Чтение онлайн

ЖАНРЫ

Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле
Шрифт:

Гиперцикл – это частный случай автокаталитического набора[182]. В отличие от обычного набора, гиперцикл Эйгена может эволюционировать – благодаря сохранению и передаче изменений в нем с помощью нуклеиновых кислот. По мысли Эйгена, множество гиперциклов могло возникнуть в одной области первичного бульона и в дальнейшем конкурировать за ресурсы – до тех пор, пока не останется всего один их тип.

Гиперцикл – это строго и тщательно описанный шедевр творческого воображения. Он представляет собой убедительное изложение концепции зарождения жизни “вначале была генетика”, согласно которой первые нуклеиновые кислоты взяли на себя управление всей разношерстной компанией

белков и превратили их в нечто организованное.

Но с гиперциклом есть и проблема: он нуждается не только в нескольких нуклеиновых кислотах и простых белках. Ему также необходимы рибосомы и транспортные РНК, без которых перевести сохраняемую нуклеиновыми кислотами информацию в форму белка попросту невозможно. Уже тогда ученые понимали, что рибосомы – это замысловатые молекулярные машины, которые эволюция совершенствовала не один миллион лет. На заре жизни гиперциклы могли быть возможны только в том случае, если рибосомы уже существовали. Однако исследователи не смогли ни найти, ни создать подобные молекулы. В итоге дело вновь обернулось парадоксом “курицы или яйца”.

Абстрактные понятия гиперциклов, автокаталитических наборов и самокопирующихся предшественников жизни стали аргументами в споре о первичности генетики, метаболизма или компартмента – споре, который не стихает вот уже пятьдесят лет. Сторонники каждой из этих концепций предложили остроумные эксперименты и нашли убедительные (по их мнению) доказательства собственной правоты. В третьей части книги мы рассмотрим это подробнее. Пожалуй, это все, что следует сказать о разногласии, возникшем вокруг природы первого компонента живого.

Второе разногласие может показаться идентичным первому, хотя в действительности это не так. Оно касается того, какой именно тип биологических молекул возник первым. Была ли это нуклеиновая кислота, вроде ДНК и РНК, хранящая в себе генетическую информацию? А может, первыми стали белки, способные ускорять химические реакции, образовывать различные структуры и, возможно, еще и кодировать в себе генетическую информацию? Или первыми все же оказались жиры, точнее – липиды, молекулы которых ограничивают собой внешние границы клетки?

Позиция отдельных исследователей по вопросу о первой биологической молекуле в некоторой степени соответствовала их взглядам на то, какой компонент жизни возник первым. Отдающие приоритет генам ученые чаще полагали, что первыми возникли именно нуклеиновые кислоты. Однако такое соответствие не было строгим – обсуждались все возможные сочетания. Сидни Фокс и его коллеги считали (подробности мы узнаем в главе 7), что первыми возникли белки и что именно они стали и первыми биологическими катализаторами, и первыми границами клеток.

Это второе разногласие возникло не на пустом месте. Дело в том, что жизнь в современном виде может искажать наши представления о том, что она представляла собой в самом начале. Например, отсутствие кодирующих информацию белков у современных организмов не означает, что они (белки) в принципе не способны выполнять эту функцию. И действительно: если белки возникли до нуклеиновых кислот, то первые живые существа вполне могли найти им такое применение, несмотря на то, что белковые молекулы были не слишком надежными хранилищами информации. Это предположение озвучил Карл Саган на конференции в Уэйкулле: “Возможно существование полинуклеотидов, имеющих слабые каталитические свойства; возможно и существование полипептидов, умеющих, хоть и плохо, создавать свои копии. Нам стоит разобраться с этим”[183].

Вдобавок к этим двум разногласиям имелось еще и третье: место зарождения на Земле жизни. Многие ученые в этом вопросе поддерживали Опарина и Холдейна и считали, что она появилась

в море. Для палеонтологов это вообще непреложная истина, поскольку все самые древние ископаемые животные вроде трилобитов обитали именно в морях. На сушу животные и растения выбрались много позже, в пределах последних полумиллиарда лет. Море рассматривалось как стабильная среда, в которой примитивные хрупкие формы жизни имели больше шансов уцелеть. Но если в море, то где именно? В мрачных глубинах или у поверхности воды? В водной толще или на дне? В 1970-е годы исследователи обратили внимание на гидротермальные источники, которые возникают там, где горячая вода проникает сквозь морское дно в холодный океан. В главе 11 мы убедимся, что мысль о таких источниках на дне океана как о колыбели жизни получила сильную поддержку.

Но возможно и иное. Возможно, что жизнь возникла на суше. Если, разумеется, таковая тогда существовала: некоторые геологи считают, что первые океаны были очень глубокими и континенты полностью находились под водой. Любопытно, что ученые, даже говоря о возникновении жизни на суше, часто имеют в виду водоемы. Не необъятный океан, а небольшое озерцо. Одни считают, что его наполняла дождевая вода и что оно представляло собой либо просто яму в земле, либо нечто более экзотическое – вроде кратера метеорита. Другие сценарии рассматривают особый химический состав воды – скажем, горячие источники или что-то типа грязевых вулканов Йеллоустоунского национального парка, которые насыщены поступающими из подземной магмы веществами.

И однако даже мнение о зарождении жизни в воде не является общепринятым. У химиков это вызывает определенные сомнения, поскольку сами по себе биологические молекулы очень нестойки. Шапиро подчеркивает, что в воде они быстро разрушаются. Загвоздка в том, что наши клетки, научившиеся “ремонтировать” подобные повреждения, никак не могли иметь подобные механизмы на ранней Земле. Хорошее решение тут – предположить, что жизнь появилась в небольшом озерце или каком-то другом периодически высыхающем на солнце водоеме.

По правде сказать, предложений насчет возможных локаций возникновения жизни очень много и далеко не все они стоят внимания. Ученые предполагали, что жизнь зародилась или в стекающих по леднику талых водах возле полюсов, или в зазорах между слоями минерала, называемого слюда[184], или на глубине сотен метров в толще горных пород[185], или в радиоактивных водах рядом с подземными залежами урана[186], или даже в безводных пустынях[187]. Однако все эти гипотезы имеют второстепенное значение. Большинство ученых рассматривают либо моря, либо водоемы на суше.

Четвертое и, к счастью, последнее разногласие касается того, что мы можем узнать при изучении жизни в ее современном виде[188]. Этот вопрос следует рассмотреть более подробно.

Из теории эволюции нам известно, что все организмы являются родственниками. Поэтому если вернуться по временной шкале далеко назад, мы встретим последнего универсального общего предка (Last Universal Common Ancestor, или LUCA). Так называют существо, от которого ведут свое начало все современные виды живого. Мы не знаем, когда именно жил LUCA, но ему явно больше 3 миллиардов лет. В то время еще не появилось никаких сложно организованных существ, так что LUCA был одноклеточным. Узнать побольше об этом существе равносильно тому, чтобы узнать больше и о зарождении жизни. Например, если окажется, что LUCA был приспособлен к определенному диапазону температур или нуждался в определенных химических веществах, то круг гипотетических мест возникновения жизни сужается.

Поделиться с друзьями: