Триумф одноклеточных: как ученые бились над загадкой происхождения жизни на Земле

В 1857 году фрегат британского королевского флота «Циклоп» поднял со дна Северного Атлантического океана нечто необычное. На первый взгляд образец напоминал илистый океанский грунт. Его заспиртовали и отослали биологу Томасу Генри Гексли.

Образец передали Гексли не потому, что он выглядел каким-то особенным, но из-за интереса, как научного, так и практического, который в то время вызывало океанское дно. Практическая заинтересованность стимулировалась проектом прокладки глубоководных телеграфных кабелей.

Первый такой кабель, который должен был посылать сообщения через Атлантику, проложили в 1857 году, однако прослужил он всего три недели, после чего изоляция нарушилась, и передающий сигналы электрический ток стал уходить в воду.

Гексли изучил полученный донный грунт, обнаружил в нем несколько одноклеточных организмов и загадочных круглых телец, а затем убрал его подальше почти на десятилетие.

Через десять лет, вооружившись новым мощным микроскопом, Гексли решил изучить образец заново. На этот раз ему удалось разглядеть диски и сферы неизвестного происхождения, а также окружающую их склизкую субстанцию, «прозрачную желеобразную массу».

Гексли подумал, что обнаружил новый организм, какую-то простейшую форму жизни. Он осторожно предположил, что твердые частички — диски и сферы — продукт жизнедеятельности самой этой желеобразной живой материи. Гексли назвал вновь открытый организм в честь Эрнста Геккеля, немецкого биолога, философа и иллюстратора. Новая форма жизни получила имя «батибиус Геккели» (Bathybius Haeckelii).

Геккель пришел в восторг — как от открытия, так и от его названия. Он уже давно говорил, что нечто подобное должно существовать. Геккель, как и Гексли, был ярым приверженцем эволюционной теории Дарвина, явленной миру в 1859 году в книге «Происхождение видов».

Гексли и Геккель были ведущими приверженцами дарвинизма в своих странах, Англии и Германии соответственно. Обоих весьма интересовали вопросы, о которых сам Дарвин, если не считать нескольких мимолетных ремарок, распространяться не хотел, а именно происхождение жизни и начало процесса эволюции.

Единожды ли возникла жизнь на Земле, или она зарождалась несколько раз? Геккель был убежден в возможности спонтанного возникновения жизни из неживой материи и считал, что такой процесс должен идти постоянно. Он приветствовал батибиус как изначальную форму жизни, которая, вероятно, покрывает большие участки морского дна; он считал ее звеном или мостом, соединяющим царство живого и царство мертвой, неорганической материи.

Традиционное представление об организации жизни, царившее со времен древних греков, признавало только два вида живых существ: животных и растения. Все живое следовало относить либо к одному, либо к другому из этих двух царств.

Когда в XVIII веке шведский ботаник Карл Линней создал новую систему классификации, он поместил царства растений и животных рядом с третьим, неживым — «царством минералов», или Lapides. Об этом тройственном делении до сих пор напоминает известный вопрос: «Животное, растение или минерал?»^*

Во времена Линнея было уже известно о существовании микроскопических организмов. Воочию их впервые увидел голландский галантерейщик Антони ван Левенгук, который собрал самый мощный по тем временам микроскоп.

Линней не обошел вниманием заметные только под микроскопом крохотные организмы и включил их в свою классификацию живых существ, определив в категорию «черви». (Десятую редакцию своей «Системы природы», в которой Линней занялся классификацией не только растений, но и животных, он завершает группой, которую называет Monas — «бесконечно малые тельца».)

По мере развития биологии ученым все чаще стали встречаться неочевидные случаи, особенно на микроскопическом уровне. Как правило, их пытались разместить либо по одну, либо по другую сторону четкой границы — в царстве растений (водоросли) или в царстве животных (одноклеточные). Но зачастую определение того, какому царству принадлежит новое существо, оказывалось нелегким делом, и тогда стандартная классификация начинала давать сбои.

В 1860 году британский натуралист Джон Хогг заявил, что разумней всего было бы прекратить попытки впихнуть в классификацию то, что туда явно не лезет, а вместо этого стоило бы дополнить ее четвертым царством, предназначенным для крошечных организмов — не растений и не животных, которых все чаще относили к простейшим.

Хогг назвал их «протоктистами» (Protoctista) и поместил в разряд Regnum Primigenum, или «первоначальное», которому надлежало дополнить царства животных, растений и минералов. (Предложенный Хоггом термин «протоктисты» Геккель позже сократил до более современного «протисты».)

Хогг был убежден, что границы между различными царствами живого расплывчаты, в отличие от жесткой границы, отделяющей царство минералов от живой материи.

Жонглирование категориями, о котором я здесь пишу, касалось живой материи, но не разума. Однако испокон веков считалось, что жизнь и разум каким-то образом связаны, несмотря на отсутствие устоявшегося мнения об их соотношении друг с другом.

В концепции Аристотеля, сформулированной более двух тысячелетий назад, представление о живом и разумном объединяется в понятии души. Согласно Аристотелю, душа — это некое внутреннее образование, которое управляет жизнедеятельностью тела; душой обладают все живые существа, хотя и в различной мере.

Растения поглощают питательные вещества, чтобы поддерживать свое существование, — это одна разновидность души. Животные тоже это умеют, но сверх того они еще воспринимают окружающую среду и реагируют на нее — это другой вид души.

Люди, вдобавок к двум предыдущим способностям, наделены способностью к рассуждению — и это душа третьего типа. По Аристотелю, даже неживые, лишенные души объекты часто ведут себя целенаправленно, стремясь занять собственное место в мире.

Научная революция XVII века, подтолкнувшая к отказу от аристотелевской картины мира, заставила пересмотреть отношения между жизнью и разумом. В рамках нового подхода оформилось приземленное представление о материальном и укоренился механистический взгляд на материю как на нечто инертное, не имеющее ни целей, ни намерений, а душа, напротив, превозносилась и объявлялась сущностью нематериальной.

Душа, которую Аристотель считал неотъемлемым атрибутом всего живого, стала представляться явлением редким, связанным сугубо с интеллектом. Кроме того, душа, спасенная милостью Божией, могла обрести жизнь вечную.

Для Рене Декарта, весьма влиятельной фигуры своего времени, между физическим и ментальным существовала четкая граница. Однако люди, по мнению этого мыслителя, комбинируют в себе и то и другое: мы и физические, и мыслящие существа.

Нам удалось стать такими из-за того, что две упомянутые сферы сообщаются друг с другом в каком-то небольшом органе в мозге человека. Таков знаменитый «декартовский дуализм».

Иные животные, как считал Декарт, лишены души, оставаясь чисто механическими системами, — чувства у собаки не появятся, что бы с ней ни происходило. Душа — отличительное свойство человека, и ни животные, ни растения не обладают даже ее зачатками.

В XIX веке, в эпоху Дарвина, Геккеля и Гексли, развитие биологии и других наук все убедительнее показывало несостоятельность декартовского дуализма.

Труды Дарвина рисовали картину, согласно которой водораздел между людьми и другими животными не так уж и непреодолим. Формы жизни, обладающие интеллектуальными способностями различного уровня, могли появиться на свет в процессе эволюции, прежде всего путем приспособления к внешним условиям и благодаря разветвлению вида-прародителя.

Теперь отношения тела и разума представлялись вполне постижимыми — оставалось только понять, с чего же все началось.

Но в том-то и была загвоздка. Геккель, Гексли и другие подходили к проблеме следующим образом: они думали, что у живых существ должна наличествовать некая субстанция (stuff), которая давала бы начало и жизни, и разуму.

Эта субстанция должна быть вещественной, а не сверхъестественной, но при этом, скорее всего, отличающейся от обычной материи. Если мы сможем ее выделить, ее можно будет зачерпнуть ложкой, но при этом она все равно останется особенной. Они назвали ее протоплазмой.

Идея кажется странной, но отчасти она была мотивирована пристальным изучением клеток и простых организмов. Заглядывая внутрь клетки, ученые видели там довольно слабую организацию: в ней явно не хватало обособленных и дифференцированных деталей, позволявших клетке делать все то, что она, очевидно, делать умела. Внутреннее наполнение клетки казалась им однородной субстанцией, прозрачной и мягкой.

Английский физиолог Уильям Бенджамин Карпентер, восхищаясь способностями одноклеточных организмов, отмечал в 1862 году, что «жизненно важные операции», которые у животных «осуществляются с помощью развитого аппарата», на этом уровне жизни выполняются «крошечными частичками очевидно гомогенного желе».

Комочек такого желе «захватывает пищу без конечностей, проглатывает безо рта, переваривает без желудка» и «перемещается с места на место без мускулов».

Подобные наблюдения навели Гексли и других на мысль о том, что жизнедеятельность организмов объясняется не сложной организацией обычной материи, но совершенно иным ингредиентом, живым по самой своей природе: «организация материи есть результат жизни, а не жизнь есть результат организации материи».

На этом фоне батибиус казался невероятно многообещающим. Это же чистый образец материи жизни, материи, которая, возможно, возникает спонтанно и непрерывно, образуя постоянно обновляющийся органический ковер, покрывающий морское дно.

Были исследованы и другие образцы. Сообщалось, например, что батибиус, взятый со дна Бискайского залива, умел самостоятельно передвигаться. Тем не менее другие биологи скептически отнеслись к этой якобы изначальной форме жизни, вокруг которой сгущался туман предположений и догадок. «Как батибиус выживает на глубине и чем он там питается?» — размышляли они.

В 1870-х годах был дан старт экспедиции «Челленджер» — проекту, организованному Лондонским королевским обществом. За четыре года экспедиция собрала массу проб в сотнях точек океанского дна по всему миру. Перед учеными стояла задача составить первую развернутую опись живых существ, обитающих в глубоких водах.

Возглавлявший экспедицию Чарльз Уайвилл Томсон стремился разрешить загадку батибиуса, хотя и относился к нему с недоверием. Несмотря на все усилия, участникам экспедиции не удалось раздобыть никаких новых образцов, и двое ученых на борту судна по зрелом размышлении начали подозревать, что ничего общего с живыми организмами батибиус не имеет.

Проведя серию экспериментов, они показали, что нашумевший батибиус, не исключая и самого первого образца, полученного Гексли с фрегата «Циклоп», не что иное, как продукт химической реакции между морской водой и спиртом, который использовался для консервации проб.

Таким образом, батибиус испустил дух. Гексли немедленно признал свою ошибку. К несчастью, Геккель, сильнее увлеченный идеей батибиуса как недостающего звена, упирался еще как минимум десяток лет. И все же этот мостик провалился.

Некоторые ученые какое-то время еще лелеяли надежду отыскать связующее звено подобного типа — особую субстанцию (substance), которая соединит жизнь и материю, но с годами такие идеи теряли популярность.

Их заменил постепенный процесс открытий, который со временем разрешил загадку жизнедеятельности организмов. В конце концов объяснение жизни было найдено именно там, где Гексли и Геккель отказались его искать, — в невидимой глазу организации обычной материи.

Как мы увидим далее, упомянутую материю отнюдь не во всех отношениях можно назвать «обычной», но по базовой композиции она действительно самая обыкновенная. Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и все остальное во Вселенной, и ведут себя в соответствии с теми же законами физики, которым подчиняется и царство неживого.

Нам до сих пор неизвестно, как зародилась жизнь на Земле, но ее происхождение перестало быть загадкой такого рода, что заставляет нас верить, будто живой мир породила некая особая субстанция.

Это был триумф материалистического взгляда на жизнь — мировоззрения, не допускающего никаких сверхъестественных вмешательств. Столь же триумфально утвердилось и представление о том, что мироздание целиком построено из одних и тех же основных компонентов.

Жизнедеятельность организмов теперь следует объяснять не в терминах некоего мистического ингредиента, но в терминах сложной организации на микроскопическом уровне — таком крошечном, что его практически невозможно себе представить.

Взять хотя бы рибосомы — это важные для клетки органы, станции, где собираются белковые молекулы. Рибосомы и сами по себе имеют довольно сложное строение, однако на поверхности точки, которая стоит в конце этого предложения, может уместиться больше 100 миллионов рибосом.

Жизнь, в общем, нашла свое место в структуре нашего знания. Но если говорить о разуме, тут еще далеко не все понятно.

_{Отрывок из книги Питера Годфри-Смита «Метазоа: Зарождение разума в животном мире». М.: Издательство Альпина нон-фикшн, 2023.}