Философия телевидения

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ

ПЕРВЫЕ ШАГИ

«Живые молекулы»

Когда появилась  жизнь на Земле? Как это произошло? История распутывания этих загадок  читается, как увлекательный научный  детектив. Во времена Дарвина, то есть более полутора веков тому назад, считалось, что первые живые существа появились на нашей планете в  ту эпоху, которую геологи называют Кембрийской, – примерно 550 миллионов  лет назад или незадолго до того. На этот возраст указывали  тогдашние данные палеобиологии. Но ведь Земля, как известно, образовалась почти 4,5 миллиарда лет назад. Что  же, все это время жизнь на нашей  планете не существовала, а потом, через почти 4 миллиарда лет, вдруг разом возникла? Это не укладывалось в дарвиновскую схему постепенной эволюции живых существ, и такая ситуация мучила биологов-эволюционистов. Поэтому они то и дело предпринимали попытки найти следы более ранней жизни, но, увы! – все эти попытки оказывались безрезультатны. И лишь лет сто спустя американский геолог Стенли Тайлер обнаружил в древних скалах на побережье Канады окаменевшие следы каких-то простейших микроорганизмов, возраст которых после тщательного исследования был определен в 2,1 миллиарда лет. Это был первый прорыв. За ним последовали другие, и еще пятьдесят лет спустя, в 1993 году, другой американский геолог Уильям Шопф нашел рекордно древние следы жизни. Он обнаружил их в скалах Западной Австралии, возраст которых составлял 3,5 миллиарда лет! О том, что эти окаменевшие следы принадлежали живым существам, говорил тот факт, что рассеяние лазерного света на обнаруженных Шопфом следах оказалось в точности такое же, как рассеяние света на останках различных видов бактерий.

Поначалу  многие ученые с недоверием отнеслись  к открытию Шопфа. Но не прошло и нескольких лет, как оно получило хоть и косвенную, но сильную поддержку. Австралийский геолог Расмуссен, изучая древние слои в подводных скалах, тоже обнаружил в них следы древних живых существ. Но на сей раз то были более развитые микроорганизмы. По его оценке, их возраст составлял не меньше 3 миллиардов лет. Однако для достижения такого уровня развития первым живым существам, несомненно, требовалось достаточно длительное время, а значит, их более простые предки должны были появиться намного раньше, чем 3 миллиарда лет назад, может быть, даже на несколько сот млн лет раньше, то есть примерно 3,5 миллиарда лет назад, как и утверждал Шопф.

Приободренный этим подтверждением, Шопф вернулся к своим образцам и провел их дополнительное исследование с помощью появившихся в последнее время новых методов. И тут ему удалось установить поразительный факт. Повторно и более детально исследуя свои находки, Шопф насчитал в собранных им образцах по меньшей мере 11 разных видов разных «органических следов», то есть целых 11 разных видов примитивных микроорганизмов. Среди них оказались и организмы, сходные с существующими до сих пор так называемыми «цианобактериями». Но цианобактерии уже обладают аппаратом фотосинтеза, и значит, явно не были самыми первыми на Земле живыми существами. Для развития механизма фотосинтеза и появления целых 11 разных видов бактерий необходимо было дополнительное время, и специалисты оценивают это время примерно в 400 миллионов лет. Это означает, что первые бактерии должны были появиться не 3,5 миллиарда лет назад, а 3,5 + 0,4 = 3,9 миллиардов лет тому назад!

Но тут  уж многие ученые встали, что называется, на дыбы. Они отказались принять  эту цифру. И надо признать, что  у них были для этого веские основания. И вот какие.

Некоторое время  назад два американских исследователя, Дэйвид Кринг и Барбара Коэн, опубликовали обзор, посвященный геологическому прошлому нашей планеты. Этот обзор собрал воедино данные многочисленных геологических исследований, посвященных самому раннему периоду земной истории. И он с достаточно высокой степенью достоверности показал, что вскоре после своего образования, а именно, около 4,1 и до 3,9 миллиардов лет тому назад, наша Земля и соседние с ней внутренние планеты Солнечной системы (Марс, Венера и Меркурий, а также Луна) подверглись чудовищной бомбардировке огромными осколками протопланетарного вещества – астероидами и метеоритами. Эти «небесные камни» могли образоваться в результате неожиданного распада еще одной, только лишь зарождавшейся (да так и не родившейся) планеты Солнечной системы, которая должна была двигаться по орбите между Марсом и Юпитером, там, где сейчас как раз и находится так называемый пояс астероидов. Эти удары буквально испещрили поверхность всех внутренних планет чудовищными кратерами. Трудно даже представить себе их число и размеры. По оценкам Кринга и Коэн, только на Земле должно было образоваться до 22 тысяч кратеров диаметром более 20 километров. По меньшей мере 40 из них должны были иметь диаметр около 1000 километров, а несколько – свыше 5000 км, что превосходит размеры таких земных материков, как Австралия, Европа, Антарктида и Южная Америка. Однако все эти кратеры сохранились сейчас только на Луне – на Земле они давно исчезли в результате произошедших с тех пор геологических процессов. Но на Марсе мы тоже видим сегодня кратеры, и, по мнению ученых, большинство из них тоже образовались как раз в ту эпоху.

Вся эта космическая  бомбежка продолжалась довольно небольшое  – в астрономических масштабах  время: как уже сказано, от 4,1 до 3,9 миллиардов лет назад, то есть около 200 тысяч лет. С перерывами, разумеется, так что, скажем, столкновения Земли  с астероидами таких размеров, как тот, что позднее уничтожил  динозавров, происходили в то время  не каждый день, а «лишь» каждые 100 лет  в среднем. Можно представить  себе, какие страшные катаклизмы то и дело сотрясали тогда нашу планету, как рвалась, кипела, пузырилась и  пучилась ее едва затвердевшая кора, какие  потоки лавы и магмы извергались  наружу, как взметались и вскипали воды молодых океанов. Подлинный  ад. Как на нынешней' Венере.

Ученые давно  уже предполагали, что такая космическая  бомбардировка Земли и Луны действительно  происходила и что это имело место примерно 4 миллиарда лет назад. Но никто раньше не думал, что эта катастрофа накрыла всю внутреннюю часть Солнечной системы и была такой фантастически мощной. Причина этой недооценки состояла в том, что раньше специалисты полагали, будто Земля и Луна претерпевали тогда соударения с большим облаком комет, а поскольку энергия удара комет с их небольшим весом много меньше, чем у огромных астероидов, то и масштабы бомбардировки представлялись менее значительными. Однако Кринг и Коэн, изучив образцы пород, доставленные космонавтами из лунных кратеров, убедились, что их химический состав соответствует содержанию изотопов не в кометах, а именно в астероидах, а также в метеоритах, находимых на Земле. Тот факт, что бомбежка была именно астероидной, существенно меняет картину. Ведь бомбардировка тяжеловесными астероидами должна была уничтожить все твердые породы и скалы, которые уже успели к тому времени сформироваться на Земле. Это, прежде всего, означает, что ученые не могут рассчитывать найти сегодня на Земле какие-либо скалы старше 3,9 миллиардов лет и любые сообщения о таких находках наверняка являются ошибочными. Вот почему многие ученые и отнеслись с недоверием к утверждениям Шопфа. Если верна нарисованная Крингом и Коэн картина «космической бомбардировки», то она явно исключает возможность возникновения первых живых организмов в такое раннее и к тому же такое катастрофическое время. Ведь эта мощная и длительная бомбардировка могла, в принципе, вообще испарить все первичные океаны, так что им пришлось бы потом возникать заново. Где уж тут взяться жизни!

Однако другие ученые пришли к совершенно иному  выводу и, что самое интересное, –  на тех же основаниях. По их мнению, удары метеоритов и астероидов о  Землю неизбежно приводили к  образованию трещин, из которых выделялась горячая вода, насыщенная органическими  молекулами, и вот эти трещины  как раз и могли стать очагами предбиологических процессов, которые привели к быстрому появлению жизни сразу же после окончания бомбардировки. Многие биологи считают сегодня, что жизнь занесли на Землю именно бомбардировавшие ее «небесные камни», тогда как другие полагают, что она самозародилась на дне земных океанов, в горячей воде таких вот «гидротермальных трещин» и что условия вблизи таких трещин были настолько благоприятными, что первые живые клетки могли появиться там уже через несколько десятков тысяч лет после конца бомбардировки, то есть примерно 3,85 миллиардов лет тому назад. А эта дата удивительно близка к возрасту обнаруженных Шопфом первых признаков жизни на Земле.

Но здесь  уже спор о том, когда появилась  первая жизнь на Земле, переходит  в спор о том, как она появилась, и это ведет нас к следующей  части нашего рассказа.

В споре о  путях возникновения земной жизни  тоже есть два противостоящих друг другу больших лагеря, и разделяются  они именно по вопросу о том, появилась  ли эта жизнь путем «самозарождения», то есть возникла прямо на нашей  планете (как, например, утверждает гипотеза «гидротермальных трещин»), или же была занесена на Землю падавшими на нее  астероидами и метеоритами (как  говорит другая, «метеоритная» гипотеза). Соответственно каждый лагерь в поисках доказательств обращает свои взоры в свою сторону: один – к Земле, другой – к небу, в космос. Все мы знаем, что поиски жизни в космосе идут уже не первое десятилетие. Эти поиски опираются на давнюю, еще времен Джордано Бруно и Коперника, аксиому науки, согласно которой Земля не является чем-то уникальным в космосе. Если Земля – типичная планета, то и существующая на ней жизнь тоже должна быть типичным космическим явлением. Это замечательная аксиома, и во многих отношениях она верна, но вот в отношении земной жизни она явно не работает. В нашей Солнечной системе жизнь не обнаружена ни на одной другой планете. Последние надежды отыскать ее на Марсе, пусть в виде бактерий или, на худой конец, хотя бы в виде следов когда-то существовавших бактерий, запечатленных в толще упавших на Землю марсианских метеоритов, – все эти недавние надежды недавно и развеялись – как сон, как утренний туман. И это вроде бы подтверждает позицию сторонников космического происхождения жизни. Ведь если ни одна другая планета Солнечной системы, кроме Земли, не породила даже простейшей органической жизни в виде бактерий, то, скорее всего, и на Земле жизнь не самозародилась, а занесена извне, – например, с помощью каких-то «спор», витающих в космосе и случайно попавших на нашу планету.

У этой мысли  есть свои основания и своя история. Первым рьяным глашатаем теории «космических спор» был шведский физико-химик Сванте Аррениус (1855-1923), а главным основанием для нее является то очевидное соображение, что вероятность случайного – то есть благодаря счастливому стечению благоприятных обстоятельств – «самозарождения» жизни чудовищно мала, если учесть многочисленность необходимых для этого «обстоятельств». Сегодня, когда уже известна огромная сложность генетических и белковых молекул, образующих то, что мы называем «жизнью», и фантастически тонкая слаженность молекулярных основ этой жизни, вероятность их случайного образования представляется совсем уж исчезающе малой. Но уже и сто лет назад эта возможность тоже не казалась особенно реальной. Поэтому в 1908 году Аррениус выдвинул теорию так называемой «панспермии», согласно которой все космическое пространство заполнено некими «живыми спорами», которые движутся под давлением света, излучаемого звездами (Лебедев как раз в ту пору доказал реальность светового давления), и «засеивают жизнью» подходящие планеты. Эту гипотезу в тех или иных вариантах поддерживали и поддерживают многие крупные ученые – Дж. Дж. Томсон, Фред Хойл и др. (Самые свежие аргументы в ее пользу изложены в недавней книге «Пятое чудо» австралийского физика и автора многочисленных научно-популярных книг Пола Дэвиса.).

Критики и  противники сразу же указали на главное  слабое место гипотезы Аррениуса: та же радиация, которая якобы движет споры, будет их и уничтожать. Тогда  сторонники гипотезы выдвинули несколько  новых подвариантов, свободных от этого недостатка. Так, знаменитый астрофизик Хойл, например, предположил, что «споры» представляют собой высохшие в космическом вакууме и замерзшие (при почти абсолютном нуле) клетки; однако, как справедливо заметили критики, в вакууме клетки не высыхают, а взрываются. Более надежно «споры» могли бы сохраняться внутри некоторых небесных тел – комет и астероидов, попадая на планеты вместе с ними (вспомним «метеоритную гипотезу»), И действительно, последующие наблюдения показали, что многие такие тела и впрямь содержат органические вещества. Так, метеорит, упавший в 1969 году в Австралии (и по месту падения названный «Мэрчисон»), содержал свыше семидесяти различных аминокислот (а эти молекулы являются составными звеньями всех белков). А ядро знаменитой кометы Галлея, как показали ее спектральные наблюдения, на целых 25 процентов состоит из углеводородной органики. И в космических пылинках этой органики почти 10 процентов.

Увы, этот вариант  панспермии тоже вызывает серьезные  возражения. Дело в том, что многие органические молекулы обладают определенной симметрией, своего рода «закрученностью» (по-английски – chirality), и давно установлено, что все белковые молекулы земных организмов почему-то имеют только «левую» такую «закрученность» (а все земные сахара – почему-то правую). Между тем органические молекулы космического происхождения, то есть органика метеоритов, комет и пылинок, – это, как правило, смесь «левого» и «правого» типов. Правда, недавно промелькнуло сообщение о том, что будто бы определенные свойства космического излучения (преимущественное направление вращения его электрического поля) могут вызвать образование органических молекул только одной какой-то «закрученности», но это пока еще не доказано. А кроме того, как сразу же указали противники новой гипотезы, ведь все такие метеориты и даже пылинки, несущие пресловутые «споры жизни», при их вхождении в земную атмосферу разогреваются до тысячи с лишком градусов, так что никакие «споры» живыми до Земли не долетят.

Тем не менее, несмотря на все эти возражения, увлечение многих ученых гипотезой  панспермии не утихает, и в ее подкрепление выдвигаются все новые и новые  соображения. А недавно два видных специалиста–биолога, Лесли Оргелл и первооткрыватель знаменитой ДНК Френсис Крик, даже выдвинули идею «направленной панспермии», то есть целенаправленного «засеивания» планет «спорами жизни», созданными какой-то высшей цивилизацией. Нетрудно, однако, заметить, что все эти идеи имеют один общий недостаток: они нисколько не приближают к пониманию загадки возникновения жизни. Когда-то Маяковский писал о поэте Безыменском, что он всем хорош, только «жаль вот: стихи не умеет писать, а это для поэта недостаток». Так и эти гипотезы: вроде бы всем хороши, только вот на поставленный вопрос не отвечают. Действительно, весь этот сценарий: микроскопические споры жизни, летящие в мертвом, ледяном космическом пространстве и подгоняемые ветрами звездных излучений, – все это, бесспорно, красиво, как и всякая фантастика эпического размаха, но нетрудно понять, что глашатаи «космической» гипотезы, от Сванте Аррениуса до Пола Дэвиса, всего лишь отодвигают, а не решают ими же указанную трудность. Ведь ничтожная вероятность самопроизвольного возникновения жизни не станет менее ничтожной, если перенести проблему с Земли в космос. И даже если пресловутые «споры жизни» создала «высшая цивилизация», то как же все-таки возникла та жизнь, венцом которой стала эта цивилизация?

На этот ответ  у сторонников «космической гипотезы»  пока нет ясных ответов. А как  обстоит дело у защитников «гипотезы  самозарождения»?

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно чуть более  детально разобраться – а что, собственно, ученые называют «жизнью»? Как все мы знаем, с точки зрения биологии, жизнь, то есть живые организмы, характеризуются следующими особенностями: они должны быть способны к обмену веществ (или, по-научному, к метаболизму), что, собственно и позволяет им существовать; далее – они должны быть способны меняться под воздействием внешних условий (то есть обладать изменчивостью); они должны быть способны к самовоспроизведению, то есть к порождению себе подобных (проще говоря – к размножению), и, наконец, они должны быть способны передавать потомкам приобретенные в ходе своей жизни изменения (эта особенность называется наследственностью). Итак, метаболизм, изменчивость, самовоспроизведение и наследственность – вот признаки живого организма, и первые «живые молекулы» должны были обладать всеми или хотя бы большинством этих признаков. Как мы опять же знаем, всеми этими признаками совместно обладают системы, состоящие из так называемых «живых молекул» – молекул белков (которые благодаря своим особым свойствам обеспечивают обмен веществ и размножение) и генетических молекул (которые благодаря своим особым свойствам обеспечивают изменчивость и наследственность). Сейчас в любом земном организме есть и белки, и генетические молекулы, но могли ли они самозародиться на Земле? И если да, то кто был первым? По этому вопросу лагерь «самозарождения», в свою очередь, разделяется на несколько подлагерей. Первый из них считает, что самозарождение могло начаться только с белков, потому что в условиях первобытной Земли белки обладали способностью к самозарождению. В обоснование этого своего утверждения сторонники данной гипотезы ссылаются на знаменитый опыт Миллера.