Планета бурь - Олег Фейгин

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. Разумеется, здесь можно было ввести набор неких новых факторов, под воздействием которых опять-таки неизвестным образом первичные аминокислоты и нуклеотиды самопроизвольно синтезировались в более сложные белковые молекулы. Однако искусственность подобных гипотез самоочевидна, и сколько бы экспериментаторы ни перебирали различные физико-химические меры воздействия, получить белки им так и не удалось.

Александр Опарин, советский биолог и биохимик (1894–1980). В 1924 году Опарин выдвинул теорию о возникновении жизни на Земле через превращение, в ходе постепенной химической эволюции, молекул, содержащих углерод, в «первичный бульон»

Тут надо вспомнить, что все живое на Земле существует благодаря трем органическим соединениям – дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК), рибонуклеиновой кислоте (РНК) и белкам. ДНК хранит наследственную информацию. 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 участия белков. Но допустить, что они самопроизвольно и случайно образовались одновременно, да еще и в необходимо близком соседстве, было бы необоснованным оптимизмом. И тут биологи обратили внимание на третий жизненный компонент – РНК.

Действительно, по своему химическому строению молекулы РНК очень похожи на ДНК, к тому же микробиологи открыли новый тип ферментов, состоящих не из белков, как обычно, а из РНК. Естественно, что нуклеотиды РНК несколько отличаются от нуклеотидов ДНК по составу и виду, что и навело биологов на мысль о том, что эта более простая молекула может играть роль первичного «кирпичика» жизни, возникшего намного раньше и ДНК, и белков.

Так возникла новая гипотеза возникновения земной жизни, 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 древнейшие семена жизни работали поначалу сразу «в трех лицах», неся первичную биологическую информацию, передавая ее потомкам и катализируя эти первые биохимические реакции их функционирования. В ходе дальнейшего научного поиска было накоплено много любопытных результатов. И тут возникла проблема времени.

Раньше считалось, что первые «живые молекулы» появились примерно через миллиард лет после того, как кончился период 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 огромный период неизменных условий.

Миллиарда лет по оценкам специалистов было бы достаточно. Но в последние годы стали множиться данные, говорящие о том, что этого миллиарда у жизни в запасе просто не было. Ведь последние массовые падения метеоритов произошли всего 3,8 млрд лет назад, и для появления жизни путем случайных переборов биохимических вариантов вообще не оставалось времени.

И тут на помощь биологам пришли биофизики с биохимиками. Они смело выдвинули очередную гипотезу о животворном протоокеане, предшествовавшем появлению первых РНК. В данном случае речь идет о своеобразных «квазиживых» молекулах, активность которых основана на специфических свойствах водных растворов, сделавших возможным последующее появление архаичных РНК. При этом некоторые исследователи настойчиво ищут особые молекулы, которые состояли бы только из аминокислот, легко образующихся в водном растворе «первичного бульона».

В современной биохимии можно встретить и еще более дерзкие мысли о том, что жизнь вообще возникла без каких-либо специфических «молекул жизни». В этом случае акцент ставится на особые водные циклы биохимических реакций, которые самопроизвольно возникают вблизи мест выхода магмы океанского ложа или же в окрестностях «черных курильщиков».

Среди биохимиков популярна парадоксальная гипотеза «животворящей глины». В ее основе лежит идея о том, что первые самовоспроизводящиеся системы вообще были неорганическими, и в их эволюционном развитии самым активным образом участвовали системы ионов в слое вод ного раствора глины, направляемые и укладываемые послойно именно благодаря свойствам воды как универсального растворителя. На этом пути уже достигнуты определенные результаты, которые показывают, что добавка глины в воду, содержащую смесь положительных ионов и отрицательных нуклеотидов, приводит к самопроизвольному образованию многозвеньевых цепочек РНК.

В современной науке модель водного РНК-мира уже завоевала определенное признание благодаря солидному экспериментальному багажу. Биохимики научились синтезировать огромное количество разных РНК со случайной последовательностью нуклеотидов, а затем отбирать из них молекулы с нужными свойствами. И сегодня во многих лабораториях, стирая грань между живым и неживым, уже растут в животворящей водной среде удивительные колонии размножающихся молекул РНК, способные синтезировать белки.

Итак, нам пока известен только один вид земной белковой жизни, и мы лишь точно знаем, что для ее зарождения и существования в любом уголке Вселенной абсолютно необходимо простейшее химическое соединение из одного атома кислорода и двух водорода, которое земляне называют водой. Все известные нам свойства живой материи – саморазвитие, рост, размножение, поглощение энергии – так или иначе связаны с жидкой средой и не могут проходить в ее отсутствие. Да и первичная смесь нуклеотидов, жиров и аминокислот в «бульоне Опарина» по своей сути являлась обыкновенным водным раствором, в какой-то определенный момент перешедшим из хаотического состояния в упорядоченное. А сама способность живого к самовоспроизведению немыслима без водной среды, в которой миллиарды лет назад и начали действовать первые «молекулярные заводы и фабрики», воспроизводящие сложные молекулы, собирающие из них фрагменты и соединяющие в себе подобные образования.

Из этого, в частности, следует неожиданный вывод, что искать во Вселенной надо не братьев по разуму, которые неизвестно как проявляют свою разумную деятельность, а планеты с жидкой водой! К сожалению, до сих пор воды не найдено даже в Солнечной системе, что заставляет глубоко задуматься над оптимистичными заявлениями экзобиологов, утверждающих, что даже дальние уголки Метагалактики должны буквально кишеть очагами случайно возникшей жизни, подобно земной. К сожалению, чем дальше мы изучаем ближний космос, тем меньше остается надежд обнаружить вблизи нас планеты с океанами, полными живых существ.

Любопытно, но специалисты, изучающие чудо возникновения живого, так и не выработали его общепринятого определения! И тут все чаще встречается краткое и емкое определение: жизнь – это вода. Одни ученые полагают, что жизнь – это особый химический процесс, связанный с извлечением энергии из окружающей среды. Другие исследователи подчеркивают обязательную индивидуальность живых объектов и считают, что понятие «жизнь» неотделимо от понятия «организм», третьи, как правило энтузиасты-непрофессионалы, наделяют живую материю всяческими мистическими свойствами наподобие биополя. Но главным все же остается именно роль водной субстанции, так или иначе определяющей ход физико-химических процессов в организмах.

Если заглянуть в глубины истории, то окажется, что первым ученым эпохи Возрождения, заявившим о происхождении живого исключительно из живого, был итальянский естествоиспытатель Франческо Реди. Принцип «ovo ex ovo», провозглашенный Франческо Реди, утвердился в начале XVII века. Общая трактовка принципа Реди – «все живое от живого». Появление любой клетки или любого яйца для воспроизводства обязательно связано с живыми родительскими структурами.

Принцип Реди доказал два века спустя великий физиолог Луи Пастер. В серии изящных опытов с хитро изогнутыми колбами он показал, что «зарождение» микроорганизмов в стерильном бульоне происходит только в том случае, если их зародыши могут попасть в бульон из воздуха или иным путем. Если преградить путь «семенам жизни», даже оставив доступ воздуху, никакого самозарождения не произойдет. Так попутно был открыт метод пастеризации жидкостей и продуктов путем их нагрева до определенной температуры, убивающей микробы и бактерии.