С самого своего скромного происхождения жизнь заразила всю планету бесконечными прекрасными формами. Зарождение жизни — древнейшее биологическое событие, настолько древнее, что не осталось никаких чётких свидетельств, кроме существования самой жизни. Это оставляет открытыми многие вопросы, и один из самых мучительных заключается в том, сколько раз жизнь волшебным образом возникала из неживых элементов.
Вся жизнь на Земле возникла только один раз, или разные живые существа созданы из разных тканей? Вопрос о том, насколько сложно появление жизни является интересным — в первую очередь потому, что он может пролить свет на вероятность обнаружения жизни на других планетах.
Изображение: Maximillian cabinet/Shutterstock
Происхождение жизни — центральный вопрос современной биологии и, вероятно, самый трудный для изучения. Это событие произошло четыре миллиарда лет назад, и оно случилось на молекулярном уровне, а это означает, что осталось мало ископаемых свидетельств.
Было предложено много интересных начал, от непривлекательных первобытных «супов» до космоса. Но нынешний научный консенсус заключается в том, что жизнь возникла из неживых молекул в результате естественного процесса, называемого абиогенезом, скорее всего, в темноте глубоководных гидротермальных источников. Но если жизнь возникла однажды, почему бы ей не возникнуть ещё раз?
Что такое абиогенез?
Учёные предложили различные последовательные этапы абиогенеза. Мы знаем, что Земля была богата несколькими химическими веществами, такими как аминокислоты, тип молекул, называемых нуклеотидами или сахарами, которые являются строительными блоками жизни. Лабораторные эксперименты, такие как знаменитый эксперимент Миллера-Юри, показали, как эти соединения могут образовываться естественным образом в условиях, аналогичных условиям ранней Земли. Некоторые из этих соединений также могли попасть на Землю вместе с метеоритами.
Затем эти простые молекулы объединялись, образуя более сложные, такие как жиры, белки или нуклеиновые кислоты. Важно отметить, что нуклеиновые кислоты — такие как двухцепочечная ДНК или её одноцепочечная родственница РНК — могут хранить информацию, необходимую для построения других молекул. ДНК более стабильна, чем РНК, но, в отличие от неё, РНК может быть частью химических реакций, в ходе которых соединение создаёт копии самого себя – самовоспроизведение.
Гипотеза «мира РНК» предполагает, что ранняя жизнь могла использовать РНК в качестве материала как для генов, так и для репликации до появления ДНК и белков.
Как только информационная система начинает создавать копии самой себя, вступает в действие естественный отбор. Некоторые из новых копий этих молекул (которые некоторые назвали бы «генами») в состоянии содержать ошибки или мутации, в свою очередь некоторые из этих новых мутаций могут улучшить способность молекул к репликации. Следовательно, со временем копий этих мутантов станет больше, чем других молекул, некоторые из которых будут накапливать новые мутации, делая их ещё более быстрыми и распространёнными, и так далее.
В конце концов, эти молекулы, вероятно, образовали липидную (жировую) границу, отделяющую внутреннюю среду организма от внешней, образуя протоклетки. Протоклетки могли лучше концентрировать и организовывать молекулы, необходимые для биохимических реакций, обеспечивая сдержанный и эффективный метаболизм.
Жизнь на повторе?
Абиогенез мог происходить неоднократно. Земля могла рождать самовоспроизводящиеся молекулы несколько раз, и, возможно, ранняя жизнь в течение тысяч или миллионов лет просто состояла из множества различных самовоспроизводящихся молекул РНК независимого происхождения, конкурирующих за одни и те же строительные блоки. Увы, из-за древней и микроскопической природы этого процесса мы, возможно, никогда не получим относительно всего этого какие-то конкретные ответы.
Многие лабораторные эксперименты успешно воспроизводили различные этапы/стадии абиогенеза, доказывая, что они могут происходить более одного раза, но у учёных нет уверенности в том, что они происходили в прошлом.
Связанный с этим вопрос может заключаться в том, возникает ли новая жизнь в результате абиогенеза, когда вы читаете данную статью. Хотя это очень маловероятно. Ранняя Земля была бесплодна для жизни, а физические и химические условия были совсем другими. В наши дни, если бы где-то на планете имелись идеальные условия для появления новых самовоспроизводящихся молекул, они были бы незамедлительно поглощены/уничтожены существующей жизнью.
Что мы действительно знаем, так это то, что все существующие живые существа произошли от одного общего последнего универсального общего предка жизни (также известного как LUCA). Если и были другие предки, то они не оставили после себя потомков. Ключевые доказательства подтверждают существование LUCA. Так, например, вся жизнь на Земле использует один и тот же генетический код, а именно соответствие между нуклеотидами в ДНК, известными как A, T, C и G, и аминокислотой, которую они кодируют в белках. Например, последовательность из трёх нуклеотидов ATG всегда соответствует аминокислоте метионину.
Однако теоретически между видами могло быть больше вариантов генетического кода. И тем не менее вся жизнь на Земле использует один и тот же код с небольшими изменениями в некоторых линиях. Биохимические пути, такие как те, которые используются для метаболизма пищи, также подтверждают существование LUCA; многие независимые пути могли развиться у разных предков, но некоторые из них (например, используемые для метаболизма сахаров) являются общими для всех живых организмов. Точно так же сотни идентичных генов присутствуют у разных живых существ, что можно объяснить только тем, что они унаследованы от LUCA.
Стоит отметить, что поддержка LUCA также исходит от Древа Жизни. Независимые анализы, использующие анатомию, метаболизм или генетические последовательности, показали иерархический уровень родства, который может быть представлен в виде дерева. Это показывает, что мы более близко связаны с шимпанзе, чем с любыми другими живыми организмами на Земле. Шимпанзе и мы более близко связаны с гориллами, а вместе — с орангутанами, и так далее.
Вы можете выбрать любой случайный организм, от листьев салата в вашем салате до бактерий в вашем биологически активном йогурте, и, если вы перенесётесь достаточно далеко в прошлое, у вас действительно будет общий предок. Это не метафора, а научный факт.
Это одна из самых ошеломляющих концепций в науке, дарвиновское единство жизни. Если вы читаете этот текст, значит, вы здесь благодаря непрерывной цепи репродуктивных событий, уходящей в прошлое на миллиарды лет. Как бы ни было захватывающе думать о жизни, постоянно возникающей на нашей планете или где-либо ещё, ещё более захватывающе осознавать, что мы связаны со всеми живыми существами на планете.
