История всего. 14 миллиардов лет космической эволюции - Дональд Голдсмит

В таком случае «небольшому теплому водоему» Дарвина вместе с приливными бассейнами, воссозданными в эксперименте Миллера — Юри, не остается ничего другого, как испариться, пополнив собой водянистый туман отвергнутых гипотез. И никаких вам путешествий пара туда-сюда с постепенным его химическим обогащением. Вместо этого придется искать истоки жизни в тех местах, где из-под земли вырывается невероятно горячая вода — возможно, с множеством различных кислот в своем составе.

За последние несколько десятилетий океанографам удалось обнаружить несколько подобных мест, а также страннейшие формы жизни, которые в них развиваются. В 1977 году два океанографа, испытывающие исследовательский аппарат для глубоководных погружений, обнаружили первые отверстия в дне Тихого океана в полутора милях от его поверхности неподалеку от Галапагосских островов. В районе этих отверстий земная кора напоминает кухонную плиту, создавая высокий уровень давления внутри тяжелого и прочного котла с фиксируемой крышкой и нагревая воду выше ее обычной температуры кипения, но не давая ей выкипеть совсем. Как только крышка частично приподнимается, сжатая и исключительно горячая вода выплескивается из-под земной коры в холодный бассейн океана.

Такая горячая морская вода, вырывающаяся из этих отверстий, содержит в себе растворенные минералы, которые быстро скапливаются и затвердевают, окружая отверстия огромными пористыми каменными трубами — раскаленными внутри и более прохладными по краям, — которые и пребывают в контакте с морской водой. В создавшемся температурном диапазоне обитают бесчисленные формы жизни, никогда не видевшие солнца и ничего не знающие о нагревании за счет солнечного света, хотя для жизни им действительно необходим кислород, растворенный в морской воде. Этот кислород, в свою очередь, получается в результате жизнедеятельности организмов, обитающих ближе к поверхности воды. Эти стойкие создания живут за счет геотермальной энергии, тепло которой включает себя как тепло из остатков энергии образования Земли, так и тепло, выделяющееся при радиоактивном распаде нестабильных изотопов вроде алюминия-26, который занимает миллионы лет, калия-40, полураспад которого длится несколько миллиардов лет.

Около этих геотермальных отверстий, намного ниже глубины, на которую может проникнуть солнечный свет, океанографы обнаружили огромных трубчатых червей длиной с человека, прекрасно живущих среди целых колоний бактерий и других существ поменьше. Вместо того чтобы набираться энергии у солнца, как это делают растения, способные на фотосинтез, эти глубинные формы жизни опираются на хемосинтез, в процессе которого энергия создается за счет текущих химических реакций, которые, в свою очередь, зависят от геотермального тепла.

Как работает этот хемосинтез? Горячая вода, вырывающаяся из-под морского дна, наполнена соединениями водорода с серой и водорода с железом. Бактерии, скопившиеся у таких геотермальных источников, соединяют эти молекулы с атомами водорода и кислорода из молекул воды и с атомами углерода и кислорода из молекул углекислого газа, растворенного в воде. В результате этих реакций из углерода, кислорода и водорода образуются более крупные молекулы — углеводы. Таким образом, бактерии, обитающие у источников такой насыщенной минералами горячей воды, ведут себя сродни своим родственникам, что живут ближе к поверхности океана, — ведь те тоже умеют синтезировать углеводы из углерода, кислорода и водорода. Одни микроорганизмы черпают для этого синтеза энергию у солнца, а другие — из химических реакций, происходящих на морском дне. Поблизости от геотермальных источников другие организмы поглощают бактерии, производящие углеводы, потребляя их энергетическое содержимое тем же образом, что и животные, которые едят растения других животных, в свою очередь, поедающих растения.

Но химические реакции у глубоководных отверстий способны не только производить молекулы углеводов. Атомы железа и серы, которых в молекуле углевода нет, соединяются в свои собственные молекулы, в первую очередь в кристаллы железного колчедана, известного как «золото дураков» «кошачье золото». Древние греки называли его «огненным камнем» — если хорошенько стукнуть по нему другим камнем, из железного колчедана можно высечь искры. Железный колчедан — самый распространенный минерал с содержанием серы на Земле — мог сыграть важнейшую роль в возникновении жизни на нашей планете, провоцируя образование углеводообразных молекул. Данная гипотеза родилась в уме немецкого адвоката, ведущего патентные дела, и по совместительству биолога-любителя Гюнтера Вехтерсхойзера: его профессия вряд ли является противопоказанием против теоретизирования в области биологии, ведь не помешала же Эйнштейну его основная работа заниматься физикой! (Правда, следует отметить, что у Эйнштейна все же был диплом по физике — и хороший диплом, в то время как Вехтерсхойзер был в основном самоучкой в областях биологии и химии.)

В 1994 году Вехтерсхойзер предположил, что поверхности кристаллов железного колчедана, которые образуются естественным образом из атомов железа и серы, выброшенных в воды первозданных океанов из-под земной коры, могли бы стать естественными площадками для скапливания на них молекул с высоким содержанием углерода. Как и те, кто придерживался гипотезы о зарождении жизни в водоемах и приливных бассейнах, Вехтерсхойзер не мог четко продемонстрировать, как был осуществлен переход от молекулярного сырья к полноценным живым организмам. Тем не менее, учитывая его акцент на высокотемпературных условиях зарождения первых форм жизни, он вполне может быть на верном пути — во что лично он верит. Ссылаясь на высокоорганизованную структуру кристаллов железного колчедана, на чьих поверхностях могла гипотетически зародиться первая жизнь, Вехтерсхойзер осаживал критиков своей теории на научных конференциях громким заявлением: «Некоторые говорят, что жизнь — это способ упорядочить хаос, а я говорю — это упорядочение порядка, зарожденного в порядке!» Выдаваемое с характерным немецким оживлением, это заявление имеет определенный резонанс — но лишь время покажет, насколько оно верно.

Так какая же из базовых моделей происхождения жизни с большей вероятностью окажется верной: приливные бассейны на краю океана разгоряченные источники на его дне? На данный момент ставки на обе модели примерно равны. Эксперты по вопросам зарождения жизни не раз бросали вызов утверждению о том, что самые древние формы жизни на Земле в условиях высоких температур; как-никак древо жизни и размещение на нем разных организмов в разных точках сегодня все еще является объектом обсуждений и сомнений. Вдобавок компьютерные программы, отслеживающие количество химических соединений разного типа, существовавших в древних молекулах РНК (которые, судя по всему, появились в мире раньше молекул ДНК), сообщают: химические соединения, которым благоприятствуют высокие температуры, появились на Земле только после того, как было написано уже несколько страниц истории ее биологической жизни, протекавшей при относительно низких температурах.

Таким образом, результат наших тщательных исследований, как это нередко приключается в науке, не понравится тем, кто жаждет определенности. Хотя мы можем выразить довольно уверенное предположение о том, когда именно на Земле появилась жизнь, мы не знаем, где и как произошло это замечательное событие. Недавно палеобиологи наделили этого ускользающего от них дальнего предка всех форм жизни на Земле именем последнего всеобщего (или универсального) предка[60]. Обратите внимание, как велико мнение этих ученых о нашей планете: вместо того чтобы ограничиться последним земным общим предком, они замахнулись на вселенскую универсальность той жизни, что зародилась на Земле. На данный момент подобрать имя этому предку — совокупности примитивных организмов, обладавших идентичными генами, — не самое большое достижение, пожалуй, на том долгом и трудном пути, что еще предстоит пройти нам, прежде чем мы сможем действительно приоткрыть завесу тайны, окружающую возникновение земной жизни.