, — и сделали множество их копий. Эту процедуру повторили несколько раз: поиск РНК, которая казалась катализатором определённых реакций, и получение её копий. На этапе копирования происходили случайные мутации, и в результате некоторых из них новая РНК становилась более сильным катализатором, нежели прежняя. Спустя десять итераций такой процедуры стало понятно: последний набор молекул катализирует реакции примерно в три миллиона раз лучше, чем исходный. Вот яркий пример того, как случайные, ненаправленные мутации могут кардинально улучшать пригодность тех или иных веществ для выполнения полезных биохимических функций.

Ещё один интересный опыт поставили биологи Трейси Линкольн и Джеральд Джойс в 2009 году. Им удалось создать систему из двух молекул РНК-ферментов — рибозим, которые вместе показали самоподдерживающуюся репликацию. Без какой-либо поддержки со стороны окружающих белков или каких-либо других биологических структур эти молекулы смогли полностью скопировать друг друга примерно за час. Более того, молекулы то и дело мутировали и, таким образом, претерпевали дарвиновскую эволюцию, при которой сохранялись более приспособленные структуры. Это ещё никакая не клетка, но сложно не заметить, что перед нами — один из этапов, который был пройден на пути от химии к жизни.

Даже если РНК и сыграла ключевую роль в возникновении жизни, мы пока не полностью представляем себе этот процесс. Понадобился суммарный эффект компартментализации, метаболизма и репликации. Возможно, между РНК и бислоями из жирных кислот сложился симбиоз: они помогли друг другу достичь расцвета в суровой и неспокойной экосистеме древней Земли. Мембрана может защитить хрупкую РНК от внешних потрясений, помочь ей просуществовать достаточно долго для того, чтобы размножиться. Тем временем молекула РНК может привлечь на мембрану другие биомолекулы, чтобы эта мембрана могла вырасти настолько, что затем естественным образом разделится надвое — примитивное клеточное деление.

Метаболизм вписывается в эту картину сложнее, однако Шостак не видит в этом серьёзной проблемы. Он считает, что существовала протоклетка — РНК, заключённая в простую мембрану. Эта протоклетка плавала в лужице, которая с одной стороны была тёплой, а с другой — холодной. Конвективные потоки толкали клетку от одного конца лужицы к другому. На холодном конце РНК обрастала теми нуклеотидами, которые успевала подобрать, и две спирали РНК окутывали друг друга, словно пытаясь согреться. Когда течение постепенно относит такую парочку на тёплый край водоёма, две нити постепенно расплетаются под действием тепла; мембрана обрастает ещё несколькими молекулами жирных кислот, пока не разделится надвое, и тогда у нас получаются две протоклетки (надеемся, что иногда так бывает), в каждой из которых оказывается по одной нити РНК. Обе они относятся на холодную сторону лужицы, и протожизненный цикл начинается заново.

Рассел и другие сторонники версии «сначала метаболизм» не считают, что всё могло быть так просто. Они думают, что тяжелее всего выстроить такую сложную цепочку химических реакций, которая могла бы подпитываться окружающей свободной энергией, пользуясь протондвижущей силой, возникающей в ячейках пористых пород в глубоководных источниках. С этого момента, считают они, реакции естественным образом будут потреблять любые окружающие источники свободной энергии, которые удастся найти. В таком случае жизнь может вырваться из пористого камня, обзаведясь мембранами из жирных кислот, а в дальнейшем продолжать биохимическую регуляцию при помощи ферментов, которые в конечном итоге превратятся в РНК.

* * *

Может быть, правдивы оба сценария, а может быть — ни один из них.

Нет никаких причин полагать, что мы не смогли бы выяснить, как возникла жизнь. Ни один серьёзный учёный, исследующий происхождение жизни, пусть даже верующий, не выберет конкретный процесс и не скажет: «Вот этап, для объяснения которого нужно признать наличие нефизической жизненной силы или какое-либо сверхъестественное вмешательство». Существует стойкое убеждение, что для понимания абиогенеза нужно разгадывать загадки в рамках известных законов природы, а не уповать на какую-либо сверхъестественную помощь, выходящую за пределы этих законов.

Такое убеждение связано с невероятной исторической летописью науки. Хотя и остаётся множество вопросов о происхождении жизни, которые наука пока не решила, не меньше и таких, на которые она смогла ответить, причём многие из них считались проблемами, неподвластными чистой науке (вспомните уверенное заявление Иммануила Канта о том, что никогда не родится Ньютон травинки). Как одни виды происходят от других, более древних? Как синтезируются органические молекулы? Как образуются клеточные мембраны? Как сложные цепи реакций могут преодолевать барьеры свободной энергии? Как у молекул РНК развилась способность катализировать биохимические реакции? На эти вопросы мы уже ответили. Можно с очень высокой байесовской субъективной вероятностью утверждать, что эта череда успехов продолжится.

Такая точка зрения встречает сопротивление в определённых кругах, причём не только среди религиозных фундаменталистов. Идея о том, что жизнь может просто произойти от нежизни, далеко не очевидна. Подобное никогда не происходило на наших глазах, независимо от того, что там воображал себе Ян Баптиста ван Гельмонт. Современные организмы обескураживающе сложны и состоят из отдельных компонентов, которые на удивление хорошо взаимодействуют друг с другом. Сложно поверить, что всё это «просто произошло».

Фред Хойл, заслуженный британский астрофизик, известный тем, что упрямо не признавал модель Большого взрыва, пытался количественно описать эти затруднения. Он изучал конфигурацию атомов в такой биологической структуре, как клетка. Затем, позаимствовав такой ход у Людвига Больцмана, сравнивал общее число возможных комбинаций таких атомов с гораздо меньшим числом вариантов, при которых атомы могли бы образовать клетку. Перемножив ряд крошечных чисел, он сделал вывод о том, что вероятность «самосборки» жизни составляет примерно 1 к 10^{40 000}.

Хойл, имевший способность мастерски придумывать запоминающиеся метафоры, проиллюстрировал свою точку зрения знаменитой аналогией:

Вероятность того, что высшие формы жизни могли возникнуть этим путём, можно сравнить с вероятностью того, что торнадо, пронёсшийся по свалке, мог собрать Боинг-747 из находящихся там материалов.

Проблема в том, что хойловская трактовка возникновения жизни «этим путём» не имеет ничего общего с представлениями исследователей абиогенеза об этом процессе. Никто не считает, что первая клетка возникла в результате того, что фиксированный набор атомов многократно перегруппировался, пока наконец не стал напоминать по конфигурации живую клетку. В принципе, Хойл в очередной раз описывает сценарий с больцмановским мозгом: поистине, случайные флуктуации вместе порождают нечто сложное и организованное.

В реальном мире всё иначе. «Маловероятность», присущая низкоэнтропийным конфигурациям, вплетена в устройство Вселенной с самого начала, поскольку на момент Большого взрыва энтропия Вселенной была очень мала. Тот факт, что космос развивается именно из такого исходного состояния, а не проходит через более типичный равновесный ансамбль состояний, привносит в эволюцию Вселенной сильный фактор неслучайности. Возникновение клеток и метаболизма отражает развитие Вселенной в сторону возрастания энтропии, это не маловероятная случайность на фоне равновесия. Подобно язычкам сливок, смешивающихся с кофе, изумительная сложность живых организмов естественным образом следует из существования стрелы времени.

Мы значительно продвинулись в понимании того, что такое жизнь и как она возникла, причём есть все основания полагать, что прогресс не остановится, пока мы не ответим на все вопросы. Впереди нас ждёт работа, связанная с химией, физикой, математикой и биологией, но не с магией.