Поток энергии живителен, прекрасен и – ничего не прощает. Малейшее его нарушение – минута, секунда, в течение которой состояние отклоняется от исходного, – и все может пойти прахом. Споры, погружаясь в метаболическую спячку, способны обходиться без потока энергии. Как же им повезло, что они способны и пробуждаться от нее. Но большинство из нас… мы живем благодаря тем же процессам, которые давали энергию первым живым клеткам. Эти процессы никогда не претерпевали радикальные изменения: как это было возможно? Все живое должно жить, чтобы оставаться живым. Чтобы жить, требуется непрерывный поток энергии. Неудивительно, что именно поток энергии ставит главные ограничения на пути эволюции, определяя, что возможно, а что нет. Неудивительно, что бактерии продолжают делать то, что обычно, не в силах ощутимо повлиять на горение пламени, благодаря которому они растут, делятся, конкурируют друг с другом. Неудивительно, что единственный удавшийся случай – единичный эндосимбиоз прокариот – не затронул пламя, не повредил ему, а зажег множество искр – которые затеплились в каждой эукариотической клетке, а потом и во всех сложных формах жизни. Неудивительно, что поддержание пламени жизненно важно. Оно необходимо для нашей физиологии и эволюции, его существованием можно объяснить многие странности нашего прошлого и черты современной жизни. Как нам повезло, что наш ум – самая невероятная биологическая машина во Вселенной – теперь служит проводником для этого бесконечного потока энергии, и благодаря этому мы можем думать о том, почему жизнь такова, какова она есть. Да пребудет с вами протон-движущая сила!
Благодарности
Эта книга знаменует конец большого путешествия – и начало нового. Первое путешествие началось, когда я приступил к своей первой книге – “Энергия, секс и самоубийство: митохондрии и смысл жизни”, опубликованной в 2005 году издательством Оксфордского университета. В то время меня занимали вопросы, на которые я пытаюсь ответить и здесь: вопросы происхождения сложной жизни. На меня оказала сильное влияние работа Билла Мартина о происхождении эукариот и другая, не менее радикальная его работа (написанная в соавторстве с геохимиком Майком Расселом), посвященная происхождению жизни и раннему расхождению архей и бактерий. Вся эта (и предыдущая) книга построена на фундаменте, который заложен Мартином и Расселом, титанами эволюционной биологии. Но некоторые идеи здесь – мои собственные. Сочинение книг способствует сосредоточению. Для меня писать для широкой аудитории есть главное, ни с чем не сравнимое удовольствие: я должен ясно мыслить и выражать свои мысли так, чтобы они были понятны в первую очередь мне самому. Так я столкнулся с вещами, которых не понимаю. К моему удивлению, некоторые из этих проблем нигде не освещались: их просто не замечали или игнорировали. Поэтому книга “Энергия, секс и самоубийство” оказалась в некотором смысле необходимой: в ней я попытался изложить некоторые свои идеи, которые я с тех пор разрабатываю.
Я делился ими на конференциях и в университетах по всему миру. Они получали развитие в результате столкновений с разумной критикой. Со временем идеи уточнялись (например, всеобъемлющая концепция о важности энергии для эволюции). Другие соображения пришлось отбросить как ошибочные. Но сколь ни хороша идея, настоящей наукой она становится лишь после того, как оформлена в гипотезу, а затем тщательно проверена.
Это оставалось несбыточным до 2008 года, когда Университетский колледж Лондона предложил “дерзновенным мечтателям” грант на разработку переворачивающих представления идей. “Проректорский исследовательский грант” стал интеллектуальным детищем проф. Дона Брэбена, человека неиссякаемой энергии, который много лет боролся за свободу научной деятельности. Брэбен полагает, что наука по своей природе непредсказуема и неуправляема, сколь сильно общество ни желало бы знать приоритетные области для употребления денег налогоплательщиков. По-настоящему революционные идеи почти всегда приходят оттуда, откуда мы не ждем. Они ставят все с ног на голову не только в своей отрасли, но и в экономике, развитие которой определяется научным прогрессом. Поэтому в интересах общества финансировать ученых на основании лишь их идей, какими бы непостижимыми те ни были, а не тратить силы и средства на удовлетворение уже известных нужд человечества. Это редко помогает, поскольку радикально новые открытия обычно совершаются вне этой области: природе безразличны устанавливаемые человеком рамки.
К счастью, я соответствовал требованиям Университетского колледжа. У меня была книга, полная нуждающихся в проверке идей, и, к моей радости, Брэбена это убедило. Именно он выступил с инициативой о выдаче мне гранта. Не в меньшем долгу я перед заместителем проректора Университетского колледжа проф. Дэвидом Прайсом, а также проф. Малкольмом Грантом. Я безмерно благодарен проф. Стиву Джонсу за поддержку и за то, что он радушно принял меня на кафедре генетики, эволюции и окружающей среды, которую он в то время возглавлял. Кафедра стала для меня основным местом проведения исследований.
Это было шесть лет назад. Срок гранта ограничивался тремя годами, и этого мне хватило, чтобы определиться с дальнейшим направлением работы, а также позволило бороться за другие гранты, чтобы продолжить изыскания. И я очень благодарен фонду “Леверхульм траст”, который три последних года поддерживал мои исследования происхождения жизни. Мало кто захочет финансировать абсолютно новый, экспериментальный подход. К счастью, работа с маленьким реактором для воспроизведения жизни начинает давать потрясающие результаты.
Конечно, эту работу я проделал не в одиночку. Я обменивался идеями с Биллом Мартином, профессором молекулярной эволюции Дюссельдорфского университета. Он щедро делился со мной временем, энергией и мыслями, без колебаний отвергал негодные доводы и не терпел невежества. Великой радостью и честью для меня было написать несколько статей в соавторстве с Биллом. Надеюсь, эти работы явились заслуживающим внимания вкладом в науку. Мало что может сравниться с сотрудничеством с Биллом. Работая с ним, я усвоил важный урок: не усложняй задачу сценариями, которые можно представить, но которые неизвестны в реальном мире, и сосредоточься на том, что такое жизнь, а потом выясняй, почему она такова.
Я хочу поблагодарить профессора генетики Университетского колледжа Эндрю Помянковски. Ему доводилось работать с такими легендарными фигурами, как Джон Мейнард Смит и Билл Гамильтон. В Помянковски сочетается свойственная им строгость с осознанием нерешенных проблем биологии.
Проф. Финн Вернер – еще один мой коллега из Университетского колледжа с бесконечным потоком идей, неиссякаемым энтузиазмом и огромным профессионализмом. Он делился знаниями о структурной биологии и, что особенно важно, о молекулярной структуре РНК-полимеразы (одной из древнейших и удивительнейших молекулярных машин, которая сама по себе способна помочь нам многое узнать о ранней эволюции).
Мне повезло работать со многими одаренными аспирантами и постдоками. Их можно разделить на две группы: первые добывали при помощи реактора материал, а вторые, пользуясь своими познаниями в математике, реконструировали эволюцию эукариот. В частности, я благодарен д-ру Барри Херши, Александре Уичер и Элою Кампруби (за умение сделать так, чтобы сложнейшие химические реакции действительно шли в лаборатории, и за то, что они разделяли мой подход к проблеме), а также д-ру Льюису Дартнеллу, который помог построить прототип реактора и начать эксперимент. Также я благодарен профессору химии материалов Джулиану Эвансу и профессору микробиологии Джону Уорду. Они тратили на мой проект время, силы и лабораторные ресурсы, а также вместе со мной руководили работой аспирантов. В этом научном походе они были моими братьями по оружию.
Аспиранты и постдоки, принадлежащие ко второй группе – те, кто занимался математическим моделированием, – сотрудничали со мной в рамках докторантской программы Университетского колледжа, которую до недавнего времени финансировал английский Совет по исследованиям в области инженерных и физических наук. Название этой программы – Centre for Mathematics and Physics in the Life Sciences and Experimental Biology – имеет очень подходящую аббревиатуру CoMPLEX. Со мной и Помянковски работали следующие участники программы CoMPLEX: д-р Зена Хадживасилиу, Виктор Сохо, Арунас Радзвилавичюс, Джез Оуэн и, с недавних пор, д-р Брам Койпер и д-р Лорель Фогерти. Имея дело с довольно туманными идеями, они построили строгие математические модели, которые во многом позволили понять, какова в действительности биология. Эти изыскания – увлекательное путешествие, и я давно оставил попытки предугадать его конечный пункт. Эту работу мы начали вместе с проф. Робом Сеймуром. Он вдохновлял меня своим примером и, хотя и был математиком, знал биологию лучше большинства биологов. К несчастью, в 2012 году Роб умер от рака в возрасте 67 лет. Студенты его обожали.
Эта книга опирается в основном на изыскания, проведенные в последние шесть лет совместно со многими учеными (25 статей; см. список литературы), здесь я подытожил долгий период размышлений и споров на конференциях и семинарах, в переписке и за выпивкой, и все это повлияло на мои взгляды. Так, я должен поблагодарить проф. Майка Рассела, чьи революционные идеи, касающиеся истоков жизни, вдохновили молодое поколение, а умение переносить удары судьбы служит примером для всех нас. Также я благодарю проф. Джона Аллена, чьи гипотезы в области эволюционной биохимии указали путь другим. К тому же Джон всегда был борцом за академическую свободу, что не так давно ему дорого обошлось. Я благодарю проф. Фрэнка Гарольда, который в нескольких удивительных книгах сумел объединить биоэнергетику, цитологию и эволюцию и чей здоровый скептицизм заставлял меня двигаться вперед. Я благодарен проф. Дугласу Уоллесу, чья концепция митохондриальной энергетики как главного двигателя старения и возникновения заболеваний имеет невероятно важное значение; проф. Густаво Барха, который настолько ясно понимает связь свободных радикалов с процессами старения, что я ориентировался на его подход. Кроме того, я хочу выразить благодарность д-ру Грэму Годдарду, чьи похвалы и прямота некогда изменили мою жизнь.