Мыслящая Вселенная

Мизун Юрий Гаврилович

Особый интерес представляют метеориты, которые называют углистыми хондритами. Хотя их по массе и немного (всего около 5 %), но они важны своим происхождением: их состав ближе всего к тому первичному веществу, из которого образовались планеты земной группы. Другими словами, они — в определенной мере ключ к пониманию образования жизни на Земле и происхождения органических ископаемых.

Исследования показали, что в углистых хондритах имеются следующие органические соединения: алифатические и ароматические углеводороды, гетероциклические азотистые основания (пурины, пиримидины, порфирины и др.), сахара и большое разнообразие аминокислот. Более 90 % органики составляет похожий на сажу ароматический полимер. При выделении органических веществ из метеоритов очень важно доказать, что они не привнесены с Земли. Так, у описанного выше метеорита Мерчисон в 1971 году были выделены 18 аминокислот, больше половины которых практически никогда не встречались в земных условиях. Это доказывало их «небесное» происхождение. Можно, конечно, предположить, что метеориты были засорены органическими соединениями в космосе. Исследования

процессов в околосолнечной протопланетной туманности при ее остывании показали, что там образуется большое количество многоатомных углеводородов и других органических соединений таких же, как и в метеоритах. Таким образом, было доказано, что органические вещества в углистых хондритах имеют не биологическое происхождение, а возникли в результате химического синтеза в допланетной околосолнечной туманности.

Был изучен молекулярный состав межзвездной среды. Это делается на основании спектрального анализа излучения. Удалось исследовать по межзвездным линиям поглощения соединения СН, CН+. Заатмосферные измерения позволили проводить анализ линий поглощения и в инфракрасном, и в ультрафиолетовом участках спектра.

И.С. Шкловский теоретически доказал, что свободные радикалы должны излучать в радиодиапазоне. В частности, длина волны радиоизлучения ОН равна 18 сантиметрам. В 1963 году эти выводы были подтверждены: на фоне непрерывного спектра ярчайшего космического радиоисточника Кассиопея А были обнаружены в поглощении радиолинии ОН, находящегося в межзвездной среде. Впоследствии были обнаружены не только линии поглощения ОН, но и такие же линии излучения ОН. Это излучение оказалось очень интенсивным и имело некоторые другие весьма экзотические свойства (переменность интенсивности излучения во времени, поляризация). Некоторое время считалось, что оно представляет собой радиосигналы внеземной цивилизации. Но впоследствии все эти свойства удалось объяснить естественными причинами.

Интенсивность излучения ОН очень велика потому, что эти молекулы находятся в сильно неравновесном, перевозбужденном состоянии. В таких условиях они способны излучать когерентно, то есть в фазе. При этом происходит усиление радиоизлучения. Такой эффект на радиоволнах был изучен в лабораторных условиях. Установки, позволяющие получать такое когерентное излучение в лабораторных условиях, называются мазерами (в отличие от лазеров, которые дают излучение в оптическом диапазоне). Значит, межзвездные молекулы ОН являются естественными мазерами. Они функционируют в условиях, связанных с самой ранней стадией эволюции звезд и планет. Их изучение может дать информацию о процессах на этапе рождения звезд и планет. Исследование излучения в радиодиапазоне на строго определенных длинах волн (другими словами, изучение радиолиний) позволило открыть многие органические молекулы в межзвездной среде. Среди них формальдегид (Н₂СО), углеводороды, спирты, кислоты (синильная, изоциановая, карбоновая), амиды кислот, амины, нитриты, простой и сложный эфиры. Были обнаружены молекулы, состоящие из 11 атомов, имеющие массу в 123 атомные единицы массы. Это HC9N (цианоктатетраин). Молекулярные облака нельзя исследовать с помощью видимого света, так как содержащаяся в них пыль поглощает свет и поэтому они воспринимаются как «черные» облака. Только радиоизлучение молекул приносит нам информацию о них. Водород в этих облаках находится в молекулярном состоянии, поэтому мы не регистрируем от них радиолиний с длиной волны 21 сантиметр (от атомарного водорода). Излучение радиолиний молекул межзвездного газа дает информацию не только о наличии молекул, но и о многом другом — кинетической температуре, плотности молекул, характере турбулентных движений. Можно даже определить напряженность магнитного поля в молекулярных черных облаках. Черные (молекулярные) облака являются самыми массивными в нашей Галактике. Плотность молекул увеличивается по направлению к его центру. Сложные молекулы локализуются в центре облака. Отсюда исходит радиоизлучение, возбуждаемое молекулами ОН и Н₂О и имеющее мазерный характер.

Масса органических молекул в облаках может составлять в нашей Галактике порядка десяти масс Солнца. Масса органических соединений планет, вероятно, еще больше.

Таким образом, в последнее время была установлена широкая распространенность органических соединений в нашей Галактике, которые являются необходимым условием возникновения жизни. Ведь из смеси NH₃, Н₂, Н₂О и СН₄ при соответствующих условиях (наличии источников энергии) могут образовываться аминокислоты. Это происходит в молекулярных черных облаках. Так, в Стрельце В2 были открыты метанимин и метиламин. Соединение последнего с муравьиной кислотой дает аминокислоту — глицин.

Известны этапы эволюции жизни:

1) начальные молекулярные соединения (СН₄, Н₂О, NH₃, СО и др.),

2) биологические мономеры (аминокислоты, азотистые основания и др.),

3) биополимеры,

4) доклеточная организация,

5) клетка.

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и белки (то есть полимеры более простых веществ) являются биологическими молекулами. Нуклеиновые кислоты построены из нуклеотидов. Последние состоят из сахара, азотистых оснований и фосфата. Белки же состоят из 20 видов аминокислот. Все разнообразие известной нам жизни состоит из 28 веществ: 20 аминокислот, 5 оснований, 2 углеводов, 1 фосфата.

Рассмотренные выше данные говорят о том, что биологические молекулы могут образовываться в космосе (и образуются!).

Матричный синтез белков происходит по такой схеме. План построения

клеточных белков хранится в молекуле ДНК, которая является своего рода закодированной инструкцией. В белки входят 20 обязательных аминокислот. Можно сказать, что язык ДНК состоит из четырех «букв-оснований» и из 20 «букв» (то есть аминокислот). Значит, каждая буква (аминокислота) кодируется триплетом оснований. На последовательности оснований некоторого участка ДНК происходит синтез молекул одноцепочечной рибонуклеиновой кислоты (РНК). Этот процесс называется транскрипцией. На образованной РНК синтезируется белок. Далее РНК переносится на рибосомы, то есть на клеточные органеллы в цитоплазме клетки (именно здесь происходит образование белков). На этом этапе и происходит образование белковой молекулы.

Известно, что все живое на Земле связано с определенным химическим языком — генетическим кодом. Именно он определяет индивидуальное развитие и свойства каждого организма. Генетическая информация записана в нуклеиновых кислотах. Свойства данного организма зависят главным образом от белков. Связь нуклеиновых кислот с белками и осуществлена с помощью генетического кода.

До недавнего времени считалось, что генетический код для всех без исключения живых систем на Земле один и тот же, то есть что он является универсальным. Но не так давно были открыты системы, у которых генетический код отличается от универсального. Это митохондрии. Они присутствуют во всех клетках, имеющих ядро, и обеспечивают энергией живую клетку. В митохондриях существует собственная ДНК. В коде, который используют митохондрии, тройка нуклеотидов кодирует не ту аминокислоту, что в универсальном коде, а другую.

Это открытие наводит на далеко идущие мысли, имеющие непосредственное отношение к проблеме внеземных цивилизаций. В.И. Иванов на симпозиуме в Таллине в 1981 году высказал идею, что нынешний генетический код не возник сразу, а ему предшествовал более простой код (на более ранней стадии происхождения жизни). Этот первичный код не исчез окончательно, а сохранился в некоторых современных белково-нуклеиновых комплексах. Но он не играет роль генетического кода, а используется для точного узнавания нуклеиновых кислот и белков.

Это наталкивает на мысль, что и на других планетах в основе белково-нуклеиновой жизни лежит такое же стереохимическое соответствие нуклеиновой кислоты и белка, то есть первичный код белково-нуклеинового узнавания. Из этого первичного кода образовался настоящий генетический код. Он не должен быть точно таким же, как на Земле, или, другими словами, не обязательно генетический код будет единым на всю Вселенную. Но он будет различаться в разных местах Вселенной только незначительно.

На семинаре в Таллине в 1981 году В.С. Троицкий высказал очень любопытную гипотезу о возникновении и развитии жизни во Вселенной. Суть ее базируется на описанной выше прогрессивной эволюции (как химической, так и биологической). Согласно этой гипотезе жизнь возникла как закономерный этап эволюции Вселенной как целого, причем это произошло однократно и только на тех планетах, которые к этому были готовы. На вновь образующихся планетах впоследствии жизнь не возникала таким же путем. Другими словами, В.С. Троицкий предлагает считать, что жизнь во Вселенной возникла в результате одноразового взрывного процесса. Если это на самом деле было так, то получается следующая хронология всей истории Вселенной. Первые пять миллиардов лет после Большого Взрыва ушли на эволюцию от элементарных частиц до макромолекул. По истечении следующих 5 миллиардов лет на подходящих планетах появились организмы, и только после этого начался процесс эволюции социальных структур. Если эта гипотеза правильна, то цивилизации на других планетах во Вселенной находятся примерно на том же уровне развития, что и наша. Конечно, темпы их развития могут быть разными. Это зависит и от физико-химических условий в местах их обитания, и от других факторов, определяющих законы развития цивилизаций. В этом случае не исключено, что мы находимся в числе одних из первых, а может, и являемся самыми первыми. Доказательств этому нет. Но над этим стоит задуматься, тем более, что многие в наше время очень настойчиво ждут (и даже требуют) «космического чуда», то есть существования сверхцивилизаций, которым под силу летать со скоростями, почти равными скорости света, которые могут сдвигать со своих мест звезды и т. д. Тот факт, что космического чуда мы не наблюдаем, эти ученые однозначно расценивают как отсутствие внеземных цивилизаций вообще. На самом деле научный анализ ситуации показывает, что подход к этой проблеме должен быть более трезвым, более умеренным.

Математический биолог Н. Рашевский считает, что принципиально может существовать сто миллионов биологических видов.

На Земле за всю ее историю существовало четыре миллиона видов. Не реализованных на Земле остается еще 96 миллионов видов. Но невозможна ситуация, при которой на другой планете будут развиваться только такие биологические виды, которых не было и нет на Земле. Это несмотря на то, что резерв не использованных на Земле видов большой — 96 миллионов. Выбор видов происходит случайным образом. Если рассчитать по всем правилам математики вероятность того, что хотя бы один из видов на Земле будет такой же, как и на какой-либо планете, то окажется, что эта вероятность практически равна единице. То есть мы должны встретить на другой планете такой же вид, какой существует на Земле. Сколько всего видов может повториться? Было показано, что должно совпасть на двух планетах 160 000 видов. Значит, если мы на другой планете встретим жизнь, то 160 тысяч видов живых существ для нас окажутся знакомыми, такими же как и на Земле. Специалисты этот результат формулируют так: «Между двумя биологиями нет различий, которые можно бы назвать существенными». Таким образом, не надо преувеличивать роль разнообразия биологических видов во Вселенной и думать, что мы встретим в других мирах одних только чудовищ.