ИТОГОВАЯ ДИСКУССИЯ «ПРОБЛЕМЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ»
Председательствующий А.Ю. Розанов
А.Ю. Розанов: Дорогие коллеги! Мы хотим создать программу, посвященную проблемам происхождения жизни. Три дня наших заседаний показали, что у нас есть шанс сделать нечто разумное и двигаться вперед. Некоторые направления обозначились достаточно четко, некоторые пока еще вырисовываются. Для того, чтобы дело двигалось, оно должно быть опубликовано — обличено в бумажные или электронные формы. Мое изначальное предложение -сделать книжку, в которой будут напечатаны и доклады, и дискуссия. Георгий Александрович Заварзин предлагает сделать это все на диске, что тоже возможно. Но самое главное, это нужно сделать быстро и не растягивать на много лет.
СВ. Шестаков. Тезисы о проблемах биологической эволюции
Глубокоуважаемые коллеги! Позвольте изложить три общих соображения, которые касаются темы нашего собрания, а именно — возникла ли жизнь на Земле или она привнесена извне, а если на Земле, то когда и каким образом эволюционировала. Продолжая обсуждение доклада Георгия Александровича Заварзина, хочу уточнить ряд понятий, которыми мы пользуемся здесь в аудитории, весьма разнообразной по научным интересам. Во-первых, следует подчеркнуть, что биологическая эволюция — это эволюция организмов и их сообществ на уровне популяции. Другой круг вопросов касается «добиологической эволюции», абиогенной эволюции макромолекул, способных реплицироваться, собираться в различные комплексы и даже обеспечивать сопряженные метаболические реакции. Однако при отсутствии мембранных структур и автономности такие конгломераты являются открытыми системами. Это прогеноты, «предклетки», которые представляют собой то, что называется «коммунальным хозяйством», где еще нет фиксированных геномов. Прогеноты нестабильны и находятся в постоянном обмене генетическим материалом в результате горизонтальных переносов. Из этого единого генного пула происходит сборка дифференцированных геномов и формирование первичных клеток, которые подвергаются действию селективных факторов энергетической и экофизиологической выгоды.
Я упомянул об этом для того, чтобы перейти к рассмотрению трех тезисов, первый из которых совершенно ясен. Он заключается в том, что даже если в какой-то форме жизнь появилась на Земле извне, неважно, из Солнечной системы, от звезд Галактики и т. д., все равно остается открытым вопрос, как же она где-то возникла? И тогда нужно четко определить, почему бы это не могло произойти и на Земле? Мое впечатление от большинства прослушанных докладов таково — на определенных этапах формирования Земли на самом деле были все необходимые условия для инициации добиологической эволюции и последующего зарождения жизни на нашей планете. Лев Михайлович Мухин сказал такую фразу, что весь «космос забит органикой». Стало быть, многие органические соединения вполне могли быть привнесены на Землю и/или синтезироваться при определенных температурных, геохимических и прочих условиях. Это относится не только к нуклеотидам и аминокислотам, но и к сложным полимерам с вершиной в виде мира РНК и предпосылок для появления первичного генетического кода. Таким образом, на мой взгляд, нет достаточно весомых логических оснований для того, чтобы отдавать предпочтение гипотезе панспермии о привнесении жизни извне.
Тезис второй. Современные представления о вирусах, неспособных размножаться вне организма хозяина, говорят скорее в пользу того, что вирусы возникли позже появления клеток (это традиционная точка зрения), или, по крайней мере, вместе с ними. «Эволюция» вирусов — это история коэволюции с хозяином. Вместе с тем, несомненно, вирусы играют огромную роль в горизонтальном переносе генетической информации и эволюции биосферы. Исходя из большого сходства вирусных геномов с мобильными элементами, можно полагать, что вирусы представляют собой геномные сегменты, «сбежавшие» из генома прокариот или эукариот и захватившие с собой часть генов, необходимых вирусам для собственного воспроизведения. Отдавая должное красоте гипотезы первичности доклеточного возникновения вирусов (Koonin Е. et al., 2006. Biol. Direct. V. 1: 29), изложенной В.И. Аголом, еще нельзя найти достаточно убедительных аргументов, позволяющих полагать, что основные домены, царства живого — архей, эубактерии и эукарноты — возникли из разных типов провирусов, так же как и рассматривать вирусы в качестве источников появления жизни на Земле по сценарию панспермии.
Третий тезис касается проблемы происхождения первичной клетки. Широкое распространение получил постулат о том, что клетка возникла единожды и затем через «узкое горлышко» отбора и началась биологическая эволюция. Вместе с тем допусти май другая гипотеза, согласно которой в разных частях планеты при разных локальных условиях (геохимических, физико-химических, климатических и т. д.) первичные протоклетки могли возникать независимо и неоднократно (Шестаков СВ., 2003. Палеонтол. журн. № 6: 50). Эти предшественники клеток конвергировали по единому принципу, подчиняясь правилам соотношения поверхности и объема, формирования мембран и т. п. В этом смысле можно предположить, что архей и бактерии, сходные по морфологии, но различные по аппарату репликации, транскрипции и трансляции, могли действительно возникнуть независимо друг от друга. Хорошую поддержку получила схема происхождения эукариот в результате соединения и взаимодействия геномов и метаболических сетей архей и эубактерий определенного типа. Из сказанного следует уже получивший широкое признание вывод о том, что не было единственного универсального однокорневого предшественника. После десяти последних лет бурных дискуссий образовалось два лагеря, к одному из которых (доминирующему) относятся тс, кто традиционно считает вертикальное наследование основой эволюции и придерживается иерархической филогении. Сторонники второго лагеря придают первостепенное значение множественным горизонтальным переносам, т. е. реализации сценария сетчатой эволюции, прежде всего для прокариот и низших эукариот (Doolittle W.F., Bapteste Е., 2007. PNAS. V. 104: 2043). Таким образом, сегодня происходит серьезная ревизия теории биологической эволюции. Главная задача заключается в том, чтобы определить конкретное соотношение вклада и темпов вертикальной, горизонтальной и редукционной эволюции для различных таксономических групп. За счет горизонтальных переносов идет эволюция организмов с высоким рекомбинационным потенциалом, тогда как у микробов с низким уровнем рекомбинации преобладает вертикальная эволюция (мутации, бифуркация, отбор). При горизонтальном переносе происходят интенсивные генетические обмены и геномные перестройки, приводящие к образованию мозаичных «химерных» геномов, при филогенетическом анализе которых затрудняется расшифровка путей видообразования (Шестаков СВ., 2007. Экол. генетика. Т. 5, № 2: 12).
В нашем совещании участвуют представители многих наук — астрофизики, химики, биологи, геологи, что очень познавательно и стимулирует к междисциплинарному взаимодействию. Вместе с тем, дискуссия показала ограниченность наших знаний вообще и недостаточную информированность каждого из нас в смежных научных областях. Поэтому предпочтение тем или иным гипотезам, которые мы обсуждаем, скорее отражает нашу веру или желание верить в какую-то идею, соединяющую разные ветви естествознания и, конечно, не имеющую ничего общего с догматами креационизма, которые, вообще-то, имеют чисто антропогенное происхождение, в отличие от тех законов, которые реально действуют в природе. Оставляя в стороне тему божественного креационизма, я хочу сказать несколько слов о другом креационизме. Ведь можно рассматривать не только вопросы происхождения жизни на Земле или поиски жизни на других планетах, но и обсуждать перспективы экопоэза как задачи искусственного создания условий для жизни. Этот термин был предложен известным генетиком Робертом Хейнсом, статья которого так и называется: «Экопоэз — поиграем в Бога на Марсе» (Haynes R.H., 1989. J. Biol. Sci. in Space. V. 3, № I: 101). По отношению к Марсу земляне являются инопланетянами, так почему бы нам на определенном этапе развития технологий не поставить вопрос об использовании Марса как полигона для экспериментального изучения проблемы происхождения жизни. Речь идет не столько о внедрении сложных экосистем или поселении человека на Марсе. Я имею в виду то, что можно было бы назвать созидательным креационизмом, призванным обеспечить условия для зарождения жизни на другой планете. Мои слова являются данью уважения к сторонникам теории панспермии, но только к схеме с метеоритами, кометами и другими потенциальными переносчиками я бы добавил и то, о чем говорят сюжеты некоторых научно-фантастических рассказов, то есть о том, что, может быть, на Землю жизнь пришла в результате творчества кого-то (может быть, с других планет), кто ставил эксперименты, направленные на создание условий для естественного зарождения жизни на Земле. Вот таким странным эссе хочу завершить свое полушутливое изложение гипотезы «направленной панспермии».
Л.М. Мухин: Сергей Васильевич, в последней части Вашего выступления были серьезные предложения по поводу Марса. Есть работа Криса Маккея (McKay СР., 1982. Terra forming Mars. J. Brit. Interplanet. Soc. V. 35: 427), где используется термин «terraforming» для процесса создания условий для жизни на других планетах. Что Вы тут скажете?
СВ. Шестаков: Кристофер Маккей и Роберт Хейнс были партнерами и вместе продвигали разработку конкретных программ освоения. Да, такие теоретические программы разрабатываются в надежде на будущее. И честно говоря, эта часть моего выступления была предназначена коллегам из Института медико-биологических проблем. Кроме того, у меня сложилось впечатление, что многие участники нашего собрания мало знают об этой области космического естествознания. Поэтому я счел необходимым об этом упомянуть.
A. Ю. Розанов: Одно маленькое замечание по поводу панспермии. Есть две крайние позиции: панспермия — это «жизнь есть всегда и везде», по Вернадскому, и панспермия — это транспорт. Обратите внимание, что эта проблема должна обсуждаться особым образом.
B. Н. Снытников: Уважаемые коллеги, я бы хотел обратить Ваше внимание вот на какое обстоятельство. Казалось бы совершенно элементарный с современной точки зрения эксперимент Миллера-Ури, проведенный в 1950-х гг., до сих пор упоминается в публикациях, хотя внешне его результаты довольно-таки тривиальны, что в неравновесных условиях да еще под воздействием плазмо-химических реакций могут формироваться более сложные органические молекулы. Вот какое у меня замечание или даже предложение. В последнее время российская программа исследования космоса, как ближнего, так и дальнего, находится в достаточно плачевном состоянии по сравнению с европейской или американской программами. Поэтому материала не хватает. Например, метеоритный материал с предполагаемыми псевдоморфозами можно было бы получить непосредственно в космосе. Академии следовало бы занять более активную позицию в этом вопросе. Второе предложение — может быть, уже настала пора перейти к обсуждению экспериментов, непосредственно связанных с проблемой возникновения жизни. При всем том, что я выслушал, мне кажется, что несколько реальных экспериментов, которые можно было бы сейчас проводить, уже можно наметить. И если правильно сформулировать программу такого сорта экспериментальной деятельности в этом направлении, то можно было бы рассчитывать на получение в дальнейшем более сильных результатов. Я предлагаю обсуждать именно программу проведения различного типа экспериментов, правда, это не должно выливаться в проблемы органического синтеза, чем часто грешат зарубежные работы. Спасибо за внимание!
М.Я. Маров: Прежде всего, я хочу выразить признательность организаторам за приглашение принять участие в данном рабочем совещании и с удовлетворением особенно отметить то, что оно проводилось в «неформальном формате». В результате докладчики имели возможность достаточно подробно излагать проблемы, обозначенные в названиях докладов, и была хорошая возможность их подробно обсуждать. В свою очередь, обсуждения обнажили многие ключевые проблемы, которые заслуживают дальнейшего внимательного изучения. И, конечно, важно, чтобы космохимические и биологические направления исследований получили дальнейшее развитие и были в числе будущих программ фундаментальных исследований, поддерживаемых грантами Российской академии наук. Я очень надеюсь, что, подобно тому, как мы это делали три предыдущих года, эти исследования продолжатся в рамках новых программ или подпрограмм. У участников, безусловно, есть очень серьезный задел и есть вполне обозримые перспективы развития данных направлений. Это первое, о чем мне хотелось сказать.
Второе. Я услышал здесь много нового от биологов, что важно для расширения собственного мировоззрения и понимания стоящих перед нами задач. Но это также важно с точки зрения выявления некоторых общих закономерностей, проявляющихся в различных областях знаний, что имеет вполне определенный философский смысл. С позиций механика и физика обсуждавшаяся проблематика имеет самое непосредственное отношение к стохастической динамике открытых нелинейных диссипативных систем. Это фундаментальное направление, восходящее к пионерским работам Анри Пуанкаре и получившее развитие в трудах Ильи Пригожина, бурно развивается в современном мире. В 2006 г. с академиком Алексеем Максимовичем Фридманом мы выпустили книжку, посвященную астрофизическим дискам, в которой большое внимание уделено стохастическим процессам. В 2009 г. выходит моя книга, написанная совместно с моим учеником и близким коллегой Александром Владимировичем Колесниченко, посвященная динамике турбулентных газов в космических и природных средах и процессам возникновения упорядоченности в хаотических системах. В ней, в частности, показано, что внутри сложных природных комплексов, открытых взаимодействию с окружающей средой, заложены процессы самоорганизации, и развит математический аппарат для моделирования таких сред. Замечательно, что в хаотической, изначально незапрограммированной диссипативной системе, обменивающейся веществом, импульсом и энергией с окружающей средой, выстраиваются вполне определенные островки упорядоченности. Так, в турбулентных средах, при определенных значениях ключевых параметров, вы можете наблюдать, как в самой системе появляются упорядоченные структуры. Может показаться парадоксальным, но в вихрях, периодически возникающих в турбулентной среде, молекулы, которые произвольным образом ведут себя в ламинарном течении, оказываются более упорядоченными. Другие примеры возникновения порядка из хаоса — коллективные взаимодействия в кольцах планет, атмосферная динамика, образование галактик и галактических кластеров и многое другое. Другими словами, самоорганизация заложена в самой системе. На совещании я получил дополнительные подтверждения существованию такой парадигмы и для биологических систем. В частности, мое внимание привлек доклад Александра Борисовича Четверина, в котором обсуждалась возможность «собрать клетку». С моей точки зрения, последовательность выстраивания полинуклеотидов и полипептидов при построении генома, равно как и способность рибозима катализировать производство полипептидов, есть не что иное, как основа первичного упорядочения при становлении белкового мира. Говоря физическим языком, это баланс энтропии внутри сложной системы: наряду с ее ростом, связанным с хаотичностью, одновременно происходит приток в систему отрицательной энтропии (негэнтропии) за счет внутренней упорядоченности. Здесь можно усмотреть прямую (хотя, вероятно, и достаточно грубую) аналогию с упомянутыми мною турбулентными течениями. Однако в биологических системах все несравненно сложнее — самоорганизация происходит в огромных сообществах супрамолекул, объединенных многочисленными функциональными связями.
Обожаете современное искусство во всех его проявлениях, тогда не упустите свой шанс посетить самые яркие выставки в Германии 2012 года.
Вашим незаменимым помощником в этом благородном начинании станет ООО «Мосинтур», которое поможет Вам забронировать авиабилеты и номера в отелях. Более полную информацию по предоставляемым ООО «Мосинтур» услугам Вы сможете найти на сайте mosintour.ru.