Новая история происхождения жизни на Земле - Дж. Киршвинк

Ископаемые, описанные в работе Бразье, по-видимому, имеют отношение к живущим сегодня на нашей планете микроскопическим бактериям, которым также необходима для жизни сера и которые тут же умирают даже от небольшого воздействия кислорода. Если это открытие подтвердится, то станет ясно, что жизнь на Земле возникла в местах, крайне отличных от большинства земных условий, и что зависела она от наличия серы, а не кислорода.

Жизнь на Земле обычно ассоциируется с лесами, морями, озерами и небесами в их сегодняшнем виде — и с существами, которые живут в прозрачном воздухе, прозрачной воде или на лугах с зеленой травой. Однако ископаемые, найденные Бразье, происходят из среды, где температуры намного выше сегодняшних средних, где воздух насыщен токсичными газами — метаном, углекислым газом, аммиаком и в не меньшей степени — ядовитым сероводородом[61]. Такая жизнь знала планету, безусловно, без материков (или даже без всякой суши вообще) и вне пределов недолговечных вулканических островов. В таком окружении жизнь возникла (или прибыла извне — мы об этом еще поговорим на следующих страницах) и процветала на протяжении миллиардов лет. Мы все вышли из этой адской колыбели Земли и несем на себе шрамы и гены того периода, когда начало жизни на планете было насыщено серой.

Вскоре после такого описания раннего периода земной жизни, зародившейся в бескислородной, богатой серой среде, на Красную планету был доставлен марсоход «Кьюриосити»[62]. А почти сразу после этого события Бразье задали вопрос, могут ли серные микроорганизмы, чьи окаменелые останки он только что нашел, жить на Марсе. После минутного замешательства он ответил: «Да»[63].

Если окажется, что форма жизни возрастом 3,4 млрд лет — самая древняя, то это поставит под сомнение очень многие современные прописные истины относительно того, где могла зародиться жизнь на Земле. Наша планета в те времена уже была достаточно древней сама по себе — Земля возникла как результат слияния нескольких небесных тел 4,567 млрд лет назад. Если эти ископаемые действительно первые формы жизни, то зарождение жизни произошло относительно легко.

Чтобы возникла жизнь, необходимо соблюдение четырех этапов:

1. Синтез и накопление малых органических молекул, таких как аминокислоты и молекулы-нуклеотиды. Накопление веществ, называемых фосфатами (один из самых распространенных видов удобрений), также должно быть важным условием, поскольку они являются «скелетом» для ДНК и РНК.

2. Объединение этих молекул в более крупные, такие как белки и нуклеиновые кислоты.

3. Скопление белков и нуклеиновых кислот в капли, которые приобрели бы химические характеристики, отличные от окружающей их среды, — образование клеток.

4. Возникновение способности к самокопированию крупных и сложных молекул и установление наследственности.

В то время как некоторые из этих этапов можно воспроизвести в лабораторных условиях — синтез РНК или даже более сложной ДНК, другие этапы невоспроизводимы. Нет ничего сложного в том, чтобы создать аминокислоты — строительные кирпичики жизни — в пробирке, как это было продемонстрировано в эксперименте Миллера — Юри в 50-е годы XX века. Оказалось, что создание аминокислот в лаборатории сравнимо с намного более сложным процессом искусственного создания ДНК. Проблема в том, что такие сложные молекулы, как ДНК (или РНК), нельзя просто собрать в стеклянной колбе из разных химических элементов. Эти органические молекулы имеют свойство разрушаться при повышенных температурах, а значит, они могли возникнуть только при умеренном температурном режиме.

Жизнь на Земле предполагает наличие РНК и ДНК. Если появляется РНК, то это открывает путь к возникновению ДНК, поскольку РНК рано или поздно произведет ДНК. Но как появилась первая РНК? При каких условиях? В какой среде? Все это — основные вопросы места и времени происхождения жизни на Земле. И недостатка в предположениях, в каком именно месте возникла жизнь, нет.

Первая, самая знаменитая и наиболее долго продержавшаяся модель зарождения жизни на Земле принадлежит Чарльзу Дарвину, который в письме к одному своему другу предположил, что жизнь возникла в некоем «мелком, прогретом солнцем пруду». И до конца 70-х годов XX века, пока не состоялись те самые глубоководные экспедиции к разломам, эта гипотеза была самой популярной, да и сейчас такой тип природных условий, будь то пресный водоем или морская отмель, признается убедительным кандидатом на звание колыбели жизни. Другие ученые начала XX века, такие как Джон Холдейн и Александр Опарин, согласились с Дарвином и развили его теорию[64]. Они, независимо друг от друга, предположили, что молодая Земля имела «восстанавливающую» атмосферу, то есть антагонистичную той, где продуцируется кислород. В такой атмосфере, например, никогда не будет ржаветь железо. Атмосфера того времени, возможно, была насыщена метаном и аммиаком, формируя идеальный «первичный бульон», из которого жизнь и появилась в каком-нибудь мелком водоеме.

До 1950–1960-х годов, таким образом, было принято считать, что в атмосфере ранней Земли, предположительно состоящей из метана и аммиака, простые неорганические вещества с помощью воды и энергии могли произвести органические аминокислоты[65]. Все, что было нужно — это подходящее местечко, где могли бы соединиться все эти разнообразные вещества. Вроде бы наилучшим местом для этого является мелкий пруд с запашком сероводорода или котлован на берегу теплого мелкого моря, наполненный водой, доставленной приливной волной. И вот, как предполагает эта теория, в таком месте появляется «первичный бульон» из органических молекул и поджидает своего доктора Франкенштейна, который бы его оживил.

Оценивая возможные природные условия ранних этапов истории Земли, многие ученые сомневаются в правдоподобии такого сценария. Органические соединения, необходимые для формирования жизни, очень усложнены и легко распадаются при нагревании растворов. Более того, чтобы вывести такой «первичный бульон» из равновесия (что необходимо), понадобится очень и очень много энергии. Дарвин в свое время просто не мог учесть того, что механизмы, ведущие к формированию Земли (и других землеподобных планет), порождают мир, который на ранних этапах своего существования является жестоким и ядовитым — это место, максимально непохожее на идиллический маленький прудик, который представляли в XIX–XX веках.