В. Ф. Карташов

Космос и биология

Луи Пастер и Чарльз Дарвин по-разному относились к вопросу о происхождении жизни на Земле. Пастер считал, что жизнь создал Бог, поскольку она не могла возникнуть сама по себе, а Дарвин считал, что жизнь на Земле возникла естественным образом из неодушевленных веществ. Со временем, когда ученые узнали о генетической и биохимической сложности клетки, вопрос о происхождении жизни стал еще сложнее. Однако если считать, что жизнь была во Вселенной всегда, то проблема о начале начал будет вроде бы решена.

Немецкий химик Юстус Либих в XIX в. выдвинул, а такие известные ученые, как Герман фон Гельмгольц в Германии, лорд Кельвин в Англии и Сванте Арениус в Швеции, поддержали идею панспермии: зародыши жизни, блуждая по Вселенной и попадая на планету с подходящими условиями, дают начало новым формам жизни. В этой гипотезе считается, что зародыши жизни перемещаются в космическом пространстве, находясь внутри метеоритов. Действительно, в некоторых случаях при падении метеоритов на Землю температура внутри них остается приемлемой для выживания таких форм жизни, как бактериальные споры. Однако во время путешествия в космосе метеориты подвергаются столь интенсивному воздействию космической радиации, что сейчас возможность панспермии, т.е. переноса жизни между звездными системами, считается невозможной. Другое дело – перенос жизни между планетами Солнечной системы, получивший название трансспермия. Иногда ученые, изучающие органические молекулы в космосе, используют термин «панспермия», чтобы описать путь, которым биомолекулы попали на Землю. Это уже и не «панспермия», и не «трансспермия», потому что здесь подразумевается не транспортировка жизни, а транспортировка чего-то, что могло бы служить отправной точкой для возникновения жизни.

Эксперименты подтверждают, что перемещение некоторых форм жизни с одной планеты на другую, в принципе, возможно, но прежде, чем это случится, зародыши жизни должны вынести весьма суровые испытания. Условия в космосе чрезвычайно враждебны к жизни: она гибнет, когда находится в безвоздушном пространстве или подвергается воздействию высоких и низких температур и радиации. Земная атмосфера также является своеобразным барьером для жизни, попадающей на Землю из космоса.

Сейчас идея панспермии в исходном виде не имеет поддержки, но трансспермия вполне могла бы иметь место. Однако большинство ученых считают, что Земля сама могла породить органические вещества, необходимые (но недостаточные) для возникновения жизни. Совсем недавно Дж.Бэйда, ученик и последователь С.Миллера, провел повторный анализ проб, собранных Миллером более 50 лет назад в ходе знаменитых опытов по синтезу органических соединений при электрическом разряде в первобытной атмосфере Земли, и показал, что в условиях эксперимента синтезируется более 22 аминокислот и несколько азотистых оснований. Таким образом, даже в условиях опыта Миллера было достаточное разнообразие органических соединений для того, чтобы могли начаться процессы предбиологической эволюции.

Однако гипотезы трансспермии не лишены здравого смысла. Д.Мелош, планетолог из Аризонского университета США, разрабатывает идею, что наши предки – микробы – прибыли на Землю с Марса. Это кажется вполне возможным, поскольку между планетами происходил обмен каменными глыбами, выброшенными в результате вулканической деятельности в космос. Жизнь могла сначала возникнуть на Марсе, где подходящие условия сложились раньше, чем на Земле, а затем совершить путешествие к Земле, находясь внутри возможно каменных тел.

Ученые уже имеют доказательство того, что земные микробы могли прожить в космосе несколько лет. Астронавты, работавшие на Луне, после посадки «Аполлона-12» изучили камеру беспилотной посадочной ступени «Сервейер 3», прибывшую туда на три года раньше, и обнаружили, что земные микробы, включая те, которые вызывают насморк, все еще были живы внутри камеры.

Существуют доказательства того, что микробы могут сохранить жизнеспособность, проведя тысячи лет в вечной мерзлоте на Земле. Микроорганизмы могут выжить и после долгого пребывания в космосе, где они подвергались воздействию ультрафиолетовых и космических лучей. А микроб Dienococcus radiodurans, как известно, способен существовать даже внутри ядерного реактора.

Есть еще одна проблема, общая для всех гипотез о происхождении жизни, которую пока не удается решить. При обычном химическом синтезе биологически важных молекул зеркально симметричные стереоизомеры (энантиомеры) всегда образуются в равных количествах. Однако во всех организмах ферменты построены из L-аминокислот, а нуклеиновые кислоты содержат D-рибозу. Напомним, что L- и D-стереоизомеры одного и того же соединения отличаются друг от друга, как правая и левая руки человека. Эта проблема известна как проблема хиральной чистоты биосферы: поскольку L- и D-изомеры по всем физико-химическим свойствам одинаковы, нет критерия, по которому можно выбрать тот или иной изомер для построения биологически важных макромолекул.

Таким образом, хиральная чистота биосферы обусловлена, по-видимому, наличием какого-то фактора, определившего преобладание одного стереоизомера над другим. Ученые из Аргоннской национальной лаборатории (США) нашли способ навязывать определенную хиральность биологически важным молекулам. Они использовали рентгеновские лучи высокой интенсивности для облучения встроенных в пленки молекул, помещенных в магнитные поля, чтобы проследить за изменениями в их молекулярных связях. Оказалось, что в зависимости от направления намагничивания относительно рентгеновских лучей возникал избыток молекул одной хиральности по сравнению с другой.

Железо, по-видимому, играет очень важную роль в процессе клеточного деления. В то же время оно проявляет магнитные свойства в различных формах. Кроме того, известно, что соединения железа могут изменять хиральность при его восстановлении или окислении. Может оказаться, что именно железо, самый тяжелый из синтезируемых в звездных процессах элементов, сыграло решающую роль в определении типа хиральности современной биосферы.

Гипотеза панспермии породила множество вопросов. Один из наиболее интригующих – существуют ли другие планеты, на которых есть жизнь? В более общей формулировке он сводится к вопросу о том, одни ли мы во Вселенной. Ответ на него во многом зависит от того, есть следы органики во Вселенной или нет.

Международная группа исследователей с помощью радиотелескопа IRAM во Франции обнаружила молекулу гликолевого альдегида в области, удаленной от нас на 26 тыс. световых лет. В этой области, известной как G31.41+0.31, интенсивно образуются звезды. Гликолевый альдегид, самый простой из моносахаридов, может участвовать в формировании любых полисахаридов, в том числе и рибозы, составной части рибонуклеиновой кислоты (РНК). Молекула гликолевого альдегида раньше была обнаружена только в центральной части нашей Галактики (тоже на расстоянии 26 тыс. световых лет), где вещество находится в особых условиях по сравнению с остальной ее частью.

Если этот ключевой компонент жизни мог спонтанно образовываться в разных областях нашей Галактики, возможно, и мы не одиноки во Вселенной.