Что такое жизнь? Понять биологию за пять простых шагов

Если взглянуть на жизнь под таким, более широким, углом, картина живого мира обогащается. Жизнь на Земле принадлежит к отдельной, необыкновенно взаимосвязанной экосистеме, которая включает все живые организмы. Такая фундаментальная сопричастность проистекает не только из глубоких взаимосвязей, но также из того, что вся жизнь вообще генетически родственна через общие эволюционные корни. Данная картина глубинного родства и взаимосвязанности давно отстаивалась экологами. Она берет начало в идеях путешественника и натуралиста начала XIX в. Александра фон Гумбольдта, утверждавшего, что вся жизнь объединена воедино всеобъемлющей сетью связей. Сколь бы неожиданно это ни прозвучало, такая взаимосвязанность лежит в центре жизни, и это достаточно веский довод для того, чтобы мы помедлили и как следует задумались над тем, насколько сильно деятельность человека влияет на остальной живой мир.

Организмы, живущие на многочисленных ветвях общего генеалогического древа жизни, поразительно разнообразны. Но это разнообразие отходит на задний план в сравнении с их обширным, фундаментальным сходством. Если рассматривать организмы как физические, химические и информационные машины, основные детали их операций одинаковы. Например, они используют одну и ту же маленькую молекулу АТФ в качестве энергетической валюты; они опираются на одни те же базовые отношения между ДНК, РНК и белком; для изготовления белков они используют рибосомы. Фрэнсис Крик говорил, что информационный поток от ДНК к РНК и далее к белку настолько фундаментален для жизни, что можно назвать его «центральной догмой» молекулярной биологии. С тех пор указывалось на второстепенные исключения из этого правила, но главный тезис Крика силу не утратил.

Глубинные общие черты в химических основах жизни подталкивают к знаменательному выводу: жизнь, такая, как мы ее видим сегодня на Земле, началась однократно. Если бы разные формы жизни возникали независимым образом не единожды и смогли сохраниться, крайне маловероятно, что главные функции их потомков были бы у всех настолько сходными.

Если вся жизнь проистекает из одного гигантского генеалогического древа, то что ж это было за семечко, из которого древо выросло? Где-то, почему-то, давным-давно неодушевленные и хаотичные химические вещества сорганизовались в некие более упорядоченные формы, которые могли сохраняться, копировать себя и наконец приобрели наиважнейшую способность к эволюции путем естественного отбора. Но как же эта, помимо всего прочего и наша, история фактически началась?

Земля сформировалась чуть более 4,5 миллиарда лет тому назад, на заре возникновения нашей Солнечной системы. Приблизительно первые полмиллиарда лет поверхность планеты была слишком горячей и нестабильной, чтобы там могла возникнуть жизнь такой, какой мы ее знаем. Самые старые, до настоящего времени обнаруженные и однозначно идентифицированные ископаемые организмы жили примерно 3,5 миллиарда лет тому назад. Это дает окно в несколько сотен миллионов лет, чтобы жизнь проснулась и встала на ноги. Это дольше, чем наше сознание способно с ходу уразуметь, но на деле лишь небольшая доля всей истории жизни на Земле. Фрэнсису Крику представлялось невероятным, что жизнь могла возникнуть здесь, на Земле, за доступное ей время. Поэтому он предположил, что, жизнь, должно быть, зародилась где-то во Вселенной и была доставлена сюда в частично или полностью сформированном состоянии. Но это скорее увертка, чем ответ на самый главный вопрос о том, как жизнь могла излиться из наискромнейших истоков. Сегодня мы можем дать реалистичное, хотя и в настоящее время неверифицируемое объяснение этой истории.

Самые древние ископаемые в чем-то похожи на сегодняшние бактерии. Это указывает на то, что жизнь уже могла прочно утвердиться ко времени, когда имелись заключенные в мембрану клетки, наследственная система на основе ДНК и обмен веществ на основе белков.

Но что появилось первым? Самовоспроизводящиеся гены на основе ДНК, метаболизм на основе белков или охватывающие мембраны? В нынешних живых организмах эти системы формируют взаимозависимую систему, которая правильно функционирует только как одно целое. Основанные на ДНК гены могут воспроизводиться только с помощью белковых ферментов. А белковые ферменты могут строиться только по инструкциям в ДНК. Ни одно не может существовать без другого. Далее, бесспорно, что как гены, так и метаболизм зависят от наружной мембраны клетки, которая локализует необходимые химические вещества, улавливает энергию и защищает их от окружающей среды. Но мы знаем, что сегодня живые клетки пользуются генами и ферментами для построения своих тонко организованных мембран. Трудно вообразить, что кто-то из этой важнейшей троицы мог вести себя самостоятельно: если удалить один элемент, вся система быстро развалится.