Привет всем, народ!
Это подкаст Звездануло, в котором я перевожу сложную науку на человеческий язык.
Сегодня мы поговорим совсем не про космос и даже почти не про физику.
Мы поговорим про жизнь, но с научной точки зрения. Мне хочется показать вам, как эволюция жизни похожа на эволюцию Вселенной.
Вот вам ютубчик:
Вот вам ЯМ:
Погнали!
Для этого сначала вспомним коротко эволюцию Вселенной. Вообще, был более-менее сносный выпуск на эту тему, но я ж не могу оставлять неофитов без пояснения.
Итак, после Большого взрыва появились простейшие формы материи – кварки и глюоны, которые пока еще не сложились во что-то адекватное. Эти кварки и глюоны поскладывались друг с другом и появились плюс-минус связные ядра водорода, гелия и лития. Потом были Тёмные века, в ходе которых эти ядра постепенно сталкивались, становились атомами и молекулами, а в конечном итоге доскатывались до первых звёзд. В звёздах происходят термоядерные реакции, и это стало причиной появления остальных элементов таблицы Менделеева до железа. Звезда умирает и иногда ярко и пышно. Я говорю про взрыв сверхновой.
Это тоже порождает некоторые элементы. Слияния звёзд, космическое излучение и прочее. В конечном итоге, наука считает, что вот так рождаясь, живя и умирая, звёзды и другие космические тела наполнили, скажем так, вселенские просторы всеми строительными материалами для нашей планеты.
А теперь давайте я расскажу вам, как дальше развивались события на третьей планете от пока неназванной, во всяком случае, нами, звезды.
Учёные считают, что наша Земля появилась около 4 с половиной миллиардов лет назад. Тогда всё было довольно тихо и пустынно. Была какая-то совершенно нежизнеутверждающая атмосфера из всяких аммиаков, метанов и хлоров, уровень радиации был запредельно высок и так далее. А буквально через полсотни миллионов лет учёные предполагают какой-то трах-бабах. Столкновение с небесным телом размером с Марс. Обломки после столкновения образовали Луну, а с ней началось веселье. Что регулирует Луна? Мы все знаем это с детства. Правильно, приливы и отливы. А что это значит, кроме того, что нужно временами переставлять лежаки на пляжах? То, что вода в океанах начала насыщаться кислородом и выбрасывать мусор на берег, очищаясь. Кроме того, вся эта богадельня стабилизировала ось вращения Земли. Тогда Луна была очень близко к Земле и сутки на планете длились около 6 часов, но по мере удаления, мы пришли к тому, что имеем.
Итак, дано: планета находится в зоне, где не слишком холодно и не слишком горячо для существования жидкой воды. На планете есть воздух, атмосфера, даже озоновый слой, который фильтрует солнечный ультрафиолет (UPD: озоновый слой появился позже, уже после зарождения жизни - именно жизнь надышала кислород в достаточном количестве для озонового слоя, my bad). Есть много разных химических элементов и молекул, вроде конструктора лего. Какие-то кусочки соединились во что-то закрытое. Это более-менее стабильные соединения. Какие-то кусочки могут соединяться ещё и еще. На планете бывают грозы и молнии. Молнии могут помочь собрать новую молекулу, которой раньше не было. А ещё новые соединения могут появиться в условиях высокой температуры, например – в вулканах, или еще в каких-то понятных нам и пока не очень условиях. И вот в одну из гроз, или при очередном извержении вулкана, из уже собранных на планете заготовок из нашего лего, появляется молекула, которая начинает копировать саму себя. Такое вот свойство. Эта молекула собралась из нуклеотидов – тех самых заготовок и стала первой молекулой РНК.
Так появилась жизнь. Но пока это была только молекула, которая могла себя копировать и которая появилась в определенных условиях, а не живой организм. Как те самые первые атомные ядра, которые еще не превратились в атомы и молекул. Для деления молекуле нужны заготовки – нуклеотиды. И суперспособность РНК – помнить, какие нуклеотиды она собрала, а значит – может собрать из двойного набора нуклеотидов две молекулы, похожие на себя.
Как я уже говорил – РНК это еще не живое существо. Нужно определить границы тела. Вы видели капельки жира на воде? Жир отталкивает воду и поэтому собирается в капельки, а не растворяется в воде. Сегодня предполагают, что РНК начали попадать в такие капельки жирных кислот. Это стало праобразом тела. Но теперь нужно было наладить поставку в такие капли нуклеотидов для деления. Это третий признак живого существа – обмен веществ.
Пока наука не очень себе представляет, как это вообще началось. Возможно, РНК просто начала разрывать каплю жирной кислоты на две, когда делилась и истончила стенки, возможно, это было как-то иначе, но суть в том, что как-то это всё заработало.
В прошлом веке ученые провели опыт. Собрали замкнутую систему из колб и трубок. В одной колбе была вода. Её подогревали, имитируя что-то вроде модных геотермальных источников. А в другой колбе появлялся пар. А ещё там были те самые аммиак, метан и прочие газы, повторяющие первичную атмосферу Земли, ну и электроды, которые создавали разряды слабого тока, вроде молний. В общем, оставили эту установку на какое-то время, а по итогам получили некоторые аминокислоты. РНК кодирует как раз последовательность аминокислот в организме. Из аминокислот состоят белки, а из белков – мы.
Образцы, которые были плохо приспособлены – умирали и не оставляли потомства. Самые живучие клетки стали разбрасывать свои копии везде, куда дотянутся.
Выяснилось, что гораздо более устойчивой стала хитрая молекула, которая имела некоторые отличия от РНК. Эта молекула стала, вроде как базой данных всех белков и РНК в организме. Сегодня мы знаем, что ДНК – это двойная спираль, хотя, строго говоря, это – винт, но мы продолжим говорить спираль – все же уже привыкли. РНК помнит, в какую последовательность нужно собраться аминокислотам. А ДНК помнит, как общаться с РНК. Грубо говоря, РНК – это книги, а ДНК – это библиотечный каталог. ДНК тоже делится, но делает это по своему. Двойная спираль в прямом смысле разделяется на две одинарные и они дополняют то, чего не хватает теми самыми нуклеотидами, которые помнят ДНК и РНК. Это очень грубо, но если мы начнём углубляться – там начнутся всякие ругательства типа праймеров, полимеразы и так далее. Нафиг-нафиг.
А теперь скажите мне, пожалуйста, если суть молекулы ДНК в потреблении нуклеотидов и создании новых ДНК – это может продолжаться в одном и том же месте? Нет, конечно. Поэтому ДНК начала развиваться. Условно говоря, теперь она искала – какая форма позволит забросить свою дочернюю клетку подальше от себя и своего пастбища с нуклеотидами? Попробовала кинуть свою копию. Копия приземлилась недалеко, сожрала всё вокруг и обе умерли. Вторая получила, скажем, мяч из лего. Кинула. Долетел, но не выжил. Там оказалось холоднее. Сделала мяч более морозостойким. Кинула. Долетел. Вроде, выжил. Закидала всё вокруг такими мячиками, а они возьми и сожри всё вокруг. Многие умерли. В общем, постепенно жизнь начала организовываться. Нужно было и уметь находить новые нуклеотиды и уметь приспосабливаться к среде обитания и многое другое. Некоторые молекулы стали более подвижными, а некоторые – энергосберегающими и малозаметными. Слабые умирали. Те, кто выжил – продолжали копировать себя. Это всё ооочень грубо, но принцип понятен. На самом деле, все функции ДНК упираются во взаимодействие с белками. Такие дела.
Ну а дальше всё довольно просто. Принцип – приспосабливаться и находить ресурсы, которые необходимы для жизни остался с нами по сей день.
Я не буду сейчас рассказывать вам всю эволюцию жизни на земле. Вы и без меня неплохо это представляете, думаю.
Просто расскажу пару интересных фактов.
Сейчас считают, что все ДНК пошли от одного общего предка, то есть, до наших дней дошли потомки одной-единственной молекулы, которая стала распространяться по всей Земле, мутировать, эволюционировать и так далее.
Человек разумный появился примерно 200 тысяч лет назад. А первичная жизнь около 4 миллиардов. Если мы будем хлопать раз в секунду, отмеряя каждым хлопком по 200 тысяч лет, то от появления первой жизни до нашего вида аплодисменты продлятся 5 часов, 33 минуты и 19 секунд. Добавьте еще один хлопок и проскочите всю человеческую историю от первого появления человеческой ДНК до этого момента, когда вы слушаете этот выпуск.
Кстати, считают, что человеческая ДНК тоже до наших дней сохранилась только от одного предка. Первую женщину называют митохондриальной Евой, а мужчину – игрек-хромосомным Адамом.
Ладно, почему я вообще всё это рассказал? Ну, во-первых, мне это интересно, смиритесь.
Во-вторых, это очень похоже на эволюцию Вселенной. Сначала появились совсем базовые частицы, потом они начали сталкиваться и в определенных условиях развивались в нечто большее. Потом это стало стройной системой. Это я так сравниваю галактики с многоклеточными организмами. Что-то умирало, рождались новые галактики и формы жизни. Естественный отбор, наши дни…
Что будет дальше? Никто не знает наверняка. Но всё, что я могу сказать – мне нравится, как есть сейчас. Это всё очень красиво перекликается между собой.
На этом выпуск завершен.
Поддержать подкаст материально можно на бусти, в группе ВК через ВК донат, и в сборе на Тинькофф)
С вами был Роман Юдаев,
Услышимся в следующем выпуске.