Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле

Прошло еще 150 лет, и клетки выявились буквально повсюду. По мере того, как под микроскопы попадали новые ткани, биологи обнаруживали все больше новых клеток. Клетки мозга, клетки крови, клетки печени, мышечные клетки, отдельные нервные клетки длиной более одного метра, раздавшиеся вширь яйцеклетки и резво виляющие хвостами сперматозоиды. Казалось, нет в человеческом теле и других организмах ничего, что не состояло бы из клеток.
В 1838 году немецкий ботаник Маттиас Шлейден сказал то, что многие его современники-биологи давно предполагали, однако не озвучивали. В работе с пышным заглавием “Дополнения к нашим знаниям о фитогенезе” (Contributions to Our Knowledge of Phytogenesis) Шлейден описывает анатомическое строение и рост растений и отмечает: именно клетки являются основой того, что делает растение растением[26]. Он подчеркивает, что “рост растения сводится исключительно к образованию клеток внутри других клеток”.
Тем временем другой немецкий биолог, Теодор Шванн, рассматривал в микроскоп клетки животных. Предполагается, что двое этих ученых как-то за обедом поговорили о работе и Шванн осознал сходство между изучаемыми Шлейденом растительными клетками и клетками животных, объектами своего изучения. В результате в 1839 году вышла его книга “Микроскопические исследования в области сходства структуры и роста у животных и растений” (Microscopical Researches into the Accordance in the Structure and Growth of Animals and Plants). В ней Шванн делает следующий очевидный шаг и заявляет, что не только растения, но и вообще все живые организмы в качестве основы имеют клетки[27]. Именно это объединяет синего кита с красным мухомором. Вопреки всем их различиям оба состоят из одинаково устроенных клеток.
“До чего же велико различие между мышечной и нервной клетками, между последними и клеточной тканью (которая используется только применительно к растениям), эластичной и ороговевшей тканями, и так далее, – пишет Шванн, прилагая все усилия к тому, чтобы читатель понял особую важность этих слов. – Однако когда мы обращаемся к истории развития данных тканей, мы понимаем, что все это многообразие форм объединяет происхождение от клеток и только от клеток, которые совершенно аналогичны таковым у растений и которые демонстрируют потрясающее сходство в некоторых самых существенных процессах, которые они сами и делают возможными”.
Суть идеи Шванна заключалась в том, что все живое либо состоит из клеток, либо, если речь идет о чем-то вроде ногтей и перьев, создано клетками. Позже она получила название “клеточная теория”, и в наши дни ее правильность не вызывает сомнений.
Как одна клетка может породить другую? Ответ на этот вопрос отыскивался постепенно, на протяжении 1830-х годов, по мере того, как ученые наблюдали за данным процессом в свои микроскопы[28]. Все оказалось очень просто: клетка умеет делиться надвое. Если она имеет сферическую форму, то сначала образует посередине перемычку. Затем перемычка постепенно сужается, и клетка приобретает форму галстука-бабочки. Наконец перемычка исчезает, и вместо единственной материнской клетки мы имеем две дочерние.
Последний штрих был нанесен биологом Робертом Ремаком[29], уроженцем Пруссии. Он пришел к выводу, что процесс деления клеток является единственным путем образования новых клеток. В 1840-е – 1850-е годы Ремак опубликовал целый ряд доказательств, но их никто не принял всерьез. Вдобавок – из-за иудейского вероисповедания – Ремаку много раз отказывали в получении профессорского звания, которого тот, несомненно, был достоин. В итоге идеи Ремака распространились благодаря Рудольфу Вирхову, который в 1855 году свел их к лаконичному Omnis cellula e cellula (лат. “клетка возникает только от клетки”). К тому времени Вирхов построил чрезвычайно успешную карьеру (он уже стал первооткрывателем лейкемии, и ему предстояло сыграть важную роль в создании общественного здравоохранения), однако не счел нужным как-либо упомянуть вклад Ремака. Лишь спустя три года он с неохотой и оговорками признал, что использовал работы своего предшественника.
 
Эта череда открытий (и один случай откровенного плагиата) привела к ответу на наш вопрос. Итак, поскольку все живое вокруг нас состоит из клеток, то, наверное, и первый живой организм тоже был клеткой – хотя, разумеется, более простой, чем современные клетки. И в этом случае вопрос “Как началась жизнь?” сводится к вопросу “Как возникла самая первая клетка?”
Здесь кое-кто из читателей может запротестовать. Разве вирусы – это не нечто несомненно живое и устроенное еще более просто, чем клетки? Все-таки вирусы намного меньше – недаром же их открыли только в 1890-е годы, когда миновало уже больше двух столетий с того дня, как Левенгук заприметил своих анималькулей. Обычный вирус – это всего лишь оболочка, в которую упаковано небольшое количество генов. Однако именно эта простота и делает вирусы плохими кандидатами на звание первого организма. Вирусы упростились настолько, что оказались неспособны к самостоятельному существованию. Для размножения и процветания им абсолютно необходимо проникнуть в клетку и завладеть ее внутренней машинерией, так что вирусы, пожалуй, все же не являются живыми в полном смысле этого слова. Очень может быть, что в ходе эволюции они возникли после клеток, на которых и начали паразитировать. Видимо, первой жизнью могли быть только клетки.
Теперь давайте обратимся к вопросу о месте зарождения жизни. Уж на него-то ответить совсем не трудно. Единственное известное нам место, где существует жизнь, это Земля. Поэтому будет естественным считать, что именно наша планета является местом зарождения жизни. Однако некоторые ученые полагают иначе: по их мнению, жизнь зародилась где-то за пределами нашей планеты и лишь потом была перенесена на Землю. Существует ряд вариантов этой так называемой “панспермии”; подробнее мы поговорим о ней в 6 главе. Пока же отметим, что, несмотря на активные поиски, жизнь в космосе обнаружить не удалось – скорее всего, это подрубает данную идею на корню.
Остается вопрос времени. Как долго было открыто окно возможностей для возникновения на Земле жизни? Чтобы понять это, необходимо выяснить, во-первых, возраст планеты Земля и, во-вторых, как давно на ней существует жизнь, то есть, по сути, узнать возраст наиболее древних свидетельств жизни.
Первым был получен ответ на вопрос о возрасте Земли.
Обсуждение этой темы обычно начинается с насмешек над ирландским архиепископом Джеймсом Ашшером, который в 1650 году заявил, что Земля была создана Богом в момент наступления темноты 22 октября 4004 года до Рождества Христова[30]. Ашшер получил эту дату путем сложения возраста ключевых действующих лиц Библии, дополнительно сверяясь с современными ему сведениями из древней истории, а также астрономии. Спору нет, Ашшер безнадежно ошибся, однако высмеивать его все-таки несправедливо. Труды Ашшера были написаны до того, как возникла наука в современном ее понимании. К 1650 году Коперник и Галилео Галилей уже внесли свой вклад в копилку знаний, однако Исааку Ньютону было всего восемь лет, а геологии как самостоятельной науки не существовало вовсе. С учетом этого вычисления Ашшера следует признать очень тщательными. Палеонтолог Стивен Джей Гулд мужественно защищал Ашшера, подчеркивая сложность построения временной шкалы на основе Библии, которая часто не указывает даты и вынуждает проводить параллели с историей Рима и Персии[31]. “Ашшер являл собой пример лучшего академического ума своего времени”, – пишет Гулд. Единственной ошибкой епископа было считать (подобно многим его современникам) Библию совершенно надежным источником.
За два следующих века ученые выяснили, что горные породы земной коры образуют отдельные слои и что более глубокие слои старше тех, которые расположены ближе к поверхности. Каждый из слоев относится к определенному периоду истории Земли – этим периодам позже дали названия, такие, к примеру, как “юрский”. К середине XIX столетия геологи (включая Чарльза Лайеля) пришли к выводу, что слои образовались в ходе длительного и постепенного отложения мелких частиц, – но вот установить их точный возраст возможным пока не представлялось.