Начиная с 14 главы, повествование совершенно уходит от линии рассказа о возникновении жизни к рассказу о ее ранней эволюции. Хотя и в предыдущих главах наблюдалось некоторое смешение этих двух тем, но здесь речь уже вполне последовательно идет о ранних стадиях развития жизни. Несмотра на то, что они ранние, между ними и абиогенезом имеется разительное различие. Абиогенез представляет собой попытку научного анализа возникновения живого из неживого. Ранняя эволюция жизни опирается на наличие уже проявляющих все свойства жизни, как бы ее не определяли, организмов.
Хотя исходные живые организмы в наше время, вроде бы, уже не существуют, последний общий предок всех ныне живущих организмов можно ретроспективно охарактеризовать, сравнивая геномы современных организмов. Заметим, что такой последний общий предок (или Last Universal Common Ancestor, LUCA для краткости) вполне может не являться первым живым организмом. Напротив, это последний общий предок; методы сравнительной геномики не могут рассказать о предках ЛУКи. Более того, они не могут нам сказать даже о том, что представлял собой ЛУКА – один вид живых организмов, их сообщество, или даже совокупность генетических элементов, не имеющих еще привычного для нас вида одноклеточного организма (например, функционирующий в порах минералов геном).
Так или иначе, геном ЛУКи насчитывал более 1000 генов и был сравним по размеру с геномом современной бактерии, будучи в десятки тысяч раз больше тех нуклеиновых кислот, которые исследователи тщатся синтезировать в модельных экспериментах (см. выше). Повторю – ЛУКА даже потенциально не является возможным продуктом абиогенного синтеза, это уже вполне сформированный живой организм, между которым и всяческими синтезами в модельных системах лежит пропасть. Более того, реконструированный ЛУКА не несет в себе наследия “мира РНК” в бОльшей степени, чем ныне живущие организмы. ЛУКа это часть вполне себе современного мира ДНК с участием РНК и белков (хотя и об этом мы не можем знать в точности).
Много ли может сказать сравнительная геномика о ЛУКе? И вообще, что это за такая “сравнительная геномика” в применении к этому конкретному случаю? Несколько упрощая, можно ответить так – сравнение геномов и молекулярных механизмов функционирования клеток в двух царствах (или надцарствах) живых организмов, считающихся самыми древними, т.е. бактерий и архей, позволяет строить догадки о том, как выглядел их ближайший общий предок. Но эти догадки остаются именно догадками. Проиллюстрируем этот утверждение с помощью одного расмотренного в книге вопроса.
Удвоение (репликация) ДНК в клетках современных организмов нуждается в наличии т.н. репликативной вилки. Посмотрите на рис. 14.4 из “Туманности”; на нем вы видите, что две цепи, образующие спираль ДНК, должны разойтись для того, чтобы быть удвоенными. Кроме того, по своей молекулярной структуре цепи ДНК имеют направление; у них есть условная голова (то, что обозначено как 5’) и условный хвост (3’), и синтезироваться ферментом под названием ДНК-полимераза они могут от “головы” к “хвосту”. Поэтому на цепи исходной ДНК, которую вы видите сверху, ДНК–полимераза может синтезировать новую цепь ДНК “в один прогон”, а на той, что внизу, так не получится. На ней синтез идет в единственно возможном направлении и поэтому он идет “по разделениям”, а синтезированные кусочки затем будут соединены. Синтез ДНК на матрице ДНК не может начаться иначе, как с короткой РНК-затравки (или праймера), и для каждого фрагмента ДНК требуется одна РНК-затравка. Еще одна очевидная сложность состоит в том, что разведение цепей спирали в такой вилке не может не вызвать еще большего закручивания двухспиральной ДНК, примыкающей к вилке, в беспорядочный клубок. Специальные ферменты должны вовремя снимать возникающее напряжение, распутывая запутывающуюся ДНК.
Простая схема, которая показывает отчего и зачем возникает репликативная вилка
Вот так выглядит схема репликативной вилки с обозначением различных ее компонентов
Между структурами “вилок” и некоторыми другими частями репликативного аппарата бактерий и архей наблюдается сходство, позволяющее желающим сделать вывод, что репликация ДНК у ЛУКи напоминала репликацию у архей и бактерий. Но между репликацией у архей и бактерий наблюдаются также серьезные различия; например, ДНК–полимеразы этих двух групп организмов совсем не похожи друг на друга. Предоставим слово автору:
“Возможны три основных объяснения:
1) LUCA имел обе версии системы репликации ДНК одновременно, бактерии унаследовали одну, археи – другую;
2) LUCA имел одну из современных систем репликации, в одной из двух линий потомков она была заменена на новую;
3) система репликации LUCA принципиально отличалась и от бактериальной, и от архейной, обе линии потомков ее заменили на современные варианты.”
Таков предел проникновения в прошлое с помощью методов сравнительной геномики. Реконструкция ЛУКи путем сравнительного анализа молекулярных механизмов бактерий и архей оставляет очень много место для догадок, которые не решить, оставаясь внутри этого подхода.*
Тем не менее, далее речь идет о том, какие у ЛУКи были мембраны, о том, как были устроены его системы производства энергии, о возникновении фотосинтеза, о расхождении бактерий и архей, и о последующих шагах ранней эволюции жизни, вроде возникновения эукариот (организмов, имеющих клеточное ядро).** Но при этом не стоит забывать, что ЛУКА это уже весьма и весьма сложная система. Это полностью сформированный живой организм, который настолько же далек от пересыхающих луж, на дне которых толстыми слоями лежат продукты органических синтезов, как и современные организмы.
По этой причине можно смело проскочить через описание всех перипетий эволюции потомков ЛУКи и остановиться на последних страницах текста ради двух заслуживающих внимания моментов. Во–первых, в этой заметке речь уже заходила о том, что время, которое отводится адептами геккелизма на химическую эволюцию (абиогенез), очень коротко. Это подтверждает и автор книги. Он пишет:
“Напомним основные даты истории жизни на нашей планете:
• 4,3 млрд лет назад – остывание планеты после мегаимпакта. Самый ранний срок, когда жизнь теоретически могла возникнуть;
• 3,5 млрд лет назад – первые следы сложных микробных сообществ, состоящих из клеток, похожих на современные бактерии…”
Итак, от появления жидкой воды до наличия многочисленных эволюционно-продвинутых потомков ЛУКи проходит не более 800 млн лет. Более того, автор пишет: “Есть основания считать, что возраст земной жизни даже больше 3,5 млрд лет и может достигать 4,2–4,3 млрд лет.” Таким образом, на весь путь абиогенеза отводится никак не более 100 млн лет, возможно, что и меньше. Разумеется, нет никаких оснований принимать эти оценки “по номиналу”; они остаются просто догадками, которые в данное время невозможно ни подтвердить, ни опровергнуть. Интересно здесь другое. Когда интересы геккелизма выигрывают от длительного времени, в течение которого случайные пептидные или полинуклеотидные синтезы могли перебирать свой пасьянс, то в ходе обсуждения непременно упоминаются “миллионы лет”, хотя особо протяженных “миллионов лет” временная линия геккелистской истории не предполагает. Но если интересы заключаются в быстром возникновении жизни, то она возникает практически немедленно после создания условий, при которых она теоретически возможна; сравним, “4,3 млрд лет назад – остывание планеты после мегаимпакта. Самый ранний срок, когда жизнь теоретически могла возникнуть” и “Есть основания считать, что возраст земной жизни … может достигать 4,2–4,3 млрд лет”.
Второй важный момент заключается в том, для чего научному мировоззрению, передовым отрядом которого является геккелизм, может понадобиться ускорение процеса возникновения жизни. Вы скажете: “да какая разница!?” и окажетесь неправы, потому что причина есть. Начало цитаты:
“Одна из загадок, будоражащих умы человечества, – это молчание космоса. Мы до сих пор не нашли никаких достоверных следов других цивилизаций. Если все процессы на пути от неживой материи до цивилизации разумных существ закономерны, то только в нашей Галактике, содержащей примерно 100 млрд звезд, должно существовать множество разумных видов. Если хоть одна цивилизация развивается до строительства межзвездных кораблей, то за небольшое по космическим меркам время – считанные миллионы лет – она может заселить всю Галактику. Но мы не встретили инопланетян и не нашли следов посещения ими Земли в прошлом.
В 1960 году шло активное обсуждение программы поиска внеземного разума (SETI). Астроном Фрэнк Дональд Дрейк предложил использовать для оценки количества внеземных цивилизаций, которые мы имеем шанс найти, уравнение, которое впоследствии было названо его именем. Уравнение Дрейка выглядит так:
N = R × fp × ne × fl × fi × fc × L…”
Тем, кто ждет явления пришельцев я скажу только эти слова: La Niña, La Pinta, Santa Maria
Дадут ли нам возможность сидеть потом на лужке с плакатиками "Инопланетяне - тираны и убийцы"
Тут я не могу удержаться и, пренебрегая душеспасительным смирением, напомню вам, что недавно в моем журнале речь как раз шла о “космической тоске” человека, разрешившего “научному мировоззрению” вытеснить Жизнь из своего ежедневного существования и чувствующего неполноту окружающего, для заполнения которой требуется какой-нибудь заменитель вроде зеленых, кожистых, но очень обаятельных инопланетян.
Так вот, в уравнении Дрейка N – число разумных цивилизаций, готовых вступить в контакт, R – число звезд, образующихся в Галактике за год, которое можно определить, fp – доля звезд, обладающих планетами, которое можно оценить, ne – среднее количество планет с подходящими для жизни условиями в планетной системе, которое может быть получится прикинуть на пальцах, а дальше начинается уже полный волюнтаризм: fl – вероятность зарождения жизни на планете с подходящими условиями, fi – вероятность развития жизни до разумных форм, fc – вероятность развития разумной жизни до состояния, когда она способна к контакту и ищет его, и наконец L – время жизни цивилизации, способной к контакту. Дрейк оценил величины этих параметров
Пусть слово “утешить”, использованное мной, не кажется вам только иронией. Я действительно считаю, что научное мировоззрение представляет собой один из столпов гуманизма, являющегося квазирелигиозной системой мысли.*** В ней есть место всему, чему положено быть в традиционной религиозной картине мира, в т. ч. понятию о смысле бытия и даже учению о спасении. В качестве иллюстрации предложу завершающие абзацы книги. Но прежде, чем сделать это, выражу автору признательность за очень разумное, взвешенное отношение к экологическим страшилкам последних времен.**** Он пишет, что сжигание углеводородного топлива не есть внедрение в биосферу чуждого ей вещества, но возврат того, что было “изъято из обращения”. Потепление и таяние ледников не есть невиданная катастрофа, но возвращение к обычному положению вещей.
Теперь даем слово автору:
“Точно так же люди добывают фосфориты и производят из них удобрения для полей. Так в биосферу возвращается потерянный ею когда-то фосфор. Без человека круговорот фосфора практически не замыкается: фосфор постепенно смывается с суши в море и откладывается в морских осадках. …Потеря фосфора постепенно снижает продуктивность всей биосферы. Только человек, добывая похороненные в толще земной коры фосфориты, решает эту проблему биосферы.
Есть и еще более важная услуга, которую только разумный вид может оказать родной биосфере. Время, отведенное на развитие жизни на планете, ограничено. Светимость Солнца неуклонно возрастает, и через 1,5 млрд лет даже полное изъятие углекислого газа из атмосферы не сможет предотвратить глобальное потепление. После этого Земля неизбежно превратится в подобие Венеры, а биосфера погибнет. …земная жизнь уже потратила три четверти отведенного ей времени. И она неизбежно погибнет, если разумные существа не построят космические корабли и не возьмут земные организмы с собой к другим звездам. В этом смысле технологическое развитие человечества необходимо для всего живого на нашей планете.”
Жмите на Watch on Vimeo, если хотите увидеть, что случилось с одним космическим ковчегом
Sky Captain and the World of Tomorrow (2004) from Lee Greenwood on Vimeo.
На этом нео-ноевом ковчеге, который позволит земной жизни существовать до самого последнего своего вымирания при тепловой смерти вселенной или же при ее схлопывании, я закончу пятую часть заметки, потому что уж очень длинная она получилась. Свои соображения выскажу в шестой части, за написание которой вскоре и возьмусь.
* “А других подходов у меня для вас нет”, – И.Сталин, Собрание сочинений, том дополнительный, с. 66.
** Следует заметить, что пионерами подобных реконструкций были не биологи, а теологи. В результате сравнения текстов синоптических евангелий теологи постулировали существование источника Q, которым пользовались свв. апостолы и евангелисты Матфей и Лука (опять этот Лука!). Этот Q, естественно, никто никогда не видел, но обходятся с ним теологи так, как если бы его существование было очевидным фактом.
*** У него, конечно, есть и основы вполне противоречащие научному мировоззрению, но какой большой нарратив обходится без внутренних противоречий.
**** Что совсем не просто в наше время, хотя надо заметить, что Россию здешнее сумасшествие еще не вполне покорило.