Жизнь как она есть: её зарождение и сущность
Шрифт:
Глава 13. Противопоставление двух теорий
Все ранее приведенные аргументы подкрепляют тезис о том, что направленная панспермия вполне вероятна. Это означает, что мы имеем два типа теорий о происхождении жизни на Земле и что они коренным образом отличаются друг от друга. Первая, общепринятая теория, утверждает, что жизнь, какой мы ее знаем, зародилась здесь совершенно самостоятельно, лишь с небольшой помощью (или вообще при ее отсутствии) со стороны чего-нибудь, находящегося за пределами нашей Солнечной системы. Вторая направленная панспермия постулирует, что корни нашей формы жизни тянутся в другое место Вселенной, почти непременно на другую планету, что она достигла высшей формы там, прежде чем что-либо значительное зародилось здесь; и что источником жизни здесь послужили микроорганизмы, посланные на каком-то виде космического корабля высшей цивилизацией.
Обе теории вряд ли могут различаться сильнее, но важно задать вопрос: имеет ли эта разница значение? Поскольку по времени началом Вселенной в ее настоящем виде послужил Большой взрыв и поскольку любая форма жизни в те далекие времена была невозможна, жизнь, должно быть, зародилась где-нибудь в другом месте некоторое время спустя после Большого взрыва. Можно утверждать,
В таком случае, обе теории различаются коренным образом. Можем ли мы решить, какая из них, вероятнее всего, окажется верной? В частности, можем ли мы выстроить какие-либо убедительные доказательства, которые могли бы подтвердить или опровергнуть направленную панспермию? Одна возможная последовательность доводов содержится внутри тех организмов, что существуют сегодня. Несмотря на большое разнообразие молекул и химических реакций, созданных эволюцией, есть определенные особенности, которые, по-видимому, являются общими у всех живых существ. По мере того, как мы тщательно собираем все больше и больше данных из живущих сегодня организмов, мы начинаем соединять в одно целое родословные деревья некоторых молекул, например, молекул транспортной РНК, в надежде, что сумеем установить характер древнейших предков этих молекул. Такая работа все еще ведется, но есть одна особенность, которая настолько инвариантна, что сразу же привлекает внимание. Это генетический код, описанный в приложении. За исключением митохондрий, код идентичен у всех живых существ до сих пор изученных, и даже в случае митохондрий отличия довольно незначительны. Это не вызывало бы удивления, если бы существовало очевидное структурное основание для элементов кода, если определенные аминокислоты должны были обязательно сопровождать определенные кодоны, например, потому, что их формы изящно соответствовали друг другу. Предпринимались смелые попытки предложить объяснения, как это могло произойти, но все они представляются неубедительными. По крайней мере, вполне правдоподобно, что все элементы кода, в основном, случайны. Даже если некоторые первые кодоны были продиктованы не случайностью, а несли в себе какую-то химическую логику, и даже если некоторые общие особенности кода можно некоторым образом объяснить, то наиболее невероятным представляется, по крайней мере, сегодня, что все элементы кода были определены чисто химическими причинами. Код предполагает как раз то, что жизнь на некоем этапе прошла, по крайней мере, через одно узкое место, небольшую инбридинговую популяцию, из которой развилась вся последующая жизнь.
Итак, веской причины, почему бы такого узкого места не могло быть на первых этапах эволюции на Земле, не существует. Один вариант кода, возможно, оказавшись намного лучше любого другого, мог дать своим обладателям избирательное преимущество над всеми их конкурентами, поэтому выжил он один, а все остальные стали вымирать. Тем не менее, слегка удивляешься, что не появилось несколько вариантов кода, и тот факт, что коды метахондрий слегка отличаются от остальных, подтверждает это. Однако из многих различных типов организмов на Земле, пожалуй, лишь немногих преднамеренно проверяли для того, чтобы определить их точный генетический код. Поскольку предполагается, что код всегда останется одинаковым, немногие исследователи страстно желают тратить время на эту проблему. Возможно, при дальнейших исследованиях будет обнаружено большее разнообразие. До тех пор то обстоятельство, что код настолько единообразен, в небольшой степени подкрепляет гипотезу о направленной панспермии.
Существуют ли другие особенности, общие для всех живых существ, которые кажутся необычными? В нашей первой статье мы с Оргелом предположили, что относительное содержание элемента молибдена у живых существ, по-видимому, больше, чем этого можно было бы ожидать на основании его распространенности в породах. Некоторые исследователи обратили внимание, что, несмотря на то, что молибден довольно редко встречается в горных породах, в морской воде он распространен намного больше. На это Оргел ответил, что, хотя это верно для современных океанов, представляется маловероятным, что молибден присутствовал в таких количествах в пребиотическом океане, поскольку большие восстановительные условия в то время могли сделать его соли довольно растворимыми. Даже если согласиться с доводом Оргела, следует признать, что он представляет собой довольно слабое подтверждение теории направленной панспермии. Даже если в пребиотическом океане было довольно мало молибдена, то древние организмы могли научиться каким-то образом концентрировать его в себе.
Возможно, к этому лучше подойти, задав вопрос: какие особые свойства мы могли бы надеяться обнаружить в ископаемых останках, если направленная панспермия действительно имела место. Основная разница заключалась бы в том, что микроорганизмы непременно появились бы здесь внезапно, при этом отсутствовали бы какие-либо данные о пре- биотических системах или очень примитивных организмах. Мы могли бы также надеяться, что появился не один, а несколько видов микроорганизмов, которые хотя и состояли в дальнем родстве, но несколько отличались бы друг от друга. В частности, возможно, было бы трудно установить промежуточные наследственные виды, поскольку они существовали бы только на родительской планете, но не на Земле. Мы бы не удивились, если бы среди этих различных видов обнаружили такой, который напоминал бы сине-зеленые водоросли, поскольку это объективно предложило бы хорошего кандидата на роль реального простейшего организма.
И может быть примечательно, что все эти особенности древних ископаемых останков или древних эволюционных деревьев выведены на основании изучения существующих сегодня молекул. Древние ископаемые пока действительно напоминают сине-зеленые водоросли. Они относятся к сравнительно раннему периоду в истории Земли, настолько раннему, что удивляешься, когда обнаруживаешь, что они полностью сформировались на том этапе. Попытки восстановить молекулярные родословные деревья в настоящее время, по-видимому, ведут к нескольким различным семействам, которые представляются довольно далекими друг от друга. Таким образом, можно, по меньшей мере, сказать, что эти данные не противоречат теории о направленной панспермии, а в некоторой степени ее подтверждают.
К сожалению, более тщательное изучение данных выявляет, что это довольно слабое подтверждение. Нам не доступен целый ряд осадочных горных пород, относящихся к периоду 3,6-4,6 миллиарда лет (или около этого) до настоящей эры. Поэтому не удивительно, что нам не хватает данных, относящихся к более древним видам. Мы можем поражаться, насколько быстро в результате эволюции появились сине- зеленые водоросли, но им понадобилось бы для этого около миллиарда лет, и поскольку мы не располагаем способом расчета скорости пребиотической эволюции с помощью какого-либо независимого метода, наше «удивление» при их появлении в то время просто отражает наше незнание в сочетании с наши предыдущими ожиданиями (без основательных причин), что микроорганизмы появились позже. Молекулярные родословные деревья, хотя и наводят на размышления, в настоящий момент слишком фрагментарны, чтобы дать какое-либо убедительное подтверждение любой теории. И еще раз, мы можем только сказать, что эти данные не противоречат теории о направленной панспермии, хотя их можно считать наводящими на размышления.
В таком случае мы должны взглянуть на проблему с другой стороны. Есть ли достаточные основания, чтобы отвергнуть направленную панспермию? Конечно, существуют одна-две последовательности доводов, которые могли бы внести некоторый дискомфорт.
Одна из них касается возраста тех звезд, которые содержат приемлемое относительное содержание тяжелых элементов. Их возраст, должно быть, на несколько миллионов лет меньше, чем возраст Вселенной. Сегодня последний все еще является предметом споров. Если дальнейшие исследования подтвердят наименьшую из предполагаемых цифр, тогда возраст большинства подходящих звезд может оказаться равным всего лишь шести или семи миллиардам лет. Это оставило бы несколько короткий промежуток времени на возникновение и развитие предполагаемой высшей цивилизации, которая послала ракету: возможно, всего лишь два или три миллиарда лет. По размышлении, мы видим, что этот довод не имеет достаточной силы. Почему двух миллиардов лет должно быть недостаточно? Мы видели, что более долгой фазой эволюции на Земле была лишь та, которую занимали исключительно микроорганизмы, период в два миллиарда лет или более. Если на другой планете эта фаза уменьшилась, скажем, до полумиллиарда лет и если пребиотическая фаза была не слишком долгой, то, по-видимому, высшая форма жизни вполне могла развиться из ничего за два миллиарда лет. Выразим это иначе: если последние этапы эволюции на Земле, которые установлены с помощью обычных ископаемых останков, от древнейших существ с костными тканями вплоть до человека, заняли всего лишь 0,6 миллиарда лет, почему бы самым первым этапам, возможно, в более благоприятных обстоятельствах, не пройти также быстро? Так что по этой причине трудно опровергнуть направленную панспермию до тех пор, пока нельзя доказать, что Солнце, на самом деле, одна из старейших звезд нужного типа. При имеющихся в настоящее время данных это представляется маловероятным.
Возможно, самый убедительный аргумент против направленной панспермии — это отсутствие какого-либо признака эукариот в древ них породах. Если бы мы сами посылали микроорганизмы на далекую планету, то мы бы, несомненно, попытались отправить одного-двух тщательно отобранных эукариот в компании с несколькими более очевидными прокариотами; тщательно отобранных, потому что все множество видов, которое есть на Земле, может метаболически усваивать пищу с помощью кислорода, что является намного более эффективным процессом, чем гликолиз — метод, при котором пища перерабатывается без кислорода. Однако только меньшая часть земных эукариот может существовать без кислорода; важнейшим примером этого являются дрожжи. Поэтому разумнее было бы развить особые виды эукариот, происходящие от тех, что имеются здесь, которые специально были бы предназначены для жизни в пребиотических условиях, поскольку даже если бы мы послали что-нибудь похожее на современные дрожжи, то, они, вероятно, вскоре потеряли бы способность пользоваться кислородом в окружающей среде, в которой его немного или нет совсем. К сожалению, та же самая тенденция — терять потенциально полезные качества — может относиться к другим особенностям эукариот. Например, уже доказано, что основной причиной успеха эукариот и их способности разделиться на множество различных видов, оказалась их способность к фагоцитозу — поеданию других, обычно более мелких существ. Это привело к возможности пищевой цепочки, а вместе с ней и к возможности возникновения значительно большего разнообразия. Для этого эукариоты развили несколько уникальных молекулярных структур, микротрубочки, актин, миозин и т. п., с помощью которых они могли передвигаться и поглощать другие существа. Но в пребиотических условиях, особенно после инфицирования с помощью направленной панспермии, океан вряд ли был насыщен микроорганизмами, поскольку в нем, вероятно, было недостаточно пищи, чтобы выдержать высокую плотность населения. Наоборот, можно было бы ожидать, что на тех ранних этапах развития клеток было немного и они находились на значительном расстоянии друг от друга. В таких условиях организм, который потенциально способен поедать других, мог случайно натолкнуться на их слишком малое количество и сделать их ничем иным, как довольно второстепенным источником питания. Естественный отбор вполне мог бы заставить организм отказаться от этих несколько избыточных молекулярных структур, которые стоили бы ему дополнительной энергии, и вынудил бы его сосредоточиться вместо этого на развитии тех, которые могли бы лучше перерабатывать бульон. Еще одним свойством, которое могло представлять значительную ценность, вероятно, был фотосинтез, и мы. несомненно, отправили бы некоторые организмы, которые могли бы выполнять эту сложную, но весьма полезную операцию, поскольку чем больше энергии от Солнца может получить клетка, тем меньше ее нужно получать из бульона. Но самые древние известные нам ископаемые клетки, видимо, как раз этого типа, а именно, сине-зеленые водоросли. И, по-видимому, опять довод против направленной панспермии как будто имеет довольно небольшую силу, а доказательства, если таковые вообще есть, по-видимому, подтверждают нашу идею, хотя и очень слабо.