Инопланетяне глазами науки
Шрифт:
Как и Фримен Дайсон, я верю, что жизнь будет эволюционировать в любое материальное воплощение, которое наилучшим образом соответствует её целям. Как мы уже говорили в части книги, посвящённой Распылённым (глава 4), возможно, что в отдалённом будущем жизнь будет представлять собой нечто вроде чёрного облака Хойла — большое организованное скопление пылинок, несущих положительные и отрицательные заряды. И если современным учёным сложно представить себе эту форму жизни, вспомните, что столетие назад мы не могли представить себе биохимию жизни на Земле.
Растворённые формы жизни
В своём научно-фантастическом романе «Хаос в Стране чудес» я описываю, помимо всего прочего, и эволюцию рассеянных структур простых молекул. В качестве одного из примеров я описываю существ с водно-энергетическим разумом, которые называются «леандра». Их физическое существование — это ничего кроме организованных
5.1 Водный разум, основанный на осциллирующих химических парах никотинимидадениндинуклеотида. В «Хаосе в Стране чудес» эти химические переключатели действуют так же как нейроны в нашем собственном мозге.
В книге «Хаос в Стране чудес» я подробно рассказываю о том, как такой водный разум может существовать просто как осциллирующая химическая реакция. В частности, реакции образуют обычные транзисторы, совсем как переключатели в цифровых компьютерах. Специфику реакций помогает проиллюстрировать интересный диалог между двумя первооткрывателями леандры:
— Думаешь, они больше похожи на химический компьютер, чем на наш мозг? — спросила меня Калинда, наблюдая за молчащей леандрой.
— Наш мозг — это и есть химический компьютер, — ответил я.
— А что тогда у леандры?
— Осциллирующие химические пары, которые лежат в основе существования водного разума, — это молекулы, которые называются никотинимидадениндинуклеотид. Это вещество, возникающее естественным путём, существует в восстановленной форме и в окисленной форме, когда оно лишилось одного из своих электронов [рис. 5.1]. В воде скачок между низкими и высокими концентрациями двух молекул происходит резко и работает как крохотный переключатель. Каждый химический переключатель — это как нейрон в нашем собственном мозге, и водные существа состоят из миллионов, и даже миллиардов или триллионов сетей этих переключателей.
Эта идея не такая уж и фантастичная. Использование колебательных реакций для создания химического компьютера обсуждается в статьях, недавно опубликованных в “Proceedings of the National Academy of Sciences”. {36}
Когда я фантазирую о существах вроде леандры, или о таких распылённых молекулярных формах, как чёрные облака Хойла, мне нравится изучать химические вещества, которые астрономы находят в настоящее время в пылевых облаках открытого космоса. За последние 40 лет радиоастрономы просканировали пылевые облака в инфракрасном и микроволновом диапазонах и определили более 60 органических молекул, среди которых монооксид углерода, вода, спирт, эфир, аммиак, ацетилен, формальдегид и цианодекапентин — молекула из 13 атомов. Известно, что в атмосфере Титана, крупнейшего спутника Сатурна, содержится, как минимум, шесть углеводородов (этан, пропан, ацетилен, этилен, диацетилен и метилацетилен), три соединения азота (синильная кислота, цианоацетилен и циан) и два соединения кислорода (углекислый газ и монооксид углерода). В атмосфере Титана почти наверняка есть и другие, более сложные вещества. Некоторые учёные полагают, что этан, возможно, выпал на поверхность, образовав океан.
36
Химик Джон Росс из Стэнфордского университета и его коллеги из Института биофизической химии Макса Планка в Геттингене, Германия, предлагают приблизительные проекты гипотетического химического компьютера, основанного на реакциях. Это описано в книге М. Брауна “Chemists’ New Tools: Molecular Weesaws”, New York Times, 28 апреля 1992 г., стр. C1.
В кометах исследователи обнаружили множество возможных предшественников жизни, таких как метилцианид и синильная кислота. В 1986 году, используя пылеударные масс-спектрометры на космических аппаратах, учёные обнаружили в комете Галлея более 30 органических (содержащих углерод) молекул. Органические молекулы были связаны с жизнью, и среди них были пиримидины и пурины, которые необходимы для передачи сообщений в нашем генетическом коде.
Может ли жизнь сохраняться на кометах? Могут ли живые споры выживать в глубинах космоса? В 1983 году учёные попытались имитировать условия космоса, поместив бактерии в глубоком вакууме под ультрафиолетовое излучение. Последнее расщепляло одни биологические молекулы и стимулировало синтез других. Самое главное, что некоторые бактерии выжили. С учётом этих и других экспериментов, а также того факта, что каждый год на Землю падает 10 000 тонн кометной пыли, возможно, что дождь из органического материала, падающий в наши первобытные моря, сыграл определённую роль в появлении сахаров и компонентов генетических молекул.
Метеориты и кометы
Одна из самых интригующих загадок эволюции — почему земные существа предпочитают создавать свои белки, выбирая только один из двух типов строительных блоков. У аминокислот, субъединиц белков, есть две зеркально-симметричные формы, которые обладают идентичным химическим составом, но отличаются друг от друга в той же степени, в какой ваша левая рука отличается от правой. Вообще, когда аминокислоты получают в лаборатории, в их партии неизменно содержится равное количество лево- и правосторонних молекул. Предположительно, то же самое было верно и для первобытного ила Земли. Так почему же жизнь предпочла левую форму? Почему белки в вашем организме состоят только из одной формы? Эти вопросы остаются без ответа. Если жизнь возникла из неживых химических веществ, то не наблюдается никаких убедительных причин выбирать одну форму аминокислоты и отвергать другую.
В 1997 году исследователи обнаружили, что преобладание одной формы аминокислоты характерно не только для жизни на Земле: оно также наблюдается в метеоритах, падающих из космоса. Большая часть недавних исследований посвящена метеориту, который упал на Землю в 1969 году недалеко от деревни Мурчисон, в 80 милях к северу от Мельбурна, Австралия. Мурчисонский метеорит представляет собой углистый хондрит {37} — это такие каменные метеориты, которые содержат материал, имеющий отношение к жизни (например, углеводороды, аминокислоты и формы, напоминающие микроскопические окаменелости), — и обычно считается остатком разрушившейся кометы. В метеорите содержатся 55 аминокислот, у которых нет земных аналогов. Восемь из 23 аминокислот встречаются в белках на Земле. Недавнее открытие того, что избыток одной зеркальной формы аминокислоты не является результатом эволюции на Земле, как полагали многие учёные, позволяет предполагать, что асимметрия может быть результатом химических процессов в межзвёздных газах в те времена, когда формировалась Солнечная система. Однако возможно, что на древней Земле находились равные количества двух форм аминокислот, обозначенных как L и D, и эволюция в итоге привела к зависимости большинства организмов от L-формы. Также возможно, что ещё до того, как на Земле зародилась жизнь, в химическом бульоне уже содержались в основном L-аминокислоты, и живые организмы эволюционировали со способностью использовать эту форму.
37
Углистый хондрит — это любой каменный метеорит, содержащий материал, ассоциируемый с жизнью (например, углеводороды, аминокислоты и формы, напоминающие микроскопические окаменелости).
Неодинаковое количество L- и D-форм в метеорите показывает, что естественные процессы в космосе могут создавать асимметрию. По словам химиков Джона Кронина и Сандры Пиццарелло из Университета штата Аризона, такую асимметрию мог породить поляризованный свет звёзд, который катализировал преимущественный синтез L-аминокислот в межзвёздных облаках, ставших нашей Солнечной системой. С другой стороны, сторонники панспермии ссылались на преобладание L-аминокислот как на дополнительное доказательство существования жизни на кометах, поскольку они не считают, что существуют убедительные доказательства того, что эту асимметрию вызвал небиологический процесс. Они утверждают, что органическое вещество наподобие того, что было обнаружено на Мурчисонском метеорите, могло сыграть существенную роль в избрании жизнью левостороннего пути.
Но каким бы ни был источник, новые находки могут затруднить разделение органических соединений на те, что создают земные организмы, и те, что производят инопланетяне где-то ещё в Солнечной системе. Исследователи долгое время надеялись, что преобладание L-аминокислот станет отличительной меткой землян. Но если химическая асимметрия была заложена ещё до начала эволюции всей жизни, то у инопланетян могут быть такие же отличительные метки.
Дополнительные анализы Мурчисонского метеорита выявили вещества, представляющие собой пурины и пиримидины (компоненты генетических молекул), а также различные углеводы. Эти и другие предбиологические вещества, содержащиеся в кометах, метеоритах и частицах небесной пыли, возможно, синтезировались в солнечных туманностях ещё до того, как образовалась Земля. В своей замечательной книге «Мы не одни» (“We Are Not Alone”) Уолтер Салливан отмечает: «И если семена наших предков, может быть, и не упали с небес, кажется, что самые элементарные компоненты живых существ поступили именно так».