Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего - Роберт Хейзен

знаменитым после открытия тройного альфа-процесса, в ходе которого в звездах образуется углерод, был явным сторонником версии панспермии, в соответствии с которой первую жизнь на Землю занесли кометы, несущие вирусы{150}. Более того, он утверждал, что кометы продолжают инфицировать планету новыми вирусными болезнями, которые дождем просыпаются на нас из космоса. Большинство ученых считают такой сценарий абсурдным.

Другие исследователи рассматривают возможность того, что жизнь пришла из иной звездной системы, причем возможно даже, что она была искусственно создана и ее намеренно высеивали в ходе направленной панспермии. Подобную гипотезу — по крайней мере на данный момент — невозможно проверить научными методами. Эта псевдонаучная идея также интеллектуально слаба, поскольку она просто переводит вопрос происхождения жизни в другое место и время. В конце концов, кто тогда спроектировал проектировщиков?

Что такое жизнь?{151}

Ну и наконец, сводящий с ума вопрос «что?». Если мы хотим решить загадку древнего происхождения жизни, тогда нам бы нужно, вероятно, знать, что такое жизнь. Но мы не знаем.

Мы почти всегда узнаём жизнь, когда ее видим, но, как ни удивительно, биологи пока не смогли создать универсально приемлемого определения. Этот лексический недостаток происходит не из-за сложности распознавания прыгающих лягушек или качающихся берез, а, скорее, от нашего относительного незнания космических возможностей: у нас есть только одна биосфера для изучения, только один образец «жизни». С одной стороны, если покрытая зеленью Земля — единственный живой мир в космосе, тогда мы смогли бы легко составить приемлемый список химических особенностей и физических характеристик, уникальных для нашей биосферы. Если мы действительно одиноки в необъятном пространстве, тогда наша земная таксономия обеспечила бы всеобъемлющее определение жизни. Мы указали бы на главные химические ингредиенты, такие как углерод и вода, повсеместно распространенные молекулярные модули вроде белков и ДНК, характерные структуры, включая рибосомы и митохондрии, заключенные в микроскопические клетки — самые фундаментальные общие единицы разнообразной биосферы Земли.

С другой стороны, если во Вселенной существует бесчисленное множество других живых миров (как подозревают многие из нас — тех, кто изучает космическую историю), тогда было бы самонадеянно определять жизнь в таком узком «землецентричном» ключе. Вот почему ученые, пытающиеся отличить живое от неживого, прибегают к перечням более общих характеристик и поведения. Все вообразимые формы жизни должны иметь способность — если не индивидуально, то коллективно — воспроизводиться, расти, реагировать на изменения окружающей среды и развивать новые свойства. Управление NASA, в долгосрочную миссию которого входит и поиск жизни на других планетах, делает специальную оговорку, что жизнь должна быть химической системой, состоящей из взаимодействующих атомов и молекул. Соответственно, компьютерная электронная «форма жизни» — растущая, эволюционирующая данность из нулей и единиц, удерживаемая кремниевыми полупроводниками например, — была бы чем-то совершенно иным, требуя новой таксономии и других организационных правил.

Вопрос «что?», таким образом, содержит в себе неоднозначность строгого определения сути жизни. Ученые подходят к этой таксономической проблеме с осторожностью и уважением, поскольку в настоящий момент у нас в наличии один-единственный пример живого мира. Это состояние незнания может измениться в любой момент — вместе с переломным открытием инопланетной жизни одним из наших планетарных зондов или при непосредственном контакте с далекими инопланетными видами. Но на сегодняшний день у нас нет научной основы для каталогизации целого ряда явлений природы, которые можно было бы назвать термином «живое» (несмотря на бесконечно творческие идеи писателей-фантастов).

Каким бы ни было все еще недоказанное космическое разнообразие жизни, попытки понять ее происхождение (или происхождения) сфокусированы на наиболее доступной и известной нам биологии — основанной на земном углероде жизни. Исследование давнего перехода от безжизненного геохимического мира к планете, богатой биохимическими процессами и явлениями, представляет собой одну из самых сложных научных проблем. Этот древний преобразующий прыжок бесконечно сложен, чтобы его можно было объяснить какой-либо одной теорией или исследовать единственной последовательностью экспериментов. Лучше разделить эту историю на множество доступных для понимания глав, каждая из которых будет добавлять ступеньку в структуру и хитросплетения эволюционирующего мира химии углерода.

И на сладкое у нас остается ба-а-альшой вопрос: «Как зародилась жизнь?»

Происхождение жизни: основные химические правила

Когда берешься за одну из величайших загадок природы, лучше начинать с изучения базовых правил. Рамки исследования происхождения жизни определяются тремя основными допущениями. Первое состоит в том (и с этим согласится большинство исследователей), что планеты сами обеспечивают себя всеми исходными материалами — океанами, атмосферой, множеством пород и минералов. Кроме того, многие из нас делают вывод, что происхождение жизни потребовало некоторой последовательности химических этапов, каждый из которых добавлял свою степень сложности и функциональности — это второе допущение. И наконец, третье — главное — допущение практически каждого исследования происхождения жизни заключается в центральной роли углерода. Углерод — основной элемент жизни на Земле сегодня, поэтому большинство из нас в игре по поиску происхождения жизни исходят из того, что так должно было быть с самого начала. Но есть ли у нас такая уверенность?

Сотворение жизни: почему углерод?

Углерод — элемент кристаллов, циклов и вещества. В составе множества твердых, жидких и газообразных форм углерод играет бесчисленные химические роли, которые касаются всех аспектов нашей жизни. А как насчет живых организмов, структуры и функции которых намного сложнее, чем у любого неживого природного или промышленного материала? Какой элемент обеспечит необходимую искру жизни?

Чтобы стать главным для происхождения жизни, этот химический элемент обязан соответствовать некоторым основным ожиданиям. Безусловно, любой важный для жизни элемент должен быть достаточно распространенным и весьма доступным в коре, океане и атмосфере Земли. Этому элементу важно иметь потенциал для участия во многих химических реакциях — нельзя же быть настолько инертным, чтобы просто сидеть здесь и ничего не делать. При этом ключевой элемент жизни не должен быть слишком химически активным — ему «не следует» самовозгораться или взрываться при малейшей химической провокации.

И даже если элемент обладает той самой средней химической активностью — в идеальном диапазоне между взрывной и пассивной, он обязан участвовать более чем в одной химической реакции. Он должен уметь образовывать прочные и стабильные структурные оболочки и волокна — кирпичики и цемент жизни. Он должен уметь хранить, копировать и интерпретировать информацию. А еще этот особенный элемент — в сочетании с другими повсеместно распространенными первичными строительными материалами — должен найти способ использовать энергию от соединений с другими химическими веществами или, возможно, энергию изобильного солнечного света. Такие «умные» сочетания элементов должны хранить данную энергию в удобной химической