Мировые загадки сегодня

Адабашев Игорь Иванович

Самые распространенные элементы в обозримой части Вселенной — водород и гелий. Неспроста водород, как вы помните, пытались трактовать как первичную основу материи. Четырехвалентный углерод, хотя количественно он и уступает водороду, тоже широко распространенный элемент. А главное, он сочетает в себе огромную температурную стойкость с чрезвычайно высокой химической активностью и замечательной способностью к формированию огромных полимерных молекул — порою чрезвычайно длинных атомных «цепей» с богатыми и изменчивыми боковыми ответвлениями. Забегая вперед, скажем, именно к такому типу соединений принадлежат различные белковые молекулы. В конечном итоге вся органическая химия в своих истоках содержит соединения водорода

с углеродом, — эти вещества мы вправе считать исходными для всей органической эволюции.

Очень важным является еще и то, что атомы углерода не требуют для своего образования «сложных колыбелей». Тяжелые элементы образуются при титанических давлениях и температурах, сопровождающих вспышки сверхновых звезд, в то время как атомы углерода постоянно возникают в стабильном процессе звездного лучеиспускания. Уже одно это должно свидетельствовать о широком распространении углерода, а значит, и о больших возможностях его соединения с вездесущим водородом.

Соединения водорода с углеродом обнаруживаются повсеместно. Даже на поверхности Солнца, где температура колеблется около 5000–7000°, мы уже встречаем метан, то есть соединение одного атома углерода с четырьмя атомами водорода. Углеводородистые соединения находят в спектрах звезд и планетных атмосфер, на суше, в воздухе и воде.

На страницах фантастических романов мы встречаемся с необычайными жителями иных миров. Они с шипением растворяются, если на них попадает земная вода, или поражают воображение космонавтов, спокойно разгуливая в бушующем пламени. Пищей для подобного фантазирования послужили скороспелые гипотезы о том, что жизнь на других планетах может возникнуть не на углеродной, а на иной основе.

Факиры могут спать спокойно: на Землю не прилетят существа, способные пить расплавленный металл. Подавляющее большинство ученых пришли к твердому убеждению, что на нашей планете возможна лишь одна ветвь жизни, основанная на эволюции углеродистых соединений. Почему это так, отчасти вам должно быть ясно из только что прочитанного.

Итак, по данным А. И. Опарина и его школы, на первой стадии эволюции образуются простейшие углеродистые соединения, из которых важнейшими являются соединения углерода с водородом. Подобные соединения начинают возникать в допланетном состоянии и являются общим этапом возникновения жизни для всей познаваемой нами части Вселенной. Но это еще абиогенное (то есть независимое от жизни) образование простейших органических соединений.

«Детские» годы Земли известны нам далеко еще не с полной достоверностью. И все же многое стало известным. Чуда в этом нет — просто мы не одиноки в космосе. Туманности, звезды и планеты «живут» по своему календарю, где дни равны миллионам, а годы — миллиардам лет. Но небесных образований невероятно много, и все они находятся в разных стадиях развития. В черной бездне неба, как в грандиозном театре, постоянно демонстрируются миллиарды рождений и смертей, расцветов и угасаний. Пристальное изучение неба и Земли, космические полеты, все более серьезные попытки моделирования отдельных процессов далекой древности шаг за шагом приоткрывают перед нами истинную картину прошлого.

Постепенно стало ясным, что усложнение простейших абиогенных углеродистых соединений могло осуществляться только в определенную, неповторимую в дальнейшем на нашей планете геологическую эпоху. В этот «детский» период Земля была не только гола и мертва, но и очень инертна. Планета далеко не сразу познакомилась с гниением, ржавением, окислением, брожением и прочими, все пожирающими и все преобразующими видами окисления. Отсутствие сравнительно больших объемов кислорода и невозможность прямого глубокого окисления углеродистых соединений способствовало их сохранению и накоплению в огромных количествах в первичной атмосфере и на поверхности планеты.

В те далекие времена атмосфера еще не представляла

собой того надежного щита, каким она является для Земли сегодня. Отсутствие в атмосфере свободного кислорода препятствовало образованию в ее верхней части озонного слоя, который теперь защищает нас от коротковолновой ультрафиолетовой радиации. Изобилие ультрафиолетовых лучей являлось тем источником энергии, который использовался для многих процессов, в том числе и для различных стимуляторов, при помощи которых возникали фотохимические процессы, ведущие к образованию небольшого количества, но зато порой очень сложных углеродистых соединений.

Планета клубилась парами газов, воды и пыли, то там, то тут пронизываемых вспышками молний. Вуаль миллиардолетий скрывает подробности, но научные суждения, опирающиеся на лабораторные эксперименты, в которых люди искусственно воссоздают давным-давно существовавшие на планете физические и химические условия, позволяют многое понять. Мы можем себе представить, как активные соединения углерода с водородом и их ближайшие производные периодически самопроизвольно соединяются друг с другом и, конечно, с окружающими их парами воды, сероводородом, аммиаком и другими газами. Жара и холод, молнии, ультрафиолетовая радиация, атмосферные электрические разряды, радиоактивные излучения, наконец, просто порывы ветра, клубы пыли и водяные струи — все это обеспечивало начало или затухание реакций, их активное или пассивное протекание.

Очень важной, хотя полностью и не раскрытой является картина появления первых «энергетических станций» для будущих живых организмов. В каждой живой клетке должен быть свой надежный источник энергии. Основным непосредственным источником энергии для них служат аденозинтрифосфорная кислота и другие соединения, содержащие фосфор. Но получение сложных многоатомных молекул, содержащих фосфор, не простое дело, ибо при этом необходимо в довольно длительный период времени поддерживание высоких температур порядка 200°. Туманность картины вызвана тем, что мы пока толком не можем сказать о температурных характеристиках первичной Земли. Были ли расплавленными определенные зоны или территории? Как велико было влияние на формирующуюся земную кору радиоактивного разогревания и вулканической деятельности? Тут много спорного и пока неясного. Но так или иначе постепенно образовались сложные фосфорные соединения.

В течение веков, тысячелетий, даже миллионов лет (в начальных стадиях эволюция живого проходит крайне медленно) в земных водоемах образовывались и скапливались наряду с растворами неорганических солей самые различные органические соединения, как простые, так и все более сложные. Среди последних появлялись и богатые энергией фосфорные соединения.

Лабораторные опыты С. Миллера, А. Пасынского, С. Фокса, К. Фолсома и других ученых наглядно показывают, что в подобной среде могли синтезироваться очень сложные органические соединения, в частности аминокислоты, являющиеся важнейшими составными компонентами гигантских белковых молекул. Более того, удавалось даже (например, французскому ученому Ж. Оро) в подобном растворе сложных органических соединений получить отдельные молекулярные блоки и звенья цепей белковых молекул. Американские исследователи К. Мэтьюз и Р. Мозер после непрерывного 24-часового эксперимента получили протеины, то есть простые белки, как бы основы отдельных клеток.

Биохимики Стэнфордского университета, в Калифорнии, сообщили о том, что им впервые удалось искусственно получить молекулу, которая, по их словам, способна функционировать в живом организме. Речь идет об искусственно полученной ДНК, очень похожей на наследственное вещество вируса.

За частичную расшифровку «крученой лестницы» ДНК и работы в области синтеза отдельных звеньев этих гигантских молекул руководитель группы стэнфордских биохимиков Артур Корнберг был удостоен Нобелевской премии.