Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле - Маршалл Майкл

Известная в XIX веке палеонтологическая летопись охватывала только кембрийский период, начавшийся 541 миллион лет назад. Кембрийские породы сохранили богатое разнообразие остатков живых организмов, включая червей, губок и внешне похожих на мокриц трилобитов. Однако многие современные группы живого в них отсутствуют: нет следов ни кембрийских млекопитающих, ни птиц или насекомых. Вся известная нам жизнь того времени обитала в морях.

Когда палеонтологи впервые принялись изучать более древние породы, то им не удалось обнаружить буквально ничего. Казалось, докембрийских окаменелостей попросту не существует. Это стало увесистым камнем в огород Дарвина, доказывавшим, как известно, что биологическое разнообразие определяется ходом эволюции. Тут же получалось, будто более поздние необычайно разнообразные морские экосистемы возникли словно бы на пустом месте.

Все изменилось в 1957 году, когда летопись окаменелостей продвинулась еще дальше вглубь веков. Школьник Роджер Мэйсон и его друзья отправились в поход к скалистым холмам Чарнвудского леса (английское графство Лестершир). Мэйсон нашел там окаменелость, напоминающую папоротник. Мальчик сделал ее карандашную “копию”, приложив к ней бумагу и заштриховав неровности, а затем показал листок своему отцу. Тот отнес рисунок геологу Тревору Форду, который в следующем году опубликовал описание этой находки[44], относившейся, безусловно, к докембрийскому периоду. Вообще-то, подобные отпечатки древних организмов отыскивались и в предыдущие два десятилетия, но их ошибочно относили к кембрию[45]. Данную же окаменелость назвали чарния Мэйсона (Charnia masoni) – в честь того самого леса и юного первооткрывателя. Рассказанная мною история была бы совершенно идиллической, если бы не то обстоятельство, что годом ранее такую чарнию обнаружила школьница Тина Негус… которой, однако, никто не поверил. Вот уж воистину сексизм во всей своей красе!

С тех пор летопись ископаемых организмов планеты Земля охватывает более ранние эпохи. Самые древние неоспоримые признаки жизни были обнаружены в регионе Пилбара, Западная Австралия. Впервые описанная в 1980 году, эта древняя экосистема оказалась законсервирована в виде слоистых ископаемых, получивших название строматолиты[46]. Некогда это были бактериальные маты, затем их погребли под собой осадочные породы, потом поверх сформировался новый слой бактерий, который, в свою очередь, оказался снова погребен под породой, и т. д. Изучение этих объектов продолжается, хотя насчет их возраста особых сомнений нет: им 3,5 миллиарда лет.

Теоретически мы в итоге получаем отрезок времени, когда могла зародиться жизнь, продолжительностью в 1 миллиард лет. Но на деле он, скорее всего, короче. Австралийские микробы уже имели сложное внутреннее устройство и даже были соединены в цепочки. Это не похоже на первую, самую простую форму жизни – речь, по всей видимости, идет о замысловатой экосистеме, наподобие современных бактериальных. Напрашивается вывод о том, что жизнь на Земле все же старше 3,5 миллиарда лет.

Более точные сроки остаются предметом споров. Так, до недавнего времени считалось, что Земля пострадала от особенно жестокой бомбардировки метеоритами, случившейся в промежуток между 4 и 3,8 миллиарда лет назад. Полагали, что эта так называемая поздняя тяжелая бомбардировка сделала Землю непригодной для жизни и потому последняя возникла не ранее, чем 3,8 миллиарда лет назад. Однако компьютерное моделирование показывает, что какая-то часть живого все же могла пережить этот катаклизм[47]. Возникли и сомнения насчет само́й поздней тяжелой бомбардировки. Видимо, это не было непрерывной чередой ударов[48]. Скорее всего, крупные метеориты поражали Землю лишь время от времени, и закончилось это 3 миллиарда лет назад[49]. Стало быть, границу 3,8 миллиарда лет не следует считать точной.

Нет недостатка в заявлениях о том, что в разных местах обнаруживаются более древние свидетельства жизни. Так, в 2017 году были описаны трубочки и цепочки в камнях из Квебека в Канаде[50]. Они напоминают микроорганизмы, а окружающая порода несет в себе следы жизнедеятельности. Всей этой конструкции по меньшей мере 3,77, а может, и 4,28 миллиарда лет. Однако следует отметить, что многие ученые не считают эти трубочки и цепочки настоящими микроорганизмами, поскольку они могут быть просто необычной горной породой. Подобные сомнения – не редкость при изучении окаменелостей той поры.

Пока одни ученые исследовали окаменелости, другие искали химические признаки жизни. В опубликованной в 2015 году работе упомянуты частицы углерода, сохранившиеся в кристалле возрастом 4,1 миллиарда лет[51]. Существует несколько разновидностей углерода, называемых изотопами, которые отличаются исключительно количеством нейтронов в ядрах атома. Живые существа отдают предпочтение углероду-12, и поэтому их тела содержат больше его и меньше тяжелого углерода-13. Именно такое соотношение обнаружено в этом законсервированном углероде, из чего и следует предположение о том, что это было нечто живое.

Подобные полученные результаты довольно спорны, так что пока мы не можем уверенно ответить на вопрос “когда зародилась жизнь?” Ей определенно больше 3,5 миллиарда лет, но, вместе с тем, предположение, что она старше 4 миллиардов лет, выглядит неразумно. Подходящий для зарождения жизни отрезок времени довольно короток: максимум 1 миллиард лет, а возможно, и меньше. В общем, какой бы сценарий зарождения жизни мы ни предпочли, он не должен опираться на случайность. Если бы Земля просуществовала без жизни на ее поверхности миллиарды лет, то тогда имело бы смысл постулировать некое предельно маловероятное событие, потому что было достаточно времени для того, чтобы оно могло все же произойти. Но скорее всего жизнь на Земле возникла почти сразу после того, как сама планета затвердела после удара, выбившего из нее Луну. Тут напрашивается следующий вывод: возникновение жизни – нечто, что происходит сравнительно легко и, стало быть, могло повторяться неоднократно.

Итак, подытожим. На сегодняшний день у нас есть все основания полагать, что жизнь сформировалась именно на Земле, а не где-либо еще. Это произошло вскоре после образования нашей планеты 4,1 миллиарда лет назад. Первая жизненная форма либо была клеткой, либо в скором времени дала начало клеткам – другие формы существования жизни нам попросту не известны. И теперь мы можем сформулировать проблему возникновения жизни более конкретно: на протяжении периода, занявшего не более 1 миллиарда лет, безжизненные химические соединения каким-то образом смогли образовать живую клетку. Весь вопрос в том, как им это удалось?

Глава 2

Советский вольный мыслитель

Советский ученый Александр Иванович Опарин первым опубликовал гипотезу происхождения жизни, всерьез воспринятую научным сообществом. Он описал просто устроенные и свободно плавающие в первозданных морях жировые капли[52], которые становились все сложнее и дали начало живым клеткам. Эта идея поставила вопрос о происхождении жизни и перед другими учеными, поскольку они получили рабочую гипотезу. В конечном счете именно идея Опарина могла бы привести к важнейшему научному прорыву.

Однако Опарин известен не только своим новаторским подходом, но и как противоречивая и неоднозначная личность – ведь он работал в Советском Союзе в годы правления Сталина. Вероятно, Опарин был причастен ко многим преступным деяниям советского режима. Возможно также, что у него не было выбора, так как в то время противиться власти значило рисковать не только работой, но и жизнью. Так что оценивать личность ученого вне исторического контекста невозможно.

Опарин появился на свет в годы упадка династии Романовых, которая к тому времени правила Россией почти 300 лет и была уже близка к своему катастрофическому финалу. Будущий ученый родился 2 марта 1894 года в Угличе, маленьком городе недалеко от Ярославля, в купеческой семье. В ноябре того же года, после смерти своего отца Александра III, на престол взошел Николай II, последний российский царь. Совершенно не подготовленный к царствованию, Николай в 1904 году втянул страну в безнадежную войну с Японией, а через год едва пережил попытку революции. Десять лет спустя он пренебрег состоянием своей армии и вверг Россию в Первую мировую войну, стоившую стране колоссальных жертв и, можно сказать, подготовившую ее к революции 1917 года.