Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной - Шарф Калеб - Страница 54

Основа гипотезы уникальной Земли состоит в том, что для возникновения сложноклеточной, а затем и разумной жизни годится лишь вполне конкретная последовательность событий при формировании планетных систем, самих планет и их свойств. А вот простой жизни, например, микробам, питающиеся скальными породами, возникнуть гораздо проще. Чтобы это обосновать, можно опереться на широчайший диапазон наших познаний об истории Земли и обстоятельствах ее существования. Возьмем, к примеру, воду. Это простая молекула из двух атомов водорода и одного атома кислорода – жизненно необходимый биохимический растворитель и центральный компонент геофизических механизмов на Земле. Однако количество воды на планете и то, достаточно ли ее на поверхности в жидком виде, где сложная жизнь может пользоваться ею в свое удовольствие, зависит от множества вполне конкретных событий и ситуаций. Можно утверждать, что присутствие воды на Земле связано с конфигурацией астероидов, комет и гигантских планет в Солнечной системе, а также с эволюцией орбиты Земли в настоящем и в прошлом. Кроме того, сложная жизнь, скорее всего, лучше развивается при наличии сильного защитного магнитного поля планеты, которое, в свою очередь, связано с тем, как формировалась система Земли и Луны, а может быть, и каким-то образом зависит от приливной тяги Луны. Без относительно большого спутника у Земли были бы более сильные колебания оси, а следовательно, и сильные перемены климата, которые сказались бы на сложной жизни сильнее, чем на стойких микробах. А развитие состава земной атмосферы и океанической химии со временем, несомненно, связано с различными причудами геофизики, причем некоторые из них восходят еще к досолнечным, протопланетным временам, к эпохе жара от радиоизотопов, получившихся в результате взрывов близких сверхновых и замешавшихся в сгущавшуюся массу. И вообще без тектоники материковых плит, которая отчасти зависит от внутреннего жара Земли, химическая и топографическая обстановка на поверхности планеты и взаимообмен между континентами, морским дном и океаном были бы совсем иными. И т. д.

Если наложить все эти факторы на хронологическую шкалу развития биологических видов в последние 4 миллиарда лет, развитие жизни станет похоже на шаткий карточный домик. Стоит изменить одну-единственную мелочь там или здесь – и очень может быть, что непоправимо нарушится цепочка событий[204], которая привела к возникновению сложной жизни и существ, подобных нам (не менее опасный путь, только в ином масштабе, прошли наши непосредственные предки, когда разбрелись по свету из Африки примерно сто тысяч лет назад).

В этом-то и суть аргументации «гипотезы уникальной Земли»: возникновение сложной и разумной жизни здесь, на Земле, сильно зависело от некоторых вышеупомянутых факторов, а возможно, и от всех. Более того, других рабочих гипотез, мягко говоря, мало. Если она верна, значит, жизнь, хоть сколько-нибудь похожая на нас, может обретаться лишь на близнецах Земли. Иначе говоря, даже в космосе, полном планет, сложная жизнь, вероятно, явление крайне необычное.

Предполагаемая редкость условий на нашей планете и ее истории, вероятно, даже не главный довод в пользу гипотезы уникальной Земли. Некоторые ученые на основании исключительно биологических аргументов доказывают, что возникновение сложных организмов маловероятно где бы то ни было, поскольку определенные важнейшие детали молекулярных механизмов могут оказаться на нужных местах в нужное время лишь благодаря весьма специфической цепочке событий. Из этого опять же следует, что сложная жизнь во Вселенной, похоже, встречается очень редко и что для того, чтобы она вообще возникла, нужны совершенно особые обстоятельства.

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], 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] – от греческого словосочетания, которое означает «смесь всяческих семян».