Эукариогенез

Все сложные многоклеточные организмы на Земле являются эукариотами. Это означает, что они состоят из сложных клеточных структур, включающих ядро, где содержатся хромосомы, органеллы, служащие для синтеза белков, а главное, митохондрии — маленькие органоиды, вырабатывающие энергию, благодаря которым эукариотические клетки могут быть до миллиона раз крупнее клеток, лишенных митохондрий, а также имеют возможность объединяться в многоклеточные организмы. Можно представить инопланетные формы жизни без митохондрий — так устроены триллионы земных микробов, — но чтобы перерасти микроскопические размеры, эта жизнь должна была научиться каким-то образом вырабатывать огромное количество энергии для питания крупных органических структур. Поразительно, что дарвиновская эволюция не способна найти решение этой проблемы, о чем свидетельствует земная жизнь: почти 4 млрд лет естественного отбора оказались в этом отношении бесполезны.

То, что произошло на Земле, — так называемый эукариогенез — представляло собой не цепочку случайных мутаций и последующей сортировки наследуемых черт различной полезности (что и составляет сущность естественного отбора). По всей видимости, это было единичное событие ошеломляюще малой вероятности, поскольку в нем участвовали две формы жизни, взаимодействующие самым необычным образом.

Анализ ДНК показывает, что это произошло единственный раз в истории нашей планеты — одним прекрасным погожим деньком где-то в океане примерно 2 млрд лет назад. До этого момента все население Земли составляли крохотные микробы, не имеющие ни ядра, ни митохондрий. Все изменилось, когда внутрь одного одноклеточного организма — архебактерии, или археи, — попал другой, эубактерия. Вероятно, благодаря объединению процессов метаболизма эти два очень разных организма получили преимущество в виде возможности осваивать новые источники пищи. Поначалу отношения казались равноправными, но на деле эубактерия была обречена: через миллионы лет и миллиарды циклов одноклеточной репликации она уступила многие свои гены организму-хозяину и стала рабыней, молекулярной электростанцией — митохондрионом, — которая производит энергию путем химических реакций и используется новой эукариотической клеткой. Получив этот небывалый источник энергии, новорожденная эукариотическая форма жизни начала процветать, и лишь тогда мало-помалу к делу подключился естественный отбор.

Чтобы оценить принципиальную вероятность появления эукариот, никаких нулей не хватит. Судите сами. На данный момент на Земле обитает больше одноклеточных организмов, чем имеется землеподобных планет в наблюдаемой Вселенной. Общее число одноклеточных, живших на нашей планете за последние 3,8 млрд лет, неисчислимо, а количество их взаимодействий еще больше. Но только одно из всей этой ошеломляющей прорвы взаимодействий породило немыслимый гибрид, в котором один из партнеров постепенно стал сначала пораженным в правах симбионтом и в конечном счете органоидом, снабжающим энергией более крупный организм.

Этот немыслимый гибрид был нашим предком, и его возникновение — а следовательно, и наше — было совершенно невероятным. Насколько нам известно, ни до, ни после такого не происходило. Это настолько редкое и случайное событие, что нельзя быть уверенным, что оно повторилось на любой другой планете в истории Вселенной.

Возможно, это слишком пессимистичный взгляд. В конце концов, около миллиарда лет назад на Земле произошло нечто сопоставимое, приведшее к новому симбиозу. Эубактерия, научившаяся добывать энергию из солнечного света, попала внутрь эукариота со всеми его митохондриями. Как и эукариогенез, это событие случилось лишь единожды за весь огромный срок существования жизни и привело к появлению водорослей, а затем и растений, в которых маленькие органоиды — хлоропласты — потомки эубактерии, превращают свет в энергию в интересах хозяина-эукариота. Второй случай удивительного симбиоза, перетекшего в гибридизацию, по меньшей мере удваивает вероятность подобного события, но она все равно остается пренебрежимо малой. Инопланетная жизнь должна иметь такой же набор организмов с аналогичным характером развития, чтобы это событие в принципе могло произойти. Таким образом, практически нереально, чтобы типы организмов, известные нам на примере Земли, могли бы иметь аналоги где-либо в космосе.

Любая крупная инопланетная жизнь должна обладать определенным механизмом транспортировки материи, энергии и информации из окружающей среды внутрь собственного организма.

На Земле жизнь, не имеющая митохондрий, ограничена микроскопическими размерами в силу физических пределов этой транспортировки в отсутствие дополнительного мощного источника энергии. Обладание вырабатывающими энергию митохондриями сначала позволило эукариотическим одноклеточным дорасти до крупных размеров, а затем развиться в многоклеточные организмы. Но если бы не удачное стечение обстоятельств — обретение симбионта, способного вырабатывать необходимую энергию, которого впоследствии удалось полностью поглотить, — жизнь на Земле не задержалась бы. Если инопланетяне и существуют, то, скорее всего, на булавочной головке хватит места сотням тысяч из них.