Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле

Маршалл Майкл

Величайшее наследие Кернс-Смита – это даже не столько сами его идеи, сколько влияние, оказанное ими на других исследователей зарождения жизни. Оно сравнимо с влиянием группы The Velvet Underground на судьбы рок-музыки. Не многие узнали о его гипотезах, но зато те, кто узнал, не раздумывая отправились в лабораторию.

Глава 6

Раскол

“Глиняная” гипотеза Кернс-Смита стала попыткой ученых “выбраться из первичного бульона” Опарина – Холдейна и принять во внимание новые знания о том, насколько на самом деле сложно устроена живая клетка. Однако широкого признания она так и не получила. Мало того: в 1960-е – 1970-е годы в науке о зарождении жизни произошел раскол. Там, где прежде, в общем-то, царило

согласие и считалось, что Опарин, Холдейн и Миллер были на верном пути, начался раздор. Возникли десятки конкурирующих гипотез, приверженцы которых ринулись в разные стороны, забираясь порой в настоящие дебри. На первый план внезапно выдвинулись проблемы, которыми ученые ранее пренебрегали. Все это породило несколько конкурирующих взглядов на зарождение жизни.

Однако завязавшиеся споры не были замечены широкой публикой. Еще бы: ведь исследователи зарождения упорно придерживались прежнего сценария, твердя журналистам, что разгадка уже близко и что в общих чертах старые теории верны. К примеру, в своем телесериале 1980 года “Космос” Карл Саган радостно заявил, что гипотеза первичного бульона не вызывает ни малейших сомнений^[156].

Хотя многие ученые и прибегали к отрицанию, поддерживая внешнюю уверенность на людях и пряча раздрай от посторонних глаз, такое поведение было характерно не для всех. Американский биохимик Роберт Шапиро, который принадлежал к числу тех, кто ясно осознавал происходящее, писал: “Результатом подобных публичных заявлений станет рост кризиса доверия к исследованиям зарождения жизни со стороны остальной науки”^[157]. Притворяться знающим, когда вы явно ничего не знаете, попросту глупо.

К тому времени в отношении гипотезы первичного бульона в формулировке Опарина и Холдейна и ее экспериментального подтверждения Миллером назрели две серьезные проблемы.

Первая из них связана с ультрафиолетовым излучением. Солнце постоянно и в приличных количествах испускает ультрафиолет, однако сейчас мы неплохо защищены от него озоновым слоем. Это радует, поскольку большие дозы ультрафиолета опасны. Но озон – это молекула, состоящая из трех атомов кислорода, поэтому он может образоваться, только если в воздухе имеются молекулы кислорода. Выполненные в 1960-е – 1970-е годы исследования древних горных пород подтвердили, что в начале истории Земли ее атмосфера не содержала кислород, а значит, и озон в ней отсутствовал^[158].

Опарин подошел к этой проблеме творчески. Он предположил, что ультрафиолет обеспечил энергию, необходимую для образования первых органических молекул. Некоторые из выполненных уже после Миллера исследований это подтверждают – в главе 14 мы убедимся, что оснований для этого становится все больше. Однако ультрафиолет также и разрушает биологические молекулы: именно поэтому он настолько опасен. И если ультрафиолет действительно вначале помог первым биологическим молекулам образоваться, то им сразу следовало поспешить и успеть сделать хоть что-то, прежде чем тот же самый ультрафиолет их уничтожит.

Некоторые современные исследователи полагают, что жизнь зародилась в морских глубинах, защищенных от ультрафиолета большой толщей воды. В этом случае возникает вопрос: как они сумели там образоваться без ускоряющей химические реакции энергии ультрафиолетового излучения?

Тем временем другие ученые считают, что жизнь зародилась на мелководье или на суше и что стимулирующее действие ультрафиолета в этом случае оказалось важнее разрушительного. Эта точка зрения была близка и Сагану. На конференции 1963 года в Уэйкулле он отметил, что живые организмы подозрительно хорошо приспособлены к ультрафиолету. И это несмотря на то, что защищающий от него озоновый слой существует уже сотни миллионов лет^[159]. Саган сделал вывод, что жизнь возникла в “среде с обилием ультрафиолетового излучения” и вскоре приобрела необходимые защитные механизмы. Споры об ультрафиолете привлекли внимание и к одному более общему вопросу. Недостаточно просто показать, что вещества вроде аминокислот могли самопроизвольно образоваться на Земле. Необходимо показать также, как им удавалось уцелеть. В Уэйкулле Джон Рубен Валентайн из Корнеллского университета сетовал, что этим вопросом

пренебрегают со времен эксперимента Миллера^[160].

С гипотезой первичного бульона была связана еще одна большая проблема, касающаяся специфики знаменитого эксперимента Миллера. В 1970-х годах ученые начали подозревать (а сейчас они в этом почти уверены), что он использовал неправильный состав первичной атмосферы^[161].

Как мы помним из главы 3, Опарин предположил, что атмосфера на ранней Земле имела восстановительные свойства. Это означает, что в ее составе преобладали метан и аммиак, которые склонны отдавать свои электроны другим веществам. Юри соглашался с этим и рассматривал пример планет-газовых гигантов вроде Юпитера, где таких веществ до сих пор очень много. В этом отношении газовые гиганты могут быть похожи на юную Землю – хотя она меньше их по размеру и имела твердую поверхность. Единственное важное различие заключается в том, что атмосфера Земли вскоре потеряла почти весь водород, а газовые гиганты сумели его удержать. Дело в том, что водород – это самое легкое химическое соединение и потому сохраняется только на крупных планетах с сильным гравитационным полем.

Однако первые сомнения в восстановительной природе атмосферы появились еще до Миллера. Джон Десмонд Бернал в своей лекции 1947 года подчеркнул, что метан в атмосфере быстро разрушается, поскольку превращается в углекислый газ^[162]. К тому же метан не так охотно вступает в химические реакции и потому не может быть сильным восстановителем^[163].

Позднее, в 1950-е годы, американский геолог Уильям Уолден Руби использовал совсем другой подход^[164]. Он считал, что атмосфера образовалась главным образом из газов, выходящих из вулканов, и потому начал изучать их состав. Руби выяснил, что из вулканов выходят главным образом углекислый газ и азот, и, соответственно, предположил, что именно они присутствовали в составе древней атмосферы Земли^[165]. Такая смесь тоже является восстановительной, но в меньшей степени.

Большинство ученых долго игнорировало работы Руби. (Не исключено, что их ослепил успех опытов Миллера.) И все же к концу 1970-х годов доказательств накопилось уже немало^[166]. Планетологи выяснили, насколько быстро Земля должна была потерять свой водород, и это сделало возможными точные вычисления. Оказалось, что атмосфера юной Земли все же была слабовосстановительной^[167]. К началу 1990-х годов ученые согласились на том, что ранняя атмосфера состояла главным образом из азота и углекислого газа и имела слабовосстановительные свойства^[168].

И однако точка в этом споре до сих пор не поставлена. Некоторые исследователи продолжают утверждать, что исходная атмосфера все же имела сильные восстановительные свойства^[169], так как падение астероидов могло высвободить из земных недр большие объемы метана. Но убедить своих коллег в том, что это меняет дело, им не удается. Ключевой момент здесь (как отметил еще Бернал в 1940-е) заключается в нестабильности и разрушении газов с восстановительными свойствами на свету. Джеймс Кастинг выполнил расчеты и выяснил, что полное превращение метана ранней атмосферы в углекислоту могло произойти за тридцать миллионов лет^[170]. В этом случае жизнь имела не так много времени на то, чтобы образоваться из восстановителей до того, как эти последние полностью разрушатся.

Данные о том, что первичная атмосфера имела слабые восстановительные свойства, лишили опыты Миллера (и им подобные) ценности – оказалось, что они просто не соответствуют древней атмосфере. Годы работы оказались потраченными исключительно ради удовлетворения любопытства химиков, без достижения всякого прогресса в науке о зарождении жизни. И все же эксперименты Миллера и сейчас остаются знаковыми, хотя они и не были технически верными. Его опыты имеют безусловное символическое значение: это эффектное доказательство того, что биологические молекулы действительно могут образовываться самопроизвольно. Получается, что Юри был неправ: природа в свое время не предпочла использованный Миллером синтез.