3.1. Вехи истории жизни на Земле

3.1. Вехи истории жизни на Земле

Предполагается, что 15—20 млрд. лет назад произошел «Большой Взрыв», который дал начало Вселенной. Земля сформировалась примерно 4.5 млрд. лет назад; вид «человек разумный», подвид «разумный» (наш подвид, кроманьонец, Homo sapiens sapiens) не старше ~100 тыс. лет. Если весь возраст Земли принять за шесть дней (по метафорической аналогии с божественным творением в Библии), то на долю H. sapiens  придутся лишь последние 12 секунд. Какие эволюционные вехи предшествовали этому событию? Первейшей стадией биологической эволюции было само возникновение жизни на планете.

До сих пор в научном мире популярна предложенная в 20е—30е годы ХХ века концепция русского биолога А.Опарина и его английского коллеги Дж.Б.С. Холдейна о постепенном возникновении живого в результате спонтанного абиогенного (не вовлекающего живые организмы или их структуры) синтеза органических молекул, включая биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты). Какие именно компоненты живых систем возникли в первую очередь на примитивной Земле?

Еще совсем недавно молекулярные биологи, опьяненные успехами в изучении нуклеиновых кислот, полагали, что начало жизни на планете Земля совпадает с абиогенным синтезом первой молекулы ДНК (РНК?).  Им возражали те, кто по-прежнему воспринимал как аксиому слова Ф. Энгельса о «жизни как способе существования белковых тел» и, соответственно, видел в белке начало всего живого (теория А. Опарина в первоначальном варианте). В последние десятилетия накапливаются данные о том, что не белок и не ДНК/РНК, вероятно, положили начало доклеточным предшественникам современной жизни - гипотетическим пробионтам. Жизнь, если она возникла абиогенным синтезом, возможно, эволюционировала на базе динамичной игры малых молекул (органических и неорганических), что представляется все более правдоподобным в свете современных данных. Это могли быть ионы металлов, соединения серы, фосфора, азота, а также небольшие органические молекулы типа аминов, аминокислот, углеводородов.  Подобная гипотеза, постулируя вторичное возникновение биополимеров  (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды) как более тонких регуляторов «игры» малых молекул, находится в соответствии с данными об эволюционно консервативной природе биологически активных малых молекул, осуществляющих жизненно важные процессы в ныне существующих организмах в свободном (гормоны, нейротрансмиттеры, феромоны, аттрактанты, репелленты, факторы внутри- и межклеточной коммуникации и др.) или в связанном состоянии (всевозможные кофакторы, активные группы ферментов и др.). Имеется предположение, что даже функция наследственной передачи признаков, ныне  выполняемая нуклеиновыми кислотами, первоначально зависела от «неорганических генов» - матриц для синтеза молекул (вначале даже небелковой природы), построенных на основе алюмосиликатов глины. Первые биополимеры могли быть результатом автокаталитических реакций малых молекул: получены сведения об автокаталитическом эффекте пептидной связи, ведущем к спонтанному формированию полипептидов в растворе, содержащем свободные аминокислоты и короткий пептид-затравку[16]. В современных клетках до сих пор протекают реликтовые процессы:  неферментативные взаимодействия малых молекул, а белки-ферменты в некоторых случаях не столько ускоряют, сколько регулируют и даже тормозят эти процессы (что показано на примере неферментативных реакций хинонов с цитохромами типа с). Имеется общий сценарий «возникновения жизни в облаках», где мельчайшие дождевые капли, озаренные ультрафиолетом первобытного Солнца и поглощающие частицы соединений металлов и неметаллов в ходе пыльных бурь, обеспечивали достаточную суммарную поверхность для фотоиндуцированного гетерогенного катализа и последующего синтеза более сложных органических молекул, поступавших с дождевыми потоками в океан, где жизнь «дозревала» уже в соответствии с Опаринским сценарием  -- в «первичном бульоне» абиогенно синтезировались протеиноиды -- вещества, более или менее подобные современным белкам.

Обратимся к хронологии происхождения и последующей эволюции живого на нашей планете. Перечислим важнейшие стадии этого процесса (Рис. 4).

Возникновение первых живых организмов (пробионтов) датируется на схеме точкой 3,5 млрд. лет назад («8:00 утра в среду»), поскольку ископаемые микроорганизмы наподобие современных цианобактерий (сине-зелёных водорослей по более ранней классификации) обнаружены в виде окаменелостей (строматолитов) в слоях с примерно такой датировкой[17]. Подобные данные ставят под определенное сомнение изложенную выше концепцию – современную модификацию взглядов Опарина и Холдейна. На процесс абиогенного синтеза компонентов пробионтов, возможно (особенно, если последуют новые, еще более древние находки) остаётся не так уж много времени! Зато эти данные льют воду на мельницу концепций двух типов: 1) панспермии, утверждающей вечность жизни в Космосе и возможность её заноса на Землю, как только там сформировались подходящие условия (точка зрения Л. Пастера, С. Аррениуса, В.И. Вернадского); 2) неокреационизма, понимающего Библию более буквально, чем в указанной выше метафорической схеме. Постулируется та или иная степень вмешательства Творца (Логоса, Высшего разума и др.).

Накопление в атмосфере Земли концентрации кислорода, близкой к современной (`20% от объёма). Данная веха (2 – 2,2 млрд. лет назад) связана с первой глобальной экологической катастрофой на Земле – гибелью ранее процветавших анаэробов. Это были организмы, не использовавшие кислород в своей жизнедеятельности; для многих из них он был смертельно опасным ядом.  Потомки анаэробов сохранились доныне только в специализированных экологических нишах, где отсутствует кислород (например, в кишечнике человека). По мысли М.В. Гусева, тогдашняя экологическая катастрофа сопоставима с той, которая угрожает нам ныне.

Возникновение эукариот (клеток с ядром) – точка 1,7—1,9 млрд. лет. В соответствии с современной теорией «симбиогенеза», эукариотическая клетка по существу представляет собой своего рода биосоциальную систему,   состоящую из уркариота (гипотетического предка с ядром) и митохондрий и хлоропластов (потомков свободноживущих бактерий, называемых также прокариотами). Более того, клетки одной из групп эукариот (царство Chromista по популярной ныне схеме[18])  представляют собой симбиоз двух эукариотических клеток: в цитоплазме одной эукариотической клетки постоянно обитает другая эукариотическая клетка, содержащая в свою очередь хлоропласты как симбиотические прокариоты. П. Корнинг прилагает к эукариотической клетке даже некоторые  политические категории («власть» и др.). Ставится, например, вопрос – каков характер «социальных отношений» между партнёрами внутри эукариотической клетки – равноправный взаимовыгодный или кабальный (цитоплазма с ядром «порабощает», эксплуатирует митохондрии и хлоропласты). В пользу рабовладельческого характера симбиоза с митохондриями свидетельствует тот факт, что клетка выкачивает из митохондрий  почти всю синтезированную ими «энергетическую валюту» – АТФ с помощью специального транспортёра (AdN). В пользу не просто «рабской» роли митохондрий говорит, однако, их способность вершить судьбу клетки в целом. А именно, всякое нарушение целостности митохондрий, распознаваемое по выходу из них цитохрома с, обрекает клетку на гибель в результате запуска программы клеточной смерти (апоптоза).

Возникновение многоклеточных организмов (обнаружены следы, например, червеобразных организмов с возрастом не менее 1 млрд. лет тому назад). Это событие -- результат развития биосоциальности, присущей одноклеточным существам и проявляющейся в обмене сигналами между клетками и формировании колоний как надклеточных структур. Тенденция к всё большей интеграции клеток в колонии приводит к возникновению многоклеточного существа как индивидуальности более высокого порядка. Обмен сигналами между свободно живущими клетками интериоризируется (погружается вовнутрь организма) и трансформируется в выработку внутриорганизменных факторов регуляции (гистогормонов, гормонов, нейромедиаторов). В то же время сигналы, вырабатываемые одноклеточными как независимыми индивидами сопоставимы с факторами межорганизменной коммуникации (феромонами), которыми обмениваются многоклеточные существа.