Возникновение жизни — одна из самых сложных загадок природы. Ископаемые и биологические данные привели учёных к мысли, что первые клетки на нашей планете появились около четырёх миллиардов лет назад, но что именно стало катализатором?
В 1871 году в письме к ботанику Джозефу Гукеру Чарльз Дарвин размышлял о том, могла ли жизнь начаться «в каком-нибудь тёплом маленьком пруду, где были и аммиак, и фосфаты, и свет, и тепло, и электричество, и т. д.». Специалисты затем пришли к тому, что жизнь возникла в подводных гидротермальных источниках, однако новое исследование говорит о том, что Дарвин, возможно, был прав.
Армен Мулкиджанян из Университета Оснабрюка (ФРГ) и НИИ физико-химической биологии им. А. Н. Белозёрского (РФ) и его коллеги предполагают, что внутренние водоёмы, содержавшие сгущённые и остывшие геотермальные испарения, имели идеальные характеристики для того, чтобы послужить источником жизни. Вывод практически полностью основан на химии современных клеток. Цитируя наблюдения, выполненные в 1926 году биохимиком Арчибальдом Макаллумом (он показал, что состав цитоплазмы современных клеток разительно отличается от состава морской воды), и допуская, что клетки мало изменились за четыре миллиарда лет, исследователи предполагают, что химия современных клеток содержит намёки на то, в какой среде образовалась жизнь.
В сердце гипотезы — ионы определённых металлов. Тем самым специалисты развивают идеи статьи 2009 года, в которой г-н Мулкиджанян и Михаил Гальперин из Национального центра биотехнологической информатики (США) предположили, что первые клетки развились в богатой цинком среде. «Во всех живых клетках, — подчёркивает г-н Мулкиджанян, — цитоплазма насыщена ионами калия, цинка, марганца и фосфат-ионами, которые нельзя назвать распространёнными в морских средах, и содержит меньше ионов натрия, чем внешнее окружение».
Подобный состав, утверждают исследователи, можно найти только там, где горячая гидротермальная жидкость доставляет ионы на поверхность планеты, то есть в гейзерах, грязевых котлах, фумаролах и т. п. В этих дымящихся и булькающих резервуарах вода, насыщенная ионами цинка и марганца, могла собраться и охладиться в мелких прудиках, которые со временем (кора-то земная не стоит на месте) отъехали от геотермальных «горячих точек». Увы, найти подобные «инкубаторы», как называет их г-н Мулкиджанян, в геологической летописи практически невозможно. Первобытные пруды должны были обладать высокой кислотностью и, скорее всего, не сохранили следов первой жизни. Тем не менее их условия можно воспроизвести в лаборатории, чем исследователи и планируют заняться.
Гипотезу отчаянно критикуют. Ник Лейн из Университетского колледжа Лондона (Великобритания) указывает на целый ряд несоответствий биологическим и геологическим данным. «Четыре миллиарда лет назад почти наверняка на планете было очень мало суши, и она была нестабильной, быстро разрушалась», — отмечает эксперт. В таких условиях жизнь, буде возникла она в мелких прудиках, едва ли смогла бы закрепить свои первые успехи.
Г-н Лейн недоволен и той идеей, от которой отталкивались учёные: «Если мы предполагаем, что ионный состав первобытных клеток отражает состав океана, то это означает, что мы предполагаем равновесие между клетками и их средой, а это почти всё равно что объявить клетки неживыми. Клеткам нужен динамический дисбаланс — вот что такое быть живым».
Молекулярный биолог Джек Шостак из Гарвардской медицинской школы (США) считает, что зоны геотермальной активности и впрямь имеют характеристики, подходящие для «инкубатора», но мы не можем быть уверенными в том, что химия современных клеток отражает условия возникновения первых клеток. Ему не нравится идея г-на Мулкиджаняна о том, что высокий показатель отношения калия к натрию в современных клетках свидетельствует о древности их химии. Возможно, клетки приобрели способность создавать и удерживать этот показатель исключительно в своих собственных функциональных интересах, то есть независимо от той среды, в которой они возникли.
Одним словом, скептики полагают, что характеристики современных клеток — это намёк не на состав «первобытного бульона», а на то, что отличает живое от неживого.