Научные гипотезы о происхождении жизни не столь разнообразны и многочисленны, как легенды, но, вероятно, более интересны, потому что основываются на наблюдении за процессами в реальном мире и по крайней мере теоретически могут быть проверены (даже если такие тесты мы пока еще не можем провести). Одна из первых гипотез Аристотеля о том, что жизнь (по крайней мере «примитивная»: черви и личинки) возникла самопроизвольно из грязи, была оспорена уже в 1688 г., когда итальянский физик Франческо Реди продемонстрировал, что личинки не появляются в мясе, если не позволять мухам садиться на него. А в 1861 г. Луи Пастер доказал, что бактерии и грибок не появляются в богатом питательными веществами растворе, если он стерилен и изолирован от внешней среды, тем самым окончательно развенчав концепцию Аристотеля. Более продуктивной оказалась идея Чарльза Дарвина, сформулированная в 1871 г., о том, что жизнь могла возникнуть, в «теплом маленьком пруду с разного рода аммиачными и фосфорными солями при наличии света, тепла и электричества». Эта гипотеза стала предвестником теории «первичного бульона», сформулированной в 1920-е гг. Александром Опариным и Джоном Холдейном, согласно которой относительно простые органические молекулы – мономеры (то есть аминокислоты, «строительный материал» белка) – липиды, сахара и нуклеотиды (строительный материал РНК и ДНК) – возникли спонтанно под воздействием молний в результате химических реакций между еще более простыми веществами на ранних этапах существования Земли. В 1952 г. Стэнли Миллер и Гарольд Юри провели эксперимент, который, казалось, подтверждал эту теорию: через смесь газов, которые, как тогда считалось, присутствовали в атмосфере древней Земли, были пропущены электрические разряды, и в результате получили набор разнообразных аминокислот. Вместе с тем ученые понимали, что создания мономеров, из которых состоят молекулы жизни, еще недостаточно. Можно сколько угодно пропускать электрические разряды через «бульон» и в результате получить лишь скользкую мешанину. Из куриного бульона не получится курица, как бы долго вы его ни варили.
Отсутствие видимого решения проблемы подтолкнуло некоторых ученых к идее, что жизнь могла быть занесена на Землю в виде микробов с метеоритами из космоса. Панспермия – это не название планеты из фантастического фильма «Флэш Гордон» 1974 г., а вполне серьезная научная теория. Однако эта теория не дает ответа на вопрос о возникновении жизни, а просто переносит загадку на другую планету. C уверенностью говорить можно об одном: часть «строительного материала» для жизни уже существовала в космосе, и многие элементы, необходимые для ее возникновения, возможно, были занесены на юную Землю из космоса. Углерод, например, основа всех органических химических веществ, на самом деле довольно редкий на Земле элемент – он занимает лишь 15-е место среди самых распространенных элементов и составляет 0,046 % земной коры – и, возможно, большая его часть происходит из частиц, попавших на Землю из космоса. Значительная часть воды, без которой жизнь невозможна, тоже была принесена на Землю метеоритами и другими космическими телами, врезавшимися в Землю в период так называемой «поздней тяжелой бомбардировки» около 3,9 млрд лет назад и до нее. В составе некоторых метеоритов были обнаружены десятки аминокислот, а также шесть белков, необходимых для жизни. В метеоритах найдены сахара и жиры, присутствующие в живых организмах.
Получается, что изучение открытого космоса помогает найти некоторые ингредиенты бульона, но курицу там (пока) найти не удалось. Кое-что проясняет еще один подход к загадке происхождения жизни. Заключается он в том, чтобы анализировать не то, что представляет собой жизнь, а что она делает. Ведь жизнь – это не просто ее составляющие, это еще и процесс. Как это представлял себе в 1940-х гг. Эрвин Шрёдингер, главное, это способность жизни «сконцентрировать на себе поток порядка», то есть овладеть внешней энергией, чтобы противостоять общей тенденции к хаосу.
Его слова заставляют задуматься о том, что жизнь возможна тогда, когда среди прочего есть поток энергии, который может быть использован сложной, но пока еще неживой системой подобно тому, как водяная мельница использует энергию водного потока.
В 2007 г. Оливер Мортон писал: «Жизнь состоит не только из вещей, но и из процессов. Ученые, пытающиеся в лабораторных условиях создать химические системы, способные к автономной эволюции, считают, что такие системы должны обладать тремя характеристиками. Во-первых, это набор связанных молекул, структура которых представляет собой закодированную информацию, передающуюся по наследству. Во-вторых, молекулы должны быть способны к метаболизму, то есть способны производить полезную энергию. В-третьих, молекулы должны формировать закрытые системы, чтобы процесс метаболизма происходил бесперебойно».
Самый мощный поток энергии на Земле, естественно, поступает от Солнца, именно поэтому во многих культурах Солнце предстает в роли бога и отца (или матери) всего живого. Но, когда в 1970-х гг. были обнаружены черные курильщики, в потемках и вдали от Солнца и тем не менее населенные многообразными примитивными формами жизни, ученые задались вопросом: что если именно в таких условиях – с устойчивым тепловым потоком и наличием постоянных химических элементов – возникла жизнь. Теория выглядела многообещающей. Годы моего взросления пришлись на последнее десятилетие XX в., и помню, что эту тему широко обсуждали. Однако постепенно интерес к ней угас: эксперименты продемонстрировали, что нуклеиновые кислоты, участвовавшие, как считалось, в формировании и делении первых клеток, не могут существовать в таких условиях.
Потом, в 2000 г., был обнаружен совершенно другой тип глубоководного термального источника, без черного выброса. В его струе большие объемы метана и водорода вступают во взаимодействие с морской водой и окружающими породами и образуют вздымающиеся вверх белые потоки. Первый такой источник был обнаружен в Атлантическом океане и получил довольно предсказуемое название «Потерянный город», хотя мне кажется, что его формы больше напоминают сумасшедшие ландшафты доктора Сьюза или Цинжи-дю-Бемараха на Мадагаскаре, чем шпили церквей, с которыми их часто сравнивают. Белые курильщики не могут похвастаться большим биологическим разнообразием, но они создают идеальные, по мнению некоторых ученых, условия для протожизни. Множество закрытых камер, наполненных необходимыми для жизни элементами непосредственно возле источника, – идеальные реакционные сосуды. Кроме того, различия между химическими веществами, поступающими из источников и содержащимися в воде, создают электрический потенциал, который, возможно, подпитывал энергией внутренние биохимические реакции. Некоторые ученые практически уверены, что именно в таких условиях могла появиться жизнь. «Последним общим предком для всех форм жизни была не свободно живущая клетка, а пористая порода, стенки ячеек этой породы, богатые серой и железом, могли стать катализаторами для первичных биохимических реакций», – считает микробиолог Ник Лейн. В этом природном реакторе, наполненном органическими химическими веществами, появилась протожизнь, которая, в конце концов, превратилась в первую живую клетку, причем это произошло дважды – так появились бактерии и археи.
Не все поддерживают гипотезу «щелочных белых курильщиков». Некоторые ученые продолжают доказывать, что жизнь возникла ближе к поверхности, к солнечному свету: например, в мелких пресноводных лагунах на тропических вулканических островах могли сформироваться условия, необходимые для того, чтобы протожизнь сорганизовалась внутри первого кокона – примитивной клеточной стенки, построенной из липидных мембран. Возможно, представление Дарвина о возникновении жизни в теплом пруду все-таки окажется ближе к истине.
Я помню время, когда краб йети и ему подобные организмы вообще не были известны, а теперь их считают натурализовавшимися обитателями тех мест, где, возможно, возникла жизнь. Теперь они стали частью наших постоянно расширяющихся знаний о жизни. В 2011 г. возле гидротермального источника «Дракон» в Индийском океане был обнаружен третий вид краба йети. Этот вид еще не назван. Его клешни короче, чем у собратьев, а брюхо полностью покрыто щетинками, но, скорее всего, это близкий родственник уже известных нам двух видов. Открытие 2005 г. казалось уникальным, но, возможно, это просто было первое из множества широко распространенных животных, о которых до того ничего не было известно.
В Ветхом Завете Господь спрашивает Иова: «Нисходил ли ты во глубину моря и входил ли в исследование бездны? Отворялись ли для тебя врата смерти и видел ли ты врата тени смертной? Обозрел ли ты широту земли? Объясни, если знаешь все это». Если бы у Иова была возможность ответить, конечно, ему пришлось бы признать, что нет. С тех пор прошло 25 веков, и, может быть, мы приближаемся к тому, чтобы дать положительный ответ на эти вопросы. Мы можем опускаться на дно морское и близки к тому, чтобы сформулировать проверяемые гипотезы о происхождении жизни, или даже уже выдвинули такую теорию. И еще мы знаем, что – если исключить вмешательство со стороны – жизнь на Земле станет невозможна примерно через 1,1 млрд лет, когда раскалившееся Солнце осушит океаны. Правда, задолго до этого жизнь может трансформироваться так, что мы даже не в состоянии представить. Может быть, мы будем казаться примитивными тем существам, что будут населять нашу планету после нас, – какими сегодня кажутся нам живущие в вечной темноте глубоководные крабы.
