Происхождение жизни. От туманности до клетки

москва 2016

ISBN 978-5-91671-584-2
© М. Никитин, 2016
© ООО «Альпина нон-фикшн», 2016

УДК 573.5 
ББК 28.01
 
Н62

Научные редакторы 
Елена Наймарк, д-р биол. наук (главы 4–18); 
Владимир Сурдин, канд. физ.-мат. наук (главы 1–4)
Редактор Полина Суворова

Никитин М.

Происхождение жизни. От туманности до клетки / Михаил Никитин. — 
М.: Альпина нон-фикшн, 2016. — 542 с.

ISBN 978-5-91671-584-2

Поражаясь красоте и многообразию окружающего мира, люди на протяжении 
веков гадали: как он появился? Каким образом сформировались 
планеты, на одной из которых зародилась жизнь? Почему земная жизнь 
основана на углероде и использует четыре типа звеньев в ДНК? Где 
во Вселенной стоит искать другие формы жизни, и чем они могут отличаться 
от нас? В этой книге собраны самые свежие ответы ученых на эти 
вопросы. И хотя на переднем крае науки не всегда есть простые пути, 
автор честно постарался сделать все возможное, чтобы книга была понятна 
читателям, далеким от биологии. Он логично и четко формулирует 
свои идеи и с увлечением рассказывает о том, каким образом из космической 
пыли и метеоритов через горячие источники у подножия 
вулканов возникла живая клетка, чтобы заселить и преобразить всю 
планету.

УДК 573.5 
ББК 28.01

Н62

Все права защищены. Никакая часть этой книги не может 
быть воспроизведена в какой бы то ни было форме 
и какими бы то ни было средствами, включая размещение 
в сети Интернет и в корпоративных сетях, а также 
запись в память ЭВМ для частного или публичного 
использования, без письменного разрешения владельца 
авторских прав. По вопросу организации доступа 
к электронной библиотеке издательства обращайтесь 
по адресу mylib@alpina.ru.

Серию PRIMUS  
составят дебютные просветительские  
книги ученых и научных журналистов.  
Серия появилась благодаря совместной  
инициативе “Книжных проектов Дмитрия Зимина” 
и фонда “Эволюция” и издается при их поддержке. 
Это межиздательский проект:  
книги серии будут выходить в разных издательствах, 
но в едином оформлении.  
На данный момент в проекте участвуют  
два издательства, наиболее активно  
выпускающих научно-популярную литературу:  
CORPUS и АЛЬПИНА НОН-ФИКШН.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие .............................................................................. 9
Благодарности ........................................................................ 12
ЧАСТЬ I
ПЛАНЕТЫ, ПРИГОДНЫЕ ДЛЯ ЖИЗНИ

Глава 1. Строение Солнечной системы .............................. 17
Глава 2. Происхождение Солнечной системы. 
Экзопланеты .......................................................... 36
Глава 3. Геологическое строение Земли, Марса 
и Венеры ................................................................ 67
Глава 4. Атмосфера и климат Земли, Марса и Венеры ...... 87

ЧАСТЬ II
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ

Глава 5. История идей о происхождении жизни ............. 107
Глава 6. Место происхождения жизни, «первичный 
бульон», пицца и майонез ................................... 130
Глава 7. Получение нуклеотидов из продуктов 
атмосферной фотохимии .................................... 158
Глава 8. Происхождение хиральной чистоты .................. 177
Глава 9. Механизмы копирования РНК и начало 
РНК-мира ..............................................................191

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ. ОТ ТУМАННОСТИ ДО КЛЕТКИ

Глава 10. Витамины, аминокислоты и пептиды 
в РНК-мире .......................................................... 210
Глава 11. Происхождение современных путей 
обмена веществ ................................................... 225
Глава 12. Альтернативная биохимия и водно-углеродный 
шовинизм ............................................................ 257

ЧАСТЬ III
ОТ ДРЕВНЕЙШЕЙ ЖИЗНИ К СОВРЕМЕННЫМ КЛЕТКАМ

Глава 13. Происхождение рибосом, белков и генетического 
кода ...................................................................... 291
Глава 14. Устройство геномов, механизмы 
копирования и происхождение ДНК .................. 332
Глава 15. Происхождение мембран и мембранной 
энергетики .......................................................... 360
Глава 16. Происхождение фотосинтеза и древнейшие 
ископаемые следы жизни ................................... 387
Глава 17. Происхождение компонентов 
биоэнергетических систем ................................. 415
Глава 18. Происхождение эукариот ................................... 462

Заключение: о случайности и закономерности в эволюции, 
внеземных цивилизациях и о том, зачем Земле люди.......... 511
Библиография ....................................................................... 524

Предисловие

Почему жизнь на планете Земля устроена так, а не иначе? 
Почему цепи ДНК состоят из четырех видов звеньев, а белковые — 
из двадцати? Почему в клетках используются именно 
белки и ДНК, а не какие-нибудь другие вещества? Подобные 
вопросы часто возникают у школьников и студентов, изучающих 
биологию. Но в учебниках ответов на них нет. В результате 
студенты привыкали, что задавать эти вопросы бесполезно. 
И даже когда они вырастали в ученых и могли попытаться 
на них ответить сами, привычка мешала им это сделать.
Тем временем в биологии с начала XXI века происходит 
настоящая научная революция. Развитие технологий определения 
последовательностей ДНК (секвенирования) привело 
к тому, что базы данных прочитанных последовательностей 
растут, как снежный ком. Для анализа этого огромного количества 
данных биологи стали привлекать на помощь специалистов 
в математике и компьютерных науках. Эти специалисты, 
чтобы представлять, с чем они работают, стали изучать основы 
биологии. И, естественно, из них посыпались те самые проклятые «
почему?», ставящие биологов в тупик. Автор столкнулся 
с такими вопросами программистов в Школе анализа данных, 
организованной компанией «Яндекс» совместно с факультетом 
биоинженерии и биоинформатики МГУ.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ. ОТ ТУМАННОСТИ ДО КЛЕТКИ

10

Тем временем наметился путь к ответам на эти вопросы. 
Успехи химиков привели к возникновению синтетической биологии — 
созданию новых организмов с новыми, невиданными 
свойствами. Достижения синтетической биологии, например 
расширение генетического алфавита до шести букв, позволяют 
сравнить решения, выбранные нашей земной жизнью, с альтернативными 
вариантами и выяснить, по каким причинам 
эволюция предпочла один из них. Тот или иной выбор был сделан 
жизнью очень давно, скорее всего, до появления клеток. 
Изучая каждую альтернативу, мы лучше понимаем, как возникла 
жизнь на нашей планете.
В XXI веке бурно развивалась не только биология. Например, 
астрономы за последние годы открыли тысячи планет 
у других звезд (они называются экзопланеты). С этими данными 
мы теперь можем оценить, насколько наша Солнечная 
система уникальна или типична для Галактики. Космические 
зонды, отправленные к дальним планетам, кометам и астероидам, 
собрали много новой информации о древнейшей истории 
Солнечной системы. Геологи, вооруженные тончайшими методами 
анализа горных пород и метеоритов, узнали много нового 
об условиях, существовавших на древней Земле в те времена, 
когда жизнь на ней только зарождалась.
Эта книга стала попыткой объединить в один связный рассказ 
лавину научных статей, проясняющих разные моменты 
происхождения жизни и вышедших за последние 15 лет. 
Она написана на основе курсов лекций, которые автор читал 
с 2010 года в Летней экологической школе и с 2014 года в МГУ. 
Автор честно постарался сделать все возможное, чтобы книга 
была понятна читателям, далеким от биологии. К сожалению, 
на переднем крае науки не всегда есть простые пути, и некоторые 
главы, например 11-я и 13-я, могут оказаться сложными 
для неподготовленного читателя. Трудные места из глав 15 
и 16, посвященных появлению биологических мембран и связанных 
с мембранами энергетических систем, в итоге удалось 
вынести в отдельную, 17-ю главу. Так что не пугайтесь, если 

ПРЕДИСЛОВИЕ

она покажется вам слишком сложной, — ее материал развивает 
и углубляет идеи 15-й и 16-й глав, но и без нее восприятие 
книги не пострадает.
Естественно, в такой бурно развивающейся области науки 
мало единых устоявшихся мнений, разделяемых большинством 
ученых. Автор постарался показать «научную кухню»: 
какие альтернативные гипотезы выдвигаются и какими экспериментами 
их проверяют.
В ряде глав есть врезки, выделенные другим шрифтом. 
В них повторяются кусочки школьных курсов, необходимые 
для понимания главы. Старшеклассники и первокурсники 
могут их пропускать, а вот взрослым читателям они пригодятся. 
Чтобы материал книги не повисал в пустоте, а как-то соотносился 
с повседневной жизнью, автор постарался связать описываемые 
вещества и биохимические процессы с хорошо знакомыми 
вещами из кулинарии, медицины и косметики.

Благодарности

Эта книга появилась на свет благодаря многим людям, и я хочу 
поблагодарить их за то, что они сделали. Начать ее историю 
стоит, пожалуй, с вышедшей в 1999 году книги палеонтолога 
Кирилла Еськова «История Земли и жизни на ней». Она во многом 
стала для автора образцом стиля, связности и логичности 
изложения и повлияла на мой интерес к проблеме возникновения 
жизни. Если бы не труд Кирилла Юрьевича, эта книга 
не стала бы такой, какая она есть.
Далее следует благодарить профессора Армена Мулкиджа-
няна. С его рассказа о теории «цинкового мира» на семинаре 
нашего института в 2008 году начался мой пристальный 
интерес к свежим работам в области происхождения жизни. 
Шестая и пятнадцатая главы этой книги построены в основном 
на работах Армена Яковлевича. Вполне возможно, что его идеям 
в книге уделено больше внимания, чем другим альтернативам, 
но эта необъективность остается на совести автора.
В основу книги лег курс лекций, который автор читал школьникам 
10-го класса в Летней экологической школе (ЛЭШ). 
Я благодарен всем, кто делает ЛЭШ и дает возможность преподавать 
там уникальные курсы уникальным школьникам. Марина 
Фридман, услышав мои лекции в ЛЭШ, предложила записать 
их и издать циклом статей в журнале «Химия и жизнь — 
XXI век». Текст стал гораздо лучше и был опубликован благодаря 
редактору журнала Елене Клещенко.