Вымышленные Кэрнсом-Смитом частицы глины строились на кремнии, популярном среди авторов научной фантастики, когда они воображают формы жизни в иных мирах. Аналогично углероду, атомы кремния могут иметь до четырех химических связей, и нам известно, что они могут образовывать полимеры, что лежит в основе силиконовых герметиков, клеев, смазочных материалов и кухонной посуды. В принципе молекулы кремния могут быть большими и достаточно изменчивыми, чтобы содержать биологическую информацию. Однако, несмотря на то что кремния на Земле намного больше, чем углерода, жизнь тут основана на углероде. Это может объясняться тем, что в условиях поверхности нашей планеты кремний не столь легко вступает в химические связи с другими атомами, как углерод, и, следовательно, не обеспечивает достаточного разнообразия для жизни. Впрочем, было бы глупо с порога отметать возможность того, что жизнь на основе кремния или, если на то пошло, на любой другой химии не может процветать в иных условиях, встречающихся где-нибудь во Вселенной.
Когда размышляешь о том, что такое жизнь, возникает большой соблазн провести четкую разделительную линию между жизнью и не-жизнью. Клетки очевидным образом живые, равно как и все организмы, созданные из скоплений клеток. Но имеются другие жизнеподобные формы, имеющие промежуточный статус.
Ярким примером служат вирусы. Они представляют собой химические структуры с геномом – некоторые на основе ДНК, другие на основе РНК, – содержащие гены, требующиеся для создания белковой оболочки, в которую заключен каждый вирус. Вирусы могут эволюционировать путем естественного отбора, проходя тем самым тест Мёллера, но далее все становится менее ясным. В частности, вирусы, строго говоря, не могут размножаться. Их количество может возрастать исключительно путем заражения клеток живого организма и захвата метаболизма инфицированных клеток.
Поэтому, когда вы простужаетесь, вирусы проникают в клетки в слизистой оболочке носа и пользуются их ферментами и сырьем для многократного воспроизведения вирусов. Вирусов производится так много, что инфицированная клетка разрушается, высвобождая тысячи вирусов простуды. Те инфицируют соседние клетки и попадают в кровоток, а далее заражают клетки в других местах. Такая стратегия продления существования вируса очень эффективна, но отсюда следует, что вирус не может действовать отдельно от клеточной среды своего хозяина. Иными словами, он полностью зависим от другого живого объекта. Получается, что вирусы чуть ли не циркулируют между состоянием, когда они живы, химически активны и воспроизводят себя в клетках хозяина, и состоянием, когда они не живы, существуя как химически инертные вирусы вне клетки.
Ряд биологов приходят к заключению, что строгая зависимость от другого живого объекта означает, что вирусы не подлинно живые. Но не будем забывать, что другие формы жизни, включая нас самих, тоже зависимы от других живых существ.
Знакомое вам собственное тело на деле – экосистема, состоящая из смеси человеческих и нечеловеческих клеток. Наших собственных тридцать с лишним триллионов клеток численно превосходят клетки различных сообществ бактерий, архей, грибов и одноклеточных эукариотов, живущих на нас и внутри нас. Многие люди носят с собой и более крупных животных, включая разнообразных кишечных глистов и микроскопических восьминогих клещей, живущих на нашей коже и откладывающих яйца в волосяные луковицы. Многие из этих наших близких нечеловеческих спутников сильно зависят от наших клеток и тел, однако мы также зависим от некоторых из них. Например, бактерии в нашем кишечнике вырабатывают определенные аминокислоты, которые наши клетки сами произвести не могут.
И нам не следует забывать, что каждый кусочек пищи, которую мы едим, произведен другими живыми организмами. Даже многие микробы вроде изучаемых мною дрожжей полностью зависят от молекул, обычно создаваемых другими живыми организмами. Скажем, глюкозы и аммиака, которые нужны для получения макромолекул, содержащих углерод и азот.
Растения представляются несколько более независимыми. Они могут извлекать углекислый газ из воздуха, воду из земли и использовать солнечную энергию для синтеза многих из нужных им более сложных молекул, в том числе полимеров углерода. Но даже растения прибегают (в корневой системе или возле нее) к помощи бактерий, которые улавливают азот из атмосферы. Без бактерий они не могут создавать макромолекулы жизни. По существу, насколько нам известно, это не в состоянии сделать для себя никакие эукариоты. А это значит, что нет ни единого известного вида животных, растений и грибов, который мог бы сам по себе полностью отвечать за собственную клеточную химию.
Поэтому, может статься, самые подлинно независимые жизненные формы – единственные, которые могут в какой-то степени претендовать на полную самостоятельность и на «свободную жизнь», – это как раз те, что на первый взгляд кажутся довольно примитивными. В их числе цианобактерии, часто называемые сине-зелеными водорослями, способные как на фотосинтез, так и на захват собственного азота, и археи, получающие всю свою энергию и химическое сырье из вулканически активных геотермальных источников в морских глубинах. Удивительно, но факт: эти сравнительно простые организмы не только существуют намного дольше, чем человеческий род, но и гораздо самодостаточнее нас с вами.
Глубокая взаимозависимость различных форм жизни отражена также в фундаментальной структуре наших клеток. Митохондрии, производящие нужную нашему телу энергию, некогда были всецело обособленными бактериями, овладевшими искусством создания АТФ. По какой-то чистой случайности примерно полтора миллиарда лет назад некоторые из них переселились на время в другой вид клеток. Со временем клетки-хозяева стали настолько зависеть от АТФ, производимого их гостями – бактериями, что митохондрии обосновались в них «на постоянное местожительство». Закрепление этого взаимовыгодного контакта, по-видимому, ознаменовало начало всей родословной эукариотов. Благодаря надежному энергообеспечению клетки эукариотов смогли увеличиться и усложниться. Это, в свою очередь, форсировало эволюцию нынешнего бьющего через край разнообразия животных, растений и грибов.
Все это говорит о существовании устроенного по степени увеличения сложности спектра живых организмов в диапазоне от полностью несамостоятельных вирусов до намного более самодостаточных цианобактерий, архей и растений. Я бы оспорил утверждение, что эти различные формы живые. Все они – самоуправляемые физические объекты, способные эволюционировать путем естественного отбора, но при этом они в той или иной степени зависят от других живых организмов.
Если взглянуть на жизнь под таким, более широким, углом, картина живого мира обогащается. Жизнь на Земле принадлежит к отдельной, необыкновенно взаимосвязанной экосистеме, которая включает все живые организмы. Такая фундаментальная сопричастность проистекает не только из глубоких взаимосвязей, но также из того, что вся жизнь вообще генетически родственна через общие эволюционные корни. Данная картина глубинного родства и взаимосвязанности давно отстаивалась экологами. Она берет начало в идеях путешественника и натуралиста начала XIX в. Александра фон Гумбольдта, утверждавшего, что вся жизнь объединена воедино всеобъемлющей сетью связей. Сколь бы неожиданно это ни прозвучало, такая взаимосвязанность лежит в центре жизни, и это достаточно веский довод для того, чтобы мы помедлили и как следует задумались над тем, насколько сильно деятельность человека влияет на остальной живой мир.
Организмы, живущие на многочисленных ветвях общего генеалогического древа жизни, поразительно разнообразны. Но это разнообразие отходит на задний план в сравнении с их обширным, фундаментальным сходством. Если рассматривать организмы как физические, химические и информационные машины, основные детали их операций одинаковы. Например, они используют одну и ту же маленькую молекулу АТФ в качестве энергетической валюты; они опираются на одни те же базовые отношения между ДНК, РНК и белком; для изготовления белков они используют рибосомы. Фрэнсис Крик говорил, что информационный поток от ДНК к РНК и далее к белку настолько фундаментален для жизни, что можно назвать его «центральной догмой» молекулярной биологии. С тех пор указывалось на второстепенные исключения из этого правила, но главный тезис Крика силу не утратил.
Глубинные общие черты в химических основах жизни подталкивают к знаменательному выводу: жизнь, такая, как мы ее видим сегодня на Земле, началась однократно. Если бы разные формы жизни возникали независимым образом не единожды и смогли сохраниться, крайне маловероятно, что главные функции их потомков были бы у всех настолько сходными.
Если вся жизнь проистекает из одного гигантского генеалогического древа, то что ж это было за семечко, из которого древо выросло? Где-то, почему-то, давным-давно неодушевленные и хаотичные химические вещества сорганизовались в некие более упорядоченные формы, которые могли сохраняться, копировать себя и наконец приобрели наиважнейшую способность к эволюции путем естественного отбора. Но как же эта, помимо всего прочего и наша, история фактически началась?
Земля сформировалась чуть более 4,5 миллиарда лет тому назад, на заре возникновения нашей Солнечной системы. Приблизительно первые полмиллиарда лет поверхность планеты была слишком горячей и нестабильной, чтобы там могла возникнуть жизнь такой, какой мы ее знаем. Самые старые, до настоящего времени обнаруженные и однозначно идентифицированные ископаемые организмы жили примерно 3,5 миллиарда лет тому назад. Это дает окно в несколько сотен миллионов лет, чтобы жизнь проснулась и встала на ноги. Это дольше, чем наше сознание способно с ходу уразуметь, но на деле лишь небольшая доля всей истории жизни на Земле. Фрэнсису Крику представлялось невероятным, что жизнь могла возникнуть здесь, на Земле, за доступное ей время. Поэтому он предположил, что, жизнь, должно быть, зародилась где-то во Вселенной и была доставлена сюда в частично или полностью сформированном состоянии. Но это скорее увертка, чем ответ на самый главный вопрос о том, как жизнь могла излиться из наискромнейших истоков. Сегодня мы можем дать реалистичное, хотя и в настоящее время неверифицируемое объяснение этой истории.