Коллектив авторов - Эволюция. От Дарвина до современных теорий [litres]

Тем не менее и здесь возникает проблема: если LUCA состоял из РНК, то откуда взялась сама РНК? Дарвин был одним из первых ученых, рассуждавших о возникновении жизни. Он представлял себе «небольшой теплый водоем, в котором присутствовали все виды аммиака и фосфорных солей, свет, тепло, электричество и т. д.». В 1950-х годах американские химики Стэнли Миллер и Гарольд Юри попытались проверить эту гипотезу, заменив смесь газов и воды электричеством. В результате они создали горстку биотических молекул и, естественно, пришли к выводу о том, что изобретательность и упорство позволяют сделать так, что неживое превратится в строительные кирпичики жизни.

Однако не так давно эти идеи неожиданно опередили более конкретизированные взгляды. Например, Ник Лейн из Университетского колледжа Лондона считает, что теплые жерла на дне океана – «черные курильщики» с первичным бульоном из метана, минералов и воды – обеспечили бы правильные условия для формирования РНК. В то же время Майкл Ярус из Колорадского университета в Боулдере придерживается идеи слякотного водоема. По его словам, постоянное замораживание и оттаивание смогли бы объединить химические вещества в правильном порядке.

Рис. 4.1. Познакомьтесь со своим создателем. Мы приближаемся к разгадке того, каким был последний общий предок всей жизни на Земле (LUCA) и откуда он взялся.

Быть может, это было сочетание обоих идей либо нечто совершенно иное. Интересно, что более поздние эксперименты по «оживлению» РНК показали, что при правильном сочетании химических составляющих фундаментальные кирпичики жизни как будто бы образуются сами. Это расширяет возможности зарождения жизни. Но не все так просто. Если химия жизни на нашей планете зародилась самостоятельно, то почему же этого не произошло и в других местах?

О хота за древнейшими окаменелостями – весьма спорная область. Ископаемые микробы довольно трудно отличить от минеральных структур, не имеющих ничего общего с жизнью. То же самое относится и к геохимическим следам древней жизни.

Самое древнее убедительное доказательство клеточной жизни было найдено в форме окаменелости в 2011 году на западно-австралийском пляже возрастом в 3,43 миллиарда лет. Песчинки пляжа стали домом для клеток, питавшихся серой в анаэробном мире.

Обнаруженные округлые, вытянутые и полые трубчатые клетки (вероятно, бактерии) скапливались вместе, образовывали цепочки и обволакивали песчаные частицы. Эти сероперерабатывающие бактерии живы до сих пор; они образовывают застойные черные слои под поверхностью песчаных пляжей.

На удивление хорошо сохранившиеся трехмерные ископаемые микробы раскопали на древнем пляже – сейчас на его месте расположено песчаниковое образование. Среди микробов были обнаружены зерна неокисленного пирита железа, что свидетельствует об отсутствии кислорода в период жизни этих организмов.

Со времен данного открытия говорилось и о более древних окаменелостях. Однако до сих пор нет единогласного мнения о том, являются ли эти структуры свидетельством жизни или же имеют небиологическое происхождение.

В 2016 году журнал Nature опубликовал отчет о структурах, найденных в горных породах Гренландии, возрастом в 3,7 миллиарда лет, которые, по-видимому, указывают на наличие микробов, живших в мелководном море древней Земли. Структуры, высотой не более нескольких сантиметров, напоминают собой строматолиты (слоистые насыпи, которые были образованы – и до сих пор образуются – фотосинтетическими микробами, живущими в воде). Анализ показал, что структуры имеют ту же химическую сигнатуру, что и морская вода, и это указывает на их морское происхождение. Чтобы точно во всем разобраться, идеально было бы обнаружить ископаемые останки микробов в горной породе. Однако это невозможно для данного типа скал.

Затем в 2017 году произошло еще более знаменательное и неоднозначное открытие. Мэтью Додд из Университетского колледжа Лондона с коллегами проанализировал породы, собранные в области под названием «пояс Нуввуагиттук» в северном Квебеке, Канада. Здешние скалы образовались около 3,75 миллиарда лет назад, а некоторые геологи утверждают, что истинный возраст скал составляет порядка 4,29 миллиарда лет. Это означает, что они лишь немного моложе самой планеты.

Как и все древние горные породы, они претерпели значительные изменения. Какое-то время эти породы провели в недрах Земли, где температура превышала 500 °C, а экстремальное давление расплавляло и деформировало их. Тем не менее геологи могут прочесть подсказки, которые остались в породах в период нахождения их на дне самых первых океанов Земли. Примечательно, что, похоже, в этих горных породах сохранились свидетельства древних глубоководных гидротермальных источников. Именно эта среда, по мнению многих ученых, и является наиболее вероятным местом зарождения жизни.

Додд и его коллеги уверены, что нашли свидетельства древней жизни – в богатых железом породах, сформировавшихся вокруг относительно прохладных источников (с температурой ниже 160 °C). Эти породы содержат микроскопические трубочки и филаменты из оксида железа. Подобные структуры могли быть образованы бактериями, жившими в бактериальных «коврах» вокруг современных глубоководных гидротермальных источников.

Более того материал, близкий к филаментам, содержал углерод с изотопным балансом, характерным для биологических процессов. Часть этого углерода была заключена внутри кристаллических форм богатых фосфором минералов, что также указывает на древнюю биологию, поскольку фосфор необходим для всей жизни на Земле.

Если сложить все данные воедино, то они приводят нас к одному неизбежному, как считает Додд, выводу: очень древняя Земля была заселена микробами, схожими с теми, которые были обнаружены в современных низкотемпературных гидротермальных источниках.

Если эта гипотеза подтвердится, то полученные выводы будут значимы сразу по нескольким причинам. Таким образом, потенциальная отметка о зарождении жизни будет сдвинута на 4,29 миллиарда лет назад, подразумевая, что наша планета была заселена на удивление рано.

Кроме того, гипотеза доказала бы, что жизнь зарождалась вокруг глубоководных источников, в которых из-за полностью или частично отсутствующего света организмам приходилось черпать энергию из геотермальных процессов. Тогда бы мы смогли привести геологические данные в соответствие с результатами генетических и биохимических исследований, в которых говорилось о том, что жизнь возникла именно в глубоких гидротермальных областях, а не в мелких и солнечных средах, в которых находилось большинство древних окаменелостей.