Джон Уиллис - Все эти миры — ваши. Научные поиски внеземной жизни

Язык белковой биохимии живой материи использует алфавит, состоящий из 20 аминокислот. Однако заметим, что в природе существует гораздо больше аминокислот — около 500. В связи с этим возникает вопрос, почему жизнь использует только эту фундаментальную, но все же ограниченную выборку? Еще одно общее свойство живой материи заключается в единой хиральности — оптической изометрии молекул — аминокислот (и сахаров). С учетом огромного разнообразия современных форм жизни, каким образом получилось, что такой простой набор строительных материалов наложил отпечаток на всю земную жизнь?

Чтобы примирить эти две противоположные друг другу характеристики жизни — разнообразие внешних форм и сходное биохимическое строение, природа придумала два механизма: деление клеток и эволюцию. Клетка воспроизводится делением на две почти идентичные копии. Естественный отбор закрепляет небольшие различия в генетических свойствах и отделяет наиболее приспособленные к внешней среде организмы как зерна от плевел. Сложность и многообразие форм жизни — следствие эволюционного развития, в ходе которого животные и растения приспосабливаются к различным условиям окружающей среды, существующим на Земле ‹‹4››.

Но что, если мы отмотаем наш фильм назад? Мы увидим, как сложная жизнь постепенно лишается своих последних достижений. Вот перед нами древние одноклеточные организмы. Их биохимическая архитектура довольно проста, но в то же время устойчива: генетический алфавит, основанный на ДНК, обмен веществ, осуществляемый за счет АТФ, и белковое строение, в котором задействован набор из 20 аминокислот. Общие биохимические характеристики современной жизни дают нам возможность составить общую картину отдаленного предка всех существующих на сегодня живых организмов. Это удивительное и очень важное открытие: мы связаны — эволюцией и непрерывной последовательностью клеточных делений — с самыми ранними моментами зарождения жизни на Земле. Неизменность основных биохимических принципов строения жизни указывает на то, что с самого раннего времени жизнь сделала правильный выбор и в дальнейшем строго его придерживалась.

Еще в 1871 г. Чарльз Дарвин в письме своему другу Джозефу Хукеру рассуждал о том, как могла зародиться жизнь: «…в одном из небольших теплых водоемов из всех содержащихся в нем производных аммиака и солей фосфорной кислоты под влиянием света, тепла, электричества и т. д. возникло белковое соединение, готовое к дальнейшим более сложным превращениям». Это мощное научное прозрение, позволившее заглянуть в глубины времени и рассмотреть там момент зарождения жизни, лишь одно из множества достижений Дарвина. Нам потребовалось 140 лет непрерывных научных изысканий, чтобы убедиться в его правоте. Однако мы можем ухватиться за нить развития жизни и с помощью палеонтологической летописи и радиометрического датирования горных пород отмотать ее назад, до самых ранних эпох в истории Земли.

Геология повествует о физической истории планеты Земля, и во многом ее можно рассматривать как старшую сестру эволюции. В 1830 г. Чарльз Лайель опубликовал свой основополагающий труд «Основные начала геологии» [4]. В этой книге Лайель утверждал, что геологическая история Земли складывается на протяжении невероятно долгих интервалов времени в результате медленного и непрерывного воздействия ряда сил, работу которых можно увидеть и сегодня, если внимательно присмотреться. Молодой Чарльз Дарвин взял с собой первый том «Основных начал», когда в 1831 г. отправился в путешествие на корабле «Бигль» (второй том ему должны были доставить по почте), и подход Лайеля оставил глубокий отпечаток на его собственных научных взглядах. Получалось, что эволюция и геологическое развитие шли параллельно: геология описывала долгую историю Земли и предусматривала временны́е интервалы, за которые небольшие эволюционные изменения могут закрепиться в поколениях живых организмов и привести к тому биоразнообразию, которое существует на сегодняшний день.

Современная геология делит историю Земли на четыре основных эона: катархей (самый ранний), архей, протерозой и фанерозой (самый поздний). О тесной связи между геологической историей Земли и историей существования на ней жизни свидетельствует тот факт, что геологическое развитие нашей планеты подразделяется на этапы в соответствии с характеристиками (или отсутствием) органического мира, определяемым по горным породам каждого периода.

Катархейский эон охватывает самые ранние эпохи истории Земли. Древнейшие доступные нам геологические данные содержатся в крошечных кристаллах циркона, возраст которых, определенный с помощью радиометрических методов, составляет 4,4 млрд лет ‹‹5››. Эти крошечные кристаллы, представляющие собой не что иное, как фрагменты поверхности ранней Земли, обычно встречаются в виде мелких вкраплений в других, также древних, но значительно более молодых горных породах. В катархей наша планета была молода: ее тонкая кора только-только начала затвердевать над расплавленными недрами. Изнутри поверхность Земли разрывала буйная вулканическая деятельность, а сверху поливал беспрерывный поток планетных обломков — астероидов и комет, согласно современной терминологии.

Следы этих древних бомбардировок были стерты с лица Земли за 4 млрд лет геологической активности (вулканизм, тектоника плит и старая добрая эрозия). Однако бурная история тех давних времен запечатлелась во всей своей красе на неровной поверхности Луны. Наибольшая плотность кратеров наблюдается на самых старых возвышенностях, возраст которых был установлен радиометрическим методом по горным породам, доставленным «Аполлоном-16 и 17», а наименьшая — на относительно более молодых участках лунных морей («Аполлон-11, 12, 14 и 15»). На основании этих данных мы можем сделать вывод, что бомбардировка прекратилась примерно 3,9 млрд лет назад, причем большинство столкновений произошло в последний, относительно короткий интервал времени. На этом завершился катархейский эон истории Земли — катастрофический, бурный и губительный для любой формы жизни.

Архейский эон начался 3,9 млрд лет назад: на смену тяжелой бомбардировке пришел период относительного спокойствия. Самые древние горные породы на Земле датируются чуть более ранним периодом и служат надежным подтверждением существования твердой коры. Самые ранние признаки жизни спрятаны в глубине архейских пород: в древних микрофоссилиях возрастом 3,5 млрд лет можно усмотреть отдаленное сходство с живыми клетками. Одиночные микрофоссилии неизменно находят в слоистых окаменелостях, замечательно именуемых также криптозоонами (т. е. «скрытоживыми»). Эти минерализованные колонии древних микроорганизмов удивительно похожи на современные строматолиты — примитивные сообщества архей и бактерий, образующие небольшие, размером с табуретку, каменные холмики на мелководье соленых лагун.