Палеоэкология: учебное пособие

Богданов Игорь Алексеевич

Прямым подтверждением возможности пребывания органического вещества в космическом пространстве стали работы английского астрофизика Ф. Хойла и индийского астронома Ч. Викрамасингха в 1960-х гг. Методом спектрального анализа они обнаружили в межзвездном веществе («космическом газе») аммиак (NH₃), водяной пар, угарный газ (СО), цианацетилен (CHC2N), метанол (СН₃ОН), муравьиную кислоту (СНООН), ацетальдегид (СН₃СОН), метилацетилен (CHC2N) и некоторые другие вещества, вплоть до порфиринов (например, C15H31N3O5), с более чем 50 атомами в молекуле. Число молекул органических веществ определено ими в наблюдаемой

с Земли части Вселенной в 10. Также подтверждается наличие органического вещества во Вселенной вышеприведенными данными о химическом составе углистых хондритов.

Косвенным подтверждением является способность различных болезнетворных бактерий и вирусов переживать длительное время в условиях крайне низких температур. Так, в вирусологических и бактериологических исследовательских лабораториях в жидком азоте (-196 °C) по много лет сохраняются возбудители различных заболеваний, не теряя при этом своей патогенности. Даже такой генетически сложный материал, как сперма крупного рогатого скота, хранится в жидком азоте многие годы, а затем, при искусственном осеменении, дает полноценное потомство.

Получено и прямое подтверждение сохранения жизни в Космосе. В опытах, проводимых на международной космической станции «Альфа», микроорганизмы в специальных контейнерах, расположенных за бортом станции, выносили колебания температуры от -90 до +90 °C.

Противники теории панспермии считают, что находки органических веществ в метеоритах и в «космическом газе» – это остатки погибшей жизни, существовавшей на планетах, разрушившихся по каким-либо причинам. Они ссылаются также на современные, принятые в космологии и астрофизике теории происхождения Вселенной (или, по крайней мере, той ее части, где находится наша Солнечная Система) в сравнительно недавнем прошлом (порядка 15 млрд лет назад), в результате так называемого Большого Взрыва и замкнутости Вселенной вследствие кривизны пространства.

Если Вселенная имела начало, то и жизнь должна была иметь его, причем отдаленное от времени начала Вселенной. Не отрицая в принципе возможность заноса жизни на какую-нибудь планету, противники теории панспермии считают, что все же зарождение жизни первоначально происходит на какой-либо планете, и уже с нее живое вещество разносится в Космосе. Так что теория панспермии, считают они, только отодвигает в пространство и время решение вопроса-как же все-таки появилась жизнь? Таким образом, они неизбежно приходят к идеям абиогенеза.

3.2. Первую глубоко аргументированную теорию абиогенеза сформулировал в 1920-е гг. советский биохимик А. И. Опарин. В его теории главным было признание того, что при определенных условиях, которые могли существовать на Земле на ранних этапах ее геологической истории, мог происходить естественный синтез простейших органических веществ и последующее их усложнение, завершившееся образованием каплевидных конкреций, которые в воде Первичного Океана вели себя как живые существа: обменивались различными веществами с окружающей водой, поглощали другие, меньшие по размерам, каплевидные конкреции, а также отдельные молекулы белков, Сахаров и других органических веществ. Наиболее крупные из них могли делиться. А. И. Опарин назвал такие образования коацерватами («накопленными»).

Теория А. И. Опарина не встретила сколько-нибудь серьезных возражений со стороны ученых, но на долгие годы осталась чисто умозрительным построением, демонстрируя лишь один из возможных путей возникновения жизни.

Подтверждение пришло лишь в начале 1950-х гг. в экспериментах американского биохимика С. Миллера, ученика знаменитого биохимика Г. Юри и под влиянием его идей. Смесь метана,

аммиака, водорода и водяного пара подвергалась воздействию электрических разрядов, что имитировало состав первичной атмосферы Земли и наличие в ней мощных гроз. В результате образовалось несколько аминокислот из числа тех двадцати, что входят в состав белков, а также аденин и рибоза (компоненты нуклеиновых кислот).

Вскоре после С. Миллера советские исследователи Т. Павловская и А. Пасынков получили ряд аминокислот, облучая коротковолновыми ультрафиолетовыми лучами водные растворы формальдегида и солей аммония, имитируя условия, существовавшие в Первичном Океане, когда атмосфера, не содержащая кислорода, свободно пропускала ультрафиолетовое излучение Солнца. Позднее японский ученый К. Харада и американский – С. Фокс получали аминокислоты, нагревая смесь тех же газов, что использовал в своем эксперименте С. Миллер, на нагретой до 150–180 °C затвердевшей лаве, имитируя условия, существовавшие на Земле в период активной вулканической деятельности. Наконец, все основные компоненты нуклеиновых кислот – пуриновые, пиримидиновые основания и сахара – рибозу и дезоксирибозу – получали испанец Дж. Оро (путем использования инфракрасных лучей) и американец С. Поннамперума (используя радиоактивное облучение).

Таким образом, было экспериментально подтверждена возможность возникновения жизни путем абиогенеза непосредственно на Земле, без заноса из Космоса.

В настоящее время ни теория панспермии, ни теория абиогенеза окончательно не подтверждены и не опровергнуты. Надо только отметить, что, если мы остановимся на точке зрения заноса жизни из Космоса, то должны признать наличие во Вселенной очень большого числа биосфер (астрономы подтвердили наличие в непосредственной близости от Солнечной Системы по крайней мере 20 звезд, имеющих планетные системы). Если же примем теорию образования жизни непосредственно на Земле, то может оказаться, что биосфера Земли – явление уникальное.

3.3. Переход от преджизни к жизни, возможно, происходил на Земле неоднократно и в различных ее точках. Очень долгое время могли существовать совместно и преджизнь, и жизнь. С. Фокс предположил, что синтез полипептидов (при отсутствии еще ферментных систем) должен был лучше идти при высоких температурах, так как при соединении двух аминокислот выделяется молекула воды, и чтобы реакция шла быстрее, воду нужно удалять. И он помещал смесь аминокислот на затвердевшую вулканическую лаву, нагретую до 150–180 °C, при этом образовывались полипептиды из 20-ти и более молекул различных аминокислот (термические протеиноиды). Растворенные в воде, термические протеиноиды сливались в мельчайшие образования – микросферы, очень напоминающие гипотетические коацерваты А. И. Опарина.

Вышеуказанные факты дали основание советскому ученому JI. Мухину выдвинуть такую гипотезу: возникновение жизни, скорее всего, произошло в зонах действия подводных вулканов. При их извержениях выбрасываются из недр Земли различные вещества, необходимые для первичного биосинтеза, а температура достаточно высока и имеется вода, отнимающая излишки тепла и предоставляющая среду для последующего обитания микросфер (коацерватов).

Около 3,5–2,5 млрд лет назад на Земле была очень активная вулканическая деятельность, и именно в отложениях этого времени мы находим остатки бактерий и сине-зеленых водорослей. Некоторые виды этих наиболее просто устроенных организмов и сейчас живут в горячих источниках на склонах действующих и потухших вулканов и в водоемах, питаемых водами гейзеров. Вполне могло быть, что в дальнейшем эволюция шла по пути освоения все более и более холодных субстратов.