Большая история. С чего все начиналось и что будет дальше

Большинство современных определений жизни на Земле включают в себя следующие пять характеристик:

1. Живые организмы состоят из клеток, окруженных полупроницаемой мембраной.

2. У них есть метаболизм (обмен веществ) – механизмы захвата и использования потоков свободной энергии из окружающей среды, которые позволяют, перестраивая с их помощью атомы и молекулы, получать сложные динамичные структуры, необходимые для выживания.

3. Они могут приспосабливаться к изменениям в окружающей среде с помощью гомеостаза, используя информацию о внутренней и внешней среде и механизмы, позволяющие на нее реагировать.

4. Они могут воспроизводиться, создавая с помощью генетической информации почти точные копии самих себя.

5. У копий есть незначительные отличия от родителей, поэтому за много поколений свойства живых организмов постепенно меняются по мере того, как те развиваются и приспосабливаются к изменениям в окружающей среде.

Рассмотрим все эти свойства по порядку.

Все живое на Земле состоит из клеток. В каждой клетке миллионы сложных молекул, которые множество раз в секунду вступают в реакцию друг с другом, пробираясь через соленое водянистое химическое месиво, полное белков, в клейком пространстве под названием «цитоплазма». Цитоплазма окружена своеобразной химической оградой, клеточной мембраной, которая контролирует, что поступает в клетку и что ее покидает. В мембране, как в стене средневекового города, есть ворота и есть стражники, которые решают, кто из молекулярных путников может войти и когда. Клетки действительно напоминают города. Питер Хоффман пишет в своей книге о них:

Здесь есть библиотека (ядро, где находится генетический материал), электростанции (митохондрии), шоссе (микротрубочки и актиновые филаменты), грузовики (кинезин и динеин), заводы по утилизации отходов (лизосомы), городские стены (мембраны), почтовые отделения (аппарат Гольджи) и множество других структур, которые выполняют жизненно важные функции. Все это – функции молекулярных механизмов[57].

Все живые организмы существуют за счет потоков свободной энергии, которые приходится аккуратно регулировать. Остановите поток, и они умирают, как осажденный город, вынужденный сдаться от голода. Но если поток слишком сильный, они тоже гибнут, как город от воздушной бомбардировки. Поэтому потоки энергии требуют очень тонкого управления. Обычно клетки принимают и используют крошечные порции энергии, по одному электрону или протону. Будучи достаточно маленькими, чтобы не вносить разрушений, такие потоки все же достаточно велики, чтобы дать энергию активации, необходимую для множества любопытных химических процессов. Этимологически термин «метаболизм» происходит от слова, которое означает «изменение». Это напоминает нам о том, что клетка никогда не бывает в покое. Как птица в полете, она использует энергетические потоки, чтобы продолжать подстраиваться под непрерывно меняющуюся среду.

Живым организмам нужно все время следить за изменениями в окружающей среде и приспосабливаться к ним. Эта постоянная подстройка называется сохраняющим гомеостазом. Чтобы сохранять определенное равновесие в переменных условиях, клетки должны всегда иметь доступ к информации о внутренней и внешней среде, загружать и расшифровывать эту информацию, выбирать лучшую реакцию, а затем реагировать. Слово «гомеостаз» означает «сохранение неподвижности», и это противоположность изменению. Но вы поймете, что это значит, если представите себе, что сохраняете неподвижность в нескончаемом вихре молекул клеточной среды.