Книга Планета бурь - Олег Орестович Фейгин

эту гипотезу и в середине прошлого века впервые попытались поставить ряд экспериментов по самозарождению жизни. Они построили лабораторную установку из двух сообщающихся сосудов, в одном из которых была вода, а в другом – модель атмосферы первобытной Земли из смеси газов: водорода, метана, аммиака и водяных паров. Когда ученые создали в такой атмосфере миниатюрную грозу, пропустив серию электрических разрядов, вода в сосуде побурела, а ее химический анализ показал, что там образовалось множество «кирпичиков» живой материи – аминокислот и других органических молекул. При продолжительной циркуляции и непрерывном воздействии электрических разрядов смесь порозовела, а еще через некоторое время потемнела и поменяла цвет на грязновато-красный. Детальные анализы показали, что в ней появились аминокислоты, представляющие собой элементы белковых молекул.

Этот знаменитый опыт, вошедший впоследствии во все учебники биологии, наглядно продемонстрировал, что чисто случайные химические реакции в смеси простых молекул «мертвого» неорганического вещества могут приводить к образованию все более и более сложных «полуживых» органических молекул и веществ, на основе которых построено все живое.

Вспомним теперь об уникальном жизненном ареале морских существ, окружающих «черных курильщиков». Современные опыты биохимиков показали, что смеси газов, выделяющихся в местах прорыва горячей лавы на дне Мирового океана, содержат те же циклы взаимосвязанных химических реакций, которые характерны для живых клеток. Этот новый взгляд на возникновение первичных «кирпичиков» жизни – нуклеотидов, из которых построены все генетические молекулы, существенно дополняет классические эксперименты, в которых так и не удалось получить живые клетки.

Здесь нужно заметить, что со времени открытия глубоководных «черных курильщиков» среди ученых не утихает полемика. Так, гидробиологи-глубоководники на основании своих сенсационных результатов утверждают, что жизнь самозародилась на дне первичного океана при высокой температуре, тогда как ихтиологи продолжают традиционно ссылаться на приповерхностные слои мелководных теплых водоемов, хорошо прогреваемых солнечными лучами. Существует и третья группа аргументов, включающих новейшие астрофизические данные, указывающие на то, что наше светило во времена образования Земли было намного более тусклым, чем сейчас, и поток солнечной энергии так мал, что земной океан вполне мог находиться под ледяным панцирем. Эту ледяную кору постоянно пробивали потоки «строительного материала», оставшегося от протопланетного диска. Сюда входили крупные метеоры и астероиды в виде гигантских глыб льда. Подобная бомбардировка выплескивала потоки лавы, которая приносила в первичный океан органические вещества. Космические удары вместе с извержением вулканов интенсивно перемешивали воды океана и атмосферу.

Однако в последние годы появились прямо противоположные геологические данные, свидетельствующие о том, что в первый миллиард лет существования Земли ее океаны не только не замерзали, а, наоборот, находились вблизи точки кипения! В качестве объяснения выдвигается гипотеза, согласно которой высокая температура на планете поддерживалась благодаря тепличному эффекту, создаваемому атмосферой двуокиси углерода, пропускающей солнечное излучение к поверхности Земли, но препятствующей его переизлучению обратно – во внешнее пространство. До сих пор не существовало точных оценок количества углекислого газа в атмосфере Земли на ранних этапах ее развития.

Такую оценку предлагают сегодня геохимики, анализируя образцы базальтовых пород из подводных хребтов в Карибском море, Тихом и Атлантическом океанах. Сопоставляя количество обнаруженного в образцах углерода с содержанием в нем редкого изотопа гелия, ученые сделали вывод о том, что содержание окиси углерода в атмосфере Земли, по крайней мере, в первый миллиард лет ее существования было в тысячу раз больше, чем в настоящее время, и составляло около 40 %. При этом температура в приземном слое достигала почти 100 °C, и вода океанов почти закипала.

В настоящий момент, согласно выводам геофизиков, вулканы и вулканические расселины, находящиеся на дне Мирового океана, ежегодно выделяют не менее 30 млн тонн углерода в форме углекислого газа. К этому количеству еще несколько миллионов тонн добавляют «сухопутные» вулканы.

Миллиарды лет назад, по мере охлаждения внутренних областей Земли, поток углекислого газа, выделяющийся на поверхность, ослаб. Общее количество углерода в коре, океанах и атмосфере также резко сократилось в активизировавшемся процессе погружения тектонических плит, уносивших с собой значительное количество углерода. Эта геохимическая схема позволяет по-новому взглянуть на то, как происходили процессы зарождения и эволюции жизни в Мировом океане, начавшейся по крайней мере 3,5 млрд лет назад.

Надо честно признать, что все без исключения гипотезы возникновения живой материи на нашей планете имеют немало трудностей, а отдельные их положения вызывают и серьезные сомнения. Ведь хотя после классических работ академика Опарина наука казалась близкой к решению проблемы происхождения жизни, никому из биологов так и не удалось получить из «бульона Опарина», насыщенного органическими соединениями, хотя бы некое подобие протоклеточных образований. Сегодня предлагается много новых гипотез, но ни одна из них не представляется экспериментально убедительной.

По мере дальнейшего изучения молекулярной структуры белков биологи поняли, что молекулы, лежащие в основе земной жизни, гораздо сложнее по строению, чем те простейшие аминокислоты и нуклеотиды, которые возникали в лабораторных экспериментах. Разумеется, здесь можно было ввести набор неких новых факторов, под воздействием которых опять-таки неизвестным образом первичные аминокислоты и нуклеотиды самопроизвольно синтезировались в более сложные белковые молекулы. Однако искусственность подобных гипотез самоочевидна, и сколько бы экспериментаторы ни перебирали различные физико-химические меры воздействия, получить белки им так и не удалось.

Александр Опарин, советский биолог и биохимик (1894–1980). В 1924 году Опарин выдвинул теорию о возникновении жизни на Земле через превращение, в ходе постепенной химической эволюции, молекул, содержащих углерод, в «первичный бульон»

Тут надо вспомнить, что все живое на Земле существует благодаря трем органическим соединениям – дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК), рибонуклеиновой кислоте (РНК) и белкам. ДНК хранит наследственную информацию. Белки выполняют все энергетические работы. «Разделение труда» здесь достаточно строгое, ведь белки не хранят наследственную информацию, а ДНК не совершает активной работы. Иными словами, белки не могли появиться без наличия ДНК, а ДНК – без участия белков. Но допустить, что они самопроизвольно и случайно образовались одновременно, да еще и в необходимо близком соседстве, было бы необоснованным оптимизмом. И тут биологи обратили внимание на третий жизненный компонент – РНК.

Действительно, по своему химическому строению молекулы РНК очень похожи на ДНК, к тому же микробиологи открыли новый тип ферментов, состоящих не из белков, как обычно, а из РНК. Естественно, что нуклеотиды РНК несколько отличаются от нуклеотидов ДНК по составу и виду, что и навело биологов на мысль о том, что эта более простая молекула может играть роль первичного «кирпичика» жизни, возникшего намного раньше и ДНК, и белков.

Так возникла новая гипотеза возникновения земной жизни, утверждавшая, что появлению мира первых живых клеток с их ДНК, РНК и белками предшествовал намного