Одиноки ли мы во Вселенной? Ведущие учёные мира о поисках инопланетной жизни

Если вы ничего не знаете о бактериях и археях, то, вероятно, считаете эту тему скучной и примитивной. Ничего подобного! Они господствовали первые 3 млрд лет существования жизни на Земле и «изобрели» все важнейшие биохимические процессы — от фотосинтеза и фиксации азота до дыхания. Даже сейчас мы не сможем без них выжить. Но самой важной для нас на сегодняшний день является возможность сравнить подробно изученную биохимию этих двух групп организмов и попытаться понять, каким мог быть их общий предок — LUCA. Например, бактерии и археи хранят наследственную информацию в ДНК, кодирующей последовательность строительных блоков (аминокислот) в белках. У обеих групп этот код совершенно одинаков — это так называемый универсальный генетический код. Можно предположить, что и LUCA уже обладал генетическим кодом, ДНК и белками.

Чем еще? Мы можем почти наверняка утверждать, что он был автотрофом, т.е. получал все необходимое для роста из неорганической материи — минералов и газов, а не «поедал» органику. Самые древние бактерии и археи, по-видимому, питали свою жизнедеятельность такими газами, как водород и углекислый газ, — как, вероятно, и LUCA. Он почти наверняка не занимался фотосинтезом (следовательно, не нуждался в свете Солнца), поскольку этим изощренным процессом владеют только бактерии, но не археи. Однако водород и углекислый газ не слишком химически активны. Видимо, LUCA использовал протонодвижущую силу — электрический заряд на своих мембранах, — чтобы заставлять их вступать в реакцию с помощью минеральных веществ, содержащих железо и серу и выступающих в качестве катализатора — ускорителя естественных реакций. Эти черты наблюдаются в обеих группах одноклеточных живых организмов, следовательно, должны были иметься и у их общего предка.

Однако самым интересным является то, что отличает два базовых домена. Прежде всего, это фундаментальная разница клеточных мембран и стенок, отделяющих внутренность клетки от окружающей среды, у бактерий и архей. Это и механизм, создающий электрическое поле. Очевидно, LUCA тоже был автотрофом и использовал электрический заряд на своей клеточной мембране для осуществления медленной реакции между углекислым газом и водородом. Тем не менее эта мембрана, играющая столь важную роль, у современных бактерий и архей непостижимым образом отличается, как и механизм генерации заряда.

Как это объяснить? Имеется несколько возможных вариантов, по которым специалисты, занятые решением этой проблемы, никак не могут прийти к согласию. Одно из объяснений является особенно привлекательным, поскольку напрямую указывает на источник всей жизни и ее возникновение в чрезвычайно специфической среде. Возможно, LUCA пользовался электрическим зарядом на мембране, не умея его создавать, поскольку получал этот заряд в готовом виде из среды обитания.

Электрическая колыбель жизни

Именно такая среда — гидротермальный источник специфического типа — была впервые предложена в качестве колыбели земной жизни в конце 19З0-Х гг. Майком Расселом, ныне работающим в Лаборатории реактивных двигателей НАСА в Пасадене. Его не остановило даже то, что в те времена такие источники не были известны. Десятилетие спустя, в 2000 г., возле Срединно-Атлантического хребта было открыто новое гидротермальное поле, отвечавшее всем критериям, предсказанным Расселом. Поле, получившее название Лост-Сити, явилось результатом не вулканической активности, а химической реакции скальных пород океанского дна и морской воды. Вследствие этого процесса возникли гидротермальные источники с сильной щелочной реакцией, как у отбеливателей, бурлящие газообразным водородом. На наш взгляд, это агрессивная среда, но именно водород требуется большинству древних бактерий и архей для роста. Более того, источники Лост-Сити пронизаны сложными лабиринтообразными структурами крохотных пор с тонкими стенками из неорганических веществ. Поры не только напоминают строением живые клетки, но и имеют на стенках электрический заряд — источник природной протонодвижущей силы, обеспечиваемый разницей концентрации протонов в гидротермальных жидкостях (бедных протонами) и в относительно кислотной (богатой протонами) морской воде, которые смешиваются друг с другом в границах источников.