Математика космоса. Как современная наука расшифровывает Вселенную - Йен Стюарт

В строении любого конкретного инопланетного существа обязательно будет множество парохиалей. Если его строение сложилось разумно, организм может походить на какую-то реальную форму жизни, обитающую где-то в сходной среде. Соответствующие универсали у него будут. Но шансов на то, что все конкретные парохиали обнаружатся у одного реального существа, немного. Придумайте бабочку с красивыми разноцветными крылышками, изящными антеннами, разными пятнышками на теле… А теперь пойдите и найдите настоящую бабочку, которая была бы в точности такой, как вы нарисовали. Как бы не так.

Поскольку мы обсуждаем перспективы инопланетной жизни, представляется разумным спросить себя, что мы готовы считать «жизнью». Дав «жизни» слишком узкое описание, мы рискуем на основании каких-то парохиальных качеств исключить из этой категории какие-то сущности высокой сложности, которые, очевидно, должны считаться живыми. Чтобы избежать такой опасности, нам следует придерживаться универсалей. В частности, землеподобная химия — это, вероятно, парохиаль. Эксперименты показывают, что возможны бесчисленные жизнеспособные варианты знакомой нам системы ДНК/аминокислоты/белки. Если бы мы вдруг повстречали инопланетян, цивилизация которых вышла в космос, но в организме которых нет ДНК, было бы глупо настаивать на том, что они не живые.

Я употребил по отношению к жизни слово «описание», а не «определение», потому что неясно, имеет ли смысл определять жизнь. В этом вопросе слишком много серых зон, и из любой формулировки, вероятно, найдутся исключения. Скажем, пламя обладает многими характеристиками жизни, включая и способность к воспроизведению, но мы же не станем считать пламя живым. А вирусы — живые они или нет? Ошибкой было бы воображать, что существует какая-то штука, которую мы называем жизнью, и нам необходимо лишь разобраться, что это за штука. Жизнь — это концепция, которую наш мозг извлек из сложности окружающего мира и считает важной. А нам предстоит выбрать, что это слово означает.

Сегодняшние биологи в большинстве своем изучали в процессе подготовки молекулярную биологию, и теперь они рефлекторно мыслят в категориях органических (основанных на углероде) молекул. Они приложили массу усилий и необычайную изобретательность, чтобы понять, как работает жизнь на нашей планете, поэтому вряд ли стоит удивляться, если образ инопланетной жизни, сложившийся в их головах, подозрительно похож на жизнь здешнюю. Математики и физики склонны мыслить структурно. С этой позиции главное, что характеризует жизнь, даже на этой планете, — это не то, из чего она сделана. Это как она ведет себя.

Одно из самых общих описаний «жизни» придумал Стюарт Кауфман, один из основателей теории сложности. Он, кстати, использовал другое словосочетание: автономный агент. Это «нечто, способное как воспроизвести себя, так и реализовать по крайней мере один термодинамический рабочий цикл». Как и во всех остальных случаях, это попытка ухватить те ключевые черты, что отличают живые организмы от всего остального. Результат неплох. Главное в нем — поведение, а не ингредиенты. Он избегает определения жизни с упором на ее весьма размытые границы, а скорее пытается отразить ее замечательные отличия от большинства остальных систем.

Если бы мы обнаружили на чужой планете нечто, что вело бы себя как компьютерная программа, мы не стали бы объявлять это нечто формой инопланетной жизни. Мы отправились бы на поиски существа, написавшего эту программу. Но если бы мы нашли там нечто, что удовлетворяло бы условиям Кауфмана, мне кажется, мы, вероятно, сочли бы его живым.

* * *

Конкретный пример.

Некоторое время назад мы с Джеком Коэном разработали для одного музейного проекта четыре варианта инопланетной среды. Моделью для самого экзотического из них — мы назвали его Nimbus — в основных чертах стал Титан. Оригинальное описание его содержит гораздо больше подробностей, таких как эволюционная история и социальная структура.

Nimbus, каким мы себе его вообразили, — это экзолуна с плотной атмосферой из метана и аммиака. Толстый слой облаков делает поверхность очень хмурой. Жизнь на Nimbus основана на кремнеметаллической химии, в которой вкрапления атомов металлов позволяют кремнию образовывать скелетную основу больших, сложных молекул. Металлы появляются при падении метеоритов. Среди ранних форм жизни на такой планете могли бы возникнуть металлоидные пленки из тонких волокон, несущих слабые электрические токи. Они могли бы перемещаться, выпуская вперед длинные усики. Небольшие сети таких усиков могли выполнять простые вычисления и эволюционировали в сторону усложнения. Эти примитивные существа (в нашем примере) вымерли полмиллиарда лет назад, но оставили после себя электронную экосистему, основанную на кремнии.

Сегодня самые поразительные видимые особенности (придуманной нами) планеты — сказочные замки, замысловатые системы примерно концентрических кремнеметаллических стен, удерживающих внутри себя этановые/метановые озера. Эти озера служат благоприятной средой для чешуек — электронных существ, развившихся на базе прежних пленок. Чешуйки представляют собой тонкие плоские осколки кремниевой породы, покрытые кремнеметаллическими электронными схемами. Они участвуют в сложной эволюционной гонке, в которой захватывают схемы других чешуек. Время от времени возникают новые схемы, которые лучше справляются с этой задачей. К настоящему моменту они прекрасно умеют это делать. Основу их размножения составляет матричное копирование. Подвижная чешуйка наносит химический образ своей схемы на чистый камень. Этот образ служит шаблоном для выращивания зеркальной копии схемы. Затем копия отщепляется от камня. Ошибки копирования служат аналогом мутаций; захват схем ведет к рекомбинации элементов и дает некоторым чешуйкам конкурентные преимущества в плане выживания.

Когда люди открыли Nimbus, некоторые чешуйки начинали переходить к объемным схемам. Они уже стали «фоннейманами» и воспроизводились новым способом. Около 1950 года математик Джон фон Нейман ввел понятие клеточного автомата (простой тип математической компьютерной игры), чтобы доказать, что самовоспроизводящиеся машины в принципе возможны. Такой автомат включает в себя три компоненты: исходные данные, копировщик и строитель. Строитель выполняет зашифрованные в данных инструкции и создает таким образом новый строитель и новый копировщик. После этого новый копировщик копирует старые данные, и мы получаем вторую их копию. Схема фоннеймана на Нимбусе тоже подразделяется на три участка: данные, копировщик и строитель. Строитель умеет строить схемы, предписанные данными. Копировщик — это просто копировщик. Эта способность у него развилась совместно с репродуктивной системой трех полов. Один родитель наносит на голый камень копию своей схемы-строителя. Позже другой родитель, проходя, замечает на камне схему и добавляет к ней копию своего копировщика. Наконец, третий родитель добавляет ко всему копию своих данных. Все, теперь новый фоннейман может отщепляться от камня.

«Насколько же отличается, насколько сильно все это отличается от частной жизни нашей дорогой королевы» — как сказала однажды, говорят, одна из фрейлин королевы Виктории на представлении «Клеопатры» с Сарой Бернар в главной роли. Ни кислорода, ни воды, ни углерода, ни обитаемой зоны, ни генетики, три пола… Достаточно сложная система, чтобы считать ее формой жизни, хотя и весьма необычной, к тому же способная эволюционировать при помощи естественного отбора. Тем не менее основные ее черты вполне реалистичны с научной точки зрения.