Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле - Маршалл Майкл
В наши дни наука считает эволюцию очевидным фактом, однако споры на ее счет шли до конца девятнадцатого столетия и продолжились в столетии двадцатом. Так было вплоть до 1930-х – 1940-х годов, когда теорию эволюции объединили с новой наукой о наследственности – генетикой, положив начало так называемой синтетической теории эволюции. Лишь тогда вопрос был решен окончательно. Конечно, для многих верующих эволюция и сейчас остается предметом споров или даже представляется откровенной ложью. Беда в том, что биологи, слишком занятые защитой учения эволюции от нападок верующих и выяснением ее механизмов, не могли себе позволить отвлечься и поинтересоваться тем, с чего, собственно, все началось.
Вопреки распространенному мнению, сама эволюция не имеет никакого отношения к зарождению жизни. Эволюционное учение исходит из предположения о том, что все живые существа произошли от общего предка, однако его возникновением эволюционисты не занимаются. В каком-то смысле теория Дарвина действительно “сотворила” вопрос о начале жизни, который до того попросту не тревожил умы человечества. Как утверждают Билл Меслер и Х. Джеймс Кливз II в своей “Краткой истории сотворения” (A Brief History of Creation), “люди интересовались, откуда взялась первая обезьяна, или первая акула… но не как возник самый первый вид, и точка”[22]. Сторонники спонтанного зарождения считали, что множество различных форм жизни, начиная с мух и червей, возникает именно благодаря ему. В качестве альтернативы теория Дарвина предложила существование одного организма, который появился первым и стал прародителем для всех остальных.
Дарвин не обсуждал вопрос происхождения жизни в своих книгах, но мимоходом коснулся его в своем письме ботанику Джозефу Гукеру в 1871 году[23]. Эта непритязательная заметка имеет особую ценность: в ней Дарвин предположил, что при наличии особых благоприятствующих условий в далеком прошлом жизнь могла возникнуть на Земле самопроизвольно. Дарвин пишет:
Часто говорят, что и сейчас имеются все те условия для возникновения живых организмов, какие могли быть прежде. Но если бы (и это “если бы” с большой буквы!) действительно нашелся какой-нибудь теплый маленький водоем, содержащий в растворенном виде все необходимые аммонийные и фосфорные соли, при наличии в нем света, тепла, электрических разрядов и т. д., и в этом водоеме в результате химических реакций образовалось соединение белковой природы, способное постепенно усложняться, то сейчас такое вещество было бы мгновенно поглощено или усвоено – что было невозможно до возникновения живых существ.
Итак, вообразим себе, что миллионы лет назад на безжизненной Земле возникло озерцо. Оно содержало смесь простых химических веществ и находилось в потоке солнечных лучей. В какой-то момент растворенные соединения могли образовать одну из ключевых биологических молекул – белок, который обладал способностью становиться все более сложным. И в итоге он настолько усложнился, что мог считаться чем-то живым. В наши дни это нереально, потому что любой оказавшийся в воде белок будет немедленно употреблен в пищу каким-нибудь голодным организмом. Однако до появления живого первые биологические молекулы имели возможность размеренно развиваться.
Идея Дарвина изложена схематично, и это неудивительно, ибо ученый представил ее мимоходом, в коротком письме, написанном им, когда одна из его дочерей тяжело болела, заразившись корью. И тем не менее эту идею можно считать первым соответствующим сегодняшним нормам предположением о том, как могла зародиться жизнь. Вдобавок письмо Дарвина затрагивает, хотя и в неявном виде, еще один очень важный вопрос: каким образом исходно неживым химическим веществам удалось собраться воедино и дать начало первому живому существу?
Давайте сформулируем проблему более конкретно. Что является самой простой формой жизни, какую мы только можем себе представить? Где и когда она могла впервые возникнуть?
Поначалу может показаться, что вообразить первый живой организм не так уж просто. Жизнь поразительно, до смешного, разнообразна. Взять хотя бы величественно плывущего по океану синего кита – одного из самых крупных животных в истории Земли, достигающего в длину чуть не тридцати метров. У этого кита огромный мозг, сердце размером с автомобиль, пасть с пластинами китового уса, при помощи которого кит выцеживает из воды криль, и комплект внушительных гениталий. А теперь представим себе мухомор красный – гриб с яркой шляпкой в белых пятнах. Он выглядит так, будто в его ножке спрятана крошечная дверца, из которой того и гляди высунет голову фея. Размером гриб всего в несколько сантиметров, и у него нет тех органов, которые есть у синего кита. Мухомор не умеет передвигаться, а в один прекрасный день попросту высовывается из лесной почвы. Кажется, у этих двух организмов нет почти ничего общего, но в действительности на микроскопическом уровне они очень близки.
Первый важный шаг к пониманию этого единства всего живого сделал британский ученый Роберт Гук еще в XVII веке. Гук, этот “хмурый гений”, был одним из отцов научной революции, соперником Исаака Ньютона и одним из первых членов Лондонского королевского общества. Как и многие ученые того времени, он оставил след сразу в нескольких научных дисциплинах – от механики (в его честь назван закон упругости, или закон Гука) до измерения времени (хронометрии) и астрономии. Однако самым значимым его достижением стала, пожалуй, книга 1665 года “Микрография” (Micrographia) – первая заметная публикация Лондонского королевского общества[24].
В своей “Микрографии” Гук описывает результаты собственных наблюдений за различными объектами, проведенных при помощи модернизированного микроскопа. К тому времени микроскопы, существовавшие уже не одну сотню лет, были значительно усовершенствованы, и потому Гук смог рассмотреть детали, которые до того никому не удавалось увидеть. Свою книгу он щедро снабдил иллюстрациями, что и определило произведенный ею гигантский эффект.
В одном из разделов Гук описывает вид тонкого среза винной пробки. Оказалась, что эта последняя сплошь покрыта бесчисленными крошечными “комнатками”, или полостями. Они напомнили Гуку маленькие кельи монахов, “клетушки”, поэтому он и назвал их клетками (по-английски cell).
В те же годы в голландском городе Делфт жил Антони ван Левенгук, который тоже экспериментировал с микроскопами. Он разработал метод получения особенно качественных линз, благодаря которым мог различать даже более мелкие детали, чем Гук. О своем эпохальном открытии Левенгук рассказал в октябре 1676 года в письме Лондонскому королевскому обществу. После долгих и жарких дебатов оно все же было опубликовано – через год. В этих спорах Гук выступил на стороне Левенгука – потому, в частности, что лично проверил некоторые из его наблюдений[25].
Свою статью Левенгук начинает с совершенно удивительного утверждения. Мол, в 1675 году он обнаружил “живые существа в дождевой воде”, которая несколько дней простояла в глиняном горшке. Эти крошечные существа были в десять тысяч раз меньше, чем любые из видимых невооруженным глазом. Описание разнообразия форм и поведения этих малюсеньких “анималькулей”, или “живых атомов” (как назвал их Левенгук), занимает целых одиннадцать страниц. Одни из них поначалу имели овальную форму, но в какой-то момент становились почти идеально круглыми. Другие, “длиной вдвое больше ширины”, вроде бы имели “маленькие ножки, с помощью которых чрезвычайно резво передвигались”.
Левенгук открыл микроорганизмы – живые существа, которые много меньше даже самых крошечных насекомых и клещей. И заодно выяснил, что они есть буквально везде – в воде из пруда, в море, на поверхности разных предметов, даже в воздухе. Стоит ли удивляться скептицизму его ученых коллег? Однако наблюдения Левенгука были неопровержимы, так что вскоре наука о микроорганизмах начала бурно развиваться. Позднее ученые распределят всю эту микроскопическую живность по разным группам, которые получат название “амебы” и “бактерии”; эти термины используются и сейчас. Но главный вывод Левенгука заключался в том, что все это клетки, те же самые клетки, что рассматривал Гук. Они различались формой и размерами, а некоторые из них были вдобавок закованы в защитную “броню” или снабжены чем-то вроде крутящихся и бьющих хвостов. И все же каждая такая анималькуля являлась именно отдельной клеткой.
