Страница 5 из 10
Однако в последние годы появились прямо противоположные геологические данные, свидетельствующие о том, что в первый миллиард лет существования Земли ее океаны не только не замерзали, а, наоборот, находились вблизи точки кипения! В качестве объяснения выдвигается гипотеза, согласно которой высокая температура на планете поддерживалась благодаря тепличному эффекту, создаваемому атмосферой двуокиси углерода, пропускающей солнечное излучение к поверхности Земли, но препятствующей его переизлучению обратно – во внешнее пространство. До сих пор не существовало точных оценок количества углекислого газа в атмосфере Земли на ранних этапах ее развития.
Такую оценку предлагают сегодня геохимики, анализируя образцы базальтовых пород из подводных хребтов в Карибском море, Тихом и Атлантическом океанах. Сопоставляя количество обнаруженного в образцах углерода с содержанием в нем редкого изотопа гелия, ученые сделали вывод о том, что содержание окиси углерода в атмосфере Земли, по крайней мере, в первый миллиард лет ее существования было в тысячу раз больше, чем в настоящее время, и составляло около 40 %. При этом температура в приземном слое достигала почти 100 °C, и вода океанов почти закипала.
В настоящий момент, согласно выводам геофизиков, вулканы и вулканические расселины, находящиеся на дне Мирового океана, ежегодно выделяют не менее 30 млн тонн углерода в форме углекислого газа. К этому количеству еще несколько миллионов тонн добавляют «сухопутные» вулканы.
Миллиарды лет назад, по мере охлаждения внутренних областей Земли, поток углекислого газа, выделяющийся на поверхность, ослаб. Общее количество углерода в коре, океанах и атмосфере также резко сократилось в активизировавшемся процессе погружения тектонических плит, уносивших с собой значительное количество углерода. Эта геохимическая схема позволяет по-новому взглянуть на то, как происходили процессы зарождения и эволюции жизни в Мировом океане, начавшейся по крайней мере 3,5 млрд лет назад.
Надо честно признать, что все без исключения гипотезы возникновения живой материи на нашей планете имеют немало трудностей, а отдельные их положения вызывают и серьезные сомнения. Ведь хотя после классических работ академика Опарина наука казалась близкой к решению проблемы происхождения жизни, никому из биологов так и не удалось получить из «бульона Опарина», насыщенного органическими соединениями, хотя бы некое подобие протоклеточных образований. Сегодня предлагается много новых гипотез, но ни одна из них не представляется экспериментально убедительной.
По мере дальнейшего изучения молекулярной структуры белков биологи поняли, что молекулы, лежащие в основе земной жизни, гораздо сложнее по строению, чем те простейшие аминокислоты и нуклеотиды, которые возникали в лабораторных экспериментах. Разумеется, здесь можно было ввести набор неких новых факторов, под воздействием которых опять-таки неизвестным образом первичные аминокислоты и нуклеотиды самопроизвольно синтезировались в более сложные белковые молекулы. Однако искусственность подобных гипотез самоочевидна, и сколько бы экспериментаторы ни перебирали различные физико-химические меры воздействия, получить белки им так и не удалось.
Александр Опарин, советский биолог и биохимик (1894–1980). В 1924 году Опарин выдвинул теорию о возникновении жизни на Земле через превращение, в ходе постепенной химической эволюции, молекул, содержащих углерод, в «первичный бульон»
Тут надо вспомнить, что все живое на Земле существует благодаря трем органическим соединениям – дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК), рибонуклеиновой кислоте (РНК) и белкам. ДНК хранит наследственную информацию. Белки выполняют все энергетические работы. «Разделение труда» здесь достаточно строгое, ведь белки не хранят наследственную информацию, а ДНК не совершает активной работы. Иными словами, белки не могли появиться без наличия ДНК, а ДНК – без участия белков. Но допустить, что они самопроизвольно и случайно образовались одновременно, да еще и в необходимо близком соседстве, было бы необоснованным оптимизмом. И тут биологи обратили внимание на третий жизненный компонент – РНК.
Действительно, по своему химическому строению молекулы РНК очень похожи на ДНК, к тому же микробиологи открыли новый тип ферментов, состоящих не из белков, как обычно, а из РНК. Естественно, что нуклеотиды РНК несколько отличаются от нуклеотидов ДНК по составу и виду, что и навело биологов на мысль о том, что эта более простая молекула может играть роль первичного «кирпичика» жизни, возникшего намного раньше и ДНК, и белков.
Так возникла новая гипотеза возникновения земной жизни, утверждавшая, что появлению мира первых живых клеток с их ДНК, РНК и белками предшествовал намного более примитивный мир, в котором существовали только молекулы первичной РНК. Эти древнейшие семена жизни работали поначалу сразу «в трех лицах», неся первичную биологическую информацию, передавая ее потомкам и катализируя эти первые биохимические реакции их функционирования. В ходе дальнейшего научного поиска было накоплено много любопытных результатов. И тут возникла проблема времени.
Раньше считалось, что первые «живые молекулы» появились примерно через миллиард лет после того, как кончился период интенсивной бомбардировки Земли метеоритами и кометами. Эти небесные осколки образовались из того же первичного газового сгустка, что Земля и другие планеты, в том же месте, в огромном количестве, поэтому первые несколько сотен миллионов лет столкновения с ними были чрезвычайно частыми. Жизнь в таких условиях просто не могла возникнуть: Земля то и дело плавилась и кипела. А ведь для случайной сборки многих атомов в молекулу нужной структуры РНК требуется огромный период неизменных условий.
Миллиарда лет по оценкам специалистов было бы достаточно. Но в последние годы стали множиться данные, говорящие о том, что этого миллиарда у жизни в запасе просто не было. Ведь последние массовые падения метеоритов произошли всего 3,8 млрд лет назад, и для появления жизни путем случайных переборов биохимических вариантов вообще не оставалось времени.
И тут на помощь биологам пришли биофизики с биохимиками. Они смело выдвинули очередную гипотезу о животворном протоокеане, предшествовавшем появлению первых РНК. В данном случае речь идет о своеобразных «квазиживых» молекулах, активность которых основана на специфических свойствах водных растворов, сделавших возможным последующее появление архаичных РНК. При этом некоторые исследователи настойчиво ищут особые молекулы, которые состояли бы только из аминокислот, легко образующихся в водном растворе «первичного бульона».
В современной биохимии можно встретить и еще более дерзкие мысли о том, что жизнь вообще возникла без каких-либо специфических «молекул жизни». В этом случае акцент ставится на особые водные циклы биохимических реакций, которые самопроизвольно возникают вблизи мест выхода магмы океанского ложа или же в окрестностях «черных курильщиков».
Среди биохимиков популярна парадоксальная гипотеза «животворящей глины». В ее основе лежит идея о том, что первые самовоспроизводящиеся системы вообще были неорганическими, и в их эволюционном развитии самым активным образом участвовали системы ионов в слое вод ного раствора глины, направляемые и укладываемые послойно именно благодаря свойствам воды как универсального растворителя. На этом пути уже достигнуты определенные результаты, которые показывают, что добавка глины в воду, содержащую смесь положительных ионов и отрицательных нуклеотидов, приводит к самопроизвольному образованию многозвеньевых цепочек РНК.
В современной науке модель водного РНК-мира уже завоевала определенное признание благодаря солидному экспериментальному багажу. Биохимики научились синтезировать огромное количество разных РНК со случайной последовательностью нуклеотидов, а затем отбирать из них молекулы с нужными свойствами. И сегодня во многих лабораториях, стирая грань между живым и неживым, уже растут в животворящей водной среде удивительные колонии размножающихся молекул РНК, способные синтезировать белки.