Планета Земля. Познакомьтесь с миром, который мы называем домом

На сегодняшний день только про одну планету мы можем уверенно сказать, что на ней есть жизнь, – это Земля. С уникальностью жизни связано много загадок, но самая интригующая из них – как она зародилась. Если жизнь началась здесь – то есть ей не пришлось путешествовать автостопом, чтобы прибыть на Землю откуда-то из глубин Вселенной, – это означает, что в какой-то момент некие предбиологические химические вещества собрались вместе и сформировали нечто, способное воспроизводиться и развиваться. Как это случилось и где все это началось?

Первые исследования в этом направлении начались в 1950-х годах. Американский химик Стэнли Миллер, будучи тогда 23-летним аспирантом Чикагского университета, провел эксперименты по искусственному воссозданию аминокислот – строительных кирпичиков, из которых состоят белки. Он объявил, что ему удалось создать аминокислоты с помощью лишь электрической искры, пропущенной через циркулирующий в стеклянной трубке горячий воздух. Искра Миллеру понадобилась для того, чтобы заменить первобытную молнию, а горячий воздух, содержащий аммиак, водород, водяной пар и метан, должен был имитировать атмосферу Земли, какой она была 4 миллиарда лет назад.

За дело взялись и другие химики. Кроме аминокислот они смогли вывести в экспериментах, аналогичных эксперименту Миллера, аденин и гуанин – основания нуклеиновых кислот, входящие в состав РНК и ДНК. Но для получения в ходе экспериментов двух других оснований РНК – урацила и цитозина – Миллеру потребовалось еще 43 года. Со своим студентом Майклом Робертсоном он открыл способ «приготовления» первичного бульона, в котором необходимые вещества появлялись как из рога изобилия. Самым важным ингредиентом оказалась мочевина. Ее удалось получить еще в первоначальном эксперименте, но концентрация была недостаточно высокой. Миллер предложил гипотезу так называемой высыхающей лагуны: на ранней Земле, утверждал он, уровень мочевины постепенно достиг нужного уровня по мере того, как происходило испарение мелких водоемов.

Где зародилась жизнь

Итак, исходные продукты для возникновения жизни на углеродной основе могли содержаться в атмосфере Земли, а самому зарождению жизни могли способствовать погодные условия. Как именно они соединились и привели к созданию первого жизнеспособного организма – постоянная тема горячих дискуссий. За последние несколько десятков лет теоретики сломали на ней не одно копье, а экспериментаторы поэтапно проследили за всеми химическими реакциями, способными дать начало живому организму. В процессе этой работы было обнаружено несколько других ниш на Земле помимо высыхающих лагун, которые могли стать колыбелью жизни.

Ученые искали самые примитивные организмы, по составу гораздо проще всех тех, к которым мы привыкли сегодня. И вот почему. В какой-то момент, который наступил спустя долгое время после появления первого живого организма, появился некий одноклеточный персонаж по имени LUCA (от англ. Last Universal Common Ancestor) – последний универсальный общий предок для всех живых существ на Земле. Исходя из общих черт, свойственных всем сегодняшним организмам, мы можем многое рассказать о том, каким был этот LUCA. Мы знаем, что он пользовался ДНК для хранения генетической информации – своеобразных рецептов для воспроизводства белков – и что эта информация передавалась внутри его клетки с помощью РНК. Мы даже знаем, каковы были многие из этих рецептов, потому что большинство жизненно важных белков, найденных сегодня во всех клетках живых организмов, должно было содержаться в организме LUCA. На основании свойств этих белков можно сказать, что LUCA использовал богатую энергией молекулу АТФ для подпитки своих клеточных процессов. Таким же образом поступают и клетки современных организмов.