Ирина Лагунина: Один из самых сложных и спорных вопросов современной биологии - это вопрос о происхождении жизни. Зародилась ли жизнь на нашей планете или, может быть, занесена к нам из Космоса? В каких физических и химических условиях могла появиться жизнь? О современных научных подходах к изучению этих вопросов рассказывает член-корреспондент РАН, руководитель лаборатории Докембрия Палеонтологического института Михаил Федонкин. С ним беседуют Александр Костинский и Александр Марков.
Александр Костинский: Михаил Иванович, давайте начнем немножко с истории. Потому что и у нас в стране был очень популярен академик Опарин, были такие курьезны, как Лепешинская, которые открывали из неживого живое. Но в общем-то какие-то подходы были.
Михаил Федоткин: Мне кажется, как только природа взглянула на самое себя глазами человека, этот вопрос и возник - откуда мы, откуда это все появилось. Мифы о происхождении - это самые древние мифы, поскольку они всегда волновали людей издавна, и они самые живучие. Древние, для них очевидно было, что живое возникает из неживого. Из гниющего мяса личинки выползают, мухи вылетают. Из шерсти моль. Весной из земли появляется трава, вылезают лягушки. Теория абиогенеза, то есть живое из неживого, существовала долго и существует такой взгляд и поныне. Где-то в 17 веке появились научные эксперименты в этой области. Приведу пример флорентийского врача Франческо Реди. Он был врачом и был поэтом известным и был, конечно, естествоиспытателем. Он провел такой эксперимент: взял мясо, положил в чашу, закрыл тканью, а другое оставил открытым. Так вот то мясо, которое было открытым, оно начало гнить и там появились эти личинки мух и так далее. А то, что осталось под тканью, там этих личинок не появилось. Тогда еще о микробах не было представлений. И вот отсюда и родилась формула: все живое от живого. Это было доказательством, попыткой доказать, что живое может произойти от живого, все от яйца. Луи Пастер, он укрепил эту позицию в дальнейшем. И это долгий период существовало.
Александр Костинский: То есть две концепции: живое из неживого и живое от живого.
Михаил Федоткин: И вся наша жизнь на земле убеждает нас в том, что все живое от живого, все от яйца. Мы не видим процесса происхождения жизни на нынешней земле. Но знаете, весь парадокс в том, что на этой планете богатой жизнью, действительно сегодня жизнь, наверное, и не могла бы произойти. Это было связано прежде всего с присутствием кислорода.
Александр Костинский: Надо сказать, что кислород, как ученые считают, биологического происхождения.
Михаил Федоткин: Об это Вернадский еще писал. Интерес к происхождению жизни в какое-то время угас. И работы Александра Ивановича Опарина дали мощный импульс, интерес к этой проблеме. Опарин предложил свою концепцию происхождения жизни, он проводил свои эксперименты с коллоидными растворами, в которых какие-то вещества могли формировать что-то вроде капелек, иногда сфер. Как, допустим, масло, взвешенное в воде, оно не смешивается, а образует капельки. Некоторые из этих коллоидов могли формировать сферы, внутренняя среда которых отличалась от внешней среды, скажем. Но самое главное - была некая изолированность. Вся жизнь построена на градиентах, на отличии внешней среды клетки от внутренней среды.
Александр Костинский: Вообще надо сказать, что все известные нам существа, животные состоят из клеток и поэтому задача объяснения происхождения жизни, вообще говоря, сводится к задаче объяснения появления клетки.
Михаил Федоткин: Но мы знаем, что мембрана - это билипидный слой, жироподобное вещество формирует двойной слой. Собственно через нее идет транспорт вещества. Протонные насосы есть. Вот эта проблема изоляции пространства, но так, чтобы не была изоляция полная, она была проницаемой. Вот эта проблема и сейчас стоит. Со времен Опарина началась эпоха экспериментальных исследований в этой области. К проблеме происхождения жизни, как бьют туннель и физики, и химики, и биологи - это проблема явно мультидисциплинарная, и философы осмысливают эту проблему, что есть жизнь. О происхождении чего мы говорим? Определений понятия жизни очень много, ни одно из них не является исчерпывающим. Тут, вероятно, дело в том, что жизнь осуществляется как бы одновременно в разных масштабах пространства и времени. Есть какие-то процессы на субмолекулярном уровне, которые описываются языком квантовой механики. Химия - следующий этап. Дальше начинается физиология, физика, биофизика. И мы дальше переходим – организмы, экосистемы. И дальше мы выходим на процесс исторический, то, что называется эволюцией. И это масштаб времени не доли, какие-то тысячные секунды - это миллионы и миллиарды лет. И все это жизнь. Можно рассуждать о потоках энергии в клетках, входящих и выходящих, обмена веществ. Этот момент очень важный, я считаю. Можно определять жизнь исторически, как эволюция, что менялось на протяжении жизни. Можно и определять через происхождение, через противопоставление живое и неживое. Все эти определения имеют смысл. Но может быть и не удастся сделать одного определения. Довольно много говорят о панспермии. Панспермия – это теория, предложенная Аррениусом, шведским ученым.
Александр Костинский: Что жизнь пришла к нам с других планет.
Михаил Федоткин: Так называемый космический посев. И в космосе действительно обнаружено значительное количество разнообразных органических веществ. Допустим, ДНК, допустим, сформировалось ДНК где-то в космосе в космических условиях и на комете или на метеорите принесена на землю. Ну и то? Ведь ДНК работоспособна только внутри системы клетки, кирпичиков недостаточно, из которых состоит живой организм.
Александр Костинский: Может быть целую клетку принесло.
Михаил Федоткин: Теоретически клетка может пережить перенос в анабиозе, в замороженном виде. То есть теоретически это возможно. Но тут есть один момент: жизнь на земле существует не просто сама по себе в биосфере, как, скажем, в комнате - это непрерывный обмен среды внешней и внутренней среды клетки. Вот в этом обмене как две шестерни зубцы, геохимия древняя и биохимия древняя, как они начали взаимно действовать и сформировали то, что называется жизнь. И войти сюда с другой системы довольно мало шансов для выживания. Эта жизнь чужая, которая прилетела на землю, должна совпадать по многим вот этим параметрам, чтобы зубцы биохимии должны войти в зубцы шестеренки геохимической.
Александр Костинский: Как автомобиль, вы не можете автомобилем долго ездить в Африке, потому что там нет заправочных станций. Эта среда для автомобилей, заправочные станции и станции ремонта – это некая среда.
Михаил Федоткин: Я почему воспоминаю о древней земле, в которой зародилась жизнь. Эти условия должны быть бескислородные, восстановительная среда так называемая, чтобы сложные молекулы не разрушались, температура должна быть не выше, не ниже определенной. Жидкая вода должна быть. И таких параметров довольно много. Понимаете, получается так, что когда берешь масштабы Вселенной с ее крайними значениями, допустим, температура: в недрах звезд триллионы градусов и космический холод, и другие параметры, жуткая радиация. В этом факторном пространстве очень узкая щель, в которой жизнь возможна.
Александр Костинский: И мы через нее проскочили.
Михаил Федоткин: Но, понимаете, какая вещь: внутри этой узкой щели, факторного пространства жизнь не только возможна, она вероятна обязательно, закономерно возникнет. И здесь сейчас как раз основной фокус атаки современного естествознания. В каких условиях на древней Земле жизнь могла сформироваться, что для этого было необходимо. Если мы посмотрим на современные бактерии и архибактерии, если мы взглянем на это древо жизни, построенное на данных сравнительной геномики, то мы увидим очень интересную вещь. Мы увидим, что нижние ветви этого древа представлены так называемыми гипертермофилами - это в основном архибактерии или археи. Гипертермофилы - это организмы, которые живут при очень высоких температурах в горячих источниках, допустим, на дне океана или в гейзерах, которые рядом с вулканами. Некоторые при 80 градусах, мы палец обжигаем, если сунем в такую воду, а они замерзают при этой температуре, они не могут жить нормально.
Александр Костинский: При такой температуре должны распадаться некоторые химические соединения.
Михаил Федоткин: У них есть хитрые механизмы устойчивости. Многие из этих групп активно используют разные субстраты - это могут быть водород или его соединения, метан, некоторые метан производят, железо, серу и так далее. И это биохимическое разнообразие колоссальное. Второй интересный факт, что у них колоссальная толерантность, именно выносливость в широком спектре разных факторов. Эти факты могут говорить о первичной среде, что для них это родное, что они живут там, где жизнь может быть и произошла. Может быть они раньше доминировали на всей планете, сейчас только там, где сохранились такие условия, где горячие источники, минерализованные, химически очень богатые.
Александр Костинский: Три с половиной миллиарда лет назад Земля была совсем другой. Вообще, честно говоря, если нарисовать ее картину, никто не поверит, что это Земля - это какая-то другая планета.
Михаил Федоткин: Она может быть напоминала в значительной степени Венеру, то есть очень плотная атмосфера, непрозрачная, бескислородная.
Александр Костинский: В тех условиях, когда говорили, что непонятно, когда жизнь зарождается, современные организмы, ни один из них не мог бы в тех условиях выжить.
Михаил Федоткин: Это исключено. Поэтому намеки на то, каковы были первичные условия происхождения жизни, мы можем почерпнуть из физиологии современных архей или бактерий.
