Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

В основном эта сложная биохимическая история разворачивалась на другом уровне мироздания – на уровне микрокосма. Туда мы и отправимся, поскольку, если нам хочется провести связь между необычностью Солнечной системы и существованием жизни, следует хорошенько разобраться, что такое жизнь, а также какое отношение она имеет к планетам и к дальнему космосу.

Трудно даже представить себе, что еще совсем недавно мы, пожалуй, знали о Вселенной за пределами земной атмосферы гораздо больше, чем о невероятно сложном устройстве земной биологии. Однако теперь, спустя четыреста лет после изобретения телескопа и микроскопа и первых открытий Антони ван Левенгука покров понемногу приподнимается. У нас под носом раскинулся целый мир, еще одно измерение, свернутое и скрытое от праздных глаз, хитроумный мир, кишащий молекулами, мембранами и клетками, из которых состоит жизнь. В этом измерении, странном и чудесном, мы найдем самые яркие свидетельства связи между жизнью и фундаментальными свойствами мироздания.

Наше понимание микрокосма Земли еще очень далеко от совершенства, однако мы уже сумели выявить многие его основные характеристики. Впрочем, и биологический макрокосм мы знаем так же плохо. В данный момент мы считаем, что все живые существа на Земле подразделяются на три домена, три общие схемы, по которым строятся живые организмы: это бактерии, археи и эукариоты. Пока что мы не пришли к согласию по поводу того, куда отнести вирусы и живые ли они вообще, так что пока они ждут своей очереди в сторонке. Эти три формы жизни принципиально различаются архитектурой клеток, а также генетическими кодами.

Коротко говоря, бактерии и археи – это «простые», мелкие одноклеточные организмы. Они способны выживать и по отдельности, однако чаще всего образуют колонии. Их генетический материал не расположен на специальном носителе, а в клетках, как правило, не содержится сложных внутренних структур, так называемых органелл. Клетки эукариотов, напротив, гораздо крупнее и сложнее, содержат органеллы и свой генетический материал заботливо сберегают в виде ядра. Мы еще поговорим гораздо подробнее о том, что эволюционное наследие симбиоза (когда два разных организма, а иногда и больше, живут вместе и дополняют друг друга), очевидно, наградило эукариотов целым рядом дополнительных способностей, в том числе мощными механизмами производства энергии, и научило отличному трюку – многоклеточности. И люди, и все животные, растения и насекомые, и даже скромные грибы – все они эукариоты. Как ни странно, мы, эукариоты, до сих пор не можем обойтись без партнеров-симбионтов из царства простой одноклеточной жизни, в чем мы и убедимся, когда будем исследовать микрофлору человека.

Простейшие формы жизни – у них есть общее название «прокариоты» – самые древние на планете. Бактерия в поперечнике всего несколько микрометров. При этом бактерии могут быть самой разной формы в диапазоне от шаров и трубочек до палочек и спиралей, которые иногда передвигаются при помощи жгутиков, похожих на хлысты. Словом, они весьма разнообразны. У обитателей другого древнего домена – столь же миниатюрных архей – нам впору поучиться крайнему смирению [137] Археи, подобно бактериям, прокариоты, одноклеточные организмы, в клетках которых нет ядер и других органелл. В 1977 году некоторые виды архей были впервые классифицированы как особый тип прокариотов и выделены в собственное царство, отдельное от бактерий; это сделали Карл Вёзе и Джордж Фокс на основе генетических анализов. Об этом рассказано в статье C. R. Woese, G. E. Fox. Phylogenetic Structure of the Prokaryotic Domain: The Primary Kingdoms // PNAS 74 (1977): 5088–90. . До конца 1970 годов мы даже не считали их отдельной формой жизни, а полагали, что это всего лишь разновидность шустрых бактерий. Но оказалось, что это не так. У них принципиально иная клеточная структура, и даже жгутики у них устроены совсем иначе, чем у бактерий. Кроме того, они склонны жить за счет «подножного корма» в самых разных средах. Для этого они потребляют простое химическое сырье – и эта черта лишь подтверждает гипотезу, что они необычайно древние и восходят к тем далеким временам, когда питаться было нечем, кроме неорганических веществ.

Легко решить, будто подобные формы жизни столь же примитивны, сколь и древни. Напротив! Каждое крошечное отдельное существо – это невероятный шедевр природной механики. Даже их на первый взгляд простые хвостики-жгутики приводятся в движение хитроумным молекулярным эквивалентом электромотора, который вращается со скоростью сотен оборотов в минуту. Как мы вскоре убедимся, их способности этим далеко не ограничиваются.

Кроме того, архей и бактерий очень много. По нынешним оценкам планета Земля служит домом более чем для миллиона триллионов триллионов [138] Не приходится удивляться, что эти оценки варьируются. Приведенная величина основана на авторитетной статье William B. (Brad) Whitman. Prokaryotes: The Unseen Majority // PNAS 95 (1998): 6578–83. Автор исходит из большого количества обоснованных экстраполяций данных, полученных путем исследования различных популяций и сред. (10) одноклеточных организмов. Их генетическое разнообразие просто поразительно – нам известно по меньшей мере десять миллионов различных видов, а скорее всего, их гораздо больше. За последние 30–40 лет мы обнаружили, что многие микробы прекрасно чувствуют себя в условиях, которые мы вынести не могли бы – при очень высокой температуре, давлении, в агрессивных и ядовитых химических средах, а иногда в местах, где экстремальны и температура, и давление, и химическая среда. Подобная выносливость позволяет микроскопической жизни занимать практически любые уголки планеты. Эти организмы не просто далеко опережают все другие формы жизни на Земле по численности и разнообразию, но и составляют подавляющее большинство биомассы на планете.

В основном эти живые существа обитают даже не на поверхности. Скажем, морская вода, особенно верхние слои океанов, полна бактерий. Если мы заглянем глубже, то обнаружим, что на камнях и в осадках на океанском дне обитает, по всей видимости, большинство живых существ на свете – 70 %. По большей части эти существа живут по отдельности, однако ближе к вулканическим грядам, которые рассекают океаны и практически непрерывной цепью длиной в 60 000 километров опоясывают планету, организмы образуют своего рода оазисы бурной жизни. На континентальных массах суши живые организмы обитают и в толще почвы, и во льду, и в микроскопической перепутанице мелких трещин, пронизывающей земную кору. Следы присутствия микробов обнаружены даже в базальтовом вулканическом стекле на склонах действующих вулканов – там микроорганизмы питаются скальными породами и потребляют химическое сырье.