14 сентября 2007 года с космодрома Байконур был запущен необычный спутник «Фотон-3М». В течение 12 дней он провел 35 экспериментов в рамках исследовательской программы Европейского космического агентства. С собой он брал камень с органическими отложениями, продуктами жизнедеятельности водорослей. Вместе со спутником камень, словно метеорит, путешествовал в открытом пространстве. Теперь с его помощью ученые надеются получить ответ на очень важный вопрос: «Откуда появилась жизнь на нашей планете? Могла ли она быть занесена на Землю из космоса?»

Находки в горах

Вопрос о появлении жизни на Земле становится все более загадочным. Последние научные данные свидетельствуют, что первые живые существа появились на нашей планете 3,5 млрд. лет тому назад. То есть всего миллиард лет спустя после того, как образовалась сама планета.

«Это кажется невероятным, — разводит руками известный американский ученый, профессор Мерилендского университета Дэн Лейтроп. — Ведь наша планета только-только начала остывать. В каком инкубаторе могла зародиться на ней жизнь столь быстрыми темпами?..»

Однако, как говорится, факты — упрямая вещь.

А они таковы. В 2006 году молодой канадский ученый Нейл Баннерджи из университета Западного Онтарио решил испытать новый лазер-плазменный масс-спектрограф, изготовленный его коллегами из Университета Альберты (Канада).

Прибор этот отличается от других тем, что позволяет выявить даже ничтожные количества органических остатков в любых породах. А где их меньше всего? В тех породах, что возникли на заре существования планеты.

Тем не менее, в горах Австралии, самых старых на Земле, в ходе исследования пород архейского периода, которым, по меньшей мере, 3,35 млрд. лет, исследователь вдруг обнаружил частицы органики. Это само по себе стало сенсацией: ведь ранее возраст первых живых существ на нашей планете определялся по крайней мере в 2,7 млрд. лет.

Но на том дело не кончилось. К исследованиям канадского коллеги подключились сами уроженцы Зеленого континента. Экспедиция, организованная Австралийским центром астробиологии в горы Пилбара на западе Австралии, установила, что местные скалы, возраст которых насчитывает 3,5 млрд. лет, являются строматолитами — породами, возникающими вследствие жизнедеятельности синезеленых водорослей (цианобактерий)!

Наконец, летом 2007 года специалисты Канадского космического агентства снарядили экспедицию в горы на границе провинций Онтарио и Квебек, где горные породы еще старше. Но и там были обнаружены следы вездесущей жизни…

С одной стороны, у ученых в руках оказался инструмент, позволяющий с высокой степенью точности диагностировать следы древней органики. С другой, есть о чем задуматься. Ведь теперь придется пересматривать с учетом новых данных прежние теории возникновения жизни на нашей планете.

Как варили «первичный бульон»

Одна из самых распространенных теорий гласит, что жизнь зародилась в так называемом «первичном бульоне», из которого состоял Мировой океан 3–4 млрд. лет назад. В его воде были, вероятно, двуокись углерода, метан и аммиак — простые соединения, имеющиеся, по крайней мере, на некоторых других планетах Солнечной системы.

С набором таких веществ химики в XX веке попытались повторить процесс, который, по их мнению, мог некогда самопроизвольно произойти на нашей планете. Для этого они воспроизвели и условия, которые, по их мнению, существовали некогда на юной Земле. В сосуд с исходной смесью они подавали энергию в виде электрических разрядов, имитирующих молнии, освещали содержимое ультрафиолетовой лампой (ведь Солнце излучает и ультрафиолет), даже подогревали, решив, что «бульон» вполне мог нагреться, скажем, в результате вулканических процессов.

После нескольких недель в сосуде обнаружили коричневую жидкость, содержащую множество молекул более сложных, чем те, что были первоначально. В частности, в смеси нашли аминокислоты — блоки, из которых построены белки, составляющие один из двух главных классов биологических молекул. Затем в сосуде удалось синтезировать пурины и пиримидины — вещества, из которых построена ДНК — главная молекула жизни. Именно она, как известно, является главной на «фабрике» воспроизводства молекул, которая работает в каждой живой клетке.

Ну, а далее, возможно, дела в первичном океане обстояли так. В какой-то момент времени после многочисленных бесплодных попыток в океанской пене образовалась особенная молекула. Она обладала действительно замечательным свойством — умела повторять, воспроизводить саму себя. Копии довольно быстро, по историческим меркам, стали распространяться по морям и океанам Земли.

Однако в процессе их самопроизводства время от времени происходили разного рода отклонения. Многие из них оказались вредны, и подвергшиеся им молекулы вскоре разложились. Другие же, полезные, обеспечили репликаторам большую стабильность, высокую скорость воспроизводства. Такие молекулы получали очевидные преимущества по сравнению с другими, со временем их становилось больше, качественные изменения в них накапливались…

Конечно, все это быстрее сказать, чем сделать… Природа вела счет на миллиарды лет, пока наконец первичные молекулы, объединяясь между собой, не образовали простейшие одноклеточные микроорганизмы.

Как из «бульона» заварилась каша…

Вот так, согласно общепринятой теории, образовалась жизнь на нашей планете. Теперь в эту теорию приходится вносить поправки. Ведь получается, что у природы не было достаточно времени, чтобы методом проб и ошибок создать нечто полезное. На Земле не успел еще толком образоваться океан, а в нем уже, выходит, кипела жизнь.

Так откуда она взялась? Как показывают многочисленные исследования, проведенные в том числе и нашими учеными во главе с профессором С. Жмуром, в теле астероидов довольно часто обнаруживаются остатки органики. А стало быть, вполне возможно, что те же кометы, наряду со льдом, из которого образовались океаны, доставляли на планету в уже готовом виде органические вещества, а то даже и простейшие микроорганизмы.

Таким образом, согласно гипотезе панспермии, выдвинутой шведским биологом Сванте Аррениусом еще в 20-е годы прошлого столетия, природа сэкономила себе сразу миллиарды лет. И жизнь на нашей планете действительно могла возникнуть примерно 3,5 млрд. лет тому назад, а то и ранее. Правда, при этом неизбежно возникает вопрос: а откуда на самих астероидах и кометах появились зачатки жизни? На этот вопрос имеется, как минимум, три варианта ответа.

Варианты

Согласно первому варианту, органика является такой же неизменной составляющей Вселенной, как и другие ее составляющие. Ведь, как показывают исследования, в межзвездных облаках, из которых затем образуются звездные и планетные системы, всегда есть водород, углерод и другие химические элементы, из которых построены органические соединения. И там вполне могут протекать в течение десятков, а то и сотен миллиардов лет всевозможные реакции синтеза. Так что времени на эксперименты у природы вполне достаточно.

Второй вариант ответа и того интереснее. Представьте себе планету, вращающуюся вокруг звезды, которой через миллиард-другой лет предстоит взорваться и превратиться, скажем, в сверхновую звезду. Жители планеты заранее начинают искать варианты спасения цивилизации, искать новое место обитания — другую планету, подходящую для жизни. Обнаружить такую, чтоб была в точности, как их родная, практически невозможно, значит, нужно найти более или менее подходящую и заранее заслать туда соответствующие микроорганизмы. Пусть изменят состав атмосферы и почвы таким образом, чтобы переселенцам было удобно жить в новом доме!

Посылки же эти, по мнению нобелевского лауреата, первооткрывателя структуры ДНК, Френсиса Крика, будут представлять собой… опять-таки кометы и астероиды с органической «начинкой». И жизнь во Вселенной не погибнет, будет передаваться от планеты к планете своеобразной эстафетной «палочкой».

Жизнь в камне?

Свой вариант зарождения жизни предложил в 1985 году английский биохимик Грэхем Кэрнс-Смит из университета Глазго. По его мнению, такое явление, как передача тех или иных полезных свойств от «поколения к поколению» — а именно это можно считать одним из главных признаков живых существ, — появилось задолго до появления органической живой материи. И носителями этого фундаментального свойства жизни были тогда камни, точнее, кристаллы, из которых они состоят.

Как известно, в решетке каждого кристалла есть большее или меньшее количество дефектов — нарушений в расположении атомов или молекул в кристаллической решетке. В соответствии с теорией Кэрнса-Смита, именно эти дефекты в кристалле и представляют собой «первичную информацию», а сама гипотеза получила название «кристаллы как гены» (crystals as genes).

Если «материнский» кристалл, пронизанный линейными дефектами, раздробить на несколько кристаллов-зародышей, то «дочерние» кристаллы, вырастая, унаследуют часть дефектов исходного. Причем в ходе роста в дочерних кристаллах появляются дополнительные дефекты, не связанные с «родителем» — их тоже можно назвать «мутациями».

Некоторые «мутации» благоприятны, так как позволят «дочернему» кристаллу быстрее расти, и они закрепятся, другие же, наоборот, повредят росту кристаллов, а потому не будут переданы по наследству.

Таким образом, Кэрнс-Смит выстроил целое подобие эволюционной теории для царства кристаллов, очертив возможный механизм передачи информации в «предбиологическом» мире.

Гипотезу Кэрнса-Смита подтвердили эксперименты. Группа ученых из Вашингтонского университета под руководством Барта Кара с помощью электронного микроскопа составила карту распределения дефектов «мамы». После этого «родителя» нарезали на «зародыши», которые поместили в специальный раствор, чтобы росли. Затем построили карты дефектов «детей». Сравнение карт дефектов разных поколений кристаллов показало, что наследование дефектов действительно происходит, так что гипотеза Кэрнс-Смита физически обоснована.

Теперь остается понять, как произошел переход от «кристаллической жизни» к биологической. Сам ученый проиллюстрировал проблему возникновения самых первых живых клеток таким изящным примером.

«Если мы хотим построить каменную арку, — рассуждает он, — бесполезно пытаться просто соединять камни между собой, они будут падать. Нужно сначала возвести некую опору, и, только смонтировав на ней арку, подпорки можно убрать».

Клетка тоже представляет собой некую систему, и для ее формирования тоже требовалась некая «опора». Кэрнс-Смит предположил, что такой «опорой» могли стать структуры глины или камня, имеющие определенную генетическую информацию. Они как бы поделились ею с органическими структурами.

Механизм такой передачи до конца не понятен. Но, по-видимому, и в живой, и в неживой природе действуют одни и те же законы. Так, например, недавно ученые, изучавшие поведение сложной смеси неорганических веществ в плазме, неожиданно выяснили, что частицы в плазме могут начать самоорганизовываться, выстраиваться в микроскопические нити, приобретающие форму спирали. Эти спиральные образования электрически заряжены и притягиваются друг к другу. И подобно нитям ДНК, они способны делиться и образовывать копии первичной структуры. Более того, эти новые структуры могут воздействовать на свое окружение, вызывая в нем изменения, а также эволюционировать в менее стабильные структуры, оставляя после себя осколки.

Отсюда всего шаг до предположения о том, что спиральные скопления частиц, образовавшиеся в межзвездной пыли, можно рассматривать как нечто живое.

Станислав СЛАВИН