Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

Главную роль в биологической аргументации играет то, что бактерии и археи не могут легко и просто «усовершенствоваться» и стать более крупными и сложными физическими формами, поскольку у них не хватает производительности, чтобы вырабатывать достаточно энергии. Чем больше у организма генов, тем больше энергии ему требуется, чтобы конвертировать генетическую информацию в белки. Индивидуальные микроорганизмы, ограниченные своими достаточно примитивными методами выработки энергии, не могут позволить себе таскать повсюду обширную библиотеку генетического материала, потому-то они и остаются простыми.

Как я уже писал, эукариотические клетки отличаются от полчищ одноклеточных организмов – и на то есть еще одна причина. В эукариотических клетках содержатся дополнительные структуры, так называемые митохондрии – обернутые в клеточные мембраны упаковки ДНК, РНК и сотен ферментов. Эти упаковки хранятся отдельно от ядра клетки, которое оберегает первичную ДНК организма. Митохондрии сами по себе удивительны. Помимо всего прочего они служат специализированными станциями по производству химической энергии для поддержания эукариотической жизни: именно они обеспечивают реакции окисления, в результате которых получаются жизненно важные молекулы, которые умеют разносить электрическую энергию по клеткам. Именно поэтому мы, собственно, и должны дышать кислородом, и именно поэтому мы, как и остальные эукариоты, можем быть такого огромного размера.

Митохондрии делают возможной такую жизнь, как мы, поскольку многократно повышают производительность нашего метаболизма. Энергия, которую они обеспечивают, позволяет увеличить количество генов, экспрессия которых по силам нашим клеткам, в 200 000 раз по сравнению с одноклеточными организмами. Однако происхождение митохондрий, скорее всего, бактериальное. Мы считаем, что примерно 2 миллиарда лет назад они слились с предшественниками эукариотических клеток и вступили в отношения эндосимбиоза – были полностью поглощены клетками-хозяевами и стали служить для них жизненно важными генераторами энергии.

Пока что все складывается. Однако некоторые ученые, в том числе биохимики Ник Лейн и Билл Мартин [205] N. Lane and W. Martin. The Energetics of Genome Complexity // Nature 467 (2010): 929–34. Еще одна статья о том, какими путями развилась сложная жизнь – J. A. Cotton and J. O. McInerney. Eukaryotic Genes of Archaebacterial Origin are More Important Than the More Numerous Eubacterial Genes, Irrespective of Function // PNAS 107 (2010): 17252–55. Авторы предпочитают говорить не о «древе жизни», а о «кольце жизни». , отстаивают ту точку зрения, что организм, который слился с митохондриальным предком, вероятно, сам по себе был не более сложным. Эти ученые утверждают, что сложные клетки эукариотов начались с сочетания двух похожих организмов. Согласно Лейну и Мартину, вся история сложной жизни началась с одного-единственного случайного и крайне маловероятного слияния двух клеток.

Мне представляется, на сегодня это самый веский довод в пользу того, что происхождение сложноклеточной жизни на Земле было чистым везением. Он подкрепляет астрофизическую и планетную аргументацию, которая доказывает, что жизнь зародилась в результате весьма специфической цепочки событий, однако сам по себе он еще сильнее. Если и в самом деле для возникновения жизни необходимо столь уникальное стечение обстоятельств, шансы, что планет вроде Земли достаточно много, вероятно, очень малы. Однако пока что митохондриальная гипотеза не нашла окончательного подтверждения.

Бывали, конечно, на Земле и другие поразительные случаи эндосимбиоза (когда один организм мирно существует внутри другого к вящей пользе обоих). Вот, к примеру, хлоропласты – структуры, играющие главную роль в фотосинтезе, – в клетках растений свидетельствуют, что на каком-то этапе произошло похожее слияние. Ученые считают, что эти микроскопические структуры в форме фасолинки когда-то были сине-зелеными одноклеточными водорослями – древними видами микробов, умевшими осуществлять фотосинтез. Однако растения, которые также содержат митохондрии, появились гораздо позже, чем сложноклеточная жизнь. В сущности, все свидетельствует о том, что ничего похожего на «митохондриальное событие» больше не повторялось – оно произошло ровно один раз 2 миллиарда лет назад.

Эта теория достаточно убедительна. Однако на самом деле мы не знаем, что митохондриальный предок слился с другим видом простейших. Если на тот момент уже существовала прото-эукариотическая форма жизни, а может быть, даже какая-то относительно сложная архея, митохондриальное событие, вероятно, стало лишь шагом в эволюции подобного организма, очередным случаем ничем не примечательной разновидности эндосимбиоза, какие бывали и раньше, когда прото-эукариоты захватывали полезных микробов, но не переваривали, а сохраняли в себе. В таком случае митохондриальное событие было бы куда менее примечательным, и, признаться, мне это больше по душе. Линии доказательств, которые основаны на «невероятных событиях», мне претят. Они подозрительно похожи на доводы некоторых ученых ХХ века, например, физика Фреда Хойла, который утверждал, что для зарождения жизни на Земле требовалось «осеменение извне». Хойл предполагал, что земная биохимия началась с организма, который, будучи совершенно естественным, вроде бактерии, был занесен сюда откуда-то из внеземного пространства. Такие гипотезы называются «панспермия» [206] Эта идея зародилась очень давно, еще у древних греков. В XIX веке о ней писали самые разные ученые, в том числе Кельвин и Гельмгольц, а в начале ХХ века – Сванте Аррениус. Она популярна и в наши дни, хотя подтверждения так и не нашла. И в самом деле, представляется, что Солнечная система, в принципе, обеспечивает все условия для обмена биологическим материалом – столкновения с астероидами выбрасывают в пространство вещества с поверхности планет, и они попадают на другие планеты (отсюда такой интерес к метеоритам марсианского происхождения). Однако может ли это привести к попаданию на другие планеты живых организмов, остается спорным. – от греческого словосочетания, которое означает «смесь всяческих семян».