История всего
Шрифт:
Как работает этот хемосинтез? Горячая вода, вырывающаяся из-под морского дна, наполнена соединениями водорода с серой и водорода с железом. Бактерии, скопившиеся у таких геотермальных источников, соединяют эти молекулы с атомами водорода и кислорода из молекул воды и с атомами углерода и кислорода из молекул углекислого газа, растворенного в воде. В результате этих реакций из углерода, кислорода и водорода образуются более крупные молекулы — углеводы. Таким образом, бактерии, обитающие у источников такой насыщенной минералами горячей воды, ведут себя сродни своим родственникам, что живут ближе к поверхности океана, — ведь те тоже умеют синтезировать углеводы из углерода, кислорода и водорода. Одни микроорганизмы черпают для этого синтеза энергию у солнца, а другие — из химических реакций, происходящих на морском дне. Поблизости от геотермальных источников другие организмы поглощают бактерии, производящие углеводы, потребляя их энергетическое содержимое тем же образом, что и животные, которые едят растения других животных, в свою очередь, поедающих растения.
Но химические реакции
В 1994 году Вехтерсхойзер предположил, что поверхности кристаллов железного колчедана, которые образуются естественным образом из атомов железа и серы, выброшенных в воды первозданных океанов из-под земной коры, могли бы стать естественными площадками для скапливания на них молекул с высоким содержанием углерода. Как и те, кто придерживался гипотезы о зарождении жизни в водоемах и приливных бассейнах, Вехтерсхойзер не мог четко продемонстрировать, как был осуществлен переход от молекулярного сырья к полноценным живым организмам. Тем не менее, учитывая его акцент на высокотемпературных условиях зарождения первых форм жизни, он вполне может быть на верном пути — во что лично он верит. Ссылаясь на высокоорганизованную структуру кристаллов железного колчедана, на чьих поверхностях могла гипотетически зародиться первая жизнь, Вехтерсхойзер осаживал критиков своей теории на научных конференциях громким заявлением: «Некоторые говорят, что жизнь — это способ упорядочить хаос, а я говорю — это упорядочение порядка, зарожденного в порядке!» Выдаваемое с характерным немецким оживлением, это заявление имеет определенный резонанс — но лишь время покажет, насколько оно верно.
Так какая же из базовых моделей происхождения жизни с большей вероятностью окажется верной: приливные бассейны на краю океана разгоряченные источники на его дне? На данный момент ставки на обе модели примерно равны. Эксперты по вопросам зарождения жизни не раз бросали вызов утверждению о том, что самые древние формы жизни на Земле в условиях высоких температур; как-никак древо жизни и размещение на нем разных организмов в разных точках сегодня все еще является объектом обсуждений и сомнений. Вдобавок компьютерные программы, отслеживающие количество химических соединений разного типа, существовавших в древних молекулах РНК (которые, судя по всему, появились в мире раньше молекул ДНК), сообщают: химические соединения, которым благоприятствуют высокие температуры, появились на Земле только после того, как было написано уже несколько страниц истории ее биологической жизни, протекавшей при относительно низких температурах.
Таким образом, результат наших тщательных исследований, как это нередко приключается в науке, не понравится тем, кто жаждет определенности. Хотя мы можем выразить довольно уверенное предположение о том, когда именно на Земле появилась жизнь, мы не знаем, где и как произошло это замечательное событие. Недавно палеобиологи наделили этого ускользающего от них дальнего предка всех форм жизни на Земле именем последнего всеобщего (или универсального) предка [60] . Обратите внимание, как велико мнение этих ученых о нашей планете: вместо того чтобы ограничиться последним земным общим предком, они замахнулись на вселенскую универсальность той жизни, что зародилась на Земле. На данный момент подобрать имя этому предку — совокупности примитивных организмов, обладавших идентичными генами, — не самое большое достижение, пожалуй, на том долгом и трудном пути, что еще предстоит пройти нам, прежде чем мы сможем действительно приоткрыть завесу тайны, окружающую возникновение земной жизни.
60
Англ. Last Universal Common Ancestor, сокр. LUCA.
От ответа на вопрос о возникновении жизни зависит не только удовлетворение природного любопытства человека. Разные ее истоки означают лишь то, что и здесь, и в других уголках космоса жизнь могла по-разному зародиться, по-разному эволюционировать и по-разному удержаться в мире. Например, земные океаны могут быть самой стабильной экосистемой на нашей планете. Если огромный астероид врежется в Землю и уничтожит всю наземную жизнь, все океанические экстремофилы будут и дальше жить-поживать себе, ни о чем не беспокоясь. Возможно, они даже окажутся способными на определенную эволюцию вплоть до новых форм, которые смогут заново заселять Землю каждый раз после катастрофы на ее поверхности. Если бы Солнце таинственным
Вездесущесть экстремофилов на Земле вызывает у нас один важный вопрос: могла ли жизнь существовать в глубине многочисленных планет-бродяг пли планетезималей, которые были выброшены за предел. Солнечной системы во время ее образования? Их «геотермальных» запасов энергии и тепла должно было бы хватить на миллиарды лет. Что же с теми бесчисленными планетами, которые были изгнаны из всех остальных звездно-планетных систем, когда-либо родившихся во Вселенной? Возможно ли, чтобы межзвездное пространство было полно жизни — возникшей и эволюционировавшей в глубинах таких беззвездных неприкаянных планет? Прежде чем осознать важность экстремофильных организмов, астрофизики представляли себе «подходящие для обитания» зоны вокруг каждой звезды, и в каждой такой зоне вода любая другая субстанция могли оставаться в жидком состоянии, позволяя молекулам плавать в ней, взаимодействовать и в конце концов образовывать более сложные молекулы. Но сегодня мы вынуждены отредактировать данную концепцию: перестав быть неким аккуратным и удобным регионом в окрестностях звезды, получающим удачное количество света, обитаемая зона превратилась в регион, который может находиться где угодно, поддерживаемый «в деле» не за счет звездного света, а, за счет своих локальных источников тепла, которое нередко исходит от радиоактивных камней. Вполне возможно, что избушка трех медведей, куда забрела усталая девчушка, и не была каким-то особенным местом среди всех этих сказочных вселенных. Есть вероятность, что родной дом каждого из нас — даже соломенная хижина одного из трех поросят — может предложить миску похлебки и удобную кровать, главное, добиться подходящей температуры!
Какая чудесная, полная надежд и пророчеств сказка могла бы из всего этого получиться! Жизнь не просто может потерять статус редкого и ценного явления вселенского значения — она может оказаться явлением столь же распространенным, что и сами планеты. Нам остается всего-то ничего — обнаружить ее.
Глава 16
Поиски жизни в Солнечной системе
Вероятность существования жизни за пределами Земли привела к образованию новых профессиональных областей, в которых пока занято довольно ограниченное количество людей, но которые в будущем могут оказаться очень перспективными. Астробиологи, они же биоастрономы, занимаются вопросами жизни за пределами Земли, какие бы гипотетические формы эта жизнь ни принимала. Сегодня астробиологи пока могут лишь рассуждать и выдвигать теории об инопланетной жизни воссоздавать в лабораториях инопланетные условия, в которые они затем помещают земные формы жизни, чтобы проверить, смогут ли они выжить в трудных и непривычных им ситуациях. В искусственно воссозданные инопланетные условия можно поместить и сочетания неодушевленных молекул, пытаясь разыграть свою версию классического эксперимента Миллера — Юри навести глянец на исследования Вехтерсхойзера. Это сочетание размышлений и экспериментов привело нас к некоторым общепринятым заключениям, которые, исходя из того, насколько точно они описывают реальную Вселенную, имеют очень большое значение. Сегодня астробиологи считают, что для существования жизни во Вселенной необходимо следующее:
1) источник энергии;
2) определенный атом, который допускает существование сложных структур, 3) жидкий растворитель, в котором молекулы могут плавать и взаимодействовать друг с другом;
4) достаточный промежуток времени, за который жизнь может возникнуть и эволюционировать.
В этом коротком списке пункты 1 и 4 представляют собой довольно низкие барьеры преодоления первыми формами жизни. Каждая звезда в космосе является источником энергии, и все они, за исключением вопиющего 1 % таких звезд, сияют многие сотни миллионов и даже миллиарды лет подряд. Например, наше Солнце обеспечивает Землю бесперебойным запасом тепла и света на протяжении последних 5 миллиардов лет и продолжит делать это еще как минимум столько же. Далее, как мы теперь знаем, жизнь может существовать, прекрасно обходясь и без солнечного света, используя геотермальное тепло и химические реакции в качестве источника желанной энергии. Геотермальная энергия рождается частично за счет радиоактивной природы изотопов таких элементов, как калий, тор и уран, распад которых занимает миллиарды лет, а это уже сравнимо с жизненным циклом среднестатистической солнцеобразной звезды.
Жизнь на планете Земля удовлетворяет пункту 2, говорящему об атоме, способном создавать структуру: у нас есть углерод. Каждый атом углерода может прикрепляться к одному, двум, трем или четырем другим атомам одновременно, что делает его ключевым химическим элементом в структуре всей известной нам жизни. В отличие от углерода атомы того же водорода могут каждый прикрепляться лишь к одному другому атому, а атомы кислорода — максимум к двум. Из-за того что атомы углерода способны за раз соединяться с целой четверкой других атомов, они формируют «хребет» для всех наиболее простых молекул, из которых состоят живые организмы, а именно белков и сахаров.