Но где провести границу между формами жизни и неживой материей? К примеру, является ли вирус живым существом? Раньше было принято отвечать «нет», но теперь это уже далеко не так очевидно. Вирусы не могут воспроизводиться сами по себе, но делают это, когда попадают внутрь другого организма. В конце XIX в. исследователи поняли, что причиной некоторых заболеваний являются биологические объекты, которые тогда считались простейшими и самыми маленькими из живых организмов. Но почти на всем протяжении XX в. вирусы было принято считать неживой формой материи.
Все живые организмы содержат геном, который представляет собой набор инструкций для создания организма и всегда состоит из нуклеиновой кислоты. Обычно это ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), но у некоторых вирусов это РНК (рибонуклеиновая кислота). Геном состоит из большого количества генов, каждый из которых является сегментом нуклеиновой кислоты, отвечающей за конкретный тип белковой молекулы. В октябре 2004 г. французские ученые объявили об открытии, размывавшем прежнюю границу между живой и неживой материей. Дидье Рауль и его коллеги из Средиземноморского университета в Марселе распознали последовательность генома самого большого известного вируса (Mimivirus), обнаруженного в 1992 г. Этот вирус, достигавший размера небольшой бактерии, содержал много генов, которые, как ранее считалось, могли существовать только в клеточных организмах. Таким образом, эта частица «мертвого» вещества присоединилась к единственному в своем роде клубу живых существ на планете Земля.
Удивительная природа живого вещества привела астробиолога Пола Дэвиса к следующему замечанию в декабре 2004 г.:
«Большинство людей воспринимают жизнь как должное, но для физика вроде меня ее существование поразительно. Каким образом бессмысленные атомы делают такие умные вещи? Физики обычно думают о веществе как об элементарных частицах, взаимодействующих друг с другом, поэтому сложнейшая организация живой клетки выглядит почти чудом. Нет никаких сомнений в том, что живые организмы представляют состояние вещества, абсолютно отличающееся от всех остальных».


Решение, определившее проблему

В 1953 г., когда Уотсон и Крик открыли двойную спираль молекулы ДНК и способ кодирования и воспроизведения клеточных белков, казалось, что мы получили обоснованное научное объяснение происхождения жизни. Лабораторный синтез аминокислот из простых химических веществ привел к ожиданиям, что человечество находится на грани создания живой клетки.
Предполагалось, что в результате вулканической деятельности и процессов выветривания молодая Земля приобрела океаны, богатые минералами и питательными веществами – так называемый «первозданный бульон». Благодаря постоянному смешиванию и перемешиванию химических веществ, а также, возможно, ударам молний появилась первая примитивная жизнь. Специалисты пребывали в уверенности, что теория «первозданного бульона» является наиболее вероятным объяснением, и ожидали, что со временем кому-то удастся создать жизнь в лабораторных условиях.
Вскоре после открытия Уотсона и Крика Стэнли Миллер, закончивший Чикагский университет, в сотрудничестве с нобелевским лауреатом Херолдом Ури воссоздал условия, предположительно существовавшие в «первозданном бульоне» на молодой Земле. Эта смесь состояла из водяных паров, водорода, метана и аммиака. Считалось, что молнии играли важную роль в появлении жизни, поэтому Миллер и Ури обеспечили электрические разряды и в конце концов смогли создать простые аминокислоты. Отовсюду посыпались поздравления, так как аминокислоты являются главным компонентом органической жизни. К сожалению, спустя полвека никто так и не продвинулся дальше в создании жизни.
Отмечалось также, что аминокислоты, созданные Миллером, Ури и другими исследователями, являются лишь немногими из компонентов, необходимых для жизни. Так или иначе, сам эксперимент был очень избирательным. Аминокислоты, присутствовавшие в «бульоне» Миллера и Ури, были левосторонними и правосторонними, тогда как жизнь пользуется только левосторонними аминокислотами. Более того, электрические разряды, приводившие к созданию аминокислот, одновременно уничтожали их, так что аминокислоты приходилось искусственно изолировать в ходе эксперимента.
Представляется логичным, что, если жизнь некогда появилась в океанах, она продолжает появляться и в наши дни. На самом деле ничего подобного не происходит из-за изменения температуры, химического и газового составов. В целом считается, что жизнь не может спонтанно возникать в обогащенной кислородом атмосфере, поэтому эволюционистам пришлось предположить существование совершенно иной атмосферы на молодой Земле (кислород, сохраняющий жизнь, вместе с тем разрушает неживые органические молекулы).
Создание жизни в лабораторных условиях оказалось совершенно невозможным, и исследователи начали понимать, что им придется открыть новые законы природы, чтобы объяснить появление хотя бы одной клетки в ходе случайных и естественных процессов.
Молекула ДНК имеет форму двойной спирали. Основания ДНК расположены попарно и образуют перекладины «лестницы», несущей информацию для воспроизведения живого существа. Когда ДНК копирует себя, «лестница» разрывается посередине перекладин, новые основания аналогичны старым, так что первоначальная молекула ДНК становится двумя идентичными молекулами. Информация, необходимая для построения новых белков и осуществления других необходимых химических изменений, приносится к разным частям клетки с помощью другой молекулы – рибонуклеиновой кислоты (РНК). Она сходна с ДНК, но представляет собой одинарную спираль. Таким образом, РНК является «гонцом», доставляющим информацию, содержащуюся в ДНК, для дальнейшего распространения и выполнения генных инструкций.
Остается один важный вопрос, на который наука не может ответить до сих пор: как появилась ДНК? Насколько известно сейчас, лишь ДНК может создавать другую ДНК.
Некоторые хромосомы содержат очень длинные цепочки ДНК, длиной более одного метра, что является колоссальным расстоянием с учетом микроскопической природы самой молекулы ДНК. Однако всех озадачивал вопрос о происхождении этого процесса, поскольку любые энзимы являются белками, а синтез белков должен происходить под управлением ДНК. Вместе с тем воспроизведение ДНК не может происходить без этих белков. Что же появилось сначала: белок или ДНК?
Этот вопрос напрямую связан с происхождением жизни, и пока что на него нет ответа. Ясно, что аминокислоты, нуклеотиды, липиды и другие многоатомные молекулы могут возникать случайно при тепловом воздействии – к примеру, в результате ударов молний. Они также могут появляться под воздействием солнечного света и других источников энергии, не обладающих жизнью. Выдвигалось много идей, объясняющих происхождение ДНК, но все они были не более чем догадками.
Во время нашей работы над этой книгой появилась новая теория, завоевавшая популярность среди многих специалистов. Согласно этой теории, ДНК существует благодаря наличию Луны!
Четыре миллиарда лет тому назад орбита Луны находилась гораздо ближе к Земле, чем в наши дни. Тогда Земля вращалась вокруг своей оси гораздо быстрее, и постоянное воздействие Луны приводило к образованию колоссальных приливов (см. главу 5).
Ричард Лат, специалист по молекулярной биологии из Эдинбургского университета, предположил, что в первозданных океанах, находившихся под приливным воздействием Луны, могло происходить быстрое распространение молекул ДНК.
Одна из наиболее общепринятых теорий, связанных с происхождением ДНК, заключается в том, что она возникла из молекул-предшественниц еще более незначительного размера, которые затем соединились, или «полимеризовались», в длинные нити, Эти нити стали шаблонами для новых молекул, прикрепляющихся к н им, что в конечном счете привело к образованию двойных спиральных молекул наподобие ДНК.
Ричард Лат указывает, что проблема заключается в необходимости механизма, который будет постоянно расщеплять двойные спирали, чтобы процесс мог продолжаться. По его утверждению, для расщепления молекулярных нитей необходимо какое-то внешнее воздействие.
Примерно при 50°С отдельные нити ДНК играют роль шаблона для синтеза дополнительных нитей, тогда как при более высоких температурах, около 100°, эти двойные нити распадаются, что удваивает количество молекул. При уменьшении температуры процесс начинается снова. Количество воспроизведений растет по экспоненте, то есть всего лишь за 40 циклов возникает один триллион идентичных копий.
В течение первого миллиарда лет своего существования Луна находилась очень близко к Земле, которая вращалась значительно быстрее, чем теперь. По мнению Лата, приливы могли вторгаться в глубь суши на несколько сотен километров. Это означало, что соленость в прибрежных регионах была подвержена быстрым изменениям, что в свою очередь приводило к частому образованию и распаду двойных нитевидных молекул, сходных с молекулами ДНК.
При наступлении чудовищных приливов концентрация соли была очень низкой. Даже современные молекулы ДНК распадаются при таких условиях, так как электрически заряженные фосфатные группы в каждой нити отталкивают друг друга. Однако при отступлении приливов молекулы – предшественницы ДНК вместе с осажденной солью присутствовали в высокой концентрации. По мнению Лата, это благоприятствовало образованию двойных молекул подобных ДНК, так как высокая концентрация соли нейтрализует заряды фосфатных групп и позволяет им соединяться.
Эти постоянные циклы изменения солености и температуры, по мысли Лата, способствовали умножению количества молекул, похожих на ДНК, но он подчеркивает, что приливные силы играли жизненно важную роль в этом процессе. Хотя Солнце тоже создает приливы на Земле, их амплитуда очень мала по сравнению с лунными приливами.
Без ДНК органическая жизнь невозможна, так как молекула ДНК отвечает за воспроизведение живой материи. От одноклеточной амебы до самого большого голубого кита на нашей планете, ДНК является главным компонентом, необходимым для зарождения и поддержания жизни. Возможно, Ричард Лат прав, и близкое присутствие Луны положило начало химическому процессу, который привел к появлению человека, но, несмотря на все теории, ни одному ученому еще не удалось создать даже простейшую форму жизни из химических «кирпичиков».
Теория Лата может объяснить, каким образом Луна способствовала воспроизведению ДНК, но происхождение самой молекулы остается загадкой, и многих ученых не удовлетворяет существующая теория возникновения жизни. К примеру, Дэвид А. Кауфман из Флоридского университета сказал: «В теории эволюции не хватает научно приемлемого объяснения источника клеточных кодов, без которых не может быть специфических белков, а следовательно, и жизни».
Правда, Дэвид Кауфман является креационистом, поэтому от него можно ожидать таких выводов, но профессор Хьюберт П. Йоки, физик из Калифорнийского университета, который совершенно определенно не относится к приверженцам теории творения, обеспокоен тем, что дискредитированные идеи продолжают затруднять процесс поиска истины. Он ПИШЄТ:
«Хотя сначала парадигма „первозданного бульона“ заслуживала рассмотрения, теперь ясно, что она является самообманом, поддерживающим идеологию ее поборников…
История науки показывает, что когда парадигма получает официальный статус и входит в учебники, то, несмотря на любые погрешности, ее объявляют негодной лишь после того, как на смену ей приходит новая парадигма. Для того чтобы наука двигалась вперед, нужно, образно выражаясь, время от времени очищать стол от неудачных парадигм. Это следует делать даже в том случае, если стол остается совершенно пустым и все парадигмы отправляются в мусорную корзину. Для истинного приверженца любой религии, философии или идеологии характерен набор определенных убеждений (Хоффер, 1951). Вера в «первозданный бульон» на том основании, что другой парадигмы не существует, является примером логической погрешности и ложной альтернативы. Так обычно случалось в истории науки, о чем подробно говорит Кун (1970). Нет основания полагать, что исследование происхождения жизни должно чем-то отличаться от всех остальных».
Йоки заявляет это потому, что вместе со многими другими учеными он не может поверить, что на вопрос о происхождении жизни можно ответить с помощью теории «первозданного бульона». Как и теория «большого столкновения» для происхождения Луны, она просто ошибочна и затрудняет поиски убедительного объяснения.
Главная причина дебатов по этому вопросу состоит в том, что ДНК не может существовать без жизни, а жизнь не может существовать без ДНК. Они полностью взаимозависимы и создают на первый взгляд неразрешимую ситуацию «курицы и яйца».
Нам кажется, что, даже если теория Ричарда Лата о вкладе Луны в быстрое распространение жизни с помощью колоссальных приливов и химического смешивания окажется правильной, это ни на шаг не приблизит нас к разгадке происхождения жизни.
Некоторые специалисты до сих пор считают, что это произошло случайно, – наверное, потому, что другие возможности слишком трудно переварить. Однако с таким же успехом можно было бы утверждать, что жизнь на Землю принесена феями из Волшебной страны.


Проблемы вероятности

Никто не сомневается, что информация, которая содержится в отдельном гене, по крайней мере так же велика, как фермент, который он контролирует. Однако лишь в одном среднем белке содержится более 300 аминокислот. Для того чтобы создать белок, нужно взять ген ДНК, который содержит 1000 нуклеотидов в своей цепочке. Каждая цепочка ДНК состоит из четырех разных нуклеотидов. Простой расчет вероятности дает 4 х 10 1000 возможных форм.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30