ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ - АБИОГЕНЕЗ

Об этой книге. Химические эксперименты по синтезу в искусственной атмосфере аминокислот

Ранний, быстро устаревший вариант этой книги [2] был в общем благосклонно встречен научной прессой, но не смог заинтересовать широкую публику. Из бесед с разными людьми я вынес впечатление, что более общие разделы этой небольшой книги были слишком насыщены техническими подробностями, чтобы заинтересовать широкого читателя. Поскольку наш предмет не лишен интереса для этой весьма расплывчатой личности, я, для того чтобы облегчить ей дело, использовал в своей первой книге два шрифта: крупный - для общедоступных мест и мелкий - для специальных Подробностей. Прием этот оказался неудачным, книга выглядела слишком пестрой, так что теперь я решил просто подчеркнуть, что для понимания книги не обязательно вникать во все детали.

Общий план книги вкратце сводится к следующему. Поскольку истоки жизни уходят в глубь геологической истории, мы прежде всего должны узнать, как геологи читают эту историю по данным, сохранившимся в породах земной коры. Об этом коротко рассказывается в гл. II и III. В гл. II мы поговорим о принципе актуализма. Этот принцип гласит, что все процессы, протекающие в наше время в атмосфере, гидросфере и земной коре, происходили и ранее и поэтому нет необходимости постулировать существование каких-либо гипотетических сил, действовавших только в далеком прошлом и впоследствии бесследно исчезнувших. Короче, "настоящее есть ключ к познанию прошлого". В гл. III дается обзор современных радиоактивных методов датирования. С помощью этих методов мы можем определять, когда происходили события, связанные с образованием данной породы.

Эти две главы составляют основу для дальнейшего изложения. Они не имеют прямого отношения к проблеме; тот же материал в более или менее подробном изложении можно найти в любом учебнике общей геологии. И все же они необходимы, потому что в них дается ответ на вопрос, каким образом сведения о горных породах могут быть использованы для выяснения истории Земли.

В гл. IV рассказывается о том, как биологи изучали возможность естественного возникновения жизни, дав этим толчок к современному прогрессу в этой области. Рискуя наскучить читателю многократным повторением, я все же упомяну уже здесь, что эти исследования показали невозможность "самозарождения" жизни в условиях современной кислородной атмосферы. Оно могло, как теперь ясно, происходить лишь в первичной бескислородной атмосфере, обладавшей восстановительными свойствами. Вот почему в последнее время исследователи направили свои усилия на выяснение вопроса о том, имела ли Земля именно такую первичную атмосферу, и если имела, то каковы были условия в то время.

Из гл. V мы узнаем, что, по данным астрономии, межзвездная пыль и атмосферы планет обладают восстановительными свойствами. Земля с ее богатой свободным кислородом атмосферой - исключение среди планет.

В гл. VI описаны химические эксперименты по синтезу в искусственной бескислородной атмосфере, без участия живых существ, соединений, обычно синтезируемых организмами. Эти соединения, которые мы будем называть органическими, в литературе часто называются абиогенными. Основной результат этих опытов - доказательство возможности образования в искусственной бескислородной среде множества таких "органических" соединений за счет почти любого вида энергии. Более того, в таких условиях неорганический синтез "органических" веществ - не исключение, а правило. В дополнение для не слишком искушенного в химии читателя дается краткий обзор современных аналитических методов, используемых в органической химии. Изучение химического аспекта проблемы стало возможным только благодаря высокой специфичности и замечательной точности новых методов анализа.

В гл. VII и VIII обсуждается вопрос, через какие промежуточные этапы могло идти развитие от синтеза "органических" молекул в условиях первичной атмосферы до появления жизни. Не зная, как шло это развитие в действительности, мы все же можем создать себе общее представление о путях, ведущих от неживого к живому. В этих двух главах проводится мысль, что в те времена метаболизм живого был гораздо проще, чем теперь, после примерно 3 млрд. лет развития. Эта тема заканчивается в гл. IX кратким рассмотрением основных черт дальнейшей эволюции живого.

В гл. X описаны условия, в которых развивалась жизнь на Земле. Ясно, что первые соединения, возникавшие за счет неорганического синтеза, должны были каким-то образом концентрироваться и сохраняться; в то же время в разные периоды преобладали либо процессы, способствующие разделению веществ, либо процессы, способствующие их перемешиванию. Такие процессы были необходимы для осуществления химических реакций между ранее возникшими соединениями, что в свою очередь приводило к дальнейшему углублению процесса перехода от неживого к живому.

Из гл. XI читатель узнает, что неметаморфизированные горные породы докембрия можно найти только в некоторых районах Земли, в так называемых древних щитах. В гл. XII описываются основные типы ископаемых остатков, которые находят в таких породах. Живые существа оставляют напоминание о себе или в виде макроскопических биогенных отложений, образовавшихся в результате их метаболизма (например, водорослевые известняки), или в виде молекулярных биогенных отложений, т. е. органических молекул, частично сохранившихся в современных им осадочных породах, или, наконец, в виде настоящих окаменелостей. Настоящие окаменелости встречаются в породах не старше 2 млрд. лет, а биогенные отложения и молекулярные ископаемые найдены даже в породах древнее 2,7 млрд. лет, что служит доказательством существования жизни на Земле уже в ту эпоху. Более того, окаменелости и молекулярные ископаемые иногда встречаются в осадочных породах древнее 3,2 млрд. лет, т. е. в самых древних из известных осадочных пород. Но эти находки еще требуют подтверждения.

В гл. XIII обсуждаются сведения, которые можно получить, изучая состав и строение осадочных пород. К раннему и среднему докембрию строго приурочены некоторые особые типы осадков, и это можно связать с существованием в то время бескислородной примитивной атмосферы. Начиная с позднего докембрия появляются другие осадки, видимо образовавшиеся только при наличии кислородной атмосферы. По предварительным данным, бескислородная атмосфера существовала на Земле более 1,8 млрд. лет назад, а кислородная существует уже 1,45 млрд. лет. Вероятно, где-то в промежутке между этими двумя периодами и состоялся переход к современной кислородной атмосфере.

После рассмотрения различных геологических процессов, имеющих то или иное отношение к происхождению жизни (гл. XIV), мы продолжим обсуждение различий между двумя атмосферами (гл. XV). Читатель узнает, что доля "неживого" кислорода, появляющегося в результате расщепления воды, никогда не превышала одной тысячной современного содержания кислорода в атмосфере. Весь остальной кислород создан фотосинтезирующими организмами, восстанавливающими двуокись углерода. Значит, весь или практически весь свободный кислород нашей атмосферы - продукт жизни. И это чрезвычайно важно: примитивную атмосферу мы можем предварительно определить как атмосферу с содержанием кислорода не выше 1% его содержания в современной атмосфере.

В гл. XVI дан набросок истории атмосферного кислорода и двуокиси углерода.

В гл. XVII рассмотрена возможность существования внеземной жизни. Об этом много спорят с тех пор, как в 1961 году в некоторых метеоритах были обнаружены органические соединения и "организованные элементы" - под этим осторожным названием, видимо, подразумеваются ископаемые остатки организмов. Несмотря на усиленное изучение этих остатков, возможность существования жизни вне Земли остается недоказанной. Но она и не отброшена полностью, и, по-моему, объективная оценка фактов приводит к заключению, что найденные в метеоритах остатки могут иметь биогенную природу.

Наконец, в гл. XVIII даются выводы. Как сказано в предисловии, естественное самопроизвольное возникновение жизни не доказано, но его можно считать в высшей степени вероятным. Эта идея, казавшаяся ранее химерической, стала теперь законченной теорией, опирающейся на огромное число самых разнообразных фактов, полученных всеми естественными науками. Более того, можно доказать, что в истории Земли был период, когда на протяжении примерно 2 млрд. лет преджизнь и ранняя жизнь сосуществовали, и переход от неживого к живому совершался в это время неоднократно, может быть даже много раз.