Жизнь комет
Скорее ураган, проносящийся по кладбищу старых самолетов, соберет новехонький суперлайнер из кусков лома, чем в результате случайных процессов возникнет из своих компонентов жизнь.
Чандра Викрамасингх (1982)
Помните бомбардировку кометы Tempel в 2005 году? За последние годы мы узнали много нового о составе комет. Следствием этого стало предположение о происхождении жизни на кометах, высказанное коллективом под руководством Чандры Викрамасингха (Chandra Wickramasinghe). Речь идет об известном астрономе и астробиологе, ученике и соавторе Фреда Хойла1, родившемся в Шри-Ланке. Сейчас он заведует астробиологическим центром в университете Кардиффа в Англии. Викрамасингх не чурается «скользких» тем, находящихся на крае официальной науки, изучая так называемые нанобактерии2, феномен красного дождя в Керале3 или распространение вирусов кометами.
Итак, Викрамасингх опирается на данные о наличии в кометах водяного льда, разнообразной органики, а также глиноподобных слоистых силикатов, которые могут быть катализаторами и источниками нужных жизни элементов. Викрамасингх считает, что благодаря радиоактивному разогреву внутри комет вода могла существовать в жидком состоянии многие миллионы лет. Общая масса глиноподобных минералов в составе комет в нашей галактике выше, чем масса глин на Земле4, и, значит, возникновение жизни на кометах вероятнее, чем на Земле…
Для оценки новой гипотезы полезны слова самого Викрамасингха, вынесенные в эпиграф. 25 лет назад этот ученый был противником случайного возникновения жизни. Нет оснований сомневаться в невероятности примитивнейшей версии гипотезы абиогенеза: предположении, что органические молекулы сами собой случайно сложились в живую клетку. В качестве альтернативы чуду создания жизни благим Творцом предлагать создание жизни чудом слепого случая? Такое решение устроит лишь того, кто поистине религиозно верит в отсутствие Бога.
А возможно ли иное происхождение жизни на основе случайности? Естественный отбор - механизм, который позволяет накапливать последствия случайных (и закономерных) благоприятных изменений самовоспроизводящихся систем. Представьте себе
Итак, при определенных условиях малые ненаправленные изменения могут обеспечить кардинальную трансформацию всей системы. В соответствии с рассмотренной аналогией для возникновения жизни необходимы три условия:
— возможность полного спектра переходов между неживыми и живыми системами;
— возможность переходить из одних состояний в другие, близкие, в силу случайных или закономерных причин;
— действие естественного отбора, преимущественно сохраняющего и воспроизводящего «более живые» системы.
Насколько можно судить на основании современных данных, все эти три условия выполнялись на молодой Земле и выполняются на многих других планетах.
Планеты находятся в потоке энергии, рассеиваемой центральным светилом. Если планеты вращаются, это приводит к циклическим изменениям количества энергии, падающего на их участки. Если они имеют атмосферу и гидросферу, неравномерность нагрева приводит к циркуляции этих оболочек, вовлекающей в себя также поверхность литосферы.
На поверхности таких планет идут химические реакции, в том числе с различными органическими соединениями5. В зависимости от циклической смены условий обратимые реакции будут переходить из одного равновесного состояния в другое и обратно. Одни и те же превращения веществ могут обеспечиваться различными конкурирующими реакциями. Среди них с точки зрения происхождения жизни особенно интересны те, для которых характерен автокатализ. В общей форме такие реакции можно представить в виде R + A > 2A , где A - автокатализатор, молекула, способствующая синтезу аналогичных ей молекул, а R - необходимый для этого ресурс (ресурсы).
Одним из самых актуальных примеров автокаталитических реакций является так называемая формозная реакция Бутлерова, которую интенсивно изучают в Институте катализа СО РАН. В ходе этой реакции формальдегид (CH2O) в водном растворе в присутствии извести олигомеризуется, образуя моносахариды: nCH2O → (CH2O)n. Это автокаталитическая реакция: наличие в среде моносахаридов существенно повышает выход конечного продукта. Разные моносахариды обладают разной автокаталитической активностью; в зависимости от условий протекания реакции меняется состав получаемых в ее ходе продуктов. Например, в присутствии апатита (фосфата кальция, распространенного минерала) в ходе формозной реакции возникает в основном рибоза - моносахарид, входящий в состав РНК, ДНК (с небольшой модификацией) и АТФ6.
Важнейшее следствие автокатализа - то, что он позволяет включиться естественному отбору. Самые эффективные и устойчивые из автокаталитических реакций преобразуют бо,льшую часть имеющихся ресурсов и вытеснят свои аналоги.
Итак, до того как естественный отбор запустил эволюцию жизни, он обеспечивал эволюцию «преджизни» - геохимических автокаталитических процессов. Как же могла эволюционировать эта «преджизнь»? Мы пока не знаем конкретики, но о многом уже можем догадываться. Так, вероятно, между уровнями, соответствующими синтезу рибозы и синтезу РНК, есть набор промежуточных ступенек (согласно первому из сформулированных нами условий).
РНК - замечательный полимер. В современных организмах каталитические функции выполняют белки, а носителями информации являются молекулы ДНК. Однако взаимодействие этих соединений почти всегда происходит через посредство РНК. РНК обладает каталитической активностью (РНК-катализаторы называются рибозимами) и способна к матричному самокопированию даже в отсутствие ферментов. Вероятно, что наша биосфера прошла через этап, который называют «Миром РНК». На этом этапе устойчивость и скорость циклических геохимических процессов обеспечивали молекулы РНК. По мере совершенствования предживых систем «Мира РНК» каталитические функции могли переходить к белкам, а функции хранения генетической информации - к ДНК, более устойчивому полимеру.
Но как возникают самовоспроизводящиеся живые существа? То, что мы называем размножением, является следствием процессов репликации, а сами эти процессы ведут родословную от феномена автокатализа7.
Не верьте в сказки про «первый организм», случайно возникший в «первичном бульоне» и давший начало остальным живым существам. Такой сценарий термодинамически невозможен. Жизнь возникает не в форме отдельных организмов, а в форме обеспечивающих круговорот веществ экосистем, по мере преобразования геохимической циркуляции веществ в биогеохимическую. Различные «новшества» (способы запасания энергии, матричный синтез полимеров, клеточная организация), возникшие на одном этапе геохимического круговорота, передаются и на другие этапы. Вы думаете, это случайность, что Земля населена двумя группами организмов (автотрофами и гетеротрофами), для каждой из которых ресурсами являются отходы другой группы? Их разделение ролей старше самой жизни и отражает колеблющееся равновесие между синтезом и распадом со сменой дня и ночи, прилива и отлива, лета и зимы…
Еще один аргумент: термодинамически жизнь - диссипативный, рассеивающий энтропию процесс8. Для его образования нужен устойчивый поток энергии через среду. Может ли он быть обеспечен на кометах, с учетом их небольшого размера и эксцентричных орбит? Вряд ли. Поток радиоактивного тепла направлен из ядра кометы в космос и не совершает колебаний. Нагрев со стороны звезды меняется циклично, но его колебания запредельно сильны. Не исключено, что кометы и метеориты могут переносить жизнь (или «преджизнь») с планеты на планету, но сам абиогенез должен быть связан с планетами - с Землей или с какой-то иной планетой, о которой проще всего судить, сравнивая ее с Землей.
Итак, Викрамасингх изменил свою точку зрения. Его нынешние взгляды соответствуют тому представлению об абиогенезе, которое он сам когда-то высмеивал: о возникновении жизни как результате случайного совокупления молекул. Что же вызвало такой поворот? Можно высказать одно предположение.
Викрамасингх настаивает, что глобальные эпидемии вызываются вирусами, которые приносят на Землю кометы. Так, по его мнению, пришла к нам испанка (грипп 1917–19 гг.), атипичная
Глядя в небо в поисках причин и истоков жизни, не надо терять почву под ногами. Поддерживающая нас Земля не менее достойна нашего внимания.
1 Сэр Хойл, Фред - выдающийся английский астроном, космолог и писатель, сторонник теории вечной Вселенной и автор термина «Большой взрыв». Обратно к тексту
2 Малоизученная форма жизни, само существование которой оспаривается многими авторитетами. Обратно к тексту
3 Получивший широкую огласку случай выпадения с дождем каких-то частиц, якобы напоминающих внеземные организмы, имевший место в индийском штате Керала в 2001 году. Обратно к тексту
4 Не хочется тратить много слов, но обратите внимание: кометы всей галактики сравниваются не с планетами той же галактики, а почему-то только с одной! Обратно к тексту
5 Достаточно легко образующимися (и разрушающимися) как в условиях планет, так и в космосе. Обратно к тексту
6 А тут и фосфатные группы, нужные для синтеза РНК, ДНК и АТФ, оказываются рядом!. Обратно к тексту
7 А на другом конце этого ряда, на его наивысшем уровне, находится то, что мы называем любовью. Обратно к тексту
8 Как, например, и ячейки Бенара или реакция Жаботинского-Белоусова. Обратно к тексту
Земля: бытие после смерти
Нравится это кому-то или нет, наше существование - одно из многочисленных следствий активности Солнца. Рассеивающаяся в пространстве энергия, образующаяся в результате термоядерной реакции в звезде, частично задерживается нашей планетой. Одним из эффектов рассеивания этого потока, этаким «водоворотом» в нем (точнее, диссипативной структурой), является земная жизнь. Пока что Солнце светится благодаря слиянию ядер водорода с образованием ядер гелия. Нынешний размер Солнца - результат баланса между сжимающими звездное вещество силами гравитации и выталкивающим его наружу лучевым давлением энергии термоядерного синтеза.
В настоящее время Солнце находится примерно на середине своего жизненного пути (в его нынешнем статусе желтого карлика). По существующим оценкам, через 1,1 млрд. лет светимость нашей звезды возрастет на 10%, а через 2,4 млрд. - на 40%. При этом температура на Земле приблизится к венерианской. Примерно через 5,3 млрд. лет Солнце, изрядно поистратившее запас своего водородного топлива, из желтого карлика превратится в красный гигант. Его размер достигнет нынешней земной орбиты, а светимость увеличится в 5200 раз. Из-за того, что масса Солнца к тому времени уменьшится (звезда все время рассеивает свое вещество в пространстве), Земля чуть отодвинется от светила и окажется примерно на нынешней орбите Марса. Еще через какое-то время Солнце сбросит оболочку (которая превратится в планетарную туманность), а его ядро станет белым карликом.
Судьба нашей планеты в этом сценарии оставалась неясной. Переживет ли она расширение своего светила? Многим это казалось невозможным. А вот теперь итальянские ученые сообщили, что нашли планету, пережившую подобный катаклизм.
Изученная астрономами звезда V 391 Pegasi когда-то очень напоминала нынешнее Солнце. Впрочем, возможно, что влияние находящегося по соседству с этой звездой газопылевого облака сделало ее «индивидуальное развитие» несколько нетипичным, и эта звезда сбросила свою наружную оболочку еще до перехода на гелиевое топливо. Так или иначе, сейчас вокруг V 391 Pegasi вращается планета, которая когда-то находилась от нее примерно на том же расстоянии, что и Земля от Солнца. Правда, размеры этой планеты очень велики - в три раза больше Юпитера.
Почему-то комментаторы воспринимают эту
Д. Шабанов. Жизнь комет // Компьютерра, М., 2007. – № 31 (699).
Д. Шабанов. Земля: бытие после смерти // Компьютерра, М., 2007. – № 35 (703).