Что такое жизнь? Понять биологию за пять простых шагов

По большому счету жизнь появляется в результате относительно несложных и хорошо известных реакций химического сцепления и отталкивания, создания и разрыва молекулярных связей. Тем или иным образом эти основополагающие процессы, действующие en masse в миниатюрном молекулярном масштабе, объединяются, чтобы создать бактерии, которые умеют плавать, лишайники, растущие на скалах, цветы, за которыми мы ухаживаем у себя в саду, порхающих бабочек, вас и меня, способных написать и прочесть эти страницы. Представление о том, что клетки и, следовательно, живые организмы удивительно многосложны, но доступны для понимания как химические и физические машины, сегодня общепринято, когда мы размышляем о жизни. Сейчас, основываясь на таком подходе, биологи стараются охарактеризовать и каталогизировать все составляющие этих поразительно сложных живых механизмов. Чтобы этого добиться, в нашем распоряжении теперь имеются высокоэффективные технологии, позволяющие глубоко изучать чрезвычайную многогранность живых клеток. Можно взять клетку или группу клеток, секвенировать все содержащиеся там молекулы ДНК и РНК, идентифицировать и подсчитать тысячи разных видов присутствующих в них белков. Можно также описать во всех подробностях все встречающиеся в клетках жиры, сахара и другие молекулы. Эти технологии неимоверно расширяют диапазон восприятия, наделяя нас новым и всесторонним представлением о невидимой и постоянно изменчивой компоновке клеток.

Открытие новых перспектив влечет за собой и новые вызовы. Как выразился Сидней Бреннер: «Мы тонем в данных, но томимы жаждой знаний». Его заботило то, что слишком многие биологи тратят массу времени на регистрацию и детальное описание живой химии, не всегда полностью понимая, что все это значит. Главное, что необходимо для превращения всех этих данных в полезное знание, – это понимание того, как живые существа обрабатывают информацию.

Это пятая из великих биологических идей, и сейчас мы к ней приступим.

5 Жизнь как информация Единое целое

Что заставило ту желтую бабочку решиться залететь в сад моего детства в то давно минувшее лето? Голод, поиск места для кладки яиц или бегство от охотящейся птицы? Или просто отклик на врожденную потребность исследовать мир? Естественно, мне неизвестно, почему бабочка так себя вела, но могу сказать, что она вступала в общение с окружающим миром и потом начинала действовать. И для этого ей нужно было обрабатывать информацию.

Информация занимает центральное положение в существовании бабочки да и всей жизни в целом. Чтобы живые организмы могли эффективно действовать как сложные, организованные системы, им нужно постоянно собирать и использовать информацию о внешнем мире, в котором они живут, и о своем внутреннем состоянии. Когда эти миры – внешний или внутренний – изменяются, организмам нужны способы, чтобы обнаружить изменения и отреагировать на них. Если они этого не сделают, их будущее может оказаться весьма недолгим.

Как сказанное относится к бабочке? Пока она тут летала, ее восприятие выстраивало детальную картину сада. Ее глаза улавливали свет; ее антенны брали пробы молекул разных химических веществ рядом с ней, а ее волоски следили за колебаниями воздуха. В сумме она собирала массу информации о саде, где я находился. Затем она обобщила все эти различные сведения, преобразуя их в полезные знания для последующих действий. К этим знаниям могли относиться обнаружение птичьей тени или назойливо любопытного ребенка или узнавание запаха цветочного нектара. Следствием была упорядоченная последовательность взмахов крыльев, чтобы скрыться от птицы или сесть на цветок для кормления. Бабочка комбинировала сведения из множественных и различных источников информации и пользовалась ими для принятия решений со взвешенными последствиями, решающими для ее будущего.

Зависимость живых существ от информации тесно связана с целеустремленностью. Информация, которую собирала бабочка, имела некий смысл. Она использовалась бабочкой, чтобы помочь ей решить, что нужно сделать далее, чтобы достичь определенной цели. Это значит, бабочка действовала целенаправленно.

Биология – область науки, где часто есть смысл говорить о цели. В противоположность этому в физических науках странно спрашивать о цели реки, кометы или гравитационной волны. Но есть смысл спрашивать о цели гена cdc2 в дрожжах или полета бабочки. Все живые организмы поддерживают и организуют свое существование, растут и воспроизводят себя. Такое целевое поведение развилось, потому что оно повышает шансы живых существ достичь своей главнейшей цели, а именно продления существования себя и своего потомства.