Брайан Грин - До конца времен. Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной

Я изложил здесь эти подробности по двум причинам. Во-первых, наглядное представление кода делает концепцию клеточного программного обеспечения более явной. Имея сегмент ДНК, мы можем считать инструкции, которые управляют внутренней деятельностью клетки и организуют сложнейшую координацию, которая полностью отсутствует у неодушевленной материи. Во-вторых, наглядное представление кода помогает понять, что имеют в виду биологи, когда называют этот код универсальным. Каждая молекула ДНК, принадлежащая хоть морской водоросли, хоть Софоклу, кодирует информацию, необходимую для строительства белков, одинаковым способом.

Это и есть единство информации.

Как паровая машина нуждается в постоянном снабжении энергией, чтобы раз за разом выталкивать поршень, так и жизнь требует постоянного снабжения энергией, чтобы выполнять необходимые функции, от роста и ремонта до движения и размножения. Для паровой машины мы извлекаем энергию из окружающей среды. Мы сжигаем уголь, дерево или какое-то другое топливо, и полученная теплота поглощается внутренним механизмом машины, заставляя пар расширяться. Живые существа также извлекают энергию из окружающей среды. Животные извлекают ее из пищи, растения — из солнечного света. Но, в отличие от паровой машины, жизнь не обязательно использует эту энергию сразу же, на месте. Жизненные процессы сложнее расширения и сжатия пара, и потому им необходима более совершенная система доставки и распределения энергии. Жизнь нуждается в том, чтобы энергию сжигаемого ею топлива можно было запасать и выдавать надежно и регулярно по мере того, как у составляющих клетки появляется в ней нужда.

Все живое решает проблему извлечения и распределения энергии одинаково30.

Универсальное решение, которое выработала жизнь (сложную цепочку процессов, происходящих прямо сейчас внутри вас и меня — и, насколько нам известно, всего остального, что живет), можно отнести к числу самых поразительных достижений природы. Жизнь извлекает энергию из окружающей среды посредством своеобразного медленного химического горения и запасает эту энергию впрок, заряжая встроенные во все клетки биологические аккумуляторы. Затем эти клеточные батареи обеспечивают стабильный источник электричества, которое клетки используют для синтеза молекул, специально предназначенных для переноса и доставки энергии к каждому компоненту клетки.

Такая система может казаться сложной. Она и в самом деле сложна. Но при этом жизненно необходима. Поэтому давайте коротко опишем ее. Если вы чего-то не поймете, ничего страшного. Даже беглый взгляд позволит увидеть те чудесные средства, при помощи которых жизнь обеспечивает функционирование своих механизмов.

Химическое горение, играющее центральную роль в переработке жизнью энергии, называется окислительно-восстановительной реакцией. Не самое заманчивое название, но архетипический пример — горящее полено — помогает немного его прояснить. Когда полено горит, углерод и водород древесины отдают электроны кислороду воздуха (вы же помните, кислород всегда жаждет электронов), связывая атомы кислорода в молекулы воды и двуокиси углерода и высвобождая при этом энергию (именно поэтому огонь горячий). Когда кислород хватает электроны, мы говорим, что он восстанавливается. Когда углерод или водород отдают электроны кислороду, мы говорим, что они окисляются. Вместе получается окислительно-восстановительная реакция или, для краткости, ОВР.

В настоящее время ученые используют термин ОВР в более широком смысле, имея в виду множество реакций, в которых электроны передаются между химическими соединениями, независимо от того, задействован ли в реакции кислород. И все же пылающее полено дает нам общую схему для описания химического горения. Ненасытные атомы, отягощенные частично заполненными уровнями, хватают электроны атомов-доноров такой мощной хваткой, что в ходе этого процесса выделяется значительная скрытая энергия.

В живых клетках — для определенности сосредоточимся на животных — имеют место аналогичные ОВР, но, что важно, электроны, сорванные с атомов, которые вы переварили за завтраком, не передаются сразу кислороду. Если бы они передавались сразу, то высвободившаяся энергия породила бы что-то вроде клеточного пламени, — а природа знает, что такого исхода лучше избегать. Вместо этого электроны, отданные пищей, проходят через серию промежуточных ОВР — промежуточных пунктов на трассе, которая в конечном итоге завершается кислородом, но позволяет энергии высвобождаться на каждом этапе небольшими порциями. Как мяч на трибуне стадиона прыгает вниз по ступенькам, электроны прыгают от одной принимающей молекулы к другой, причем каждая следующая — более жадная до электронов, и это гарантирует, что каждый прыжок сопровождается высвобождением энергии. Кислород — самый жадный рецептор — поджидает электрон у подножия лестницы, и когда тот наконец появляется, кислород крепко обнимает его, выжимая остатки энергии, которую электрон еще может отдать, и завершая таким образом процесс извлечения энергии.