Книга слизи. Скользкий след в истории Земли - Сюзанна Ведлих

проявив великолепную интуицию, предположил, что все существующие сегодня виды имеют общего предка. Последний общий предок, впрочем, несмотря на все современные анализы, может быть лишь теоретическим конструктом. Для его выработки изучаются гены распространенных и глобально не поменявшихся видов до момента их пересечения в определенной точке. Эта точка – LUCA, сумма искусственно измененных, или скорее омоложенных, сущностей. LUCA обозначает не старейшего микроба, а прародителя, от которого, благодаря генетическому превосходству, недостатку конкуренции или простому совпадению, произошла сегодняшняя жизнь во всем ее разнообразии.

Несмотря на загадочность LUCA, он, благодаря своим точно подсчитанным характеристикам, может рассказать нам некоторые детали. Итак, согласно ему, наш последний общий предок жил по меньшей мере три с половиной миллиарда лет назад в глубине океана, на морском дне, рядом с гидротермальными источниками, выпускавшими высокоминерализованную воду и снабжавшими микробов энергией. LUCA – это ранний, но все же сложноустроенный фундамент нашей истории. Что же мы найдем, если, пропустив его, дойдем до основания Древа Жизни? Эрнст Геккель в качестве объяснения предлагал первичную слизь Bathybius, находящуюся между неживым и живым миром. И все же где и как зародилась жизнь?

Эти процессы так сложно отследить, поскольку они происходили невообразимо давно на планете, сильно отличавшейся от нашей нынешней своим крайне бурным темпераментом. Здесь больше вопросов, чем ответов, но мы можем попытаться дать хотя бы одно объяснение. Что такое жизнь? Достаточно ли одной органической молекулы или нужно объединиться нескольким? А может, требуется целая клетка? По этому вопросу в науке нет единого мнения, но при этом ученые сходятся в части тех условий и предпосылок, которые должны присутствовать, чтобы сделать жизнь возможной в принципе.

Необходимо самовоспроизводство, чтобы передавать собственные свойства следующим поколениям. Также крайне важна самоорганизация, поскольку она превращает биологические структуры в единство, представляющее собой нечто большее, чем просто сумму отдельных частей. Следующий ключевой момент – это обмен веществ, способствующий выработке энергии. А окружающая среда? У ранней жизни на Земле даже скоординированные и организованные процессы не могли происходить без защиты от хаотичного внешнего мира.

Первым организмам приходилось ограждаться, равно как и сегодняшним клеткам с их биологической мембраной. Как это было возможно на ранней Земле? Когда? Где?

Ответ на вопрос «как» берет свое начало в предбиологической эволюции, когда химия начала распространять свое действие на биологию, в результате чего стали появляться простые компоненты, впоследствии объединившиеся в более сложные структуры. Это были протеины и РНК, хранитель информации, родственный ДНК нашей клетки, но представляющий собой более простую нуклеиновую кислоту. Вместе они, вероятно, образовали простую клетку. При этом, как станет известно позднее, решающую роль в этом играли гидрогели. На вопрос «когда» также есть ответ: канадские ученые обнаружили определенные следы, указывающие на присутствие микробов в камне, насчитывавшем четыре миллиарда лет. Таким образом, это свидетельство присутствия сложноустроенного живого организма. Это подтверждено не до конца, но многие находки и открытия указывают на то, что жизнь появилась удивительно быстро после возникновения самой Земли, и столь же стремительно начала развиваться.

Самый сложный вопрос – «где?». Мы все инопланетяне? Астробиологи считают, что происхождение жизни отчасти произошло в космосе, откуда, как говорят, молекулы, поспособствовавшие зарождению жизни, попали на Землю с помощью астероида. Космический импульс мог бы объяснить, как жизнь на Земле, несмотря на столь сложные внешние обстоятельства, быстро укрепила свои позиции. Кроме того, на астероидах были найдены биомолекулы – к примеру, аминокислоты, – составляющие основу протеинов. В любом случае описанный выше сценарий не дает точного ответа на вопрос о происхождении жизни, а скорее просто отодвигает его еще дальше – в космическую плоскость.

Земные сценарии тоже имеют место – например, гипотеза о зоне прибоя палеоокеана или о водных резервуарах во льдах, в которых ранние молекулы могли долго продержаться из-за низких температур. Чарльз Дарвин, в свою очередь, высказал гипотезу о дарящем жизнь болоте, о чем и писал ботанику Джозефу Далтону Хукеру: «Но если (ах, это очень большое “если”) мы могли бы представить, что в маленьком теплом болотце со всеми видами аммонийных солей фосфатида и фосфорных солей, светом, теплом, электричеством и т. д. химическим образом могло получиться протеиновое соединение». Правда, великий Дарвин не осмелился публично защищать этот тезис. По его словам, вопрос о происхождении жизни был ultra vires (то есть за пределами полномочий) для ученых того времени. Тем не менее идея спокойного происхождения жизни также присутствовала и, более того, нашла отражение в стихотворении Готфрида Бенна 1913 года «Напевы». В нем поэт в виде «кусочка слизи» мечтает вернуться в бытие наших предков, в теплое болотце, что, правда, больше говорит об усталости от жизни, чем выражает научную позицию. После долгого затишья теплое болотце Дарвина снова становится темой для обсуждения среди ученых. Правда, теперь речь идет скорее о горячем вулканическом солевом озере, а не о теплом болоте, которое Дарвин, вероятно, наблюдал в идиллическом Кенте на юго-востоке Англии.

Впрочем, еще популярнее теория о том, что жизнь началась у гидротермальных источников в вечной темноте глубокого моря. В 1977 году у морского дна были обнаружены так называемые «черные курильщики», из которых в океан поступает насыщенная минералами вода температурой до 400 °C под давлением в сотни атмосфер. Плотный бактериальный газон был расположен по краям этих источников и создавал основу для экосистемы, самыми узнаваемыми представителями которой являются ярко-красные черви Riftia, которые при необходимости могут прятаться в своих белых оболочках. В тканях этих червей обитают бактерии, получающие энергию от минеральных источников и снабжающие ею своего хозяина.

Именно так в первый раз было доказано присутствие жизни в столь экстремальной среде без солнечного света и под высоким давлением. Поскольку эта среда отчасти напоминала Катархей, «черные курильщики» долго оставались фаворитами в вопросе о происхождении жизни. Тем не менее они, вероятно, имели слишком высокую температуру для хрупких биомолекул. Таким уязвимым структурам было бы легче выжить рядом с более мягкими подводными гидротермальными источниками. Примером таковых являются достигающие шестидесяти метров в высоту щелочные «белые курильщики», которые находятся в зоне под названием «Потерянный город» в Атлантическом океане.

Они уходят глубоко в морское дно, где, согласно одной современной теории, сформировались, обогащались, взаимодействовали между собой и конкурировали первые биомолекулы. Гидротермальные источники чрезвычайно пористые, со множеством маленьких ниш, в которых, вероятно, как в каменных дырах, могли параллельно происходить многочисленные эволюционные эксперименты. Можно назвать эти явления неким мозговым штурмом, тест-драйвом жизни, происходившим в безопасности от разрушительной окружающей среды, но все же в тесном с ней контакте. Свидетельством тому является еще и тот факт, что при взаимодействии кислой морской воды с щелочными источниками