Биологи столетиями спорили о том, как из неживой материи возникли первые клетки. Одни видели ответ в «теплом маленьком пруде» Дарвина. Другие — в мощных электрических разрядах на молодой Земле, которые стали источником энергии для синтеза первых органических молекул из неорганических соединений. Третьи в панспермии — будто жизнь и ее простейшие «зародыши» попали на Землю в виде спор или микроорганизмов через космическое пространство с помощью астероидов, комет или даже разумных космических аппаратов. Но недавние эксперименты привели исследователей к неожиданному выводу: жизнь могла появиться не как единичное событие, а как неизбежный химический процесс, который запускается сам собой в самых обычных условиях. И этот процесс, судя по всему, универсален для всей Вселенной.
С тех пор как Чарлз Дарвин опубликовал свою теорию эволюции, в науке закрепилось представление о природе как арене жесткой конкуренции.
«Природа красна в когтях и зубах» — знаменитая крылатая фраза, означающая жестокость, бескомпромиссность и борьбу за выживание в дикой природе, которая восходит к поэме «На смерть А. Г. Х.» английского поэта Альфреда Теннисона (1809–1892). Она стала негласным девизом биологов. Соперничество за ресурсы, выживание сильнейшего, борьба видов — этими идеями исследвоатели объясняли, как развивалась жизнь на Земле. Но при этом ученые часто забывали о другой силе — о симбиозе, то есть длительном и тесном сосуществование организмов разных биологических видов.
Классические примеры симбиоза у всех на слуху: лишайники, которые образованы грибом и водорослью, или кораллы, где сосуществуют полипы и одноклеточные водоросли. Однако такие случаи лишь верхушка айсберга. Сложные живые существа — растения, животные, грибы — существуют только благодаря глубокой форме клеточного симбиоза, которая произошла более миллиарда лет назад. Все растения, которые мы едим, зависят от симбиотических связей с грибами или бактериями. Но это до сих пор не получило широкого признания за пределами узких научных кругов.
Автор книги «Вместе» (Togetherness) Роуэн Хупер, журналист и биолог по образованию, утверждает, что многие эксперты недооценивают симбиоз, что мешает людям понять самих себя. Но в ходе работы над книгой он наткнулся на нечто большее. Оказалось, что растущее понимание «сосуществования» помогает разгадать самую старую и великую загадку науки — как вообще возникла жизнь. И новая картина этого процесса обещает перевернуть определение жизни и изменить поиск инопланетян.
Дарвин редко рассуждал на публике о происхождении жизни. Но в 1871 году в письме другу Джозефу Гукеру он позволил себе вольность. Ученый предположил, что жизнь могла зародиться в «каком-нибудь теплом маленьком пруду» (warm little pond), богатом аммиачными и фосфорными соединениями, где под действием света, тепла и электричества могли возникнуть первые сложные органические молекулы.
Этот «теплый маленький пруд» стал одной из самых известных метафор происхождения жизни. Однако сегодня многие исследователи считают более вероятным, что жизнь появилась не в мелких водоемах на поверхности Земли, а в гидротермальных системах на дне океана.
Там горячая щелочная вода, выходящая из недр, смешивается с более кислой океанской водой, а на границе между ними возникает устойчивый электрохимический, точнее протонный, градиент. Именно он может поддерживать биохимические реакции. Крошечные поры в минерализованных породах при этом работают как естественные микрореакторы, по своей организации напоминающие клетки.
Биохимик Ник Лейн из Университетского колледжа Лондона, один из ведущих специалистов по происхождению жизни, объяснил: подобные гидротермальные системы представляют собой лабиринты взаимосвязанных клеткоподобных пор, а перепад pH между ними и океанской водой может поддерживать естественную протонную движущую силу.
Идея гидротермальных источников позволяет объединить гипотезы великих ученых прошлого и превратить их в проверяемую теорию. В 1866 году Эрнст Геккель, которого называли «немецким Дарвином», предположил, что жизнь могла возникнуть из инертной, неорганической материи. В 1944 году физик Эрвин Шрёдингер показал, что жизнь — это открытая система, которая поддерживает свой порядок за счет обмена энергией со средой. А в 1960-х микробиолог Карл Вёзе выдвинул идею коммунальной ранней эволюции: на до-дарвиновском этапе прогеноты могли свободно и широко обмениваться генами, прежде чем возникли устойчивые эволюционные линии.
Затем, в 1985 году, физик Фримен Дайсон взял идею Шрёдингера и соединил с прорывной работой микробиолога Линн Маргулис. Маргулис убедительно доказала, что сложные клетки растений, животных и грибов произошли от древнего акта симбиоза двух более простых клеток. Вдохновленный этим, Дайсон предположил, что у жизни было два выхода. Сначала появились ранние версии клеток — протоклетки, в которых запустились метаболические процессы, поставляющие энергию. Позже, по его мысли, возник способ хранения генетической информации в виде цепочки РНК. И эти две протоформы жизни слились через процесс, похожий на симбиоз.
Сегодня эти идеи проверяют в опытах. В лаборатории Ника Лейна исследовательница Фэйсюэ Лю воспроизводит одну из первых стадий метаболизма — реакцию углекислого газа и водорода, дающую простые органические соединения вроде формиата и ацетата. Она использует Y-образную установку, имитирующую гидротермальный источник. В одну ветвь Y подается океанская жидкость, в другую — жидкость из источника. Весь процесс идет в камере без кислорода, в условиях, близких к условиям атмосферы древней Земли. Специальный чип улавливает любые органические молекулы, которые рождаются в потоке.
Один из самых интересных выводов последних лет заключается в том, что многие молекулы способны к самосборке, а некоторые протометаболические реакции и сети могут возникать без ферментов и генетического контроля. В таких системах химические компоненты идут по термодинамически и кинетически выгодным путям, стремясь к более устойчивым состояниям. Как мяч катится вниз по склону к более устойчивому положению, так и химические системы движутся по предпочтительным путям реакции. Поэтому в предбиологической химии могут самопроизвольно возникать предшественники нуклеотидов, а в метеоритах и образцах астероидов находят аминокислоты, нуклеобазы и другие органические соединения, важные для происхождения жизни.
Самое убедительное объяснение связано с тем, что многие ключевые метаболические реакции могли возникнуть раньше генетического контроля. Один из древнейших таких путей — ацетил-КоА, или путь Вуд–Льюнгдаля, который в современной биологии встречается у ряда анаэробных бактерий и архей. Билл Мартин показал, что этот путь, по всей вероятности, очень древний и мог существовать в химической форме до появления ферментов и генов, которые позже его закрепили и усложнили.
Есть и другой важный аргумент: в мягких предбиологических условиях ацетилфосфат способен фосфорилировать ADP до ATP в воде, особенно в присутствии Fe³⁺. Авторы этой работы показывают, что ATP мог появиться не как чудо, а как продукт химически благоприятной среды, а затем уже стать универсальной энергетической валютой клеток. В этом смысле важно не только то, что именно образуется, но и то, как сама геохимическая среда может вести к возникновению протометаболизма.
Дайсон считал, что метаболические процессы в протоклетке подготовили почву для «вторжения» РНК. Но Харрисон, Лейн и их коллеги предлагают другую картину. Они обнаружили, что случайные нуклеотиды, которые образуются в общем «бульоне» протоклетки, могут служить шаблонами для создания пептидов — цепочек аминокислот, из которых состоят белки. Так появляется информация.
Сперва она случайна, но затем начинает свободно преобразовываться в функцию. Иными словами, в протоклетке, где уже идет метаболизм и есть источник энергии, автоматически возникает основа генетического кода. А это означает, что вступает в действие естественный отбор. Если у вас есть функция и вы наследуете этот кусочек информации через ген, вы с большей вероятностью выживете, и тогда естественный отбор действительно начинает работать.
Этот путь помогает обойти классическую проблему исследований происхождения жизни — замкнутый круг между наследственностью и трансляцией. Чтобы обеспечить генетическую наследственность, нужна система трансляции, которая переводит информацию из нуклеиновых кислот в белок. В современных клетках эту задачу выполняет рибосома: она считывает мРНК и собирает белок из аминокислот. Но такая система сама должна была когда-то возникнуть в ходе эволюции, а эволюция, в свою очередь, невозможна без наследственности. Получается замкнутый круг.
Ракель Нуньеш Палмейра, которая тоже работает в Университетском колледже Лондона, задалась вопросом: а что, если существует некая трансляция, которая может происходить до появления всего этого механизма, естественным образом, без ферментов? Эволюция может идти без сложного молекулярного оборудования. Нуньеш Палмейра, Лейн и их коллеги смоделировали, как это может работать. Они выяснили, что случайные последовательности РНК из нуклеотидов действительно могут «затвердевать» в отдельные гены, которые кодируют белки с конкретной функцией — например, стимулируют рост протоклетки. Для действия естественного отбора нужны наследственность, изменчивость и разный успех. Модель показывает, что первыми возникают те участки РНК, которые кодируют рост протоклетки, например превращение углекислого газа в органические соединения.
Возвращаясь к идее Дайсона, здесь РНК и протоклетка не являются отдельными индивидами. РНК — не вторгающийся паразит, а неотъемлемая часть метаболических процессов в протоклетке. Это больше похоже на то, что представлял себе Карл Вёзе. Он тоже предполагал, что трансляция произойдет естественно, что белки будут создаваться случайными фрагментами РНК, поскольку между нуклеотидами и аминокислотами существует химическое сродство.
Но Харрисон предостерег: даже если однажды мы создадим в лаборатории работающую, размножающуюся протоклетку, это не будет означать, что мы доказали, как именно эволюционировала жизнь. Всегда останется вопрос: решили ли мы загадку происхождения жизни или всего лишь нашли один из возможных вариантов происхождения? Существует множество альтернативных гипотез.
Однако есть способ проверить, верна ли эта схема. Можно посмотреть на другие планеты, говорит Нуньеш Палмейра, и увидеть, приводит ли химия к метаболизму похожим образом. И такие проверки уже начались.
В марте 2026 года ученые, анализировавшие образцы с астероида Рюгу, сообщили об обнаружении всех пяти канонических азотистых оснований, входящих в состав ДНК и РНК: аденина, гуанина, цитозина, тимина и урацила. Это первый случай, когда полный набор этих молекул был найден в образцах внеземного происхождения. Эти единицы генетического кода были найдены прямо в космической породе. Новость широко осветили как доказательство того, что жизнь могли занести на Землю извне. Но это не самый интересный вывод.
Обнаружение этих ингредиентов поддерживает идею, изложенную выше: азотистые основания и, возможно, даже гораздо более крупные молекулы РНК и ДНК легко образуются повсеместно. Все ингредиенты, необходимые для жизни, также нашли на астероиде Бенну. Харрисон говорит: ему это все больше кажется просто термодинамическим минимумом, возможно, в масштабе Вселенной. Даже метаболические процессы выглядят как примеры врожденных химических «желаний».
Пожалуй, само определение жизни можно свести к следующему: жизнь — это биохимический процесс, который стремится к термодинамическому минимуму. Нам не нужно воображать, что жизнь зажглась сверхъестественным пальцем или ее доставили на Землю метеориты. Жизнь — это просто процесс химии.
Ник Лейн замечает: удивительно, но если взять водород и углекислый газ, то образование клеточной биомассы термодинамически выгодно. Мало того что жизнь может быть очень распространена по всему космосу, так еще и химическое сродство означает, что жизнь может иметь сходные генетические строительные блоки. Спутник Сатурна Энцелад, на котором есть гидротермальные источники, похожие на земные, выглядит отличным местом для поиска.
Post Scriptum
Новая картина происхождения жизни не совсем совпадает с симбиотическим слиянием двух сущностей, которое представлял Дайсон. Скорее, речь идет о ранней молекулярной кооперации между химическими реакциями, цепочками РНК и пептидами. Если понимать симбиоз строго как сосуществование двух разных видов, то к самым ранним этапам жизни этот термин неприменим: тогда еще не существовало отдельных видов в современном смысле. Ближе к этой картине — идея Карла Вёзе о коммунальной, коллективной эволюции, в которой древние клеточные формы обменивались генетическим материалом и развивались как единая система. Первичный бульон был не набором изолированных единиц, а общей средой химического и биологического обмена. Жизнь начиналась не с одной готовой клетки, а с сообщества, в котором химия, наследственность и отбор постепенно собирались в единое целое.
-----
Еще больше интересных постов в нашем Telegram.
Заходите на наш сайт, там мы публикуем новости и лонгриды на научные темы. Следите за новостями из мира науки и технологий на странице издания в Google Новости