Пол Фальковски - Двигатели жизни. Как бактерии сделали наш мир обитаемым

Критерием того, может ли на внесолнечной планете существовать жизнь, служит равновесное состояние газового состава атмосферы. Термин «равновесное состояние» предполагает, что образование этих газов может быть отнесено исключительно за счет геологических условий на планете. Так, например, на Земле вулканы извергают углекислый газ и метан, а под влиянием жара от Солнца жидкая вода испаряется вне зависимости от того, есть ли на планете жизнь; сами по себе эти газы не могут служить индикаторами наличия жизни. Тем не менее изменение состава нашей атмосферы микроорганизмами задолго до появления растений и животных дает нам некоторое представление о том, какие газы следует искать на внесолнечных планетах в обитаемой зоне – том месте, где планета находится в достаточной степени близости к своей звезде, чтобы вода на ее поверхности могла сохраняться в жидком состоянии.

Одним из очевидных индикаторов является присутствие молекулярного кислорода, которое привело на Земле к образованию стратосферного озонового слоя. Обнаружение озона на планете земного типа в пределах обитаемой зоны будет сложно объяснить чем-то, кроме присутствия там жизни. Озон не принадлежит к числу газов, которые могут вырабатываться любым из механизмов, понимаемых нами под условиями поддержания равновесного состояния. Еще одним кандидатом, не входящим в равновесное состояние, является веселящий газ (N2O). Если в атмосфере планеты земного типа будут обнаружены и веселящий газ, и метан, это почти наверняка будет указывать на наличие жизни.

В январе 1613 года, через четыре года после того, как Галилей открыл, что луны Юпитера вращаются вокруг этой планеты, он обнаружил в нашей Солнечной системе другую планету, которую нельзя было увидеть невооруженным глазом. Эта планета, Нептун, находится на расстоянии 4,5 миллиарда километров от Земли и так же, как и Земля, вращается вокруг Солнца. Спустя четыреста лет астрономы установили, что в одной галактике Млечный Путь имеется около 144 миллиардов планет. И хотя эта цифра может быть неточна, в известной Вселенной насчитывается более 100 миллиардов галактик. Таким образом, вероятность того, что мы одни в этом мире, поистине мала. Если жизнь существует только на нашей планете, это означает, что Земля выиграла в лотерее жизни из более чем 1022 возможных исходов. Я бы поставил на то, что и в нашей собственной Галактике имеются другие победители, помимо нас, – но я никогда не бьюсь об заклад.

С учетом имеющихся шансов открытие газов, далеких от равновесного состояния, на планете земного типа в обитаемой зоне почти неизбежно. Такое открытие будет играть преобразующую роль для нас как представителей человеческой расы. Оно заставит нас задуматься над тем, что делает нашу планету такой исключительной и вместе с тем, возможно, не такой уж и исключительной. Однако при этом оно приведет нас к пониманию того, что жизнь может появляться независимо во многих местах множество раз. Мы будем знать, что некоторые из наномеханизмов возникли и в других местах, чтобы начать перемещение электронов по поверхности планеты и тем самым изменить газовый состав атмосферы. И хотя мы никогда не сможем утверждать это с уверенностью, мы можем предполагать, что именно комплекс микроорганизмов сделал эту планету благоприятной для жизни и, возможно, даже для высших форм жизни.

Построенные нами модели филогенетического древа жизни ограничиваются этой планетой. Трудно поверить в то, что мы можем иметь общего предка с формами жизни на планетах, расположенных на расстоянии многих световых лет отсюда. Однако если это так, возможны ли несколько вариантов ответов на вопрос о происхождении жизни?

Жизнь, отпущенная на волю, должна найти способ существовать и на другой планете. Но как?

Пока функционируют основные системы, на этой планете будут оставаться некоторые реакции, сохраняющиеся независимо от всей остальной жизни в небесном тумане. Эти системы включают в себя геологическую рециркуляцию некоторых веществ, необходимых для жизни организмов. На Земле таким процессом является тектоника. Никто не говорит, что это единственный процесс, однако это единственный из известных нам процессов, работающий во временных масштабах миллиардов лет. Также сюда должна входить и атмосфера или какая-либо жидкая среда, выполняющая роль проводника, объединяющего метаболизм всех организмов на всей поверхности планеты.

Жизнь на Земле одновременно и хрупка, и устойчива. Я совершенно уверен, что на этой планете живут бабочки и что эти хрупкие с виду организмы существуют здесь уже более двухсот миллионов лет. Однако, как и мы, они зависят от микроорганических механизмов, обеспечивающих их существование. Поблагодарим же микробов за то, что они превратили этот комочек грязи посреди звездной пыли Вселенной в замечательное место обитания для своих чрезмерно выросших родичей – животных и растений, временно украшающих собой эту мельчайшую пылинку, которую они арендуют у своих микроорганических предков, сохраняющих ее для своих потомков.

Цепь взаимосвязанных случайностей, которые привели к возникновению жизни, несомненно, не откроется нам во время поездки на лифте в нью-йоркской многоэтажке. Однако такие случайности позволяют нам исследовать мир, в котором мы живем, и искать жизнь за пределами нашей планеты – там, откуда идет к нам свет далеких звезд и их планет. Удастся ли нам найти «разумную» жизнь – вопрос другой. Разумная жизнь, возможно, является очень редким товаром в окрестностях нашей Галактики. Она появилась на Земле лишь за последнюю пару миллионов лет, и только на протяжении последнего столетия нам удалось разработать технологии, которые преобразовали планету навсегда.

Если мы одиноки, то нам следует понять и принять свою уникальность. Если мы не одиноки, то нам следует быть скромнее. В любом случае скажу вам как один эукариот другим эукариотам: все мы являемся макроскопическими организмами и наше существование стало возможным только благодаря эволюции микроскопических наномеханизмов, появившихся давным-давно у микроорганических форм жизни. Они – наши истинные предки и настоящие служители жизни на Земле.

Дополнительная литература

Глава 1

The 1785 Abstract of James Hutton’s Theory of the Earth. C.Y. Craig, editor. 1997. Edinburgh University Press.

Darwin and the Beagle. Alan Moorhead. 1983. Crescent Press.

Measuring Eternity: The Search for the Beginning of Time. Martin Gorst. 2002. Broadway Publisher.

On the Origins of Species. Charles Darwin. 1964. Harvard University Press.

Principles of Geology. Charles Lyell. 1990. University of Chicago Press.

Seashell on a Mountaintop: How Nicolas Steno Solved an Ancient Mystery and Created a Science of the Earth. Alan Cutler. 2004.

Глава 2

“The discovery of microorganisms by Robert Hooke and Antoni van Leeuwenhoek, fellows of the Royal Society.” H. Gest. Notes Rec. R. Soc. Lond. (2004) 58: 187–201.doi: 10.1098/rsnr.2004.0055.

Microbe Hunters. Paul de Kruif. 1926. Harvest Press.

Micrographia – Some Physiological Descriptions of Minute Bodies Made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries Thereupon. Robert Hooke. 1665. Reprinted 2010.

Глава 3

The Age of Everything: How Science Explores the Past. Mathew Hedman. 2007. University of Chicago Press.

Darwin’s Lost World: The Hidden History of Animal Life. Martin Brasier. 2010. Oxford University Press.

Life on a Young Planet: The First Three Billion Years of Evolution on Earth. Andrew Knoll. 2004. Princeton University Press.

Глава 4

Aquatic Photosynthesis. P.G. Falkowski and J.A. Raven. 2007. Princeton University Press.

Life’s Ratchet: How Molecular Machines Extract Order from Chaos. Peter M. Hoffmann. 2012. Basic Books.

“There’s plenty of room at the bottom: An invitation to enter a new field of physics.” R.P. Feynman. 1960. Онлайн-версия http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html.

What Is Life? The Physical Aspect of the Living Cell. Edwin Schrodinger. 1944. Cambridge University Press. Онлайн-версия http://whatislife.stanford.edu/LoCo_files/What-is-Life.pdf.

Глава 5

Cradle of Life: The Discovery of Earth’s Earliest Fossils. J. William Schopf. 1999. Cambridge University Press.

Eating the Sun: How Plants Power the Planet. Oliver Morton. 2007. HarperCollins.

Oxygen: A Four Billion Year History. D.E. Canfield. 2014. Princeton University Press.

Oxygen, The Molecule That Made the World. Nick Lane. 2002. Oxford University Press.

Глава 7

Microcosmos: Four Billion Years of Microbial Evolution. Lynn Margulis and Dorian Sagan. 1997. University of California Press.

Глава 8

Lives of a Cell: Notes of a Biology Watcher. Lewis Thomas. 1978. Penguin Press.

Power, Sex, Suicide: Mitochondria and the Meaning of Life. Nick Lane. 2005. Oxford University Press.

Wonderful Life: The Burgess Shale and the Nature of History. Stephen J. Gould. 1989. W.W. Norton.

Глава 9

The Alchemy of Air: A Jewish Genius, a Doomed Tycoon, and the Scientific Discovery That Fed the World but Fueled the Rise of Hitler. Thomas Hager. 2008. Three Rivers Press.

From Hand to Mouth: The Origins of Human Language. Michael C. Corballis. 2003. Princeton University Press.

The Genesis of Germs: The Origin of Diseases and the Coming Plagues. Alan L. Gillen. 2007. Master Books.

Microbes and Society. Benjamin Weeks. 2012. Jones and Bartlett Learning.