Разговоры с таксистами о жизни и устройстве Вселенной

Одна из этих существенных особенностей живых организмов – защита. У каждого организма на Земле есть внутренняя часть, ограниченная оболочкой, отделяющей его от окружающей среды. И внутри этого пространства часто находится гораздо больше объектов со своими собственными оболочками, разделяющими их и отграничивающими от окружающих тканей. Это умное и элегантное решение одной из проблем на планете, бо́льшая часть которой покрыта океанами: в воде вещи имеют свойство рассеиваться. Если вы нальете небольшое количество жидкости для мытья посуды в ванну с водой, мыло растворится и его цвет в воде будет едва заметен. Так же сложно сконцентрировать важные для жизни молекулы в океане, реке или озере – они тоже растворятся в воде. Исключением являются только вирусы, как, например, коронавирус, и прионы – аномальные белки[66], вызывающие коровье бешенство и другие заболевания. Но они не могут воспроизводиться самостоятельно. Они, можно сказать, высушенные частицы, и их активность и размножение зависят от наполненной жидкостью защищенной внутренней части остальных организмов.

Таким образом, незаменимой для жизни является «сумка», в которой можно держать все свои «вещи», чтобы они не рассыпались и не растворились. Подобные оболочки существуют на всех уровнях жизни, но в основе той, с которой все началось, находится клеточная мембрана. Каждая клетка на Земле содержится в такой капсуле, и, хотя эти капсулы различаются у разных представителей богатого зоопарка жизни, у всех них есть схожая черта: все они состоят из молекул определенного типа. Эти молекулы, называемые фосфолипидами, имеют «голову» и два «хвоста». «Головка» гидрофильна – она «любит» воду и с радостью идет с ней на контакт. Однако оба «хвоста» гидрофобны – к воде они испытывают отвращение. Если вы поместите эти молекулы в воду, они самопроизвольно сделают нечто удивительное. Они образуют сферу с гидрофильными «головками» снаружи, открытыми для воды, и гидрофобными «хвостами», направленными внутрь и защищенными от воды окружающими их «головками». Между тем другие фосфолипиды располагаются внутри этой сферы в противоположном направлении, так что «хвосты» обращены к «хвостам», а внутренние «головки» заключают в себя отверстие, содержащее воду и, возможно, многое другое. Это поразительная трансформация, но отнюдь не чудо. Скорее образование фосфолипидного мешка является простым и неизбежным следствием характера самих фосфолипидов, один конец которых любит воду, а другой ненавидит ее. Оказывается, один из лучших способов объединения таких структур в стабильное состояние – это выравнивание в листы, а затем сжатие в сферические формы. Эта структура, называемая везикулой, так же красива, как жизненно необходима. В ней заключены все разрозненные детали, необходимые для существования жизни. Когда везикула охватывает клетку, мы называем ее клеточной мембраной.

Очевидный вопрос: откуда взялись эти замечательные противоречивые молекулы? Они кажутся довольно специализированными, настроенными на очень специфические нужды создания жизненных оболочек. Клеточные мембраны действительно тонко настроены; в ходе эволюции они стали более пригодными для жизни. Но они берут свое начало в чем-то более простом – в первичном материале, из которого была построена наша Солнечная система.

Возьмите древний метеорит, в состав которого входят молекулы, содержащие углерод. Хорошим примером может служить Мурчисонский метеорит, упавший в 1969 году в австралийском Мурчисоне. Это настоящий реликт времен образования Солнечной системы. Ему более четырех миллиардов лет, так что он относится к самому началу истории нашей Солнечной системы и жизни, которую она породила. Камень черный и почти мягкий на ощупь. Его цвет обусловлен высоким содержанием богатых углеродом органических соединений, мало чем отличающихся от сажи. Метеорит выглядит так, будто в какой-то момент он чуть не сгорел. Теперь аккуратно измельчите камень в воде и высвободите часть молекул, находящихся внутри. Среди них есть молекулы с длинными цепочками атомов углерода, склеенных вместе. Извлеките из смеси эти так называемые карбоновые кислоты и добавьте их в воду, и на ваших глазах они объединятся в везикулы, которые пульсируют и плавают под вашим микроскопом. Этим молекулам не хватает сложности современных клеточных мембран, сформированных в результате более чем трех миллиардов лет эволюции. Но карбоновые кислоты, образованные в скоплениях облаков и газов нашей Солнечной системы, представляют собой простейшие мешочки жизни.