Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции

С целью анализа свойств этих сетей и составляющих их ячеек было проведено значительное число экспериментов и построено множество математических моделей. Было показано, что мембраны сетей полупроницаемы, так что сложные органические молекулы, включая азотистые основания, аминокислоты, сахара и жирные кислоты, оказываются изолированными в ячейках, в то время как небольшие органические молекулы и радикалы, такие как ацетат и метан, свободно сквозь них диффундируют (Mielke et al., 2010). Таким образом, ячейки представляются идеальной средой для различных реакций органического синтеза, от самых простых и фундаментальных, таких как восстановление CO₂ молекулярным водородом с получением ацетата, до сложных реакций, например синтеза полинуклеотидов и пептидов, — иными словами, «происхождения биохимии» (Martin and Russell, 2007). Опытов по химии неорганических сетей пока проведено недостаточно, но компьютерное моделирование показывает, что при наличии температурного градиента, неизбежно представленного в гидротермальных источниках, может быть достигнута чрезвычайно высокая концентрация малых молекул и полимеров (Baaske et al., 2007). Такая концентрация органических молекул способна существенно облегчить различные реакции, маловероятные в ином случае, включая полимеризацию нуклеотидов и лигирование РНК (Koonin, 2007c). Хотя мембраны неорганических ячеек (Рассел заходит столь далеко, что называет их протоклетками), по всей видимости, непроницаемы для биологически важных мономеров, сами эти мембраны относительно неустойчивы (словами Рассела, «хлипкие мембраны»), так что ячейки должны разрушаться и соединяться вновь, распространяя свое содержимое. Как мы уже говорили в главе 11, в результате, вероятно, происходит отбор на уровне ячеек.

При изучении событий, случившихся лишь однажды, притом около 4 миллиардов лет назад, важно не держаться одной-единственной модели, а, так сказать, распределять свои ставки. Армен Мулкиджанян предложил существенно отличную модель неорганических ячеек, приписав роль инкубаторов самых ранних форм жизни другому виду отложений, пребывающих на меньших глубинах и при более низких температурах и состоящих в основном из сульфида цинка (Mulkidjanian, 2009). В этой модели источником энергии органических реакций является ультрафиолетовое излучение, достигающее тех небольших глубин, где находятся отложения сульфида цинка. Кроме того, сульфид цинка значительно превосходит сульфид железа в качестве катализатора и в то же время является менее реактивным химическим веществом, не оказывающим разрушительного влияния на такие лабильные молекулы, как РНК[131].

Несмотря на то что модели Вахтершаузера, Бароса, Рассела и Мулкиджаняна отличаются существенными аспектами, они объединены общими чертами, более важными, чем их различия. В каждой из этих моделей жизнь образовалась в особых местах обитания и в особых условиях, в которых неорганические ячейки способствуют накоплению органических молекул в высокой концентрации, обладают каталитическими поверхностями и обеспечивают градиент усвояемой энергии, способной поддерживать первичный органический синтез. Эти общие признаки, вероятно, должны быть частью любого стремящегося к реалистичности сценария происхождения жизни.

Радикальная альтернатива: космология вечной инфляции, переход от случайности к биологической эволюции в истории жизни и переоценка роли крайне редких событий в эволюции[132]

Как уже отмечалось выше, ситуация в области происхождения жизни в целом видится довольно мрачной. Даже при (весьма нетривиальном) предположении, что мономеры, такие как НТФ, изобильны и доступны, проблема синтеза достаточно стабильных полимеров с регулярной структурой (РНК) чудовищно сложна, а проблема происхождения репликации и трансляции таких первоначальных молекул РНК еще сложнее. В этой книге неоднократно подчеркивалось, что эволюция путем естественного отбора и дрейфа может начаться только после возникновения достаточно точной репликации, причем даже на этой стадии эволюция трансляции остается весьма проблематичной.

Рис. 12-6. Добиологическая и биологическая стадии происхождения жизни: переход от антропной причинности к биологической эволюции.