Потерянный город
Есть масса версий о месте рождения жизни. По одной версии, например, РНК появилась во льдах
23–26
По другой версии, жизнь появилась в «маленьком теплом пруду» – эту фразу придумал еще Дарвин
27
Классику виделся резервуар воды, в котором накапливались неорганические вещества, как накапливается соль в кастрюле, из которой выпаривают воду. Сегодняшние сторонники версии «пруда» считают, что исходные органические вещества – стройматериалы для будущей жизни – могли быть занесены туда метеоритами
28
29
КСТАТИ
«Еще Дарвин» – это такой особый персонаж любой книги про эволюцию, который все всегда придумывает раньше других. У него есть брат «Даже Дарвин», тоже человек больших талантов. Они как «старожилы», которые никогда ничего не помнят независимо от контекста и географического положения.
Сегодня есть несколько версий того, откуда эти молекулы могли возникнуть. Наиболее популярны в качестве кандидатов на роль колыбели жизни разные формы гидротермальных источников – подводных или прибрежных гейзеров, через которые из недр земли сочится горячая вода
11, 30
Вода в гидротермальных источниках богата разнообразными минералами, откладывающимися на месте разлома в виде труб и столбов. Минералы существенно расширяют спектр возможных молекул и их превращений. Гидротермальные источники – настоящие химические реакторы. С одной стороны, подземный жар дает им энергию, причем на промежутке от кипящего центра до холодного океана в них найдется любая оптимальная температура, а сам перепад может иметь принципиальное значение для перемешивания взаимодействующих молекул. С другой стороны, толща гидротермальных «столбов» обычно пористая, что решает проблему пространственных ограничений наподобие опаринских коацерватов: микроскопические пустоты могли служить замкнутыми лабораториями для разработки первых биомолекул. Наконец, гидротермальные источники по своим физико-химическим свойствам напоминают активированный уголь: к ним все липнет. Сложные молекулы оседают на поверхности пустот в пористой толще, а это, в свою очередь, во много раз повышает вероятность химических реакций между ними
31–34
Вполне возможно, что роль гидротермальных источников в истории жизни на планете еще значительней. Там вполне мог жить, например, наш универсальный дед Лука. По разным причинам с подводными гейзерами связывают происхождение и клетки
35
36
37
Для визуального примера можно взять «Потерянный город», открытое в 2000 г. «гидротермальное поле» на дне Атлантического океана
30, 38, 39
Возможно, в похожем подводном «городе» начинается и наша история. В будущих главах речь пойдет об эволюции – главном свойстве живой природы, определившем наш путь из глубин древности в современный мир. В этой главе я хотел показать, что эта живая природа существует не вопреки, а благодаря неживой. В свойствах атомов видны истоки обмена веществ и энергии. В нуклеотидах и аминокислотах виден фундамент Центральной догмы, несущей гены из прошлого в будущее. Гидротермальные источники тоже воплощают в себе многие идеи, в дальнейшем впитанные живой материей: химическая сложность, внешний источник энергии, замкнутое пространство, ограничивающее свое от чужого.
Как бы ни изменялось в будущем наше представление о начале жизни на Земле, мне нравится думать про «Потерянный город» как памятник самому великому событию во Вселенной – происхождению живого из неживого. Пожалуй, единственное, что я с уверенностью знаю про абиогенез, – это то, что он состоялся. И от этого у меня захватывает дух.
2. Хорошая идея
Владимир МаяковскийПослушайте!Ведь, если звезды зажигают –значит – это кому-нибудь нужно?
Предшественник Роберта Фицроя на посту капитана «Бигля» не выдержал тяжелого перехода через Магелланов пролив и застрелился в своей каюте после затяжной депрессии
1
2
3
Он предложил должность такого просвещенного компаньона кембриджскому профессору ботаники и минералогии Джону Стивенсу Генслоу, но тот отказался от командировки на край света, якобы сжалившись над женой
4
Но Фицрой колебался. Встретившись с Дарвином, он пришел к выводу, что тот слишком хил и малодушен для серьезного испытания морем. Дело в том, что Фицрой был ярым физиогномистом
5
«Бигль» отчалил из английского порта Плимут, взяв курс в сторону Южной Америки, 27 декабря 1831 г., и Чарльзу Дарвину немедленно стало плохо. («Страдания, которые я испытал от морской болезни, я не мог себе даже представить» – напишет он потом в письме отцу
6
Роберт Фицрой – интересный персонаж. По большей части Дарвин с Фицроем на «Бигле» уживались и даже поддерживали отношения после экспедиции. Капитан Фицрой, может, и вошел бы в историю как дарвиновский Вергилий, проводник сквозь джунгли и океаны, если бы не Оксфордские дебаты. Эти дебаты, вне всякого сомнения, самый кинематографичный момент в истории теории эволюции – чистейшее воплощение ее противостояния консервативной религии. Фицрой в нем предстанет в другом амплуа.
Бульдог
Я делал свою кандидатскую работу в лаборатории буквально в трех минутах ходьбы от оксфордского Музея естественной истории, где развернулось это столкновение сторонников Дарвина с защитниками религии и церкви. Музей, тогда известный как Университетский, – просторный, светлый, неоготический храм, с центральным залом, обрамленным колоннами из разных пород камня, добываемых в Британии, и со стеклянным потолком на чугунном скелете. Своей слегка странноватой монументальностью, как и многое в Оксфорде, он достоин сравнения с Хогвартсом. (Посреди музея, например, расположен единственный вход в совершенно другой музей – Питта Риверса, – который выглядит, как будто Эрмитаж упаковали в помещение размером со школьный спортзал.) У меня всегда было твердое ощущение, что Музей естественной истории построен специально для той эволюционной битвы, которая состоялась в день его открытия в 1860 г. Оксфордские дебаты считаются историческим моментом поворота человечества от теории разумного творения к теории эволюции.
После путешествия на «Бигле» прошло 30 лет. Дарвин – знаменитый натуралист, который только что опубликовал теорию эволюции путем естественного отбора. Это не из тех случаев, когда великую идею полвека никто не замечает: дарвиновская теория произвела фурор, как только увидела свет. О ней говорило все просвещенное человечество, и часто на повышенных тонах.
Точных записей дебатов, к сожалению, не осталось, поэтому любые описания приблизительны. В программе несколько выступлений, защищающих разные точки зрения. На стороне эволюционистов звезда – не сам Дарвин, а лондонский биолог Томас Гексли, самопровозглашенный «бульдог Дарвина», этим своим хлестким погонялом навечно вошедший в историю. На стороне церкви – Сэмюэл Уилберфорс, оксфордский епископ. Зрителей человек 500, а то и 1000. Это настоящий научный батл, каких в современном мире просто не бывает: максимум, чего можно ожидать от недоброжелателей на сегодняшней научной конференции, – это едкие комментарии, завуалированные под вежливые вопросы. Здесь же яд бьет фонтаном! Пожилой и важный Уилберфорс издевается над Гексли, намекая, что тот – внук обезьяны; молодой и дерзкий Гексли рубит в ответ, что лучше он будет внуком обезьяны, чем образованного человека, позволяющего себе вести подобные речи, и так далее. В переполненном музее стоит такой шум, что никто ничего не слышит
7
И вот на этом фоне слово дают не кому-нибудь, а самому Вергилию 30-летней давности, Роберту Фицрою, уже не молодому капитану, а контр-адмиралу. На фоне сдержанного и язвительного Уилберфорса Фицрой своей страстью буквально взрывает зал. Он трясет Библией над головой, взывает к толпе, проклинает Дарвина и его выдумки и стенает о том, сколько страданий причинила ему их публикация
8
Фицрой действительно был глубоко верующим человеком и защитником прямой интерпретации Библии. Это, по всей видимости, мало отразилось на его отношениях с Дарвином во времена их совместной экспедиции, но вот лживое, опасное, по его мнению, «Происхождение видов» 30 лет спустя просто вывело его из себя.
Никакого независимого судейства не подразумевалось, поэтому, кто победил на самом деле, не определить никак. Но, поскольку в последующие десятилетия сторонников теории эволюции стало больше, чем ее противников, в историю вошла их версия событий: молодые и дерзкие разрушители устоев торжествуют над Библией и ее заскорузлыми защитниками. Что до Фицроя, то он во всем околодарвиновском фольклоре последующих лет стал архетипом религиозного консерватора.
Ненависть к эволюционной теории продолжала его терзать. У Фицроя и без того были проблемы с психическим здоровьем, возможно, из-за дурной наследственности. В совокупности с финансовыми трудностями все это привело бывшего капитана «Бигля» к тому концу, которого он так хотел избежать. Через пять лет после Оксфордских дебатов он перерезал себе горло бритвой
9
Sic transit gloria mundi.Коллекционер вьюрков
Полное название главной книги Дарвина, из-за которой, как из-за красной девицы, столкнулись наши герои в 1860 г.: «О происхождении видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». То есть суть «Происхождения видов» не в собственно происхождении видов, а в том, что виды происходят путем естественного отбора. Это как сокращать поздравление «с днем рождения» до «с днюхой».
Ньютону упало на голову яблоко, Архимед принимал ванну, а пифагоровы штаны на все стороны равны. У Дарвина, к сожалению, такой сценки для третьеклассников нет, потому что свою теорию после возвращения «Бигля» он мусолил у себя в кабинете 20 с лишним лет, так что эффектного момента не получилось. И все-таки если выбирать, то ближе всего к пифагоровым штанам у Дарвина – галапагосские вьюрки.
Галапагосы – вулканический архипелаг к западу от Эквадора. Галапагосские острова появились относительно недавно и никогда не были в контакте с Большой землей. Все, что там растет, бегает и летает, туда занесено. Острова расположены достаточно близко к материку, чтобы иногда туда кто-нибудь залетал, но достаточно далеко, чтобы это происходило редко. По отношению друг к другу острова тоже расположены на значительном, но преодолимом расстоянии.
Дарвин внимательно и систематически исследовал флору и фауну Галапагосов, в те времена это означало, что он сушил в гербарий каждое увиденное растение, а также палил по птицам и коллекционировал их многочисленные тушки (птиц он собирал, как покемонов, по десять штук в день, судя по письмам, с большим энтузиазмом). В числе прочего Дарвин скопил огромную коллекцию вьюрков, птиц размером с воробья.
Вьюрков на Галапагосских островах почему-то было очень много, больше, чем других птиц. Но самое интересное даже не в их количестве, а в том, что на каждом острове вьюрки слегка отличались, особенно формой клюва. Одни клювы лучше подходили под ловлю насекомых, другие – под растительную диету. Если же на одном острове встречалось несколько разных клювов, то они различались очень сильно. Например, один клюв большой и раскалывает орехи, а другой – тонкий и клюет кактусы.
Согласно популярной легенде, это наблюдение вызвало спор между Дарвином и Фицроем. Последний, мол, утверждал, что разные вьюрки появились в результате разных «очагов творения», каждый из которых учитывал условия разных островов. Там, где больше кактусов, Бог создал птицу-кактусоеда, а там, где больше орехов, – птицу-орехоеда. Дарвин же сомневался: что, если божий замысел тут вообще не при чем? Что, если разные вьюрки оформились сами по себе, из одного общего предка, залетевшего с материка, в результате «происхождения с изменением»? (Дарвин предпочитал именно этот термин, descent with modification – слово «эволюция» даже в «Происхождении видов» используется только один раз, в последнем параграфе.)
Вот он, момент рождения великой теории! Можно сочинять стишок для третьеклассников.
Как у Дарвина в кармане поселились два вьюрка,
У них крылья как блокнот, а клюв как трубка табака.
К сожалению, на деле все несколько менее кинематографично. Во-первых, сам Дарвин на Галапагосах только начинал задумываться о своей будущей теории. Во-вторых, Фицрой никаких «очагов творения» не предлагал. В-третьих, по крайней мере часть из вышеописанных деталей жизни галапагосских вьюрков была обнаружена только по возвращении в Лондон
10
Дарвин не был орнитологом и считал вьюрков подвидами, причем, по-видимому, не сразу осознал, что разные подвиды живут на разных островах. Домой он вернулся с таким количеством тушек, что это было почти комично. Когда более сведущий орнитолог уверенно определил показанных ему вьюрков как 12 разных видов, это поразило как орнитолога, так и самого Дарвина
11
Сноски
1
Знатоки биологии заметят, что «генами» обычно называют только малую часть генома, хотя на вопрос о том, какую именно, разные ученые отвечают по-разному. Считается, что бóльшая часть последовательности ДНК в наших клетках не несет смысловой нагрузки, а роль играют только отдельные островки информации. Но с каждым годом в этом море «бессмысленного» кода ДНК обнаруживаются все новые и новые «смыслы», поэтому граница между генами и не-генами в геноме размывается все сильнее и сильнее. О различных определениях слова «ген» мы еще поговорим в последующих главах, но в любом случае это вопрос терминологии. Исходя из задач этой книги, я предлагаю считать геном любую единицу информации, наследуемую посредством последовательности ДНК.
2
Есть еще один термин для той же самой молекулы: информационная, или иРНК; иРНК – то же самое, что мРНК.
3
Энгельс Ф. Диалектика природы. – М.: Госполитиздат, 1952. С. 244.
4
С этим согласны не все. Версия о подводных гидротермальных гейзерах конкурирует, например, с версией о грязевых котлах, наподобие встречающихся сегодня на Камчатке. Это тоже горячие источники, но наземные. Некоторые ученые считают, что возникновение первых нуклеиновых кислот, а также первых клеток проще всего представить именно там
40, 41