О ЖИЗНИ В КОСМОСЕ

Модели преджизни

 Жизнь - явление чрезвычайно настойчивое, упорное,
 Она может существовать и в условиях, сильно отличающихся от земных. 

Академик Г. А. ТИХОВ

В водородогелиевой Вселенной органические вещества в количественном отношении составляют незначительную примесь - какие-то доли процента. Но к этой, как принято говорить, «органике» относятся и все живые существа, в том числе и мы с вами, и эта органика Космоса неизмеримо сложнее вещества водоро-догелиевых звезд - наиболее распространенных объектов Космоса. От простейших органических соединений, обнаруженных в Космосе, прослеживается непрерывный переход к таким сложным органическим молекулам, без которых немыслима жизнь как простейших, так и разумных существ. Судя по всему, в Космосе непрерывно идет синтез органики, синтез абиогенный, в котором живые существа непосредственно не участвуют.

На каком-то количественном уровне происходит качественный скачок, при котором неживое превращается в живое.

Следует заметить, что некоторые естествоиспытатели, в том числе и такие крупные, как В. И. Вернадский и Дж. Холдейн, высказывали гипотезы о вечности жизни. По их убеждению, живая и неживая материя всегда сосуществовала в вечной Вселенной, и потому ставить вопрос о возникновении жизни просто неправомерно. Можно говорить лишь о разных формах панспермии, т. е. о переносе зародышей живого с одной планеты на другую.

В настоящее время идеи о вечности жизни вряд ли могут быть обоснованы. Около 10 млрд. лет назад Вселенная, судя по всему, пережила критическое или, как говорят, сингулярное состояние, при котором (о чем подробнее пойдет разговор в последней главе) никакие формы жизни существовать заведомо не могли. Но если это так, то вопрос о происхождении жизни превращается в одну из самых актуальных проблем современной науки.

Как возникла жизнь? В какой момент истории Земли на ее поверхности появилось нечто небывалое - качественно новая, высшая форма материи, обладающая потенциально безграничными способностями к совершенствованию?

Несомненно, что возникновение жизни на Земле подготавливалось всей предшествующей историей нашей планеты. Однако всякий раз, когда медленные количественные изменения в ходе развития материи приводят в конце концов к резкому качественному скачку, сам этот скачок ускользает от ученых. Это, конечно, не роковая неизбежность, а временная трудность, переживаемая наукой. Она вызвана сложностью «скачков», этих узловых пунктов в развитии материи, которые со временем, безусловно, будут познаны.

Когда-то Ф. М. Достоевский сказал, что «природа неравнодушна к красоте». Добавим, что она неравнодушна и к жизни. В недрах звезд, в межзвездном пространстве, там, где заведомо нет ни одного живого существа, непрерывно идет великий синтез тяжелых элементов, простейших, а иногда и сложных органических соединений, этих «полуфабрикатов» жизни. Вспомним - в недрах Солнца водород постепенно «перегорает» в гелий. Красные гигантские звезды имеют плотные и горячие ядра, температура которых достигает 150 млн. градусов. В таких условиях гелий может путем ядерных реакций преобразовываться в углерод. Когда этот процесс завершается, по крайней мере некоторые из красных гигантов вспыхивают, превращаясь в новую звезду. В результате такой вспышки красный гигант резко сжимается, становясь белым карликом (возможно, это конечная стадия эволюции звезд определенного типа). Ядерные реакции в них не идут, п, постепенно остывая, белые карлики становятся мерными карликами, недоступными прямому наблюдению.

Другие гигантские звезды, по массе превосходящие Солнце в несколько раз, взрываясь, как сверхновые звезды, сжимаются столь сильно и быстро, что в их атмосферах за счет цепных ядерных реакций и мощных нейтронных потоков синтезируются, по-видимому, все тяжелые химические элементы.

«Сверхновые звезды, - писал академик В. Г. Фесенков, - представляют конечную стадию эволюции весьма массивных звезд, когда при израсходовании водорода, служащего основным топливом для выделения ядерной энергии, получается катастрофическое сжатие и температура в центре возрастает до миллиарда градусов. При таких условиях попутно с этим синтезируются различные элементы, вплоть до самых тяжелых, и во время взрыва с выбросом огромной массы вещества звезды они поступают в окружающее космическое пространство» (Жизнь вне Земли и методы ее обнаружения. М., Наука, 1970, с. 8 ).

Действительно, в межзвездном пространстве астрофизические приборы обнаружили десятки молекул и радикалов, и среди них СН, CN, ОН, формальдегид и многие другие. В атмосферах холодных звезд кроме циана (CN) присутствуют молекулы СО и С2. Есть CN, С2, NH, ОН и в атмосфере Солнца. Все перечисленные соединения, а также NH, NH2 и другие встречаются в атмосферах комет, а атмосферы планет-гигантов Юпитера и Сатурна изобилуют к тому же различной органикой.

Богаты органическими веществами, как уже говорилось, некоторые метеориты, особенно углистые хондрн-ты. Кроме различных битуминозных соединений углистые хондриты содержат даже цитозин, аминокислоты и другую органику.

Таким образом, повсюду в Космосе постоянно идут процессы синтеза органических соединений. Реальность подобных процессов убедительно подтверждается и теми многочисленными экспериментами, которые проведены 15 земных лабораториях. Особенно интересны эксперименты последних десяти,четий, в которых моделируются условия космоса. Так, в 1953 г. С. Миллер и Г. Юри, пропуская искровой электрический разряд через смесь метана, аммиака, водорода и паров воды, синтезировали аминокислоты, которые обычно встречаются в белках (глицин, аланпн и другие). В этих экспериментах была получена и мочевина, играющая важную роль в биологических процессах. Подобные опыты были успешно повторены не только в США, но и в других странах.

Известный американский биохимик С. Поннамперума изучал действие электрических разрядов на смесь газов (метана и аммиака), моделирующую первичную атмосферу Земли. В десятилитровом сосуде кроме этих газов находилась вода, имитирующая древние земные океаны. Через смесь метана, аммиака и паров воды пропускались электрические разряды, изображавшие молнии в миниатюре. Возникавшие при этом органические вещества скапливались в нижней части сосуда (в «первичном океане»). Темно-коричневый осадок на дне миниатюрного «океана» состоял из значительного количества разных органических соединений (углеводородов и азотсодержащих веществ).

В другом опыте, проведенном в 1963 г. Поннамперумой совместно с Кальвиным, та же газовая смесь (метан, аммиак, пары воды) облучалась мощным потоком электронов, который отчасти имитировал космические лучи, несомненно, облучавшие и первичную Землю. И в этом случае возникали разнообразные органические соединения, подчас достаточно сложные.

В современной атмосфере защитный слой озона предохраняет нас от губительных воздействий коротковолнового ультрафиолетового излучения. В первичной атмосфере такой «защиты» не было, и все ультрафиолетовое излучение Солнца активно взаимодействовало с первичной атмосферой. Что при этом могло получиться, показывают модельные эксперименты Н. И. Тере-нина (СССР), Г. Вейзенхофа (ФРГ) и других. В этих опытах смесь метана, аммиака и паров воды подвергалась длительному ультрафиолетовому облучению. Итог эксперимента - образование таких аминокислот, как глицин и аланин.

В некоторых модельных опытах смесь уже известных читателю газов пропускалась через трубку, нагретую до температуры 1000 °С. Предполагалось, что имитируется воздействие горячей лавы на первичную атмосферу Земли. И такие опыты удались: под действием высокой температуры метан и аммиак сначала диссоциировали, а затем в результате рекомбинации превращались в разные углеводороды и аминокислоты.

Возможно, что ударные волны, возникающие при пролете метеоритов сквозь земную атмосферу, способствуют образованию в ней высокомолекулярных органических соединений. Немногочисленные опыты, моделирующие этот процесс, как будто подтверждают теоретические прогнозы.

Большую роль в процессе возникновения живого, бесспорно играли полимеры. Так, тетроксид азота N2O4 получается при объединении двух молекул диоксида NO2. Полимерами являются многие жизненно важные органические вещества.

То, что образование полимеров возможно в водных растворах, доказали опыты Кальвина и Поннамперумы, которые синтезировали пептиды в разбавленных растворах аминокислот. Еще более впечатляют недавние исследования, выполненные группой советских ученых (В. И. Гольданский, В. А. Кабанов, А. Д. Аскин) под руководством академика Н. С. Ениколопова. В 1980 г. эти работы были удостоены Ленинской премии. Суть их заключается в следующем. Прежде считалось, что с понижением температуры химические реакции замедляются, а вблизи абсолютного нуля они и вовсе не идут. Академик Ениколопов и его коллеги доказали, что это не так. Оказалось, что вблизи абсолютного нуля при температурах, близких к точке сжижения гелия, могут совершаться интенсивные процессы полимеризации. Так, для образования полимерной цепи из 1000 звеньев в кристалле формальдегида требуется всего около 10 секунд! Объясняется это тем, что в твердых веществах могут возникать особые состояния, когда молекулы кристаллической решетки приобретают высокую подвижность и перемещаются в положения, благоприятные для их химического взаимодействия. Из проведенных экспериментов следует, что синтез сложных полимеров может происходить даже в условиях космического холода. Таким образом в самой сложной природной обстановке, вероятно, происходит образование «кирпичиков жизни» - органических молекул, входящих в состав различных земных организмов. Но как из всех этих «блоков» сложилось когда-то на Земле здание жизни, или, говоря проще, каким образом произошел скачок от «преджизни» к жизни, - этот вопрос и сейчас остается одним из самых загадочных вопросов науки.

Не исключено, что идеи Вернадского и Холдейна могут объяснить некоторые недавно обнаруженные факты. (Имеются в виду работы профессора В. Н. Пушкина об общем биополе Вселенной; см. «Химия и жизнь», № 3, 1982.)