Тайная жизнь Вселенной (2)⁠⁠

Продолжаем знакомиться с книжкой Натали Каброл.

Предыдущие части выложены в серии.

Коротко для ЛЛ: жизнь могла зародиться сама собой, и к тому же неоднократно. Молодая Земля, возникшая после столкновения с планетоидом, заметно отличалась от того, что мы видим сегодня. А может, она прилетела к нам из космоса, где предостаточно исходных материалов для зарождения. Так или иначе, это довольно тёмная история, и недостатка в гипотезах нет.

Происхождение жизни на Земле имеет давнюю и, надо сказать, туманную историю. Следы биогенного углерода находятся на горных породах, возрастом до 4,28 миллиардов лет. Правда, это открытие ещё требует подтверждения. В отложениях подводных гидротермальных источников следы древних одноклеточных имеют возраст «всего» в 3,5 миллиарда лет. В ту горячую эпоху наша планета часто бомбардировалась астероидами и кометами и обильно дышала вулканами, и как могла тогда зародиться жизнь – мы доподлинно не знаем. Религии ссылаются на сверхъестественные события. Учёные, в свою очередь, не исключают, что у жизни могли быть несколько источников. Может быть, жизнь появлялась и исчезала много раз, перед тем, как окончательно закрепиться: обстановка была уж слишком неспокойная. Также не исключено, что было сразу несколько параллельных линий жизни.

Сцену для появления жизни сформировало столкновение прото-Земли с Тейей – планетоидом, размером с Марс, что произошло всего каких-то 30 миллионов лет после формирования Солнечной системы. Так, во всяком случае, объясняет появление Луны модель мегаимпакта. В результате часть материала оказалась выброшенной и сформировала спутник нашей планеты, а также земная ось получила свой современный наклон. Температура Земли резко поднялась, и вся вода снова испарилась.

Молодая Луна доминировала на небосводе: ведь расстояние до неё было всего 25 тысяч километров, а не 384 тысячи, как сейчас. И обращалась она вокруг Земли всего за пять часов. Но и земной день длился тоже недолго: 2-3 часа. С течением времени вращение Земли замедляется, и вращательная энергия передаётся Луне, которая продолжает удаляться от нашей планеты на три сантиметра каждый год. Длительность земных же суток возрастает в это время на 15 микросекунд, так что через 180 миллионов лет в сутках будет уже 25 часов. Точные данные об исторической длине земных суток и продолжительности лунного месяца дают нам древние коралловые отложения. Наступление дня и ночи можно проследить по ширине накопившихся меловых слоёв.

Не стоит недооценивать влияние древней Луны на биосферу. Каждые шесть часов приливы, высотой в триста метров! Они смягчили колебания климата посредством перемешивания океанических вод. Быстро меняющиеся зоны прилива-отлива представили собой область эволюционного давления, которые подстегнули эволюцию.

Возможно, жизнь пришла на нашу планету из космоса. Панспермию упоминал ещё древний грек Анаксагор. Согласно этой теории, кирпичики жизни путешествуют в пространстве с камнями и пылью. В наши дни жизнь вполне может прилететь на чужие планеты на борту космического корабля. Так или иначе, семена жизни прорастут там, где они найдут подходящую среду для обитания. Для земных экстремофилов это было бы по силам. Вероятность переноса биоматериала с одной планеты на другую в целости и сохранности, однако, весьма скромна: уж очень силён стресс, начиная с разгона при старте и заканчивая входом в атмосферу при приземлении. С другой стороны, вероятность умножается на число потенциальных событий, которое велико. Так или иначе, панспермия не раскрывает нам секрета происхождения жизни, а всего лишь перемещает его в пространстве.

Первую биохимическую модель зарождения жизни представил Александр Опарин в 1923 году. Он не видел принципиальной разницы между живым организмом и материей и считал жизнь продуктом эволюции последней. Химия преобразовалась в биологию. С похожей моделью выступил англичанин Джон Холдейн, который считал океан населённым органикой «первобытным супом». В 1953 году модель Опарина-Холдейна была проверена экспериментально: через разогретую смесь воды и газов, составлявших древнюю атмосферу Земли, пропускали электрические разряды, которые должны были имитировать грозу. Таким образом удалось произвести некоторые органические кирпичики жизни. Из этих кирпичиков, обособленных в коацерваты, происходила бы доклеточная эволюция, включавшая элементы обмена веществ. И всё же без воспроизводства это всё ещё не была бы жизнь. Переход от химии к биологии случился в океане по мере накопления органики, которая бы могла делиться почкованием, подобно бактериям. Этот процесс и привёл бы со временем к образованию РНК, ДНК и сложных белков.

Первые организмы не могли производить для себя еду, беря её из «первобытного супа». Впоследствии автотропы смогли сформировать цепи химических превращений хемо- и фотосинтеза. Накопление кислорода в атмосфере привело к тому, что на службу жизни было поставлено окисление углерода. Появилась «рыночная экономика» поставщиков и потребителей пищи.

Альтернативная биохимическая теория предполагает, что жизнь появилась сначала в мире РНК. РНК может жить и делиться без посторонней помощи, что подтверждается современными экспериментами, в которых удалось создать молекулу, способную размножаться, диверсифицироваться и развиваться в рамках дарвиновой эволюции.

Касательно условий, в которых развилась первая жизнь, в учёном мире нет согласия. Химические реакции протекают быстрее при высоких температурах, и при них же регистрировалось более высокое разнообразие органики в эксперименте 1953 года. Но при низких температурах органика не так быстро распадается. Не будем забывать, что и Солнце раньше тусклее светило, так что многометровый слой льда над океанами был скорее правилом, чем исключением. Прохлада помогла бы РНК сохранять свою форму дольше. Многих исследователей привлекает идея развития жизни в окрестностях горячих источников, на земле или под водой. В 2019 году команда Ника Лейна в Лондоне успешно генерировала протоклетки в щелочной горячей среде, похожей по составу на окружение чёрного курильщика.

Но, в принципе, горячие лужи вокруг наземных вулканов ничем не хуже. Джон Бернал указывал на возможную роль глины как катализатора в процессе концентрации органических смесей. По мере накопления наших знаний о Вселенной появляются новые гипотезы. В 2012 году удалось продемонстрировать, что в условиях газопылевого облака на этапе формирования планет органические смеси являются естественным побочным продуктом эволюции планетарного диска. Древняя Земля, таким образом, могла получить кирпичики жизни уже при образовании.

Строительные блоки для жизни находятся повсюду. А это значит, что поиски внеземной жизни – не напрасное занятие. Это значит также, что сценариев появления жизни может быть несколько. Джереми Ингленд предположил в 2013 году, что появление жизни неизбежно с точки зрения термодинамики, поскольку биологические системы рассеивают энергию более эффективно. Как органы зрения появились независимо друг от друга в процессе эволюции у самых разных организмов, так и жизнь могла бы развиться параллельно в разных уголках. Быть может, где-то на Земле существует теневая биосфера микроорганизмов, живущих по совсем иным принципам. Конечно, её ещё не открыли, иначе мы бы об этом быстро узнали. Эти организмы могли бы иметь другие аминокислоты или правую геометрию молекул. Хотя находка левых аминокислот в толще Мурчисонского метеорита побуждает думать о том, что строительные блоки ДНК образовались ещё задолго в глубинах космоса.

Даже открытие теневой биосферы не избавило бы нас от загадок понимания процесса перехода от химии к биологии. Шансы у нас останутся невелики, до тех пор, пока мы не обратим свой взор на другие небесные тела, туда, где следы зарождения жизни не погребены безжалостной тектоникой материковых плит, как на Земле.