Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле
Шрифт:
Но есть у этого подхода и свои ограничения. Может, LUCA и является предком всего живого, но из этого еще не следует, что он сам и был первой жизненной формой. Жизнь могла развиваться миллионы лет, и виды исчезали и вымирали еще до появления LUCA. В этом случае LUCA был лишь одним из множества конкурировавших в то время микроорганизмов, которому повезло в конечном счете оказаться успешнее своих соперников. В итоге у LUCA есть сейчас живые родственники, а у его соперников их нет. Получается, что судить об исходной форме жизни по LUCA мы можем лишь с определенными оговорками. Так, если у LUCA не было определенного гена, мы можем предположить, что его не было и у более ранних форм жизни. В то же время наличие некоторого гена у LUCA еще не означает, что он был и у более ранних форм жизни.
Тем не менее биологи пытались
К тому времени большинство биологов считали, что существуют только два главных типа клеток: прокариоты и эукариоты. Прокариоты меньше по размеру и устроены проще. Эукариотические клетки и крупнее, и сложнее. Некоторые из них (скажем, амебы) состоят из всего одной клетки, но многие являются многоклеточными – вроде растений и животных, а также людей. Совершенно очевидно, что эукариоты имеют более продвинутую организацию и возникли позднее. А прокариоты и проще, и древнее.
Вёзе сосредоточил свое внимание на прокариотах. Он проследил их родственные связи, рассматривая конкретные фрагменты РНК более ста различных микробов. Эти фрагменты очень похожи у родственных бактерий и сильно отличаются у представителей разных систематических групп. Вёзе с удивлением узнал, что некоторые прокариоты очень не похожи на большинство своих собратьев. Их РНК настолько же сильно отличалась от РНК других прокариот, как и от эукариотической РНК. Выходит, что существуют две различные группы прокариот, которые развивались независимо на протяжении миллионов лет. Одна из них – это бактерии, а вторая в настоящее время известна как “археи”[190].
Открытие архей означало, что все живое на самом деле следует разделять на три группы. Это археи и бактерии (и те и другие являются исключительно одноклеточными и очень древними), а также более продвинутые в эволюционном плане эукариоты. Любой клеточный живой организм обязательно относится к одной из трех групп.
Открытие Вёзе позволило биологам создать первый набросок истории жизни на Земле. После возникновения жизнь некоторое время развивалась до того, как появился LUCA. Затем случилось первое большое разделение живого. Одна группа микроорганизмов стала археями, а другая – бактериями. Из генетики следует, что этот раскол произошел примерно 3,4 миллиарда лет назад, после чего бактерии и археи на протяжении миллионов лет распространялись и становились все разнообразнее. Эукариоты появились много позже в результате одного очень необычного события, которое первой[191] описала Линн Маргулис[192]. Каким-то образом одна из бактерий поселилась внутри другой клетки и оказалась ее частью[193]. Предполагают, что этой большой клеткой была архебактерия[194].
Вёзе и Маргулис пришли к согласию по одному очень важному вопросу. Тот, кого интересует зарождение жизни, вообще говоря, может забыть об эукариотах, таких как животные и растения. Все эти организмы возникли позднее. Выходит, в данном случае нет нужды разбираться со всеми тонкостями эукариотической жизни вроде полового размножения и сложного устройства многоклеточных организмов. Для вопроса зарождения жизни важны только бактерии и археи, поскольку они гораздо старше эукариот и могут что-то поведать о LUCA.
Именно с этим связано последнее разногласие: какая из этих групп микробов больше похожа на LUCA? Бактерии или археи дают более ясное представление о самых первых формах жизни? Очень может быть, что в действительности ни те, ни другие. Чем больше генетики узнают о LUCA, тем больше убеждаются: он сочетает в себе признаки обеих групп.
Нетрудно догадаться, что все эти четыре спора стали для ученых немалой проблемой. Именно из-за них в 1970-е годы исследователи оказались в столь отчаянном положении, что даже попытались возродить одну идею, которую прежде забросили как ошибочную и бесперспективную. Согласно ей жизнь возникла не на Земле, а где-то за ее пределами, во
Вселенной.Эта концепция называется “панспермия” и имеет очень долгую историю. Греческий философ Анаксагор (жил он примерно с 510 по 428 год до нашей эры), видимо, имел близкие панспермии взгляды. Согласно сохранившимся источникам, он считал, что “жизнь пришла с небес в форме семени, которое населило Землю”[195]. Эта идея стала вновь популярна в начале XIX века – благодаря, в частности, Уильяму Томсону (он же лорд Кельвин). Мы уже встречались с ним в первой главе, когда обсуждали возраст Земли. Кельвин считал ее слишком молодой для того, чтобы на ней успела произойти эволюция[196]. В 1871 году Томсон обратился к вопросу панспермии в своей лекции. Самопроизвольное зарождение тогда уже считали опровергнутым, и было известно, что метеориты могут падать на Землю из космоса. Так вот, Томсон допускал, что “возникновение жизни на Земле связано с попаданием на нее кусочков мха, возникших при разрушении другого мира”.
Сам термин “панспермия” придумал на самой заре XIX века шведский химик Сванте Аррениус[197], который также известен тем, что одним из первых начал обсуждать потепление климата из-за парниковых газов[198]. Свои аргументы в пользу панспермии Аррениус изложил в книге “Образование миров” (Worlds in the Makings)[199]. До момента публикации гипотезы Опарина оставалось еще более 10 лет, так что мысль о зарождении жизни из неживого казалась Аррениусу абсурдной. В те времена было принято считать жизнь “вечной” и “существовавшей всегда”. Сейчас это может показаться странным – все мы слышали о Большом взрыве, с которого началась знакомая нам Вселенная, а ведь для нескончаемой вечной жизни потребуется не менее нескончаемая вечная Вселенная. Тем не менее во времена Аррениуса физика полагала, что космос существовал всегда. О расширении Вселенной и, стало быть, о том, что когда-то она могла быть очень маленькой, астрономы узнают лишь в 1910-х – 1920-х годах.
А еще у Аррениуса возникло убедительное представление о том, как именно жизнь способна распространяться. Он указал на то, что звезды испускают звездный ветер, являющий собой не потоки воздуха, а радиацию и субатомные частицы. Вероятно, считал ученый, такой ветер способен переносить микроорганизмы по Вселенной. Большинство “встретит свою смерть в холодной бесконечности космоса”, но и немногих уцелевших может быть достаточно. Поистине грандиозная картина одинокого путешествия длиной во многие тысячи лет, одинокого полета сквозь холод и тьму! И у каждого такого странствующего микроорганизма был лишь ничтожный шанс найти себе пристанище… Впрочем, не то чтобы все это выглядело совсем уж неправдоподобно.
Когда гипотезы вроде опаринской приобрели определенную популярность, идея Аррениуса утратила ценность. А вот в 1970-е годы, на фоне “проблем с первичным бульоном”, панспермия снова вернулась на сцену. На ее защиту бросились такие донкихоты, как Фрэнсис Крик (знаменитый благодаря ДНК) и биохимик Лесли Орджел (встреча с которым нам предстоит в главе 8). В 1973 году они предложили так называемую “направленную панспермию”[200]. В этой редакции гипотеза предполагает, что жизнь от планеты к планете переносят не какие-то природные процессы, а разумные инопланетяне, намеренно “засевающие” нашу Галактику. Крик и Орджел считали гипотезу Аррениуса опровергнутой, поскольку организмы не смогли бы пережить межзвездный перелет из-за радиации. Это утверждение уже тогда имело под собой основания, а сейчас оно почти не вызывает сомнения. В качестве альтернативы ученые предположили, что жизнью нашу планету “заразили” инопланетяне, движимые “миссионерским рвением”.
Интересно в идее панспермии то, что она может стать решением проблемы слишком малой вероятности возникновения жизни. Поскольку спонтанное образование живого организма имеет астрономически малую вероятность, то объяснить появление жизни на Земле возможно, лишь если привлечь астрономические масштабы пространства. Коль скоро жизнь может быть перенесена от одной планеты к другой и даже между разными звездными системами, то этому происходящему “один раз на триллион” событию достаточно было случиться в нашей Галактике всего однажды.