Рассказ предка. Паломничество к истокам жизни
Шрифт:
Шпигельман в экспериментах избрал отправной точкой Q-РНК “дикого” типа. Манфред Сумпер и Рюдигер Люче из лаборатории Манфреда Эйгена провели другой опыт, также получив удивительные результаты. Они показали, что при определенных условиях в пробирке, в которой нет РНК, а есть лишь компоненты для ее синтеза и фермент Q-репликаза, может спонтанно синтезироваться самореплицирующаяся РНК. В подходящих условиях она эволюционирует, превращаясь во что-то вроде “монстра Шпигельмана”. Здесь уместно вспомнить о креационистах, которые боятся (или, лучше сказать, надеются), что крупные молекулы слишком “невероятны”, чтобы появиться в результате эволюции. Сила кумулятивного естественного отбора (и его отличие от слепого случая) такова, что “монстру Шпигельмана” нужно лишь несколько дней, чтобы выстроить себя с нуля.
Однако эти эксперименты все же нельзя назвать проверкой гипотезы “мира РНК”. Нам так или иначе приходится “мошенничать”, обеспечивая постоянное наличие Q-репликазы. А гипотеза “мира РНК” связывает свои надежды с каталитическими способностями самой РНК. Ведь если РНК может катализировать другие реакции (что она, как известно, делает), почему бы ей не катализировать собственный синтез? Сумпер и Люче обошлись без РНК, однако Q-репликазу все-таки использовали. Таким образом, нужен новый эксперимент, в котором не использовалась бы и Q-репликаза. Исследования на эту тему продолжаются, и я ожидаю интереснейших результатов.
А сейчас я хотел бы поговорить о модном направлении мысли, которое полностью совместимо с идеей “мира РНК” и многими другими современными теориями происхождения жизни. Новизна в том, что первые важные события происходили не в “маленьком теплом пруду”, а в глубинах Земли. Чтобы найти “Кентербери” и закончить наше путешествие, пилигримам придется спуститься под землю. Главный вдохновитель этой теории – Томас Голд, большой оригинал. Вообще-то он астроном, но заслуживает редкого ныне звания полимата. Причем Голд настолько выдающийся ученый, что его избрали и в Королевское общество, и в Национальную академию наук США.
Голд считает, что мы напрасно делаем упор на Солнце как на исходную энергетическую движущую силу жизни. По его мнению, нас могло ввести в заблуждение то, что кажется таким знакомым: мы придаем себе и собственному типу жизни центральное положение, которого не заслуживаем. Когда-то учебники утверждали, что жизнь зависит от солнечного света. Затем, в 1977 году, было сделано ошеломляющее открытие: в вулканических жерлах на океаническом дне есть сообщества необычных существ, обходящихся без солнечного света. Жар от лавы нагревает воду выше 100 °C (что, однако, значительно ниже точки кипения вследствие колоссального давления на глубине). При этом окружающая вода остается очень холодной, и температурный градиент стимулирует различные типы бактериального метаболизма. Живущие там термофильные бактерии (включая серных бактерий, которые используют сероводород из жерл) составляют основу сложных пищевых цепей. Верхние звенья таких цепей включают кроваво-красных червей погонофор, достигающих трех метров в длину, а также морских блюдечек, мидий, морских звезд, усоногих рачков, белых крабов, креветок, рыб и кольчатых червей, которые способны жить при 80 °C. Как мы видели, существуют бактерии, умеющие обращать себе на пользу адские температуры, однако такого не замечали за животными, поэтому открытых червей-полихет назвали помпейскими червями. Некоторых серных бактерий приютили животные, например устрицы и гигантские погонофоры, которые имеют биохимические механизмы, позволяющие использовать гемоглобин (он придает им кроваво-красный цвет) для скармливания сульфидов своим бактериям. Эти колонии, живущие за счет извлечения бактериями энергии из жерл вулканов, поразили всех сначала своим существованием, а затем и богатством форм, разительно контрастирующим с пустыней морского дна.
Но даже после сенсационного открытия многие биологи продолжают считать, что жизнь полностью зависит от Солнца. Большинство ученых считает существ из глубоководных сообществ пусть восхитительными, но все же редкими и нетипичными исключениями. Голд думает иначе. По его мнению, именно в пекле под высоким давлением возникла жизнь. Не обязательно в море, а, возможно, в горных породах глубоко под землей. А исключения – это как раз мы, живущие на поверхности, в окружении света и прохладного свежего воздуха! Голд указывает, что гопаноиды – органические молекулы в стенках бактериальных клеток – повсеместно встречаются в горных породах, и приводит оценку специалистов: іо-100 триллионов тонн гопаноидов в горных породах по всему миру. Это гораздо больше органического углерода (всего триллион тонн), содержащегося в обитающих на поверхности жизненных формах.
Голд считает, что породы пронизаны трещинами, которые, хоть и почти невидимы глазу, обеспечивают более миллиарда триллионов кубических сантиметров теплого влажного пространства, подходящего для жизни на бактериальном уровне. Тепла и химических веществ, составляющих эти породы, достаточно для поддержания жизни огромного количества бактерий. Многие бактерии, указывает Голд, живут при температуре до 110 °C, что позволяет им жить на глубине 5-10 км (для преодоления этого расстояния им потребовалось бы менее тысячи лет). И, хотя это невозможно проверить, Голд считает, что биомасса бактерий, живущих в горячих недрах, может превышать биомассу знакомых нам поверхностных жизненных форм, существующих за счет энергии Солнца.
Голд и другие ученые напоминают, что термофилия – нередкое явление среди бактерий и архей. Она распространена настолько широко, что, возможно, именно она была тем примитивным состоянием, из которого эволюционировали знакомые нам холодолюбивые формы жизни. Температурные и химические условия на поверхности первобытной Земли (некоторые ученые называют этот период гадейским) были сильнее похожи на условия Голда, чем на сегодняшние поверхностные. И можно привести доводы в пользу того, что, погружаясь вглубь горных пород, мы погружаемся вглубь времен и открываем мир, похожий на “Кентербери”.
Эту идею недавно отстаивал англо-австралийский физик Пол Дэвис, приведший в книге “Пятое чудо” новые свидетельства, появившиеся уже после выхода статьи Голда в 1992 году. Было показано, что добытые бурением пробы содержат гипертермофильные бактерии, живые и плодящиеся – хотя были предприняты меры, исключающие загрязнение с поверхности. Впоследствии некоторых из этих бактерий успешно культивировали… в модифицированной скороварке.
Дэвис, как и Голд, считает, что жизнь возникла глубоко под землей и что бактерии, до сих пор там живущие, могут представлять собой наших почти не изменившихся далеких предков. Эта идея особенно привлекательна для нас, пилигримов, потому что позволяет надеяться на встречу с бактериями, не похожими на знакомых нам бактерий, приспособившихся к современным свету, прохладе и кислороду. Теория возникновения жизни в горячих недрах, сначала поднятая на смех, сегодня очень модна. Окажется ли она верной, покажут дальнейшие исследования. Но я, признаться, надеюсь, что так и произойдет.
Существует множество других теорий. Возможно, когда-нибудь мы придем к консенсусу относительно происхождения жизни. Однако сомневаюсь, что консенсус будет подкреплен непосредственными доказательствами – боюсь, они давно утрачены. Скорее всего, окончательное решение будет принято после того, как кто-нибудь предложит теорию настолько элегантную, что, как выразился (в другом контексте) американский физик Джон Арчибальд Уилер,
ее суть окажется столь простой, красивой, убедительной, что мы скажем друг другу: “Да разве может быть иначе?! И как это мы так долго оставались слепыми?”
Возвращение Хозяина
Трактирщик, сопровождавший Чосера и других пилигримов в Кентербери и исполнивший роль импресарио, привел их обратно в Лондон. И если я теперь вернусь в настоящее, оно должно быть иным: ожидание того, что эволюция дважды проследует одним путем, противоречило бы логике нашего путешествия. Эволюция никогда не была нацеленной. Наше путешествие было последовательностью слияний, увеличивавших нашу компанию по мере того, как нас поглощали все более крупные группы: человекообразные обезьяны, приматы, млекопитающие, позвоночные, вторичноротые, животные – и так далее, вплоть до предка всего живого. Если теперь мы развернемся и двинемся в будущее, нам не удастся пройти по собственным следам. Это значило бы, что эволюция, проигранная заново, проследовала бы тем же путем, в обратном порядке повторяя слияния, принявшие форму ветвления. Поток жизни разветвлялся бы во всех “правильных” точках. Был бы заново открыт фотосинтез и окислительный метаболизм, снова образовалась бы эукариотическая клетка, и клетки соединились бы, сформировав многоклеточные организмы. Произошло бы новое ветвление группы растений и группы животных и грибов, новое ветвление первичноротых и вторичноротых животных, повторное изобретение позвоночника, а также глаз, ушей, конечностей, нервных систем… В конце концов явились бы двуногие с увеличенным мозгом и ловкими руками, смотрящие на мир направленными вперед глазами и достигшие вершины своей эволюции в виде вошедшей в поговорку сборной по крикету, способной победить австралийцев.