Один из самых сложных и спорных вопросов современной биологии — это вопрос о происхождении жизни. Зародилась ли жизнь на нашей планете или, может быть, занесена к нам из Космоса? В каких физических и химических условиях могла появиться жизнь?
О современных научных подходах к изучению этих вопросов рассказывает член-корреспондент РАН, руководитель Лаборатории докембрийских организмов Палеонтологического института РАН Михаил Федонкин.
— Расскажите, пожалуйста, об истории абиогенеза.
— Мне кажется, как только природа взглянула на самое себя глазами человека, этот вопрос и возник — откуда мы, откуда это все появилось. Мифы о происхождении — это самые древние мифы, поскольку они всегда волновали людей издавна, и они самые живучие. Для древних было очевидно, что живое возникает из неживого. Из гниющего мяса личинки выползают, мухи вылетают. Из шерсти — моль. Весной из земли появляется трава, вылезают лягушки. Теория абиогенеза, то есть происхождения живого из неживого, существовала долго и существует такой взгляд и поныне. Где-то в XVII веке появились научные эксперименты в этой области. Приведу пример флорентийского врача Франческо Реди. Он был врачом, известным поэтом и, конечно, естествоиспытателем. Он провел такой эксперимент: взял мясо, положил в чашу, закрыл тканью, а другое оставил открытым. Так вот то мясо, которое было открытым, оно начало гнить и там появились эти личинки мух и так далее. А то, что осталось под тканью, там этих личинок не появилось. Тогда еще о микробах не было представлений. И вот отсюда и родилась формула: «все живое от живого». Это было доказательством, попыткой доказать, что живое может произойти от живого, все от яйца. Луи Пастер, он укрепил эту позицию в дальнейшем.
И вся наша жизнь на земле убеждает нас в том, что все «живое от живого», все «от яйца». Мы не видим процесса происхождения жизни на нынешней земле. Но знаете, весь парадокс в том, что на этой планете богатой жизнью, действительно, сегодня жизнь, наверное, и не могла бы произойти. Это связано прежде всего с присутствием кислорода.
— Надо сказать, что кислород, как ученые считают, биологического происхождения.
— Об этом Вернадский еще писал. Интерес к происхождению жизни в какое-то время угас. И работы Александра Ивановича Опарина дали мощный импульс, интерес к этой проблеме. Опарин предложил свою концепцию происхождения жизни, он проводил свои эксперименты с коллоидными растворами, в которых какие-то вещества могли формировать что-то вроде капелек, иногда сфер. Как, допустим, масло, взвешенное в воде, оно не смешивается, а образует капельки. Некоторые из этих коллоидов могли формировать сферы, внутренняя среда которых отличалась от внешней среды, скажем. Но самое главное — была некая изолированность. Вся жизнь построена на градиентах, на отличии внешней среды клетки от внутренней среды.
— Все известные нам существа, животные состоят из клеток и поэтому задача объяснения происхождения жизни, вообще говоря, сводится к задаче объяснения появления клетки.
— Но мы знаем, что мембрана — это билипидный слой, жироподобное вещество формирует двойной слой. Собственно через нее идет транспорт вещества. Есть в ней протонные насосы. Вот эта проблема изоляции пространства, но так, чтобы не была изоляция полная, она была проницаемой. Вот эта проблема и сейчас стоит. Со времен Опарина началась эпоха экспериментальных исследований в этой области. К проблеме происхождения жизни, как бьют туннель и физики, и химики, и биологи — это проблема явно мультидисциплинарная, и философы осмысливают эту проблему — что есть жизнь. О происхождении чего мы говорим? Определений понятия жизни очень много, ни одно из них не является исчерпывающим. Тут, вероятно, дело в том, что жизнь осуществляется как бы одновременно в разных масштабах пространства и времени. Есть какие-то процессы на субмолекулярном уровне, которые описываются языком квантовой механики. Химия — следующий этап. Дальше начинается физиология, физика, биофизика. И мы дальше переходим — организмы, экосистемы. И дальше мы выходим на процесс исторический, то, что называется эволюцией. И это масштаб времени не доли, какие-то тысячные секунды — это миллионы и миллиарды лет. И все это жизнь. Можно рассуждать о потоках энергии в клетках, входящих и выходящих, обмена веществ. Этот момент очень важный, я считаю. Можно определять жизнь исторически, как эволюцию, что менялось на протяжении жизни. Можно и определять через происхождение, через противопоставление живое и неживое. Все эти определения имеют смысл. Но, может быть, и не удастся вывести одно определение. Довольно много говорят о панспермии. Панспермия — это теория, предложенная Аррениусом (Svante August Arrhenius), шведским ученым. Она говорит о том, что жизнь пришла к нам с других планет. Теория так называемого «космического посева». И в космосе действительно обнаружено значительное количество разнообразных органических веществ. Допустим, ДНК, допустим, сформировалось ДНК где-то в космосе в космических условиях и на комете или на метеорите принесена на землю. Ну и то? Ведь ДНК работоспособна только внутри системы клетки, кирпичиков недостаточно, из которых состоит живой организм.
— Может быть целую клетку принесло.
— Теоретически клетка может пережить перенос в анабиозе, в замороженном виде. То есть теоретически это возможно. Но тут есть один момент: жизнь на земле существует не просто сама по себе в биосфере, как, скажем, в комнате — это непрерывный обмен среды внешней и внутренней среды клетки. Вот в этом обмене как две шестерни зубцы, геохимия древняя и биохимия древняя, как они начали взаимно действовать и сформировали то, что называется жизнь. И войти сюда с другой системы довольно мало шансов для выживания. Эта жизнь чужая, которая прилетела на землю, должна совпадать по многим вот этим параметрам, чтобы зубцы биохимии должны войти в зубцы шестеренки геохимической.
— Как автомобиль, вы не можете автомобилем долго ездить в Африке, потому что там нет заправочных станций. Эта среда для автомобилей, заправочные станции и станции ремонта — это некая среда.
— Я вот по какой причине вспоминаю о древней земле, в которой зародилась жизнь. Эти условия должны быть бескислородные, чтобы так называемая восстановительная среда была такова, чтобы сложные молекулы не разрушались, следовательно температура должна быть не выше и не ниже определенной. Должна быть жидкая вода. И таких параметров довольно много. Понимаете, получается так, что когда берешь масштабы Вселенной с ее крайними значениями, допустим, температура: в недрах звезд триллионы градусов и космический холод, и другие параметры, жуткая радиация. В этом факторном пространстве очень узкая щель, в которой жизнь возможна.
— И мы через нее проскочили.
— Но, понимаете, какая вещь: внутри этой узкой щели, факторного пространства жизнь не только возможна, она высоко вероятна, жизнь закономерно возникнет. И как раз здесь сосредоточен основной фокус атаки современного естествознания. В каких условиях на древней Земле жизнь могла сформироваться, что для этого было необходимо. Если мы посмотрим на современные бактерии и архебактерии, если мы взглянем на это древо жизни, построенное на данных сравнительной геномики, то мы увидим очень интересную вещь. Мы увидим, что нижние ветви этого древа представлены так называемыми гипертермофилами — это в основном архебактерии или археи. Гипертермофилы — это организмы, которые живут при очень высоких температурах в горячих источниках, допустим, на дне океана или в гейзерах, которые рядом с вулканами. Некоторые при 80 градусах, мы палец обжигаем, если сунем в такую воду, а они замерзают при этой температуре, они не могут жить нормально.
— При такой температуре должны распадаться некоторые химические соединения.
— У них есть хитрые механизмы устойчивости. Многие из этих групп активно используют разные субстраты — это могут быть водород или его соединения, метан, некоторые метан производят, железо, серу и так далее. И это колоссальное биохимическое разнообразие. Второй интересный факт, что у них колоссальная толерантность, выносливость в широком спектре разных факторов. Эти факторы могут говорить о первичной среде, где жизнь, может быть, и произошла. Может быть, они раньше доминировали на всей планете, а сейчас только там, где сохранились такие условия, где есть горячие источники, минерализованные, химически очень богатые.
— Три с половиной миллиарда лет назад Земля была совсем другой. Вообще, честно говоря, если нарисовать ее картину, никто не поверит, что это Земля — это какая-то другая планета.
— Она, может быть, напоминала в значительной степени Венеру, то есть очень плотная атмосфера, непрозрачная, бескислородная.
— В тех условиях, когда зарождалась жизнь, ни один из современных организмов не мог бы выжить.
— Это исключено. Поэтому намеки на то, каковы были первичные условия происхождения жизни, мы можем почерпнуть из физиологии современных архей или бактерий.
