Последний общий предок всех жителей Земли указал на очень быстрое возникновение жизни

В последние 100 лет некогда чисто академическая дискуссия о времени возникновения жизни на Земле приобрела куда большее значение и неожиданно затронула другие отрасли науки. Еще в прошлом веке часто считали, что это случилось два-три миллиарда лет назад. Тогда абиогенез — возникновение живого из неживого — имел очень много времени «в запасе», что снимало сложности с тем, что в лаборатории к нему пока не удалось приблизиться всерьез.

В XXI веке ученые обнаружили явные следы бактериальной жизни возрастом не менее 3,5 миллиарда лет, а затем — и еще более древние, как минимум до 3,7 миллиарда лет. Анализ соотношения изотопов углерода-12 и 13 показал, что жизнь стала серьезно влиять на их распределение не менее чем 4,1 миллиарда лет назад. Но, чтобы стать геологически заметной по изотопам, она сперва должна быть массовой. То есть возникнуть ранее 4,1 миллиарда лет назад и существенно.

Особенно обострили ситуацию генетики: в 2024 году они показали, что последний всеобщий предок всех живых существ на планете (LUCA) существовал не менее 4,2 миллиарда лет назад. Более того, диапазон возможных моментов, когда он жил, в качестве максимально возможной цифры включает 4,52 миллиарда лет назад, что равно возрасту Земли.

Астроном Дэвид Киппинг из Колумбийского университета (США) попробовал включить новые результаты генетиков в решение вопроса о скорости возникновения жизни на планете. Текст статьи на эту тему он выложил на сервер препринтов Корнеллского университета.

Исследователь отметил, последний всеобщий предок не только не должен, но и, вполне вероятно, не был самым первым живым организмом на нашей планете. В биологии принято разделять его и первого всеобщего предка (FUCA). Последний всеобщий предок не найден палеонтологами, но рассчитан генетиками на основе «дублей» одних и тех же генов, встречающихся среди всех царств живых существ. Археи, бактерии и эукариоты серьезно различаются между собой, однако определенные гены у них не отличаются вовсе, что означает их наличие уже у их общего предка.

В прошлом году генетики пришли к выводу, что последний всеобщий предок был прокариотом — то есть организмом без ядра, что ожидаемо, — который вел анаэробный образ жизни (жил в бескислородной среде) и производил ацетон (был ацетогеном). Достаточно неожиданным оказалось то, что он имел иммунную систему. Она не имеет смысла, если организму не угрожают паразиты (например, вирусы). Но и паразиты не могут появиться, если вокруг еще раньше не возникла уже целая экосистема, наполненная живыми организмами, на которых можно паразитировать.

Из этого следует, что последний универсальный предок не был каким-то первым организмом пионером, но, напротив, был частью устоявшейся и довольно продвинутой экосистемы. А его метаболизм, выявленный исходя из генов, отвечающих за наработку ацетона, оставлял нишу для других микроорганизмов, использующих его отходы жизнедеятельности.

Автор новой статьи предложил расчеты на основе байесовского подхода, позволяющие вычислить соотношение шансов между двумя разными сценариями: быстрого абиогенеза (возникновения живого из неживого) и медленного. Чтобы узнать эту вероятность, он принял за отправную точку то, что человеческая цивилизация существует. Если абиогенез в норме происходит медленно и требует миллиардов лет, это событие крайне маловероятно.

Как констатировал Киппинг, через миллиард лет Земля была бы непригодна для возникновения цивилизации, поскольку светимость Солнца постоянно растет, что влияет и на состав земной атмосферы. Спустя миллиард лет на планете будет или слишком жарко для сложной жизни, или слишком мало углекислого газа для существования деревьев и подавляющего большинства известных растений. Очевидно, что от возникновения жизни до развития цивилизации нужно время. Исходя из времени появления последнего универсального предка, оно превышает четыре миллиарда лет.

Исходя из этого, вероятность того, что абиогенез в норме идет медленно, очень мала — не выше одного к 13. Киппинг даже рассмотрел достаточно экзотическую гипотезу «древних исчезнувших цивилизаций». Речь идет о спекулятивных предположениях ряда ученых, что первая цивилизация могла возникнуть задолго до людей, в силурийском периоде. Причем по расчетам, следы такой цивилизации на сегодня были бы уже уничтожены временем.

Но даже в этом сценарии время между появлением последнего общего предка и первой цивилизацией — приблизительно 3,8 миллиарда лет. То есть медленный абиогенез все еще в 10 раз менее вероятен, чем быстрый.

Выводы из нового исследования достаточно разнообразны, хотя автор не затрагивает все их последствия. Во-первых, получается, что жизнь на нашей планете возникла быстро — менее чем за 300 миллионов лет. Такое малое время возникновения снижает шансы на то, что она попала сюда путем панспермии, то есть заноса с других миров. Реалистичные сценарии панспермии с Марса требует много времени (чтобы выбитый оттуда материал попал на Землю). Подобный занос из других звездных систем еще сложнее, поскольку время путешествия обломков между звездными системами так велико, что большинство организмов за это время потеряют способность воспроизводиться на новом «месте жительства».

Во-вторых, такой быстрый абиогенез означает, что если ранние земные условия распространены во Вселенной, то и жизнь в ней существует в огромном количестве мест. Киппинг подчеркнул, что на сегодня частота встречаемости условий ранней Земли в других системах неясна, поэтому этот момент требует определенной осторожности.

Можно отметить и еще одно следствие из научной работы. По современным представлениям, ранний Марс был очень похож на раннюю Землю — это следует из выводов геологов по следам водоемов и теплых условий на поверхности четвертой планеты. Если абиогенез быстро произошел у нас, то он достаточно вероятен и для ближайшей соседней планеты в зоне обитаемости вокруг Солнца.