В космическата йерархия Земята и звездата, около която се върти, така да се каже, са все още в детска възраст. Земята се е образувала от веществото, останало след раждането на Слънцето преди 4,6 милиарда години, докато възрастта на Вселената като цяло се счита за 11-16 милиарда години. Както по време на формирането на всички планети, началният етап от съществуването на нашата планета беше толкова бурен, че е почти невъзможно да си представим.
И дори след като глобусът прие формата си, повърхността му беше стопена още 600 милиона години, прегряването беше причинено от топлина, идваща отвътре, от земното ядро, и от астероидни бомбардировки отвън, които повишиха температурата на изпаряващите се океани до точката на кипене. През този период, който някои от геолозите наричат Хед, адът наистина царува на нашата планета.
След като постоянното бомбардиране от астероиди престана, а останалите астероиди бяха в определени орбити и трудно можеха да навредят на Земята, въглерод, азот, водород и кислород в различни комбинации „образуваха аминокиселини и друг основен строителен материал от жива материя“. Както нобеловият лауреат Кристиан де Дюве пише в книгата си Животворящ прах, публикувана през 1995 г., „продуктите от тези химични процеси, депозирани чрез валежи, комети и метеорити, постепенно образуват първата органична материя върху безжизнената повърхност на наскоро кондензираната ни планета“.
Този богат на въглерод филм е повлиян както от процесите, протичащи в самата Земя, така и от падащите тела на космоса върху нейната повърхност; ефектът от ултравиолетовото лъчение беше многократно по-силен, отколкото в момента, защото сега сме защитени от земната атмосфера. Всички тези материали в крайна сметка бяха депонирани в моретата и, както пише известният учен Дж. Х. Халдан в своята известна статия от 1929 г., „първобитните океани имаха консистенцията на горещ, разреден бульон“.
Основният страничен продукт на тези процеси беше нещо вискозно, кафеникаво, наречено "гума", "лепкаво" и с други думи, събуждащи спомени от детството. Тези, които се противопоставят на заключението на Чарлз Дарвин, че човекът е роднина на шимпанзетата и орангутаните, всъщност поставят човек преди тази последна обида - произлязохме от някаква слуз!
И така, имаме първичен „бульон“, в който навсякъде се смесват много нещо лепкаво. Как животът на Земята би могъл да възникне от тази суровина? От тук започва истинската мистерия. Общоприето е, че решаващата роля е играла РНК - рибонуклеинова киселина, близък роднина на ДНК, която определя генетичния код на хората и други живи същества. И въпреки това все още има многобройни спорове за това как, кога и къде всъщност е възникнал животът. Нека разгледаме накратко някои от проблемите, подхранващи тези дискусии.
Дълго време биолозите и химиците вярвали, че животът на Земята би трябвало да възникне не по-рано от милиард години след като планетата се охлади и интензивното бомбардиране на нея от астероиди спря, а това се случи преди около 3,8 милиарда години. Оттук следва, че животът на Земята съществува не повече от 2,8 милиарда години. Но геоложки доказателства и дори органични вкаменелости все повече подсказват, че бактериите вече са съществували много преди това.
Гренландската Isua формация, съставена от най-старите скали на нашата планета, чиято възраст се определя на 3,2 милиарда години, съдържа въглерод - основен строителен материал от всички известни форми на живот и в пропорции, характерни за бактериалната фотосинтеза. Много биолози заключават, че дори в такъв ранен период трябва да са съществували бактерии и ако е така, тогава е имало повече примитивни организми, отколкото бактерии дори по-рано.
Промоционално видео:
Сравнително наскоро геолог от Университета в Западна Австралия Бигир Расмусен откри в кратона Пилбара в Северозападна Австралия фосилни останки на нишковидни микроорганизми на възраст 3,5 милиарда години, както и „възможни“вкаменелости, които датират преди 3,235 милиарда години, през изригна вулканични находища в Западна Австралия. Поради подобни находки възниква сериозен проблем: произходът на живота се отлага до 200 хиляди години след края на периода на Хед, което много биолози смятат за доста кратко време, за да се осъществят необходимите химични процеси.
По-новата находка на Расмусен, докладвана през юни 1999 г. в Nature, поставя още една дилема. Тъй като биомолекулите, необходими за живата материя, като протеини и нуклеинови киселини, са много крехки и оцеляват по-добре при по-ниски температури, много от химиците отдавна са убедени, че животът на Земята трябва да е възникнал при ниски температури, може би дори отрицателни … И въпреки това Расмусен изкопа микроскопичните си нишки в материала, първоначално разположен близо до отвора на вулкана, където температурата беше изключително висока.
Всъщност най-древните организми, които продължават да съществуват и днес, са бактериите, които живеят в запазени вулканични отвори или в извори с температура на водата до 110 ° C. Наличието на тези древни бактерии в отворите на вулканите дава сериозни доказателства в полза на предположението за високотемпературни условия за произхода на живота на Земята, подкрепени от други учени.
Един от привържениците на възгледа за произхода на живота на Земята в студени условия е Стенли Милър, който моментално става известен през 1953 г., след като проведе поредица от експерименти в Чикагския университет. Тогава той е аспирант и учи при химика Харолд Урей, спечелен с Нобелова награда, който спечели Нобеловата награда за откриване на тежък водород, наречен деутерий. Според Юри първоначално атмосферата на планетата се състоела от смес от водородни молекули, метан, амоняк, водни пари и била особено богата на водород. (Обърнете внимание, че кислородът присъстваше само в състава на водна пара. Едва след появата на живот в атмосферата, кислородът започна да се появява в резултат на отделянето на въглероден диоксид по време на фотосинтезата, което в крайна сметка доведе до развитието на по-сложни биологични форми.)
Милър приготви смес от елементите, които Юри бе посочил в запечатан съд и в продължение на няколко дни го изложи на електрически разряди, симулиращи мълния. За негова изненада в стъкления съд се появи розово сияние и анализът на получените резултати разкри наличието на две аминокиселини (съставна част на всички протеини), както и други органични вещества, за които се смята, че се образуват само от живи клетки. Този експеримент, който неговият лидер неохотно одобри, не само направи Милър известен, но и доведе до появата на ново поле на науката - абиотична химия, чиято основна задача беше производството на биологични вещества в условия, за които се смята, че са съществували на Земята преди появата на живота.
Думата "помисли" е от решаващо значение тук. Предположенията за състава на земната атмосфера преди живота, развит на нашата планета, се променят през цялото време. И въпреки че след експеримента на Милър през 1953 г. бяха проведени много експерименти, те не доведоха до резултати, които биха могли да бъдат свързани с понятието „живот“, въпреки образуването на различни видове органични молекули в тях. Както де Дюв отбелязва в „Животворящ прах“, подобни експерименти често се провеждат „при по-измислени условия, отколкото са необходими за наистина абиотичен процес.
Сред всички тези експерименти оригиналният експеримент на Милър остава класически. Той беше практически единственият, замислен единствено с цел възпроизвеждане на правдоподобни пребиологични условия, без намерение да се получи конкретен краен продукт. С други думи, винаги е доста лесно да се организира експеримент по такъв начин, че най-вероятно да се получи желаният резултат, но експерименталните условия ще бъдат твърде подходящи.
Поне при такива експерименти не беше възможно да се възпроизведе животът дори в най-елементарната му форма - под формата на отделна клетка без ядро. Както Никълъс Уейд пише в своята статия на New York Times от юни 2000 г. за последното откритие на Расмусен, „Най-интензивните опити на химиците да създават молекули в лабораторията, характерни за живата материя, само показват, че това е дяволски трудна задача“.
По този начин основните проблеми са концентрирани върху две основни направления на изследване, за да се установи как е възникнал животът на Земята. Моментът на възникването на живота е изтласкан още повече в миналото, така че очевидно е останало твърде малко време за протичане на химичните процеси, необходими за възникването на живота. И самите тези химични реакции, както и преди, остават също толкова загадъчни.
Въпреки колосалния технически напредък и огромно количество натрупани генетични данни, експериментът на Стенли Милър от 1953 г. остава на практика единственият убедителен резултат от подобни изследвания. Независимо от това, самото откритие породи съмнения - сега много от учените смятат, че балансът на елементите, които е използвал въз основа на работата на неговия лидер Г. Юри, е грешен. Когато съотношението на компонентите се промени, аминокиселините, получени от Милър, не се образуват.
Поради нови трудности, цялата картина на еволюцията на живота стана по-неясна. Веднъж изглеждаше, че може да бъде ясно проследено от филогенетични (генеалогични) дървета, отразяващи еволюционната история на организма от самите му корени. Филогенетичните дървета са построени за първи път през 19 век в съответствие с теорията на Чарлз Дарвин, за да се покаже ясно еволюционната история на отделните групи животни. Първото разклонено дърво е построено от немския еволюционен биолог Ернст Хекел (който също предложи термина "екология").
Откриването на ДНК направи възможно създаването на такива филогенетични дървета не само за животни и растения, но и за генетичния им материал, което даде възможност да се разберат много по-дълбоко процесите, залегнали в основата на концепцията за „живот“. За да получат генеалогични дървета, изследователите провеждат сравнителен анализ на последователностите на молекулните градивни елементи на нуклеинови киселини (нуклеотиди) или аминокиселини в протеини. Резултатите се сравняват за различни организми.
Въз основа на механизмите на разклоняване на еволюцията и мутациите, използвайки тази техника, е възможно да се определи разстоянията между два клона на филогенетичното дърво, тоест да се установи до каква степен два вида са се отдалечили от своя общ прародител и един от друг. (В допълнение, този метод е помогнал на учените да намерят епохата на древните организми, които съществуват и до днес в свръх горещи вулканични отвори.) Задачата за извършване на сравнителен анализ на последователности е може би най-лесна за разбиране, ако направим аналогия с игра на думи, където човек е помолен дълга дума с цел формиране на възможно най-много кратки думи от съставните й букви.
В края на 70-те години Карл Уос от Университета на Илинойс прилага сравнителен анализ на последователността върху молекулите на РНК, открити във всички живи същества, и получава по-сложно филогенетично дърво от очакваното. Трите основни клона на дървото съответстваха на трите основни царства на живите организми: прокариоти, археи и еукариоти. Прокариотите са микроорганизми като бактерии.
Предложеното ново подразделение на Уос - археята - включва втора група бактерии, открити на много горещи места на Земята, като горещи извори. Еукариотите са организми, състоящи се от големи клетки, които имат образувано ядро; това включва всички многоклетъчни организми - растения и животни, включително хора.
Но от началото на 80-те години, когато в трите царства бяха декодирани повече геноми, картината стана по-несигурна. Дърветата, базирани на гени, различни от оригиналния протеинов модел на Wase, се оказаха съвсем различни. Освен това гените се пренареждат по изненадващи, дори неочаквани начини. Тези вариации правят изключително трудно да се проследят подобни гени обратно до обикновените предци и, още по-неприятно, предполагат, че първичният ген - прародителят на живота - сам по себе си е имал доста сложна структура, по-сложна, отколкото трябва да има "оригиналният" ген.
Единственото правдоподобно решение на този проблем е да се приеме, че вместо да расте през цялото време нагоре, за да образува вертикални клони в ранните етапи на еволюцията на живота, дървото е изпуснало странични клони и някои гени са били прехвърлени хоризонтално. Тази идея се подкрепя от факта, че дори и днес бактериите могат да предават някои гени в хоризонтална посока, включително, за съжаление, тези гени, които правят бактериите устойчиви на антибиотици. Този извод означава, че дървото на живота, вместо да има красив прав ствол, се превръща в нещо, наподобяващо картина на Джексън Поллок. Това най-малко е обезкуражаващо.
Но Карл Ууз не се смути. Той предположи, че едноклетъчният организъм, който дълго време се смяташе за оригиналната форма на живот, може да е бил вид колония, състояща се от няколко вида клетки, способни да обменят много лесно генетична информация хоризонтално. Някои учени са объркани от тази възприемана лекота. Това означава, че механизмът на репликация (възпроизвеждане) на гени, който се наблюдава в ДНК и е доста прецизен механизъм, се развива в клетките само в по-късен момент. В крайна сметка колонията трябваше да се издигне до по-висок етап на развитие, когато всеки организъм придобива своя форма. Но кога се случи това?
И така, как възникна животът на земята?
В днешно време експертите приписват напълно различни дати на момента, когато стройните ДНК дървета започват да образуват вертикални клони - в диапазона от едва милиард години преди и почти до предишните 4 милиарда години. Както в ситуацията с теорията за Големия взрив в произхода на Вселената, благодарение на новите открития и методи на измерване с разширяването на нашите знания, теориите за произхода на живота на Земята не са опростени, а по-сложни. Поради тази причина други обяснения за възникването на живота, отдавна отхвърлени като фантастични, запазиха някои привърженици.
Възможно ли е животът да бъде донесен на Земята от околното пространство? Разбира се, астероидите, метеоритите и кометите съдържат елементите, които образуват градивните елементи на живата материя, и общоприето е, че животът на Земята е възникнал от комбинация от такива материали - вече съществуващи на Земята и донесени от космоса. Но строителният материал е едно, а самият живот е съвсем друго. Някои изтъкнати учени са на мнение, че първичният живот е донесен на нашата планета от вече напълно формираното пространство, тоест не само съставни части, а самите организми. Още през 1821 г. Sals-Guyonde Montlivol предположи, че луната е източникът на живот на нашата планета.
Тази идея се възроди във връзка с Марс през 1890 г., когато американският астроном Пърсивал Ловел (който предсказа съществуването на планетата Плутон и изчисли нейната орбита) заяви, че каналите, видими на повърхността на червената планета, могат да бъдат изградени само от интелигентни същества. Уилям Томсън (лорд Келвин), който разработи перфектната температурна скала, в края на 19 век предположи, че животът е донесен на нашата планета от метеорити.
Никой не беше по-обсебен от такива идеи, като шведският химик Сванте Аррениус, който получи Нобеловата награда през 1903 г. за семинарната си работа по електрохимия. Според неговата теория за панспермия бактериалните спори, разпръснати в студеното световно пространство, са в състояние да изминат дълги разстояния в състояние на суспендирана анимация и са готови да се събудят, ако срещнат гостоприемна планета по пътя си. Не беше запознат с проблема със смъртоносната космическа радиация.
Фред Хойл промотира някаква версия на хипотезата за панспермия във връзка с неговата теория за неподвижна вселена, която е описана в гл. 1. Хойл стигна дотам, че твърди, че епидемиите като пандемията от испански грип от 1918 г. са причинени от микроби от космоса и че човешкият нос е еволюирал, за да предотврати навлизането на космически патогени в тялото.
Франсис Крик (получил Нобеловата награда за медицина през 1962 г. с Джеймс Уотсън и Морис Уилкинс за откриването на ДНК двойната спирала) и основателят на пребиологичната химия Лесли Оргъл отиде още по-далеч, подкрепяйки идеята, че животът е "посят" на Земята от представители на силно развитите извънземни цивилизация. Те нарекоха тази хипотеза „насочена панспермия“.
Посветените на НЛО са, разбира се, щастливи, че Нобеловият лауреатски крясък сред своите привърженици, а писателите на научна фантастика винаги са готови да подскачат подобни идеи. Марсианските канали на Ловел вдъхновяват Х. Уелс до известна степен в прочутата война на световете, публикувана през 1898 година. Докато много уважавани учени открито протестират срещу идеята за панспермия, пряко или косвено, някои са по-предпазливи.
Кристиан дьо Дюве пише: „С толкова известни привърженици хипотезата за панспермия трудно може да бъде отхвърлена без подробен анализ“, въпреки факта, че според него подобни теории нямат убедителни доказателства. Това заключение е направено през 1995 г., но на следващата година целият свят обикаля заглавията с изявление, направено от НАСА.
Докладът на НАСА, свързан с една от скалите, открита през 1984 г. в Антарктида. Пробите са фрагменти от метеорит, наречен SNCs (произнася се „snix“) - съкращение за имената на местата, където са открити първите три такива фрагмента, Shergotty - Nakhla - Chassigny. На пресконференция, посветена на това събитие, проба от скалата лежеше върху синя кадифена възглавница, а ръководителят на НАСА Дан Голдин се обърна към присъстващите с думите: „Не днес или утре ще знаем дали на Земята съществува само живот“, което се оказа чудесен начин привличат вниманието на журналистите.
Тогава учените от НАСА говориха за това, което определено се знае за тези скали. Проучванията показват, че те са се образували на Марс преди около 4,5 милиарда години. В продължение на половин милиард години скалата беше под повърхността на Марс, но след като на повърхността на Марс се появиха пукнатини в резултат на метеорични въздействия, тя беше изложена на вода. Нови събития се случиха с тази скала преди около 16 милиона години, когато космически обект, може би астероид, падна на Марс, в резултат на което фрагмент от марсианската кора беше хвърлен в околното пространство.
След като пътува в Космоса в продължение на милиони години, този фрагмент попадна в Антарктида точно преди 16 000 години. През 1957 г. писателят на научната фантастика Джеймс Блиш пусна романа „Студена година“, който се фокусира върху скалата, открита в Арктика и се оказа остатък от планета, унищожена от марсианците по време на войната за два свята, което накара героя да възкликне: „Историята на Вселената в куб лед! Събитията по време на конференцията на НАСА бяха по-малко драматични, въпреки че вестниците направиха всичко възможно, за да скрият историята.
Скалата, открита от НАСА, съдържа карбонати, подобни на тези, които се образуват на нашата планета с участието на бактерии. Открити са и финозърнести железни сулфиди и други минерали, които наподобяват отпадъчните продукти на бактериите. Освен това с помощта на сканиращ електронен микроскоп бяха идентифицирани миниатюрни структури, които биха могли да бъдат изкопаеми останки от марсиански бактерии - те са потопени толкова дълбоко, че не могат да се образуват на Земята.
Не искайки да се смущават, служителите на НАСА имаха учен под ръка, който каза, че тези структури са твърде малки, за да бъдат бактерии и че изглежда, че карбонатите се образуват при много високи температури, несъвместими с живота. Въпреки това скептичните му забележки по никакъв начин не биха могли да предотвратят появата на гигантски крещящи заглавия във вестниците: "Животът на Марс!"
Последвалото обсъждане на този въпрос от учени се проведе на базата на научна терминология, която може да изплаши всеки журналист. Проблемът би могъл да бъде решен, ако може да се отвори една от тези мънички фосилизирани амни. Ако намерим клетъчна стена или още по-добре фрагмент от клетка, ще получим отговор.
За съжаление няма разработена методология за подобни изследвания. Когато отговорът все още бъде получен, дори да е положителен, много учени вероятно ще кажат, че това само доказва, че животът на Марс, подобно на Земята, е съществувал под формата на бактерии. Това няма да бъде доказателство, че животът е възникнал на Марс и е донесен на нашата планета (или обратното) и няма да потвърди теорията за панспермия. Но сега вече не може да се спори, че изобщо няма основания да се приемат такива възможности.
J. Malone
