Живучесть микробов и их существование на Земле уже более трех миллиардов лет, их незаменимый вклад в биосферу, их неблагодарный труд по созданию мира, пригодного для нашего существования, – это веские причины уважать их. Я вынужден признать, что испытываю к ним определенное почтение. На Земле еще можно, не говоря уж о Марсе, облачиться в футболки с лозунгами «Спасите микробов!». И да, о грибке тоже стоит позаботиться.
Возможно, жизнь на Земле возникла в гидротермальном источнике, подобном этому – так называемому Канделябру, который извергает горячие жидкости в море на глубине 3300 метров (MARUM-Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen / CC BY 4.0)
15. Как зародилась жизнь?
Поездка от станции «Оксфорд» до колледжа Корпус-Кристи[65]
Мне было недалеко, но шел дождь, так что я запрыгнул в такси у железнодорожной станции «Оксфорд». Я направлялся в колледж Корпус-Кристи, в котором получил свою докторскую, чтобы отпраздновать пятисотлетие института.
– Вы местный? – спросил мой таксист. Ему было где-то за шестьдесят, и я сразу почувствовал, что он уже давно делает свою работу. Он вертел головой туда-сюда, аккуратно выезжая мимо припаркованных у станции такси на главную дорогу.
– Раньше был, сейчас нет, – ответил я. – Но, возвращаясь сюда, я всегда чувствую себя как дома, даже грустно немного.
Есть что-то тревожащее в улицах, по которым ты бродил в юности. Здесь ты шел поздно ночью после вечеринки. А вот здесь твой юный ум одолевало беспокойство по поводу той или иной беды. Такие улицы населены вашими призраками. Я завел разговор со своим водителем о том, как провел здесь несколько лет – всего три года, менее одного процента от времени существования колледжа. Но даже 500 лет представляют собой незначительный промежуток времени относительно момента, когда на Земле возникла сама жизнь. С тех пор прошло четыре миллиарда лет; Корпус-Кристи просуществовал всего 0,0000125 % этого времени. В этом масштабе мое присутствие в истории колледжа более значимое, чем сам колледж в истории жизни на Земле. (Причем я сыграл не слишком-то большую роль для Корпус-Кристи в целом.)
– Легко осознать, что время, проведенное здесь, было лишь крошечной частью истории колледжа, – сказал я водителю, – но, если вы простите меня за странную мысль, еще менее значительным себя чувствуешь, если думать о колледже как о крохотной песчинке времени, прошедшего с момента рождения Земли миллиарды лет назад. По сравнению с этим все мы достаточно эфемерны.
– Сложно представить такой долгий промежуток времени. Мы обычно о таком не думаем, – ответил водитель, и я кивнул в знак согласия. Человеческому разуму сложно воспринимать смысл веков, не говоря уж о миллиардах лет. Это просто куча времени, нам сложно представить разницу между миллионом и миллиардом лет. Вот какие промежутки были преодолены при зарождении жизни. Было ли это неизбежно, учитывая имеющееся в распоряжении время? Появился ли Корпус-Кристи благодаря химическим случайностям или можно с уверенностью утверждать, что какого-то рода жизнь обязана была зародиться в бурлящих и кипящих прудах древней Земли и стать разумной? Когда мы обсуждали мой интерес к происхождению жизни, у моего водителя возник вопрос о неизбежности.
– Мир так давно существует, – сказал он, – все что угодно могло случиться. Как все началось и насколько это было неизбежно?
Этот вопрос волнует (или должен волновать) всех людей, но никто не способен на него ответить. Однако редко кто задает его так прямо. Другой водитель в Лондоне однажды спросил меня, существуют ли инопланетные таксисты во Вселенной, и за этим вопросом стояла тайна о неизбежности зарождения жизни. Но в этот раз мой водитель попал прямо в яблочко, спросив, как же все началось. Было ли предопределено – не обязательно Богом, но физическими условиями, – что после того, как раскаленная Земля затвердела из расплавленной породы нашей ранней Солнечной системы, планета заполнится жизнью?
Любой возможный ответ на этот вопрос неразрывно связан с существованием жизни на других планетах. Если возникновение жизни неизбежно при соответствующих условиях, то Земля вряд ли является чем-то выдающимся в мертвой Вселенной, потому что просто немыслимо, чтобы среди миллиардов и миллиардов планет во Вселенной ни одна не была бы похожа на Землю. В самом деле, нам не следует предполагать, что условия, подобные земным, являются единственными условиями поддержания жизни, и еще труднее поверить, что во Вселенной, в которой существует Земля, ни на одной другой планете нет подобных условий. Вопрос моего таксиста – с чего все это началось и было ли это предопределено? – может показаться не очень ясным. Вроде загадки, над которой человек может ломать голову в подростковом возрасте, после чего эти размышления уступят место цинизму или грузу ответственности взрослой жизни. Однако этот вопрос имеет первостепенное значение и вдохновил бесчисленные поколения ученых.
В этой главе я не смогу раскрыть вам загадку жизни. Но пусть никто не может с твердой уверенностью объяснить, как оно все есть на самом деле, я хотя бы могу попытаться рассказать вам то, что мы точно знаем. Серьезные исследования привели к появлению заманчивых идей. Нам удалось исключить некоторые теории (это важная часть научного метода, как вы помните) и продолжить проверку других и проследить, к чему они ведут.
Вот один из подходов к пониманию происхождения жизни. Проанализируйте простейшую бактерию на планете, и вы обнаружите, что у нее есть некоторые основные части, общие для всего живого на Земле. Другими словами, существует своего рода базовый план живого организма, примерно как у всех автомобилей есть определенные общие части. При всем изобилии форм и цветов у каждой машины есть двигатель, двери, колеса. Итак, в основе жизни мы находим «шасси», неизменное для всей биосферы. Вполне резонно задаться вопросом, откуда взялись эти фрагменты, поскольку они, очевидно, являются строительными блоками всего, что произошло после. И если мы поймем, как появились эти зачатки жизни, мы сможем более эффективно искать в космосе другие места, условия которых способствуют их появлению.
Одна из этих существенных особенностей живых организмов – защита. У каждого организма на Земле есть внутренняя часть, ограниченная оболочкой, отделяющей его от окружающей среды. И внутри этого пространства часто находится гораздо больше объектов со своими собственными оболочками, разделяющими их и отграничивающими от окружающих тканей. Это умное и элегантное решение одной из проблем на планете, бо́льшая часть которой покрыта океанами: в воде вещи имеют свойство рассеиваться. Если вы нальете небольшое количество жидкости для мытья посуды в ванну с водой, мыло растворится и его цвет в воде будет едва заметен. Так же сложно сконцентрировать важные для жизни молекулы в океане, реке или озере – они тоже растворятся в воде. Исключением являются только вирусы, как, например, коронавирус, и прионы – аномальные белки[66], вызывающие коровье бешенство и другие заболевания. Но они не могут воспроизводиться самостоятельно. Они, можно сказать, высушенные частицы, и их активность и размножение зависят от наполненной жидкостью защищенной внутренней части остальных организмов.
Таким образом, незаменимой для жизни является «сумка», в которой можно держать все свои «вещи», чтобы они не рассыпались и не растворились. Подобные оболочки существуют на всех уровнях жизни, но в основе той, с которой все началось, находится клеточная мембрана. Каждая клетка на Земле содержится в такой капсуле, и, хотя эти капсулы различаются у разных представителей богатого зоопарка жизни, у всех них есть схожая черта: все они состоят из молекул определенного типа. Эти молекулы, называемые фосфолипидами, имеют «голову» и два «хвоста». «Головка» гидрофильна – она «любит» воду и с радостью идет с ней на контакт. Однако оба «хвоста» гидрофобны – к воде они испытывают отвращение. Если вы поместите эти молекулы в воду, они самопроизвольно сделают нечто удивительное. Они образуют сферу с гидрофильными «головками» снаружи, открытыми для воды, и гидрофобными «хвостами», направленными внутрь и защищенными от воды окружающими их «головками». Между тем другие фосфолипиды располагаются внутри этой сферы в противоположном направлении, так что «хвосты» обращены к «хвостам», а внутренние «головки» заключают в себя отверстие, содержащее воду и, возможно, многое другое. Это поразительная трансформация, но отнюдь не чудо. Скорее образование фосфолипидного мешка является простым и неизбежным следствием характера самих фосфолипидов, один конец которых любит воду, а другой ненавидит ее. Оказывается, один из лучших способов объединения таких структур в стабильное состояние – это выравнивание в листы, а затем сжатие в сферические формы. Эта структура, называемая везикулой, так же красива, как жизненно необходима. В ней заключены все разрозненные детали, необходимые для существования жизни. Когда везикула охватывает клетку, мы называем ее клеточной мембраной.
Очевидный вопрос: откуда взялись эти замечательные противоречивые молекулы? Они кажутся довольно специализированными, настроенными на очень специфические нужды создания жизненных оболочек. Клеточные мембраны действительно тонко настроены; в ходе эволюции они стали более пригодными для жизни. Но они берут свое начало в чем-то более простом – в первичном материале, из которого была построена наша Солнечная система.
Возьмите древний метеорит, в состав которого входят молекулы, содержащие углерод. Хорошим примером может служить Мурчисонский метеорит, упавший в 1969 году в австралийском Мурчисоне. Это настоящий реликт времен образования Солнечной системы. Ему более четырех миллиардов лет, так что он относится к самому началу истории нашей Солнечной системы и жизни, которую она породила. Камень черный и почти мягкий на ощупь. Его цвет обусловлен высоким содержанием богатых углеродом органических соединений, мало чем отличающихся от сажи. Метеорит выглядит так, будто в какой-то момент он чуть не сгорел. Теперь аккуратно измельчите камень в воде и высвободите часть молекул, находящихся внутри. Среди них есть молекулы с длинными цепочками атомов углерода, склеенных вместе. Извлеките из смеси эти так называемые карбоновые кислоты и добавьте их в воду, и на ваших глазах они объединятся в везикулы, которые пульсируют и плавают под вашим микроскопом. Этим молекулам не хватает сложности современных клеточных мембран, сформированных в результате более чем трех миллиардов лет эволюции. Но карбоновые кислоты, образованные в скоплениях облаков и газов нашей Солнечной системы, представляют собой простейшие мешочки жизни.