Глава 4
НЕИСПОВЕДИМЫЕ ПУТИ ЖИЗНИ
5 марта 2009 года в космос отправился новый американский телескоп «Кеплер». В его задачу входит поиск внесолнечных планет, напоминающих Землю, – планет, на которых, возможно, существует жизнь. Кажется, еще недавно – в октябре 1995 года – швейцарские астрономы Мишель Майор и Дидье Квелоз впервые заметили громадную планету по соседству со звездой, напоминающей наше Солнце. И вот теперь, в марте 2009 года, к тому моменту, когда поиск и исследование экзопланет вышли на новый качественный уровень, их счет достиг почти четырех сотен (все это пока планеты-гиганты). Но все зорче астрономы следят за малейшими признаками передвижений данных небесных тел. Так, в феврале 2009 года французский космический телескоп COROT обнаружил на расстоянии 390 световых лет от Солнца планету, которая всего в два раза больше Земли. Мы все ближе подбираемся к тем миллиардам, по прогнозу астрономов, планет в нашем Млечном Пути, которые пусть лишь по своим размерам можно назвать «двойниками Земли». Вот только есть ли там жизнь? Или хотя бы сложились условия для ее зарождения? Какую же жизнь мы могли бы застать на «планете №1»? Наш опыт показывает, что живые организмы могут приспособиться к самым невероятным условиям. Так, всего четверть века назад на Земле было открыто уникальное сообщество микробов, населяющее верхний слой земной коры. Нижняя граница обитания «глубинной биосферы» пролегает в десяти километрах от поверхности планеты. Микробов здесь так много, что их масса, пожалуй, не уступит массе всех наземных организмов. Почему бы подобным колониям не населить недра многих экзопланет? Как же они зародились, первые живые существа? Большинство из нас еще со школьной скамьи помнит об опыте Стенли Миллера и об опыте Опарина о том, что жизнь возникла в некоем «первичном супе», «теплом пруду», хорошо прогретой лагуне. Короче говоря, в тепле. Или даже в кипящих подводных источниках – «черных курильщиках». Так почему же некоторые биологи радикально пересматривают эту теорию, заявляя, что жизнь могла зародиться в толще льда? И какая молекула была первой – протеин или ДНК? А может быть РНК, как считают многие ученые, полагая, что древнейшим сообществом живых организмов на нашей планете был так называемый «мир РНК»? С древним миром РНК связывают и возможность происхождения жизни. Что если важнейшие биомолекулы или их составные части были перенесены на нашу планету кометами и метеоритами? Жизнь не зародилась на Земле, а переселилась сюда из космоса? Сто лет назад в царской России зачитывались книгой Сванте Аррениуса «Образование миров», пропагандировавшей идеи панспермии. Эта гипотеза не подтверждена и поныне, но интерес к ней не утихает, а многочисленные эксперименты служат косвенными доводами в ее пользу. Проблема возникновения жизни на Земле – одна из фундаментальных проблем современной науки. Решают ее представители такого междисциплинарного направления как астробиология. Запуск еще одной космической обсерватории – телескопа «Кеплер» – даст несомненный импульс развитию этой науки и, может быть, позволит понять, с чего начинается Жизнь.
OUT OF ARCTICA –ЖИЗНЬ ВО ЛЬДАХ
Жизнь зародилась в полярных морях, в толще льда – такую неожиданную гипотезу выдвинул в 1999 году немецкий физик, норвежец по национальности, Хауке Тринкс. Поначалу идея казалась абсурдной. Все прежние догадки о происхождении жизни, – в каких бы декорациях ни заставляли биологи свершаться это знаменательное событие, будь то на поверхности океана, возле глубоководного источника или же в космосе, далеко от нашей планеты, – объединяло общее начальное условие: жизнь зарождалась в тепле. Еще памятный эксперимент Стенли Миллера, проведенный в 1953 году, подтвердил, что в доисторические времена в атмосфере нашей планеты при температуре в несколько десятков градусов выше точки замерзания в самом деле могут возникать аминокислоты – составные части протеинов (белков). Однако этот эксперимент вскоре перестал устраивать самих ученых. В дальнейших опытах Миллеру и его последователям так и не удалось получить сложные биомолекулы. В конце концов, сам Миллер в 1998 году перечеркнул прежние надежды, проведя еще один знаменательный опыт – исследовав влияние температуры на компоненты одной из важнейших биомолекул, РНК. В этом эксперименте аденин, гуанин, цитозин и урацил – элементы, содержащиеся во всех живых клетках в составе рибонуклеиновой кислоты, – оказывались то на жаре, то на холоде. При 100 градусах Цельсия эти части РНК быстро гибли. В то же время при 0 градусов большинство их, по словам Миллера, были, в принципе, «достаточно стабильны», чтобы образовать рибонуклеиновые кислоты. Данный эксперимент окончательно убедил его в том, что молекулы жизни вряд ли могли сформироваться, например, в геотермальных источниках. Конечно, тот самый «первородный бульон», над которым колдовал Миллер, закипит в тепле гораздо быстрее. Однако образовавшиеся соединения будут столь же стремительно разрушаться. Чтобы сохранить эти органические молекулы до того момента, когда они начнут размножаться, следует на какое-то время законсервировать их. Необходима, по словам исследователей, «энергетическая впадина», например, низкотемпературная фаза, когда процессы разложения молекул почти приостановятся. «Нужно помнить следующее, – пишет Тринкс в книге «Шпицбергенский эксперимент». – Важнейшие химические реакции, необходимые для зарождения жизни, хоть и протекают в тепле быстрее, чем на холоде, но зато и образовавшиеся вещества также быстро распадаются. Как показывают исследования, при температуре от 10 до 20 градусов Цельсия определенные биомолекулы разлагаются в считанные недели, в то время как при пяти градусах ниже нуля – в течение десятков тысяч лет». Так что жизнь может зародиться в любой среде, но лишь в оцепенении и покое – при очень низких температурах – она способна сохраниться. Лед можно рассматривать как идеальный инкубатор «молекул жизни». Он консервирует их; в его толще они могут пусть очень медленно, но зато стабильно развиваться. Способствует этому и особая структура морского льда. Это – не монолитный блок, где на всех уровнях, во всех слоях господствуют одни и те же условия. Наоборот, при замерзании морская вода, в отличие от пресной, ввиду высокого содержания соли расслаивается. Между кристалликами льда – самые крохотные из них достигают в поперечнике 10–100 тысячных долей микрометра и состоят из чистой воды – неизменно сохраняются крохотные пузырьки и канальцы, где циркулирует солевой раствор, содержащий определенные кислоты, простые сахара, минеральные вещества и углекислый газ. По меткому выражению Тринкса, этот раствор словно кровь, пульсирующая в наших жилах. Жидкость и лед разделены тончайшими пленками, которые напоминают клеточные мембраны. Все вместе это впрямь выглядит каким-то подобием живых клеток. Благодаря такой структуре лед подолгу удерживает сложные молекулярные комплексы, однажды образовавшиеся в нем; они скапливаются между отдельными его «клетками». Морской лед ведет себя, как тесто, в которое добавили дрожжи. В нем протекают разнообразные процессы. Рано или поздно, в чем я уверен, они приведут к образованию структур, напоминающих «кирпичики жизни», – полагает Тринкс. Стоит отметить, что ультрафиолетовые лучи, опасные для всего живого, почти не проникают в толщу льда. Их поглощают близ его поверхности попавшие сюда аминокислоты. Сами они при этом частично разрушаются, а их фрагменты погружаются вглубь льда, где могут быть использованы для синтеза других сложных биологических молекул. Там же, в ледяных глыбах, отмечено поразительно высокое содержание углекислого газа, а его молекулы играют важную роль в подобном синтезе. Разность электрических потенциалов, химические различия и постоянный перепад температур лишь способствуют протеканию важнейших химических реакций, словно в настоящем биореакторе.
Итак, некоторые исследователи готовы назвать лед «холодным первородным бульоном». В полярных льдах, кстати, обнаружены разнообразные формы жизни, а это лишний раз свидетельствует о том, что биота может существовать в данной среде. Почему бы ей не зародиться там? Вопрос отнюдь не академический. Если эта гипотеза найдет подтверждение, то, очевидно, жизнь гораздо шире распространена в Солнечной системе, чем считалось прежде. «Везде, на любой планете, где образовался лед, в его толще, возможно, зародилась и существует жизнь», – заявляет Тринкс. В таком случае следы живых организмов следует искать во льдах Марса, на спутниках Юпитера и, конечно, на кометах, снующих по нашей планетной системе и, может быть, всюду – успешно или нет – сеющих жизнь. Если же вспомнить, что кометы порой вылетают за пределы Солнечной системы, то они могут уносить семена жизни и к другим планетным системам, распространяя их на просторах Галактики, как предполагали когда-то сторонники гипотезы панспермии.