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

Но не все безоговорочно верят в то, что данные структуры являются доказательством, либо что такие хрупкие микроскопические структуры смогли бы выжить в породах, подвергавшихся воздействию высоких температур и давлений глубоко под землей.

До достижения консенсуса может пройти ни один десяток лет. Когда имеешь дело с «ископаемыми» возрастом в 4,29 миллиарда лет, спешить куда-то уже бессмысленно.

З а 4,5 миллиарда лет земной истории жизнь в известной нам форме возникала всего один раз. Все живые существа на планете имеют одинаковую химическую структуру, которую можно отследить до LUCA – последнего общего предка. Поэтому мы предположили, что зарождение жизни было поистине сложным процессом, возникшим при стечении практически невозможных обстоятельств.

Так ли это? Простые биологические эксперименты, направленные на воссоздание самых ранних моментов жизни, готовы оспорить это предположение. Кажется, что жизнь сводится к основам химии – никакой магии, никаких редких составляющих, никаких внезапных неожиданностей.

Вот здесь и открывается еще более интригующая возможность. Вместо единичного возникновения в химически насыщенном древнем водоеме жизнь могла зарождаться многократно. В течение сотен тысяч лет данный процесс мог бы повторяться снова и снова, принимая различные формы и становясь тем, что мы видим сегодня после первого массового вымирания на Земле. В самые первые дни на планете жизнь, какой мы ее знаем, могла быть не одна.

Уточним один момент: то, о чем мы рассказываем, произошло задолго до появления животных, растений и даже микробов. Мы вернемся к самому началу, когда единственное, что подпадало под определение «жизни», было не больше молекулярной машины. Даже тогда, не имея тел, органов и клеток, сократив все до самых необходимых реакций – все казалось невероятно сложным. Жизнь нуждается как минимум в определенном коде, который будет использоваться для создания полезных молекулярных машин и самовоспроизведения.

На протяжении десятилетий люди обращались ко всевозможным внешним силам для объяснения создания некоторых исходных компонентов. В знаменитых экспериментах Юри-Миллера в 1950-х годах спусковым крючком являлся разряд тока, имитирующий удар молнии о воду (см. «Нужен ли гром среди ясного неба для создания жизни?»). Другие теории сводились к инопланетному заселению, благодаря метеоритам или кометам.

Нужен ли гром среди ясного неба для создания жизни?

В 1950-х годах два химика Стэнли Миллер и Гарольд Юри первыми показали, что некоторые ключевые компоненты для создания жизни можно изготовить из более простых материалов. Критическим шагом было электричество. Ученые смешали воду с газами, которые, по их мнению, присутствовали на древней Земле, и поразили их искусственной молнией. В результате были образованы аминокислоты – молекулы, из которых состоят все современные белки.

Жизни не обязательно требовались белки для старта, но они, безусловно, стали необходимым звеном далее, поскольку все ныне живущие существа используют те же самые 20 аминокислот для производства белков. Вполне очевидно, что аминокислоты действительно должны образовываться с невероятной легкостью, ведь они были найдены почти повсеместно в космосе, исследованном астробиологами.

Некоторые аминокислоты были обнаружены и на метеоритах «Розеттой» – космическим зондом для исследования орбитальной кометы 67P/Чурюмова – Герасименко. Эксперименты все еще предполагают возможное участие энергии при создании аминокислот, будь то ударные волны от столкновения с метеоритом или тепло, выделяемое из недр Земли через гидротермальные источники. Получается, что для создания генетического кода никакого грома среди ясного неба не требовалось. Однако он был нужен для образования белков.

Не так давно химики, заинтересованные в вопросах происхождения жизни, нашли более методичный подход к проблеме. Разделив начальный процесс на составные этапы (см. рис. 4.1) ученые смогли убрать ореол мистицизма, окружающий первую искру жизни на Земле. То, что они обнаружили, указывало на совершенно иное начало.

Для Филиппа Холлигера из Лаборатории молекулярной биологии MRC в Кембридже (Великобритания) разницей между жизнью и не жизнью служит генетический код. «У биологии есть память, а у химии ее нет», – говорит он. «Для меня само зарождение жизни является первоисточником информации». Многие биологи пытаются объяснить сотворение жизни через гипотезу мира РНК, которая гласит, что до появления ДНК вся информация содержалась в ее ближайшем родственнике – РНК. Обе молекулы представляют собой длинные цепочки из повторяющихся звеньев, или «букв». Итак, первый шаг к образованию жизни в данном случае – заложить фундамент для РНК.

В мае 2016 года Томас Карелл, биомолекулярный химик из Мюнхенского университета Людвига и Максимилиана (Германия) заявил, что его команда нашла простой способ по изготовлению необходимых компонентов – из субстанций, которые могли существовать на древней Земле: цианистый водород, аммиак и муравьиная кислота. Полученные реакции указывают на то, что создать мир РНК было не так уж и сложно. «Вам действительно не нужны особые условия», – говорит он. «Эти реакции могут происходить повсеместно: небольшой водоем, глубокое море и т. д.»

Таким образом, у нас появились буквы кода, пусть и редко используемые в ненаправленной форме. Следующий шаг также предельно прост. Двадцать лет назад британский химик Лесли Орджел показал, что если катализировать создание компонентов РНК, сами молекулы начнут хаотично собираться в цепочки. Все, что нам требовалось, – это глина. Происходит это потому, что кристаллы в некоторых глиняных породах обладают электрическим зарядом, как бы притягивающим буквы РНК и побуждающим их выстраиваться в цепочки и объединяться.

Но мы пока что не до конца приблизились к проявлению жизни. Код полезен только в том случае, если служит шаблоном для создания таких структур, как белки, представляющие собой строительный материал и двигатель всего живого на Земле. В нашем организме отмечается такое явление, как экспрессия генов. Это невероятно сложный процесс, контролируемый сложными молекулярными машинами. Весьма сомнительно, что такие машины могли появиться именно из древней грязи. Так как же все происходило в самых ранних формах жизни? Майкл Ярус из Колорадского университета в Боулдере уверен, что нашел решение. Его команда обнаружила на удивление простую реакцию, которая, по их словам, выглядит элементарной экспрессией генов. Смешав повторяющиеся нити РНК в воде с дополнительными свободно плавающими буквами РНК, ученые заметили, что буквы самопроизвольно упорядочиваются, образуя новые молекулы.