Что такое жизнь? Понять биологию за пять простых шагов

Возможно, образование мембран объяснить проще всего. Мы знаем, что вид липидных молекул, из которых сделаны мембраны, может формироваться через спонтанно происходящие химические реакции при участии веществ и условий, которые, как думается, имели место на юной Земле. Когда же ученые помещают эти липиды в воду, те ведут себя несколько неожиданно: они спонтанно собираются в полые, заключенные в мембраны сферы примерно той же величины и формы, что у некоторых бактериальных клеток.

Даже при наличии вполне правдоподобного механизма образования заключенных в мембраны объектов все равно остается вопрос, что было раньше – ДНК-гены или белки. Пока что лучшее решение у ученых в ответ на задачу типа «курица или яйцо?» – ни то ни другое! Вместо них первой могла оказаться химическая кузина ДНК – РНК.

Как и в случае ДНК, молекулы РНК могут хранить информацию. Они также могут копироваться, при этом ошибки в процессе копирования вносят вариативность. Это означает, что молекула РНК может действовать как передающаяся по наследству, способная эволюционировать молекула. Именно так ведут себя сегодня вирусы на базе РНК. Другим существенным свойством молекул РНК становится способность складываться, образуя более сложные трехмерные структуры, которые могут действовать как ферменты. Ферменты на основе РНК далеко не так сложны и гибки, как белковые ферменты, но они могут катализировать некоторые химические реакции. К примеру, ряд ферментов, важных для функционирования сегодняшних рибосом, состоит из РНК. При условии, что два эти качества РНК комбинировались, они могли производить молекулы РНК, действующие и как ген, и как фермент: наследственная система и примитивный метаболизм в одном флаконе. В сумме это могло бы дать самодостаточную живую машину на основе РНК.

Некоторые ученые полагают, что такие РНК-машины могли образоваться сначала в скальных породах вокруг геотермальных источников в океанских глубинах. Мельчайшие поры в скале могли бы обеспечивать защищенную среду, а вулканическая деятельность, происходящая в земной коре, могла бы предоставлять стабильный поток энергии и химического сырья. В данных обстоятельствах есть вероятность того, что нужные для создания РНК-полимеров нуклеотиды могли образоваться, что называется, с чистого листа, за счет их сборки из более простых молекул. Сначала заключенные в скальной породе атомы металлов могли действовать как химические катализаторы, позволяя развиваться реакциям без помощи биологических ферментов. В итоге через тысячелетия проб и ошибок это могло бы привести к образованию РНК-машин, которые были бы живыми, самоподдерживающимися, самовоспроизводящимися и через какое-то время введенными в заключенные в мембраны объекты. Это явилось бы поворотным моментом в зарождении жизни: появление первых настоящих клеток.

То, что я только что изложил, выглядит правдоподобно, но не забывайте, это всего лишь чистая теория. Первые жизненные формы не оставили за собой следов, поэтому узнать, что же происходило на заре жизни и как обстояли дела на Земле более трех с половиной миллиардов лет назад, крайне трудно.

Впрочем, не так трудно представить себе, что произошло после того, как успешно сформировались первые клетки. По всему миру распространились одноклеточные микробы, шаг за шагом завоевывая моря, сушу и воздух. Затем примерно через два миллиона лет к ним присоединились более крупные и более сложные – но в течение еще очень долгого времени одноклеточные – эукариоты. Намного позже, по прошествии еще приблизительно миллиарда лет, возникли настоящие многоклеточные эукариотические организмы.

Это значит, что многоклеточная жизнь существует уже около 600 миллионов лет, одну шестую всей истории жизни. И в те времена эти организмы дали толчок к развитию всех самых крупных и большинства наглядно видимых жизненных форм, окружающих нас, в том числе величественных лесов, колоний хлопотливых муравьев, гигантских подземных грибниц, стад млекопитающих в африканских саваннах и – значительно позднее – человеческих существ.

Все это произошло путем слепого и никем не управляемого, но в высшей степени творческого процесса эволюции посредством естественного отбора. Но, признавая успехи жизни, не следует забывать, что эволюционные изменения могут быть эффективными только при условии, что некоторые члены популяции терпят неудачу в выживании и репродукции. Поэтому, хоть жизнь в целом и доказала свое упорство, долговечность и высокую приспосабливаемость, отдельные ее формы проявляют тенденцию к краткому сроку жизни и ограниченным возможностям адаптации при изменении окружающих условий. Здесь на сцену выходит естественный отбор, уничтожая старый порядок и, если в популяции имеются более подходящие варианты, пролагая дорогу для нового. Очевидно, что без смерти жизнь невозможна.