Горизонты научного поиска

Марчело Глайзер

Факультет физики и астрономии,
Дартмутский колледж, Ганновер, США

От зарождения Вселенной до появления разумной жизни

Четыре этапа развития астробиологии

(Продолжение. Начало в № 1, 2.)

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ЭТАП

Как только появляется жизнь или даже несколько раньше, на биомолекулярном, добиологическом уровне начинает свою работу естественный отбор Дарвина. Простейшая автономная единица жизни - это клетка. Тем не менее нет объяснения тому, как произошел переход между простыми и уже достаточно сложными структурами: от коацерватов (в данном случае небиологические объекты) с некоторой способностью раздваиваться до простейших известных нам клеток, прокариот. Цианобактерии (blue-green algae) и многие другие бактерии представляют собой прокариоты, т.е. простейшие клетки, где ДНК связана в спираль без мембраны, отделяющей ее от остальной клетки. В эукариотах, т.е. более сложных клетках типа тех, что имеются в нашем теле, генетический материал располагается в изолированном ядре.

При рассмотрении истории жизни на Земле оказывается, что одноклеточные организмы были вне всяких сомнений самыми выносливыми обитателями на планете. Цифры впечатляют: примерно от 3,5 миллиардов лет и до 1 миллиарда лет назад жизнь на Земле оставалась одноклеточной. В течение около 2,5 миллиардов лет жизнь на Земле состояла только из одноклеточных организмов, хотя некоторые организовывались в колонии. Эукариоты появились ближе к концу этого периода из-за коллективных усилий цианобактерий, когда благодаря присущему им фотосинтезу значительно увеличилось количество кислорода в атмосфере.

Этот факт заставляет нас сделать паузу. Изучая происхождение жизни, мы можем забыть о многоклеточных организмах. Звезды - это прокариоты. Решающий переход от одноклеточных к многоклеточным организмам, от наших амебоподобных предков к губкам, произошел из-за ряда невероятных факторов. Самое важное - рост количества кислорода в атмосфере от 2,7 до 2,2 миллиардов лет назад. В результате произошло параллельное образование озона вследствие воздействия солнечного ультрафиолетового света на кислород. Этот озон в свою очередь создал защитный слой между организмами и тем же самым, но уже губительным ультрафиолетовым излучением от Солнца, что сделало возможным появление более сложных форм жизни. Без этого эффекта нас бы здесь не было.

Когда обсуждается возможность существования жизни где-то еще в космосе, именно эти факторы (и многие другие) - наиболее важны. Необходимо помнить такой ключевой момент, что история жизни на любой планете (или спутнике планеты) глубоко связана с геологической историей этой планеты. Другими словами, если бы мы смогли повернуть историю Земли назад и изменить несколько важных событий в ее геологической истории, жизнь зарождалась бы здесь совершенно по-другому.

Мутации происходят случайно, у них нет "скрытой программы" к возрастающему усложнению: все, что важно для жизни, заключается в способности к приспособлению. Если формы жизни хорошо приспособлены к окружающей среде, или, другими словами, если со стороны окружающей среды наблюдается лишь небольшое давление или оно вообще отсутствует, то вряд ли будет польза от мутаций. Поэтому различное влияние окружающей среды означает и различные требования к приспособлению и, таким образом, будет влиять на фенотип устойчивых форм жизни.

Исходя из перспектив астробиологии, изучение жизни на Земле от момента ее зарождения до сегодняшних экстремофилов (совокупное название для живых существ, способных жить и размножаться в экстремальных условиях окружающей среды - прим. ред.), так же как и возможность обнаружения признаков жизни на экзопланетах, находятся в центре особого внимания ученых. Это основа как для планирования исследовательских космических полетов, так и разработок новых телескопов. Ознакомиться с ключевыми вопросами, которые обсуждаются сегодня в этой сфере, можно, например, из книг, написанных Салливаном и Бароссом, Люнином.

В заключение этого приведем последовательность ключевых шагов в том направлении, как возрастала степень сложности организмов на Земле (время приблизительно):

• 2 миллиарда лет назад - переход от прокариотических к эукариотическим клеткам (возможно, через эндосимбиоз);
• 1 миллиард лет назад - переход от эукариотических клеток к колониям и многоклеточным организмам;
• 600-550 миллионов лет назад - переход от многоклеточных организмов к простейшим, членистоногим и многоклеточным животным;
• 500-65 миллионов лет назад - диверсификация жизни (рыбы, амфибии, наземные растения, насекомые, рептилии, млекопитающие, птицы, цветы, до вымирания динозавров);
• 2,5 миллиона лет назад - появление вида Homo;
• 200 тысяч лет назад - появление анатомически современного человека.

По крайней мере на Земле приход многоклеточной жизни привел, в результате 500 миллионов лет эволюции, к появлению существ, способных к самосознанию и манипулированию окружающей их средой с целью создания орудий труда для улучшения качества жизни.

Хотя можно поспорить, что шимпанзе, дельфины и другие млекопитающие демонстрируют высокий уровень самосознания, эмоциональную глубину и примитивные способности пользоваться орудиями. И все же рассвет когнитивного этапа совпадает с появлением первых современных людей. Это единственный известный нам вид, способный придумывать и использовать сложные технологии, основанные на соединении и подборе различных материалов, а также произведения искусства, или другими словами, вид, который обладает и функциональными и эстетическими способностями и использует их для созидания выходящего за рамки только стремления к выживанию.

(Окончание следует.)

Перевод с английского Ирины Кронштадтовой,
под общей редакцией Вадима Беднякова.