Содержание
У человечества есть два старых вечных вопроса. Первый касается происхождения всего сущего, самой Вселенной. Второй вопрос касается того, как безжизненный мир мог спонтанно породить самовоспроизводящиеся организмы, которые впоследствии заселили нашу планету. Эти два вопроса о происхождении имеют общий набор взаимосвязей.
Первый связан с грандиозной Общей теорией относительности Эйнштейна, описывающей фундаментальную природу пространства и времени, и Стандартной моделью физики частиц, которая предлагает витиеватые описания квантовых полей, возникших после Большого взрыва. Второй вопрос посвящен геобиохимии репликации РНК в гидротермальных источниках, а также информационно-теоретическим проблемам исправления ошибок при такой репликации.
Какими бы разными ни казались эти темы, они обе подталкивают ученых к самому передовому рубежу творческой мысли.
Только туман за горизонтом
Проблема происхождения жизни и Вселенной упирается в проблему горизонтов.
На Земле, в ясный день и на относительно ровной местности, горизонт – это просто самая дальняя граница между поверхностью и небом, которую можно увидеть, эта граница определяется кривизной планеты. Для среднего человека видимый горизонт составляет чуть меньше 5 километров. Таким образом, горизонт представляет собой принципиальное ограничение, налагаемое физическими причинами, на то, как далеко вы можете видеть.
Космология и происхождение жизни – это тоже своего рода горизонты. И эти горизонты определяют, как исследователи должны решать свои фундаментальные вопросы.
В космологии самый важный горизонт наступает всего через 300 тысяч лет после Большого взрыва, во времена короткого перехода, называемого рекомбинацией. До рекомбинации Вселенная была достаточно горячей и плотной, чтобы представлять собой однородную массу, состоящую в основном из электронов, протонов и нейтронов, а также фотонов.
Фотоны интенсивно взаимодействовали с заряженными частицами. Ни одна частица света не могла пролететь очень далеко, не рассеявшись на электроне. Это был своего рода горизонт для света и он называется поверхностью последнего рассеяния.
Таким образом, материя и свет во Вселенной были сильно связаны между собой. По мере расширения и охлаждения космоса частицы материи в конце концов замедлились настолько, что противоположно заряженные электроны и протоны смогли найти друг друга. Они объединились в пары и образовали первые атомы водорода. Как только это произошло, фотоны лишились “партнеров по танцу” – водород не соединяется с излучением так крепко, как это делали когда-то свободные электроны. И вот, однажды получив возможность беспрепятственно носиться по космосу, фотоны сегодня заполняют Вселенную в виде космического микроволнового фонового излучения.
Для нашего обсуждения важно то, что рекомбинация очертила горизонт того, как далеко в прошлое мы можем заглянуть с помощью света. Существует то, что ученые называют поверхностью последнего рассеяния, которая является местом во времени, где произошла рекомбинация – где эти фотоны внезапно были отпущены на свободу. Поверхность последнего рассеяния похожа на туман. Сквозь него невозможно увидеть, как выглядела Вселенная за ним или до него.
Неизвестный предок жизни
Изучение жизни на Земле и ее происхождения также имеет горизонт видения, и у него есть название. Он называется LUCA: Last Universal Common Ancestor – Последний универсальный общий предок.
Мы знаем, что эволюция на Земле (и, вероятно, в любом другом месте во Вселенной) происходит в рамках процесса, называемого “происхождение модификационной изменчивости”. Организмы размножаются и передают свои гены детям. Время от времени происходят случайные мутации. Если они приводят к улучшению приспособленности к окружающей среде, то могут появиться совершенно новые организмы.
Используя различные методы, биологи нанесли на карту древо взаимоотношений между живыми существами за всю долгую историю обитания Земли, насчитывающую более трех миллиардов лет. Они смогли увидеть, когда различные линии жизни отделились друг от друга. Например, люди, шимпанзе и бонобо имеют общего предка, жившего около шести миллионов лет назад. Люди и акулы имеют общего предка, жившего около 440 миллионов лет назад.
Благодаря подобным исследованиям биологи могут проследить, как все живое восходит к одному виду организмов. Базовые структуры биохимии этого организма, включая использование ДНК, являются теми, которые сегодня использует каждая форма жизни на Земле (за исключением некоторых вирусов, которые используют РНК – если считать вирусы видом жизни).
Мы мало что знаем об этом древнейшем существе. У нас нет прямых ископаемых свидетельств его существования. Но мы можем сделать вывод о том, что он существовал на основании древа жизни. Должен был существовать последний универсальный общий предок, который дал начало всей жизни на Земле.
Признание LUCA – это триумф современной биологической науки. Но это также и горизонт, за который мы не можем заглянуть, подобно поверхности последнего рассеяния. LUCA – это место, где заканчивается прямой след, и это оставляет нам много больших вопросов. Могла ли, например, жизнь на Земле возникать несколько раз? Возможно, существовали разные версии саморепликаторов, но победила та, что привела к LUCA. Что предшествовало LUCA в его собственной линии? В конце концов, ведь LUCA представляет собой живую форму, от которой мы все произошли, и не обязательно, что от него зародилась вся жизнь. Подобно космологам, продвигающимся все дальше назад в космической истории, биологи должны проявлять творческий подход, стремясь продвинуться еще дальше в туманные глубины времени.
Пределы познания
Самое замечательное во всем этом то, что это раскрывает нечто очень фундаментальное в науке. Горизонты существуют потому, что доказательства сопровождаются ограничениями, которые мы не знаем, как преодолеть. Это означает, что не на каждый прямой вопрос можно найти прямой ответ. След может просто исчезнуть. И в этот момент возникает самый интересный вопрос из всех: Что делать дальше?
Читайте также: Новый взгляд на происхождение жизни переосмысливает рак и старение