Планета бурь - Олег Фейгин

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.

Цианобактерии до сих пор отличаются от остального населения планеты своим необычайно упрощенным свойством: они не имеют ядра и пола. Фотосинтез у них, однако, проходит обычным путем: под действием света поглощенный из воздуха углекислый газ расщепляется, углерод усваивается, а кислород выделяется обратно в атмосферу.

Но есть у цианобактерий еще одно важное свойство: они прямо поглощают атмосферный азот. При нормальном освещении цианобактерии выделяют много кислорода, а азота поглощают мало. Однако стоит повысить интенсивность света, как фотосинтез подавляется, кислород перестает выделяться, зато азот начинает поглощаться в повышенных дозах. Как это понимать? Тут, может быть, стоит вспомнить, что в условиях бескислородной атмосферы древней Земли предки сине-зеленых подвергались интенсивному облучению солнечной радиацией. Результатом их деятельности того периода послужили, во-первых, накопление связанного азота – источника питания будущих более высокоорганизованных форм живого и, во-вторых, постепенное выделение кислорода в атмосферу и произошедшее из-за этого ослабление интенсивности солнечного света. А цианобактерии, видимо, в любой момент готовы вернуться к прежней жизни в бескислородной среде, той самой, которая была у них в архее.

Земная преджизнь

Скорее всего, поначалу жизнь существовала именно в виде своеобразных водяных растворов, но, чтобы окончательно не «рассосаться» в водах первичного протоокеана, подобные жидкие сущности должны были забиваться в мельчайшие щели горных пород. Здесь им вполне могли встретиться некоторые минералы-катализаторы биохимических реакций. Так водная среда юной планеты несла дальше волны эволюции.

Пролетели сотни тысячелетий, и первичная жизнь перешла в следующую фазу, отделившись от окружающего мира собственными мембранными оболочками. Можно сказать, что именно тогда вода буквально родила первых по-настоящему живых существ, перешедших от «жидкостного» состояния к организменному. Конечно же, сама вода и помогла создать прообраз тончайшей кожицы для первых обособленных сущностей. Для этого она использовала идеальный «оболочечный материал» – особые молекулы, которые способны образовывать на поверхности жидкости тончайшие пленки.

Раз на Земле существовали океаны, то над ними обязательно простиралась атмосфера, а в ней дули ветры, вместе с частыми тогда землетрясениями взбалтывающие и без того бурные воды первичного океана. Все это вызывало образование множества мельчайших пузырьков – водяных капелек, покрытых оболочкой. Эти капельки проявляют интересные свойства, которые делают их похожими на живые клетки. Например, они способны осуществлять обмен веществ путем избирательной проницаемости: одни молекулы сквозь них проходят, другие нет. Благодаря этому одни вещества втягиваются в каплю, другие выводятся, третьи – накапливаются внутри. Правда, чтобы это происходило постоянно, одних мембран недостаточно. Нужно еще, чтобы внутри капли одни вещества превращались в другие, а для этого там должны находиться катализаторы – белки или РНК.

Первые подобные капельки жизни вполне могли самопроизвольно образоваться из молекул, возникших неорганическим путем, а впоследствии вступить в симбиоз с «живыми растворами» – колониями самовоспроизводящихся молекул РНК. Подобное сообщество уже можно назвать организмом.

Даже сейчас между биологами не утихают дебаты о том, происходит ли все разнообразие жизни на нашей планете от одного-единственного «универсального органического звена» – или же все разнообразие окружающего животного и растительного мира пошло разными путями еще в водах первичного океана. В последнее время чаша весов в этих спорах все больше склоняется к мнению о наличии нескольких общих предков, ведь в противном случае живые существа быстро израсходовали бы все свои жизненные ресурсы, в итоге отравив себя продуктами собственной жизнедеятельности. Замкнутость циклов может быть обеспечена только сообществом из нескольких разных видов микроорганизмов, разделивших между собой биохимические функции. Таким образом, земная преджизнь, плескавшаяся в водах первичного океана, скорее всего была сообществом из множества простейших систем, в которых происходил активный обмен наследственным материалом между организмами.

Разнообразие, симбиоз, разделение функций, информационный обмен – все это изначальные свойства земной жизни.

Земля сформировалась около четырех с половиной миллиардов лет назад, но от первых нескольких сотен миллионов лет ее существования в земной коре не осталось практически ничего. Все первичные породы и минералы полностью перемешали и переплавили последующие глобальные катаклизмы. Не знаем мы и точного времени появления жизни на Земле. Тем не менее современная молекулярная биология уверенно заявляет, что ей при поддержке биохимии и биофизики точно известно, кто был одним из самых первых предков всего живого на планете Земля. Более того, этого загадочного пра-пра-пра-… прародителя можно увидеть! Достаточно заглянуть в чашку с бульоном и внимательно присмотреться к капелькам жира на его поверхности… Это и есть очень близкий к реальному образ нашего предка, жившего более четырех миллиардов лет назад в теплых водах первичного океана.