Кто мечтает о мышьяке

В 2010 году группа ученых из НАСА, объявила о поразительном открытии. Они утверждали, что нашли штамм микробов, обитающих в глубинах озера Моно в Калифорнии, которые могли потреблять мышьяк вместо фосфора.

Это было неожиданностью. Фосфор является одним из основных строительных блоков жизни наряду с углеродом, кислородом, водородом, азотом и серой. Мышьяк, с другой стороны, обычно токсичен: не только для людей, для которых он уже давно используется как яд, но и для всех известных живых существ.

Мышьяк расположен чуть ниже фосфора в периодической таблице, и эти два элемента имеют много общих химических свойств. Именно поэтому мышьяк так смертелен: фосфор имеет решающее значение для молекулярной структуры ДНК, он также является ключевым компонентом АТФ (аденозинтрифосфата), который живые клетки используют для хранения энергии, и когда мышьяк попадает в клетку, он занимает те же химические места, которые обычно занимает фосфор. Результат фатален: АТФ перестает функционировать, поэтому организм больше не может потреблять энергию. ДНК испытывает стресс и подвергается канцерогенным мутациям.

Воды озера Моно богаты мышьяком и бедны фосфором. Ученые из НАСА утверждали, что обнаруженные ими бактерии GFAJ-1, обитающие в глубинах озера, развили способность использовать атомы мышьяка в своей ДНК в качестве функциональной замены фосфора, поскольку последний был малодоступен. Открытие, казалось, переписало и расширило правила жизни, сделав возможными совершенно новые версии основных биохимических процессов. GFAJ-1 на самом деле не была внеземной жизнью, но она дала ключ к пониманию того, как такая жизнь может развиваться в экологических условиях, сильно отличающихся от тех, которые мы наблюдаем на Земле. Неудивительно, что НАСА финансировало это исследование.

Но увы, открытие ученых НАСА вскоре было опровергнуто. На самом деле исследователи не исследовали ДНК GFAJ-1; им просто удалось вырастить бактерии в лаборатории, в тяжело загрязненных мышьяком и (как они ошибочно думали) лишенных фосфора условиях. Но когда другие ученые проанализировали ДНК GFAJ-1, они обнаружили, что она основана на фосфоре, как и у всех других известных организмов. Между тем, дальнейшие тесты показали, что бактерии на самом деле все еще способны получать по крайней мере некоторое количество фосфора из окружающей их озерной среды, и что фосфор не был полностью исключен даже в лабораторных исследованиях.

Но все это не означает, что первое исследование было бесполезным. На самом деле ученые НАСА обнаружили кое-что весьма интересное, но противоречащее их исходной гипотезе. Оказывается, бактерии GFAJ-1 обладают гораздо большей устойчивостью к отравлению мышьяком, чем другие организмы. Они далеки от того, чтобы использовать атомы мышьяка в своем метаболизме, но они выработали механизм, блокирующий эти атомы от вмешательства в текущие жизненные процессы клетки. В качестве адаптации к жизни в среде с высоким содержанием мышьяка они нашли способ изолировать мышьяк, чтобы он не причинит им вреда. GFAJ-1 не предоставляет никаких сведений о внеземной жизни, но может помочь нам справиться с деградацией окружающей среды и токсичным загрязнением.

История про якобы обожающих мышьяк бактерий служит примером того, как должна работать наука. Ученые обнаруживают феномен, не укладывающийся в ранее принятые парадигмы. Они строят гипотезу, которая может помочь объяснить новое явление, и которая становится основой для дальнейшей проверки. Новые эксперименты дают результаты, которые либо подтверждают первоначальную гипотезу, либо опровергают ее. Но последний исход нельзя считать неудачным. В обоих случаях мы узнаем что-то новое о мире и открываем новые направления для дальнейших исследований.

Частично здесь дело в том, что наука — это гораздо больше, чем просто пассивный процесс открытий или сбор фактов, которые просто «где-то есть». Скорее, наука должна активно подходить к вещам и процессам в мире. Она должна исследовать и провоцировать появление чего-то, что иначе не открылись бы нам. Она должна каким-то образом заставить эти явления отвечать на наши вопросы, давая нам полные и последовательные ответы. Все это необходимо именно потому, что вещи в мире не обрезаны по нашим меркам. У них нет причин подчиняться нашим предположениям или подпадать под какие-либо категории, которые мы пытаемся им навязать.

Современный эмпирический научный метод иногда описывают как процесс «пытки природы с целью раскрытия ее секретов» — фразу, которую часто ошибочно приписывают Фрэнсису Бэкону. Но гораздо лучший вариант — вариант, предложенный Бруно Латуром и Изабель Стенгерс, которые говорят, что ученые работают, договариваясь с нечеловеческими существами и заключая с ними союзы. Ученые немного узнают, если будут рассматривать интересующие их вещи как немые и инертные объекты, подлежащие анализу. Но они добиваются большего успеха, когда каким-то образом могут сотрудничать с теми самыми сущностями, которые стремятся наблюдать и объяснять.

Альфред Норт Уайтхед, главный вдохновитель как Латура, так и Стенгерс, отмечает, что если бы «жесткий… бэконовский метод индукции» «последовательно применялся», он «оставил бы науку там, где он ее нашел». Ничего нового никогда бы не открылось. Уайтхед настаивает на том, что науке нужны не только эмпирические наблюдения и индукция, но и «игра воображения, контролируемая требованиями связности и логики». Другими словами, в научном исследовании всегда необходима определенная степень спекуляции. Эту спекуляцию нужно каким-то образом «контролировать»: она не может быть совершенно произвольной и неограниченной, но без спекуляций наука застревает в колее. Она не может выйти за пределы данных, непосредственных фактов, чтобы дать правдоподобное объяснение этим фактам.

Спекулятивный процесс, описанный Уайтхедом, примерно похож на то, что Чарльз Сандерс Пирс называет «абдукцией», т.е. похищением. Для Пирса абдукция противопоставляется и дополняет как дедукцию, так и индукцию. Дедукция начинается с уже заданных условий и прослеживает цепочку логических следствий из этих условий. Индукция, со своей стороны, обобщает на основе уже данного набора частных наблюдений. Согласно Пирсу, ни дедукция, ни индукция не могут предложить ничего нового. Абдукция, напротив, совершает своего рода прыжок в новизну. Она сдвигает регистры, предлагая более высокого уровня объяснение для обстоятельств, с которыми связано исследование. Ученые из НАСА как раз работали методом абдукции, когда они предположили, что бактерии GFAJ-1 смогли выжить в озере Моно, потому что они нашли способ заменить фосфор мышьяком. В данном случае ученые ошиблись. Но главный урок здесь заключается в том, что мы никогда не можем обойтись без абдукций или спекуляций. Науку часто хвалят за присутствие — в отличие от других человеческих дисциплин — внутреннего механизма самокоррекции. Но, не занимаясь абдукцией или спекуляциями, науке изначально самой нечего было бы исправлять.

Поскольку она требует полета спекулятивного воображения, а также сотрудничества между многими отдельными сущностями, наука никогда не может быть ни чисто человеческой, ни чисто рациональной. Именно поэтому так глубоко ошибочны попытки поставить науку на пьедестал, радикально отделив ее от других форм мысли и деятельности. Такие философы, как Уилфрид Селларс, Роберт Брэндом и Рэй Брассье, стремились радикально отличить разум, связанный с рациональными процедурами установления истины, от того, что Брэндом пренебрежительно называет «просто животным рассудком». Но на самом деле эмпирическая наука и рациональный дискурс в значительной степени связаны с другими способами восприятия, представления и взаимодействия с миром. К ним относятся искусство, миф, религия и нарратив, а также нечеловеческие способы выводов, которые демонстрируют другие виды организмов.

В частности, мы должны помнить о глубоких животных корнях научных экспериментов и открытий. Как отмечает биолог Бьорн Брембс, недавно в нейронауке произошел крупный сдвиг в парадигме: «резкий сдвиг в подходах от ввода/вывода к выводу/вводу». Согласно старой парадигме животные попросту пассивно реагируют на поступающие раздражители. Но скорее, как стало ясно, животные являются активными тестировщиками реальности. Они проявляют формы спонтанного поведения, чтобы различными способами исследовать окружающую среду. И впоследствии они изменяют свое собственное поведение на основе обратной связи, которую они получают со стороны окружающей их среды.

Иными словами, мы не можем объяснить, как ведут себя животные, не приписывая им внутренних психических состояний. Даже такие животные, как плодовые мушки (которые и находились в центре внимания Брембса), у которых крошечный мозг, активно сравнивают фактические результаты своего тестирования реальности с тем, что можно назвать только их предварительными ожиданиями. Иными словами, животные постоянно, каждый по-своему, вовлечены в процессы спекулятивной экстраполяции и экспериментирования. Когда ученые проводят эксперименты и разрабатывают теории, активно запрашивая ответы у мира, они делают в основном то же самое, что и эти плодовые мушки, хотя и гораздо более изощренным образом и на более высоком и более рефлексивном метауровне.

Но для людей спекулятивная экстраполяция является не только научным методом. Это также то, чем занимается искусство в целом и чем занимается научная фантастика в частности. Вот Джоан Слончевски — выдающийся микробиолог и уважаемый писатель-фантаст. Ее роман «Чума мозга» был опубликован в 2000 году, задолго до открытия бактерий GFAJ-1 в озере Моно. Но в «Чуме мозга» уже есть микробы, использующие мышьяк вместо фосфора. В романе эти бактерии эволюционировали на другой планете, которая намного богаче мышьяком, чем наша. Они также демонстрируют интеллект человеческого уровня; по сути, каждый отдельный микроб представляет собой биологический нанокомпьютер. Мыслительные процессы микробов опосредованы химическими реакциями, мало чем отличающимися от реакций наших собственных нейротрансмиттеров.

Сюжет «Чумы мозга» сосредоточен вокруг непростых отношений между людьми и этими крошечными формами жизни, живущими за счет мышьяка. Микробы мигрировали со своей родной планеты и занялись новым образом жизни в качестве человеческих комменсалов. Они заселяют субарахноидальное пространство на периферии человеческого мозга. У микробов есть свои социально-политические институты и порядки; они также могут при помощи языка общаться со своими хозяевами-людьми. Отношения между двумя видами варьируются от полноценного симбиоза до откровенного паразитизма. Некоторые микробные сообщества почитают своих человеческих хозяев как богов, молятся им и подчиняются всем их командам. Другие порабощают своих хозяев-людей, манипулируя их поведением с помощью тщательно модулированного синаптического выброса дофамина. Между этими крайностями существуют различные варианты как сотрудничества, так и конфликта. В лучшем случае микробы действуют как «усилители мозга», радикально повышая творческие способности и интеллект своих хозяев-людей в обмен на защиту и прокорм.

Подобно тому, как сделки между людьми опосредованы деньгами, все сделки между микробами и их человеческими носителями опосредованы мышьяком. Это связано с тем, что мышьяк является единственным элементом, который абсолютно необходим микробам для выживания, но который они не могут извлечь непосредственно из человеческого мозга, в котором они обитают. Люди-хозяева вознаграждают своих микробов за послушание и предлагают пищу, содержащую мышьяк. Но есть, с другой стороны, и порабощенные микробами люди, в основном наркоманы, жертвующие всем остальным, чтобы получить мышьяк для своих все более прожорливых паразитов.

Таким образом, спекулятивная фантастика Слончевской представляет собой мир, в котором микробы, которые не могут жить без мышьяка, не только существуют, но и играют важную роль. Подобное представление отнюдь не утопично. В ходе изменчивых отношений между людьми и микробами многое зачастую идет не так, и это подробно описано в романе. Тем не менее, здесь есть чему поучиться. Даже такой опасный яд, как мышьяк, может играть положительную роль в окружающей среде. Каждый биоэнергетический процесс производит свою долю потенциально токсичных отходов. Но отходы одного организма часто служат пищей для другого. И этот общий земной цикл далеко неравновесной передачи энергии в конечном итоге подпитывается Солнцем (а в научной фантастике и другими звездами). В этом смысле даже антропоцен — эпоха антропогенного изменения климата — касается не только нас. Он также включает в себя огромное количество нечеловеческих акторов, как живых, так и неживых, с которыми мы разделяем жизнь на этой планете. И практика спекулятивной экстраполяции в формах как науки, так и искусства по-прежнему имеет решающее значение, если мы хотим договориться о наших отношениях со всеми этими другими акторами, а не втягивать их вместе с нами во «взаимное уничтожение противоборствующих сторон».

e-flux