Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной - Калеб Шарф

Время покажет, к чему нас приведут эти исследования, однако в связи с байесовской интерпретацией вероятности возникновения жизни возникают некоторые интересные вопросы. Имеем ли мы право считать, например, первопредка гигантских вирусов подлинно независимой версией жизни? Судя по всему, биохимия у него полностью такая же, как и у всех нас, и он, возможно, зародился в болотистом «мире РНК», а может быть, возник из каких-то еще более ранних химических соединений. Однако если он возник не одномоментно с нашим последним универсальным общим предком, а с разницей в несколько десятков или сотен миллионов лет, можно ли считать это случаем независимого зарождения жизни?

А возможно, подобная «де-эволюция» говорит нам о чем-то другом. Не исключено, что это свидетельство того, что когда на планете зарождается и развивается жизнь, у отдельных доменов с обособленными биомолекулярными стратегиями остается относительно мало времени на самоутверждение, иначе они потерпят поражение в конкурентной борьбе за сырье и энергию. Если это так, следовательно, жизнь на планете устроена по принципу «обслуживания в порядке очереди». А значит, едва ли природа проводит эксперименты с «новыми» типами жизни. У них просто нет шансов выдержать конкуренцию за ресурсы и место под солнцем.

Это подводит нас к очень важному вопросу. Действительно ли известная нам фундаментальная биохимия жизни уникальна в масштабах планеты? А вдруг возможна принципиально независимая разновидность жизни с принципиально иной биохимией, и она сосуществует с нами и по сей день? Иными словами, если она сумела избежать прямой конкуренции со всеми известными организмами, возможно, она просто скрывается от невооруженного взгляда.

Многие ученые, а особенно физик Пол Дэвис[189], тщательно изучили идею о том, как такая жизнь могла бы либо полностью ускользнуть от прямого наблюдения, либо каким-то образом спрятаться и существовать среди всего прочего. Не исключено, что «теневая жизнь» опирается на совершенно иную химическую конституцию и именно благодаря этой конституции скрывается и от химических, и от физических методов наблюдений. Это всего лишь гипотеза, причем непроработанная, поскольку фундаментальная биохимия известной нам жизни на Земле прекрасно справляется со своей задачей. Поиски альтернативного молекулярного языка, при помощи которого природа способна создавать организмы, – серьезное испытание для нашего воображения, а может быть, и для самой природы. Вести их прямо и непосредственно будет очень трудно. Поскольку нам не встречалось ни одного живого существа, которое бы ходило, ползало, летало или плавало и при этом было бы основано на принципиально иной биохимии, естественно обратить внимание на микрокосм. Однако все не так просто. Даже сейчас львиная доля наших знаний о нормальной микроскопической жизни почерпнута из изучения генетики популяций, а не отдельных особей – и зачастую даже не отдельных видов, а этакого генетического бульона из множества видов и семейств. Исследовать население, например, пруда или ямки под камнем – дело в самом лучшем случае кропотливое и занудное. А если ищешь теневые организмы, не зная наперед, помогут ли в этом известные биохимические анализы, быстрого прогресса ожидать не приходится.

Можно, например, прибегнуть к хитрости и искать незнакомые организмы, которые выживают в условиях, где все «известные» формы жизни неизбежно погибнут. Пусть токсичная среда оставит нам лишь все необычное. Беда в том, что привычная жизнь прекрасно научилась адаптироваться и выживать на грани возможного и цепляется за жизнь зубами и когтями (конечно, в переносном смысле). Именно это ее свойство и стало причиной сенсации в конце 2010 года, вызвавшей оживленные споры в научных кругах.

Все началось с исследования среды поистине кошмарной – даже по меркам самых кошмарных уголков нашей планеты. Речь идет об озере Моно, которое находится у восточной оконечности Йосемитского национального парка в Калифорнии, у самой границы с Невадой. Моно – полностью окруженное сушей озеро, наполнившееся водой примерно 760 000 лет назад. Замкнутость системы озера в сочетании с особым составом вулканических минералов на его дне привела к тому, что вода в нем перенасыщена солями и содержит много щелочи. Деятельность человека лишь усугубила ситуацию: в сороковые годы ХХ века воду из множества источников, питавших озеро, отвели в сторону, чтобы утолять жажду обитателей растущего Лос-Анджелеса.

Поскольку пресной воды в озеро стало попадать гораздо меньше, оно стремительно испарялось и становилось все меньше и солонее – и теперь его соленость вдвое больше, чем у океанской воды в среднем. Несмотря на это, озеро представляет собой необычайно продуктивную экосистему, где в изобилии водятся рачки-артемии, щелочные мухи, бактерии и колонии птиц, которые всем этим питаются. Жизнь здесь изобильна и разнообразна, что заставляет забыть о том, насколько ядовита местная вода. А между тем в воде из горных источников, которые питают озеро, очень много мышьяка, который сильно мешает нормальной биохимии. Мышьяк – один из самых коварных элементов в таблице Менделеева, если вообще можно говорить о коварстве химических элементов. А все дело в том, что атомы мышьяка ведут себя (опять олицетворение!) похоже на атомы фосфора, а фосфор играет в биохимии важнейшую роль. Атом мышьяка значительно больше, однако внешняя оболочка электронов, благодаря которым он и участвует в химических реакциях, у него такая же, как и у фосфора. В результате, если мы усваиваем мышьяк в виде молекул арсената[190] (мышьяка с кислородом), эти молекулы временно обманывают организм и притворяются фосфатом, что приводит к катастрофе.

Наш организм пытается встроить арсенат в разные жизненно важные места – от молекул, передающих энергию[191], вплоть до самой своей основы – ДНК, где значение фосфатов в нормальной ситуации очень велико. И хотя наша биохимия обманывается и путает арсенат с фосфатом, функционирует мышьяк совсем иначе, и в конце концов чужеродные молекулы нарушают работу клетки и убивают хозяина. То, почему мышьяк так похож на фосфор с химической точки зрения, до сих пор отчасти загадка – и это наводит некоторых ученых на мысль, что некоторые организмы от мышьяка не умирают, а эволюционируют так, чтобы работать не на фосфоре, а на мышьяке. Жизнь на основе мышьяка могла бы развиться в особых экосистемах – в частности, в вязком иле на дне озера Моно. Представляется, что это вполне разумная гипотеза теневой жизни, по крайней мере, на бумаге.

Однако в ее фундаментальных предпосылках есть серьезные противоречия. Необычайно тонкие механизмы органической химии, обеспечивающие «нормальную» жизнь на Земле, основаны на вполне конкретной физике вполне определенных атомов и молекул. Если заменить один атом другим, другого размера и массы, это приведет к радикальному изменению энергии связей между атомами и молекулами и энергетики химических реакций в целом. Из соображений одной лишь физики представляется невероятным, чтобы мышьяк мог заменить фосфор и при этом не пришлось бы существенно переписывать биомолекулярный код жизни.

Однако лучше один раз увидеть, чем сто раз теоретизировать, поэтому в конце 2010 года группа исследователей, получивших грант НАСА, опубликовала результаты подробного изучения микроорганизмов, обитающих в насыщенных мышьяком илистых осадках на дне озера Моно. Ученые придумали эксперимент, позволяющий выманить на поверхность любые организмы, которые сопротивлялись токсическому воздействию мышьяка или даже встраивали его в свою биохимию. Для этого нужно было выращивать культуры бактерий и архей в растворах, содержащих все меньше и меньше фосфора и все больше и больше мышьяка. И вот что интересно: один вид бактерий[192], входящий в семейство под названием Halomonadaceae – состоящее из больших любителей соли – судя по всему, прекрасно себя чувствовал даже там, где фосфора почти не оставалось. Ученые задались вопросом, не устроен ли этот микроб принципиально иначе, нет ли у него «теневой стороны». Вдруг это и есть жизнь на основе мышьяка?

Дальнейшие события были ярчайшим примером неоправданной научной дерзости – СМИ заявили, будто это открытие переворачивает представления о жизни на Земле и других планетах, поползли слухи и досужие домыслы. Мне очень повезло: я успел прочитать пресс-релиз НАСА еще до того, как новость получила широкую огласку. На первый взгляд это было просто поразительно. Ученые утверждали, что получили надежные доказательства, что этот вид бактерий мало того что невосприимчив к воздействию ядовитого мышьяка, но и инкорпорирует его в свою ДНК, что не мешает ей нормально функционировать! «Как будто мы с вами превратились в нормально функционирующих киборгов, посидев в комнате, где было полным-полно микросхем и никакой еды», – сказал я тогда[193].