Джонджо МакФадден - Жизнь на грани

Рис. 9.2.Современный грязевой вулкан в Тринидаде. Могла ли первая жизнь на земле появиться в подобном грязевом вулкане, оставив следы в диабазах Исуа? Фото Майкла С. Райджела с «Викисклада»

Тем не менее настоящий сюрприз заключался в том, что получилось, когда Миник Розинг, исследователь из Геологического музея в Копенгагене, измерил соотношение изотопов углерода в диабазах Исуа. Породы содержат около 0,4 % углерода, и когда было измерено соответствующее количество двух изотопов — 13C и 12C, было установлено, что количество более тяжелого и более редкого 13C в породах было значительно меньше, чем ожидалось. Неорганические источники углерода, такие как атмосферный углекислый газ, содержат около 1 % 13C, но фотосинтез предпочитает включать более легкий изотоп 12C в растения и микробиологическую биомассу, поэтому низкий уровень 13C, как правило, является показателем наличия органического материала. Эти результаты свидетельствуют о том, что в теплых водах, окружавших грязевые вулканы Исуа, 3,7 миллиарда лет назад жили организмы, которые, как и современные растения, захватывали углерод из углекислого газа, либо из атмосферы, либо растворенный в воде и использовали его, чтобы создать на основе углерода соединения для строительства своих клеток.

Теория о породах Исуа остается спорной, и многие ученые не уверены в том, что низкий уровень найденного там 13C обязательно подразумевает такое раннее присутствие живых организмов. Большая часть скептицизма проистекает из того факта, что 3,8 миллиарда лет назад Земля подвергалась тому, что известно как «поздняя тяжелая бомбардировка». Это были регулярные удары астероидов и комет, обладающих энергией, достаточной для испарения любой воды с поверхности и, вероятно, также для стерилизации океанов. Открытие окаменелостей любых подобных древних фотосинтезирующих организмов, конечно, помогло бы подтвердить теорию, но породы Исуа были сильно деформированы на протяжении тысячелетий и любые такие окаменелости сейчас просто неузнаваемы. Мы должны отправиться вперед по крайней мере на несколько сотен миллионов лет — до того момента, с которого доказательства существования жизни явно присутствуют в породах в виде распознаваемых окаменелостей древних микробов.

Несмотря на отсутствие убедительных доказательств, многие считают, что изотопные данные пород Исуа обозначают самые ранние признаки жизни на Земле; и грязевые вулканы Исуа, конечно, создавали просто идеальные условия для возникновения жизни, с их теплыми щелочными водами, фонтанирующими из термальных вентиляционных жерл. Они были богаты растворенными неорганическими карбонатами и изверженными ультраосновными серпентиноподобными породами, которые были очень пористыми, пронизанными миллиардами крошечных полостей, каждая из которых могла бы быть микросредой, способной концентрировать и стабилизировать небольшое количество органических соединений. Возможно, жизнь действительно зародилась в грязях Гренландии. Возникает вопрос: как?

Три самые большие загадки в науке — это происхождение Вселенной, происхождение жизни и происхождение сознания. Квантовая механика тесно участвует в первой, и мы уже обсуждали ее возможную связь с третьей загадкой; как мы скоро выясним, она может также помочь объяснить и вторую загадку. Но мы должны сначала изучить вопрос о том, способны ли неквантовые объяснения представить полный отчет о происхождении жизни.

Ученые, философы и теологи, которые веками размышляли о происхождении жизни, придумали множество разнообразных теорий, начиная от Божественного творения до привнесения на нашу планету жизни из космоса (так называемая теория панспермии). Более строгий научный подход был инициирован в XIX веке учеными, такими как Чарльз Дарвин, который предположил, что химические процессы, происходящие в каком-то «небольшом теплом пруду», возможно, привели к созданию живой материи. Официальная научная теория, которая построена на предположениях Дарвина, была выдвинута независимо друг от друга русским ученым Александром Опариным и англичанином Дж. Б. С. Холдейном в начале XX века и в настоящее время широко известна как гипотеза Опарина — Холдейна. Оба предположили, что атмосфера ранней Земли была богата водородом, метаном и водяным паром, которые под воздействием молний, солнечной радиации или вулканического тепла могли образовывать смеси простых органических соединений. Они предположили, что эти соединения затем накапливаются в первичном океане, образуя теплый разбавленный органический «бульон», который существовал в течение миллионов лет, возможно омывая грязевые вулканы Исуа, пока какое-то случайное сочетание его составных частей в конечном счете не дало новые молекулы с необычным свойством: способностью копировать самих себя.

Холдейн и Опарин предположили, что появление первичного репликатора было ключевым событием, которое привело к возникновению жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Ее последующий успех будет обеспечиваться дарвиновским естественным отбором. Будучи простым объектом, репликатор порождал множество ошибок или мутаций в репликации. Эти мутантные репликаторы тогда конкурировали с немутировавшими формами за химические материалы, из которых можно построить больше репликаторов. Те, которые оказывались наиболее успешными, оставили наибольшее количество потомков, и молекулярный процесс дарвиновского естественного отбора способствовал выживанию репликаторов большей эффективности и большей сложности. Репликаторы, захватившие дополнительные молекулы, например пептиды, которые ферментативно катализируют их репликацию, получили преимущество, и некоторые из них оказались даже заключенными в пузырьках (крошечных, заполненных жидкостью или воздухом мешочках), ограниченных жирными мембранами, подобно современным живым клеткам, что защищало их от воздействия внешней среды. После того как возникла оболочка, внутренняя часть клетки стала способна поддерживать биохимические превращения — метаболизм — и создавать свои собственные биомолекулы, не допуская их утечки. Благодаря способности сохранять и поддерживать свое внутреннее состояние, оставаясь при этом изолированной от внешней среды, и родилась первая живая клетка.

Гипотеза Опарина — Холдейна научно описывает, как могла возникнуть жизнь на Земле. Тем не менее в течение нескольких десятилетий теорию никто не проверял, пока интерес к ней не проявили два американских химика.