Евангелие от LUCA. В поисках родословной животного мира - Винарский Максим 2 стр.

1. У начала начал

Кто такой или что такое LUCA? Это не человек, не персонаж фантастического романа, не марка человекоподобного робота и уж, конечно, не автор третьего новозаветного Евангелия. LUCA (Last Universal Common Ancestor) – последний, то есть самый близкий к нам по времени, универсальный общий предок, существо, от которого происходят все ныне живущие и подавляющее большинство вымерших организмов, в том числе бактерии, растения, грибы и, разумеется, животные, а значит, и мы с вами. LUCA примечателен тем, что его никто никогда не видел и, скажем откровенно, никогда не увидит. В отличие от мамонтов, аммонитов и тираннозавров, оставивших вполне материальные доказательства своего пребывания на бренной земле в виде окаменелых костей, раковин или зубов, от LUCА в геологической летописи, записанной в слоях осадочных горных пород, не сохранилось решительно ничего, и нет ни малейшей надежды когда-нибудь в будущем натолкнуться на его останки. Однако было бы большой ошибкой ставить его в один ряд с такими замечательными созданиями, как гиппогрифы, мантихоры, псоглавцы и сциаподы, порожденными буйной фантазией Античности и Средневековья. Биологи нимало не сомневаются, что в далеком прошлом нашей планеты LUCA действительно обитал в теплом первобытном океане. Место ему не в “Энциклопедии вымышленных существ”, а в самых что ни на есть серьезных и фундаментальных научных трудах, повествующих об эволюции Земли и развитии жизни на ней. Более того, современные ученые могут высказывать вполне обоснованные догадки об образе жизни, который вел LUCA, и устройстве его организма. И эти догадки не так фантастичны и спекулятивны, как может показаться человеку, далекому от науки. Их нельзя сравнивать с мыслительными упражнениями философов острова Лапуты, над которыми некогда потешался Джонатан Свифт. Именно с LUCА начинается более или менее достоверно известная нам история эволюции жизни на Земле, одним из последних “плодов” которой (но ни в коем случае не “венцом”, как можно прочитать в некоторых научно-популярных изданиях) стал появившийся в определенном месте и в определенное время новый вид животных, позднее назвавший себя Homo sapiens.

Мало кто знает что-нибудь определенное про своего прапра- (20 раз “пра-”) -дедушку. Где и когда он жил? Как его звали? Как он добывал себе хлеб насущный? Если вы не особа королевских кровей и не породистый скакун, родословная которого занесена в племенную книгу, вряд ли получится ответить на подобные вопросы. Частная жизнь наших пращуров скрыта плотным покровом неизвестности. Но то, что они были, доказывает сам факт нашего существования. Поразмыслив, можно высказать определенные предположения о нашем прапрапрапредке. Например, мы можем уверенно сказать, что он прожил достаточно долго, чтобы достичь половой зрелости и оставить после себя хотя бы одного потомка.

Точно так же и внимательный взгляд на прошлое Земли, на родословную животных, растений, грибов и микроорганизмов неизбежно приводит нас к мысли, что все это многообразие живых существ, больших и малых, восходит к единому предку, который жил очень давно, совсем близко по времени к началу начал эволюционной истории. Важнейшее доказательство этого состоит в том, что все известные нам живые организмы используют практически одинаковый механизм кодирования и декодирования наследственной информации. Данные об устройстве того или иного организма хранятся в зашифрованном виде в информационных макромолекулах (ДНК, РНК), затем считываются особыми клеточными органеллами (рибосомами), и на основе считанной информации происходит синтез белков. Эта картина в общих чертах верна для всех видов, населяющих биосферу, хотя детали генетического кода, используемого для шифрования наследственной информации, могут немного различаться. Считается, что сходство генетических аппаратов у столь несхожих между собой существ, как, например, кишечная палочка, рододендрон и тигровая креветка, не может быть делом случая. Правдоподобнее всего объяснять его единством происхождения всех организмов от какого-то первопредка, чей генетический механизм они унаследовали.

Соблазнительно думать, что самое первое живое существо, возникшее на нашей голубой планете, и было искомым универсальным предком, то есть LUCА. Однако это представляется маловероятным.

Хотя происхождение жизни на Земле не является темой этой книги и наша история начинается с LUCА[1], совсем обойти эту проблему нельзя. Поговорим о ней прямо сейчас, чтобы потом уже к ней не возвращаться.

Как в точности возникла жизнь на Земле, знают только авторы священных книг и школьных учебников. По крайней мере, в моем школьном учебнике общей биологии, изданном в начале 1990-х гг., говорилось, что живые существа возникли таким-то и таким-то путем и были устроены так-то и так-то. Может, в нынешних учебниках эта безапелляционность уже исчезла. Серьезные исследователи знают, что этот вопрос еще весьма далек от своего разрешения, и, не имея окончательного и общепринятого ответа, мы вынуждены рассматривать несколько гипотез, каждая из которых имеет свои сильные и слабые стороны. Не думаю, что хоть один из ныне живущих биологов отважится утверждать, что он определенно знает, что и как произошло в самом начале начал… Неспроста Н. В. Тимофеев-Ресовский, один из крупнейших генетиков прошлого века, на вопрос о том, как возникла жизнь на Земле, шутливо отвечал: я тогда маленький был, ничего не помню[2]. Несмотря на тонны бумаги и гигабайты информации, затраченные на дискуссии, загадка происхождения жизни до сих пор представляет собой “тайное тайных” научной картины мира.

Дело не столько в том, что важнейшее это событие случилось невероятно давно, более 4 млрд лет назад, и в каменной летописи нашей планеты никак не задокументировано. Давайте подумаем вот о чем. Естественные науки, такие как физика, химия или биология, “заточены” на изучение множества однородных объектов или событий, повторяемость которых позволяет отыскать какие-то общие закономерности в их наблюдаемом великом многообразии. Яблоко, в один прекрасный день упавшее на голову Исаака Ньютона, было только стимулом, толчком к размышлению, но законы тяготения не были бы открыты, если бы Ньютон не наблюдал до этого множества других падений – яблок с деревьев, черепицы с крыш, посуды со стола в собственном доме. Иоганн Вольфганг Гёте, исследуя строение множества видов растений – тополя, земляники, чертополоха, лилии, – пришел к мысли о существовании прарастения (Urpflanze), своеобразного идеального прототипа, признаки которого, изменившиеся в ходе множественных превращений, могут быть обнаружены в строении современных растений.

Итак, закон природы – это нечто общее, проявляющееся неизменно во множестве объектов и явлений, во всех остальных отношениях довольно различных.

Напротив, в гуманитарных научных дисциплинах объекты исследования обычно (хотя и не всегда) характеризуются своей уникальностью, единичностью[3]. Тем они и ценны. Утрата их невосполнима. Любое историческое событие, если его не задокументировать, быстро стирается из человеческой памяти. Мы уже никогда не прочитаем целиком второй том “Мертвых душ”, не услышим музыку, звучавшую на пирах в древних Афинах, не узнаем, кто и при каких обстоятельствах изобрел деревянную лодку, колесо, пуговицу… Гуманитарии обречены на бесконечные споры о том, писал ли Шекспир пьесы Шекспира и правда ли, что варяги были основателями древнерусского государства.

Жизнь на Земле, насколько сейчас известно, возникла единожды. По крайней мере, в современных условиях самозарождение живых существ из неживой материи (абиогенез) невозможно. Точку в этом вопросе поставил Луи Пастер еще в позапрошлом веке. Мы до сих пор не открыли ни одной биосферы за пределами нашей планеты, поэтому сравнивать не с чем. Даже степень уникальности земной жизни до сих пор не очень понятна. Крайняя точка зрения состоит в том, что жизнь в космосе возникает чрезвычайно редко, и, возможно, Земля – единственная планета в нашей Галактике, на которой возникла биосфера. До недавнего времени даже вопрос о существовании планет в других звездных системах оставался предметом догадок. Сегодня астрономам точно известно, что планеты у других звезд (так называемые экзопланеты) довольно обычны даже в нашем ближайшем звездном окружении. Обнаружение ранее неизвестной экзопланеты давно перестало быть научной сенсацией, и немудрено: сейчас таких объектов известно почти 4200[4]. Некоторые из них по ряду характеристик (размеры, величина силы тяготения у поверхности, удаленность от своего светила) напоминают Землю, и, вполне вероятно, на них тоже возникла жизнь. Однако пока мы можем лишь гадать о том, действительно ли внеземная жизнь существует, и если да, то насколько она похожа или непохожа на земную.

Исследовать событие, произошедшее только один раз, причем в очень далеком прошлом, крайне сложно. Даже самые продвинутые научные технологии при этом пробуксовывают. В условиях, когда от некоего события не осталось ровным счетом ничего, задача его реконструкции выглядит практически невыполнимой. Даже от второго тома “Мертвых душ” сохранились хоть какие-то отрывки. В случае с абиогенезом нам не настолько повезло.

Ученые должны объяснить, как произошел переход от химического уровня организации материи к биологическому. Бактериальная клетка по сравнению с организмом человека покажется нам крайне просто устроенной, но даже она значительно сложнее, чем самая сложная и “умная” макромолекула, такая как молекула ДНК. Многие свойства живых существ отсутствуют у объектов неорганического мира[5]. Должен был произойти великий качественный скачок, обеспечивший переход “от вещества к существу”[6]. Должны были появиться механизмы передачи признаков по наследству, биохимические процессы, с помощью которых первобытная клетка могла обмениваться веществом и энергией с внешним миром, а также поддерживать свой гомеостаз. Но как это произошло?

В последние сто лет над загадкой абиогенеза трудились изощреннейшие умы, составляющие интеллектуальную элиту человечества, причем не только биологи, но и физики, химики, геологи и астрономы. Однако по описанным выше причинам даже самые остроумные и популярные концепции, такие как гипотеза РНК-мира, все равно остаются в ранге гипотез.

Поразительна та быстрота, с какой на Земле “завелась” биосфера. Принято считать, что астрономический возраст нашей планеты составляет приблизительно 4,5 млрд лет. Новорожденная Земля была местом, не очень привлекательным для проживания, и напоминала, возможно, картины Ада, созданные фантазией Иеронима Босха. Жидкая вода – необходимое условие для возникновения жизни – появилась около 4,3 млрд лет назад, а самые ранние следы пребывания в земном океане живых существ датируются временем 3,7 млрд лет назад, причем есть веские основания думать, что земная биосфера на самом деле еще старше[7]. В любом случае древнейшие из горных пород, в которых теоретически можно отыскать свидетельства о ранней жизни, имеют возраст около 4 млрд лет[8]. Сведения обо всем, что происходило в первобытном океане раньше этого времени, до нас в принципе не могли дойти.

Итак, первые обитатели нашей планеты появились в период с 4,3 до 3,7 млрд лет назад, то есть в промежутке, примерно равном 600 млн лет. Много это или мало? По человеческим меркам это баснословно продолжительная эпоха, но если ее сравнивать с абсолютным возрастом Земли и тем более с возрастом Вселенной (составляющим, как ныне установлено, около 13,8 млрд лет[9]), грандиозность данной величины несколько меркнет. К слову сказать, от появления первого в истории Земли животного до пришествия в этот мир Homo sapiens прошло от 600 до 700 млн лет. Выходит, что на временно́й шкале, с которой привыкли работать современные астрономы и геологи, абиогенез занимает совсем небольшой отрезок, то есть он свершился если не совсем уж мгновенно, то, во всяком случае, довольно быстро. Вкупе с отсутствием материальных следов этого процесса такая быстрота открывает простор для альтернативных гипотез, включая ненаучные.

Например, можно предположить, что живые существа возникли совсем не на Земле, а где-то на другом небесном теле, откуда таинственным образом попали на нашу планету. Говорили и писали об этом немало, но прямых доказательств нет как нет, что не позволяет вывести дискуссию за пределы спекулятивных рассуждений. К тому же нерешенным остается фундаментальный вопрос о том, как возникла жизнь в этом загадочном “где-то”, откуда она к нам затем и попала. Но эта гипотеза вполне респектабельна с научной точки зрения, и отказаться от нее априори, потому что, как выражался у Чехова автор письма к ученому соседу, “этого не может быть, потому что этого не может быть никогда”, непозволительно.

Другой сорт гипотез, для которого в современной научной картине мира места не находится, сводится к тому, что возникновение жизни на Земле было результатом творческой деятельности некоего сверхъестественного существа, создавшего живые организмы сверхъестественным же способом. Такие гипотезы принято называть креационистскими (от лат. “creatio” – сотворение). Споры со сторонниками креационизма в мою задачу тоже не входят, но и в этом случае надо сделать небольшой экскурс в сторону и, перед тем как вернуться к рассказу о LUCА, поговорить о соотношении религиозной и научной картин мира.

Рассказывают, что однажды всемогущий император Франции Наполеон I посетил великого французского астронома Лапласа и много расспрашивал его об устройстве мироздания. Бывали такие времена в прошлом, когда монархи искренне интересовались последними достижениями в области естественных наук. Выслушав рассказ Лапласа, Бонапарт спросил, а какое же место в системе мира он отвел Господу Богу. “Сир, – гласит легендарный ответ астронома, – я не нуждался в этой гипотезе!”

Если это и апокриф, то очень хорошо придуманный, недаром его раз за разом пересказывают в книгах по истории науки. Вот уже более 200 лет создатели естественно-научной картины мира не принимают в расчет божественное вмешательство, пытаясь объяснить природные явления природными же причинами. И это вовсе не значит, что все естествоиспытатели как один атеисты, нигилисты и скептики. Причина лежит несколько глубже.

С тех пор как философы и сами ученые, склонные к рефлексии, начали задумываться о том, что же такое научное знание и чем оно отличается от ненаучного, было сформулировано немало критериев, позволяющих отличить первое от второго. Наибольшую популярность, пожалуй, получил критерий фальсифицируемости, предложенный около 80 лет назад философом Карлом Поппером. Поппер считал, что любое предположение, претендующее на научность, должно заключать в себе возможность своего опровержения или, выражаясь его языком, фальсификации. Высказывание, которое в принципе нельзя опровергнуть, может быть чем угодно – мифом, религиозной догмой, художественным образом, но только не элементом научного познания.

У Гоголя в “Записках сумасшедшего” г-н Поприщин утверждает, что Луну делает в Гамбурге хромой бочар, и делает ее довольно скверно (“видно, что, дурак, никакого понятия не имеет о луне”). При всей абсурдности и смехотворности этого утверждения оно все-таки является фальсифицируемым, то есть, по Попперу, “научным”. Можно ведь отправиться в Гамбург, отыскать хромого бочара и выяснить, так ли обстоит дело. А вот если некто выдвигает предположение, что Луна создана в далеком прошлом сверхъестественным Творцом, к примеру Летающим макаронным монстром, то как мы можем опровергнуть такое утверждение? По крайней мере, используя научные методы, – никак. Наука по определению работает только с материальными причинами, а любые чудеса и разные виды сверхъестественного вмешательства оставляет за рамками своего рассмотрения. Не в последнюю очередь потому, что, апеллируя к гипотезам креационистского типа, можно доказать или опровергнуть вообще все что захочется. Можно видеть в этом добровольное самоограничение или даже “зашоренность” научного способа познания, но факт остается фактом: современное естествознание в принципе выводит сверхъестественное за рамки своей картины мира, не посягая при этом на право каждого человека самому решать, верить ему в “гипотезу Творения” или нет. Но в рамках строго научного подхода эта гипотеза всерьез рассматриваться не может.