Игорь Лалаянц
Последний универсальный общий предок (LUCA) всех живых организмов на Земле был анаэробным существом с примитивной иммунной системой. Иллюстрация создана с помощью GigaChat
Впечатляющие достижения, касающиеся, казалось бы, совершенно различных, по существу, предметных областей науки, на самом деле лишь доказывают единство природы. Причем единство на всех масштабах – от галактических до молекулярных и атомарных.
Светлое будущее темной материи
Журнал Science среди прорывов 2025 года отметил достижение большого коллектива ученых, представивших возможную генерацию аксионов в ходе экспериментального термоядерного синтеза. Считается, что эти гипотетические частицы помогут наконец-то решить проблемы, связанные с темной материей, света не испускающей и не отражающей, но в то же время проявляющей себя в гравитационных эффектах воздействия на звезды и галактики, меняя их траектории. Отчет об этой работе был опубликован в самом конце декабря прошлого года в журнале J. of High Energy Physics.
Другим важным событием журнал посчитал завершение строительства в пустыне Атакама на севере Чили телескопа-обсерватории имени Веры К. Рубин. В течение как минимум 10 лет этот астрономический прибор будет обозревать ночное небо, каждые три часа ночи получая его полную картину, регистрируемую ежесекундно на 3200-мегапиксельную матрицу. Информация затем будет передаваться по кабелю для обработки суперкомпьютерами.
Полученная информация будет доступна астрономам уже через минуту, сообщая им о смещениях звезд и движениях галактик. Ученые надеются убедиться в «наличии» или отсутствии загадочной Планеты 9, будто бы вращающейся за орбитой Нептуна.
Точная фиксация орбит позволит конкретнее говорить и о темной материи. Решению загадки этой сущности сможет помочь и реализация проекта строительства Европейской организацией по ядерным исследованиям (ЦЕРН) кольцевого коллайдера-сталкивателя (Future Circular Collider, FCC). Длина туннеля FCC составит 91 км. Самый большой и мощный на сегодняшний день физический экспериментальный инструмент – 27-километровый Большой адронный коллайдер (LHC) станет для FCC вспомогательным кольцом, обеспечивающим предварительный разгон частиц. FCC будет залегать на глубине 200 м, что позволит максимально уменьшить неизбежные вибрации. На его строительство уже собран миллиард частных донатов, один из которых получен от фонда, базирующегося в Силиконовой долине (США), который учредил награду Breakthrough. Этот чек в три раза больше нобелевского миллиона…
Геном LUCA
Развитие жизни на Земле принято представлять графически в виде ветвящегося филогенетического (от ветвь, род) древа. Древо это сразу делилось на позвоночных и беспозвоночных, а затем – на ветви-классы. Первые начинаются с рыб и заканчиваются млекопитающими, к коим относимся и мы, Homo sapiens. Филогенетическое древо – как и растительные дерева – растет, но издревле философы задавались вопросом: что же было в самом начале? Античная мысль в итоге пришла к выводу, что сначала был ХАОС, из которого затем возник КОСМОС-порядок, которому соответствовал свет.
Свет, активно взаимодействующий с материей, – это в том числе энергия, которая сегодня заряжает солнечные панели. Световая и других видов энергия «используется» в космосе для синтеза весьма сложных видов органических соединений. Присутствие в космосе сложной органики уже давно фиксируется различными спектральными телескопами и анализом химического состава достигающих поверхности Земли метеоритов.
Тем самым заложена экспериментальная база под известную теорию панспермии – заноса жизни из внеземного пространства на нашу планету. Автором этой гипотезы считается шведский физико-химик Сванте Аррениус, нобелевский лауреат 1903 года. Нет, возразил 26-летний советский биохимик, ботаник Александр Опарин, наблюдавший под микроскопом рост крахмальных зерен в растениях. В своем докладе «О возникновении жизни» (1924) он заявил, что жизнь начиналась с роста коацерватных капель (от лат. acervus – дословно «до кучи»).
Через 10 лет американский физик Гарольд Юри открыл дейтерий, за что через два года был удостоен Нобелевской премии. Он тоже решил внести свой вклад в решение проблемы, поручив своему сотруднику Стенли Миллеру в 1953 году провести опыт с электрическими разрядами в колбе с азотно-водородной «атмосферой» с добавлением метана и воды. В результате такого моделирования процессов в атмосфере ранней Земли была доказана возможность синтеза аминокислот. Фактически было доказано, что жизнь – это «белковые тела».
В том же году Френсис Крик и Джеймс Уотсон открыли двойную спираль ДНК, приведшую их в 1962 году в Стокгольм за своей Нобелевской премией. Впоследствии Френсис Крик расшифровал генетический код, то есть соответствие аминокислот тройкам-триплетам «букв»-нуклеотидов (А, Г, Т и Ц).
Логично, что еще десятилетие спустя Крик и британский химик Лесли Оргел подняли вопрос о LUCA, или Last Universal Common Ancestor («Последний универсальный общий предок»). Авторы указывали на единство-универсальность генетического кода у всех представителей животного и растительного царств. Сегодня это – аксиома…
Между тем последние данные о LUCA указывают на то, что это было анаэробное существо с примитивной иммунной системой. В геноме LUCA наблюдалось 19 семейств так называемых белков-эффекторов CRISPR-Cas, обеспечивающих раннюю защиту от вирусов. Это, кстати, подтверждает древнейшие корни CRISPR-иммунитета.
LUCA жило (жил, жила) примерно 4,2 млрд лет назад, то есть практически сразу – по геологическим масштабам, конечно, – после образования Земли, с доверительным интервалом 4,09–4,33 млрд лет. В исследованиях 2024 года, опубликованных в журнале Nature Ecology & Evolution, использовался филогенетический анализ 57 маркерных генов из 700 микробных геномов для точной датировки. Геном LUCA оценивается примерно в 2657 генов, включая гены для ацетогенеза с использованием водорода (Н2) и диоксида углерода (CO2). Это указывает на прокариотоподобный организм в составе экосистемы, а отнюдь не на изолированный протобиологический объект.
Естественная среда обитания LUCA – гидротермальные условия, с обилием водорода и CO2. Идеальные условия для такого метаболизма, играющего важную роль в природной экосистеме.
Космические камнепады
Опять же в самом конце декабря 2025 года в журнале Ancient Origins была опубликована статья, в которой рассмотрены все возможные варианты привнесения жизни с небесными «каменьями»-астероидами. Сторонники гипотезы панспермии не говорят, как жизнь зарождается, пусть и в глубинах космоса, просто решение проблемы «отодвигается» в пространстве. Но у этой гипотезы есть и оборотная сторона – не зарождение-привнесение жизни, а возможное окончание в связи с тем, что в родную планету может врезаться очередной небесный посланник. Один из таких «каменных гостей» относительно недавно, примерно 65 млн лет назад, обрубил большую филогенетическую ветвь динозавров, оставивших память о себе лишь в виде гигантских костей и птиц. А до этого глобального катаклизма развитие млекопитающих шло параллельно развитию ящеров, оставивших после себя четыре отряда ныне здравствующих существ.
Небесные тела приносили, возможно, не только жизнь, но и разрушения, вот только обнаружение их не всегда возможно. Связано это с тем, что они темные (в отличие от комет), поэтому не видны в оптические телескопы. Вот почему NASA предложило миссию планетарной защиты от сближения с NEO (Near Earth Object, «Околоземные объекты»). К околоземным объектам относятся любые малые тела Солнечной системы, орбита которых позволяет приближаться к Земле на расстояние около 0,3 астрономических единиц (45 млн км). По состоянию на середину 2024 года система CNEOS NASA отслеживала более 35 тыс. NEO.
Проект запуска на орбиту широкоугольного инфракрасного наблюдателя (Survey Explorer surveyor) был задуман еще в 2009 году. Он был реактивированным после 2013 года – после падения в окрестностях Челябинска метеорита – марсианского посланца, получившего название «City Killers».
Survey Explorer surveyor – устройство размером с большое авто. Внутри – два инфракрасных детектора, собранные от небесных объектов фотоны направляются на их делитель. Несмотря на свой темный цвет, астероиды в своем движении нагреваются, в результате чего светятся в инфракрасном диапазоне и фиксируются. Создателям «наблюдателя» надо было не только подобрать волну, позволяющую максимально четко видеть объект, но также найти способ охлаждения его внутреннего объема. Они отказались от использования тяжеловесного криооборудования, а вместо этого подобрали иссиня-черную краску, поглощающую тепло. Кроме того, был сделан и солнечный щит, отражающий мощный ультрафиолет Солнца.
А что будет, если инфракрасный телескоп обнаружит приближение угрожающего астероида? В одном из фильмов отважный «крепкий орешек» Брюс Уиллис жертвует жизнью, чтобы взорвать небесный камень и тем самым спасти планету и человечество. В том же Science высказано мнение, что ИИ уже помогает делать науку. Так недавно создан полностью оптический чип для помощи ИИ в создании семантически осмысленных образов и изображений. Можно надеяться, что ИИ будет достаточно развит и «разумен» к моменту возникновения реальной опасности прилета большого «сити-киллера», чтобы предупредить апокалипсис…
