Происхождение всего: От Большого взрыва до человеческой цивилизации

Тем не менее два других определения жизни отличают ее от огня. Во‑первых, реакция жизни не только потребляет материю, но и создает сложные молекулы, образующие «матрицу», с помощью которой катализируется больше таких же молекул, т. е. идет их воспроизводство. При этом не только ускоряются реакции, но и наследуется информация, полученная от предшествующих молекул. (Для сравнения: огонь не дублирует сложные молекулы, а создает простые – воду и углекислый газ.) Во‑вторых, жизнь развивается благодаря естественному отбору: если окружающая среда становится непригодной для поддержания химической реакции, существует вероятность, что жизнь сумеет к этому приспособиться (если изменение не произошло слишком быстро). Основано это на копировании предшествующих несовершенных организмов. Если новые поколения организмов выживают, значит, они чем‑то отличаются от своих прародителей, не являются их клонами. В этом суть дарвиновского естественного отбора: группа организмов или особей обладает достаточным внутренним разнообразием, в результате чего некоторые особи оказываются лучше приспособленными к неблагоприятным изменениям окружающей среды и выживают, а неприспособленные вымирают. Огонь не приводит к приспособлению, если окружающая среда слишком холодная или слишком влажная, он просто гаснет, не происходит отбора, в результате которого одни пожары приспосабливаются к холодной или влажной среде, а другие прекращают свое существование. Коротко говоря, жизнь – самоподдерживающаяся энергоемкая химическая реакция, чьи продукты – молекулы – катализируют или воспроизводят сами себя, и при этом они обладают достаточным разнообразием, чтобы эволюционировать путем естественного отбора, если окружающая среда станет непригодной (достаточно медленными темпами). Ну, получилось не совсем коротко.

Вся жизнь на нашей планете имеет клеточную природу, потому что химические реакции, поддерживающие жизнь, происходят внутри капсулы – клетки. Капсула окружена полужидкой мембраной, которая позволяет проникать внутрь питательным веществам и источникам энергии и защищает поддерживающие жизнь реакции от рассеяния или уничтожения (скажем, океанскими волнами). Возможно, самые ранние из таких капсул использовали для защиты пузырьки внутри лавовых пород вроде пемзы. Некоторые неклеточные формы жизни, такие как вирусы, представляют собой «свободно плавающий» генетический материал в защитной оболочке. Они обладают некоторыми признаками жизни, например подвержены действию естественного отбора, однако вирус может воспроизвести себя, лишь взломав клеточный механизм другого организма. Таким образом, являются ли вирусы живыми или нет – вопрос все еще не решенный.

Древнейшие известные ископаемые живые существа – это одноклеточные микроорганизмы (вроде бактерий) возрастом около 3,5 млрд лет. Возможно, жизнь на нашей планете существовала и раньше, но более древние ископаемые находки пока вызывают споры исследователей. Несмотря на большое разнообразие живых существ в настоящее время, основные компоненты для создания жизни практически не изменились почти за 4 млрд лет и для построения основных биологических структур нужно лишь несколько химических элементов.

Важнейшими элементами для возникновения жизни являются водород, углерод и кислород. Живые организмы неизменно получают их из источников воды и углекислого газа в атмосфере. Вода и углекислый газ необходимы не только для производства углеводов, которые служат материалом для построения тела растений и аэробным источником энергии; молекулы углеводов составляют и компонент генетического материала, РНК (рибонуклеиновой кислоты) и ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) – матриц, на которых происходит самовоспроизводство биологических молекул. Когда углеводы «восстанавливаются» путем удаления кислорода (в общем случае восстановление означает приобретение электронов, как правило, тех, которые кислород связывал в оксидном соединении), от них остаются углеводороды в виде жирных кислот, которые входят в состав липидов в клеточных мембранах и жировых клетках, где жиры хранятся как энергетический запас. Углерод и кислород также активно используются в других важных молекулах, о чем мы поговорим чуть ниже.