В САМОМ НАЧАЛЕ
Философы и мыслители тысячи лет размышляют о том, как началась жизнь. Некоторые из них считают, что жизнь существует вечно и не имела начала. Аристотель, оказывавший огромное влияние на развитие мысли в течение двухтысячелетий, считал, что некоторые формы жизни, а может быть и все, возникли самопроизвольно. Эта мысль, которую разделял не только он, основывалась на наблюдении: на плодородной почве после дождя внезапно появлялись растения, а в гниющем мясе материализовались личинки мух. В 1920-х годах русский биохимик Александр Опарин предложил и разработал идею, согласно которой жизнь возникла в теплой водной среде на поверхности ранней Земли, окруженной атмосферой, состоявшей главным образом из метана — природного газа, который согревает наши дома и питает наши кухонные плиты. Как считал Опарин, первые моря были богаты простыми органическими молекулами, которые реагировали друг с другом, образуя более сложные молекулы, что в конце концов привело к возникновению белков и жизни. Почти тридцать лет после того, как Опарин опубликовал свои идеи, Стэнли Миллер, бывший тогда аспирантом в Университете города Чикаго, и нобелевский лауреат Харолд Юри показали, что аминокислоты — строительные блоки необходимых для жизни белков — могли образоваться в условиях, которые, как полагают, преобладали на ранних этапах развития Земли. Миллер провел элегантный эксперимент. Он пропускал электрические разряды сквозь смесь метана, водорода, аммиака и водяного пара, и когда он проанализировал эту смесь, то оказалось, что в ней присутствуют аминокислоты. Электрические разряды в его опыте играли роль молний, газовая смесь служила разумно обоснованной моделью первоначальной атмосферы. Аминокислоты не могут воспроизводить себя и поэтому сами по себе не являются живыми. Тем не менее, этот эксперимент долгое время считался своего рода вехой на пути познания процесса, представлявшего собой один из важнейших этапов развития жизни на Земле, а именно естественного синтеза аминокислот. И все же, как мы увидим ниже, в настоящее время представляется вероятным, что эксперименты Миллера — Юри едва ли могут быть непосредственно приложимы к событиям, происходившим в начале архея.
Одной из проблем, тормозивших понимание происхождения жизни, является то, что нам почти ничего определенно не известно об обстановке возникновения жизни. Можно делать только правдоподобные оценки. Например, на протяжении довольно долгого периода после своего образования, продолжительностью, вероятно, около нескольких сот миллионов лет, поверхность Земли должна была быть гораздо горячее, чем в наши дни. Продолжавшиеся удары метеоритов, больших и малых, приносили дополнительную тепловую энергию, а в самый ранний период истории Земли падение более крупных тел могло пробивать еще охлаждающуюся тонкую кору и выводить на поверхность лежащий ниже расплавленный материал. При прорывах лавы на поверхность в атмосферу поступали большие количества вулканических газов, создавая так называемый парниковый эффект в гораздо большей степени, чем в результате человеческой деятельности. Вполне возможно, что атмосфера Земли была в те времена во много раз плотнее, чем теперь, и что моря и океаны были горячими. Некоторые ученые даже предполагают, что по причине высокого атмосферного давления температура морей и океанов превышала температуру кипения воды при современном атмосферном давлении — настоящая кастрюля-скороварка. Но жизнь — та, которую мы знаем, — весьма чувствительна к температуре окружающей среды, и нам неизвестны современные организмы, которые могли бы существовать при температуре намного выше 100 градусов Цельсия. Невероятно, чтобы
жизнь утвердилась па планете до того, как температура поверхности не снизилась до этого уровня или даже ниже. Хотя нам неизвестен точный состав ранней земной атмосферы, в последнее время достигнут немалый прогресс в этом направлении, вполне позволяющий сказать с некоторой определенностью, что богатый метаном состав, который предполагал Опарин, и метано-аммиачно водородная смесь, которая была использована Миллером в его экспериментах, являются, вероятно, не очень реалистичными моделями. На основании изучения наших ближайших соседей, Марса и Венеры, а также с учетом данных, полученных в результате изучения осадочных пород Земли, ученые полагают, что первоначальная атмосфера Земли была богата углекислотой, а не метаном. Как на Марсе, так и на Венере СO2 является, по-видимому, преобладающим газом в составе их атмосфер. На Земле он является второстепенной составной частью. Но огромное количество его, погребенное в составе осадочных пород земной коры, достаточно для того, чтобы в случае его освобождения и поступления в атмосферу состав ее сравнялся бы с составом ближайших к нам планет. Каким же образом СO2 оказался связанным в земной коре? Ответ заключается в том, что геологи называют углеродным циклом. В результате ряда химических реакций углекислота переходит из атмосферы в океаны в растворенной форме. В морской воде она соединяется с кальцием и осаждается в виде окиси кальция, главной составной части известняков, которая забивает водопроводные трубы и образует накипь в чайниках. На протяжении геологического времени в известняки было превращено такое количество углекислоты, что сейчас ее количество в известняках более, чем в 100 000 раз превышает ее общее количество в атмосфере. Значительное количество углекислоты было также извлечено из атмосферы растениями в процессе фотосинтеза, преобразовано в органическое вещество и в конце концов погребено и превращено в уголь, нефть и природный газ. В результате сжигания этих природных ископаемых видов топлива углекислота возвращается в атмосферу и частично обусловливает пресловутый парниковый эффект и глобальное потепление климата.