Физика и жизнь

Растения – по-прежнему неизменные спутники моей жизни, хотя сейчас я и живу в большом городе. Из кухни я могу наблюдать, как яркий солнечный свет падает на рассаду салата-латука, землянику и травы, растущие у меня на балконе. Солнечный свет, попадающий на деревянную обшивку, поглощается деревом, которое нагревается, и это тепло в итоге постепенно рассеивается через воздух и стены здания. Равновесие достигается довольно быстро, и на этом пути ничего особенного не происходит. Но солнечный свет, попадающий на листья кориандра, оказывается на небольшой химической фабрике. Вместо того чтобы преобразовываться непосредственно в тепло, он направляется на обслуживание процесса фотосинтеза. Растение использует солнечный свет, чтобы вывести молекулы из состояния равновесия, и поэтому приберегает энергию солнечного света для своих потребностей. Управляя простейшим путем назад к равновесию, механизм растения применяет эту энергию поэтапно, для создания молекул, которые ведут себя как химические батареи, а затем использует их для преобразования двуокиси углерода и воды в сахара. Это похоже на фантастически сложную систему каналов переноса энергии, содержащую множество ворот шлюзов, обходных маршрутов, водопадов и водяных колес, а поток энергии контролируется путем изменения скорости прохождения каждого участка. Вместо того чтобы продвигаться беспрепятственно вниз, энергию заставляют строить на этом пути сложные молекулы. Они не пребывают в равновесии, но растение может запасать их до тех пор, пока ему не понадобится их энергия, а потом направляет их туда, где они могут сделать следующий шаг в сторону равновесия, затем – следующий шаг и т. д. Пока солнечный свет попадает на листья кориандра, он поставляет энергию, поддерживающую эту фабрику в действии, постоянно выполняющей очередные шаги по направлению к равновесию каждый раз, когда впрыскивание энергии приводит в движение ворота шлюза. В конце концов, я съем кориандр, и это впрыснет энергию в мою систему. Я использую ее, чтобы вывести собственный организм из равновесия, и пока буду потреблять пищу, система не сможет за мной угнаться. Равновесие не будет достигнуто. Но я сама решаю, когда мне есть, а мой организм решает, когда использовать эту энергию, причем все это осуществляется путем управления воротами шлюза.

Размышляя над тем, что представляет собой жизнь на Земле, не перестаешь удивляться отсутствию единого определения того, что же это такое. Когда мы видим то или иное проявление жизни, мы это понимаем, но живой мир всегда готов предъявить нам какое-либо исключение из любого простого правила. Одно из определений гласит, что жизнь – это поддержание неравновесного состояния и использование этой ситуации для строительства сложных молекулярных фабрик, способных воспроизводить себя и развиваться. Жизнь – это то, что может управлять скоростью прохождения энергии по соответствующей системе, манипулируя этим потоком для самоподдержания. Ничто из пребывающего в равновесии не может быть живым. А это означает, что концепция неравновесности фундаментальна для двух величайших загадок нашего времени. Как зародилась жизнь? И есть ли она еще где-либо во Вселенной?

В настоящее время ученые полагают, что жизнь могла зародиться в морских расселинах 3,7 миллиарда лет тому назад. Внутри расселин находилась теплая щелочная вода. Снаружи океанская вода была более холодной и слабокислой. Когда они смешивались между собой на поверхности расселины, достигалось состояние равновесия. Складывается впечатление, что ранняя форма жизни, возможно, зародилась, остановившись на середине пути к равновесию и исполняя роль привратника. Поток в сторону равновесия был направлен на строительство первых биологических молекул. Эта первая застава могла впоследствии превратиться в клеточную мембрану – городскую стену вокруг каждой клетки, отделяющую ее внутреннюю часть, где протекает жизнь, от окружающего мира, где жизни нет. Первая клетка оказалась успешной, поскольку ей удалось сдержать равновесие и стать порталом в восхитительную сложность нашего живого мира. То же, наверное, справедливо и для других миров.