Вулканическая жизнь: В извержениях и молниях
Классические эксперименты, которые сегодня проходят школьники, были проведены Стенли Миллером, когда ему было лишь 22 года. Задачей была проверка высказанной Александром Опариным идеи «химической эволюции» — теории появления молекул, необходимых для жизни, из простейших неорганических соединений. Если кратко, то идея эта состояла в том, что в условиях высокой вулканической активности и частых гроз в смеси водного пара, метана, аммиака, угарного газа и водорода могут образовываться органические вещества, необходимые для развития жизни.
И действительно, в опытах Миллера-Юри (Гарольд Юри (Harold Urey) был научным руководителем Миллера в те годы), моментально сделавших из него мировую величину, Миллер воспроизвел эти условия в лаборатории и показал, что вскоре 10−15% углерода, присутствовавшего в системе, переходит в органическую форму в виде аминокислот (в основном, простейшее из них — глицина и аланина), сахаров, липидов и небольших количеств азотистых оснований (необходимых для образования нуклеиновых кислот).
Конечно, между этой несложной органикой и даже самым простым живым организмом лежит пропасть. Однако и дальнейшие возможные шаги химической эволюции прорабатываются учеными не первый год. Так, показано, что из продуктов реакции Миллера-Юри при условиях, симулирующих условия на Земле 4,5 млрд лет назад, можно получить и более сложные молекулы — в том числе, аминокислоту серин, сахар рибозу, азотистое основание аденин; из их смеси — «универсальный энергоноситель» живой клетки АТФ, и так далее.
Ряд исследований посвящен дальнейшим этапам химической эволюции, которая, как считается, могла происходить при участии минералов, чьи полости служили как бы «пробирками» для дальнейших реакций. Конечно, все шаги этого процесса еще далеко не установлены полностью, но в качестве теории происхождения жизни химическая эволюция является одной из самых общепринятых.
С точки зрения сегодняшнего дня, конечно, есть масса критических замечаний к проведенным Миллером и Юрии опытам. Так, сегодня можно утверждать, что атмосфера юной Земли не была такой резко щелочной, как считалось тогда. Наконец, эти опыты не объясняют поляризационной асимметричности жизни — одного из ее самых фундаментальных и загадочных свойств (что это такое читайте в заметке «Несимметричная жизнь»). В связи с этим не менее популярной, чем химическая эволюция, гипотезой остается панспермия, о которой мы рассказывали в заметке «Жизнь из космоса».
Сам «классик» Стенли Миллер умер весной 2007 г., и его бывший ученик (ныне уже профессор) Джеффри Бада (Jeffrey Bada) провел «ревизию» оставшихся после ученого материалов. В частности, он обнаружил несколько записных книжек и герметичных контейнеров, в которых хранились высушенные образцы органических веществ, полученных в ходе тех знаменитых экспериментов 55-летней давности.
В частности, профессора Бада весьма заинтересовала «доработанная» версия опыта Миллера-Юри, в ходе которых в систему, имитировавшую условия молодой Земли, добавлялась струя раскаленного газа, которые соответствовали участвующим в процессе вулканам. Именно в окрестностях вулканов атмосфера могла быть такой, как в тех классических экспериментах, хотя самому Миллеру довести опыт «до ума» и опубликовать результаты не удалось. Образованные в аппарате вещества были расфасованы по сотням пробирок, высушены и отложены на неопределенное время. И вот это время настало.
Группа Джеффри Бада извлекла их из небытия и провела детальный анализ содержимого. Обнаружилось, что в них образовалось не просто больше аминокислот, но и разнообразие их было значительно выше. Миллер и Юрии обнаружили только 5 аминокислот, а Бада в их усовершенствованном, но не законченном опыте — целых 22. Да и общая масса органики, обраующейся под воздействием «вулканов» оказалась значительно выше.
Схема выглядит так: вулкан, извергаясь, выбрасывает потоки газа, создавая локально условия, в которых под воздействием молнии может образовываться большое количество разнообразных органических соединений. «Каждый из вулканов, — добавляет Джеффри Бада, — мог служить небольшим "пребиотическим заводиком". А вместе они создали то, что называется "первичным бульоном"". Вымываясь, этот насыщенный раствор органики мог собираться в небольших впадинах на склонах и еще более концентрироваться. И уже в этих "инкубаторах" развивалась первая жизнь.
Между прочим, и на Марсе, возможно, вулканы некогда сыграли ключевую роль в появлении жизни. Если, конечно, она там вообще была. Читайте: «Извержение жизни».
По публикации BBC News