Олег Фейгин - Внеземной разум. Мифы и реальность
(Известный космофизик Л. М. Мухин даже выдвинул гипотезу о возможности образования живых клеток в первичном «бульоне» органических соединений под воздействием подводной вулканической деятельности. По его мнению, извержение подводных вулканов создает в окружающей среде широкий спектр температур и давлений. Кроме того, вулкан сам становится источником таких газов, как аммиак, водород, окись углерода, метан.) Это открытие породило бурную полемику среди ученых: гидробиологи утверждали, что жизнь «самозародилась» на дне первичного океана при высокой температуре, тогда как другие исследователи указывали на приповерхностные слои морей и мелководные лагуны. Последняя гипотеза учитывала установленный к тому времени факт, что Солнце во времена образования Земли, 4,5 миллиарда лет назад, было намного тусклее, чем сейчас. Поэтому утверждалось, что земной океан был поначалу покрыт ледяным панцирем, который изредка взламывался падавшими крупными метеорами и астероидами; благодаря им в океан попадали органические вещества.
Во всех этих вариантах действительно присутствовал процесс самозарождения жизни, причем с такой химической неизбежностью, что некоторые ученые даже уверовали, что загадка жизни решена. Вскоре, однако, им в этом пришлось всерьез усомниться.
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. Конечно, можно было оптимистически предположить, что каким-то (еще неизвестным) образом эти аминокислоты и нуклеотиды впоследствии все также самопроизвольно и случайно сложились в более сложные молекулы белков, но очень быстро выяснилось некое принципиальное обстоятельство, которое положило конец и этой надежде. Известный биохимик Уильям Гилберт в свое время писал:
На первых стадиях эволюции молекулы РНК развиваются по схеме самоудвоения, используя обмен своими участками и случайные мутации для выработки новых свойств и приспособления к новым жизненным нишам. По мере такого усложнения эти молекулы начинают использовать свои зачаточные каталитические способности, чтобы наладить синтез простейших белков. Белки, будучи намного более мощными катализаторами, сразу же после своего появления берут на себя управление процессами в клетке и помогают создать ДНК, которая становится тем «жестким диском», где записывается вся клеточная информация.
Оказалось, что удвоение молекул ДНК, происходящее во время каждого клеточного деления и обеспечивающее передачу кпеткам-потомкам наследственности родителя, может происходить только при участии белков-катализаторов, и напротив, образование этих белков происходит по »инструкциям» ДНК, то есть только в ее присутствии.
Итак, все живое на Земле существует благодаря двум органическим соединениям – ДНК и белкам. ДНК выполняет задачу хранения наследственной информации. 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 наличия белков. Но допустить, что они самопроизвольно и случайно образовались одновременно и в одном и том же месте, не могли даже самые пылкие оптимисты -биологи. Ученые снова зашли в тупик.
Первый намек на возможность выхода из него указали микробиологи. Они открыли новый тип ферментов, состоящих не из белков, как обычно, а из так называемой рибонуклеиновой кислоты (РНК), которую можно назвать третьей основой жизни, наряду с ДНК и белками. Образование ДНК идет при непосредственном участии РНК. По своему химическому строению молекула РНК очень похожа на молекулу ДНК: она также состоит из длинной цепи «кирпичиков - нуклеотидов» нескольких различных типов. Если рассматривать каждый нуклеотид как символ или даже своеобразную «букву», то можно понять, как с помощью таких букв, чередующихся вдоль цепи молекулы в определенном порядке, природа записывает и сохраняет любую наследственную информацию. Нуклеотиды РНК несколько отличаются от нуклеотидов ДНК по составу и по виду, кроме того, РНК представляет собой одиночную цепь, тогда как молекула ДНК состоит из двух взаимно дополнительных (по нуклеотидному составу) цепей, обмотанных друг вокруг друга в виде так называемой двойной спирали.
Открытие РНК навело некоторых ученых на мысль, что, может быть, она, будучи более простой молекулой, чем ДНК и белки, была и самой первой, самой древней «молекулой жизни», появившейся раньше и ДНК, и белков. Но для того чтобы играть роль такой молекулы, то есть стать той основой, на которой впоследствии могли бы возникнуть ДНК и белки, эта «первичная РНК» должна была обладать двумя главными свойствами ДНК и белков: «уметь» удваиваться, как ДНК, и разрезать другие молекулы РНК на куски, соединяя эти куски друг с другом.
Так возникла новая гипотеза возникновения жизни на Земле, 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 зародыши жизни работали поначалу сразу «в трех лицах», неся первичную биологическую информацию, передавая ее потомкам и катализируя биохимические реакции. В ходе дальнейших исследований было накоплено множество любопытных результатов. Но совершенно неожиданно у мира РНК возникла новая проблема -проблема времени.
Раньше считалось, что первые «живые молекулы» появились спустя примерно миллиард лет после окончания 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 долгий период стабильных, неизменных условий.
Миллиарда лет, по оценкам специалистов, было бы достаточно. Но в последние годы стали множиться данные, говорящие о том, что, похоже, этого миллиарда у жизни в запасе просто не было: самые древние окаменелые структуры, подобные современным бактериям, имеют возраст 3,8 миллиарда лет, то есть они возникли всего через двести миллионов лет после окончания периода интенсивного падения метеоритов. А недавние исследования показали, что последние по времени массовые падения метеоритов произошли всего 3,8 миллиарда лет назад, то есть для появления жизни путем случайных переборов биохимических вариантов времени не осталось вообще!
Все эти трудности, вместе взятые, придают высказываниям биологов определенный пессимистический настрой. Ведущие ученые, эволюционисты и генетики, ныне выдвигают новую гипотезу - гипотезу о мире, предшествовавшем появлению первых РНК. Теперь речь уже идет о каких-то «квазиживых» молекулах, которые сделали возможным быстрое появление архаичных РНК. Некоторые исследователи ищут даже такие молекулы, которые состояли бы только из аминокислот, легко образующихся в «первичном бульоне».
Выдвигаются и более смелые идеи - о том, что жизнь вообще начиналась без всяких «молекул жизни», просто на основе тех циклов биохимических реакций, которые самопроизвольно возникают вблизи мест выхода горячей лавы на океанском дне. Среди группы биохимиков популярна «глиняная» гипотеза, согласно которой первые самовоспроизводящиеся системы вообще были неорганическими, например система ионов в слое глины, направляющая аналогичный способ укладки следующего слоя, и т. д. Уже показано, что добавка глины, содержащей положительные ионы, к смеси отрицательно заряженных нуклеотидов приводит к самопроизвольному образованию цепочек РНК длиной в десятки нуклеотидных звеньев.
У теории РНК-мира уже солидный экспериментальный «багаж». Химики научились синтезировать огромное количество разных РНК со случайной последовательностью нуклеотидов, а затем отбирать из них молекулы с нужными свойствами. Получены рибозимы, катализирующие синтез нуклеотидов, присоединение аминокислот к РНК и другие биохимические процессы. Стирая грань между живым и неживым, уже растут на искусственных средах в лабораториях удивительные колонии размножающихся молекул РНК, способные синтезировать белки.
Еще дальше пошли физикохимики, которые утверждают, что возникновение жизни вообще не требует появления каких-то сложных «носителей самовоспроизведения». Исходя из теории сложных систем, они приходят к выводу, что любая такая система, будь она сложена из камней, звезд или молекул, достигнув некоторого уровня сложности, неизбежно порождает определенную упорядоченность.
