Живой углерод
Летом этого года в информационные агентства пришел пресс-релиз
Как разъяснялось в этих публикациях, кристаллы
12
C (так называемого «легкого» углерода) по сравнению с изотопом
13
C, очень высоко. Так, в части найденных включений графита и алмазов содержание
13
C оказалось почти в два раза ниже среднего значения для других древних образцов углерода.
В обширном семействе изотопов углерода только эти два
12
C и
13
C стабильны. Причем
12
C значительно более распространен — в среднем, на
13
C приходится чуть больше одного процента. Однако в природе нередко происходит своего рода «разделением» этих двух изотопов благодаря химическим процессам, протекающим в живых клетках, — в частности, при фотосинтезе из углекислого газа выделяется именно
12
C, а не
13
C . Поэтому изменения в соотношении концентраций этих изотопов в морских отложениях может служить индикатором изменения среднегодовой температуры океана: при понижении температуры планктона меньше, фотосинтез идет медленнее и, соответственно,
Избыток
12
C в циркониевых кристаллах из Джек-хиллс, по мнению Александра Немчина и его сотрудников, указывает на их органическое происхождение. А поскольку возраст самых древних включений в эти кристаллы составляет 4,25 миллиарда лет, то летопись земной жизни следует «продолжить». Исследовав 22 включения в 18 кристаллах циркония, ученые пришли к выводу, что алмазы и графит образовались независимо от циркониевых кристаллов, а их возраст или совпадает с возрастом кристаллов, или же превосходит его. Этот и другие факты позволяют рассматривать включения как «уникальный химический маркер, который предполагает возможность существования биологической активности спустя небольшое время после формирования Земли», по словам Александра Немчина, приведенным в пресс-релизе.
Впрочем, в журнальной статье исследователи высказываются осторожнее: из-за отсутствия других свидетельств биологической активности в то древнее время «алмазный биомаркер» — ещё не доказательство существования древней жизни.
Подходящая среда
Тема возникновения жизни на нашей планете — безусловно интересная, но опасная: придерживаться только научных воззрений, не углубляясь в вопросы философии и религий, здесь сложно. Из-за давности происходящего и недостатка доказательств это область даже не теорий, а гипотез, многие из которых не подтверждаются или опровергаются результатами новых исследований, а всего лишь, как принято говорить в логике, усиливаются или ослабляются ими. Немало людей придерживаются и той точки зрения, что религиозные и мифологические варианты ответа на вопрос о происхождении жизни вовсе не так противоречат научному подходу , как принято думать. У науки и религии слишком разные вопросы, да и методология их не совпадает. Нетрудно себе представить, как сотворенная высшим разумом жизнь эволюционирует по сценарию Дарвина . А все гипотезы о
Как ни удивительно, новые факты то и дело ставят под сомнение привычные представления о «сотворении мира» — в частности, возраст континентов и время возникновения жизни на них. Несколько лет назад массив Джек-хиллс уже привлекал внимание ученых. В 2005 году международная ассоциация ученых, включавшая геофизиков из Австралийского национального университета (
К тому же времени относят возникновение на Земле первых водоемов. А это означает, что уже тогда условия для жизни на земле были не хуже современных. «Земная кора, океаны и атмосфера возникли на планете практически сразу, — комментировал тогда результаты своих исследований профессор Можис, — а следовательно, практически сразу возникла и среда, подходящая для развития жизни». Теперь, видимо, появилась возможность говорить и о том, что тогда возникла не только среда, но и обитающие в ней микроорганизмы.
Мы — дети галактики?
Вопрос о времени зарождения органической жизни на Земле самым тесным образом связан с тем, как именно эта жизнь появилась на планете. Как известно, сама Земля сформировалась 4,5–4,6 млрд лет назад. Достоверные свидетельства существования древних организмов — строматолиты (окаменелые остатки бактерий), найденные в Западной Австралии — датируются 3,5 млрд лет, то есть ранним археем. Самые же древние свидетельства о живых организмах найдены в осадочных породах (формации Ишуа (Исуа) в Гренландии ): им приписывают возраст в 3,75 млрд лет.
Что же происходило в период между формированием Земли и появлением простейших организмов — область даже не теорий, а гипотез. Самыми «привычными» из них стали две оппозиционные гипотезы: биогенеза (того, что живое может появиться только от живого) и абиогенеза — то есть зарождения жизни из неорганических молекул.
Гипотезу абиогенеза обосновывали независимо друг от друга советский академик
В
Другая гипотеза — о том, что живое может происходить только от живого. Немецкий натурфилософ и естествоиспытатель Лоренц Океном (
То, что жизнь «проникла… извне с других небесных светил» или теория панспермии предполагает, что она существовала до появления Земли, и могла быть занесена на эту планету из космоса. Смысл ответа, впрочем, сильно зависел от общего научного контекста. Творчество Вернадского относится к тому времени, когда большое распространение имела теория вечной и стационарной Вселенной. Идея панспермии тогда выглядит даже естественно: к чему ломать голову над вопросом о происхождении жизни, если допущение о её вечном существовании сразу дает ответ. Вернадский не раз выражал уверенность, что живая материя сосуществует с неживой, хотя и не мог найти ей подтверждений. После того как в 1960-е годы всеобщее признание получила теория Большого взрыва, гипотеза панспермии утратила свою достаточность. Теперь она лишь отодвигает вопрос о месте, времени и способе появлении жизни, но не решает его.
Тем не менее гипотеза о «заражении» Земли жизнью снова активно обсуждается. Это произошло после открытия жизнеспособных микроорганизмов, способных в спящей форме выжить внутри камней и кристаллов. Такое открытие сделали в прошлом году двое ученых из Университета Федерика II (Неаполь) — профессор геологии Бруно Д’Ардженьо (
Есть и другие свидетельства внеземного происхождения органических молекул. Так, при изучения состава Мерчисонского метеорита в Австралии обнаружились азотистые основания, необходимые для синтеза молекул нуклеиновых кислот ДНК и РНК. С помощью радиоуглеродного анализа удалось установить, что
Старая жизнь
Однако, если жизнь может существовать в космосе, то, вполне возможно, что её зарождение началось гораздо раньше, чем можно было бы себе представить. Органические молекулы могли появиться ещё на стадии формирования будущих планет, вращающихся вокруг центральной звезды. В газово-пылевых облаках содержался водород, азот, угарный газ, цианистый водород и другие относительно простые молекулы, из которых возможен синтез органики. Ученые из
На этом ученые из Института катализа не остановились, и решили просмотреть и дополнить существующие представления о том, как именно могла зародиться органическая жизнь на древней Земле.
На недавно сформировавшейся планете взаимодействовали между собой вещества, поступающие как из космоса, так и из её недр. Эти химические реакции конкурировали между собой за субстраты («пищу» для реакций). В итоге побеждали самые быстрые из них, словно в подтверждение идеи философа Карла Поппера, естественный отбор существовал уже на стадии химических процессов. Поэтому для реакций важны были катализаторы, а лидировали среди реакций те, что могли катализироваться собственными продуктами.
Следующей ступенькой вполне могли стать автокаталитические циклы, при которых синтезируются не только катализаторы, но и возобновляются субстраты, то есть исходные вещества. Примером такой реакции может быть реакция Бутлерова, при которой из формальдегида образуются сахара, которые, в свою очередь, выступают катализаторами этой реакции.
Здесь же возникает следующий краеугольный вопрос: какие из необходимых для органической жизни молекул появились первыми? Если, как принято считать, первыми появились белки, то каким образом сохранялась наследственная информация? Если же ДНК — то как осуществлялись все прочие работы в клетке, которые могут делать только белки?
Появлению новой гипотезы послужили два открытия: то, что у многих вирусов наследственная информация хранится в молекулах не ДНК, а РНК, а также открытие в 80-х годах прошлого века Томасом Кечем (
Предполагается, что РНК могли формировать молекулярные колонии на поверхностях минералов, и обмениваться участками друг с другом. Позже (при накоплении случайных мутаций) произошло «разделение труда»: за хранение информации стала отвечать ДНК, а также появились белки — более эффективные катализаторы. РНК стала между ними «посредником».
И все-таки научное подтверждение гипотез о начале мира почти невозможно: информации о древнейшем периоде существования нашей планеты крайне мало, и воспроизвести те геологические и климатические условия сложно. Кроме того, в вопросе о возникновении жизни сложно оставаться в рамках сугубо научных воззрений и не отклониться в область метафизики.
Вопрос о том, к какому лагерю примкнуть, больше похож на вопрос о свободе вероисповедания. Несмотря на появление новых фактов, усложнение и все большее технологическое совершенство оборудования, ни одна из гипотез полностью не подтверждается. Трактовать новые факты можно по-разному, и по-разному примерять их к теориям. Узнаем ли мы когда-нибудь, как и где происходило зарождение жизни в её биологическом аспекте, — неизвестно. Тема эта, однако, одна из любопытнейших в мире, — возможно ведь, что, узнав о самом начале нашего пути, мы сможем понять что-то и про себя, ведь люди, согласно Вернадскому, неотделимы от окружающего мира.