«миром РНК», – в настоящий момент, вероятно, наиболее распространенная среди ученых теория происхождения жизни.
Ключевым для этой гипотезы является предположение о том, что как только появилась прото-РНК, первая примитивная клетка смогла использовать ее для выживания и для воспроизводства. Эта клетка и стала, таким образом, универсальным общим предком. Сложность же современной клетки – результат миллиардов лет последовавшего за этим событием естественного отбора.
Сначала обмен веществ
Противоположная точка зрения – ее можно назвать «Сначала обмен веществ» – полностью отрицает идею «замороженной случайности». Согласно этой теории, первая живая система (или протоклетка) вообще не содержала ни ДНК, ни РНК. Она прошла через ряд простых химических реакций без участия сложных ферментов, исключительно посредством каталитического действия малых молекул. И лишь гораздо позже, в ходе естественного отбора, развилась химия современной клетки.
Вот простой пример, позволяющий представить, как это должно работать. Рассмотрим сеть федеральных скоростных автомагистралей в Америке. Невероятно сложная система, включающая огромную сеть дорог, гигантскую индустрию, обеспечивающую снабжение автомобилей горючим, собственно автомобильную промышленность и так далее. Если бы нам потребовалось объяснить, что представляет собой эта система сегодня, мы начали бы не с нанесения на карту уже существующей сети магистралей и попыток распределить по ним потоки автомобилей. Вместо этого мы бы вернулись в доколумбову Америку и изучили бы самую примитивную транспортную сеть, вроде сети пешеходных индейских троп. Потом поговорили бы о том, как эти тропы сменились немощеными дорогами, по которым ходили первые фургоны, как по ним поехали первые автомобили, как затем дороги стали мостить, строить на них заправочные станции, и так далее. Таким образом, шаг за шагом, мы бы в конце концов добрались и до нынешней системы во всей ее сложности, причем нам не понадобилось бы обращаться ни к каким маловероятным случайным событиям.
Какой из этих двух сценариев – «Мир РНК» или «Сначала обмен веществ» – реализовался на самом деле в ранней истории Земли, нам еще предстоит выяснить. Может быть, на самом деле обе этих гипотезы ошибочны? Все, что мы сейчас можем твердо сказать о том, как на нашей планете появилась жизнь, сводится к двум тезисам: 1) на Земле были богатые запасы основных молекулярных «строительных кирпичиков», необходимых для появления полноценных живых систем, и (2) как бы конкретно ни происходила «сборка» первого живого существа, она произошла быстро.
Другое происхождение, другая жизнь
Как бы ни зарождалась жизнь на Земле – по одному из упомянутых нами сценариев или как‐то совершенно иначе, – это не значит, что во всех остальных уголках Галактики жизнь может появиться таким и только таким путем. Даже в мирах, где существуют океаны жидкой воды, вполне возможны быть десятки, сотни, а может, и миллионы способов возникновения жизни. В этих мирах могут существовать различные молекулы, несущие разный генетический код и различные белки, управляющие химическими реакциями. И в нашем дальнейшем повествовании мы должны по возможности избегать того, что можно назвать «земным шовинизмом» – представления, что повсюду во Вселенной жизнь должна так или иначе походить на жизнь на Земле. Давайте посмотрим на некоторые возможные проявления таких различий.
Молекулы чего?
Даже жизнь «как у нас» – то есть жизнь, основанная на химических реакциях, задействующих соединения углерода и происходящих в жидкой водной среде, – не обязательно должна быть точно такой же, как та, к которой мы привыкли на Земле. Взять хотя бы один пример – структуру белков, молекул, действующих как ферменты и управляющих химическими реакциями в земных живых системах.
Эти молекулы, как мы уже говорили, можно рассматривать как цепочки, звенья которых – молекулы меньшего размера, называемые аминокислотами. В лаборатории можно создать множество аминокислот – и это крупная и постоянно развивающаяся область исследований. Создаваемые таким способом белки, в которые входят не встречающиеся в природе аминокислоты, можно использовать для самых разных целей, от создания новых лекарств до производства биоразлагаемых контейнеров. Однако при этом в земных живых системах встречается довольно небольшое количество аминокислот (по разным версиям подсчетов, всего 20 или 22). Почему так? Может быть, это результат еще одной «замороженной случайности» в ранней истории Земли? Если это действительно так, то стоит ожидать, что живые организмы на других планетах состоят из белков на основе других аминокислот, не тех, что у нас, а значит, имеющих совершенно иную химию. Но если все же имела место какая‐то (пока неизвестная) причина, по которой конкретный набор аминокислот, на основе которого развилась жизнь на Земле, приобрел огромное эволюционное преимущество, тогда нам следует ожидать, что вся углеродная жизнь имеет генетический код, сходный с нашим. Подобные вопросы можно задавать почти о любом химическом свойстве земной жизни.
Что за жидкость?
Вода широко распространена во Вселенной. Но нужна ли она для успешного существования углеродной жизни? Посмотрим на Юпитер: оказывается, это самое сухое место в нашей Солнечной системе – этакая пустыня Сахара планетарного масштаба. (Это сравнение вполне корректно: данные космической миссии Galileo показывают, что процентное содержание водяного пара в атмосфере Юпитера сопоставимо с его содержанием в Сахаре.) Однако мы знаем, что довольно сложные органические молекулы, вроде бензола, спокойно образуются в атмосфере Юпитера вследствие реакций, протекающих под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца. Это значит, что сложные молекулы могут образовываться и в средах, бедных водой. Мог ли процесс такого типа привести к реакциям, аналогичным опыту Миллера – Юри и в конечном счете – к появлению жизни?
Мы склонны считать, что в основе жизни должна лежать вода, потому что мы привыкли к этому на Земле и потому что вода – среда, крайне благоприятная для химических реакций. В конце концов, чтобы молекулы взаимодействовали, они должны иметь возможность двигаться и сталкиваться, а это, конечно, намного проще в жидкой среде. Но вода – не единственная жидкость в мире. На спутнике Сатурна, Титане, например, есть океаны, состоящие из жидкого этана и метана. Химические реакции в таких ультрахолодных средах должны, конечно, идти очень медленно, но нет никаких поводов предполагать, что жизнь обязательно должна быть ограничена такими же временны́ми рамками, как на Земле. На другом же конце интервала возможных температур мы можем представить себе планеты, раскаленные достаточно сильно, чтобы там могли существовать океаны жидкой магмы (лавы). Известные нам молекулы не могли уцелеть в таком аду, зато неизвестные, может, и могли бы. Как всегда, когда мы думаем о жизни вне Земли, мы встречаем больше вопросов, чем ответов.
Что за атомы?
Когда мы обращаемся к разговору о жизни, непохожей на нашу, – то есть жизни, основанной на химии атомов, отличных от углерода, – вопросы становятся более сложными. Мы довольно много знаем о том, как возникали или теоретически могли бы возникнуть основные «строительные кирпичики» углеродной жизни. Но
