«Живое и неживое: В поисках определения жизни»: Почему сложно найти границу между двумя царствами

Живое как будто бы можно отличить от неживого, просто присмотревшись. Оно двигается, меняется по каким-то внутренним причинам и, в конце концов, размножается. Но как быть с животными, которые могут годами не подавать никаких признаков жизни, а потом «воскресать», как, например, тихоходки? А с вирусами, которых ученые не могут отнести ни к той, ни к другой категории? В книге «Живое и неживое: В поисках определения жизни» (издательство «Альпина нон-фикшн»), переведенной на русский язык Марией Елиферовой, научный журналист Карл Циммер рассказывает, как ученые искали и продолжают искать ответ на вопрос «что такое жизнь?» и почему непросто провести четкую границу между живым и неживым. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным существу, которое с виду может казаться мертвым и способно принимать решения, не обладая мозгом.

Решительная материя

Субаш Рэй выдвинул ящик стола и достал оттуда грязную бумажку. Она выглядела как клейкий листочек для заметок, который забрызгали кофе, оставили так на несколько дней, а затем бросили в стол вместо мусорной корзины. Но Рэй собирался показать с ней кое-какой фокус.

«Сейчас мы пробудим там жизнь», — сказал он. На круглом лице Рэя сидели квадратные очки. Он был одет в джинсы и рубашку-поло с вышитым на ней малюсеньким темным орлом. Говорил Субаш тихо — настолько тихо, что порой мне приходилось переспрашивать, когда он объяснял мне, что делает. Я приехал к Рэю и его коллегам в Ньюарк, точнее, в Технологический институт штата Нью-Джерси, где Рэй писал диссертацию, изучая эти пятна «кофе» и то, во что они превращаются.

Рэй вытянул руку и уцепил с одной из верхних полок банку агара — сухого экстракта из водорослей. Он поставил ее на сиденье лабораторного кресла, словно в тележку супермаркета. Туда же отправилась бумажка с пятнами, которую ради сохранности поместили в коробочку из особого стекла. Субаш также прихватил пару лабораторных стаканов и венчик для сбивания.

Нагрузив стул всем необходимым, Рэй покатил его в другое помещение лаборатории. Я проследовал за ним вместе с его научным руководителем — биологом Симоном Гарнье, рыжебородым французом, который носил толстовку с капюшоном и играл в европейский гандбол («это вроде водного поло, только на суше», как он безуспешно пытался объяснить одному озадаченному американцу).

Рэй подошел к раковине, налил воды в электрический чайник и включил его. Когда тот нагрелся, исследователь поставил на стол стакан и наполнил его горячей водой. Позвякивая венчиком, он размешал в стакане агар, а затем перелил раствор в пустую чашку Петри.

Как только агар застыл в виде ровного желе, Рэй взял пинцет, вытащил грязный листочек из коробочки и перенес его в чашку Петри. Затем он вдавил бумажку в агар и опрыскал водой.

Потом Рэй перекатил кресло от раковины в помещение без окон, где было жарко и парко, — в таких условиях любят расти многие живые организмы. Вдоль стен стояли столы, а на них — большие белые ящики. Рэй повернул ручку на передней стенке одного из таких ящиков и откинул ее, как дверцу. Внутри я разглядел пару металлических рельсов, на которые были установлены три направленные вниз камеры со вспышками. Рэй сунул чашку Петри с листочком в желе под одну из камер.

Гарнье сел за ноутбук и начал вводить команды. Вскоре ящик озарился белым светом, а затем сработала камера. После того как свет в ящике погаснет, а мы уйдем из лаборатории, камера будет фотографировать чашку каждые пять минут.

В тот вечер Гарнье пригласил меня поужинать вместе со своими коллегами-биологами. Мы шли по бульвару Рэймонд — улице, бурлящей человеческой жизнью и заполненной человеческими постройками: маленькими маникюрными салонами и огромными складами, пустыми зданиями в стиле ар-деко с табличками «Сдается» и автобусными остановками, на которых толпились пассажиры. Мы дошли до дорогого ресторана и расселись вокруг деревянного стола; там, перекрикивая шум, мы обсуждали живых существ, служивших темой исследования сидящих с нами биологов. Они говорили о нервной системе червя размером с запятую, о прозрачном теле рыбки данио рерио. А тем временем камеры в лаборатории Гарнье сверкали вспышками всю ночь напролет.

На следующее утро я вернулся в лабораторию в корпусе Сентрал Кинг, и мы снова пошли в помещение с фотокамерами. И заглянули в чашку. Грязные пятна исчезли, а на их месте оказалась лепешка лимонного цвета. Лепешка вышла за края бумажки и немножко распространилась по чашке. Гарньес улыбкой созерцал эту перемену.

«Ну вот, они живые, — сказал он. — Не очень подвижные, но живые».

Приглядевшись к лепешке, я увидел, что она представляет собой гущу щупалец-ниточек, которые разветвились, расползшись из центра чашки. На самом деле они не прекращали ползти и в то время, что я на них смотрел, — просто слишком медленно, чтобы мой мозг с его краткосрочным вниманием мог это воспринять.

Пробужденным к жизни существом оказался Physarum polycephalum, известный также как слизевик многоголовый. На улицах Ньюарка слизевика не встретишь, но стоит отъехать за город на несколько миль в природоохранную зону — в заповедники Игл-Рок или Грейт-Свомп, и в теплый и влажный летний день легко увидеть его золотистую сеточку на гниющем бревне или шляпке гриба. Да практически везде на планете, где растет лес, можно найти физарум или один из сотен других видов слизевиков. Их странный внешний вид порождает причудливые народные названия, к примеру «волчье молоко» или «собачья рвота».

Летом физарум растет, а к зиме дает споры. Они переживают холода, в то время как остальное тело слизевика отмирает и превращается в черную корочку. Весной споры снова прорастут. Но если этот цикл нарушает катастрофа — засуха или падение дерева, защищавшего лесную подстилку от слишком яркого света, слизевик принимает экстренные меры. Его тело полностью высыхает, превращаясь в серое ломкое образование — склероций. Склероций рассыпается на кусочки, и его сдувает ветром. Если такой кусочек упадет на влажный участок земли, он оживет. Исследователи слизевиков могут получить склероций, просто положив кусочек живого физарума на промокашку и высушив его. Его можно хранить неделями или месяцами. Если потом поместить склероций в чашку с агаром, то можно пробудить его к жизни.

Щелкая и вспыхивая всю ночь, камера покадрово отсняла движения такого слизевика. В ускоренном темпе, пригодном для человеческого восприятия, запись показывала, как пятно меняет цвет на золотистый, а затем распространяется за пределы бумажки и расползается по агару. Ближе к утру щупальца с противоположной стороны листочка тоже стали расползаться. Теперь слизевик превратился в расширяющийся диск.

Причиной его движения было не воздействие гравитации на пассивную материю. Слизевик расползался не так, как растекается капля воды. Он проявлял признаки жизни, используя собственные запасы энергии, собственные белки, логику, закодированную в собственных генах, — то же сочетание, которое встречается у всех живых существ, — чтобы принимать решения, как поступать дальше. Он обладал стремлением. Он охотился.

Аспиранты и молодые ученые, работавшие с Гарнье, составляли пеструю компанию. Некоторые уехали в Намибию надевать ошейники на павианов, чтобы отслеживать их передвижения и записывать их крики. Они исследовали, как павианы сохраняют компанию, обмениваясь информацией о своем местоположении. Еще один студент изучал в Панаме, как миллионы бродячих муравьев составляют из своих тел живое гнездо, а в нем и камеры, в которых может поселиться их царица. Говоря о принятии решений, мы представляем себе человеческий мозг — объемистый, весь в извилинах, подбирающий словесную форму для размышлений о будущем. Мозг муравья меньше нашего в десятки тысяч раз, и тем не менее муравьи способны строить жилище из собственных тел. Слизевики, у которых вовсе нет мозга, свели данное свойство живого — принимать решения — к еще более базовым действиям. «Мне очень нравится вся эта тема — ведь речь идет о самых истоках интеллекта», — сказал мне Гарнье.

В лесу слизевик питается бактериями и грибными спорами. Он тянет свои нити по бревнам и поверхности почвы, пока не найдет добычу. Заползая на жертву, физарум выделяет ферменты, разрушающие клетки, и поглощает продукты распада. По словам Гарнье, «это ползучий желудок».

Когда Рэй оживил для меня своего слизевика, тот начал искать пищу, но искать было нечего — еды не дали. Чтобы показать мне, как слизевик находит себе очередной обед, Субаш приступил к новому эксперименту. Он поместил на агар три бледных комочка овсянки, расположив их треугольником.

«Умеете варить кашу — сумеете и слизевиков выращивать», — сказал Рэй. Я огляделся и увидел на лабораторных полках ряды банок с овсяными хлопьями Quaker Oats. Квакеры смотрели на ученых свысока, сияя жизнерадостными улыбками колониального периода. «Они предпочитают старые марки», — сказал Гарнье.

«Они» подразумевало слизевиков. Точнее, они предпочитают бактерий, растущих на старых марках хлопьев^*. Еда стерильной не бывает.

Рэй перенес каплю живого физарума в середину чашки Петри. Слизевик не видел комочков каши. Но он ощущал сахара и другие молекулы, распространявшиеся от пищи по агару. Как только нити слизевика потянулись в стороны, белки на их поверхности уловили сигналы от еды. Затем слизевик воспользовался набором простых правил поиска пищи.

Перемещаясь, каждая нить сравнивала концентрацию молекул в различных точках своей траектории. Если концентрация падала, слизевик больше не вытягивал нити-щупальца в этом направлении. Если она росла, он целеустремленно продолжал поиски. Через несколько часов после того, как Рэй оставил слизевика посреди чашки, его нити добрались до всех трех комочков. Они оплели овсянку, которая из серой стала золотистой.

Слизевики не обладают мозгом, посылающим команды, поэтому, изучая их, нам удалось узнать, что способность живого принимать решения может возникнуть просто вследствие законов биохимии. Ученые открыли целый свод изящных правил, обеспечивающих слизевикам успех. Чтобы показать мне даже более удивительную способность физарума, Рэй воспроизвел эксперимент, который в 2012 г. поставил один из бывших учеников Гарнье. Он загнал слизевика в тупик.

Соорудить засаду было достаточно просто. Ножницами Рэй вырезал из ацетатной пленки кусочек вот такой формы с четкими углами: |_|. И поместил его в чашку. Слизевики умеют расползаться только по влажным поверхностям, а значит, сухая ацетатная пленка так же непреодолима для них, как высокая кирпичная стена.

Затем Рэй поместил физарума у открытого конца ловушки. На противоположную сторону чашки он капнул раствором сахара. Приманку отделяла от слизевика преграда из ацетатной пленки, но сироп протекал под ней, разливаясь по всему агару, дразня слизевика своим ароматом, заманивая его в ловушку.

На следующий день, когда мы пришли навестить физарума, он уже выбрался из тупика. Просматривая отснятое за ночь видео, я чувствовал себя надзирателем, расследующим побег заключенного из тюрьмы. Слизевик заполз по сахарному следу в ловушку и наткнулся на ацетатную преграду. Но отнюдь не бросил поиски. Он выпустил нити в обе стороны. Ответвления слева в конце концов добрались до края преграды и обогнули его, покинув ловушку, — после чего потянулись вдоль внешней стороны ацетатной пленки, устремившись к сахару.

Слизевики умудряются выбираться из подобных тупиков, используя память, для которой не нужен мозг. Они постоянно выпускают пытливые нити-щупальца, и те, которые не чувствуют усиления пищевых сигналов, втягиваются обратно. Отступая, щупальца оставляют за собой слизистую пленку. Слизевик улавливает собственные следы и направляет новые ответвления подальше от них. Эта внешняя память позволяет физаруму искать обходные пути в своем стремлении к сахару. Вместо того чтобы биться своим многоголовым телом об ацетатную стену, он выбирается из тупика и исследует новые пути к пище. Нам для запоминания нужен мозг, но у слизевика нет этого органа. Он хранит запись своего опыта во внешнем мире.

Подробнее читайте:
Циммер, К. Живое и неживое: В поисках определения жизни / Карл Циммер ; Пер. с англ. [Марии Елиферовой] — М.: Альпина нон-фикшн, 2022. — 370 с.