Текст книги "Жизнь как она есть: её зарождение и сущность"
Автор книги: Фрэнсис Крик
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 11 страниц)
Глава 9. Высшие цивилизации
Мы только что видели, что, по-видимому, в галактике, может, существует много других планет, имеющих на своей поверхности большое количество довольно водянистого раствора таких органических молекул, которые необходимы для того, чтобы служить в качестве исходных кирпичиков для построения живой системы. Мы также видели, в главе 6, что в настоящее время мы не можем составить ясного представления, мог ли такой бульон привести к появлению примитивной живой системы в течение приемлемого периода времени, скажем, в миллиард лет, или же большая часть этих бульонов обречена остаться безжизненной на почти неограниченный срок, потому что возникновение жизни является чрезвычайно редким событием. В этой главе мы рассмотрим другую проблему.
Допустим, что некой простой системе репликации удалось начать функционировать; какова вероятность того, что она разовьется до этапа в эволюции, похожего на наш?
Когда мы учитываем все, что знаем об этапах эволюции на Земле, то обнаруживаем довольно любопытную вещь. По-видимому, простейшим организмам понадобилось больше времени для развития. Самые древние следы жизни, которые мы можем обнаружить в настоящее время, найдены в составе пород, которым примерно 3,6 миллиарда лет. Многоклеточные организмы, вероятно, появились около 1,4 миллиарда лет назад, но ископаемые остатки, образованные простыми животными, у которых сохранились твердые ткани, имеют возраст всего лишь 0,6 миллиарда лет. Эти события отмечены на схеме времени, приведенной в начале этой книги.
Дальнейшие исследования могут доказать, что одноклеточные организмы появились более 3,6 миллиарда лет назад. Таким образом, период времени, доступный для доклеточной эволюции, которую мы считаем трудным этапом, едва ли мог продолжаться миллиард лет, а мог быть значительно меньше. В противоположность этому, одноклеточным организмам для того, чтобы сделать следующий решительный шаг, по– видимому, понадобилось около двух миллиардов лет, или, возможно, немного больше. После этого эволюция, по-видимому, ускорилась. Самым древним млекопитающим лишь 200 миллионов лет, и они действительно распространились и развились в виды, похожие на большинство видов, которые мы видим сегодня, всего лишь шестьдесят миллионов лет назад.
Несомненно, одним из решающих этапов было появление эукариот, организмов с настоящим ядром, циклом деления и митохондриями в цитоплазме, которые регулируют запас энергии. Для проведения фотосинтеза растения обзавелись хлоропластом. Возникает ощущение, что такое развитие могло быть весьма важным в эволюции высших животных и растений. Конечно, те из них, которые не прошли через него, бактерии и сине-зеленые водоросли, остались относительно простыми, хотя и хорошо приспособленными к окружающей среде.
Неясно, насколько именно мала вероятность этого этапа. Существует сильное подозрение, что митохондрии в наших клетках являются потомками некоего древнего, не паразитирующего организма, который поразил несколько отличную от себя клетку и затем научился жить с ней в симбиозе. Возможно, что приобретение клеткой подвижности, а вместе с ней способности к фагоцитозу – поглощению частичек пищи и даже целых организмов – имело важнейшее значение. Что бы ни произошло, по-видимому, этот этап занял очень длительный период времени. Обычно это говорит о том, что это было очень маловероятное событие. Если бы вероятность его осуществления по какой-либо причине составляла лишь половину своего фактического значения, то оно могло бы никогда не произойти, даже в этот поздний период времени истории Земли. Земля сегодня могла бы быть заселена бактериями и водорослями и кое-чем еще.
Подобную аргументацию нельзя использовать для всех этапов, выделяемых нами в эволюции. Некогда добились успеха примитивные животные с мышцами и нервами, и мы можем быть уверены, что при наличии хорошего молекулярного механизма для быстрой эволюции разовьется система зрения. Способность видеть дает животному значительное преимущество при отборе, и, что еще важнее, такое развитие происходило, по крайней мере, три раза в процессе эволюции: у насекомых, моллюсков (таких как головоногие и осьминоги) и позвоночных (рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих). Все то, что происходит в процессе эволюции несколько раз независимо друг от друга, вряд ли может быть очень редким событием. Именно те этапы, которые случились лишь однажды, и особенно те, которые, по-видимому, заняли длительный период времени, мы могли бы считать произошедшими, благодаря счастливой случайности, и поэтому на них нельзя рассчитывать в каком– либо подобном процессе где-нибудь в другом месте.
Сколько именно могло быть таких этапов, трудно сказать. Еще один возможный пример касается вымирания динозавров. Примерно шестьдесят миллионов лет назад динозавры, которые в то время преобладали среди позвоночных, особенно на суше, вдруг начали вымирать, наряду с большим количеством других видов и растений, и животных. Два физика Альваресы (отец и сын) и их коллеги, обратив внимание на отложившийся примерно в то время тонкий слой глины, проанализировали его и обнаружили, что он имеет своеобразный изотопный состав, содержащий необычное количество ванадия. Были исследованы три далеко отстоящих друг от друга участка, и во всех трех присутствовал этот слой глины, что говорит о его образовании после некоего события мирового масштаба. Этот изотопный состав был совместим с внеземным происхождением некоторых веществ. Они предположили, что некий астероид, около шести миль в диаметре, упал на Землю, образовав огромную впадину и рассеяв большое количество веществ в атмосфере, которые ветры разнесли по всему миру и которые на несколько лет закрыли солнечный свет до тех пор, пока, наконец, не улеглись даже мельчайшие частицы пыли. (Все еще помнится, как после извержения Кракатау на всей Земле в течение нескольких лет были необычные закаты, потому что в атмосфере повисла пыль.) В результате фактического угасания дневного света, вымерли многие растения, особенно фитопланктон в океане. Стали вымирать многие виды, хотя растения с длительным сроком сохранения семян могли снова появиться, когда в конце концов вернулся свет. В результате этой массовой потери растительного материала, оказалась полностью нарушенной цепь питания. Особенно губительным это было для крупных животных, находящихся на вершине пищевой цепочки. Поэтому все динозавры начали вымирать, за исключением, может быть, немногих мелких динозавров, предков птиц. Самые древние млекопитающие появились примерно 200 миллионов лет назад, но ко времени катастрофы их развитие не увенчалось большим успехом, вероятно, потому, что его сдерживало господство динозавров. Эти древние млекопитающие, в основном, были небольшого размера, ночные насекомоядные, и поэтому смогли выжить в годы темноты. Когда наконец вернулся свет, млекопитающие быстро развились и заняли все различные экологические ниши, освобожденные вымершими к тому времени динозаврами (как вьюрки Дарвина, распространившиеся на Галапагоских островах), образовав вскоре многие виды, потомков которых мы видим вокруг себя. У одной ветви приматов развилось хорошее цветовое зрение и увеличенная кора головного мозга; в конце концов, появился человек.
Ключевой вопрос, эволюционировали ли динозавры, если бы они не вымерли, в какой-либо вид животных, достаточно разумный, чтобы развивать науку и технику. На этот вопрос мы не можем дать какой-либо определенный ответ, но есть тайное подозрение, что динозавры адаптировались в ошибочном направлении. Если это так, то развитие высшего интеллекта на Земле решающим образом зависело от этого весьма крутого толчка, данного эволюции астероидом. Такое столкновение не могло быть уникальным событием. В ископаемых памятниках прошлого зафиксированы другие, более древние вымирания. Можно предположить, что крупный астериод ударяется о Землю со средней частотой около одного раза за 200 миллионов лет, хотя все еще нет подтверждения, что эти более древние вымирания произошли благодаря такому удару.
Возможно, что эволюция, в конечном счете, всегда создаст существо с высокой степенью интеллекта, потому что в борьбе за существование обычно платит интеллект. Но для того, чтобы вызвать осуществление более крупных этапов эволюции, могут понадобиться довольно значительные изменения окружающей среды. Если это так, то это накладывает еще одно условие на планетарные системы, где, вероятно, могут развиться высшие формы жизни в течение разумного периода времени.
Глава 10. Как давно могла зародиться жизнь?
До сих пор мы обсуждали, где могла бы появиться жизнь во Вселенной и насколько маловероятным могло быть это событие. Мы совсем не обсуждали, когда она могла зародиться и сколько времени потребовалось на совершенствование древних простых организмов до высшей цивилизации, способной посылать ракеты на другие планетарные системы. Строго говоря, мы не можем дать более точную оценку относительно времени, необходимого для эволюции, чем ту, которую мы можем дать относительно вероятности какого-либо определенного этапа, за исключением того, что нам было бы нелегко поверить, что весь этот процесс мог бы произойти намного быстрее, чем на Земле. Детально разработанной теории эволюции, до такой степени поддающейся количественному определению, что мы могли бы рассчитать, сколько именно времени может потребовать каждый определенный этап, не существует. Мы видим, что это может зависеть от таких факторов, как скорость мутации, время генерации, величина скрещивающейся популяции, и, главным образом, от селективных давлений, созданных средой вообще и другими особями в частности. Устойчивость окружающей среды, большие скрещивающиеся популяции и долгое время генерации, по-видимому, приводят к проявлению медленных изменений. Механизмы изоляции, географические или биологические, ведущие к небольшим популяциям, могут создавать новые виды довольно быстро. Любой вид, у которого окажется много возможностей и мало соперников, как часто случается, когда впервые заселяют новые земли, вероятно, очень быстро разнообразится, чтобы заполнить все доступные новые экологические ниши. Но во всех этих случаях трудно предсказать скорость эволюции, кроме как весьма грубым, но эффективным способом. В самом глубоком смысле, эволюция – это процесс, ход которого обязательно непредсказуем. Только когда определенное свойство, возможно, обеспечит подавляющее преимущество (как, например, способность видеть), мы можем быть в известной степени уверены, что оно обязательно появится тем или иным образом. Даже в этом случае мы бы поспешили, если бы точно предсказали, какую форму примет система зрения. Самое большее, что мы можем сказать о нервной системе высшего животного, это то, что она, возможно, разовьется таким образом, что животное будет воспринимать и отвечать не только на явные сигналы, полагаясь на свои органы чувств, но и на те особенности этих сигналов, которые соответствуют определенным сторонам реального мира, и особенно тем сторонам, которые влияют на выживание и размножение животного – запах хищника, появление самки и т. п. Но на вопрос о том, сколько времени понадобится мозгу животного, чтобы развить определенную сложную функцию, почти невозможно ответить точно.
Самый легкий вопрос, на который мы могли бы попытаться ответить, возможно, следующий: если бы жизнь на Земле зародилась еще раз, лишь при незначительных изменениях окружающей среды (с тем, чтобы процесс не повторился в точности), то сколько понадобилось бы времени, чтобы появилось существо, похожее на человека? Мы знаем, что первоначально этот процесс занял около четырех миллиардов лет. Предположительно, это могло бы произойти снова как минимум через миллиард лет, но период времени намного меньше этого вызвал бы у нас недоверие. С другой стороны, мог бы понадобиться более долгий период времени, если бы не произошло одно или два счастливых события. По-видимому, здесь почти невозможно принять решение, а что касается жизни на несколько другой планете, то трудности увеличиваются.
Поэтому я буду вынужден нарушить правила, установленные теорией вероятности, и предположить, что жизнь, зародившись где-нибудь в другом месте, развивалась бы примерно с той же скоростью, что и здесь; то есть эволюция от бульона до человека займет примерно четыре миллиарда лет. Из всего того, что уже было сказано, можно понять, что такое предположение безнадежно рискованно, до тех пор, пока мы не сможем доказать, что все главные этапы эволюции имели довольно высокую вероятность. Если это верно, тогда случайные задержки и случайные ускорения могли бы иметь тенденцию к усреднению, и общая скорость была бы почти такой же, как здесь. Даже это предполагает, что общие факторы, такие как температура или разнообразие окружающей среды, отличались не настолько, чтобы весь ход эволюции, несмотря на то, что в общих чертах он похож на земной, либо заметно ускорился, либо замедлился. Все, что можно действительно сказать, так это то, что цифра в четыре миллиарда лет для всего процесса, хотя ей и не хватает твердого обоснования, не является невероятной.
Вооружившись этим весьма неясным числом, мы можем начать обсуждать, когда впервые могла появиться жизнь. Здесь есть два существенных требования. Нам нужна подходящая планета и на ней (или вблизи ее поверхности) определенные элементы. Очевидно, что мы не можем получить оба этих условия сразу после Большого взрыва, как уже обсуждалось в главе 2. Существуют убедительные данные, что многие атомы наших тел образовались не во время первых моментов космического расширения, а были синтезированы некоторыми из первых звезд. Эти большие звезды быстро истощили свое ядерное топливо, сжались, взорвались и рассеяли свои обломки в окружающем пространстве, где они, в конечном итоге, сгустились и образовали новые звезды и планетарные системы. Хотя мы не можем быть уверены, сколько именно на все это понадобилось времени в измеримом масштабе, приемлемая оценка могла бы составить один или два миллиарда лет.
Для того, чтобы продолжить, нам необходимо знать возраст Вселенной – время, прошедшее с Большого взрыва. К сожалению, это все еще спорный вопрос. Самые максимальные оценки достигают значения двадцати миллиардов лет, наименьшие составляют всего лишь семь миллиардов, хотя немногие согласились бы с такой заниженной цифрой. Когда мы с Лесли Оргелом написали нашу статью, то наилучшим представлялось предположение примерно о тринадцати миллиардах лет. Сегодня ближе к принятой оценке можно считать цифру в десять миллиардов лет.
Для наших целей точная цифра не существенна, при условии, что она не окажется слишком маленькой. На всякий случай, выберем десять миллиардов лет. Если предположить, что развитие планет и химических веществ заняло один миллиард лет, остается девять миллиардов. Сразу понятно, что возраст Земли примерно в два раза меньше. Этого времени вполне достаточно, чтобы жизнь развилась не один раз, а два раза подряд. Короче говоря, прошедшее с тех пор время вполне допускает возможность, что жизнь возникла на какой-то далекой планете, сформировавшейся девять миллиардов лет назад, спустя четыре-пять миллиардов лет появились существа подобные нам, и затем они смогли послать некую примитивную форму жизни на Землю, которая к тому времени охладилась до такой степени, что на ней уже образовались первозданные океаны. Произошло ли это на самом деле – все еще вопрос убеждений, но при сегодняшних данных трудно доказать, что истекшее с тех пор время было, безусловно, слишком коротким. У жизни было достаточно времени, чтобы развиться не просто один раз, но и вновь во второй раз.
Глава 11. Что они могли послать?
С этого момента мы оставим количественные соображения, какими бы приблизительными они ни были, и предоставим своему воображению несколько большую свободу. Мы примем без доказательств, что на некой далекой планете приблизительно четыре миллиарда лет назад или около того развился вид высших существ, которые, как и мы, открыли науку и технику, развив их намного дальше того уровня, которого достигли мы, поскольку они имели массу времени и крайне маловероятно, что их общество остановилось как раз на той же ступени развития, на которой находимся сейчас мы. Нам нелегко угадать, насколько именно они продвинулись дальше нас, хотя некоторые из их наук могут быть не похожи на наши. Наше знание многих областей физики и химии сейчас настолько полное и находится на столь прочных основаниях, что их основные особенности, возможно, уже известны нам. Вряд ли это справедливо для всех разделов этих наук. Например, физика высоких энергий, вероятно, все еще держит про запас много сюрпризов. Мы можем рассчитывать на новые методы в физической химии, которые сделают наше знание химической структуры и химических реакций более точным. Даже если уже не осталось еще не открытых радикально новых принципов (а это довольно маловероятно), то многим поколениям ученых еще предстоит провести исследования, открывающие во всех подробностях, как взаимодействуют атомы и молекулы во многих различных смесях и при многих режимах давления и температуры.
Если мы обратимся к астрономии, астрофизике и космологии, то поймем, что в этих областях предстоит открыть еще больше. Мы уже касались некоторых из этих проблем, например, у какого количества звезд есть планеты; кроме того, здесь остаются без ответа еще более важные вопросы, такие как является ли Вселенная открытой или закрытой (то есть обладает ли она достаточной массой, с тем чтобы, в конечном итоге, начать сжиматься, вместо того, чтобы продолжать постоянно расширяться). Наши знания биологии еще более примитивны: например, у нас все еще достаточно поверхностные представления о характере эмбриологии, и, как мы видели, ход и механизм эволюции все еще поняты лишь в общих чертах, а о возникновении жизни известно еще меньше.
Мы можем быть уверены, что если наша собственная цивилизация продолжит существовать хотя бы в течение еще одной тысячи лет, то мы ответим на многие из этих трудных вопросов. Даже если к тому времени будут установлены все фундаментальные принципы всех наук, все же сделать предстоит еще многое. В течение следующих десяти тысяч лет мы можем рассчитывать, что вычислим достаточно обстоятельно многие сложные системы. Прежде всего, мы, вероятно, увидим расцвет инженерных программ, применяющих уже известные к тому времени фундаментальные знания к системам постоянно увеличивающейся мощности, тонкости и сложности. При условии, что человечество не взлетит на воздух или полностью не погубит окружающую среду и среди него не станут преобладать яростные фанатики, противники науки, мы можем рассчитывать увидеть значительные усилия по улучшению природы самого человека. Какие формы они могут принять, насколько успешными они окажутся и сколько времени понадобится, чтобы коренным образом изменить природу человека, мы едва ли можем предполагать, когда всматриваемся сквозь туман неопределенности, окутывающий далекое будущее.
По аналогии мы можем предположить, что эти более древние технократы, вероятно, знали намного больше нас, особенно в области астрономии и биологии, и сконструировали технику, намного превосходящую нашу. Какой могла представляться им их Вселенная?
Было бы удивительно, если бы они не постигали секреты своей собственной природы (до постижения которых нам еще очень далеко), механизмы своей эволюции и глубоких воздействий своего непосредственного физического окружения. Тогда как мы можем только догадываться, у каких звезд могут быть планеты, они, вероятно, это знали, хотя трудно оценить, как много им было известно о конкретных условиях других миров. Если они обладали высокими технологиями и имели достаточно времени, мы можем предположить, что они послали автоматические научно-исследовательские станции, по крайней мере, к нескольким ближайшим звездам и по прошествии нескольких сотен лет, получили ответные послания, сообщающие им кое-что об условиях там. Даже для этого понадобилась бы техника намного более развитая, чем наша.
Предположим, они обнаружили, что в галактике существует много подходящих для жизни мест, где есть и суша, и океаны, а также неизменное снабжение энергией со стороны родительской звезды, подходящая атмосфера, и, следовательно, очень большие массы разбавленного бульона на поверхности. Что мы не можем столь легко предположить, так это то, смогли ли они обнаружить, в каком количестве мест имелась некоторая примитивная форма жизни. Быть может, они установили, что жизнь это действительно очень редкое событие. Даже если верно обратное, возможно, они могли прийти к ложному выводу, что они, на самом деле, единственны в своем роде и в их галактике не существует других форм жизни. Мы можем представить, не слишком насилуя свое воображение, что, когда они внимательно изучили свой небольшой уголок Вселенной, протянувшийся на несколько десятков тысяч световых лет во многих направлениях, они смогли прийти к выводу, что, несмотря на то, что бульоны были обычным явлением, жизнь встречается чрезвычайно редко; что во многих местах существует возможность для зарождения жизни, но ни в одном из них не был сделан важный первый шаг – спонтанное появление химического механизма, необходимого для естественного отбора. И таким образом, мы должны задать вопрос, если Вселенная им представлялась действительно такой, то что они могли предпринять?
Для того чтобы точнее обрисовать их затруднительное положение, необходимо назвать еще один фактор. Они, вероятно, знали, что, в конце концов (и, возможно, по прошествии очень длительного периода времени), их собственная цивилизация обречена. Конечно, можно предположить, что у них были основания считать, что они не смогут выжить даже уже в ближайшее время. Может быть, они обнаружили, что соседняя звезда легла на встречно-пересекающуюся орбиту с их звездой, – весьма маловероятное событие в большей части галактики, но весьма вероятное вблизи галактического центра. Может быть, у них были основания предполагать, что их общественная система окажется неустойчивой неограниченное время, каковой, несомненно, может быть и наша. Они, вероятно, знали, что, в конце концов (имея в виду миллиарды лет), когда ядерное топливо начнет истощаться, их звезда может превратиться в красного гиганта и при этом поглотит их планету и разогреет ее, не оставив им никакой надежды на спасение. Без сомнения, они планировали заселить соседние планеты, но, может быть, это оказалось крайне трудно выполнимо в техническом плане, особенно если им не повезло и ближайшая подходящая планета оказалась на расстоянии многих десятков световых лет. Даже если они сделали такую попытку, то они, должно быть, осознавали, что их шансы на успех невелики и что они должны составить возможные планы действий на случай повторения неудач подобного рода. Какими бы ни были их мотивы, мы можем полагать, что они тщательно изучили другие альтернативы.
Какие другие варианты открывались перед ними? Самый легкий – послать автоматические научно-исследовательские станции, но, несмотря на мнение авторов научно-фантастических книг, их нелегко создавать и восстанавливать. Существовала не только грандиозная задача постройки машины, материалы для которой удобно было бы добывать, но еще и проблема создания таких машин, которые работали бы надежно, не получая значительной помощи со стороны родной базы, особенно после долгого путешествия в космосе и неудачной посадки на далекой планете. Там, вероятно, должны были присутствовать сложные механизмы для автономного ремонта, и они также обязаны были обладать высокой степенью надежности. Единственное благоприятное обстоятельство, вероятно, заключалось в том, что почти наверняка отсутствовало серьезное соперничество. Судя по всему, там не было ни моли, чтобы все портить, ни воров, чтобы разрушать и красть. Нужно было справиться лишь с медленным разрушением под действием ржавчины и другими видами химических и механических разрушений.
Оставалась очевидная возможность послать какие-нибудь другие живые существа со своей планеты. Несмотря на то, что они находились на более низкой ступени эволюции, должно быть, у посылавших их все же была надежда, что они смогут выжить и размножиться, а если повезет, то, в конечном итоге, развиться в высшую форму жизни. Если слишком затруднительно послать в это ужасное путешествие существ, подобных человеку, почему не попытаться послать мышей?
К сожалению, выгоды от использования мышей довольно незначительны. Мышь занимает меньше места, чем человек, но у нее нет ничего похожего на такой же механизм управления окружающей средой. Ее сохранение, как гнездовой колонии в течение сотен лет в космическом корабле, представляет очень значительные трудности, даже если допустить замысловатые формы повторных циклов. Среда, в которой они, вероятно, окажутся по прибытии, почти несомненно окажется постоянно враждебной. В частности, можно предполагать, что они будут испытывать недостаток кислорода, что, в конечном итоге, является почти роковым препятствием. Очевидно, что нам необходим организм, который можно послать в достаточно больших количествах, который может довольно хорошо перенести долгое путешествие в космосе и у которого будет какой-то шанс на выживание как при самой высадке на поверхность планеты, так и в окружающих условиях, в которых он там окажется. Поставив таким образом проблему, мы видим, что микроорганизмы, похожие на наши бактерии, были ли бы хорошим выбором в качестве колонистов, посылаемых для зарождения жизни на далекой планете.
На что похожи бактерии? Основное деление биологического царства заключается не в различии между животными и растениями, как мы, может быть, склонны считать. Это также не деление на организмы лишь с одной клеткой и организмы со многими клетками, подобные нашему. Самое важное различие между организмами заключается в том, что есть организмы, клетки которых имеют ядро, как наши, они называются эукариоты, и есть более простые организмы, у которых отсутствует такое ядро, они известны под названием прокариоты. Термин «высшие организмы», часто используемый биологами, может ввести в серьезное заблуждение. Несомненно, мы являемся высшими организмами и поэтому, говоря в общих чертах, видом животных, которых вы видите в зоопарке. Но перед биологом дрожжевую клетку, например, такую, которая вызывает брожение пива или вина или используется для хлебной закваски, можно охарактеризовать как высший организм. По этой терминологии, под «низшими организмами» имеются в виду прокаритоты. Термин охватывает все бактерии, которые существуют в огромном множестве различных видов, и то, что обычно называют сине-зелеными водорослями. Остальные виды водорослей являются эукариотами, например, амебы, ресничные и многие другие одноклеточные существа.
Деление биологического мира на эти две широкие категории очень важно, потому что оно является одновременно и четким, и глубоким. Оно затрагивает не просто проблему клеточного ядра, а включает в себя многие особенности внутренней архитектуры клетки. Их нельзя было эффективно изучать без использования современного оборудования, такого как электронный микроскоп, который позволяет нам делать видимыми составные элементы клетки в таких мельчайших деталях, которые никогда не были возможны прежде. По этой причине классификация на эукариот и прокариот появилась сравнительно недавно, она относится примерно к 1960 году.
В чем заключается разница между ними? Если говорить в самых общих чертах, эукариоты имеют высокоразвитые хромосомы, которые после репликации делятся в ходе процесса, известного как митоз, который требует особого митотического аппарата. «Хромосомы» прокариот намного проще, и у них отсутствуют молекулы для создания митотического веретена. Эукариоты имеют в своей цитоплазме множество особых компонентов, включая сложные мембранные системы (которые обычно отсутствуют у прокариот) и особые маленькие органеллы, такие как митохондрии. У них есть своя собственная ДНК и свой собственный аппарат для синтеза белка, и широко распространена точка зрения, что они произошли от не паразитирующего прокариота, который проник в клетку и, в конечном итоге, выродился настолько, что мог существовать только в симбиозе с клеткой-хозяином. Митохондрию обычно называют «электростанцией клетки», поскольку она включает молекулярный аппарат для эффективного сжигания пищи с использованием молекулярного кислорода. Каждая из наших собственных клеток насчитывает сотни, если не тысячи, таких митохондрий.
Возможно, что более существенное различие между эукариотами и прокариотами касается способа проникновения веществ в клетку и выхода из нее. У эукариот есть специальные механизмы для поглощения крупных частиц (процесс называется фагоцитоз) и специальные внутренние структуры для их переваривания. У прокариот такие молекулярные механизмы полностью отсутствуют. Через их мембраны могут проникать лишь объекты величиной с молекулу.
У нас нет необходимости вдаваться во все детали. В общих чертах, прокариоты проще, у них отсутствуют специальные молекулы, которые позволяют более совершенным эукариотам осуществлять сложные процессы. Эти процессы позволяют эукариотам нести намного больше генетической информации (разрешая иметь набор хромосом вместо лишь одного отрезка ДНК), жить в других организмах и перемещать молекулы повсюду внутри самих себя с определенной целью. Если есть одно свойство, которое ставит эукариот выше прокариот, так это молекулярный аппарат для генерации и управления движением внутри клетки. Именно он привел к образованию мышц, весьма важных для животных, и допускает сложный танец хромосом, который мы наблюдаем в виде митоза.
Тогда почему, если бактерии находятся в таком невыгодном положении, нам следует их рассматривать в качестве возможных пассажиров нашей ракеты? Ключ к ответу заключается в одном слове: кислород. Вполне вероятно, что в пребиотическом мире в атмосфере было мало кислорода. Следовательно, мы должны исследовать организмы, которые существуют сегодня на Земле, чтобы понять, каковы их потребности в кислороде.
Большое преимущество кислорода заключается в том, что он позволяет клетке получить намного больше энергии при метаболическом усвоении своей пищи. Этот процесс обычно называется респирацией. Немногие бактерии могут использовать определенные неорганические соединения, такие как углекислые соли, нитраты или сульфаты, вместо кислорода, но это именно те соединения, которые вряд ли можно было найти в каком-либо количестве на первозданной Земле вследствие нехватки кислорода в атмосфере. В отсутствии неорганического акцептора электронов, как называются такие соединения, клетка должна пользоваться намного менее эффективным способом, называемым ферментацией. Значение ферментации заключается в том, что она может развиваться при полном отсутствии кислорода, но она создает значительно меньше молекул АТФ (аденозинтрифосфата), энергетической валюты клетки, чем респирация.
