«Вода – найнезвичайніша речовина! Практично всі її властивості незвичайні, що дозволило життю використовувати її як будівельний матеріал для своїх механізмів. Життя – це вода, що танцює під дудку твердих тіл». Альберт Сент-Дьйордьї (1972)

«Часто не беруть до уваги, що знаменита двоспіральна структура ДНК не притаманна цій молекулі, а залежить від тонкого балансу енергетичних зарядів, присутніх у водному розчині. Без води, яка екранує сили електростатичного відштовхування між фосфатними групами, класична впорядкована спіраль стає нежиттєздатною». Філліп Болл (2008)

«Вода навіть у дуже малих кількостях чинить значний вплив на різноманітні фізичні та хімічні властивості геологічних матеріалів, як-от температура плавлення, хімічний склад розплаву, в'язкість і густина, фазові рівноваги та кінетика реакцій. Тому вода впливає на фундаментальні магматичні процеси, починаючи з... [плавлення] й закінчуючи підйомом магми, кристалізацією та виверженням». Роберто Ф. Вайнберг і Павліна Хасалова (2015)

В цій статті я поясню, чому, будучи агностиком щодо багатьох релігійних тверджень, я вважаю неможливим відкинути висновок про розумний задум. Це випливає з розгляду тонкого налаштування властивостей матерії для життя в тому вигляді, в якому воно існує на Землі. Тут, зокрема, я опишу різні властивості води, які справляють сильне враження, що вона була точно налаштована для земного життя. До них відносяться різні унікальні властивості води, які уможливлюють кругообіг води в природі (який, своєю чергою, уможливлює земне життя); унікальна придатність води для формування середовища кровообігу; її унікальна придатність для формування матриксу клітини, включно з її гідрофобними властивостями, що відіграють суттєву роль у створенні надмолекулярних структур вищого порядку в клітині; та її різноманітні унікальні теплові властивості, що уможливлюють теплокровні організми та відіграють життєво важливу роль у покращенні життя.... Цей воістину дивовижний ансамбль пристосованості, що виявляється у властивостях однієї простої молекулярної речовини, може мати тільки одне розумне пояснення – розумний задум.

Хоча більшу частину свого життя я був агностиком і нині не належу до жодної церкви й не відвідую жодних релігійних служб, я вважаю, що висновок про задум неминучий за будь-якого розумного розгляду тонкого налаштування природного середовища. Як зазначають багато прихильників ID, висновок про наявність задуму робиться в багатьох різних дисциплінах щодо багатьох різних явищ. Дослідники в галузі археології та кримінології, вчені, які шукають докази існування розумного життя в космосі, в багатьох випадках повинні визнати артефакт, певний візерунок або явище результатом задуму, а не випадковості. В таких випадках – що само собою зрозуміло – висновок про задум не має абсолютно ніякого відношення до релігійної віри.

Тонке налаштування фізичних констант природи для придатного для життя Всесвіту, в якому є стабільні сонячні системи й схожі на Землю планети, також здалося багатьом світським космологам таким, що вельми наводить на думку про задум. Пол Девіс вважає, що тонке налаштування космічних констант справляє «переважне враження задуму». У Фреда Гойла є відомий вислів:

«Розумна інтерпретація фактів говорить про те, що надрозум втрутився у фізику, а також у хімію й біологію, і що в природі не існує сліпих сил, про які варто було б говорити. Цифри, які можна обчислити на основі фактів, здаються мені настільки приголомшливими, що цей висновок практично не викликає сумнівів».

Те саме і з водою.

Кругообіг води в природі

Спочатку розглянемо унікальне пристосування води до гідрологічного циклу – циклу, життєво важливого для всього земного життя на Землі, включно з нами самими. Почнемо з того, що вода – єдина речовина, здатна існувати в трьох матеріальних станах – рідкому, газоподібному й твердому – в діапазоні температур навколишнього середовища на поверхні Землі. Саме ця унікальна здатність забезпечує грандіозний гідрологічний цикл, що дає змогу рідкій воді випаровуватися у вигляді газу (водяної пари) з моря, конденсуватися в краплі води в хмарах, випадати у вигляді дощу (рідка вода) або снігу (тверда вода) на землю й зрештою стікати назад через річки рідкої води або льодовики (річки твердої води) в море.

Таким чином, вода, завдяки своїй унікальній здатності існувати в трьох матеріальних станах, ідеально підходить для здійснення гідрологічного циклу й, отже, для забезпечення безперервного постачання водою земного життя.

Але життя на суші вимагає, крім води, постійного постачання основних елементів життя. Чотири основні атоми органічної речовини – C, H, O і N – надходять з атмосфери й води, але інші необхідні атоми – Na, P, S, Cl, K, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, Cu і Zn – повинні вимиватися з гірських порід (єдине джерело для життя на суходолі) в міру повернення річок у море. Потім вони потрапляють у земну гідросферу, роблячи їх доступними для наземного життя. Але що дійсно дивно – слово вибрано дуже ретельно – так це те, що вода має додатковий набір властивостей, які ідеально підходять для розмивання й вимивання необхідних мінералів з гірських порід.

До цих додаткових елементів придатності належать: (1) вода є чудовим розчинником; (2) вода володіє низькою в'язкістю і, як наслідок, високою рухливістю, що в поєднанні з крихітними зернами породи, які вона несе, сприяє ерозії гірських порід; (3) вода має високий поверхневий натяг (один із найвищих серед усіх відомих рідин), що втягує воду в ущелини в гірських породах; (4) у високих широтах й на висоті розширення води під час замерзання (практично унікальне явище) спричиняє подальше розтріскування порід, сприяючи процесу ерозії; і (5) коли вода реагує з CO₂ у повітрі, утворюється слабкий кислотний розчин (вуглекислий газ), який ще більше сприяє розчиненню й вивітрюванню порід.

Але це ще не все. Доставка води, збагаченої життєво важливими мінералами, буде марна без водоутримуючих ґрунтів, які необхідні для росту всіх рослин і дерев. Вони потребують надійного й постійного постачання води. У водоутримуючих ґрунтах вода утримується в мікропорах (запобігаючи швидкому дренажу й втраті ґрунтових вод) завдяки високому поверхневому натягу води (який, як уже згадувалося, відіграє роль в посиленні ерозії, втягуючись у вузькі ущелини й тріщини в скелях).

Майже неможливо повірити, що той самий ерозійний процес, який зрештою вимиває мінерали з гірських порід, одночасно створює водоутримуючі ґрунти, збагачені необхідними для життя поживними речовинами. А яка фізична сила утримує воду в мікропорах ґрунту? Не що інше, як високий поверхневий натяг самої води!

Нарешті, можливо, найчудовіший аспект циклу полягає в тому, що унікальні елементи придатності води для ерозії та вивітрювання можуть бути використані тільки завдяки унікальній здатності води існувати в трьох матеріальних станах в умовах навколишнього середовища на Землі. І знову ж таки, придатність водомістких ґрунтів, таких необхідних для життя рослин, може бути використана тільки завдяки попередній придатності води для вивітрювання гірських порід.

Таким чином, властивості води, використовувані в гідрологічному циклі, утворюють, по суті, телеологічну ієрархію придатності. У цій ієрархії одна унікальна властивість води дає змогу використовувати наступний ансамбль властивостей для досягнення життєво важливої мети. Я не можу назвати жодного факту у всій науці, який би більшою мірою вказував на задум.

Циркуляція

Цікаво, що інший життєво важливий цикл – циркуляція крові в тілі складних організмів – також залежить від різноманітних унікальних властивостей води, що становить основне середовище крові. Її перевага як розчинника не менш важлива для ролі в кровообігу, ніж для вимивання мінералів з гірських порід у кругообігу води в природі. І знову ж таки, як уже йшлося вище, низька в'язкість, що надає воді рухливість у кругообігу (підвищує швидкість ерозії), також є життєво важливим елементом циркуляції, який разом із відносно низькою щільністю води дає змогу серцю прокачувати кров через капілярне русло. Само собою зрозуміло, що якби в'язкість крові була хоч трохи більшою, як у багатьох інших рідин, то прокачування крові через капілярне русло було б неможливим. І без того енергія, яку доводиться витрачати на прокачування крові по кровоносній системі, становить близько 10 відсотків енергетичного бюджету людини й багатьох інших хребетних.

Клітина

Далі розглянемо, як вода підходить для формування матриксу клітини. До цього ансамблю входять і низька в'язкість води (що забезпечує високу плинність середовища для швидкого переміщення молекул всередині клітини), і її чудові здібності розчинника (що дають їй змогу переносити в розчині величезну кількість молекул). Але у неї є ще одна життєво важлива властивість, менш відома, але необхідна для створення більш високого структурного порядку клітини, – гідрофобний ефект. Він виникає через відносну електронегативність (притягання електронів) водню (H) і кисню (O), де кисень, будучи набагато більш електронегативним, ніж водень, притягує електрони сильніше, ніж водень, залишаючи атом кисню в молекулі води (H₂O) негативно зарядженим, а атоми водню – позитивно зарядженими. Володіючи як негативним, так і позитивним зарядом, вода називається полярною сполукою. І це має важливе значення, оскільки означає, що інші полярні або заряджені речовини електростатично притягуються до заряджених атомів кисню й водню і, так би мовити, подобаються воді та легко розчиняються в ній. З іншого боку, вуглеводневі ланцюги, наприклад, ті, що складаються зі зв'язків C-H, неполярні. Оскільки електронегативні заряди атомів вуглецю й водню, що входять до їхнього складу, близькі, й атоми вуглецю, й атоми водню у зв'язках C-H однаково притягують електрони, а отже, не заряджені. А оскільки атоми вуглеводнів незаряджені, вони не притягуються електростатично ні до негативно заряджених атомів кисню, ні до позитивно заряджених атомів водню у воді, не подобаються воді, не здатні розчинятися й змушені, через так званий гідрофобний ефект, злипатися в комплекси, що виключають воду.

Саме гідрофобність призводить до утворення ліпідного шару клітинної мембрани, змушуючи нерозчинні (неполярні) вуглеводневі ланцюги фосфоліпідів рухатися до центру клітинної мембрани, подалі від водної фази всередині та зовні клітини. Це та сама сила, яка змушує неполярні бічні ланцюги амінокислот з’єднуватися в центрі білків під час фолдингу й стабілізує зрілу нативну форму після нього. Гідрофобність також відіграє роль у стабілізації спіралі ДНК, а також у фермент-субстратних комплексах.

Важливість гідрофобності в упорядкуванні мембран та інших структур вищого порядку в клітині важко перебільшити. Адже важко уявити, як можна домогтися більш високого структурного порядку в клітині в інший спосіб, окрім як використовуючи гідрофобні властивості. Іншими словами, життя, та й саме існування клітини на основі вуглецю, вирішальною мірою залежить від гідрофобності. Хімік Чарльз Танфорд не перебільшував, коли говорив:

«Гідрофобний ефект є енергетично домінуючою силою для утримання, з’єднання тощо в усіх життєвих процесах... Це означає, що вся природа життя, як ми її знаємо, є рабом воднево-зв'язаної структури рідкої води».

Пристосованість води до формування матриці клітини, наскільки відомо, абсолютно унікальна. Жодна інша рідина не може замінити воду в цій ролі. Ба більше, за 3,5 млрд років жодна інша рідина не використовувалася як матриця клітини в жодному організмі. Якби вода не мала того набору властивостей, якими вона володіє, не існувало б жодної клітини на основі вуглецю і, напевно, на Землі не було б життя.

Ендотермія

Розглянемо ще одне зовсім інше явище – ендотермію, яка дає безліч переваг розвиненим земним формам життя, таким як ми. Це значною мірою залежить від цілої низки унікальних теплових властивостей води.

По-перше, висока питома теплоємність води (одна з найвищих серед усіх відомих рідин) оберігає організм від змін температури, що є життєво важливим елементом пристосування для будь-якого теплокровного організму, який підтримує температуру тіла на фіксованому рівні (37-40°C у птахів та ссавців), з огляду на те, що вода становить близько 60 відсотків маси тіла.

По-друге, вода має високу приховану теплоту випаровування (найвищу серед усіх молекулярних речовин). Це ще один життєво важливий елемент фізичної форми, коли температура довкілля піднімається вище за температуру тіла – як це відбувається в багатьох географічних зонах, а не тільки в тропіках. Чому висока прихована теплота випаровування води така важлива? Тому що єдиний спосіб знизити температуру тіла, коли температура навколишнього середовища перевищує 37 °C, – це охолоджувальний ефект випаровування води на шкірі. Життя людини на величезних просторах Землі можливе тільки завдяки цьому охолоджувальному ефекту.

І якщо цього недостатньо, то інша теплова властивість води – її теплопровідність – одна з найвищих серед звичайних рідин. Це елемент фітнесу, який допомагає переносити тепло від тканин до капілярів й від капілярів до шкіри на периферії. Таким чином, усі ці три теплові властивості води, своєю чергою, унікально підходять для забезпечення ендотермії у вищих наземних хребетних, включно з нами самими.

Хіба не дивно, що, маючи унікальну пристосованість до кругообігу води в природі, кровообігу, матриці клітини, вода також має потрібні властивості для ендотермії? Чи є більш непорівнянні явища, ніж ці?

Можна було б припустити, що цими трьома тепловими властивостями води, що забезпечують ендотермію, вичерпується кількість теплових властивостей води, придатних для життя на Землі. Але ні, є ще одна теплова властивість, яка відіграє зовсім іншу життєво важливу роль для життя на Землі – розширення прісної води за температури нижче 4°C (і морської води за температури нижче 1,8°C). Це піднімає найхолоднішу воду на поверхню і, в поєднанні з розширенням води під час замерзання (ще одна майже унікальна властивість рідкої води), запобігає її замерзанню від низу до верху, а значить, робить можливим існування морського й прісноводного життя у високих широтах.

Існує безліч інших способів, за допомогою яких властивості води відіграють важливу роль у життєво важливих процесах і явищах, що забезпечують процвітання життя на Землі. Багато з них розглянуто в моїй монографії «Чудо води» (The Wonder of Water). Серед них – те, як теплові властивості води відіграють важливу роль у великих атмосферних й океанічних течіях, що переносять тепло з тропіків до холодніших високих широт, покращуючи клімат Землі. Окрім того, ми тепер знаємо, що вода відіграє найважливішу роль у зниженні в'язкості гірських порід у мантії Землі, сприяючи обороту порід земної кори, що забезпечує (і забезпечувало протягом мільярдів років) постійне поповнення джерела мінералів для земного життя.

Загалом, саме різноманітність і різноманіття елементів придатності води для життя на Землі так вражає. Не одна, а незліченна безліч властивостей води найвищою мірою придатні для різноманітних цілей, критично важливих для життя: від матриці клітини до обороту порід земної кори, від циркуляції крові до ерозії гірських порід. Незалежно від філософських або теологічних пристрастей, факти говорять самі за себе. Неможливо раціонально уникнути умовиводів про задум. Єдине пояснення, яке хоч якось узгоджується з фактами, – це те, що властивості води були розумно налаштовані.

І є остання незвичайна думка, пов'язана з відповідністю властивостей води. По-перше, оскільки ці властивості залишаються незмінними з самої зорі часів, то з цього випливає, що вони повинні були бути в голові дизайнера й запропоновані в момент створення. А по-друге, з огляду на їхню придатність для стількох різноманітних явищ і процесів, це наводить на цікаву думку про те, що життя на Землі та й узагалі істоти нашого просунутого земного типу також повинні були бути в голові дизайнера з моменту створення. Іншими словами, ми були призначені для цього, причому від самого початку часів. Всесвіт, за словами Фрімена Дайсона, «мав у якомусь сенсі знати, що ми прийдемо».