Какое-то время спустя нуклеотидные «кирпичики» проникают внутрь мембраны и копируют цепочки РНК. Затем, чтобы продвинуться дальше, две цепи РНК должны быть разделены, и единственный разумный способ сделать это – нагревание. Похоже, нам нужна среда, которая была бы достаточно прохладной для работы химического копирования, но при этом нам нужна высокая температура, чтобы разделить цепочки. Среда, в которой такое возможно – мелкий пруд в очень холодном месте, возможно на большой высоте или в Арктике либо Антарктике. Также, подходит – и это самое вероятное с учетом состояния молодой Земли – вулканическая среда.
Геотермальное нагревание приводит к появлению струй горячей воды из источника, затем они смешиваются с холодной водой пруда. По мере того, как примитивные клетки увлекаются потоком и поднимаются сквозь него из источника, они нагреваются, позволяя цепям РНК разделиться. В тот же момент в клетку попадает большое количество питательных веществ. Как только клетки возвращаются в окружающую холодную воду, цикл копирования, роста и деления может начаться снова.
Размышления об условиях зарождения жизни неизбежно приводят ученых к новым вопросам. Правдоподобна ли эта модель с геофизической точки зрения? Этот вопрос заставляет меня, химика и биолога, говорить с геологами о том, где мы могли бы найти такую среду. Одна из интересных для нас локаций – антарктические озера, постоянно покрытые льдом. Озера остаются жидкими из-за тепла земной коры, и по крайней мере в одном случае на скалистой поверхности растут очень симпатичные строматолиты. Это не совсем то, что нам нужно, по-скольку здесь нет струй очень горячей воды, но, может быть, такие озера и были средой обитания бактерий на ранней Земле.
Более геотермально активная территория, такая как Йеллоустонский национальный парк, может быть даже более подходящей, так как там мы находим десятки горячих источников, изливающих потоки воды в холодные озера. Я верю, что в долгосрочной перспективе совместные усилия геологов, химиков и биологов приведут нас к все более и более детальному пониманию полного пути создания химических «кирпичиков» и объединения их в протоклетки. Мы узнаем, как растут такие простые клетки, как они делятся и эволюционируют. Мы даже сможем сделать некоторые выводы об окружающей среде, в которой все это могло бы произойти.
Я хочу закончить эту беседу кратким рассказом о теме, которую я затронул еще в самом ее начале.
Может ли существовать форма жизни, кардинально отличающаяся от того, что мы себе представляем? Нам известно, что в Солнечной системе есть места, где в изобилии присутствуют жидкости, например, на спутнике Сатурна Титане есть огромные озера жидкого метана и этана. В атмосфере этого спутника творится всякая интересная органическая химия, и для детального исследования этой среды планируется все больше межпланентных миссий. Один только взгляд на озера, состоящие не из воды, заставляет задуматься: а что же там происходит?
Может ли такая внеземная химия вести к появлению живых организмов? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно знать, возможно ли в растворе такого состава возникновение мембран. И тут мы узнаем, что покойный профессор Куниеда в Японии сумел создать пузырьки-мембраны в растворе декана, который по составу весьма похож на метан и этан (но с ним физически проще работать). Так что создание мембран вроде бы реально, но мы не знаем, насколько возможно провернуть это с теми молекулами, что доступны на Титане. Еще более сложный и захватывающий для химиков вопрос: возможно ли создание генетических молекул, способных выжить в столь специфиче-ской среде? В этой области исследования практически не проводились, но потенциал для интереснейших экспериментов огромен.
Надеюсь, я убедил вас, что очень простые эксперименты, которые мы можем поставить в лаборатории, могут пролить свет на некоторые этапы сложного пути от химии к биологии, пройденного на ранней Земле. Я знаю, что в этой области есть еще множество интересных неотвеченных вопросов, которые мы рассмотрим в ближайшем будущем. Бо́льшая часть работы, представленной вам сегодня, была проделана при поддержке, полученной из самых разных источников, оказанной талантливыми студентами и молодыми исследователями, уже много лет работающими в моей лаборатории. Спасибо за внимание.
Ричард Докинз. От простоты к сложности: эволюция и экзобиология
Родившийся 26 марта 1941 года в Найроби, Кения, английский этнолог и эволюционный биолог Клинтон Ричард Докинз – почетный профессор Нового Колледжа Оксфордского университета в Англии. Он упорный исследователь и знаменитый автор, получивший известность в 1976 году благодаря своей книге «Эгоистичный ген». Докинз – не только популяризатор гено-центричного взгляда на эволюцию, но и автор идеи о фенотипических эффектах – характеристиках индивидуального организма, не ограниченных телом конкретного организма.
Отец Докинза был в Кении государственным служащим. Молодой Докинз изучал зоологию в Оксфорде и окончил университет в 1962 году. В 1966 году он получил степень доктора философии и преподавал в Калифорнийском Университете в Беркли вплоть до возвращения в Оксфорд в 1970 году.
Кроме того, Докинз – прославленный атеист. Он широко критиковал креационизм и идею о разумном творении. Ряд бестселлеров, в том числе «Бог как иллюзия» (2006), написаны Докинзом в поддержку его идей в области биологии, генетики и религии.
Я хочу несколько отойти от темы происхождения жизни и использовать мою интуицию биолога для рассуждений о том, можем ли мы делать эрудированные догадки о том, как могла выглядеть внеземная жизнь, когда зародилась на далеких планетах.
Наиболее выпуклой и впечатляющей чертой жизни является иллюзия разумного замысла. Живые существа часто очень сложны, очень красивы и выглядят так, как будто некий инженер задумал их для какой-то цели. И эта иллюзия разумного замысла простирается до мельчайших деталей живых существ. Вспомните, что нам только показывал Джек Шостак, когда рассказывал о метаболизме клетки. Вы видите, насколько это ошеломительно сложно, и это происходит в каждой клетке. Например, человеческий глаз, – прекрасно разработанный механизм зрения для фокусирования изображения на сетчатке: переменный фокус, переменная диафрагма и затем сетчатка сзади с миллионами – назовем их – пикселями. Странная особенность в том, что светочувствительные клетки направлены назад (от света) и «провода», которые соединяют сетчатку и мозг, идут по поверхности сетчатки – это неудачная конструкция. Вот чего нам следует ожидать согласно теории исторической случайности.
Сегодня мы знаем, что на этой планете создает иллюзию замысла. Это дарвиновский естественный отбор – эволюция путем естественного отбора – и это невероятно мощная идея. Я определяю силу теории как то, что она объясняет, деленное на то, что нужно предположить, чтобы ее объяснить. Мощная теория – та, которая не требует больших предположений для объяснения чертовой уймы вещей. В случае теории Дарвина она объясняет все про жизнь, а предположить нужно не более, чем точную наследственность. Когда у вас есть точная репликация, этот важнейший шаг в докладе Джека Шостака, все остальное следует из нее, поскольку точная репликация никогда не может быть полностью точной. Всегда будут неточности, соответственно, будет разнообразие, следовательно, будет соревнование, которое неизбежно приведет к естественному отбору – если не привет к полному вымиранию – и это питает истоки всей жизни.
Должна ли жизнь на других планетах быть дарвинов-ской? Можем ли мы предположить какую-либо иную движущую силу, создающую иллюзию разумного замысла? Что ж, единственная альтернатива, которая была предложена в истории науки, это теория Ламарка. Теория Ламарка начинается с предположения, что животные стремятся к чему-то, стремятся чего-то достичь, добиться чего-то. Второе допущение в том, что чем больше используешь какую-нибудь часть тела, например, мышцу, тем больше она становится. Как если жираф стремится добраться до верхних веток на дереве и вытягивает шею, и его шея вытягивается, и вытянутая часть потом наследуется очередным поколением. Ламарк верил, как и большинство людей в его время, в наследование приобретенных качеств. Предполагалось, что эволюционный процесс идет за счет того, что животные пытаются сделать что-то, используя специальные мышцы или кости. Мышцы, которые они использовали, становились больше, потому что они их использовали, а потом эти более крупные мышцы или кости, что бы это ни было, наследовались следующим поколением.
На самом деле этого не случается. На этой планете приобретенные качества не наследуются, и этот довод часто выкатывают как главное возражение теории Ламарка. Но даже на планете, где приобретенные качества наследовались бы, это бы не работало. Эта теория все еще недостаточно хороша для эволюции сложной жизни по двум причинам. Первая в том, что приобретенные качества – обычно не улучшения, а ухудшения – сломанные кости, износ, шрамы и т. д. Если бы мы наследовали приобретенные качества, мы бы все хромали на сломанных ногах наших предков, чего очевидно не происходит. Даже на планете, где такое бы случалось, это все равно не обеспечивало бы механизм для прогрессивной эволюции.
Принцип использования и неиспользования тоже недостаточно хорош, он не срабатывает для этой задачи. Можно, конечно, говорить, что мышца становится больше, если используешь ее чаще. Это может быть верно, но не объясняет сложное устройство чего-то вроде глаза. Точные, острые резцы естественного отбора хороши для создания тонко настроенных органов, таких как уши или глаза, но неправда, что, если глаз использовать больше, он станет видеть лучше. В этом нет смысла, как нет смысла в утверждении, что прохождение фотонов через линзу делает ее прозрачнее или что-то в этом роде. Так что мы можем отвергнуть теорию Ламарка не только на этой планете, но и повсеместно. Это попытка найти объяснение эволюции, но негодная попытка, и негодная в любых условиях.