28.01.2022. - Есть вероятность, что мы все

Есть вероятность, что мы все - марсиане

В 2016 году биолог Михаил Никитин написал книгу «Происхождение жизни. От туманности до клетки». В предисловии автор предложил руку, сердце и соавторство в следующей книге Елене Кармальской. На Елене Михаил женился — а вот когда ждать книгу семейной пары и о чём она будет? Об этом Михаил Никитин рассказал нам в интервью — а ещё объяснил, почему РНК-мир долго существовать не может, насколько школьные учебники по биологии отстают от передовой науки и возможна ли жизнь на Луне.

XX2 ВЕК. В вашей книге «Происхождение жизни: от туманности до клетки» вы писали, что сейчас самозарождения жизни на Земле не происходит из-за кислородной атмосферы. Скажите, пожалуйста, как именно кислород препятствует появлению жизни?

Михаил Никитин. Те вещества, из которых состоят живые клетки — белки, сахара и так далее — в кислородной атмосфере долго не сохраняются. Даже если нет живых организмов, которые бы их ели, всё равно они будут окисляться и разрушаться за какое-то небольшое время, порядка месяцев или недель. А вот в бескислородной атмосфере эти же вещества будут гораздо более стабильны и будут иметь возможность накапливаться годами и столетиями. Для получения первых живых организмов нам надо, чтобы сначала в одном месте собрались вещества, из которых они будут сложены.

А в кислородной атмосфере это накопление просто слишком маловероятно. Вещества будут быстрее разрушаться.

XX2 ВЕК. А почему жизнь не возникает на других планетах, где нет кислорода — на Венере, например?

М. Н. С Венерой всё просто: она слишком горячая. На её поверхности свинец плавится!

XX2 ВЕК. А на Луне жизнь возможна?

М. Н. Луна слишком сухая для возникновения жизни. На Луне почти нигде нет воды. На ней есть немножко водяного льда — на дне кратеров на полюсах, но там совсем холодно. Там этот лёд лежит при температурах примерно 130—150 градусов. Такие условия для жизни нашего земного типа не очень подходят.

Если на Луне закопаться поглубже на полюсах, где есть лёд, можно найти место в грунте, где и лёд будет, и температура будет менее суровая, не 150, а ближе к нулю. Даже у нас на Земле в вечной мерзлоте есть микробы, которые размножаются при температурах до 20 градусов. Тем не менее, Луна менее благоприятна для жизни, чем Марс, не говоря уже о Земле.

XX2 ВЕК. А какими характеристиками должна обладать планета, чтобы на ней возникла жизнь?

М. Н. Возникла или могла существовать? Потому что это две разные вещи. Мы можем заселить Марс, например, живыми микробами — экстремофилами. И они там смогут жить и размножаться — поэтому зонды, которые мы отправляем на Марс, нужно как следует стерилизовать.

Вопрос, какими характеристиками должна обладать планета, чтобы на ней возникла жизнь, сложнее. Во многом это гадание на кофейной гуще — потому что у нас есть только один пример жизни, которая появилась, — земной. Но по одной планете график не построишь. Мы понятия не имеем, насколько Земля в плане зарождения жизни исключение или правило. Вот когда найдём десяток-другой вариантов жизни в других звёздных системах, тогда уже можно будет говорить, какие планеты благоприятные для появления жизни, а какие — нет.

Пока что можно сказать только то, что на планетах — точных копиях Земли, условия для зарождения живых организмов, наверное, будут благоприятными. А на точной копии Земли мы имеем шанс найти что-нибудь живое.

XX2 ВЕК. Согласно «Путям к открытиям в астрономии и астрофизике на 2020-е гг.», ежедекадному американскому обзору, одна из главных целей на ближайшее десятилетие — поиск экзопланет земного типа, на которых может быть жизнь. На ваш взгляд, если однажды мы обнаружим такую экзопланету, как на ней может выглядеть жизнь? Может, где-то «обитает» просто РНК-мир? Или существа, которые остались неразумными?

М. Н. Жизнь на Земле существует 4 млрд лет. И большую часть времени из этих 4 млрд лет жизнь была неразумной. Даже многоклеточные животные существуют только последние полмиллиарда лет — то есть 12% времени от всего существования живого на Земле. Большую часть своей истории наша планета была населена микробной жизнью.

Соответственно, если мы полетим по Галактике, то, скорее всего, большинство планет с жизнью, которые мы найдём, будут тоже населены микробами. Сложная многоклеточная жизнь на Земле возникла довольно поздно — и непонятно, было ли это закономерно. Если сделать сто копий Земли миллиард лет назад, когда на планете были микробы и не было животных, и дать им развиваться, далеко не факт, что на всех копиях появятся со временем животные. Может быть, многоклеточные появятся на десяти планетах из ста. Может быть, на одной из тысячи.

Животные на Земле появились только один раз, поэтому мы не можем посчитать вероятность этого события. Вот некоторые другие эволюционные события происходили несколько раз — поэтому мы можем сказать, что они закономерны.

XX2 ВЕК. Можете привести пример такого закономерного события?

М. Н. Многоклеточность у растений возникала несколько раз: и у зелёных водорослей, вышедших на сушу, и у бурых водорослей — таких как морская капуста, и у красных водорослей. То есть многоклеточность растений — это закономерная штука.

XX2 ВЕК. А что по поводу РНК-мира? В одной из лекций вы говорили, что РНК-мир долго существовать не может — в итоге он или во что-то преобразуется, или разрушится…

М. Н. Да, всё так. РНК-организмам нужна вода со строго определённым солевым составом. Скорее всего, РНК-миру нужна не морская вода, а вода определённых горячих источников. Горячие источники, в свою очередь, конечны по времени — они высыхают или остывают, в отличие от океана. А ещё горячие источники просто маленькие по сравнению с океаном и Землёй в целом. То есть мир РНК — не мёртвый, но просуществовать миллиард лет он бы не смог — наверняка какие-нибудь случайные события погубили бы его экологическую нишу.

При этом вышедшие из мира РНК клетки, способные жить в разной воде, включая море, океан, обычные озёра и реки, заселили всю планету. А глобальная биосфера уже намного более устойчива. Глобальная биосфера не погибнет от любого чиха.

Мир РНК на нашей планете был, скорее всего, очень короткой стадией эволюции жизни — не больше нескольких миллионов лет.

XX2 ВЕК. Как вы относитесь к гипотезе о панспермии, согласно которой жизнь на нашу планету была занесена извне?

М. Н. Смотрите, есть несколько вариантов гипотезы о панспермии. С самым радикальным вариантом, который утверждает, что жизнь существует вечно и Вселенная существует вечно, я, естественно, не согласен. У астрономов давно уже сложился консенсус, что возраст Вселенной около 14 млрд лет. И в начале Вселенная была очень маленькой, плотной и горячей. Жизнь в ней — такая, какой мы её знаем — существовать не могла.

Ещё есть вариант панспермии, согласно которому жизнь иногда может переселяться с планеты на планету хотя бы в пределах звёздной системы. Вот тут у меня никаких возражений нет. Более того, есть вероятность, что мы все — марсиане. Что та жизнь, которая сейчас у нас есть на Земле, исходно зародилась на Марсе. Потому что Марс при образовании Солнечной системы остыл до пригодных для жизни температур быстрее, чем Земля. На Марсе подходящие для жизни условия возникли примерно на 200 млн лет раньше, чем на Земле. А в результате астероидной бомбардировки выбитые осколки Марса могли занести микробов на Землю.

XX2 ВЕК. При этом сейчас на Марсе жизни нет?

М. Н. Мы не можем сказать, что сейчас её совсем нет. Мы можем сказать, что её, по-видимому, нет на поверхности Марса. Но наша Земля заселена микробами на глубину в несколько километров. И в случае Марса именно такая глубинная жизнь в планетарной толще коры, которую надо добывать при помощи бурения, как раз наиболее вероятна. Потому что под поверхностью Марса нет проблем ни с холодом, ни с радиацией. А вот на поверхности довольно высокие уровни радиации, потому что там проходят космические лучи, а магнитное поле Марса, в отличие от земного, слабое и не защищает от них.

Поэтому на поверхности Марса, во-первых, холодно, во-вторых, сухо, в-третьих, радиация. А вот если закопаться хотя бы на десяток метров под поверхность марсианского грунта — то там и теплее, и радиация не проходит, и воды в среднем больше. В общем, Марс надо бурить.

XX2 ВЕК. Вроде марсоходы и планируют этим заниматься…

М. Н. Да, всё так. Причём бурить будут не только американские марсоходы. Например, марсоход «Пастер» Европейского космического агентства тоже будет снабжён буровой установкой. Может, и получится что-то добыть из недр Марса. В общем, Марс — один из самых перспективных объектов для поиска жизни в нашей Солнечной системе.

XX2 ВЕК. А какие ещё перспективные объекты вы можете назвать?

М. Н. Ледяные спутники Юпитера и Сатурна, на которых существуют подо льдом океаны жидкой воды. Но до них и лететь дальше, чем на Марс, и бурить надо глубже. Например, на Европе — спутнике Юпитера с подлёдным океаном — надо бурить примерно через 10 км льда.

XX2 ВЕК. Люди, которые интересуются наукой, хорошо знают об эксперименте Миллера—Юри, который был проведён ещё в 1953 году. На сегодняшний день этот эксперимент считается «эталонным», или с каждым годом эксперименты по моделированию появления жизни на Земле совершенствуются?

М. Н. Наука с 1953 года, естественно, сильно ушла вперёд. К тому же теперь считается, что на Земле никогда не было такой атмосферы, которая моделировалась в опыте Миллера—Юри — с преобладанием аммиака, метана и других восстановительных газов. По данным геологов, к моменту появления жизни на Земле была атмосфера с преобладанием углекислого газа и азота.

Опыт Миллера—Юри воспроизводит не столько древнюю Землю, сколько условия, существующие на ледяных спутниках планет-гигантов — таких как Европа, Титан и Энцелад, где действительно есть метановый и аммиачный лёд в больших количествах. То есть опыт Миллера—Юри не то чтобы совсем отвергнут, просто он теперь относится не к Земле, а к другим, более дальним небесным телам с другим химическим составом.

XX2 ВЕК. А какие тогда опыты моделируют появление жизни на Земле?

М. Н. Опыты с синтезом разных клеточных компонентов — аминокислот, нуклеотидов и так далее — в условиях, напоминающих горячие источники («чёрные курильщики», грязевые котлы, щелочные гидротермы). В отличие от опыта Миллера—Юри, там используется не метан в качестве источника углерода, а либо углекислый газ, либо такие вещества как формальдегид и синильная кислота. Кроме того, там обычно используется ультрафиолетовое излучение и временное пересыхание. В опыте Миллера—Юри всё было в жидкости. А периодическое высыхание, как выяснилось, очень способствует образованию компонентов живых клеток.

XX2 ВЕК. На одной из лекций вашего коллеги я услышала фразу, которая звучит примерно так: «Все химические элементы, которые существуют в нашей Солнечной системе, уже присутствуют на Земле». Это так?

М. Н. В пределах нашей Солнечной системы мы нашли все стабильные химические элементы, которые не подвергаются радиоактивному распаду. Искусственно были получены нестабильные химические элементы — такие как технеций, радон, полоний, радий и так далее. Они получаются в ядерных реакторах и на ускорителях. Они получаются при взрывах сверхновых звёзд, но они распадаются за небольшое, по сравнению с возрастом Земли, время — от единиц лет до миллиона лет — поэтому на Земле их естественным образом не сохранилось.

Но в лабораториях мы точно уже получили всё, что могут сделать звёзды.

XX2 ВЕК. Не так давно я читала препринт вашей свежей статьи о пластинчатых. Расскажите, пожалуйста, чем ещё вы занимаетесь в лаборатории?

М. Н. Сейчас у нас, например, отправилась в журнал большая статья о происхождении паразитических нематод — круглых червей, похожих на аскарид. Это огромная группа червей — их больше 300 тыс. видов. И они десятки раз переходили от свободного образа жизни к паразитизму. Они паразитируют на животных, они паразитируют на растениях… Недавно были найдены даже нематоды, которые паразитируют на одноклеточных — на крупных амёбах. Многоклеточный — паразит одноклеточного! Даже такое бывает.

И вот наша работа была о происхождении морских паразитических нематод. В море много разнообразных животных. На них паразитируют тоже разные нематоды. Паразиты морских рыб в основном спустились вместе с рыбами из пресных вод в середине палеозоя, в девонском периоде. Нематоды-паразиты рыб имеют наземное происхождение. А вот те нематоды, которые паразитируют только на ракообразных, на морских ежах, на кораллах и так далее — они намного более редкие и никогда в пресной воде не были. Мы во время нашего исследования обнаружили, что они последние миллионы лет продолжают переходить к паразитизму практически на наших глазах. У них есть очень много видов, перешедших к паразитизму совсем недавно, у которых есть очень близкие свободно живущие родственники. И вот эти новые молодые группы паразитов имеют тенденцию жить не в кишечнике, как та же аскарида, а в полости тела — по аналогии с нашей брюшной или плевральной полостью. У беспозвоночных такие области тела тоже есть, и эволюционно молодые паразиты там обычно селятся. Причём обычно они живут там на стадии личинки, а, взрослея, покидают своего хозяина. И живут ещё некоторые время свободно.

Мы провели очень длительную работу — один только материал собирали больше десяти лет. И вот наконец материала набралось на хорошую статью, охватывающую разнообразие паразитических нематод достаточно широко. У нас была очень интересная часть, которую делал я — как раз про нематод-паразитов больших амёб. Речь идёт об очень маленьких червячках, чья длина примерно равна толщине нашего волоса. Представляете, о каких миниатюрных организмах идёт речь? Из них выделяется очень мало ДНК. Мы эту ДНК выделяли и читали. А по последовательностям ДНК определяли родственные связи паразитов.

Могу ещё рассказать о наших работах про трихоплаксов. Надо?

XX2 ВЕК. Конечно!

М. Н. Эту работу мы проводим вместе с биологом Дарьей Романовой. Скоро мы отправим в журнал статью, в которой мы изучали поведение трихоплаксов — причём не только нормальное поведение, но и реакции на такие вещества, которые в нервной системе животных работают как нейромедиаторы, — глутамат и глицин. Трихоплаксы на них вполне реагируют, хотя у них нет нервной системы. Более того, глутамат для них работает точно так же, как и для нас — усилителем вкуса. Если на трихоплакса, ползающего по стеклу, накапать глутаматом, то он поведёт себя так, словно нашёл еду. Хотя никакой еды нет — просто в воду чуть-чуть глутамата добавили. То есть глутамат как пищевой сигнал — это эволюционно очень древняя штука, предшествующая нервной системе.

А вот глицин и гамма-аминомасляная кислота — тормозные нейромедиаторы — по своим действиям противоположны глутамату. Если глутамат возбуждает нервный клетки, то гамма-аминомасляная кислота их тормозит и успокаивает. И на трихоплаксов действие гамма-аминомасляной кислоты тоже противоположное. От неё они теряют аппетит даже когда еда есть в изобилии.

То есть эффект от веществ, которые сегодня мы знаем как нейромедиаторы, был у животных ещё до появления нервной системы. Просто нервная система ускорила передачу сигналов, но не изменила их смысл.

XX2 ВЕК. Вы работаете со школьниками и читаете им лекции… Скажите, пожалуйста, насколько современные школьные учебники биологии устарели?

М. Н. Я действительно проглядываю учебники по диагонали, чтобы знать, с какой базой ко мне приходят школьники. Школьные учебники биологии в среднем отстают от переднего края науки лет так на пятьдесят. Но вообще в разных разделах биологии ситуация немного разная. Например, ботаника или зоология в течение XX века не так сильно изменялись — только в начале XXI века в них пошли изменения, когда для определения родственных связей организмов стали использовать последовательности ДНК. Вот тогда зоология и ботаника стали изменяться. Но в течение XX века они были довольно консервативные, и поэтому в школьных учебниках и обновлять-то было особо нечего.

А вот молекулярная биология, например, в 50-х гг. только возникла. Раньше её просто не было. Развивалась она очень бурно и так же бурно продолжает развиваться сейчас. Тут, конечно, школьные учебники сильно отстают от переднего края науки, но попытка впихнуть передний край науки в школьные учебники для общеобразовательных школ, в которых учатся, строго говоря, все — идея, мне кажется, не самая блестящая. Потому что не всем биология так нужна, как будущим учёным. Понятно, что нужна молекулярная биология врачам, фармацевтам. А пищевым технологам? Кто у нас ещё биологию сдаёт на вступительных экзаменах? А! Физкультурники! Я вот не уверен, что будущим фитнес-тренерам нужно в школе учить передний край современной молекулярной биологии.

Тем более я не уверен, что биология на таком уровне нужна школьникам, которые хотят, условно, стать какими-нибудь строителями или инженерами.

XX2 ВЕК. И всё-таки вы встречали в школьных учебниках информацию, которая на сегодняшний день устарела и которую точно надо бы поменять?

М. Н. Конкретные примеры сейчас вспомнить не могу. Но, думаю, характер изложения некоторых тем неплохо было бы поменять. Например, в учебнике биологии есть параграф про поведение животных. Из него школьники узнают про условные и безусловные рефлексы. Этот параграф написан в очень большом отрыве от повседневного опыта. Думаю, этот раздел стоило бы переписать таким образом, чтобы с его помощью можно было бы хотя бы приучить котёнка к лотку.

XX2 ВЕК. Мне кажется, вы, как и многие другие ученые, в последние годы всё меньше времени стали тратить на популяризацию науки… Почему так вышло? Или мне показалось?

М. Н. Не показалось. Всё было так: в 2016-м вышла моя книга, после я ещё два года активно выступал с лекциями. Сейчас я выступаю меньше — и на это есть свои причины. Во-первых, я стал активнее «делать науку»: в последние годы я стал сильно чаще публиковаться в научных журналах. Во-вторых, в 2017-м я стал отцом. В-третьих, я пытаюсь писать диссертацию — потому что я до сих пор не кандидат наук, и это надо срочно исправлять.

XX2 ВЕК. А о чём ваша диссертация?

М. Н. О трихоплаксах и о том, что мы узнаём, исследуя происхождение нервной системы животных. Трихоплаксы — это единственное современное животное, у которого нервной системы нет, а поведение есть. Он свободно двигается, может искать еду, уходит из неблагоприятных условий, координирует части своего тела — и всё это он умудряется делать без нервной системы.

XX2 ВЕК. В предисловии к «От туманности до клетки» вы упомянули, что предлагаете руку, сердце и соавторство в следующей книге Елене Кармальской. С Еленой вы поженились, у вас родился сын, скоро вы во второй раз станете родителями… А где же обещанная совместная книга?

М. Н. Мы над ней работаем. Но работа оказалась дольше и сложнее, чем мы надеялись.

XX2 ВЕК. А о чём она будет?

М. Н. Мы пишем книгу про то, чем на самом деле отличаются мальчики и девочки и сколько вранья и мифов вокруг этого накручено, кем и почему. Елена по образованию — социолог и занималась демографическими и гендерно-социологическими опросами. Поэтому у нас идеальный дуэт для такой книги. Книг о гендерных различиях очень много — но они написаны или только биологами, или только гуманитариями. И те, и другие не понимают, где заканчивается область применимости методов их знаний. Поэтому в книгах полно прискорбных ошибок.

Кстати, наша будущая книга снова выйдет в замечательном издательстве «Альпина нон-фикшн».

Источник