Дэвид Кристиан - Большая история [С чего все начиналось и что будет дальше]

Пока что биологи не могут до конца объяснить, как возникли первые живые организмы. Но они понимают, что происходило на многих этапах этого процесса.

Биологи не знают точно, как выглядел первый живой организм, но они назвали его «Лука» (или LUCA, от английского словосочетания last universal common ancestor – последний универсальный общий предок). «Лука» точно жил раньше самых ранних форм жизни, найденных на данный момент, и у него было много общего с современными прокариотами – одноклеточными организмами, чей генетический материал не защищен ядром. Сегодня прокариоты составляют два из трех больших доменов живых существ – бактерии и археи (третий домен, к которому относится и наш вид, называется «эукариоты»).

Мы никогда не найдем останков «Луки», потому что на самом деле он – гипотетическое существо, некий собирательный образ первого живого организма, что-то вроде фоторобота сбежавшего преступника. И все же такой портрет может помочь понять, с чего началась жизнь.

«Лука» был вроде бы и живым, но не совсем, он относился к категории своеобразных зомби, где-то между живой и неживой природой. Понять это проще, чем кажется. Вирусы не совсем живые, потому что они отвечают не всем условиям нашего определения живых организмов. У них нет метаболизма, а их мембраны чрезвычайно хрупкие, так что не вполне ясно, можно ли считать их клетками. Это почти все равно что единица генетического материала, которая может прицепиться к более сложному организму. Вирус проникает в другую клетку, захватывает ее механизмы обмена веществ и использует их, чтобы создавать копии самого себя. Когда вы болеете гриппом, вирус откачивает энергию из ваших метаболических труб. Но если ему не удается найти клетку, которую можно захватить, вирус останавливает работу и ждет в состоянии анабиоза. Некоторые клетки обитают в камнях, и у них крайне медленный метаболизм; они живут за счет крошечных порций воды и питательных веществ. Они могут надолго полностью замереть, как рок-гитарист Хотблэк Дезиато из романа Дугласа Адамса «Ресторан “У конца Вселенной”», который целый год оставался мертвым, чтобы уйти от налогов. То, от чего пытаются уйти такие организмы, – это, конечно, налог энтропии на сложность. Возможно, «Лука» обитал в такой же сумеречной зоне.

Фоторобот «Луки» построили, определив несколько сотен генов, вероятно очень древних, которые можно найти в самых современных прокариотах. Они позволяют предположить, в каких условиях появилось это существо, потому что показывают, какие белки оно производило, чтобы выжить [68] Madeline C. Weiss et al. The Physiology and Habitat of the Last Universal Common Ancestor // Nature Microbiology 1, article no. 16116 (2016). doi:10.1038/nmicrobiol.2016.116. .

Собирательный «Лука» (или семейство таких организмов, потому что на самом деле они исчислялись миллиардами) мог приспосабливаться к изменениям окружающей среды. У него был геном, так что он мог воспроизводиться. И он развивался. Возможно, что у него не было ни собственной мембраны, ни собственного метаболизма. Вероятно, стенки его клеток состояли из пористой вулканической породы, а метаболизм зависел от геохимических потоков энергии, которые он едва ли мог контролировать. Белки, которые вырабатывал «Лука», говорят о том, что он обитал на краю глубоководных щелочных источников, вероятно в мелких порах лавоподобных пород, и извлекал энергию из окрестных градиентов тепла и кислотности, а также потоков протонов и электронов. Его химические внутренности, скорее всего, плескались в теплых жидкостях из недр Земли, а те были щелочными, то есть в них был избыток электронов. Сразу за пределами вулканических пор, которые служили «Луке» домом, располагались воды океана, более холодные и более кислотные, то есть с избытком протонов. Как в заряженной батарейке, малюсенький перепад электрического заряда между средой внутри организма «Лука» и внешним миром обеспечивал свободную энергию, необходимую для его метаболизма, поглощения питательных веществ из внешней среды и выделения отходов.

Один из пионеров в исследовании ранних форм жизни, Ник Лейн, описывает организм «Луки» следующим образом:

Он [LUCA] был не свободноживущей клеткой, а целым лабиринтом минеральных клеток, стенки которого были выстланы каталитическим составом из железа, серы и никеля, получавшим энергию за счет природного протонного градиента. Первыми формами жизни были пористые минералы, синтезировавшие сложные молекулы и генерировавшие энергию, в конечном счете научившиеся производить белки и даже ДНК [69] Перевод П. Петрова. [70] Nick Lane . Life Ascending: The Ten Great Inventions of Evolution. N. Y.: W. W. Norton, 2009, loc. 421, Kindle. .