Вопрос жизни. Энергия, эволюция и происхождение сложности

Хотя сначала открытие Уотсона и Крика мало кого впечатлило, постепенно заклинание “дезоксирибонуклеиновая кислота” стало действовать. Для многих понятие “жизнь” сводится к информации, записанной в ДНК. Согласно такому представлению, происхождение жизни – это происхождение информации, без которой, разумеется, невозможна эволюция под действием естественного отбора. Происхождение информации, в свою очередь, сводится к вопросу о происхождении репликации, то есть о том, как появились первые репликаторы – молекулы, способные создавать копии самих себя. ДНК слишком сложно устроена, поэтому не годится в первичные репликаторы, но РНК (рибонуклеиновая кислота) – ее более простой и реакционноспособный предшественник – вполне подходит на эту роль. РНК – главное звено на пути от ДНК к белкам, она служит катализатором белкового синтеза, а также матрицей, на которой строится белок. Поскольку РНК способна функционировать и как матрица (подобно ДНК), и как катализатор (подобно белкам), можно предположить, что в первичном РНК-мире она служила предшественником белков и ДНК. Но откуда взялись все нуклеотиды: звенья, которые, соединяясь в цепочки, формируют РНК? Из “первичного бульона” – откуда же еще! Конечно, формирование РНК не обязательно происходило в “первичном бульоне”, но это наиболее простое предположение, позволяющее избежать сложных вопросов, связанных с термодинамикой[35] и геохимией, которые встают при обсуждении других вариантов. Что ж, закроем глаза на слишком сложные вопросы, а с остальными разберутся доблестные молекулярные биологи. Если в последние 60 лет что-нибудь и объединяло ученых, работающих над проблемой происхождения жизни, то это концепция “первичного бульона”. В соответствии с ней, “первичный бульон” дал начало РНК-миру. Простые репликаторы постепенно эволюционировали, усложнялись, начали кодировать метаболические ферменты и, наконец, породили мир ДНК, белков и клеток, с которым мы имеем дело сейчас. Согласно этому воззрению, жизнь представляет собой информацию, которая со временем становится все сложнее.

Слабое место этой теории – проблема энергии. Конечно, энергия представлена и в рамках концепции “первичного бульона” – в виде этих самых вспышек молний. Я как-то вычислил, что для поддержания маленькой примитивной биосферы, по размеру соответствующей той, которая была до возникновения фотосинтеза, лишь за счет молний, то потребовалось бы четыре разряда в секунду на квадратный километр поверхности океана. И это если принимать эффективность роста такой, какой обладают современные организмы. Более подходящий источник энергии – ультрафиолетовое (УФ) излучение. Под его влиянием в атмосфере, содержащей метан и азот, могут образовываться реакционноспособные вещества, например цианид и цианамид – возможные предшественники биологических молекул. УФ-излучение постоянно воздействует на Землю и другие планеты. На древней Земле его интенсивность была выше, потому что защитный озоновый слой еще не образовался, а электромагнитный спектр молодого Солнца был более жестким. Химику-органику Джону Сазерленду даже удалось синтезировать активированные нуклеотиды, создав “правдоподобные первичные условия” (нуклеотиды образовались в ходе реакций с участием цианида и УФ-излучения)[36]. Но есть серьезные затруднения. На Земле нет организмов, использующих цианид в качестве источника углерода[37]. И не известно ни одной формы жизни, которая пользовалась бы УФ-излучением как источником энергии[38]. Напротив, оно смертельно опасно. Ультрафиолет губителен даже для современных сложных форм жизни. Хоть он и способен индуцировать образование новых органических молекул, с большей вероятностью он разрушит существующие. УФ скорее простерилизовал бы океаны, чем наполнил их жизнью[39]. Сомневаюсь, что он может служить основным источником энергии на Земле или где-либо еще.