Разговоры с таксистами о жизни и устройстве Вселенной - Чарльз Кокелл

или грузу ответственности взрослой жизни. Однако этот вопрос имеет первостепенное значение и вдохновил бесчисленные поколения ученых.

В этой главе я не смогу раскрыть вам загадку жизни. Но пусть никто не может с твердой уверенностью объяснить, как оно все есть на самом деле, я хотя бы могу попытаться рассказать вам то, что мы точно знаем. Серьезные исследования привели к появлению заманчивых идей. Нам удалось исключить некоторые теории (это важная часть научного метода, как вы помните) и продолжить проверку других и проследить, к чему они ведут.

Вот один из подходов к пониманию происхождения жизни. Проанализируйте простейшую бактерию на планете, и вы обнаружите, что у нее есть некоторые основные части, общие для всего живого на Земле. Другими словами, существует своего рода базовый план живого организма, примерно как у всех автомобилей есть определенные общие части. При всем изобилии форм и цветов у каждой машины есть двигатель, двери, колеса. Итак, в основе жизни мы находим «шасси», неизменное для всей биосферы. Вполне резонно задаться вопросом, откуда взялись эти фрагменты, поскольку они, очевидно, являются строительными блоками всего, что произошло после. И если мы поймем, как появились эти зачатки жизни, мы сможем более эффективно искать в космосе другие места, условия которых способствуют их появлению.

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.

Как именно образовались карбоновые кислоты, остается загадкой, но мы знаем, что Вселенная полна углеродной химии. Атомы углерода, образующиеся в результате реакций синтеза звезд, в том числе причудливых «углеродных звезд», которые периодически сотрясаются и выбрасывают оболочки газа, обладающие целым рогом изобилия углеродосодержащей материи, раскиданы по Вселенной. Окись углерода, одна из простейших молекул углерода, в изобилии встречается во всем межзвездном пространстве. В пустоте дрейфует целый зверинец из других, более сложных молекул – вплоть до удивительных «бакиболов» в форме футбольного мяча или, как они называются официально, фуллеренов, которые содержат шестьдесят или более атомов углерода.

То тут, то там во Вселенной этот углерод вступал в контакт с другими элементами в условиях, вызывающих химические реакции. Туманность, из которой возникли Земля и все объекты нашей Солнечной системы, была одним из таких мест встречи: химическая фабрика межпланетного масштаба с градиентами температуры и давления (и добавлением некоторого количества радиации для пущей убедительности), что привело к огромному количеству химических экспериментов. Ледяные зерна обеспечили поверхности, на которых углеродная химия могла бы увеличить разнообразие предлагаемых молекул, потенциально включая карбоновые кислоты, которые могут образовывать эти примитивные мембраны.

Все эти молекулярные хитрости могут казаться сложными, но на самом деле это не так. Это только так