Вопрос жизни. Энергия, эволюция и происхождение сложности

Теперь, когда клетки приобрели активный транспорт ионов и мембраны современного типа, они смогли покинуть гидротермальные источники и выйти в океан. От общего предка, который жил за счет естественных протонных градиентов источников, отделились две ветви: археи и бактерии. Нет ничего удивительного ни в том, что бактерии и археи приобрели разные клеточные стенки, защищающие в незнакомой среде, ни в том, что они сконструировали различные механизмы репликации ДНК. У бактерий в ходе деления клетки ДНК прикрепляется к мембране за особый участок – репликон[66], что позволяет дочерним клеткам получить по копии родительского генома. Структура задействованных в этом молекулярных комплексов, как и многих других компонентов репликации ДНК, должна хотя бы отчасти зависеть от механизма прикрепления ДНК к мембране. Независимое происхождение клеточных мембран позволяет объяснить различия в репликации ДНК у архей и бактерий. То же самое относится к строению клеточных стенок. Перед постройкой клеточной стенки необходимо транспортировать все предшественники наружу через специальные мембранные поры. То есть синтез клеточной стенки зависит от свойств мембран, а отсюда следует, что у архей и бактерий он должен различаться.

Несмотря на то, что из базовых принципов биоэнергетики не удается вывести необходимость существования фундаментальных различий бактерий и архей, мы можем объяснить, как и по каким причинам они могли возникнуть. Глубокие различия между двумя доменами прокариот не имеют ничего общего с адаптацией к экстремальным условиям, например высокой температуре. Вероятнее всего, эти различия появились в ходе дивергенции предковой популяции клеток, мембраны которых по биоэнергетическим причинам должны быть полупроницаемыми. Хотя дивергенцию архей и бактерий нельзя предсказать исходя из базовых принципов, тот факт, что обе группы используют энергию протонного градиента на мембране, следует из физических законов, которые мы обсуждали в последних двух главах. Щелочные гидротермальные источники – наиболее подходящий кандидат на роль “колыбели жизни” на Земле или где-либо еще во Вселенной. Благодаря гидротермальным источникам клетки стали использовать природные протонные градиенты, в конце концов научившись создавать их самостоятельно. Готов поспорить, что если где-то во Вселенной существуют живые клетки, они также хемиосмотические, а значит, им пришлось столкнуться с теми же проблемами, что и на Земле. Далее мы узнаем, почему из необходимости энергии протонных градиентов следует, что сложная жизнь во Вселенной должна быть редким явлением.

Часть III О сложности

Глава 5 Появление сложных клеток

Герой Орсона Уэллса в фильме-нуар “Третий человек” (1949) произнес знаменитую фразу: “При герцогах Борджиа в Италии тридцать лет бушевала война, совершались убийства и кровопролития, но Италия подарила миру Микеланджело, Леонардо да Винчи и Ренессанс. В Швейцарии же пятьсот лет процветали братская любовь, мир и демократия – и что дала миру она? Часы с кукушкой!” Говорят, эту фразу придумал сам Уэллс. Вскоре после выхода фильма в прокат он получил сердитое послание от правительства Швейцарии: “Мы не занимаемся производством часов с кукушкой!” Я не имею ничего ни против Швейцарии, ни против Орсона Уэллса – просто эта фраза хорошо описывает эволюцию. С тех пор, как 1,5-2 млрд лет назад появились сложные эукариотические клетки, мы наблюдаем войны, террор, кровопролитие: оскал природы во всей его ужасающей красе. Но прежде было целых 2 млрд лет, на протяжении которых царили мир, симбиоз и бактериальная любовь (не только платоническая) – но что прокариоты смогли предложить миру? По своей величине и сложности внешнего строения им далеко даже до часов с кукушкой. В отношении морфологической сложности ни бактерии, ни археи не сравнимы даже с одноклеточными эукариотами.