Космос
Шрифт:
В лаборатории Корнеллского университета мы среди прочего занимались предбиологической органической химией, пытаясь сыграть отдельные ноты музыки жизни. Мы пропускали электрическую искру через смесь водорода, водяного пара, аммиака, метана, сероводорода – газов, составлявших атмосферу первобытной Земли. Все они, между прочим, присутствуют в наше время в атмосфере Юпитера и встречаются в космосе. Искра имитировала грозовые разряды, также характерные для древней Земли и современного Юпитера. Первоначально сосуд был полностью прозрачен: исходные газы совершенно невидимы. Однако через десять минут пропускания через него электрических разрядов мы замечали странный коричневый налет, медленно оседающий на стенках сосуда. Постепенно толстый слой бурого дегтя совершенно скрывал происходящее внутри. При использовании ультрафиолетового излучения, моделирующего свет молодого Солнца, результат получался более или менее таким же. Деготь представлял собой чрезвычайно богатую смесь сложных органических молекул, включая составные части протеинов и нуклеиновых кислот. Оказалось, что получить материал, из которого построена жизнь, очень легко.
Подобные эксперименты впервые проделал в начале 1950-х Стенли Миллер, который был тогда аспирантом у химика Гарольда Юри. Юри приводил убедительные аргументы в пользу того, что в первичной атмосфере Земли, как и почти везде во Вселенной, преобладал водород, что впоследствии водород с Земли постепенно диссипировал (рассеялся) в космос, чего не случилось на массивном Юпитере, и что жизнь возникла до того, как водород был потерян. После того как Юри предложил пропустить через подобную смесь газов электрический разряд, кто-то спросил у него, какие продукты он ожидает получить в таком эксперименте. Юри ответил: «Бейльштейна». «Бейльштейн» – это громадный 28-томный немецкий компендиум, перечисляющий все известные химикам органические молекулы [21] .
21
Впервые был издан в России в 1881-1906 гг. под руководством российского химика-органика Ф. Ф. Бейльштейна (1838-1906). С 1951 г. справочник, носящий имя Бейльштейна, выпускается в Германии. – Ред.
Используя только наиболее широко распространенные на древней Земле газы и практически любой источник энергии, способный разрушать химические связи, мы смогли получить основные строительные блоки жизни. Но в нашем сосуде звучали лишь отдельные ноты музыки жизни, а не сама музыка. Молекулярные строительные блоки необходимо еще расположить в правильном порядке. Жизнь, конечно, нечто большее, чем аминокислоты, из которых состоят протеины, или нуклеотиды – составляющие нуклеиновых кислот. Но даже формирование из этих строительных блоков длинных молекул-цепочек являло собой значительный прогресс в экспериментах. В условиях, близких к тем, что были на древней Земле, аминокислоты объединялись в молекулы, напоминающие протеины. Некоторые из них могли хотя и очень слабо, влиять на полезные химические реакции, подобно тому как это делают энзимы. Нуклеотиды составляли нити нуклеиновой кислоты длиной в десятки блоков. При благоприятных условиях в лабораторной пробирке короткая молекула нуклеиновой кислоты может синтезировать идентичную себе копию.
И все же никому пока не удалось, смешивая газы и воды первобытной Земли, добиться, чтобы в конце эксперимента из лабораторной колбы выползло нечто живое. Мельчайшие известные живые объекты – вироиды – состоят менее чем из 10 000 атомов. Они вызывают целый ряд различных болезней у культурных растений и вывелись, вероятно, относительно недавно из более сложных, а не из более простых организмов. В самом деле, трудно представить себе еще более простые организмы, которые являлись бы хоть в каком-то смысле живыми. Вироиды состоят из одной только нуклеиновой кислоты, в отличие от вирусов, которые также имеют протеиновую оболочку. Они представляют собой всего-навсего единичную нить РНК линейной или кольцевой формы. Вироидам удается быть столь маленькими и все-таки процветать, потому что они законченные паразиты. Подобно вирусам, они просто завладевают молекулярными машинами гораздо более крупной и хорошо работающей клетки и превращают ее из фабрики, производящей новые клетки, в фабрику вироидов.
Наименьшими из известных свободноживущих организмов являются плевропневмоние подобные организмы и близкие к ним. Они состоят примерно из пятидесяти миллионов атомов. Такие организмы, вынужденные в большей степени полагаться на себя, намного сложнее вироидов и вирусов. Однако сегодня земная среда обитания не слишком благоприятна для простых форм жизни. Приходится много работать, чтобы выжить. Приходится беречься от хищников. Однако в начальный период истории нашей планеты, когда в богатой водородом атмосфере солнечный свет порождал огромное количество органических молекул, шансы выжить были даже у самых простых непаразитических организмов. Первым живым существом могло оказаться что-то вроде свободноживущего вироида длиной всего в несколько сотен нуклеотидов. Эксперименты по созданию подобных существ могут начаться уже в конце ХХ века. Многое еще предстоит понять о происхождении жизни, и в том числе – о возникновении генетического кода. Однако мы проводим подобные эксперименты всего лишь около трех десятилетий [22] . У природы была фора в четыре миллиарда лет. Во всяком случае, мы продвигаемся довольно неплохо.
22
Здесь и далее в подобных случаях следует учитывать, что книга была впервые опубликована в 1980 г.
Во всех этих экспериментах нет ничего специфически земного. Исходные газы и источники энергии весьма обычны для Космоса. Химические реакции, подобные тем, что происходили в нашей лаборатории, могут быть причиной появления органического вещества в межзвездном пространстве, а также источником аминокислот, обнаруженных в метеоритах. В чем-то похожие химические процессы, должно быть, протекали в миллиардах других миров по всему Млечному Пути. Молекулы жизни заполняют Космос.
Но даже если инопланетная жизнь основана на той же молекулярной химии, что и у нас, вряд ли стоит ожидать появления организмов, похожих на те, что нам знакомы.
Посмотрите, как невероятно разнообразны живые существа Земли, населяющие одну планету и имеющие общую молекулярно-биологическую основу. Те, другие животные и растения, вероятно, кардинальным образом отличаются от знакомых нам земных организмов. Возможны некоторые, эволюционные параллели, поскольку не исключено, что та или иная задача приспособления к окружающей среде имеет единственное наилучшее решение – к примеру, что-нибудь вроде двух глаз для бинокулярного зрения в оптическом диапазоне. Однако в целом случайный характер эволюционного процесса должен сделать внеземную жизнь отличной от всего, что мы знаем.
Я не могу сказать, как будут выглядеть внеземные существа. Меня крайне ограничивает тот факт, что я знаком только с одним типом жизни – с жизнью на Земле. Некоторые люди – писатели-фантасты и художники, например, – выдвигали предположения относительно облика обитателей других миров. Я скептически отношусь к большинству этих внеземных фантазий. Они кажутся мне слишком похожими на те формы жизни, с которыми мы уже знакомы. Любой конкретный вид организмов стал таким, какой он есть, в результате длинной цепочки отдельных маловероятных шагов. Не думаю, что жизнь где бы то ни было обретет форму рептилии, или насекомого, или человека – пусть даже с такими незначительными, косметическими поправками, как зеленая кожа, остроконечные уши или антенны. Но, если бы вы настаивали, я мог бы попытаться вообразить что-нибудь совершенно другое.
На гигантской планете, вроде Юпитера, с атмосферой, богатой водородом, гелием, метаном, водяными парами и аммиаком, твердая поверхность недосягаема, однако существуют довольно плотные облачные слои, в которые органические молекулы могут падать с неба, будто манна небесная, как это получалось с продуктами наших лабораторных экспериментов. Есть на такой планете и характерная помеха для жизни: атмосфера турбулентна и в нижних своих слоях разогрета до очень высоких температур. Организмы должны остерегаться того, чтобы их не унесло вниз и не поджарило.
Дабы показать, что жизнь вовсе не исключена на таких совершенно отличных от Земли планетах, мы с коллегой по Корнеллу Э. Э. Солпитером проделали некоторые вычисления. Конечно, мы не можем точно знать, на что будет похожа жизнь в подобном месте, однако нам хотелось рассмотреть, в рамках известных законов физики и химии, может ли мир такого типа в принципе быть обитаемым.
Один из способов сохранить жизнь в описанных условиях – произвести потомство, прежде чем изжариться, и надеяться, что конвекция вынесет некоторых твоих отпрысков в более высокие и холодные слои атмосферы. Такие организмы могут быть очень маленькими. Мы назвали их синкерами (от англ. sinker – грузило. – Пер .). Однако можно также стать и флоатером (от англ. float – плавать. – Пер. ) – огромным водородным баллоном, который откачивает наружу гелий и другие более тяжелые газы, оставляя внутри себя только легчайший газ – водород; другой вариант – баллон с горячим воздухом, сохраняющий плавучесть за счет поддержания внутри себя высокой температуры, на что тратится энергия, получаемая с пищей. Как и в случае с привычными нам земными воздушными шарами, чем глубже погружается флоатер, тем больше становится подъемная сила, возвращающая его в верхние, более прохладные и безопасные области атмосферы. Флоатер может питаться образующимися в атмосфере органическими молекуламиили вырабатывать их самостоятельно, используя солнечный свет и воздух, подобно тому как это делают растения на Земле. Надо заметить, что чем больше будут размеры флоатера, тем жизнеспособнее он окажется. Мы с Солпитером представляли себе флоатеров поперечником в несколько километров – величиной с целый город, намного крупнее самых больших из когда-либо существовавших китов.