Как может быть устроена внеземная жизнь?
По большому счету мы не можем сказать ничего конкретного про жизнь на других планетах, потому что нам известна только одна форма жизни — земная. Мы знаем, что она имеет единое происхождение, хотя, в принципе, жизнь на Земле могла зарождаться много раз, и живые существа, обитающие на планете, могли происходить от разных «корней». Но этого на Земле мы не наблюдаем — в частности, это ясно из того, что у всех известных нам живых существ один и тот же генетический код. Поэтому мы мало что можем сказать о том, какие из свойств земной жизни являются общими для жизни вообще, а какие — уникальными. Можно лишь строить не очень обоснованные гипотезы.
Довольно уверенно мы можем, наверное, сказать, что свойством любой жизни является способность к дарвиновской эволюции. На данный момент у нас есть только две модели создания сложных и разнообразно устроенных объектов, таких как живые организмы. Первое — это разумное проектирование, когда их создает какое-то разумное существо. Второе — дарвиновская эволюция. Никакого третьего способа мы пока не знаем и не можем даже вообразить. Поэтому, если мы находим жизнь где-то во Вселенной, можно быть уверенными, что это жизнь, способная к дарвиновской эволюции, либо искусственная жизнь.
Последний вид жизни может быть не способен к дарвиновской эволюции. Более того, даже если мы найдем нечто похожее на жизнь и сможем доказать, что эта жизнь не эволюционирует, то стоит предположить, что она, скорее всего, создана искусственно и целенаправленно. Если же жизнь возникла естественным путем, то она обязательно будет эволюционировать по Дарвину. Это значит, что у нее в обязательном порядке будут присутствовать четыре свойства: способность к размножению — умение создавать собственные копии; изменчивость — то есть это копирование не должно быть абсолютно точным, должны быть небольшие отклонения от оригинала; наследственность — хотя бы часть изменений, которые возникают в ходе копирования, должны передаваться по наследству следующим поколениям; и еще то, что хотя бы некоторые наследственные различия должны влиять на эффективность размножения. Этот четвертый пункт по-другому называется «естественным отбором».
Симметриада из романа Станислава Лема "Солярис"
Что касается химических основ другой жизни, то на эту тему есть кое-какие научные разработки. Многие пытались порассуждать и даже поэкспериментировать на тему того, возможна ли какая-то иная, не как у нас, химическая основа жизни. Обязательно ли присутствие воды как главного растворителя, так ли необходим углерод и т. д. Более-менее удовлетворительные результаты таких исследований таковы, что те элементы, из которых создана наша земная жизнь, — это то, из чего легче всего построить жизнь вообще. Попытки заменить, скажем, углерод на кремний, а кислород — на серу или фтор, приводят к очень большим трудностям. Хотя здесь, конечно, всегда можно допустить, что мы чего-то просто не знаем и, возможно, когда-нибудь найдем жизнь, основанную не на воде, а, например, на фтористом водороде, как в одном из рассказов Ефремова.
В то же время вполне возможен и какой-то другой полимер в роли вещества наследственности. Главное, чтобы он мог размножаться. Наши ДНК и РНК удобны тем, что благодаря принципу комплементарности (взаимному взаимодействию молекул биополимеров или их фрагментов, которое обеспечивает образование связей между пространственно взаимодополняющими фрагментами молекул или их структурных фрагментов вследствие супрамолекулярных взаимодействий, — NS) эти молекулы очень хорошо подходят для копирования. А вот белки и углеводы, например, так размножаться не могут. То есть в основе жизни должен быть какой-то полимер, удобный для копирования. Уже сегодня искусственно созданы другие подобные полимеры, которые всегда используют принцип комплементарности, то есть там всегда есть комплементарные нуклеотиды. Необязательно это наши А=Т, Г=Ц, могут быть и какие-то другие пары, но комплементарность между ними обязательна. Об альтернативной биохимии можно почитать в книге биолога Михаила Никитина «Происхождение жизни. От туманности до клетки».
Мимоид из романа Станислава Лема "Солярис" имитирует вертолет
В связи с темой внеземной жизни кто-то может вспомнить и про существование таких древних и непохожих на все остальное живых организмов, как вирусы. Но у них нет клеток, нет обмена веществ, они не способны размножаться без помощи другой живой клетки, поэтому говорить об их отдельном существовании — по крайней мере, в земном и современном их варианте — не приходится. Они могли бы существовать независимо, если снабдить их тем, чего им не достает для самостоятельной жизни, но в этом случае это будет, по сути, уже не вирус, а нечто вроде клетки.
Другое дело, что вирусы наверняка старше клеток современного типа. Поэтому на ранних этапах зарождения жизни, когда клеток еще не было, вероятно, было сообщество размножающихся, реплицирующихся (репликация — процесс синтеза дочерней молекулы ДНК (или РНК) на матрице родительской молекулы ДНК или РНК, — NS) молекул. И в то время нельзя было провести четкую грань между клеточными формами жизни и вирусами — ни одна молекула не была тогда самодостаточной, они кооперировались и совместными усилиями как-то друг друга размножали. Из этой каши кооперирующихся молекул часть потом объединялась в прочные союзы, окружалась оболочкой и становилась клетками, а часть стала самостоятельными молекулами, но которым нужна при этом помощь других, — то есть вирусами.
Можно ли представить себе эволюцию, которая идет по другому пути, образуя неклеточную форму жизни? В принципе, да. Что-то неподразделенное на клетки, нечто вроде плазмодия — огромной, толстой растекшейся клетки размером в тысячи километров, в которой много наборов хромосом и геномов, синтезирующих вокруг себя какие-то белки. Нечто приближающееся к разумному океану из романа «Солярис». Все это вообразить можно. Но в этом случае все равно будет идти отбор, только внутри самого организма — на уровне отдельных капелек, фрагментов «океана», на уровне наборов его хромосом и геномов.
Почему я мыслю в эту сторону? Потому что буквально на днях я писал заметку по новой статье, которая вышла в сентябре в журнале Nature Communications. Была обнаружена совершенно невообразимая бактерия с принципиально новым типом генетической архитектуры. Это гигантская бактерия — больше одной десятой миллиметра — с кальцитовыми гранулами. Оказалось, что в одной клетке такой бактерии не один геном, как полагается, а много, причем все они сильно отличаются друг от друга. Эти различия сопоставимы с уровнем различий между разными видами бактерий. То есть это как бы целое многовидовое сообщество внутри одной оболочки. И авторы исследования полагают, что у этой бактерии отбор как раз идет на уровне частей одной клетки, то есть геномы внутри нее как-то размножаются, как-то помогают друг другу и отчасти конкурируют между собой. Так что представить себе нечто похожее и еще более грандиозное, наверное, можно.
Александр Марков
Доктор биологических наук, палеонтолог, ведущий научный сотрудник Палеонтологического института РАН, руководитель кафедры биологической эволюции биофака МГУ. Лауреат главной в России премии в области научно-популярной литературы «Просветитель», лауреат премии «За верность науке» Министерства образования и науки РФ в категории «Популяризатор года»