Хотя это может показаться современной фантазией, проект искусственного создания живого организма уже звучит в экспериментах древних алхимиков. Задолго до рождения современной химии врач и алхимик Парацельс в своем томе 1537 года “De Rerum Natura” описывает причудливую биохимическую процедуру получения того, что он назвал гомункулусом, синтетического организма с внешностью очень маленького человеческого существа. Процедура Парацельс предполагал использование определенных биологических компонентов, таких, как человеческая сперма, навоза и крови, которые, при воздействии на нее долгий процесс брожения, будет способствовать развитию эмбриона. Хотя сегодня этот тип оккультных операций может показаться абсурдным, результатом магических суеверий и, с точки зрения нашего современного взгляда, фундаментального непонимания того, как устроена жизнь, такие рассказы о древней науке часто содержат более глубокое и актуальное значение, чем может показаться. Алхимические знания были основаны на идее, что неорганическая материя, с которой алхимик сталкивался в своей лаборатории, была связана с душой человека через комплекс таинственных связей и что с помощью научных исследований можно было построить мост между хаосом неорганической материи и гармонией живого тела, посредством экспериментальной работы, в которой понималось, что химические превращения также отражают внутреннюю трансформацию алхимика, осуществляющего их.
За свою долгую историю химия никогда полностью не избавлялась от стремления найти способ вырваться из неодушевленного царства пыли и кристаллов в царство живого во всех его формах.
Я всегда был очарован оккультными истоками химии; я думаю, что, хотя они не всегда очевидны, современная химия все еще несет в себе эти древние влияния. Идея, столь дорогая алхимикам, о неразрывности между неорганическим и органическим миром, между мертвой и живой материей, была основой для развития современной химии и до сих пор влияет на многие наши технологии сегодня. Но в древних алхимических легендах, я полагаю, мы также находим символическое подтверждение идеи о том, что при химическом синтезе неорганическая материя и люди оказывают влияние друг на друга, создавая плодотворный союз, который позволяет создать нечто совершенно новое. Алхимические процедуры Парацельса, при всей их увлекательности, никогда бы не привели к какому-либо очевидному результату, и все же химия за свою долгую историю никогда полностью не избавлялась от стремления обнаружить, как прорваться из неодушевленного царства пыли и кристаллов в царство живого во всех его формах.
Когда Мэри Шелли впервые анонимно опубликовала “Франкенштейна” в 1818 году, современная наука находилась в очень щекотливом положении. Завеса, отделявшая живые организмы от неорганической материи, постепенно истончалась, приближая жизнь и смерть к опасной близости; все чаще между изучением биологических организмов и другими областями науки и техники устанавливалась определенная неожиданная преемственность. Мы знаем, что при написании своего романа Мэри Шелли вдохновлялась последними достижениями науки того времени. В 1790 году Луиджи Гальвани случайно заметил, что рассеченное тело лягушки сотрясалось от сильных мышечных спазмов, когда к нервам ее ног прикасались металлическим скальпелем с электростатическим зарядом. Гальвани почувствовал, что эта реакция должна была иметь какое-то отношение к чему-то, присущему биологическим организмам, силе, которую он назвал животным электричеством и которая, по словам ученого, передавалась от мозга к остальной части организма, чтобы вызвать движение.
Сегодня мы знаем, что “животное электричество”, наблюдаемое Гальвани, является результатом наличия разницы в электрическом потенциале между внутренней и внешней частями наших клеток, которая называется мембранным потенциалом, и является результатом избирательного прохождения ионов через клеточную мембрану. Гальвани, возможно, не имел ни малейшего представления о природе наблюдаемого им явления — само понятие электричества в то время было еще довольно неясным, а электрические явления объяснялись существованием “электрической жидкости”, протекающей через проводящие тела, — но он понимал, что реакция организма на электрический ток, должно быть, был связан с чем-то внутри самого тела. Эксперименты Гальвани прояснили и другой момент: сложное поведение жизни было не просто проблемой энергии. Недостаточно было обеспечить мертвое тело энергией в любой форме, такой как тепло или механическая энергия, чтобы оно ожило. Чтобы получить реакции, подобные поведению живого организма, требовалось нечто более конкретное: сообщение, выраженное на физико-химическом языке, которое ткани организма были способны “понять”. Эта специфика является неизбежной характеристикой живой материи: в отличие от жестких и пассивных тел, воображаемых классической физикой, которые просто передают энергию, сталкиваясь друг с другом, живые организмы, похоже, способны на нечто большее — трансформировать внешние раздражители в сложную реакцию.
Джованни Альдини, племянник Луиджи Гальвани, довел изучение животного электричества, которое он назвал гальванизмом, до крайности, применив открытие своего дяди к человеческим телам и продемонстрировав его чудесные эффекты в серии публичных демонстраций. В своей самой известной демонстрации, которая состоялась в Лондоне в 1803 году, Альдини применил серию ударов электрическим током к трупу казненного человека; человек начал оживать, сотрясаемый интенсивными мышечными сокращениями.
Целью Альдини было определить физическое происхождение этой жизненной силы, присутствующей во всех живых организмах, и контролировать ее до такой степени, чтобы пересечь границу между жизнью и смертью.
Цель Альдини состояла именно в том, чтобы определить физическое происхождение этой жизненной силы, присутствующей во всех живых организмах, и контролировать ее до такой степени, чтобы пересечь границу между жизнью и смертью. Известность демонстрации Альдини, несомненно, способствовала описанию Мэри Шелли пробуждения существа Виктора Франкенштейна, хотя в ее оригинальной истории нет и следа молнии или удара электрическим током: роль электричества в создании монстра, столь важная для последующих экранизаций произведения., на самом деле довольно маргинальна в романе. Наследие гальванизма в рассказе Мэри Шелли, напротив, в основном связано с фундаментальной идеей о том, что чудо жизни может стать доступным для научного исследования, и что сама жизнь не была чужда области технологического действия. Короче говоря, по-настоящему пугающим аспектом пересечения границы между живой и инертной материей была не столько перспектива оживления трупа, сколько страх обнаружить, что мы сами — всего лишь ожившие трупы, управляемые теми же силами, что и неорганическая материя, но каким-то образом живые.
Вопреки тому, что можно было бы ожидать, хотя детали процедуры создания никогда полностью не раскрываются читателю, в воображении Мэри Шелли создание монстра Франкенштейном больше похоже на процесс химического синтеза, чем на результат серии сильных электрических разрядов. Молодой Виктор Франкенштейн, не имеющий доступа к самым современным теориям натурфилософии, начинает свое самоучительное “научное” обучение, следуя по стопам магов и алхимиков эпохи Возрождения, таких как Парацельс и Корнелиус Агриппа. По прибытии в университет юный Франкенштейн, разочарованный суровостью современной науки, которая отвергает его мечты о величии, испытывает фатальное влечение к химии, единственной научной дисциплине, которая, кажется, способна выполнить чудесные обещания древних оккультных наук. Как говорит ему его профессор химии:
Древние учителя этой науки [...] обещали невозможное и ничего не выполнили. Современные мастера обещают очень мало; они знают, что металлы нельзя преобразовать и что эликсир жизни - это химера, но эти философы, чьи руки, кажется, созданы только для того, чтобы возиться с грязью, а глаза - для того, чтобы корпеть над микроскопом или тиглем, действительно творили чудеса. Они проникают в тайники природы и показывают, как она работает в своих тайниках. Они возносятся на небеса; они открыли, как циркулирует кровь, и природу воздуха, которым мы дышим. Они приобрели новые и почти неограниченные силы; они могут повелевать небесными раскатами, имитировать землетрясение и даже издеваться над невидимым миром с его собственными тенями.Эти роковые слова, которые приведут молодого Виктора по дороге к гибели, по-видимому, предполагают, что химия, несмотря на кажущуюся скромность ее методов, является единственной наукой, способной раскрыть секреты жизни и смерти преданному своему делу ученому. И действительно, на протяжении всей своей истории химия часто оказывалась на краю жизни, пытаясь понять характеристики, которыми должна обладать химическая система, чтобы считаться живой.
Как мы видели, изучение сложности показывает, что не существует жесткой границы между живой и неживой материей: разница между этими двумя состояниями материи заключается не в специфической природе их компонентов, а в различных способах, которыми одни и те же химические компоненты могут быть связаны с друг с другом. Более того, создание химических и нанотехнологических систем, способных к самоорганизации, показывает, что между почти полностью пассивным поведением камня (химическая структура которого, однако, все еще имеет определенную степень сложности) и поведением разумного животного, такого как человек, существует очень плотный спектр различных материальных структур, каждая из которых способна определенным образом взаимодействовать с окружающей ее реальностью. Жизнь — это прежде всего проблема организации, и с самого начала своей истории химия всегда была озабочена пониманием того, как материал соотносится сам с собой, спонтанно организуясь в невероятное разнообразие существующих естественных и искусственных структур. Даже если бы он дожил до наших дней, молодой Виктор Франкенштейн, вероятно, обнаружил бы, что изучение химии лучше всего отвечает его амбициям; возможно, однако, его монстр был бы не гигантским гуманоидом высотой в два с половиной метра, а микроскопическим организмом диаметром в несколько десятков нанометров, с гораздо более чуждым, если не менее угрожающим внешним видом.
Вскоре после публикации “Франкенштейна” в 1828 году был проведен один из самых известных экспериментов в истории химии. Изучая синтез цианата аммония из циановой кислоты и аммиака, Фридрих Велер наблюдал неожиданное выпадение в осадок белого кристаллического вещества, внешний вид которого отличался от неорганической соли, которую он ожидал получить. Велер идентифицировал это вещество как органическое соединение, известное как мочевина, молекула, естественным образом присутствующая в моче животных; он также отметил, что вещество, которое он пытался приготовить, и вещество, которое он получил, имели одинаковый элементарный состав, то есть оба они состояли из одних и тех же атомов, но расположены по-разному.
Это явление, известное в химии как изомерия, еще раз подчеркивает существенную важность структуры в определении поведения химического вещества: и здесь то, что отличает “минеральное” вещество от “биологического”, — это не само вещество, а его организация и структура. Сегодня эксперимент Велера вспоминают как один из решающих моментов в развитии современной химии, и его часто рассматривают как совпадающий с рождением современной органической химии как таковой: это был один из первых случаев, когда химическое соединение, спонтанно образующееся живыми организмами, было искусственно синтезировано в химической лаборатории из неорганические реагенты. До синтеза Велера прилагательное “органический” использовалось для обозначения только веществ, полученных из растений или животных; именно благодаря его эксперименту сегодня в химии это слово обозначает определенный класс химических соединений на основе углерода и теперь лишено какой-либо необходимой ассоциации с живыми организмами.
Начиная с эксперимента Велера, способность химии производить вещества, которые являются гибридными, то есть не являются ни полностью неорганическими, ни полностью живыми, поставила под сомнение жесткое разделение между жизнью и смертью, но также, и, возможно, что более важно, между жизнью и технологией. И эта неожиданная преемственность, выраженная в синтетическом подходе химии, проявляется также в том, как развитие химических наук повлияло на язык, который мы используем, чтобы говорить о материи.
Обычная терминология, которую мы использовали для того, чтобы отличать живой мир от неживого, всегда была проблематичной. Неживые материалы были определены как “неорганические”, “инертные”, “неодушевленные” или “неорганизованные”, но каждый из этих терминов в конечном счете оказался неадекватным для определения точных границ, где начинается жизнь: мы синтезировали органические материалы из неорганических веществ и обнаружили материалы, которые, хотя не живые, они способны двигаться, расти и запоминать. Химическая материя, будь то органическая или неорганическая, активна и динамична, способна формировать сложные организации в различных масштабах, эволюционировать и спонтанно изменять свою структуру в ответ на окружающую среду. По этой причине, вместо того чтобы рассматривать жизнь как экстраординарное явление, чудесное и чуждое всем другим формам поведения материи, химия предоставляет нам инструменты, позволяющие рассматривать жизнь как один из многих различных типов динамической организации, которые может принимать материя. В свете этих открытий все еще возможно дать определение жизни? Как мы можем очертить новые границы для категории, которая так неуловима, но так фундаментальна для нас?
Мы синтезировали органические материалы из неорганических веществ и открыли материалы, которые, хотя и не живые, способны двигаться, расти и запоминать.
Синтез мочевины, несомненно, является гораздо более скромным результатом, чем тот, который представлял себе амбициозный Виктор Франкенштейн: Эксперимент не привел к синтезу целого организма, он просто продемонстрировал, что определенные химические вещества, присутствующие в живых организмах, могут быть получены из неорганических компонентов. Однако результат Велера также можно рассматривать как первый шаг в долгом научном путешествии, которое все ближе и ближе подводило химию к оперативному пониманию живой материи.
В 1862 году Луи Пастер окончательно продемонстрировал невозможность самопроизвольного зарождения живых организмов из разлагающейся материи, окончательно положив конец глубоко укоренившемуся убеждению, которое сохранилось в истории научной мысли со времен Аристотеля. Таким образом, возник новый принцип: жизнь могла возникнуть только из другой жизни, она не могла возникнуть из неживой материи. Сошлись две противоположные тенденции: с одной стороны, органическая химия все более эффективно демонстрировала способность неорганической материи превращаться при соответствующих условиях в химические ингредиенты жизни; с другой стороны, биология теперь была убеждена, что жизнь невозможно создать ни при каких обстоятельствах, кроме как из уже существующего вещества.- сформировавшееся живое существо. Но тогда как вообще могла возникнуть жизнь на Земле?
Догма Пастера, хотя и была полезна для опровержения необоснованного суеверия о самопроизвольном зарождении определенных организмов, воздвигла новый барьер между неорганической материей и живой материей, которому было суждено постепенно разрушаться новыми научными теориями происхождения жизни. Идея о том, что жизнь возникла из небиологических химических компонентов, известна как абиогенез, и была выдвинута русским биологом Александром Ивановичем Опариным, который в своей книге 1924 года “Происхождение жизни” первым разработал теорию химической эволюции, т.е. идея о том, что жизнь возникла из все более сложных органических молекул. По словам Опарина, такой подход позволяет преодолеть как представление о том, что жизнь — это уникальное и невоспроизводимое явление, так и древнюю теорию самопроизвольного зарождения, уходящую корнями в витализм и одинаково нежизнеспособную в качестве объяснения происхождения жизни на Земле.
Следуя по стопам теорий Опарина, американский химик Стэнли Миллер под руководством своего профессора Гарольда Юри в 1953 году разработал важнейший эксперимент, целью которого было продемонстрировать, что абиогенез действительно возможен и что первобытная Земля могла создать соответствующие условия, в которых составляющие жизнь молекулы могли бы были спонтанно получены из набора неорганических ингредиентов.
Миллер разработал простое экспериментальное устройство, состоящее из колбы с кипящей водой, находящейся в контакте со специальной газовой смесью, состоящей из аммиака, метана и водорода, которая, согласно теориям Опарина и Юри, приблизительно соответствовала изначальной атмосфере, присутствовавшей на Земле в то время, когда впервые появилась жизнь. Затем внутри системы с помощью двух металлических электродов были произведены электрические разряды, похожие на удары молнии. Через неделю Миллер очистил полученный им водный раствор и подвергнул его грубому химическому анализу — и подтвердил, к своему собственному удивлению, что в нем содержится несколько аминокислот, основных химических ингредиентов живых организмов.
Помимо невероятной научной ценности его открытия, в эксперименте Миллера есть что—то романтическое — отголосок мифа 19-го века о мертвой материи, оживленной в первозданную ночь мира силой грома и молнии.
Источник: https://thereader.mitpress.mit.edu/artificial-lives-on-the-occult-origins-of-chemistry/
Laura Tripaldi is a PhD student in Materials Science and Nanotechnology at Università degli Studi di Milano-Bicocca. She is the author of “Parallel Minds,” from which this article is excerpted.