Планета бурь
Шрифт:
В современной биохимии можно встретить и еще более дерзкие мысли о том, что жизнь вообще возникла без каких-либо специфических «молекул жизни». В этом случае акцент ставится на особые водные циклы биохимических реакций, которые самопроизвольно возникают вблизи мест выхода магмы океанского ложа или же в окрестностях «черных курильщиков».
Среди биохимиков популярна парадоксальная гипотеза «животворящей глины». В ее основе лежит идея о том, что первые самовоспроизводящиеся системы вообще были неорганическими, и в их эволюционном развитии самым активным образом участвовали системы ионов в слое вод ного раствора глины, направляемые и укладываемые послойно именно благодаря свойствам воды как универсального растворителя. На этом пути уже достигнуты определенные
В современной науке модель водного РНК-мира уже завоевала определенное признание благодаря солидному экспериментальному багажу. Биохимики научились синтезировать огромное количество разных РНК со случайной последовательностью нуклеотидов, а затем отбирать из них молекулы с нужными свойствами. И сегодня во многих лабораториях, стирая грань между живым и неживым, уже растут в животворящей водной среде удивительные колонии размножающихся молекул РНК, способные синтезировать белки.
Итак, нам пока известен только один вид земной белковой жизни, и мы лишь точно знаем, что для ее зарождения и существования в любом уголке Вселенной абсолютно необходимо простейшее химическое соединение из одного атома кислорода и двух водорода, которое земляне называют водой. Все известные нам свойства живой материи – саморазвитие, рост, размножение, поглощение энергии – так или иначе связаны с жидкой средой и не могут проходить в ее отсутствие. Да и первичная смесь нуклеотидов, жиров и аминокислот в «бульоне Опарина» по своей сути являлась обыкновенным водным раствором, в какой-то определенный момент перешедшим из хаотического состояния в упорядоченное. А сама способность живого к самовоспроизведению немыслима без водной среды, в которой миллиарды лет назад и начали действовать первые «молекулярные заводы и фабрики», воспроизводящие сложные молекулы, собирающие из них фрагменты и соединяющие в себе подобные образования.
Из этого, в частности, следует неожиданный вывод, что искать во Вселенной надо не братьев по разуму, которые неизвестно как проявляют свою разумную деятельность, а планеты с жидкой водой! К сожалению, до сих пор воды не найдено даже в Солнечной системе, что заставляет глубоко задуматься над оптимистичными заявлениями экзобиологов, утверждающих, что даже дальние уголки Метагалактики должны буквально кишеть очагами случайно возникшей жизни, подобно земной. К сожалению, чем дальше мы изучаем ближний космос, тем меньше остается надежд обнаружить вблизи нас планеты с океанами, полными живых существ.
Любопытно, но специалисты, изучающие чудо возникновения живого, так и не выработали его общепринятого определения! И тут все чаще встречается краткое и емкое определение: жизнь – это вода. Одни ученые полагают, что жизнь – это особый химический процесс, связанный с извлечением энергии из окружающей среды. Другие исследователи подчеркивают обязательную индивидуальность живых объектов и считают, что понятие «жизнь» неотделимо от понятия «организм», третьи, как правило энтузиасты-непрофессионалы, наделяют живую материю всяческими мистическими свойствами наподобие биополя. Но главным все же остается именно роль водной субстанции, так или иначе определяющей ход физико-химических процессов в организмах.
Если заглянуть в глубины истории, то окажется, что первым ученым эпохи Возрождения, заявившим о происхождении живого исключительно из живого, был итальянский естествоиспытатель Франческо Реди. Принцип «ovo ex ovo», провозглашенный Франческо Реди, утвердился в начале XVII века. Общая трактовка принципа Реди – «все живое от живого». Появление любой клетки или любого яйца для воспроизводства обязательно связано с живыми родительскими структурами.
Принцип Реди доказал два века спустя великий физиолог Луи Пастер. В серии изящных опытов с хитро изогнутыми колбами он показал, что «зарождение» микроорганизмов в стерильном бульоне происходит только в том случае, если их зародыши могут попасть в бульон из воздуха или иным путем. Если преградить путь «семенам жизни», даже оставив доступ воздуху, никакого самозарождения не произойдет. Так попутно был открыт метод пастеризации жидкостей и продуктов путем их нагрева до определенной температуры, убивающей микробы и бактерии.
Естественная история оказалась в логическом тупике. Доказав невозможность самозарождения, ученые должны были теперь долго и мучительно доказывать его возможность. Поначалу грань между живой и неживой материей казалась непреодолимой. Однако прошли десятилетия, и биохимики научились получать многие органические вещества из неорганических. Следовательно, хотя прямое самозарождение живых существ невозможно, жизнь могла появиться постепенно в результате очень долгой «молекулярной эволюции». С тех пор и до сегодняшних дней усилия ученых направлены на поиски доказательств и развитие этой гипотезы. Что касается идеи Вернадского об изначальности жизни, то она сейчас практически не имеет сторонников, поскольку на первых этапах развития Вселенной синтез даже самых простых органических соединений был невозможен.
Между химическими реакциями возникала своеобразная конкуренция – борьба за одни и те же вещества, «пищу» для дальнейшего развития. В такой борьбе всегда побеждает та реакция, которая идет быстрее. Начинается удивительный «естественный отбор» среди химических процессов. Медленные реакции постепенно затухают и прекращаются, вытесняемые более быстрыми. Важнейшую роль в этом соревновании играли именно водные растворы катализаторов – веществ, ускоряющих те или иные химические превращения. Огромное преимущество получали именно те реакции, которые происходили в теплой водной среде, катализируемые своими собственными продуктами.
Следующий этап на долгой дороге от неживого к живому – формирование самостоятельно обеспечивающихся химических циклов. В их развитии происходит не только синтез катализаторов, но и частичное возобновление расходуемых веществ. Отсюда уже недалеко и до настоящей жизни, ведь жизнь в основе своей – это самоподдерживающийся процесс.
Следует упомянуть и довольно спорную гипотезу панспермии, в основе которой лежат известные факты обмена веществом между небесными телами. Так, при столкновении планеты с крупным астероидом из ее поверхности выбиваются фрагменты породы, которые могут улететь в космос и попасть на другие планеты. К примеру, на поверхность Земли часто прилетают метеоры с Марса. Благодаря такому обмену возникшие в ходе химической эволюции на одной из планет вещества и катализаторы могут попасть на соседние тела и даже в другие звездные системы. Так за несколько сотен миллионов лет распространение «кирпичиков» жизни может охватить всю нашу Галактику. Подобным образом масштаб химической кухни, готовящей молекулярные блюда для будущей жизни, может расшириться от планетарного до галактического.
Обрабатывая спутниковые данные, астрономы высказали предположение, что за время существования Земли она ежегодно подвергалась бомбардировке миллионов небольших кометообразных тел. Вывод основан на необычном распределении в земной атмосфере кислорода, излучающего в ультрафиолетовой части спектра. Спутники зафиксировали своеобразные «дыры» протяженностью в тысячи километров, в пределах которых подобное свечение наиболее интенсивно. Возможно, подобные дыры образуются под воздействием небольших комет, состоящих из рыхлого снега, покрытого непрочной и тонкой коркой пыли.
Дальнейшие исследования показали, что для возникновения наблюдаемого количества дыр с Землей должны были сталкиваться ежегодно десятки миллионов комет диаметром в десятки метров, несущих сотни тонн воды каждая; этого было бы достаточно для образования со временем на Земле всего Мирового океана.
Цианобактерии, или сине-зеленые водоросли, иногда называют самыми первыми живыми существами на древней Земле. Цианобактерии способны к смешанному питанию: они совмещают фотосинтез с поглощением готовых органических веществ, это обеспечивает их существование в темноте и вдвое увеличивает скорость размножения.