Джон Малоун - Нераскрытые тайны природы. Расширяющий кругозор экскурс в историю Вселенной с загадочными Большими Взрывами, частицами-волнами и запутанными явлениями, не нашедшими пока своего объяснения

6. Сурдин В. Г. Рождение звезд. — М.: УРСС, 2001. Кратко описана история взглядов на происхождение звезд. Рассказано о составе и динамике межзвездной среды, о глобулах и гигантских молекулярных облаках, в которых формируются звезды.

7*. Хокинг С. Черные дыры и молодые вселенные. — Санкт-Петербург: Амфора, 2001. В книге излагаются размышления автора о философии науки, о происхождении Вселенной и ее дальнейшей судьбе.

8*. Вайнберг С. Первые три минуты. — М.: Энергоиздат, 1981.

9*. Хойл Ф. Галактики, ядра и квазары. — М.: Мир, 1968.

В космической иерархии Земля и звезда, вокруг которой она обращается, можно сказать, еще не вышли из младенческого возраста. Наша планета сформировалась из вещества, оставшегося после рождения Солнца 4,6 млрд. лет назад, тогда как возраст Вселенной как целого считается равным 11—16 млрд. лет. Как и при образовании всех планет, начальная стадия существования Земли была настолько бурной, что ее почти невозможно себе представить. И даже после того как земной шар приобрел свою форму, его поверхность еще в течение 600 млн. лет оставалась расплавленной, перегрев был обусловлен теплом, поступающим изнутри, из земного ядра, и бомбардировкой астероидами снаружи, что поднимало температуру испаряющихся океанов вплоть до точки кипения. В этот период, который некоторые геологи называют Хэдским, на Земле воистину царил ад.

После того как непрерывная бомбардировка астероидами прекратилась, а оставшиеся астероиды оказались на определенных орбитах и уже практически не могли причинить вреда Земле, углерод, азот, водород и кислород в различных комбинациях «образовали аминокислоты и другой основной строительный материал живого вещества». Как это объясняет нобелевский лауреат Кристиан де Дюв в своей книге «Живительная пыль» [1], изданной в 1995 г., «осевшие под действием атмосферных осадков, комет и метеоритов продукты этих химических процессов постепенно образовали первые органические вещества на безжизненной поверхности нашей недавно сконденсировавшейся планеты». Эта богатая углеродом пленка подвергалась воздействию как процессов, происходивших в самой Земле, так и падающих на ее поверхность тел из космоса; действие ультрафиолетового излучения было во много раз сильнее, чем сейчас, так как в настоящее время нас защищает земная атмосфера. Все эти материалы в конце концов отлагались в морях, и, как писал в своей известной статье 1929 г. выдающийся ученый Дж. Б. Холдейн, «первичные океаны имели консистенцию горячего разбавленного бульона». Главным побочным продуктом этих процессов было нечто вязкое коричневатое, называемое «тянучим», «липким» и другими словами, пробуждающими воспоминания о детстве. Те, кто уже давно противится выводу Чарлза Дарвина о том, что люди — родственники шимпанзе и орангутанов, по сути ставят человека перед этим последним оскорблением — мы произошли из какой-то слизи!

Итак, мы имеем первичный «бульон», в котором повсюду размешано множество чего-то липкого. Как же из этого сырья могла возникнуть жизнь? Здесь-то и начинается настоящая загадка. Общепризнано, что решающую роль сыграла РНК — рибонуклеиновая кислота, близкий родственник ДНК, определяющей генетический код человека и всех остальных живых существ. Тем не менее ведутся еще многочисленные споры о том, каким образом, когда и где действительно зародилась жизнь. Рассмотрим вкратце некоторые из проблем, питающих эти дискуссии.

Долгое время биологи и химики считали, что жизнь должна была возникнуть не раньше чем через миллиард лет после охлаждения планеты и прекращения интенсивной бомбардировки ее астероидами, а это произошло примерно 3,8 млрд. лет назад. Отсюда следует, что жизнь на Земле существует не более 2,8 млрд. лет. Однако геологические данные и даже органические ископаемые остатки все больше свидетельствуют о том, что бактерии уже существовали задолго до этого. В гренландской формации Исуа, сложенной древнейшими породами Земли, возраст которых определен в 3,2 млрд. лет, содержится углерод — основной строительный материал всех известных форм жизни, причем в соотношениях, характерных для бактериального фотосинтеза. Многие биологи приходят к выводу, что даже в этот столь ранний период должны были существовать бактерии, а если это так, то еще раньше существовали более примитивные организмы, чем бактерии. Совсем недавно геолог из Университета Западной Австралии Бигир Расмуссен обнаружил в кратоне Пилбара на северо-западе Австралии ископаемые остатки нитевидных микроорганизмов возрастом в 3,5 млрд. лет, а также «возможные» ископаемые остатки, датируемые 3,235 млрд. лет назад, в излившихся вулканических отложениях на западе Австралии. Из-за таких находок возникает серьезная проблема: истоки жизни отодвигаются к 200 000 годам после окончания Хэдского периода, что многим биологам представляется слишком коротким сроком для того, чтобы успели произойти необходимые химические процессы.

Более поздняя находка Расмуссена, о которой сообщалось в июне 1999 г. в журнале «Nature», затрагивает суть другой дилеммы. Поскольку необходимые для живого вещества биомолекулы, такие, как белки и нуклеиновые кислоты, довольно хрупки и лучше выживают при более низких температурах, многие химики уже давно убеждены, что жизнь должна была возникнуть в условиях низких температур, возможно, даже отрицательных. И все-таки Расмуссен откопал свои микроскопические нити в материале, первоначально находившемся вблизи жерла вулкана, где температура была исключительно высокой. В самом деле, наиболее древними организмами, продолжающими существовать и теперь, являются бактерии, живущие в сохранившихся вулканических жерлах или в источниках с температурой воды до 110 °С. Существование этих древних бактерий в жерлах вулканов служит убедительным свидетельством в пользу предположения о высокотемпературных условиях возникновения жизни, поддерживаемого другими учеными.

Одним из приверженцев взгляда на возникновение жизни в холодных условиях является Стенли Миллер, мгновенно ставший известным в 1953 г. после проведения им серии экспериментов в Чикагском университете. Он был тогда аспирантом и занимался у лауреата Нобелевской премии химика Гарольда Юри, который получил Нобелевскую премию за открытие тяжелого водорода, названного дейтерием. По мнению Юри, первоначально атмосфера Земли состояла из смеси молекул водорода, метана, аммиака, водяного пара и была особенно богата водородом. (Отметим, что кислород присутствовал только в составе водяного пара. Лишь после возникновения жизни в атмосфере стал появляться кислород в результате выделения диоксида углерода в процессе фотосинтеза, что в конце концов привело к развитию более сложных биологических форм.) Миллер приготовил смесь указанных Юри элементов в герметичном сосуде и в течение нескольких дней воздействовал на нее электрическими разрядами, имитирующими молнию. К его удивлению, в стеклянном сосуде возникало розоватое свечение, и анализ полученных результатов обнаружил наличие двух аминокислот (составная часть всех белков), а также других органических веществ, которые, как считалось, образуются только живыми клетками. Этот эксперимент, который его руководитель нехотя одобрил, не только сделал Миллера знаменитым, но и привел к появлению новой области науки — абиотической химии, главной задачей которой стало получение биологических веществ в условиях, которые, как полагают, существовали на Земле до возникновения жизни.