Тайна зарождения жизни на Земле

Облака в лаборатории

Туманность Орла

Сравнивая спектры инфракрасного излучения межзвездных облаков и частиц льда с их собратьями — аналогичными частицами льда, созданными в лабораторных условиях, воспроизводящих условия Космоса, ученые различных научных центров во всем мире пришли к выводу, что космический лед наморожен на сердцевину, состоящую из кремния или углерода. Кроме воды, каждая частичка льда содержит до 10% несложных молекул, таких как двуокись углерода, окись углерода, метан, метанол, аммоний и т.п.

Ученые хотели понять, каким образом в этих льдинках, нашпигованных несложными химическими соединениями, происходят реакции, которые преобразуют их в более сложные компоненты, наблюдающиеся в метеоритах.

Один из исследователей, специалист по химическим процессам при сверхнизких температурах, решил создать «межзвездное» облако в лабораторных условиях.

Из металлической камеры размером приблизительно 20 х 20 х 20 см был выкачан воздух и проведено глубокое захолаживание, что имитировало условия в Космосе. Легкая струйка газа, состоящего из простых молекул, упомянутых выше, распылялась из медной трубочки и намерзала, как леденец на палочке, на маленький диск, который играл роль сердцевины космических частиц. Для завершения имитации космических условий небольшая ультрафиолетовая лампа облучала камеру слабым ультрафиолетом.

В экспериментах было обнаружено, что даже в условиях экстремально низких температур и давлений космического пространства ультрафиолетовое излучение разрывает химические связи исходных несложных соединений.

Но в Космосе, когда атомы и молекулы находятся в малом объеме льда и малоподвижны из–за крайне низкой температуры, процесс разрывания связей может сопровождаться обратным процессом их рекомбинации в неожиданные соединения, образование которых было бы невозможно, если бы сегменты могли свободно перемещаться.

Повсюду в Космосе, где можно наблюдать ледяные крупицы, происходит образование сложных комплексов, особенно в областях образования новых звезд, где ультрафиолетовое излучение наиболее интенсивно. В экспериментальном облаке, созданном в камере, экспериментаторы «купали» намерзающую частицу льда в ультрафиолетовом излучении, эквивалентном тому, которое получает частичка льда в Космосе за тысячи лет.

Когда ученые начали в своей камере эксперимент с кусочком льда, содержащем метанол и аммиак в тех же пропорциях, что и в космических частицах льда, то вскоре обнаружили, что там образовались сложные вещества, такие как кетоны, нитрилы, эфиры и алкоголи, которые были найдены в метеоритах. Были обнаружены даже молекулы HMT — гексаметилентетрамин. Это шестиуглеродная молекула, особенностью которой является способность образовывать аминокислоты в теплой «подкисленной» воде. В образовавшейся смеси были обнаружены даже молекулы, содержащие цепочки из 15 атомов углерода.

Некоторые из полученных компонентов представляют собой серьезную заявку на право быть первыми представителями ранних форм жизни. Некоторые из органических молекул, обнаруженных в лабораторном «межзвездном облаке», при контакте с водой образуют капсулоподобные формы. Эти капсулы невероятно похожи на те, которые были получены 10 лет назад из экстракта метеорита, упавшего в местечке Murchison в Австралии. Экстракты из метеорита были смешаны с водой и самопроизвольно собрались в сферические структуры–капсулы, подобные клеточным мембранам. Было также выяснено, что эти капсулы являются составными элементами огромного количества сложных органических молекул.

Чтобы возникла такая самоорганизация, молекулы, как правило, должны содержать не менее дюжины атомов углерода и, кроме того, должны быть амфифиликами (водолюбивыми). Это означает, что «головки» выстраиваются в сторону воды, а хвосты — внутрь мембраны. Такие капсулы, полученные как из метеоритов, так и из облака в лаборатории, флюроисцируют, значит, внутри них находится еще какой–то органический материал.

Из всех компонентов, которые образовались в космоподобных условиях, именно эти имеют наибольшее биологическое значение.

В условиях космического пространства, в малом объеме и под воздействием радиации углеводороды преобразуются в огромное количество самых различных соединений, которые ученые и наблюдают на богатых углеродом метеоритах. Среди этих соединений наиболее важными представляются такие комплексы, как алкоголи, эфиры и, что наиболее существенно, — хиноны (бензохиноны). Последние являются незаменимыми компонентами в любых живых системах, обеспечивая их механизмом передачи энергии. Например, активные ингредиенты в алоэ и хне — это хиноны.

Кроме того, способность этих молекул изменять свою структуру в результате внешних воздействий (например, передавать избыточный электрон) играет важную роль в преобразовании света в химическую энергию — в фотосинтезе. Именно эта способность, вместе со свойством адсорбировать ультрафиолетовую радиацию, является разгадкой наиболее интригующей части в сценарии развития жизни на Земле на самых первых её фазах, так как ультрафиолетовая радиация смертельно опасна для таких изящных молекул, как аминокислоты. Межзвездные хиноны, видимо, играют такую же роль экранов, сохраняющих зародышевую жизнь в Космосе, как и озоновый слой атмосферы Земли, который поглощает значительную долю смертоносного для жизни ультрафиолетового излучения, исходящего от Солнца.

Теперь мы знаем, как из лабораторных исследований, так и из данных, полученных в обсерваториях, что, казалось бы, губительные для жизни условия глубокого Космоса, являются источником сложных органических соединений, которые ежедневно метеориты и космическая пыль приносят на нашу и, видимо, другие планеты в Космосе.

Рассматривая появление жизни на планете под таким ракурсом, мы видим, что снабжение Земли аминокислотами, хинонами, водолюбивыми капсулами и другими компонентами межзвездной органики создают достаточно условий для пышного расцвета жизни или, по крайней мере, для облегчения ее появления. Возможно, из космических аминокислот и были построены первые протеины и «водолюбивые» соединения, которые, за счет «встроенных» в них хинонов, обладали способностью поглощать свет.

Естественно предположить, что молекулы, буквально свалившиеся с неба, были первым космическим десантом, с которого началась жизнь на Земле. Так что аминокислоты из Космоса, попавшие в первичный бульон в достаточном количестве, сделали возможным этот первый шаг зарождения жизни.

Со временем эти простые реакции, видимо, стали основой тех реакций, которыми сейчас управляют протеины в реакциях сложного биологического синтеза.

Попав в условия, в которых оказалось возможным довести эту сложную биохимию до конца, эти зародыши даровали Земле возможность эволюции.

Конечно, огромная пропасть лежит между даже самым сложным органическим комплексом и генетическим кодом, метаболизмом и самовоспроизводством, которые являются краеугольными камнями в жизненных процессах, на что и ушли миллионнолетия эволюции планеты.

Но если описанный способ зарождения жизни на Земле справедлив, то естественно предположить, что аналогичная ситуация уже не раз возникала в Космосе и неоднократно приводила к возникновению и развитию жизни на других планетах.

Необъятная распространенность сложных органических молекул в Космосе в сочетании с открытием планет в других звездных системах еще больше убеждает, что наша планета не единственная, на которой могли образоваться подходящие условия не только для возникновения жизни, но и её полного расцвета.

Материал подготовил Б.Калюжный
Окончание. 

 Версия для печати