Неизведанные земли
Трудно путешествовать по незнакомым местам без хорошей карты. Однако, чтобы ее составить, кто-то должен пройти этим путем до вас и произвести тщательные измерения, чтобы достоверно воспроизвести все топографические особенности местности. Существует ли такая карта, которая могла бы помочь нам в путешествии через загадочный протомир Миллера — Юри к началу жизни на Земле?
К сожалению, нет. Наша карта в лучшем случае будет неполной. У нас есть определенные знания о периоде, предшествующем возникновению жизни, — мире Миллера — Юри. Мы знаем, где находимся сейчас, а также нашу ближайшую историю, равно как и свойства современной жизни на Земле. Но мы только в самых общих чертах наметили этапы пути между этими двумя точками, и каждый этап соответствует отдельной стадии в процессе зарождения жизни. Нам остается только ждать, пока не придет новое поколение картографов, которое сможет связать эти этапы в целостную картину зарождения и развития ранней жизни.
Прежде в этой главе мы, немного подумав, определили жизнь как совокупность связанных между собой физических процессов. Я хочу распространить эти идеи на царства простейших организмов, которые находятся на границе между живым и неживым. Американский ученый Стивен Беннер предложил простое и эффектное определение жизни: «Жизнь — это самоподдерживающаяся химическая система, подверженная дарвиновскому отбору». Это утверждение сводит жизнь к явлениям упорядоченности, метаболизма и (приблизительного) самовоспроизводства. Может ли подобный взгляд на жизнь в самом фундаментальном смысле оказаться полезен в размышлении об ее истоках?
Как из случайных реакций, протекающих в мире Миллера — Юри, может возникнуть порядок? Природа гораздо больше структурирована, чем может показаться на первый взгляд. Так, например, структура периодической таблицы строится на количестве протонов и электронов в каждом атоме. Взаимоотношения между атомами — сколько у них общих электронов и как прочно они связаны — определяют строение более сложных молекул. Для иллюстрации этой мысли можно, например, рассмотреть, как смешение простого химического соединения с водой может приводить к образованию мембран наподобие клеточных: когда будете мыть посуду, обратите внимание, как моющая жидкость в сочетании с водой образует пузыри. В вашей моющей жидкости содержится молекула, состоящая из двух частей: гидрофильной и гидрофобной. Гидрофильная часть притягивается к воде, а гидрофобная отталкивается, и в результате между ними образуется тонкая пленка — в нашем случае довольно неплохое подобие протоклетки.
Не хочу сказать, что Стэнли Миллеру надо было только добавить в свой эксперимент немного мыла и — вуаля! — у него получилась бы первая живая клетка. Встречающиеся в природе органические молекулы — жирные кислоты в данном случае — могут в сочетании с водой произвести клеткоподобные липидные пузыри, соответствующие нашим представлениям о спонтанном зарождении первых клеток, поскольку наши собственные клеточные мембраны представляют собой двойной слой липидных молекул.
Говоря об обмене веществ, мы должны помнить, что жизнедеятельность любого организма основана на реакции расщепления химического соединения с высвобождением энергии. В нашем случае мы называем это химическое соединение завтраком, обедом либо ужином или на клеточном уровне — глюкозой. Простые сахара могут возникать по схеме Миллера — Юри и спонтанно расщепляться с высвобождением энергии. Если в какой-то момент такая реакция будет встроена в клетку, ваша клетка сможет вырабатывать энергию: правда, спустя какое-то время она проголодается и ей потребуется следующая порция топлива. И это лишь один пример из множества возможных вариантов первой метаболической реакции.
Как могли эти реакции сохраниться в других, менее благоприятных для них условиях? Чтобы приводить их в действие, необходимы как набор команд, так и механизм. В современных клетках такая «инструкция» закодирована в последовательности генов, которые составляют нашу ДНК. Но ДНК — очень сложная молекула. Ее биохимическая родственница — рибонуклеиновая кислота (РНК) — проще, но тем не менее она также выполняет двойную функцию хранилища информации и самовоспроизводства. Мы не знаем, были ли первые организмы основаны на РНК или на какой-либо другой, более примитивной молекуле.
Ричард Докинз выдвинул гипотезу, что на самом начальном этапе зарождения жизни образовался «репликатор» — простая молекула, обладавшая одним замечательным свойством: она могла собирать фрагменты других молекул и создавать из них копию самой себя. Мы можем дальше рассуждать, не требовало ли возникновение такой специализированной органической молекулы небиологического каркаса или толчка на первую ступеньку лестницы жизни. Могла ли кристаллическая структура влажной глины или железного колчедана стать своеобразным каркасом, который позволил бы прикрепившимся к нему органическим молекулам приобрести свойства репликатора?
Ступая на территорию неизведанного, скрывающую в своих глубинах тайну зарождения жизни, мы можем различить в туманной дали очертания порядка, метаболизма и самовоспроизводства. Потом мы можем вернуться в наши лаборатории и сделать приблизительные наброски их биохимических контуров. Но все наши эксперименты будут не чем иным, как проверкой физической возможности осуществления того или иного события, а вовсе не доказательством того, что оно имело место в действительности. В конце концов мы сможем продемонстрировать, что последовательность каких-то физических процессов может привести к образованию примитивных организмов, похожих на те, как, согласно нашим представлениям, выглядели древнейшие обитатели Земли. Но даже в этом случае необходимо помнить, что наши представления основаны на знаниях о дальнейшей, более сложной жизни, но на деле одного и того же результата можно добиться разными путями. Поэтому пока не ясно, как наука сумеет перейти от правдоподобных гипотез относительно возникновения жизни к точному выяснению того, каким микробиологическим путем шли наши древнейшие предки.
Вторая попытка?
Возможно ли, что жизнь возникала на Земле неоднократно? И могла ли в таком случае существовать независимая форма жизни с отличной от современной биохимической организацией? Сохранились ли ископаемые останки таких организмов? А может, они скрытно существуют на Земле в настоящее время — эдакая незаметная, теневая биосфера? Может показаться, что этот вопрос больше подходит для книги, посвященной жизни на Земле, а не поискам жизни на других планетах, однако было бы непростительной оплошностью сосредоточить свое внимание на дальних мирах и не разглядеть чужую жизнь «у себя под ногами».
Так возможно ли, что жизнь возникала на Земле несколько раз? На сегодняшний день у нас нет никаких достоверных данных в пользу такой гипотезы. Если другая жизнь действительно существовала, то в палеонтологической летописи могли сохраниться ее следы. Однако распознать их — непростая задача. Утверждения, что древние ископаемые останки принадлежат нашим эволюционным предкам, подвергаются тщательному научному анализу и принимаются или отвергаются на основе клеточного сравнения с современными организмами. Но как распознать совершенно иную ветвь древней жизни по окаменелым останкам, когда все наши методы основаны на поиске общих черт с современной жизнью? Такой «иголке» древних окаменелостей ничего не стоит затеряться в «стоге сена» палеонтологической летописи, и, как ни обидно, мы, скорее всего, не можем ее распознать.
