Органика метеоритов

В 1806 г., в самый разгар наполеоновских войн, вблизи французского городка Але упал необычный метеорит. Это было лишь три года спустя после того, как метеориты были официально «признаны» Парижской Академией наук. Предубеждения против «небесных камней» оставались еще очень сильными, часть осколков метеорита Але была просто утеряна, и лишь один из них через 28 лет попал в лабораторию знаменитого шведского химика Йенса Якоба Берцелиуса. Поначалу ученый подумал, что произошла ошибка - метеорит Але не был ни каменным, ни железным, ни железока-менным. Кора плавления (поверхностный слой), однако, свидетельствовала о космическом происхождении необычного камня, родоначальника самого редкого и тогда еще не известного типа метеоритов - углистых хондритов.

Метеорит Але содержал органическую массу, растворимую в воде. При нагревании его частицы бурели и обугливались - явный признак присутствия органических соединений, соединений углерода. (Напомним, что такие простые углеродсодержащие соединения, как СО, СО2, угольная кислота Н2СО3 и ее соли,- это соединения неорганические.) Хотя сходство с земными веществами того же типа было очевидным, Берцелиус резонно отметил, что этот факт «еще не является доказательством присутствия организмов в первоначальном источнике».

Работа Берцелиуса положила начало изучению органических соединений в метеоритах. К сожалению, до сих пор материал, доступный исследованию, очень редок. Углистые хондриты весьма непрочны - их легко даже пальцами растереть в порошок (и при этом, повторяем, появляется характерный запах нефти). Вообще редкие среди метеоритов, углистые хондриты к тому же легко разрушаются при полете в атмосфере Земли. Да и попав на земную поверхность, они, как правило, бесследно пропадают, смешавшись с земными породами. Неудивительно поэтому, что во всем мире найдены и сохранены пока лишь два десятка углистых хондритов.

Спустя четыре года после того, как были опубликованы работы Берцелиуса, в 1838 г. в Южной Африке упал еще один углистый хондрит, исследованный затем известным немецким химиком Фридрихом Вёлером -тем самым Вёлером, которому за несколько лет до этого удалось получить вещество животного происхождения - мочевину - из неорганического вещества.

Вёлер выделил из метеорита нефтеобразное маслянистое вещество «с сильным битуминозным запахом» и, в отличие от Берцелиуса, пришел к выводу, что такие вещества, «если опираться на современный уровень знаний», могут быть синтезированы только живыми организмами. Заметим, что количество органического материала, выделяемого из углистых хопдритов, невелико - около одного процента. Но и этого вполне достаточно, чтобы сделать весьма важные выводы.

В 1864 г., опять во Франции, вблизи деревни Ор-гейль, выпал метеоритный дождь из углистых хондритов - случай исключительный в истории астрономии. Французский химик Клец строго доказал, что нерастворимое в воде черное вещество метеорита Оргейль представляет собою органические соединения, а вовсе не графит или аморфный углерод. Его поразило сходство этих органических соединений с подобными же веществами, находимыми в торфе пли буром угле. В докладе, представленном Парижской Академии наук, Клец утверждал, что органические вещества в метеоритах, «по-видимому, могут указывать на существование организованной материи на небесных телах».

С тех пор в течение почти столетия изучение органики метеоритов велось эпизодически, от случая к случаю, без каких-либо существенных обобщений. Среди этих немногочисленных работ следует упомянуть исследования метеорита Мигеи, выполненные в 1889 г. Ю. И. Симашко. Русский ученый также обнаружил в этом углистом хондрите органические вещества битуминозного типа.

Не следует думать, что все органические вещества непременно связаны с жизнью или, более того, являются принадлежностью живых существ. Астрономам известны многочисленные простейшие углеродсодержащие образования, безусловно не имеющие никакого непосредственного отношения к жизни. Таковы, скажем, радикалы СН и CN, наблюдаемые в межзвездном пространстве и атмосферах холодных звезд. Более того, в условиях космоса, по-видимому, постоянно идет синтез весьма сложных органических соединений до аминокислот включительно. В этом нас убеждают, в частности, любопытные эксперименты американского исследователя Р. Берджера. С помощью ускорителя элементарных частиц он бомбардировал протонами смесь метана, аммиака и воды, охлажденную до -230 °С. Спустя всего несколько минут в этой ледяной смеси ученый обнаружил мочевину, ацетамид, ацетон... В этих опытах Берджер, по сути, моделировал условия межпланетного пространства. Поток протонов имитировал первичные космические лучи, а смесь метаноаммиачных и обычных льдов - это, в сущности, типичная модель кометного ядра.

Другой известный американский биохимик М. Калвин бомбардировал потоком быстрых электронов смесь водорода, метана, аммиака и водяных паров. В этих экспериментах был получен аденин - одно из четырех азотистых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот. Не такие ли процессы происходили в первичной атмосфере Земли и некоторых других планет?

Создается впечатление, что в космосе из неорганических веществ и неорганическим путем создаются белковоподобные соединения - «полуфабрикаты» возможной будущей жизни.

Таким образом, наличие органических веществ в метеоритах само по себе еще никак не может свидетельствовать о существовании жизни на небесных телах. Эти вещества могли возникнуть и абиогенно, без всякой непосредственной связи с жизнью. Для доказательства противного нужны более веские аргументы.

Именно в таком плане и ведется дискуссия в современной науке о метеоритах. Спор еще не закончен, но полученные результаты представляют огромный интерес.

Еще в 1951-1952 гг. английский биохимик Мюллер выделил из углистого хондрнта битуминозные соединения. В сущности, он повторил работы Берцелиуса, Вёлера и Клеца, но на несравненно более высоком уровне. В метеоритных битумах гораздо больше серы, хлора и азота, чем в подобных земных соединениях, Это обстоятельство побудило Мюллера сделать вывод, что битумы в метеоритах имеют абиогенное происхождение.

С иных позиций к той же проблеме подошли уже упомянутый М. Калвин и С. Вон. Доклад, представленный ими в 1960 г. на Международный симпозиум по изучению космического пространства, был озаглавлен многозначительно: «Внеземная жизнь. Некоторые органические составляющие метеоритов и их значение для возможной биологической эволюции вне Земли». Американские исследователи выделяли из образцов углистого хондрита летучие вещества, которые затем пропускали через масс-спектрометр. В этих экспериментах определялась относительная масса осколков неизвестных молекул и, кроме того, исследовались инфракрасные и ультрафиолетовые спектры экстрактов углерод-содержащих соединений метеорита. Результаты получились ошеломляющие.

Из углистого хондрита удалось выделить вещество, как две капли воды похожее на цитозин,- еще одно из четырех азотистых оснований. Нашли в метеорите и смесь углеводородов, похожую на нефть земного происхождения.

В следующем, 1961 г., в Нью-Йоркской Академии наук оживленно обсуждалась работа трех американских химиков - Г. Надя, Д. Хенесси и У. Майнтайна. Из углистых хондритов они выделили набор парафинов, весьма похожий на тот, который входит в состав кожицы яблок или пчелиного воска. В связи с этим обострились споры и вокруг проблемы происхождения нефти.

Мы до сих пор точно не знаем, откуда взялась нефть - источник горючего для самолетов, кораблей и автомобилей, ценнейшее сырье для нефтехимии. Образовалась ли нефть в результате разложения живших когда-то организмов, или «черное золото» есть продукт какого-то сложного абиогенного синтеза? Если верна первая гипотеза, битумы в метеоритах можно рассматривать как следы внеземной жизни. Если же нефть - неорганического происхождения, то метеоритные битумы не имеют никакого прямого отношения к жизни вне Земли, а, по-видимому, возникли в результате абиогенных процессов.

Мы уже говорили об экспериментах, моделирующих образование органических соединений в условиях межпланетного пространства. Еще легче представить себе подобный абиогенный синтез в недрах земноподобной планеты. Органические вещества в метеоритах возникли абиогенно - вот главный тезис тех, кто не считает метеориты носителями остатков каких-то внеземных организмов. Такую позицию отстаивают Андерс, Бриггс, у нас в Советском Союзе - исследователь углистых хондритов Г. П. Вдовыкин. По его мнению, «изучение спектров различных небесных тел показывает, что углерод ябляется одним, из наиболее распространенных элементов в них: он обнаруживается в виде элемента (С2, С3) и в виде соединений (СН2, CN, СО2 и др.) во всех типах небесных тел. Эти составляющие атмосфер и звездного пространства могли полимеризоваться с образованием сложных органических молекул» (Л. Кузнецова. Тринадцать загадок неба. М., Сов. Россия, 1967 Огонек).

Наиболее оживленные дискуссии ныне идут вокруг загадочных «организованных элементов». Впервые эти странные включения поперечником от 5 до 50 мкм обнаружили в 1961 г. Н. Надь и Д. Клаус при исследовании образцов четырех углистых хондритов. Внешне они напоминали земные ископаемые микроскопические водоросли. Среди них американские исследователи выделили по морфологическим признакам пять типов объектов, причем некоторые из объектов оказались спаренными, как бы погибшими в процессе клеточного деления. Почти все из «организованных элементов» походили на простейшие растения, живущие только в воде, и это обстоятельство, по мнению Надя и Клауса, исключало возможность загрязнения метеорита из почвы. Позже Ф. Стаплин и другие обнаружили «организованные элементы» в ряде углистых хондритов, причем все исследователи отмечали их сходство с некоторыми одноклеточными водорослями.

В 1962 г. ленинградский геолог Б. В. Тимофеев из метеоритов Саратов и Мигея выделил странные спороподобные образования. Их было более двух десятков - желтовато-серых, крошечных, полых, почти сферических оболочек, имеющих в поперечнике от 10 до 60 мкм. Оболочки оказались однослойными, разными по толщине, иногда смятыми в отчетливо очерченные складки. По словам исследователя, «поверхность оболочек гладкая, реже мелкобугорчатая. На одной из форм видно круглое отверстие - устьице, характерное для некоторых одноклеточных водорослей. Многие из указанных находок могут быть сравнены с древнейшими на Земле ископаемыми одноклеточными водорослями, жившими более 600 млн. лет тому назад, но их нельзя отнести ни к одной группе растительного мира нашей планеты» (Огонек, 1962, № 4, с. 12).

Скептики не соглашались с этими выводами. Они настаивали и настаивают на том, что так называемые «организованные элементы» представляют собой неорганические включения или, в лучшем случае, попавшие в метеорит земные организмы.

'Организованные элементы' в углистых хондритах

Андерс и его коллеги в 1963 г. показали, что некоторые из «организованных элементов» очень сходны с зернышками пыльцы крестовника, давно известной в качестве одного из загрязнителей нью-йоркского воздуха. С другой стороны, на международной конференции в Москве в 1964 г. Андерс демонстрировал фотоснимки подозрительных стручков, оказавшихся внутри метеорита Оргейль. Примечательно, что родиной этого растения является Южная Франция, в почве которой и был найден метеорит.

Эти возражения, однако, вряд ли убедительны. Детальное изучение «организованных элементов» показало, что даже морфологически они вовсе не тождественны земным ископаемым водорослям, хотя в общих чертах и сходны с ними. Чтобы опровергнуть подозрения в загрязнении метеорита, ставились контрольные опыты. В помещениях музеев и лабораторий, где находились метеориты, брали пробы пыли. Однако в этих пробах не было найдено ничего напоминающего «организованные элементы» метеоритов. Не нашли таковых и в образцах битуминозных горных пород, которые хранились в музеях по соседству с метеоритами.

В 1963 г. Надь и его сотрудники исследовали загадочные включения методами ультрафиолетовой спектроскопии. Спектр получился совсем не таким, как у неорганических включений.

Общее количество «организованных элементов» в метеоритах очень велико. Поданным Д. Клауса (1964), в маленьком кусочке метеорита Оргейль (массой всего около миллиграмма) найдено 1534 «организованных элемента». Их распределение по размерам, кстати сказать, совсем не характерно для минеральных зерен. Еще за три года до этого было показано, что в метеорите Оргейль преобладают углеродные группы с нечетным числом атомов углерода, что характерно только для веществ биогенного происхождения.

Некоторые вещества, синтезируемые живыми организмами, обладают оптической активностью, т. е. способностью вращать плоскость поляризованного луча света. В таком луче световые колебания происходят только в одной определенной плоскости. Оптически активные вещества поворачивают эту плоскость поляризации. Замечательно, что это свойство впервые было обнаружено у органических веществ, возникших в результате биогенного синтеза.

Долгое время пытались обнаружить оптическую активность у органических веществ метеоритов, но безуспешно. Только в 1964 г. Надь и его коллеги экспериментально доказали, что органическое вещество углистого хондрита Оргейль оптически активно. Оно вращало плоскость поляризации, причем влево, тогда как в контрольных опытах пыльца и другие биологические «загрязнители» метеорита, взятые из той же лаборатории, вращали плоскость поляризации вправо. Заметим, что органическое вещество, взятое из другого метеорита, вовсе не проявляло оптической активности.

Советские ученые активно участвуют в этой дискуссии. В 1966 г. геологи Киргизии во главе с А. С. Лопухиным подвергли контрольным анализам образцы метеорита Саратов. В процессе опытов был получен материал, предварительно очищенный от земных растительных элементов, которые могли попасть в метеорит. В метеорите оказалось большое количество разнообразных сфероидальных или уплощенных оболочек, которые по внешнему виду, строению и оптическим свойствам никак не могли быть отнесены к минеральным образованиям. Поперечники оболочек различны - от 10 до 100 мкм, окраска серая, иногда с коричневатым оттенком. Особенно любопытны двухслойные оболочки, как бы перетянутые пояском; неужели и впрямь перед нами организмы, погибшие в самый момент рождения? Как отмечает А. С. Лопухин, «если стать на точку зрения исследователей, принимающих находки растительных остатков в метеоритном веществе за земные, естественно считать метеориты обломками планеты, которая в момент катастрофы находилась на определенной стадии развития, предопределяющей появление на ней сравнительно высоко развитой растительности».

Спор об органике метеоритов сегодня еще не закончен. Хотя, судя по всему, метеориты носят в себе остатки каких-то форм внеземной жизни, вывод этот еще не окончателен. Тем не менее сейчас уже никто не считает «организованные элементы» какими-то загрязнениями, попавшими в центральные части метеорита в ходе лабораторных экспериментов. Многие ученые, непосредственно занимающиеся этой темой, считают «организованные элементы» минерализованными остатками внеземных микроскопических существ.

«Я думаю, - пишет М. Руттен, - что сложность строения стенок «организованных элементов» недвусмысленно указывает на их биогенную природу. Поэтому я склонен верить микробиологам и микропалеонтологам, которые, рассмотрев структуры, считают их биогенными» (М. Руттен. Происхождение жизни. М., Мир. 1973, с. 217 ). По мнению Руттена, «углистый комплекс метеоритов» вероятнее всего образовался вне Земли. В его создании участвовала какая-то форма пред-жизни, скорее даже «ранней жизни». Если «организованные элементы» углистых хондритов действительно представляют собой окаменевшие формы внеземной жизни, то возникает вопрос, почему, будучи так близки к земной жизни химически, они так сильно отличаются от нее по своей морфологии... На родительском теле углистых метеоритов должна была существовать водная, низкотемпературная среда, близкая к земной.

Вопрос о природе органики метеоритов тесно связан с проблемой происхождения нефти - жидкого горючего ископаемого, в состав которого в значительной доле входят углеводороды. В настоящее время все больше фактов заставляет думать, что нефть образовалась при разложении животных и растительных остатков в особых геологических условиях. Известно, что 90% океанического планктона состоит из микроскопических водорослей, а остальные 10% приходится на мелкие и мельчайшие животные организмы (веслоногие, рачки и др.). Отмирая, они падают на дно морей и океанов, а затем смешиваются с осадочными породами. Дальнейшая миграция этого вещества заключается в постепенном погружении его в главную зону нефтеобразования, расположенную на глубине от 2 до 6 км. Господствующие здесь температуры (от 60 до 160 °С) и высокие давления приводят к синтезу «подвижных углеводородов» (так называемая микронефть). В прогибах земной коры есть зоны, играющие роль ловушек для микронефти. Именно сюда она постепенно стекалась, так что за миллионы лет образовалась нефтяная залежь. Изотопный состав нефти (дефицит изотопа 13C) прямо указывает на ее связь с живыми организмами, для которых также характерна эта особенность.

Но если нефть имеет органическое происхождение, т. е. образуется из остатков живших когда-то организмов, то наличие нефтеподобных веществ в метеоритах может служить веским аргументом в пользу реальности жизни вне Земли.

О природе «родительского тела» метеоритов могут многое рассказать и так называемые псевдометеориты, до сих пор не признанные официальной наукой.