Джон Малоун - Нераскрытые тайны природы. Расширяющий кругозор экскурс в историю Вселенной с загадочными Большими Взрывами, частицами-волнами и запутанными явлениями, не нашедшими пока своего объяснения

Слово «полагают» имеет здесь решающее значение. Предположения о составе земной атмосферы до того, как на Земле развилась жизнь, все время меняются. И хотя после работы Миллера 1953 г. было проведено очень много экспериментов, они не привели к результатам, которые можно было бы связать с понятием «жизнь», несмотря на образование в них разного рода органических молекул. Как замечает де Дюв в книге «Живительная пыль» [1], такие эксперименты часто проводятся «при более надуманных условиях, чем необходимые для истинно абиотического процесса. Среди всех этих опытов первоначальный эксперимент Миллера остается классическим. Он был практически единственным задуманным исключительно с целью воспроизвести правдоподобные добиологические условия без намерения получить определенный конечный продукт». Другими словами, всегда бывает совсем нетрудно организовать эксперимент таким образом, чтобы с наибольшей вероятностью получить нужный результат, но при этом условия эксперимента будут слишком уже подходящими. Во всяком случае, в таких экспериментах не удалось воспроизвести жизнь даже в самой элементарной ее форме — в виде отдельной клетки без ядра. Как писал Николас Уэйд в своей статье в июньском номере «New York Times» 2000 г., где сообщалось о последнем открытии Расмуссена, «наиболее интенсивные попытки химиков создать в лаборатории молекулы, типичные для живого вещества, показали лишь, что это дьявольски трудная задача».

Таким образом, основные проблемы сконцентрированы на двух главных направлениях, по которым ведутся исследования с целью установить, как зародилась жизнь. Момент зарождения жизни отодвигается еще дальше в прошлое, так что остается, по-видимому, слишком мало времени, чтобы успели произойти химические процессы, необходимые для возникновения жизни. Да и сами эти химические реакции, как и прежде, остаются столь же загадочными. Несмотря на колоссальные технические достижения и огромное количество накопленных генетических данных, эксперимент Стенли Миллера 1953 г. остается фактически единственным убедительным результатом таких исследований. Тем не менее само открытие вызвало сомнения — многие ученые теперь считают, что баланс элементов, использованных им на основе работы его руководителя Г. Юри, был неверным. При изменении соотношения компонентов полученные Миллером аминокислоты не образуются.

Из-за новых трудностей стала более туманной вся картина эволюции жизни. Когда-то казалось, что ее можно со всей ясностью проследить по филогенетическим (родословным) древам, отражающим эволюционную историю организма от самых его корней. Филогенетические древа впервые были построены в XIX веке в соответствии с теорией Ч. Дарвина с целью наглядно продемонстрировать эволюционную историю отдельных групп животных. Первое разветвленное древо было построено немецким биологом-эволюционистом Эрнстом Геккелем (предложившим помимо всего термин «экология»). Открытие ДНК сделало возможным создание таких филогенетических древ не только для животных и растений, но и для их генетического материала, что позволило гораздо глубже понять процессы, лежащие в основе понятия «жизнь». Для получения родословных древ исследователи проводят сравнительный анализ последовательностей молекулярных строительных блоков нуклеиновых кислот (нуклеотидов) или аминокислот в белках. Сравниваются результаты, относящиеся к различным организмам. Основываясь на механизмах разветвления эволюции и мутаций, с помощью этой методики удается определить расстояния между двумя ветвями на филогенетическом древе, т. е. узнать, насколько далеко два вида отошли от их общего предка и друг от друга. (Кроме того, этот метод помог ученым найти возраст сохранившихся до сих пор древних организмов, существующих в настоящее время в сверхжарких вулканических жерлах.) Задачу проведения сравнительного анализа последовательностей, быть может, легче всего понять, если провести аналогию с игрой в слова, где задается одно длинное слово с целью образовать как можно больше коротких слов из составляющих его букв.

В конце 1970-х годов Карл Уоуз из Иллинойского университета применил сравнительный анализ последовательностей к молекулам РНК, имеющимся у всех живых существ, и получил более сложное филогенетическое древо, чем предполагалось. Три основные ветви древа соответствовали трем основополагающим царствам живых организмов: прокариотам, археям и эукариотам. К прокариотам относятся микроорганизмы типа бактерий. Предложенное Уоузом новое подразделение — археи включает вторую группу бактерий, которые обнаружены в очень жарких местах планеты, таких, как горячие источники. Эукариоты — это организмы, состоящие из крупных клеток, в которых имеется оформленное ядро; сюда входят все многоклеточные организмы — растения и животные, в том числе человек.

Однако с начала 1980-х годов, когда уже было расшифровано больше геномов по всем трем царствам, картина стала более неопределенной. Характер древ, основанных на генах, отличных от первоначальной белковой модели Уоуза, оказался совершенно иным. Кроме того, гены удивительным, даже неожиданным образом перегруппировываются. Эти вариации чрезвычайно затрудняют прослеживание таких генов в прошлое вплоть до общих предков и, что еще более неприятно, наводят на мысль о том, что первичный ген — родоначальник жизни — сам имел весьма сложное строение, более сложное, чем следовало иметь «исходному» гену. Единственное правдоподобное решение этой проблемы состоит в допущении, что вместо роста все время вверх с образованием вертикальных ветвей на ранних стадиях эволюции жизни древо давало боковые ответвления, и некоторые гены переносились по горизонтали. Эта идея подкрепляется тем, что даже в настоящее время бактерии способны передавать некоторые гены в горизонтальном направлении, в том числе, к сожалению, те гены, которые делают бактерии устойчивыми к антибиотикам. Данный вывод означает, что древо жизни, вместо того чтобы иметь красивый прямой ствол, превращается в нечто, напоминающее живопись Джексона Поллока. Это по меньшей мере обескураживает.

Но Карл Уоуз не смутился. Он выдвинул гипотезу, что одноклеточный организм, долгое время считавшийся первоначальной формой жизни, возможно, представлял собой своего рода колонию, состоящую из клеток нескольких типов, способных довольно легко обмениваться генетической информацией по горизонтали. Некоторых ученых эта предполагаемая легкость смущает. Она означает, что механизм репликации (воспроизведения) генов, наблюдающийся в ДНК и являющийся весьма точным механизмом, развился у клеток только в более позднее время. Колония в конце концов должна была подняться на более высокую ступень развития, когда каждый организм приобретет свою собственную форму. Но когда это произошло?