Страница 6 из 39
Космос и жизнь
Возникновение жизни и катастрофы
Согласно наиболее разработанной в наше время гипотезе академика А.И. Опарина, выдвинутой впервые в 1924 г., жизнь возникла в определенный момент эволюции Земли как планеты. В тот период в насыщенной водяными парами атмосфере находились кислородные производные углеводородов, аммиак, циан и другие первичные органические соединения, обладающие высокой химической энергией и способные к дальнейшим превращениям. Их появление было возможно лишь при очень высоких температурах. По мере охлаждения Земли температура ее верхних слоев понизилась до 100°. С этого момента на земную поверхность устремились горячие ливни, образовавшие первородный кипящий океан. Вместе с водой упали на Землю и первичные органические вещества. В океане продолжался процесс взаимного присоединения этих веществ, приводивший к появлению все более крупных и сложных частиц. В результате, после того как подобные превращения длились многие тысячи лет, в первичной водной оболочке Земли возникли коллоидные растворы, из которых образовались сгустки студенистых кусков органических веществ, свободно плававших по поверхности океана. Эти сгустки геля в какой-то степени представляли собой первичные организмы (сложная структура, способность к поглощению веществ из внешней среды).
В результате последовавшей затем длительной и сложной эволюции, обусловившей совершенствование физико-химической структуры гелей, из них образовались уже настоящие первичные организмы со всеми присущими им функциями.
Гипотеза академика А.И. Опарина, как и большинство других, предполагает длительное эволюционное развитие органического вещества, прежде чем оно приобрело особенности живой материи. Но могла ли появиться жизнь в одно мгновение?
Существует гипотеза, ныне мало упоминаемая, которая связывает возникновение жизни на Земле с гигантской катастрофой — грандиозным столкновением сил космоса с силами Земли. Такое столкновение, блестяще иллюстрируя законы диалектического развития природы через борьбу противоположностей, прервало безжизненную эволюцию земной коры и внесло в нее те элементы и противоречия, которые, может быть, только и могли породить жизнь. Гипотеза эта принадлежит одному из величайших ученых современности — Владимиру Ивановичу Вернадскому.
Он считал, что наука способна определить условия, при которых зарождение жизни представляется единственно возможным. Любая жизнь является неразрывной частью живого вещества, составляющего особую часть нашей планеты — биосферу. Любой организм существует, только взаимодействуя с ней.
Говоря о развитии биосферы, необходимо учитывать принцип Реди, установленный еще в XVII в., — «Omne vivume vivo» (все живое происходит от живого). В.И. Вернадский отмечает, что этот принцип не имеет абсолютного значения. Это лишь эмпирическое обобщение, основанное на нашем знании современных физико-химических условий. Когда-то в прошлом (а возможно, и в будущем) при наличии физико-химических явлений, не учитывающихся в настоящее время, принцип Реди мог быть нарушен. Вернадский проводит аналогию между принципом Реди и законом постоянства вещества, который гласит: вещество постоянно в своей массе, не исчезает и не возникает вновь в пределах физико-химических явлений, нам известных. Это реальное эмпирическое обобщение непрерывно проверялось опытным путем. Закон остался незыблемым, и после открытия радиоактивности в рамках обычных химических и геохимических процессов. Так и принцип Реди не указывает на невозможность самопроизвольного возникновения жизни (абигенеза), он только определяет область и условия, в пределах которых абигенеза нет. Самопроизвольного возникновения жизни — согласно принципу Реди — в биосфере нет и не было за время, когда жизнь уже существовала, раз возникнув.
По мнению Вернадского, в биосфере можно различать два типа составляющего ее вещества: косное и живое. Косное вещество, состоящее из минералов, остается по химическому составу и физическому состоянию неизменным за все время существования земной коры. «Нет новых минералов, появившихся в земной коре в течение геологического времени, если не считать ими созданий человеческой техники».[1] Иное дело — живое вещество, в целом и в отдельных формах постоянно меняющееся в эволюционном процессе. За редким исключением все виды живого претерпели большие изменения со времени своего возникновения. «Живой мир биосферы палеозоя (550–230 млн. лет назад) и живой мир биосферы нашего времени резко различны, мир косной материи один и тот же». Таким образом, «говоря о появлении на нашей планете жизни, мы в действительности говорим только об образовании на ней биосферы» (с. 644).
Но сохранение в неизменном виде косной части биосферы — минералов может быть только в том случае, если связанная с ней теснейшим образом живая часть биосферы остается в каких-то своих особенностях постоянной.
Какие же это особенности? По-видимому, те, которые могут влиять на образование минералов: средний химический состав биосферы, средняя масса живой части биосферы. Живая часть биосферы неизменно должна была составлять определенную долю массы всей биосферы. Только при этом условии не нарушается постоянство химических процессов того грандиозного явления, называемого корой выветривания, в котором выражается химическое действие жизни. Следовательно, с момента образования биосферы жизнь уже должна была состоять из многих различных форм, имеющих разнообразные геохимические функции, создающие кору выветривания. «Функции жизни в биосфере — биохимические функции — неизменны в течение геологического времени, и ни одна из них не появилась вновь в ходе геологического времени. Они непрерывно существуют одновременно» (с. 645).
Далее Вернадский перечисляет функции биосферы, осуществляемые живым веществом.
Газовая функция, в результате которой все газы биосферы теснейшим образом связаны с жизнью. Они создаются биогенным путем и им же уничтожаются (N2 — О2— СО2 — СН4— Н2 — NH3 — H2S). Кислородная функция — образование свободного кислорода (из СО2 и Н2О и т. п.). Окислительная функция — окисление более бедных кислородом соединений, происходящее в биосфере. Кальциевая функция — выделение кальция в виде чистых солей (простых и сложных), углекислых, щавелевокислых, фосфорнокислых. Восстановительные функции — создание из сульфатов соединений типа H2S, FeS2. Концентрационная функция, определяющая переход некоторых элементов из обычного для них рассеянного состояния в скопления под действием живых организмов, что известно для таких элементов, как углерод, кальций, азот, железо, марганец и др. Функция сгорания органических соединений (разложение организмов после смерти с выделением Н2О, СО2 и N2). Функция восстановительного разложения органических соединений, дающая H2S, CH4, Н2. Функция метаболизма и дыхания организмов, связанная с поглощением О2 и Н2О, выделением СО2 и миграцией органических соединений.
Перечисленные функции биосферы могут осуществляться бактериями, водорослями, мхами, простейшими одноклеточными организмами. Важно отметить, что нет организма, который один мог бы исполнять все эти геохимические функции, исключено также, чтобы в ходе геологического времени происходила смена организмов, замещавших друг друга в исполнении какой-либо одной биогеохимической функции, без изменения ее самой. «Лишь со времени выступления в биосфере цивилизованного человечества один организм оказался способным одновременно вызывать разнообразные химические процессы, но он достигает этого разумом и техникой, а не физиологической работой своего организма», — отмечает В.И. Вернадский (с. 647). При появлении на Земле жизни должна была возникнуть сразу вся совокупность одноклеточных организмов, выполняющих разные биогеохимические функции. Или же жизнь, начавшись с одной простейшей формы, так быстро раздробилась на формы, имеющие разные геохимические функции, что этот период при всем своем геохимическом своеобразии не оставил никаких следов в земной коре. Приведенные выше суждения о начале биосферы исключают абигенез, занос из космоса морфологически единого организма или появление одной какой-либо водоросли, бактерии, из которых эволюционным путем зародились миллионы видов растений и животных. По мнению ученого, должен был одновременно появиться сложный комплекс живых форм, развернувшийся затем в современную живую природу.
1
Вернадский В.И. Об условиях возникновения жизни на Земле. — Изв. АН СССР, 1931, № 5, с. 643 (далее цитир. указ. ст.)