Третья группа ученых смотрит не на камни, а на небо. На оболочке пузырей, лопающихся на поверхности океана, и внутри них должны были содержаться крошечные молекулы жизни. Когда они дрейфовали в атмосфере и подвергались воздействию ультрафиолетового солнечного излучения, могли происходить реакции, вызывающие мутации и запускающие эволюционный процесс. Эти новые сложные молекулы затем снова упали в океан, чтобы повторить цикл, из которого возникла жизнь.
Все эти идеи имеют определенные достоинства, и ни одна из них не исключает другие. Вполне возможно, что в каждом из этих мест – глубоководных жерлах, берегах, поверхности океана – был внесен вклад в первоначальный запас химических веществ, из которых возникла жизнь. Возможно, вся ранняя Земля была гигантским животворящим реактором.
В какой-то момент, какую бы теорию вы ни предпочитали, эти молекулы должны были собраться, иначе их постигла бы судьба большинства вещей, выброшенных в океан: разжижение. Значит, ранние мембранные молекулы должны были включать в себя молекулу, способную к репликации. Со временем репликаторы взяли под контроль мембранный мешок, усложнив его молекулярную форму. Из такого простого начала путем проб и ошибок появился целый шведский стол различных клеточных типов, что в итоге привело к появлению первых клеток на Земле.
Но что насчет вот этого шага, этого прорыва от «супа» из химических элементов к молекуле, способной к репликации? Был ли он неминуем? Мы не знаем. Может быть, это было просто. Представьте себе Землю, покрытую слоем органических соединений, падающих вместе с метеоритами и вырывающихся с ее собственной поверхности. В смеси мембранных молекул каждый день происходил миллиард экспериментов. Нужно было, чтобы хотя бы один привел к созданию простой клетки, которая могла бы размножаться, став единицей, способной к эволюции. Возможно, зарождение жизни заняло меньше суток.
Внутри этих вопросов кроется миллион других загадок. Что появилось раньше: белки или ДНК и РНК? Если белки появились первыми, то откуда клетки взяли информацию для их создания, не имея закодированной схемы? Хорошо, тогда, может быть, код возник первым. Но если генетический код, этот первый подвижный фрагмент РНК или ДНК, был прародителем жизни, какой в нем мог быть смысл? Просто цепочка загадочных химических веществ, которые не закодированы ни для чего конкретного? Возможно, этот ранний код сам по себе был химическим реактором, эдакой смесью из кода и катализатора. В таком случае каталитические белки могли присоединиться к группе позже, придав дополнительную сложность и вариации структуре жизни.
Эти загадки можно интерпретировать двояко. С одной стороны, они могут говорить нам, что структура ранней жизни была разнообразной. Сначала белки или сперва нуклеиновые кислоты, а может, и то и другое вместе, действовали независимо друг от друга. Возможно, учитывая миллиарды протекавших в то время химических экспериментов, это не имеет особого значения. Каждая молекулярная перестановка, которая могла возникнуть, происходила снова и снова, пока где-то в этом планетарном бульоне определенные химические комбинации не породили клетки. Возможно, на ранней Земле существовала глобальная конкуренция между этими примитивными живыми существами, любое из которых могло быть первым предком всех живых организмов, для которых позже Земля стала домом.
С другой стороны, то, что мы знаем (или предполагаем, что знаем) о ранней Земле, также совместимо с гипотезой о том, что эта смесь молекул была безжизненна, пока не возникло одно совершенно особое обстоятельство. С этой точки зрения белки, ДНК и РНК, мембраны и другие компоненты жизни находились в постоянном танце, увлекаемые окружающими их энергетическими силами, пока наконец все не выровнялись, образуя первую клетку. Если это так, то Земля все еще была окутана первозданной органической слизью, но большей ее части было уготовано лишь угасание. Не было никакой конкуренции между формами жизни, никакой теплицы для эволюционных экспериментов. Вместо этого где-то произошла случайная победа. Внутри мембраны ни с того ни с сего оказались только нужные компоненты для жизни. Они сделали свое дело, что бы это ни было, и выталкивались наружу до тех пор, пока впервые в истории Земли мембрана не разделилась на две части так, что каждый член новой пары содержал свою собственную крошечную, идентичную другим коллекцию реплицирующихся молекул. И они вытолкнулись оттуда снова. И снова. И снова. Вот уже 16 таких клеток появилось на молодой Земле, и каждую минуту они делятся. Снова, снова и снова. Вот их уже 128. И опять, и опять. Уже больше тысячи клеток. За день мир был завоеван. Земля стала живой, родилась биосфера.
Возможно, Вселенная полна океанов, омывающих береговые линии, а гидротермальные источники и пузыри ежедневно переносят строительные блоки жизни, от аминокислот до мембран, но до сих пор не возникло ни одной клетки. А может, и не возникнет. Потенциал для жизни существует, поскольку наряду с нужными химическими соединениями в изобилии содержится энергия. Но за пределами Земли пропасть между составляющими жизни и реальностью ее существования все еще столь же велика, как между брошенными ребенком строительными кубиками и собором, которым они могли бы стать.
Наблюдая за другими мирами в поисках жизни, а также продолжая эксперименты в лаборатории, мы сможем в итоге понять, что мы такое – счастливая случайность или обыденность, предопределено ли жизни расцвести из молекулярной простоты, которая пронизывает миры, подобные нашему, или мы родились из необыкновенного стечения обстоятельств. Хотя перспектива интеллектуального и культурного обмена с разумными инопланетянами должна волновать нас, существуют и более фундаментальные научные причины искать жизнь на других планетах. Мы могли бы найти парочку интересных подсказок, как наш мир стал тем, чем он является.
За время нашей короткой поездки от вокзала до колледжа Корпус-Кристи у меня не было возможности рассказать моему водителю эту длинную и неопределенную историю. Столкнувшись с тайной о неизбежности жизни, я вынужден был признать поражение.
– Я не могу ответить на ваш вопрос, – сказал я ему. – Но пока что и никто не может. Поэтому он такой удивительный. Мы просто еще не знаем, является ли жизнь редкостью или чем-то обыкновенным.
Когда мы подъехали к колледжу, он улыбнулся и покачал головой:
– Да, да, мы не знаем таких простых вещей.
Я кивнул, соглашаясь, и поблагодарил его. В этом последнем комментарии он сформулировал истину, столь же красноречивую, сколь и несложную. У нас есть ответы на многие волнующие нас вопросы. Мы можем подробно объяснить многие тонкости нашего тела, окружающей среды и Вселенной в целом. Но ответы на самые основные вопросы остаются неуловимыми. Мы можем проследить эволюцию видов на протяжении тысяч поколений, но не можем сказать, почему вообще на Земле существует жизнь. Я отдал деньги за поездку и вышел из такси на улицу.
Красивое небо захватывает дух, хотя в нем буквально содержится то, чем мы дышим. Кислород в атмосфере Земли – это невидимое топливо, которое питает нас и большую часть биосферы, поэтому ученые ищут этот газ на других планетах (Fir0002 / Wikimedia Commons)
16. Зачем нам кислород?
Поездка от Эдинбургской тюрьмы имени Ее Величества до Брантсфилда после урока для заключенных
Это было прохладное утро, а воздух был настолько влажным, что напоминал вязкий сироп. Один из тех дней, напоминающих о том, что ты живешь в атмосфере.
– Холодно сегодня, – закашлялся мой водитель, когда мы отъезжали от ворот тюрьмы. Только что я работал с несколькими заключенными над их проектами лунной базы. Этот курс был частью проекта «Жизнь за пределами» – образовательной инициативы, которая обучает заключенных научным концепциям через призму исследования космоса.
– Да, воздух почти что есть можно, – возможно, несколько невпопад ответил я. – Настолько холодно.
– Странная штука, – ответил водитель, имея в виду воздух. – Мы принимаем его как должное.
Потом он спросил, кем я работаю. Я понял, что он из любопытных. С таксистами это качество бросается в глаза. Вы садитесь в такси, располагаетесь поудобнее, и стоит вам сказать хоть что-то, выходящее за рамки обыденного приветствия, водитель расценивает это как возможность поболтать. Этот мой водитель, пока говорил, сел повыше, и его черные кустистые брови отразились в зеркале заднего вида. Его руки будто дергали за руль. На нем было желтое пальто с высоким воротником, который обвивал его седеющие черные волосы. Я объяснил ему, чем занимаюсь.
– Так вы ученый. Расскажите мне тогда о воздухе. То есть как он сюда попал и почему мы им дышим? – спросил он.
Это был странный вопрос для обсуждения в такси. На самом деле довольно сюрреалистичный для большинства обстоятельств. Тем не менее история земной атмосферы увлекательна. Я рассказываю об этом своим студентам-астробиологам каждый год, и после того, как вы проделаете это некоторое количество раз, легко забыть, что многие люди даже не задумываются о том, как весь этот кислород вообще собрался в атмосфере, позволяя нам свободно дышать. Но, очевидно, некоторые таксисты все же задаются этим вопросом.
Представьте, что вы стоите неподвижно ранним зимним утром в поле и под вашими ногами хрустит трава. Нежно щебечут птицы где-то в тонком, как дымка, тумане, приглушающем звуки и оставляющем на виду только очертания деревьев. Вдохните поглубже свежий воздух. Непередаваемое ощущение. Но утро в деревне не всегда было таким. Откатимся на несколько лет назад, а точнее – на четыре с половиной миллиарда, и перед вами предстанет совсем другая картина. Поверхность Земли, как и все планеты, образовалась из газового диска, и вы стоите на одном из первых вулканических массивов суши. Под ногами у вас недавно расплавленная скала, простирающаяся до самого горизонта, коричневая и сухая. Тут и там пар вырывается из небольших отверстий, жерл в земле, из которых исходят вулканические газы. Это мертвая Земля, на которой еще не родились первые существа. И вот еще одно существенное отличие: вы смотрите через окуляр респиратора, закрывающего все ваше лицо. На другом конце респиратора находится баллон с кислородом. Не снимайте противогаз, иначе вы моментально задохнетесь.