ЖИЗНЬ КАК НЕИЗБЕЖНОЕ ЯВЛЕНИЕ
ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ
История возникновения жизни до сих пор является загадкой. Откуда взялся человек, все еще так плохо нами изученный? Какие этапы проходила его эволюция? Почему и как он стал таким, каков он сейчас? Почему по одним критериям все люди одинаковы, по другим — столь различны?
В научной истории возникновения человека и его эволюции еще множество белых пятен. Вид Homo sapiens появился довольно недавно — около тридцати тысяч лет назад, но первые гоминиды (дриопитеки) жили на Земле миллионов пятнадцать лет тому назад. Изучение других существ и видов на планете от самого зарождения жизни показало, что этот период исчисляется шестьюстами миллионами лет. Сколько понадобилось исследований, усилий, накопления знаний, чтобы установить это! Долгое время люди, на основании книги Бытия, исчисляли возраст Земли в шесть тысяч лет. В XVIII веке Бюффон предположил, что это слишком мало, и назвал другую цифру — семьдесят пять тысяч лет. Когда же несколько лет спустя аббат Жиро-Сулави заговорил о миллионах лет, церковное начальство сделало ему строгое внушение.
Общепринятый теперь срок — шестьсот миллионов лет — это лишь одна восьмая возраста Земли, причем подавляющую его часть составляет докембрий.
Измерение геологического времени, имеющее для интересующей нас проблемы жизни первостепенное значение, стало точной наукой. Бюффон в своих подсчетах использовал метод, основанный на изучении осадочных пород. Жиро-Сулави производил расчеты с учетом времени эрозии. Теперь, чтобы установить геохронологию, используются самые разнообразные методы. Прежде всего — дендрохронология. Под этим трудным названием скрывается простая, в принципе, методика. Всем известно, что возраст дерева можно установить, сосчитав годовые кольца. Сопоставляя чередование широких (соответствующих благоприятным для роста годам) и узких колец, можно сравнивать друг с другом срезы разных деревьев, время жизни которых частично совпадает. Так, шаг за шагом, можно датировать останки деревьев в возрасте до десяти тысяч лет.
Подобным же образом определяют возраст так называемых ленточных глин на берегах ледниковых озер, где темные слои чередуются со светлыми. Таким способом Г. де Гееру удалось весьма точно назвать возраст четвертичных ледников в Америке и Скандинавии — 12 тысяч лет.
Еще один метод — изотопный анализ углерода, содержащегося в дереве, каменном угле, костях. Все живые организмы кроме «нормального» углерода-12 содержат небольшое количество изотопа с атомным весом 14. После их смерти углерод-14 распадается, его период полураспада 5760 лет. Таким образом, измерив, сколько осталось углерода-14, можно довольно точно определить время, прошедшее после смерти организма. Этот способ позволяет достичь глубин времени — 30 тысяч лет назад и далее…
Наконец, последняя группа методик, используемая в научных изысканиях, основана на радиоактивности таких элементов, как уран, рубидий и калий, которые в определенный период времени распадаются на другие известные элементы. Наличие этих последних в изучаемых минералах позволяет с достаточной точностью установить возраст.
Для датировки в пределах «недавних» — не далее 30 тысяч лет — эпох, интересующих археологов и антропологов, применяются в основном два первых метода: подсчет годовых колец или слоев ленточных длин и анализ изотопов углерода. Кроме того, ширина годовых колец имеет одиннадцатилетние циклы, связанные с влиянием на климат солнечной активности, которая также имеет одиннадцатилетний цикл. Так удалось просчитать очень отдаленные периоды солнечной активности.
Для хронологии отдаленных геологических эпох основным методом является стратиграфия, основанная на измерении толщины слоев осадочных пород. Ясно, что ни в одном месте земного шара нельзя наблюдать все слои в строгом порядке: они перемешаны между собой. Поэтому берут неполные ряды в разных местах, и таким образом получается весьма точная картина относительной хронологии. С недавнего времени изучение радиоактивности некоторых веществ позволило получать и абсолютную дату.
Некоторые хорошо сохранившиеся окаменелости — водоросли, найденные в Австралии, — имеют возраст 1 миллиард лет. Самые же древние следы жизни, сохранившиеся на Земле, — это бактерии в южноафриканских породах. Их возраст — 3 миллиарда 100 миллионов лет. Но это уже сравнительно развитые организмы, первоначальная жизнь возникла, несомненно, много ранее. Можно ли найти ее следы? Пока это предмет загадок и поисков. Но крайне интересно было бы знать, что жизнь на Земле не намного моложе самой Земли…
МЕТЕОРИТЫ И ПАНСПЕРМИЯ
Для объяснения происхождения жизни на Земле ученые выдвигают две основные гипотезы. Одни являются сторонниками панспермии, другие фотохимической теории.
Согласно гипотезе о панспермии, Земля была оплодотворена живыми организмами Вселенной, занесенными на нее метеоритами или космической пылью. Метеориты можно определить как фрагменты твердого вещества, которые пролетают по космосу рядом с Землей или падают на ее поверхность. Большинство из них сгорает в атмосфере, как правило, на высоте 80-110 км — в результате наблюдается явление, которое совершенно неправильно называют «падающими звездами», — и лишь самые крупные достигают Земли.
Частицы же космической пыли микроскопичны — несколько десятых микрона. Но они существуют в огромном количестве — на один квадратный километр приходится несколько десятков таких частиц: по человеческим меркам, очень мало, по космическим — чрезвычайно много.
Итак, по теории панспермии, метеориты и космическая пыль могут переносить зародыши жизни в виде спор или микроорганизмов. Как мы видели, физические условия межпланетного пространства не исключают этого, там нет ничего несовместимого с жизнью. О том, что живые организмы переносят холод, мы уже говорили. Нет ничего страшного и в том, что метеориты. загораются, проходя через земную атмосферу. Правда, некоторые из них сгорают целиком, но другие нагреваются лишь снаружи. Таким образом их внешняя поверхность стерилизуется, но, поскольку теплопроводность их низка, а скорость высока, сердцевина метеорита остается холодной. Масса же ежедневно падающих на поверхность Земли метеоритов достигает тысячи тонн!
Метеориты, в частности, самые редкие из них — углистые, служат предметом тщательного изучения. Один из известных — метеорит, упавший во французском департаменте Тарн и Гаронна, близ Оргея, в 1864 году. К сожалению, только в 1960 году в Соединенных Штатах произвели анализ его вещества. К сожалению, потому что столь долгий срок опасен контаминацией, то есть на метеорит могли попасть земные организмы. Так или иначе, ученые обнаружили на нем окаменелые органические вещества, некоторые из которых поразительно напоминают земные. Одни из них похожи на пыльцу, другие не идентифицированы, но совершенно аналогичны земным организмам. Неоднократные химические анализы с несомненностью подтверждали наличие на метеорите органических веществ.
Конечно, тут же разгорелись ожесточенные споры: эти органические вещества внеземного происхождения? Или они получились из-за контаминации? Имеют ли они самостоятельное биологическое происхождение?
Хотя аргументы в пользу внешнего биологического происхождения выглядят убедительно, вопрос еще не решен. Но возникают некоторые комментарии или, если хотите, «заметки на полях».
Первое. Поскольку столь богатые жизнью метеориты встречаются на Земле, стоит поискать аналогичные фрагменты в образцах лунного грунта, доставленных американскими кораблями «Аполлон-11» и «Аполлон-12». Ирония, с которой на этот счет высказывается профессор Львов, несколько удивляет. Безусловно, было бы в высшей степени интересно обнаружить следы контаминации. Это сразу положило бы конец дискуссии.
Второе. При обследовании органических следов на метеорите было установлено соотношение между их размером и количеством и выстроена так называемая гистограмма. Если бы они были «неорганизованными», количество частиц уменьшалось бы обратно пропорционально размеру. Но полученная кривая оказалась далека от правильной. Для некоторых размеров число замеченных частиц оказалось гораздо больше ожидаемого. С нашей точки зрения, это убедительное доказательство их биологического происхождения.
Порой страсти, порожденные спорами вокруг «обитаемого» метеорита, кажутся преувеличенными. Предполагается, что подобные тела были оторваны от своих планет в результате разрушений, извержений вулканов или ударов других, очень крупных метеоритов. В таком случае почему бы им не происходить просто-напросто с Земли? Быть может, они когда-то оторвались от нее, совершили огромный виток вокруг Солнца и упали назад? Некоторые ученые даже предполагают, что они совершили маршрут Земля — Луна — Земля с долгой остановкой на Луне!
Итак, даже если будет неопровержимо доказано, что некоторые метеориты содержат органические молекулы, это еще не станет доказательством существования внеземной жизни, а лишь не исключит возможность панспермии — по крайней мере в пределах планетной системы[29].
Наконец, ставя проблему глубже, приходится признать, что теория панспермии еще не объясняет происхождения жизни как таковой, а в лучшем случае дает вариант ее появления на Земле. Основную же проблему она лишь отодвигает: ведь должна же была эта жизнь где-то и когда-то зародиться…
ФОТОХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ
Успешный синтез мочевины, осуществленный Велером в 1828 году, убедительно показал, что возникновение жизни не связано ни с каким таинственным «жизненным первоначалом», которое якобы одно может оживить мертвую материю. Правда, спор этот вновь разгорелся спустя пятьдесят лет, когда Пастер пришел к выводу о невозможности самозарождения. Но здесь не надо смешивать две вещи: Пастер показал лишь, что мы не можем наблюдать самопроизвольного появления весьма сложных организмов, например спор. Он не касался проблемы происхождения жизни, а ведь мы ведем речь о возникновении бесконечно более примитивной живой материи, которая лишь в течение огромных геологических эпох развилась до стадии сложных организмов.
Гипотезы о спонтанном зарождении жизни на Земле были выдвинуты уже давно. Первыми их сформулировали Холдейн, Опарин и Довилье. Французский ученый Довилье в 1958 году заявил, что, по его мнению, жизнь имеет «фотохимическое» происхождение и возникновение органической материи — проблема космической физики. Все более и более сложные органические молекулы образуются из неорганических веществ, присутствующих в первоначальной атмосфере — углекислого газа и воды, под воздействием ультрафиолетовых лучей солнечного спектра, грозовых разрядов и космических лучей.
Первая фаза произошла более четырех миллиардов лет назад: в морской воде осуществилась серия фотосинтезов. В этой среде, где все условия, и в частности температура, тому благоприятствовали, под воздействием ультрафиолетового облучения возникли гигантские пятна студенистых образований, способных поглощать магний, железо, фосфор и серу. Эта первая стадия заканчивается образованием аминокислот «кирпичиков» живых организмов.
Искусственно создавать живое вещество мы еще не умеем. Но уже известно, что довольно легко появляются органические вещества при воздействии на смеси простых газов, существовавших, очевидно, в первоначальной земной атмосфере. Англосаксы называют это «опытами с первичным бульоном». Миллер и Юри осуществили полимеризацию (последовательное сцепление) аминокислот. Так получаются протеины, из которых состоят наши клетки.
Синтез протеинов идет под контролем нуклеиновых кислот — прежде всего знаменитой дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), структурная модель которой была открыта в 1953 году Уотсоном и Криком, получившими за это исследование Нобелевскую премию (1962 г.). ДНК состоит из двух спиралей, соединенных «мостиками» из двух пар оснований: аденин тимин и гуанин — цитозин. Эта кислота способна воспроизводить себя. Если нити разделить, каждая восстанавливает собственную пару. Порядок четырех оснований на спирали несет генетическую информацию.
Вероятно, ДНК, наряду с углеродом, является фундаментом жизни. Если бы существовали другие решения, они, скорее всего, реализовались бы и на Земле. Поскольку земные условия и без того достаточно разнообразны, следует полагать, что жизнь, основанная на ДНК, — если не единственная, то наиболее вероятная возможность.
Поскольку ДНК, основополагающая молекула человека, содержит огромное количество информации — «больше, чем ядерный реактор или химический завод», — Фред Хойл без колебаний считает ее «наилучшим инструментом».
Пока еще не осуществлен синтез ДНК из чисто неорганических соединений. Когда этого достигнут, можно будет говорить, что создан живой организм. Это, конечно, непросто, но одну нуклеиновую кислоту[30], уридосукцининовую, из «первичного бульона» уже получили…
Подчеркнем, с какой легкостью можно разными способами получать весьма сложные — почти живые — молекулы. В химических условиях, вероятно, очень похожих на те, которые существовали первоначально на Земле, для этого хватает нескольких суток, а то и часов.
Так что удивительно не то, что жизнь возникла. Удивительно было бы, если бы на протяжении огромных геологических эпох она не возникла. Мы логически пришли к нашей первой основной гипотезе, которая имеет все шансы быть верной: при благоприятных условиях на любой планете возникает жизнь.
На третьем международном коллоквиуме по вопросам происхождения жизни в Понт-а-Муссоне в апреле 1970 года биохимики были единодушны в выводах. Вот несколько авторитетных высказываний. Русский профессор Александр Опарин: «Теперь ясно, что появление жизни на Земле не случайность, а необходимость». Д-р Сирил Поннамперуна, руководитель лаборатории химической эволюции НАСА: «Жизнь — естественное следствие эволюции Вселенной. Но, поскольку есть множество звезд, подобных нашему Солнцу, должны быть и другие живые существа, с которыми мы когда-нибудь встретимся».
Надо еще отбросить ложную мысль, согласно которой жизнь была создана лишь в какой-то отдельно взятый момент — когда-то очень давно в истории Земли. Несомненно, спонтанное создание живых молекул происходило в течение весьма долгого времени и шло параллельно с эволюцией первых таких молекул. Не стоит сомневаться: мы происходим не от одной-единственной молекулы ДНК! Их, безусловно, рождалось бесчисленное множество. Этот процесс, должно быть, продолжается и теперь, просто он незаметен, поскольку теряется в чрезвычайном изобилии и разнообразии современной жизни.
Если предположить, что на Земле вдруг исчезнет всякая жизнь, то несомненно, она тут же начнет развиваться вновь. Ведь когда исчезнет жизнь, не станет и фотосинтеза. Кислород исчезнет из атмосферы, и тогда ультрафиолетовые лучи начнут новые синтезы. Процесс эволюции возобновится…
ДОЛГАЯ ИСТОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ
Хотя жизнь на Земле возникла в относительно короткие сроки, эволюция от простейших молекул до высших организмов потребовала весьма большого времени. Делалось, наверное, множество попыток, многие из них, несомненно, происходили при неблагоприятных условиях и срывались. Очевидно, природа производила кропотливую селекцию, потому что возможных путей эволюции немеренное число. Расходятся эти пути или, напротив, необходимо сходятся к решениям, аналогичным существующим на Земле?
Иные видят в процессе эволюции только случайную сторону. Они полагают, что вариантов эволюции много и жизнь земного типа должна быть уникальной. По их мнению, маловероятно встретить где-либо формы жизни, аналогичные нашим. На это можно возразить, что при данных условиях эволюция всегда благоприятствует наилучшему возможному решению, а следовательно, эволюция в одинаковых условиях должна вести к одинаковым результатам. На Земле тому есть наглядное доказательство: гомологичные формы видов. У видов совершенно различного происхождения, если они живут в одинаковых условиях, вырабатываются одинаковые формы: таковы рыбы и киты, птицы и летучие мыши, хищники и австралийские сумчатые.
Другие ученые считают даже так: путей эволюции настолько много, что вероятность попасть на перспективный очень мала. С их точки зрения, жизнь на Земле стала результатом ряда «чудесных» совпадений.
У нас иная позиция: механизм эволюции таков, что даже если многие попытки оказались неудачными, их число было достаточным для того, чтобы некоторые удались. Могли сначала сорваться и некоторые из перспективных вариантов. Конечный же успех представляется нам неизбежным.
Не надо поддаваться рассуждениям о видимом случайном характере эволюции. Случайность, умноженная на очень большое число повторов, дает стопроцентную вероятность. Разве не по такой случайности успешно занимаются бизнесом страховые компании, зная статистику смертности? Разве не на волю случая полагаются владельцы казино, планируя верную прибыль? (Тут, пожалуй, сравнение хромает. — Ред.)
Пока подведем итог сказанному: возникновение жизни — это естественный процесс, в котором остается все меньше таинственного. И можно надеяться, что в скором времени в этой области знаний будет совершен решительный прорыв.
Ведь очевидно, что открытие следов жизни на другой планете сильно подкрепит нашу первую основную гипотезу. Потрясающим будет также открытие, что эта жизнь более или менее подобна нашей — в частности, основана на ДНК.
Напомним, что пыльца на Оргейском метеорите если она действительно внеземного происхождения, аргумент в пользу нашего утверждения. Но необходимы и другие, более неопровержимые доказательства. И они непременно будут…
И вовсе не безумная затея — искать во Вселенной формы жизни, напоминающие нашу. Примерно две трети звезд имеют планетные системы; в каждой из них должна быть хотя бы одна планета с благоприятными для жизни условиями. Можно полагать, что на всех этих планетах развились или разовьются в будущем формы жизни, более или менее аналогичные земной. И таких планет десятки миллиардов.