Все формы жизни на Земле тесно взаимосвязаны. Мы имеем общую органическую химию, общее эволюционное наследие. И в результате наши биологи крайне ограничены в своих исследованиях. Они изучают только один тип биологии, только одну тему в музыке жизни. Является ли этот слабый и пронзительный мотив единственным голосом на тысячи световых лет? Или существует своего рода космическая фуга с темами и контрапунктом, гармониями и диссонансами, миллиардами разных голосов, исполняющих музыку жизни в Галактике?Всякая попытка понять, как возникла жизнь, порождает множество различных научных вопросов. Это заставляет нас углубляться в различные области науки, что со временем несомненно поможет пролить свет на многие ныне неясные проблемы… Если мы действительно поймем, как живой организм возникает из неживой материи, то сможем создать хотя бы самый mirtajn.com простой организм – самый простой, но, несомненно, живой. Это осуществится столь не скоро, что трудно решиться даже поверить в такую возможность. И тем не менее именно так оно и будет.
На нашей планете все живое состоит из органических молекул – сложных микроскопических образований, в которых центральную роль играет атом углерода. Было время до появления жизни, когда бесплодная Земля прозябала в запустении. Теперь наш мир переполнен жизнью. Как она зародилась? Как вышло, что в отсутствие живого возникли органические молекулы на основе углерода? Каким образом эволюция жизни породила столь сложные существа, как мы с вами, способные исследовать тайну собственного происхождения?
А бесчисленные планеты, которые, возможно, обращаются вокруг иных солнц, – есть ли там жизнь? И если внеземная жизнь существует, то лежат ли в ее основе те же органические молекулы, что и на Земле? Похожи ли существа других миров на земные формы жизни? Или совсем не похожи – иное порождение иной окружающей среды? Природа жизни на Земле и поиски жизни за пределами нашей планеты – это две стороны одного вопроса, вопроса о том, кто мы такие.
Многих людей шокировали – кое-кого шокируют и до сих пор – и идея эволюции, и теория естественного отбора. Наблюдая совершенство всех форм земной жизни, наши предки усматривали в этом руку Великого Конструктора. Простейший одноклеточный организм – гораздо более сложная машина, чем самые хитрые карманные часы. Но ведь они, эти часы, не собираются сами, не развились они и в ходе постепенной эволюции, скажем от дедовских ходиков. Раз имеются часы, был и часовых дел мастер. Естественно думать, что атомы и молекулы не могут самопроизвольно соединиться в организмы той невероятной сложности… какие мы во множестве mirtajn.com находим в любом районе Земли… Идея сотворения каждого организма Великим Конструктором не только наделяла природу смыслом и порядком, но и придавала человеческому существованию ту особую значимость, в которой мы испытываем нужду до сих пор. Конструктор – это естественное, привлекательное и универсальное человеческое объяснение биологического мира. Но, как показали Дарвин и Уоллес, существует другое объяснение, столь же привлекательное, столь же человеческое и гораздо более убедительное, – естественный отбор, который делает музыку жизни все более прекрасной.
Чтобы по-настоящему разобраться в том, что же представляют собой пресловутые НЛО и возможен ли инопланетный разум, надо ответить на два вопроса.
Во-первых, что это вообще такое – жизнь?
Во-вторых, как она может возникнуть во Вселенной?
Начнем с середины прошлого века – тогда биохимики впервые попытались поставить ряд экспериментов по самозарождению жизни. Они построили лабораторную установку из двух сообщающихся сосудов, в одном из которых была вода, а в другом – модель атмосферы первобытной Земли из смеси газов: водорода, метана, аммиака и водяных паров. Когда ученые создали в такой атмосфере миниатюрную грозу, пропустив серию электрических разрядов, вода в сосуде побурела, а ее химический анализ показал, что там образовалось множество «кирпичиков» живой материи – аминокислот и других органических молекул. Этот знаменитый опыт впервые показал, что чисто случайные химические реакции в смеси простых молекул «мертвого» неорганического вещества могут приводить к образованию все более и более сложных, «полуживых» органических молекул и веществ, на основе которых построено все живое.
Но загадка жизни оказалась намного сложнее. И хотя после классических работ академика Опарина наука казалась близкой к ее решению, впоследствии у биологов снова появились сомнения. Сегодня предлагается много новых гипотез, но ни одна из них не представляется экспериментально убедительной, ведь как писал в свое время выдающийся физик-теоретик Эрвин Шредингер в своей книге «Что такое жизнь? С точки зрения физика»:
…расположение и взаимодействие атомов в наиболее важных частях живого организма коренным образом отличаются от того расположения атомов, с которым физики и химики имели до сих пор дело в своих экспериментальных и теоретических исследованиях. Однако это отличие, которое я только что назвал коренным, легко может показаться ничтожным всякому, кроме физика, глубоко убежденного в том, что законы физики и химии являются законами статистическими. Именно со статистической точки зрения структура важнейших частей живого организма полностью отличается от структуры любого вещества, с которым мы, физики и химики, имели до сих пор дело практически в наших лабораториях и теоретически за письменным столом. Конечно, трудно представить, чтобы законы и правила, нами открытые, были непосредственно приложимы к поведению систем, не имеющих тех структур, на которых основаны эти законы и правила.
Наши далекие предки и не подозревали, что вопрос о происхождении живого из неживого для их потомков окажется столь сложным. Для них-то все вокруг было живым, одухотворенным: солнце и воздух, горы и реки, облака и море. Мудрецы Античности и Средневековья тоже не видели непроходимой грани между живым и неживым. Вслед за Аристотелем все ученые вплоть до XVII века полагали самозарождение жизни самым обычным явлением. В гниющих отходах зарождаются черви и мухи, в старом тряпье – мыши, на подводных камнях и днищах кораблей – моллюски. Могучая «животворная сила» пронизывает мироздание; она-то и заставляет косную материю порождать жизнь. Это учение – витализм – не противоречило и библейской версии происхождения жизни. Современные опыты биохимиков по созданию «кирпичиков» жизни – нуклеотидов, из которых построены все генетические молекулы, показали, что смеси газов, выделяющихся в местах прорыва горячей лавы на дне Мирового океана, содержат те же циклы взаимосвязанных химических реакций, которые характерны для живых клеток. (Известный космофизик Л. М. Мухин даже выдвинул гипотезу о возможности образования живых клеток в первичном «бульоне» органических соединений под воздействием подводной вулканической деятельности. По его мнению, извержение подводных вулканов создает в окружающей среде широкий спектр температур и давлений. Кроме того, вулкан сам становится источником таких газов, как аммиак, водород, окись mirtajn.com углерода, метан.) Это открытие породило бурную полемику среди ученых: гидробиологи утверждали, что жизнь «самозародилась» на дне первичного океана при высокой температуре, тогда как другие исследователи указывали на приповерхностные слои морей и мелководные лагуны. Последняя гипотеза учитывала установленный к тому времени факт, что Солнце во времена образования Земли, 4,5 миллиарда лет назад, было намного тусклее, чем сейчас. Поэтому утверждалось, что земной океан был поначалу покрыт ледяным панцирем, который изредка взламывался падавшими крупными метеорами и астероидами; благодаря им в океан попадали органические вещества.
Во всех этих вариантах действительно присутствовал процесс самозарождения жизни, причем с такой химической неизбежностью, что некоторые ученые даже уверовали, что загадка жизни решена. Вскоре, однако, им в этом пришлось всерьез усомниться.
По мере дальнейшего изучения молекулярной структуры белков биологи поняли, что молекулы, лежащие в основе земной жизни, гораздо сложнее по строению, чем те простейшие аминокислоты и нуклеотиды, которые возникали в лабораторных экспериментах. Конечно, можно было оптимистически предположить, что каким-то (еще неизвестным) образом эти аминокислоты и нуклеотиды впоследствии все так же самопроизвольно и случайно сложились в более сложные молекулы белков, но очень быстро выяснилось некое принципиальное обстоятельство, которое положило конец и этой надежде. Известный биохимик Уильям Гилберт в свое время писал:
На первых стадиях эволюции молекулы РНК развиваются по схеме самоудвоения, используя обмен своими участками и случайные мутации для выработки новых свойств и приспособления к новым жизненным нишам. По мере такого усложнения эти молекулы начинают использовать свои зачаточные каталитические способности, чтобы наладить синтез простейших белков. Белки, будучи намного более мощными катализаторами, сразу же после своего появления берут на себя управление процессами в клетке и помогают создать ДНК, которая становится тем «жестким диском», где записывается вся клеточная информация.
Оказалось, что удвоение молекул ДНК, происходящее во время каждого клеточного деления и обеспечивающее передачу клеткам-потомкам наследственности родителя, может происходить только при участии белков-катализаторов, и напротив, образование этих белков происходит по »инструкциям» ДНК, то есть только в ее присутствии.
Итак, все живое на Земле существует благодаря двум органическим соединениям – ДНК и белкам. ДНК выполняет задачу хранения наследственной информации. Белки выполняют все «энергетические работы». Разделение труда здесь достаточно строгое, ведь белки не хранят наследственную информацию, а ДНК не совершает активной работы. Иными словами, белки не могли появиться без наличия ДНК, а ДНК – без наличия белков. Но допустить, что они самопроизвольно и случайно образовались одновременно и в одном и том же месте, не могли даже самые пылкие оптимисты – биологи. Ученые снова зашли в тупик.
Первый намек на возможность выхода из него указали микробиологи. Они открыли новый тип ферментов, состоящих не из белков, как обычно, а из так называемой рибонуклеиновой кислоты (РНК), которую можно назвать третьей основой жизни, наряду с ДНК и белками. Образование ДНК идет при непосредственном участии РНК. По своему химическому строению молекула mirtajn.com РНК очень похожа на молекулу ДНК: она также состоит из длинной цепи «кирпичиков – нуклеотидов» нескольких различных типов. Если рассматривать каждый нуклеотид как символ или даже своеобразную «букву», то можно понять, как с помощью таких букв, чередующихся вдоль цепи молекулы в определенном порядке, природа записывает и сохраняет любую наследственную информацию. Нуклеотиды РНК несколько отличаются от нуклеотидов ДНК по составу и по виду, кроме того, РНК представляет собой одиночную цепь, тогда как молекула ДНК состоит из двух взаимно дополнительных (по нуклеотидному составу) цепей, обмотанных друг вокруг друга в виде так называемой двойной спирали.
Открытие РНК навело некоторых ученых на мысль, что, может быть, она, будучи более простой молекулой, чем ДНК и белки, была и самой первой, самой древней «молекулой жизни», появившейся раньше и ДНК, и белков. Но для того чтобы играть роль такой молекулы, то есть стать той основой, на которой впоследствии могли бы возникнуть ДНК и белки, эта «первичная РНК» должна была обладать двумя главными свойствами ДНК и белков: «уметь» удваиваться, как ДНК, и разрезать другие молекулы РНК на куски, соединяя эти куски друг с другом.
Так возникла новая гипотеза возникновения жизни на Земле, утверждавшая, что появлению мира первых живых клеток с их ДНК, РНК и белками предшествовал намного более примитивный мир, в котором существовали только молекулы первичной РНК. Эти зародыши жизни работали поначалу сразу «в трех лицах», неся первичную биологическую информацию, передавая ее потомкам и катализируя биохимические реакции. В ходе дальнейших исследований было накоплено множество любопытных результатов. Но совершенно неожиданно у мира РНК возникла новая проблема – проблема времени.
Раньше считалось, что первые «живые молекулы» появились спустя примерно миллиард лет после окончания интенсивной бомбардировки Земли метеоритами и кометами. Эти небесные осколки образовались из того же первичного газового сгустка, что Земля и другие планеты, в том же месте в огромном количестве, поэтому первые несколько сотен миллионов лет столкновения с ними были чрезвычайно частыми. Жизнь в таких условиях просто не могла возникнуть: Земля то и дело плавилась и кипела. А ведь для случайной сборки многих атомов в молекулу нужной структуры РНК требуется долгий период стабильных, неизменных условий.
Миллиарда лет, по оценкам специалистов, было бы достаточно. Но в последние годы стали множиться данные, говорящие о том, что, похоже, этого миллиарда у жизни в запасе просто не было: самые древние окаменелые структуры, подобные современным бактериям, имеют возраст 3,8 миллиарда лет, то есть они возникли всего через двести миллионов лет после mirtajn.com окончания периода интенсивного падения метеоритов. А недавние исследования показали, что последние по времени массовые падения метеоритов произошли всего 3,8 миллиарда лет назад, то есть для появления жизни путем случайных переборов биохимических вариантов времени не осталось вообще!
Все эти трудности, вместе взятые, придают высказываниям биологов определенный пессимистический настрой. Ведущие ученые, эволюционисты и генетики, ныне выдвигают новую гипотезу – гипотезу о мире, предшествовавшем появлению первых РНК. Теперь речь уже идет о каких-то «квазиживых» молекулах, которые сделали возможным быстрое появление архаичных РНК. Некоторые исследователи ищут даже такие молекулы, которые состояли бы только из аминокислот, легко образующихся в «первичном бульоне».
Выдвигаются и более смелые идеи – о том, что жизнь вообще начиналась без всяких «молекул жизни», просто на основе тех циклов биохимических реакций, которые самопроизвольно возникают вблизи мест выхода горячей лавы на океанском дне. Среди группы биохимиков популярна «глиняная» гипотеза, согласно которой первые самовоспроизводящиеся системы вообще были неорганическими, например система ионов в слое глины, направляющая аналогичный способ укладки следующего слоя, и т. д. Уже показано, что добавка глины, содержащей положительные ионы, к смеси отрицательно заряженных нуклеотидов приводит к самопроизвольному образованию цепочек РНК длиной в десятки нуклеотидных звеньев.
У теории РНК-мира уже солидный экспериментальный «багаж». Химики научились синтезировать огромное количество разных РНК со случайной последовательностью нуклеотидов, а затем отбирать из них молекулы с нужными свойствами. Получены рибозимы, катализирующие синтез нуклеотидов, присоединение аминокислот к РНК и другие биохимические процессы. Стирая грань между живым и неживым, уже растут на искусственных средах в лабораториях удивительные колонии размножающихся молекул РНК, способные синтезировать белки.
Еще дальше пошли физикохимики, которые утверждают, что возникновение жизни вообще не требует появления каких-то сложных «носителей самовоспроизведения». Исходя из теории сложных систем, они приходят к выводу, что любая такая система, будь она сложена из камней, звезд или молекул, достигнув некоторого уровня сложности, неизбежно порождает определенную упорядоченность.
Пока нам известен только один вид земной белковой жизни, и мы не знаем, какие из ее свойств являются обязательными для любой жизни во Вселенной. Биологи обычно упоминают такие обязательные mirtajn.com свойства, как наличие наследственной информации, рост и размножение, а также извлечение энергии из среды обитания. Первичная смесь нуклеотидов, жиров и аминокислот неизбежно должна была в какой-то определенный момент перейти из хаотического состояния в упорядоченное. Вот здесь и могла бы проявиться способность к самовоспроизведению, то есть возник бы своего рода молекулярный завод, воспроизводящий себя как целое и создающий внутри себя все более сложные молекулы. Воздействие внешней среды уже на первых стадиях существования такого древнейшего самовоспроизводящегося организма должно было вести к его совершенствованию, и именно на этом пути в нем возникли молекулы РНК, ДНК и белков.
Отсюда, в частности, следует вывод, что Вселенная должна буквально кишеть очагами случайно возникшей жизни, подобной земной. К сожалению, пока эти очаги живого в Метагалактике можно увидеть только на полотнах художников-фантастов.