Со всех точек зрения формы и условия жизни на дальних мирах должны от! шча. ься от земных, ина­че смысл многообразия эволюции был бы нару­шен Но в то же время основы жизни па всех ми­ра,, едины Людям особенно трудно сочетать един­ство и многообразие

И. Уранов

4.2.1. Что такое жизиь? Много раз на страницах этой кнш и мы употребляли слово «жизнь». До сих пор мы пе пытались пояснить это понятие, считая, что каждый человек имеет какое-то собствен­ное интуитивное иредст явление о жизни. По теперь, когда мы со­бираемся перейти к рассмотрению жизни в Космосе, нашего инту­итивного представления о ней уже недостаточно. Для того чтобы судигь о распространенное ги и возможных формах жизни в Кос­мосе, — а именно это нас интересует, — надо иметь ясное представ­ление о природе жизни. И вот здесь мы попадаем в трудное поло­жение, ибо, несмотря на несомненные успехи науки в изучении мно­гообразных функций жизни, ее физико-химических основ и механизмов функционирования, у нас нет, как представляется, пол­ного понимания феномена жизни. Я думаю, мнопте ученые ясно ощутили это, когда перед ними была поставлена практическая зада­ча обнаружения жизни на Марсе в связи с осуществлением проекта «Викинг». Надо было решать, какую жизнь следует искать.

Когда мы произносим слово «жизнь», то имеем в виду какие-то живые существа или организмы. Само слово «организм» указывает на определенную стройную организацию исходных элементов, из которых он строится. Действительно, сложная организация — это один из отличительных признаков жизни. Можно сказать, что жизнь еегь высокоорганизованная форма материи. Но каков тот крити­ческий уровень организации, начиная с которого сложную систему можно рассма гривать как живую’ Очевидно, структурная сложность, сама по себе, недостаточна для характеристики жизни. Более того, структура живого организма существует лишь постольку, поскольку он функционирует, живет. Следовательно, живая система обладает способностью самостоятельно поддерживать свою внутреннюю структуру — самосохраняться. Это достигается в процессе обмена с окружающей средой. Обмен веществ, или метаболизм, — один из характерных признаков жизни. Живые системы обладают также способностью к росту и самовоспроизведению. Наконец, надо от­метить огромную приспособляемость жизни, адаптацию ее к вне­шним условиям и, наряду с этим, способность к саморазвитию, к эволюции. Помимо обмена веществ, живые системы обладают спо­собностью к обмену информацией с окружающей средой — спо­собностью воспринимать, хранить и перерабатыва гь информацию, используя се для выработки сохраняюгцих реакций. На этой основе осуществляется способность живых систем к самосохранению и адап­тация их к внешним условиям. Процесс самовосггроизведения, по сути, также является информационным процессом. Подчеркивая роль информации, В. С. Троицкий вместе с тем отмечает: «Опре-

2,4 Троицкий В. С Развитие внеземных цивилизации и физические закономерно­сти / Проблема поиска вне )емиых цивилизаций — М Наука, 1981. С. 3-29. Цит. с 6.

Деление живого нельзя сводить ни к информации, ни к обмену ве­ществ в отдельности. По-видимому, самую основную характеристи­ку, объединяющую все при шаки, мы еще не знаем»214.

С другой стороны, возникает вопрос: присуши ли перечислен­ные свойства только живым системам? Н. Хоровиц отмечает[144], что кристаллы обладают высокой степенью упорядоченности, способ­ностью к росту и могут воспроизводить самих себя. При этом у них обнаруживается ограниченная способность к мутациям. Она про­является в том, что в регулярном расположении атомов в крис галле могут возникать дефекты. Некоторые минералы, обладающие сло­истой структурой, как, например, глины, способны копировать де­фекта! одного слоя в структуре следующего, что можно рассматри­вать как своеобразную генетическую память. На основании этих свойств кристаллов американский химикА. Г. Керне-Смит предпо­ложил, чго жизнь, вообще, началась с кристаллов С другой сторо­ны, обычное пламя также способно к самовоспроизведению по­средством искр и дальнейшему росту, а благодаря активному мета­болизму оно может длительное время поддерживать себя (свойство самосохранения). То есть пламя обладает свойствами живой сущно­сти. Добавим, что способность к саморазвитию, к эволюции также не является исключительным свойством жизни. Современные тео­рии самоорганизации материи показывают, что саморазвитие явля­ется всеобщим свойством материального мира и может проявляться в различных формах при подходящих условиях. В связи с этим воз — никае! вопрос — существует ли принципиальное различие между живой и неживой природой? Один из крупнейших биологов XX века Дж. Холдейн считал, что жизнь и сознание в рудиментарной фор­ме присущи материи, являются ее неотъемлемым свойством: «Мы не находим в том, что называем материей, никакого очевидного следа ни мысли, ни жизни. И потому эти свойства мы изучаем пре­имущественно там, где они обнаруживаются с наибольшей оче­видностью. Но если современные перспективы науки верны, то сле­дует ожидать, что они будут, в конце концов, обнаружены, по край­ней мере в рудиментарной форме, во всей Вселенной»[145]. Ту же мысль подчеркивает и Тейяр де Шарцен: «В целостной картине мира на­личие жизни неизбежно предполагает существование до нее бес­предельно простирающейся преджизни»2 . При таком положении вещей между живой и неживой материей нет непроходимой грани. Дейст вительно, сущностью органической жизнь, ее важнейшим свой­ством является обмен Он осуществляется посредством сложнейших биохимических реакций. Но ведь химические реакции — пусть бо­лее простые — происходят и в неорганической природе. Где же та грань, которая отделяет «живое» от неживого? Говоря о жизни, мы прикасаемся к одной из тех тайн Природы, которые человечество еще не раскрыло. Не случайно некоторые ученые, вообще, отказы­ваются рассматривать какое бы го ни было определение жизни. Так, С. Ф. Лихачев в работе «Основания SET1» характеризует жизнь как «неопределимое понятие, существующее как некоторое свойст во Вселенной»[146].

Важнейшей функцией жизни, о которой не было упомян) то выше, является психическая деятельность. Невозможно представить челове­ка в отрыве, вне его психической деятельности, включающей мир эмоций, процессы мышления и сознания. Если структуру человечес­кого организма н его физиологические функции рассматривать как внешнюю сторону его жизни, то психическая деятельность будет со­ответствовать внутренней стороне жизни Хотя психическая актив­ность наиболее выражена у высших форм жизни, какая го прими­тивная психожизнь должна быть присуща и самым простым формам жизни, составляя их внутреннее содержание. Тейяр де Шардеп рас прос гранил эту дихотомию «внешнее-внутреннее» с феномена жиз­ни на мир неживой (предживой) природы, считая ее неотъемлемым свойством универсума. Ткань универсума, согласно Тейяру, — «двух сторонняя гго самой своей природе», она имеет как внешнюю, так и внутреннюю сторону. Поэтому у каждой вещи имеется не только внеш­нее, но и сопряженное ему нечто внутреннее. И если внутренней сто­роной жизни является сознание (Тейяр рассматривает его в наибо лее общем значении, как психику всякого рода от элементарных форм внутреннею восприятия до феномена человеческого мышления), то внутренней стороной преджизни является предсознание. В соответ­ствии с этой концепцией Тейяр считает, что при образовании Земли с самого начала в земной материи была замкнута «некоторая масса элементарного сознания» (точнее надо бьг сказать — предсознания). И если возникновение жизни можно рассматривать как качествен­ный скачок в процессе эволюции преджизии, то возникновение со­знания есть качественный скачок в развитии предсознания. Как пред ставить себе этот скачок от предсознания, заключенного в преджиз ни, к сознанию, хотя бы самому элементарному’ Поскольку руди­ментарное сознание существует всегда, еще до появления жизни и сознания, то, следовательно, речь идет о скачке между двумя уровня­ми, двумя ступенями одной сущности.

В будущем, по мнению Тейяра де Шардена, в рамах «расширен­ной физики» внутренняя сторона вещей будет принята во внима­ние в той же мере, как и внешняя сторона мира. «Мне каже гея, — пишет он, — иначе невозможно дать связное обьяснение всего фе­номена космоса в целом, к чему должна стремиться наука»[147]. Ни это дело будущего. Современная наука изучает внешнюю сторону универсума (к внутреннему она лишь робко подбирается). В частно­сти, биология изучает’ внешнюю сторону жизни. Поэтому в даль­нейшем, говоря о жизни, мы, по необходимости, будем иметь в виду (если не будет сделано специальных оговорок) именно внешнюю сторону жизни. Это ограничение надо принимать во внимание. Внешнее и внутреннее связаны между собой как форма и содержа­ние. Следова1ельно, мы будем рассматривать мир форм. Рассмот­рение естес гвенно начать с земной жизни.

4.2.2. Земная жизнь. Жизнь на Земле предстает перед нами как поразительное многообразие различных царств opi апиьмов, прежде всего растительных и животных, их популяций и видов[148], связан­ных между собою множеством тончайших связей, благодаря кото­рым биосферу Земли можно рассматривать как единую сложную систему. Эта «живая пленка», покрывающая земной шар тонким слоем, приблизительно в тысячную долю его размеров, необычай­но сктивна, она оказывает решающее влияние на формирование на­ружных слоев Земли. По оценкам В. И. Вернадского, верхние слои земной коры (глубиною в несколько километров) на 99% преобра­зованы земными организмами. А что касается атмосферы, то ее со­став также в значительной мере определяется процессами жизнеде­ятельности. Если бы какие — то внеземные цивилизации исследовали
нашу планету, они неизбежно должны были бы столкнуться с пре­образующим фактором земной жизни. Общая масса «живого веще­ства» на Земле составляет Ю12 т, а с учетом ископаемого органичес­кого вещества (уголь, сланцы нефть, газ и др.), представляющего собой остат ют ранее существовавших организмов, эту величину надо увеличить, по крайней мерс, на несколько порядков, что составляет хотя и малую, но уже заметную долю полной массы Земли.

Характерной особенностью живого вещества на Земле является то’, что оно состоит из отдельных организмов, каждый из которых представляет обособленную систему со своей собственной структу­рой, поддерживаемой в процессе метаболизма. В то же время все организмы на Земле так тесно переплетены между собой, что всю систему земной жизни можно рассматривать как единый «сверхор­ганизм». Земные организмы, в свою очередь, состоят из различных

Строение клетки показано на рис. 4.2.1. Клетка отделяется от внешней среды (в том числе от других клеток) с помошью тонкой оболочки — клеточной мембраны, толщиной не более 10~6 см. Внут­ренняя среда клетки представляет собой водный раствор различ­ных органических веществ, в сочетании с некоторыми минеральны­ми солями. Эту внутреннюю среду кле/ки (внутриклеточный буль­он) называют протоплазмой. В клетках всех организмов, за исключением некоторых простейших (прокариотов), в центре клет­ки расположено ядро, а окружающая его часть протоплазмы назы­вается цитоплазмой. И ядро, и цитоплазма имеют сложное строе­ние. В ядре расположены хромосомы, содержащие молекулы ДНК, в них заключена наследственная информация организма. В цитоп­лазме выделяются тонкие волокнистые структуры — митохондрии, в которых протекают химические реакции, обеспечивающие клетку энергией. Кроме того, там содержатся многие другие структуры, называемые органеллами или органоидами, выполняющие различ­ные функции. Полностью структурная организация живой клетки еще не изучена, так как постоянно обнаруживаются все новые и новые компоненты, и, как стгмечает Н. Хоровиц, конца этому не видно. Имея в виду сложную структуру клетки, Тейяр де Шарден характе­ризует се как «триумф множества, органически собранного в мини­муме пространства»[149]. Необходимость в такой сложной структуре станет понятной, если принять во внимание, что клетка представля ет собой миниатюрную, но прекрасно отлаженную автоматически действующую химическую фабрику, в которой протекают разнооб­разнейшие биохимические реакции. И если внешняя красота при­роды, красота жизни вызывает восхищение, то и внутренняя i армо — ния клет ки поражает.

Вся физиология живых ор1анизмов: переработка и усвоение нищи, процессы дыхания, образование новых клеток и клеточных компонентов, сокращение мышц, передача нервных импульсов и множество других функций — все это связано с химическими пре­вращениями, протекающими в живых клетках[150]. Земная жизнь ос­нована на соединениях углерода. Здесь природа использовала уни­кальную способность атомов углерода образовывать д чинные и ус­тойчивые молекулярные цепи, из которых строятся молекулы слож­ных органических веществ. Именно такие сложные органические молекулы образуют живую клетку. Мир клетки — это мир гигантс­ких молекул Помимо углерода, в их состав входят водород, кисло­род и азот, а также в меньшем количестве фосфор (и сера).

По своим функциям и составу органические вещества живой клет­ки разделяются на четыре основных класса: белки, нуклеиновые кислоты, жиры (линиды) и углеводы (к последним относятся саха­ра, клетчатка и крахмал). Все они, в той или иной степени, участву­ют в построении клеточных структур и, кроме того, выполняют разнообразные функции в процессах жизнедея гельности Углево­ды и жиры служат для организма «топливом», их молекулы явля­ются источником энергии для протекающих в клет ках биохимичес­ких реакций. Белки выполняют очень разнообразные функции. Прежде всего они являются катализаторами всех важнейших хими­ческих реакций, в том числе синтеза самих белков. Такие белки — кагализаторьг называются ферментами. В конечном итоге, они кон­тролируют весь тот сложный комплекс процессов, который харак­теризует жизнедеятельность клетки и благодаря которому она постоянно воспроизводит себя как самосохраняющаяся, устойчи­вая система Помимо этих функций, необходимых для существова­ния самой клетки, у многоклеточных организмов в клетках выраба­тываются белки, которые играют специфическую роль, принимая участие в жизнедеятельности друг их клеток данного орг анизма Так, например, гемоглобин, содержащийся в эритроцитах крови, пере носит кислород от орг анов дыхания к клеткам тканей и участвует в ггереносе углекислого газа к органам дыхания. Белки-гормоны, вы­рабатываемые в клетках эндокринных желез, оказывая целенаправ­ленное влияние на деятельность клеток других органов и тканей, тем самым, участвую т в регуляции всех жизненно важных процес­сов в организме. Иммуноглобулины, содержащиеся в плазме кро­ви, обл гдают защитными свойствами и участвуют в создании имму­нитета организма. Перечисленными примерами функции белков в организме не исчерпываются. Нуклеиновые кислоты хранят и пе­редают генетическую информацию, в которой записана программа функционирования каждой клетки, они управляют" процессом син­теза белков в клетке

По своему строению молекулы живого вещества относятся к по­лимерам, они состоят из чередующихся групп атомов (мономеров), связанных между собой в длинные цепи. Мономеры являются, сво­его рода, строительными блоками этих молекул. К наиболее важ­ным мономерам относятся: аминокислоты, нуклеотиды, сахара и жирные кислоты. Из аминокислот образуются белки, из нуклеоти дов — нуклеиновые кислоты, из Сахаров — углеводы, из жирных кислот — липиды.

Молекула белка состоит из одной или нескольких цепочек ами­нокислот — полипенгидных нигей. В состав одной ниш типичного белка входят сотни аминокислот. Каждый белок отличается от дру­гого набором аминокислот и порядком их расположения в полипеп — гидной цепи. В природе существует мнсжесгво аминокислот, но только 20 из них (не считая редких исключений; участвуют в построении белков для всех живых организмов на Земле. Обычно в каждой бел­ковой молекуле имеются все 20 аминокислот. Почему природа ис­пользовала только 20 аминокислот из множества возможных, остает­ся неизвестным (может быть, для того, чтобы не усложнять генети­ческий код?). Но и этих двадцати различных «кирпичиков» достаточно, чтобы построить великое множество различных белков. Цаже для сравнительно простых молекул, содержащих, скажем, 100 аминокислот, можно построить 20100 различных вариантов, т. е. 20|и0 различных белков! Это невообразимо большое число, намного пре­вышающее полное число атомов в наблюдаемой области Вселенной. Фактически, природа не использует все эти возможности: земные организмы синтезируют не более 100 тыс. типов белковых молекул, но и эта величина характеризует чрезвычайное многообразие белко­вых соединений, входящих в состав живых организмов.

Свойства белков определяются не только их составом, но и стро­ением, структурой белковых молекул. Полипептидпые нити в бел­ковых молекулах свернуты в сложные трехмерные структуры (кон — фоомации), напоминающие спутанный глубок ниток. Специфичес­кие свойс тва белка зависят от характера этой трехмерной структуры. Если разрушить ее, оставив сами аминокислотные цепочки непов­режденными, белок перестает функционировать. Однако такой де­натурированный белок обладает способностью при определенных условиях восстанавливать свою трехмерную структуру. При этом и функции его вновь восстанавливаются. Трехмерная конфигурация белковой молекулы определяется последовательностью аминокис­лот в полипептидной цепи. А эта последовательность кодируется соответствующим геном (см. ниже). Синтез белков в клетках осуще­ствляется с помощью нуклеиновых кислог ДНК и РНК. Чтобы по­нять, как это происходить, рассмотрим строение их молекул.

На рис. 4.2.2. изображена схема молекулы ДНК. Молекула со­стоит из двух нолинуклеотидных нитей, закрученных одна вокруг другой наподобии винтовой лестницы, образуя знаменитую двой­ную спираль молекулярной биологии Нити построены из большого числа нук теотидов. Каждый нуклеотид состоит из сахара дезок — сирибозы (Д), фосфатного остатка (Ф) и од­ного из четырех азотистых оснований: аде — нина (А), гуанина (Г), цитозина (Ц) и тими — на (Т). Поскольку две первые составляющие (Д) и (Ф) у всех нуклеогидов одинаковы, они отличаются друг от друга только азотистыми основаниями. Остов каждой нити образую, чередующиеся блоки (Д) и (Ф). К молекулам сахара (Д) прикреплены азотистые основания, при этом каждое основание одной нити со­единяется со строго определенным основани­ем другой ниш, образуя мосты или перемыч­ки между нитями. Аденин всегда соединяется с тимином (А-Т), а гуанин — с цитозином (Г — Ц). Последовательность расположения нуклеотидов в поличуклеотидной нити или, иными словами, последовательность азотистых оснований (например: ГГТАТТГТЦ…) со­ставляет содержание генетической информа­ции. Генетическая информация кодируется последовательностью нуклеогидов точно так же, как информация, содержащаяся в письменном тексте, кодирует­ся последовательностью букв. Заметим, что последовательность нук­леотидов в одной цепи ДНК полностью определяет их последова­тельность в другой цепи, поскольку азотистое основание каждого типа одной цепи может соединяться только с вполне определенным основанием другой цепи.

Каким же образом последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК кодирует последовательность аминокислот в синтезируемых молекулах белка? Очевидно, каждый отдельный нуклеотид не мо­жет использоваться в качеств" элемента кода, так как имеется всего 4 разных типа нуклеотидов, а число кодируемых аминокислот равно 20. Следовательно, должны использоваться комбинации нуклеоти­дов, отличающиеся типом и порядком расположения входящих в
них азотистых оснований. Если в каждую кодовую группу включить по два нуклсотида, то число возможных комбинаций (из четырех нуклеот идов по два) будет равно 16; этого недостаточно для коди­рования 20 аминокислот. При включении в кодовую группу трех нуклеотидов получим 64 различные комбинации: AAA, ААГ. ААТ, ААЦ, . ЦЦЦ Этого уже вполне достаточно и даже с избытком. Природа использовала именно этот простейший трехзначный код: каждая аминокислота кодируется сочетанием трех последовательно расположенных нуклеотидов, образующих кодон. Так, кодон ГГТ кодирует аминокислоту глицин, АТТ кодирует изолейцин, ГТЦ кодирует валин и т. д. Веет имеется 64 кодона, из них 61 кодон используется для кодирования аминокислот, а три кодона, так на­зываемые «стоп-кодоны», определяют окончание синтеза полипеп — тицнпй цепи. Поскольку число кодонов превышает число амино­кислот, то для кодирования одной аминокислоты могут использо­ваться несколько кодонов (например, глицин кодируется четырьмя кодонами: ГГТ, ГГЦ, ГГА и ГГГ), но при этом каждый кодон все­гда кодирует только одну строго определенную аминокислоту. Пос­ледовательность кодонов, которые кодируют полипептидную цепь какого-то белка, образует ген. Таким образом, каждый ген, пред­ставляющий собой определенный участок молекулы ДНК, соответ­ствует определенной полипептидной цепи. Всего в хоомосомах клет­ки содержатся сотни тысяч генов, при этом типичный ген содержит несколько сотен кодонов. Все живые организмы, все формы жизни на Земле — от чростейшей баюерии до человека — используют оцин и тот же генетический код. Это говорит о единстве и общем происхождении всех форм земной жизни.

Молекула ДНК хранит программу синтеза всех белков, исполь­зуемых живыми организмами, но сама она непосредственно не уча­ствует в синтезе белка. Синтез осуществляется с помощью молекул рибонуклеиновой кислоты РНК. Молекулы РНК по своему строе­нию очень похожи на молекулы ДНК, только в состав их вместо дизоксирибозы входит дру! ой сахар — рибоза, а вместо тимина — другое азотистое основание: урацил. В синтезе белка участвуют три вида РНК: матричная (или информационная), транспортная и ри- босомальная. На первом этапе синтеза белка в ядре клетки вблизи соответ ствующего участка ДНК ст рои тся молекула матричной РНК, последовательность нуклеотидов в которой точно соответствует копируемому участку ДНК (с заменой тимина на урацил). Таким образом, информация, содержащаяся в ДНК, переписывается на молекулу матричной РНК, этот процесс называется транскрипци­ей. Затем начинается второй этап — трансляция, в ходе которого последовательность нуклеотидов матричной РНК переводится в последовательность аминокислот в синтезируемом белке. Эта фаза протекает в рибосомах, являющихся теми «цехами» клеточной фаб­рики, где осуществляется сборка белковых молекул. Поступившая в рибосому матричная РНК входит во взаимодействие с рибосомаль — ной РНК и с ее помощью може г перемещаться относительно рибо­сомы, наподобие магнитной ленты в лентопротяжном механизме. Перемещение происходит дискретными шагами на величину одно­го кодона. В фиксированном положении около места сборки оста­навливается определенный кодон матричной РНК. Сюда прибыва­ют транспортные РНК, каждая из которых несет на себе соответ­ствующую аминокислоту. Та РНК, антикодон которой соответствует кодону матричной РНК, прикрепляется к нему, несомая сю амино­кислота соединяется с концом строящейся полипептидной цепи, после чего транспорт нал РНК отщепляется от матричной и отправ­ляется за новой аминокислотой. Матричная РНК перемещается на один шаг, и к месту сборки подходит другой кодон; к нему при­крепляется новая транспортная РНК вместе с несомой сю амино­кислотой и т. д. Так в клетке реализуется очень тонкий процесс сборки белковых молекул по программе, записанной в ДНК.

Но это еще не все! Ведь в живой клетке синтезируется множество различных белков. Следовательно, полная программа должна со­держать подпрограмму, определяющую порядок работы, когда те или иные гены активизируются в определенной последовательнос­ти. Особенно это относится к многоклеточным организмам, у ко­торых в различных клетках вырабатываются разные белки и, следо вательно, в разных клетках должны быть активированы разные гены. Активация тех или иных генов осуществляе тся с помощью особых фермент ов. Именно ферменты помогаю т спирали ДНК раскрутить ся и определяют, какая часть записанной в ней информации будет передана в РНК. Синтез молекул нуклеиновых кислот, как и синтез белковых молекул, зависит от активности множества ферментов, но сами эти ферменты синтезируются по программам, записанным в ДНК. Следовательно, нуклеиновые кислоты и белки образую г вза­имосвязанную систему, определяющую функционирование живой клетки. Недаром земную жизнь называют белково-нуклеиновой.

Конечно, сами по себе белки и нуклеиновые кислоты еще не образуют живую систему. Для того чтобы клетка могла функцио­нировать, чтобы могли протекать те множества реакций, которые характеризуют метаболизм клетки, процесс ее жизнедеятельности — необходимо иметь, помимо генетического аппарата, исходное сы­рье, растворитель и источник энергии. Исходное сырье доставляет­ся в клетку в процессе питания. Растворителем служит вода, на долю которой приходится подавляющая часть вещества клетки (в теле че­ловека 70% по массе). Поэтому земную жизнь называют также вод­но-углеродной. Источником энергии, как уже говорилось выше, яе Ляются утеводы.

Ушеводы образуются в растительных клетках в процессе фото­синтеза. При этом в качестве сырья используются у1лекислый газ и вода, поступающие в клетку из окружающей срсды Под дейст вием солнечного света из молекул углекислого газа и воды образуется молекула сахара гексозы и молекулы кислорода, которые выделя­ются в окружающую среду:

Бсо2 + бн2о W ) с6н12о6 + 602.

Энергия солнечного света переходит в энергию химических свя­зей образующейся молекулы углевода. Часть образующихся моле­кул гексозы используется в качестве исходного материала для био синтеза других органических соединений в растениях, часть при соединении с кислородом (внутриклеточное дыхание) образует уг­лекислый газ и воду:

С6Н[206 + 607 —» 6С02 + 6Н20 + энергия.

Продукты дыхания (углекислый газ и вода) выводятся из клет­ки, а освобождающаяся энергия, содержавшаяся в химических свя­зях гексозы, используется в протекающих в клетке биохимических реакциях. Таким образом, возникающие в процессе фотосинтеза углеводы являются одновременно и исходным сырьем, и источни­ком энергии для дальнейшего биосинтеза. Так как только часть об­разующихся углеводов расходуется при дыхании, то общее количе сгво кислорода, выделяемое растениями в процессе фотосинтеза, превышает количество кислороде, поглощаемого ими при дыхании. Избыток кислорода используют для своего дыхания животные. В клетки животных организмов и в те клетки растений, которые не участвуют в фотосинтезе, углеводы поступают в процессе питания. Избыток энергии, освобождающейся в клетке, аккумулируется в молекулах липидов и расходуется организмом по мере необходи­мое! и

Существенную роль в жизнедеятельности клетки играют клеточ­ные мембраны. Они не только индивидуализируют клетку, отделяя ее от окружающей среды, не только разделяют внутриклеточные структуры, но благодаря избирательной проницаемости регулиру­ют в клетке концентрацию солей, Сахаров, аминокислот и других продуктов обмена.

Лишь в том случае, когда имеются все необходимые компоненты: исходное сырье, растворитель, источник энергии и управляющая система (генетический аппарат), локализованные во внутренней сре­де, — лишь в этом случае может начать функционировать живая си­стема. При отсутствии одного из компонентов живая система не может быть реализована. Это хорошо иллюстрируется на примере вирусов. Вирусы состоят из нуклеиновых кислот, окруженных бел­ковой оболочкой. Они не могут самостоятельно жить и размно­жаться вне клетки. Только внедрившись в клетку и используя ее ком­поненты, ее внутреннюю среду, имеющееся в ней сырье и источни­ки энергии, вирус получает способность размножаться, копируя собственную структуру, т. е обретает черты живой системы. В це­почке, ведущей от предживого к живому, вирусы представляют со­бой системы, непосредственно примыкающие к живому. Тейяр де Шарден классифицировал их как субживые. Но это еще не жизнь! Жизнь, как уже отмечалось выше, начинается с клетки. Именно клет­ка образует простейшую живую систему, способную функциониро­вать самостоятельно, поддерживая свою внутреннюю структуру, ра­сти, размножаться и эволюционировать.

Возникает допрос: каким образом информация, управляющая жизнедеятельностью клетки, записывается в генах? При образова­нии новых клеток, в процессе клеточного деления, каждая молеку­ла ДНК разделяется на две половины по всей своей длине. Затем каждая половина формирует себе другую половину из имеющихся в окружающей среде молекул нуклеотидов. При этом, в силу взаим­ных связей, присущих азотистым основаниям (А-Е), (Г-П), новые основания присоединяются к старым в той же последовательности, которая была у недостающей половины. Таким образом, каждая половина молекулы ДНК точно воспроизводит вторую половину, так что возникают две двойные спирали, полностью идентичные родительской молекуле. При делении клетки одна из двух образо­вавшихся спиралей переходит к одной дочерней клетке, а другая —- к другой. В результате дочерние клетей получают генетический ап­парат ДНК от родительской клетки, а вместе с ним — программу сборки белковых молекул, позволяющую поддерживать жизнедея­тельность вновь образующихся клегок.

При формировании нового организма из зародыша источни­ком генетической информации является ДНК оплодотворенной яйцеклетки, т. е. в конечном итоге — гены родителей. Зафиксиро­ванная в них программа жизнедеятельное! и клеток копируется и в готовом виде передается по наследству следующему поколению. Это очень важно, ибо, если бы каждому орг анизму приходилось заново строить для себя программу синтеза необходимых ему белков, т. с. выбирать, в какой последовательности надо соединять аминокисло­та, чтобы получить нужные белки, — он не смог бы выжить. Итак, генетическая информация переходит от родителей к потомкам на протяжении многих поколений. Естественно спросить: где же пер­воисточник этой информации, каким образом исходно возник дей­ствующий в живой клетке механизм матричного копирования? Но это уже относится к проблеме происхождения жизни.

Итак, генетическая информация на клеточном уровне состоит из закодированной в ДНК комбинации программ, управляющих синтезом большого числа ферментов и других белковых молекул. Но когда мы рассматриваем организм в целом, содержание генети­Ческой информации этим не исчерпывается. Полная npoi раммг. развития организма из зародыша должна содержать не только про­грамму жизнедеятельности каждой клетки, какие бы функции в организме она не выполняла, но и программу дифференциации клеток, построения различных тканей и органов. Как происходит дифференциация, каким образом строится целый opi анизм — это пока не совсем понятно. Не известно даже, как строится отдельная клетка, ведь одно дело сформировать механизм синтеза белков, а другое дело — сконструировать сложную и тонкую структуру клет­ки с ее многочисленными органеллами. Тем более это относится к многоклеточному организму. Ясно, что программа его построения генетически закодирована, об этом свидетельствует тот факт, что любые изменения в структуре ДНК сказываются на строении орга­низма во всех последующих поколениях. Известно также, что при реализации этой программы важную роль играют ферменты, кото­рые запускают, активизируют или останавливают те или иные про­цессы. Однако полностью механизм формирования организма, при­рода действующих здесь управляющих сигналов остаются неизвест­ными. Это предмет интенсивных биологических исследований. Расшифровав генетический код, наука проникла в одну из сокро­венных тайн живой клетки, но до полного понимания феномена жизни пока еще далеко. Возможно, для этого придется обратиться к внутренней стороне жизни, связанной с более тонкими планами бьпия материи.

Механизм воспроизведения, заложенный в ДНК, не только обес­печивает устойчивость организма, сохранение его структуры на про­тяжении многих поколений, но этот же механизм содержит в себе возможность изменения, развития и, тем самым, создает почву лтя эволюции видов. Как это происходит? Под влиянием внешних фак­торов, например жесткой радиации или различных химических со­единений, могут происходить изменения в структуре ДНК. Такие изменения называются мутациями, Мутации приводят к изменению в последовательности расположения нуклеотидов вдоль цепи ДНК, а следовательно, к изменению последовательности аминокислот в синтезируемой полипептлдной цепи, т. е. к синтезу измененного белка. При действующем механизме передачи наследственной ин­формации с помощью ДНК эти изменения переходят к последую­щим поколениям организмов. Большинство мутапий либо вредны, либо бесполезны для организма, и в процессе естественного отбо­ра они отсеиваются, так как продолжают развитие только те орга­низмы, у которых мутации оказались полезными. Обычно полез­ные мутации проявляв >тся не сразу Мутантные организмы могут длительное время существовать в виде небольшого включения в по­пуляцию. Но когда происходят резкие изменения внешних усло­вий, неблагоприятные для всей популяции, проявляется преимуще­ство мутантных организмов. Этот механизм хорошо иллюстриру­ется на примере распространения новых форм насекомых под влиянием широкого применения токсических веществ Так, у неко­торых насекомых возник мутантный фермент, разрушающий ДДТ. Очеьидно, применение этого препарата приводит к вымира­нию немутантных особей, в результате сохраняется и получает раз­витие мутантная форма, нечувствительная к ДДТ То же самое от­носится к появлению бактерий, устойчивых по отношению к тем или иным антибиотикам.

Подчеркнем некоторые особенности земной жизни. Прежде всего несмотря на чрезвычайное многообразие форм жизни на макроскопическом уровне, — на молекулярном уровне выявляется их полное единство Все живые организмы используют одни и те же 20 аминокислот (из тысячи возможных) для синтеза белковых молекул, у всех организмов этот процесс программируе гея с помо — щыо молекул ДНК, состоящих из одних и тех же четырех видов нуклеотидов, при этом используется универсальный генетический код, устанавливающий соответствие между тройками оснований в молекуле ДНК и аминокислотами в синтезируемой полипептидной цепи. Все многообразие форм живых организмов определяется, в конечном и юге, последовательностью расположения азотистых ос­нований в молекуле ДНК.

Другой важной особенностью является пространственная асим­метрия молекул живог о вещесгва. Дело в том, что некоторые органи­ческие соединения, в том числе аминокислоты, могут существовать в двух формах, отличающихся одна от друг ой ориен тацией огдельных группировок атомов в их молекулах: группировка атомов одной фор­мы является зеркальным отображением соответствующей группиров­ки другой формы. Эти формы получили название «левой» и «пра­вой» Так, существуют «левые» и «правые» аминокислоты. По своим химическим свойствам они совершенно идентичны, но поскольку их невозможно совместить, то при синтезе белков они не мог ут заме­нять друг друга. Если синтез происходит в лаборатории, то все1да в одинаковом количестве присутствуют как «левые», так и «правые» формы. Но белки, входящие в состав живых организмов, относятся только к «левой» форме. Как возникла подобная асимметрия живой субстанции на Земле — этот вопрос остается пока агкрытым. Но как бьг так ни было, всеобщая «левая асимметрия» также свидетельствует о единст ве всех форм земной жизни.

Основная функция живого организма (в отсутствие размноже ния) состоит в поддержании обмена веществ. Кроме того, в орга низме происходит энергетический обмен и обмен информацией между различными подсистемами. Можно сказать, что жизнь есть обмен. В процессе обмена вещество, из которого состоят живые организмы, постоянно обновляется. Одни атомы и молекулы за­меняются другими, но ст рукгура жиього организма, его организа­ция, несмотря на эту замену, сохраняется. Именно структура (а не субстанция) организма оказывается наиболее устойчивой; в этом смысле именно она характеризует живой организм в целом, ег о сущ ность Стоит задуматься над таким вопросом. Атомы, из которых состоит тело человека, не стареют и не болеют. Что же стареет в человеке, если атомы его обновляются полностью в течение семи лет? Если материя сама по себе не болеет и не стареет, значит, «рас­страивается» структура организма — то, что заставляет все эти ато­мы работать согласованно. Структура оказывается важнее субстан ции. Это обстоятельство необходимо учитывать при рассмотрении различных форм жизни в космосе.

Наконец, последнее. Основное направление естественных про­цессов в неживой природе состоит в том, что сложные, упорядо­ченные структуры постепенно разрушаются, беспорядок возраста­ет, системы стремятся перейти в наиболее вероятное состояние мак­симального беспорядка (хаоса). Жизнь, напротив, поддерживает и воспроизводит порядок, создаст сложные упорядоченные структу­ры (строит полимеры из сравнительно простых молекул, постоян­но воспроизводит структуру живой клетки и всего организма). Не­смотря на то, что эти структуры представляют собой чрезвычайно маловероятное состояние вещества, жизнь на Земле на протяжении миллиардов лет сохраняет и воспроизводит эти структуры. Более того, в процессе эволюции жизни создаются все более сложные, более упорядоченные формы. Может быть, именно эта «антиэн­тропийная» функция составляет главное существо жизни. Два про­цесса постоянно сосуществуют в природе: созидание и разрушение. Жизнь олицетворяет созидательную функцию Природы.

4.2.3. Происхождение жизни иа Земле. Чтобы судить о рас­пространенности жизни в Космосе, важно уяснить, как возникла жизнь на Земле. Длительное время господствовали представления о непрерывном самопроизвольном возникновении живых организ­мов из неживой материи — теория самозарождения.

Считалось, что черви, насекомые, жабы и другие существа возника­ют нз грязи и гниющих продуктов, а мыши, например, рождаются из пшеничных зерен. Эти представления, кажущиеся нам сегодня верхом наивности, были основаны на наблюдениях (разумеется, неправильно не толкованных) и просуществовали около 2 тысяч лет, со времен Аристо­теля вплоть до эпохи Возрождения, когда точными опытами (Франческо Рнчи н др.) была доказана нх полная несостоятел1 иость[151].

Вновь эта идея возродилась после открытия микроорганизмов (XVII век; Считалось, что микроорганизмы представляют собой проме жуточное звено между живой и неживой природой и могут самопронэ вольно возникать нз неживого. Специально поставленные опыты с на­греванием питательной среды показали, что уничтоженные при кипяче­нии микроорганизмы через несколько дней возрождались вновь. Обнаружить методическую oi пибку в этих опытах удалось не сразу. Дис­куссия о возможности самозарождения жнзин на уровне мнкрооргаииз — Мов длилась целое столетие. В нее были вовлечены такие крупные уче ные, как Ж JI. Гей Люссак, Г. Гельмгольц, Дж Тиндаль и др. И только блестяще поставленные эксперименты Луи Пастера позволили поста­вить точку в этом вековом споре. Пастер доказал, что причиной, вызы­вающей рост микроорганизмов в стернльиом бульоне, являются те же самые микроорганизмы, переносимые частицами пыли. Тем самым, он показал, что в мире микробов, как и среди высших организмов, любая форма жизни ведет свое происхождение от родительской формы. Тогда как же появились первые организмы на Земле?

Исследование земных пород показывает, что чем дальше про­двигаемся мы в глубь геологической истории, тем более простые организмы встречаются в земных породах. Древнейшие породьг со­держат лишь следьг прост ейших микроорганизмов, а еще более древ­ние породы не несут никаких следов жизни. Значит, жизнь на Зем­ле появилась в какой-то момент ее истории. По всем данным это случилось вскоре после сформирования Земли как самостоятельно­го небесного тела, вероятно, в первые сотни миллионов лет. Как это произошло? Теория биологической эволюции позволяет пред­ставить, как из более простых организмов возникли более слож­ные, но она не даст ответа на вопрос о происхождении жизни. Су­ществует два различных подхода, две точки зрения на эту проблему. Согласно одной из них, жизнь занесена на Землю из Космоса; со­гласно другой, она возникла в процессе химической эволюции на первобытной Земле.

Идея заселения Земли из Космоса возникла под впечатлением крушения теории самозарождения. Поскольку тщательными экспе­риментами было установлено, что мертвая материя, сама по себе, не может превратиться в живую[152], то это наводило на мьгель, что жизнь никогда и нигде не возникает, она существует вечно, наподо­бие материи или энергии. «Зародыши жизни», блуждая в мировом пространстве, время от времени попадаю г на подходящую по усло­виям планету и там они дают начало биологической эволюции. Та­ких взглядов придерживались, в частности, крупнейшие естество­испытатели XIX века Г. Гельмгольц и У. Томсон. «Жизнь порождается только жизнью и ничем, кроме жизни», — говорил У. Томсон[153]. Он считал, что во Вселенной существует множество населенных ми­ров, которые время от времени разрушаются, а их обломки рассеи­ваются в пространстве. Поэтому существует бесчисленное множе­стве» метеоритов, несущих семена жизни. Попадая на подходящие планеты они становятся естественной причиной возникновения на них жизни. Отметим, что спустя почти 100 лет, в 60-х годах XX века, в связи с исследованием углистых хондритов среди специалис­тов разгорелась жаркая дискуссия по поводу обнаружения в них внеземных микроорганизмов.

В начале XX века представления об «опылении» планет из Кос­моса были развиты и тщательно разработаны известным шведским химиком Сванте Аррениусом (1859-1927). Он считал, что споры бактерий могут уноситься с поверхности обитаемой планеты под действием электростатических сил, а затем выталкиваться за преде­лы планетной системы силой светового давления. Блуждая в косми­ческом пространстве, споры могут осесть на поверхность более мас­сивных пылинок. Это дает им возможность при прохождении вблизи какой-то звезды преодолеть ее световое давление и проникнуть во внутренние области планетной системы, где пылинка со спорами может быть захвачена одной из планет. Таким образом, живая мате­рия может переноситься через межзвездное пространство от звезды к звезде, от одной планетной системы к другой. Споры легко пере­носят холод космического пространства, им не страшен и господ­ствующий там вакуум. Свою теорию Аррениус назьал панспермией. На основании этой теории он считал, что все живые существа во Вселенггой должны быть химически родственны.

Теория панспермии опирается на представления о вечности жизни. Во времена Гельмгольца, Томсона и Аррениуса эти пред ставления казались вполне естественными, ибо Вселенная в целом считалась вечной и неизменной. Отдельные миры в ней возникали и разрушались, но сама Вселенная вечно оставалась такой, как она есть, и в ней вечно (на тех или иных мирах) могла существовать жизнь. Однако исходя из современных представлений об эволю­ции горячей Вселенной и ее возникновении из сингулярного со­стояния, жизнь (по крайней мере, в ее молекулярной форме) не могла существовать в ранней Вселенной, когда не было ни атомов, ни молекул. Следовательно, если даже теория панспермии может объяснить происхождение жизни на той или иной планете (на­пример, на Земле), она оставляет открытым вопрос о том, как же первоначально возникла жизнь во Вселенной — на каких-то пер — вомирах, откуда она начала потом свое распространение Ниже мьг еще вернемся к этому вопросу.

Друюя трудность, с которой сталкивается теория панспермии, связана с неблагоприятными факторами космического простран­ства: ультрафиолет (УФ), жесткая (рентгеновская) радиация и кос мические лучи. Во времена Аррениуса эти факторы были плохо известны или неизвестны вовсе. Современные данные показывают, что незащищенные споры вряд ли выдержат путешествие через меж звездное пространство, хотя их приспособительные способности полностью не изучены (например, на Земле были обнаружены бак­терии, выдерживающие дозу радиации в миллион рентген). Наибо­лее опасно, по крайней мере для земных микроорганизмов, ультра фиолетовое излучение. Дж. Гринберг и П Вебер провели экспери­менты, в которых они подвергали споры Bacillus subtilis УФ-облучению в вакууме при температуре подложки 10 К На ос­нове этих экспериментов было найдено, что в условиях межзвезд­ной среды 90 % незащищенных спор должно погибнуть в течение 150 лет. Отмстим, что этого времени вполне достаточно, чтобы оставшиеся 10 % могли покинуть плане гную систему. Кроме того, УФ-излучение легко экранируется, поэтому микроорганизмы мо­гут сохраняться даже на поверхности очень малых частиц космичес кой пыли. Защита спор оболочкой из межзвездных пылинок, как считают Гринберг и Вебер, значительно повышают их шансы на выживание, особенно на наиболее опасном участке подлета к звез де. Но соединение споры с част ицами космической пыли (оседание на эти частицы), согласно Аррениусу, как раз и является необходи­мым условием для преодоления светового давления и проникнове­ния на поверхность «опыляемой» планеты. Поэтому возможность переноса микроорганизмов с помощью метеорных частиц не сле­дует сбрасывать со счета. Выть может, какую то роль в этом процес­се могут сыграть также метеоры и кометные ядра, блуждающие в межзвездном пространстве. Во внутренних частях этих достаточно массивных тел живые организмы надежно защищены и от ионизи­рующей радиации, и от УФ излучения. Основная проблема, по мнению академика А. А. Имшенецкого, состоит в возможности очень длительного сохранения клеток в состоянии глубокого анабиоз? Некоторые косвенные соображения, полагает он, такие как «старе­ние белка», отсутствие абсолютно герметичных оболочек клеток и др., делают подобный анабиоз маловероятным Этот вопрос оста ется пока открытым.

Существуют, однако, данные, указывающие на то, что жизнь не была занесена на Землю из Космоса. Дело в том, что, помимо ос­новных элементов, таких как водород, углерод, азот, фосфор, сера и др., в состав земных организмов входят в совершенно ничтожном количестве так называемые «следовые» элементы: молибден, марга­нец, кремний, фтор, медь, цинк и др. Так вот, концентрация этих следовых элементов в бактериях, грибах, растениях и сухопутных животных тесно коррелирует с их концентрацией в морской воде. По мнению Д. Голдсмита и Т. Оуэна, это указывает на то, что жизнь на нашей планете возникла в земных морях, а не была занесена из Космоса, где относительное содержание следовых элементов могло быть совершенно иным.

Критикуя теорию панспермии, Тейяр де Шарден писал: «Зачем искать какие-то непонятные оплодотворяющие начала для нашей планеты в космическом пространстве? Сама молодая Земля по сво ему первоначальному химическому составу в целом и есть ют чрез­вычайно сложный зародыш, который нам нужен. Если можно так выразиться, Земля несла в себе преджизнь врожденно…»226. Каким же образом из этого зародыша развилась жизнь, как возникла она из неживой (прдцживой; материи? Имея в виду химический состав земной жизни, этот вопрос можно свести к следующему: каким об­разом на Земле возникли сложные органические молекулы и как они смогли сформироваться в живые системы? Изучением этой проблемы и занимается теория химической эволюции.

Прежде всего возникает вопрос: почему живые организмы не образуются из неживой материи в настоящее время’ Один из самых простых доводов состоит в том, что уже развившаяся на Земле жизнь не дает возможность новому зарождению жизни, так как микроор­ганизмы и вирусы, по образному выражению И. С. Шкловского, «буквально съедят первые ростки новой жизни». Фактически, до этого дело не доходит, так как условия на современной Земле ис­ключают возникновение на ней жизни. На это обратил внимание А. И. Опарин (1894-1980) еще в 1924 г.; он указал, что синтезу органических веществ пре. ытствует свободный кислород, имеющийся в избытке в земной атмосфере, поскольку он активно вступает в ре­акцию с углеродными соединениями, окисляя их до углекислого газа. Последующие лабораторные эксперименты подтвердили, что в богатой кислородом среде не могут спотанно возникать хими­ческие соединения, входящие в состав живых организмов. Каковы же были условия на первобытной Земле и в какой мере они способ-

22,1 Тейяр де Шард°.н Указ соч, с. 66-67.

Ствовали происхождению жизни? В этом вопросе нет полной ясно­сти. Существует несколько различных моделей первобытной атмос­феры Земли.

Одна из первых моделей была разработана в 1950-х годах изве­стным американским геохимиком и планетологом Гарольдом Юри (1893-1981). Исходя из общей картины формирования Солнеч­ной системы, он полагал, что состав первичной атмосферы Земли должен соответствовать составу того It рого, т л а н етно го облака, из которого образовалась Солнечная система. Поскольку самым обиль­ным элементом в проюпланетном облаке был водород, то атмос­фера Земли должна была состоять в основном из простейших со­единений водорода с другими наиболее обильными элементами: молекулярного водорода Н2, воляного пара Н20, метана СН4 и аммиака NH3. Такой состав имеют нынешние атмосферы нланет — гш антоь На Земле свободный водород в дальнейшем улетучился в межпланетное пространство, однако в первичной атмосфере он присутс гвовал в большом количестве. Такую атмосферу, содержа­щую большое количеово водорода, называют восстановительной. Представление о восстановительном характере первобытной атмос­феры получило широкое признание. Еще раньше Опарин высказал предположение, что химические реакции в восстановительной ат­мосфере должны были привести к образованию сложных органи­ческих соединений, на основе которых возникли первые живые су­щества.

Чтобы проверить это предположение, Г. Юри и его аспирант С. Миллер поставили свой знаменитый опыт, который положил на­чало экспериментальному исследованию процесса происхождения жизни. В колбе воды над столом они поместили смесь газов, соот­ветствующую составу первичной атмосферы: Н2, Н20, СН4, NH3; через эту смесь пропускался электрический разряд, который слу­жил источником энергии. Через несколько дней в колбе с водой были найдены органические вещества. Химический анализ смеси дал волнующий результат — среди продуктов реакции оказались био­логически важные соединения, в том числе четыре аминокислоты, входящие в состав белков — глицин, аланин, аспаргиновая и глутами — новая кислота. В дальнейшем анало1 ичные эксперименты были про­ведены многими другими исследова. елями. Использовались различ­ные источники энергии: УФ излучение, ударные волны, радиоак­тивный распад. Во всех случаях возникали биологически активные соединения, включая аминокислоты. При использовании в каче — ствс ис гочника энергии УФ-излучения наибольший выход амино­кислот был получен, когда в смесь., предложенную Юр и, добавляли сероводород (H2S). В этих экспериментах были получены также про­стейшие жирные кислоты: уксусная, муравьиная и пропионова!. Важнейшими промежуточными продуктами синтеза являются циа­нистый водород (HCN) и формальдегид (НСНО). В серии после­дующих реакций цианистый водород образует азотистые основа­ния, а формальдегид — сахара. Таким путем были сит езированы четыре основания РНК (аденин, гуанин, цитозин, урацил) и раз­личные сахара, включая рибозу, которая входит в состав РНК; од­нако до сих пор не удалось синтезировать тимин, входящий в состав молекулы ДНК вместо урацила.

Эти успехи в какой то мере были поколеблены, когда появились новые данные о составе первичной атмосферы. Основанием для пересмотра модели Юри послужило исследование распространен­ности инертных газов: неона, аргона, криптона и ксенона. Оказа­лось, что относительное обилие этих газов (по отношению к дру­гим элементам) на Земле в миллионы раз меньше, чем на Солнце. Поскольку они не вступают ни в какие соединения и достаточно тяжелы для того, чтобы улетучиться из земной атмосферы (крип тон и ксеьон, например, тяжелее железа), то их обилие на Земле сейчас должно соответствовать их обилию в протопланетном обла­ке — если бы первичная атмосфера Земли сформировалась из него. Но так как этого нет, так как обилие благородных газов намного меньше, то ясно, что земная атмосфера не могла быть «захвачена», не могла образоваться непосредственно из протопланетног о облака.

О л на из альтернативных моделей исходит из того, что первич­ная атмосфера образовалась из твердого вещества, богатого летучи­ми элементами (водород, кислород, углерод, азот), которые при­сутствовали в нем в связанном виде, в составе молекул, содержащих эти элементы. По своему составу такое вещество напоминает веще­ство некоторых метеоритов и комет, еще сегодня существующих в Солнечной системе. При формировании Земли, на заключитель­ной стадии ее образования, частицы вещества, богатого летучими элементами, сталкиваясь с Землей и нагреваясь при соударении, те­ряли летучие элементы. Так могла образоваться слабо восстанови­тельная атмосфера, содержащая войной пар (Н20), азот (N2), окись углерода (СО) и углекислый газ (С02), а также небольшое количе­ство водорода Н2. Геологические данные свидетельствуют в пользу такой слабо восстановителт ной первичной атмосферы.

Наконец, еще одна модель исходит из того, что Земля сформи ровалась, вообще, без всякой атмосферы только из твердых матери алов. Атмосфера возникла позднее, вследствие дегазации, т. е. вы­деления газов из земной коры, разогретой за счет распада коротко живущих радиоактивных изотопов. Этот процесс должен был при­вести к формированию такого же состава атмосферы, как и в пре­дыдущей модели: Н20, N2, СО, С02. Что касается водорода, то земное тяготение не в силах удержать его и он со временем улетучи­вается из атмосферы.

Новые модели первичной атмосферы не закрывают пугь к синте­зу органических соединений Эксперименты показали, что и в слабо восстановительной атмосфере, содержащей мало свободного водо­рода, также могут возникать сложные орг анические молекулы. В не­которых экспериментах водород, вообще, не включали в смесь газов. В одном из таких экспериментов было получено 12 аминокислот (из тех 20-ти, что входят в состав белковых молекул). Таким образом, многочисленные эксперименты но абиогенному синтезу продемон­стрировали возможность образования основньгх классов биологи­чески важных соединений — мономеров, которые служат строитель — ньгми блоками для пост роения более сложных молекул (гголимеров). При этом, как выяснилось, совершенно не обязательно, чтобы про­цесс проходил в чрезвьгчайно бог атой водородом (сильно восстано­вительной) среде, которая соответствует опытам Миллера-Юри. До­статочна и слабо восстановительная атмосфера, лишь бьг она не была окислительной. То есть наиболее существенное требование состоит в отсу. сгвие свободного кислорода в атмосфере. В богатой кислоро­дом атмосфере не могут самопроизвольно синтезироваться органи­ческие соединения, входящие в сосгдв живых организмов. Впрочем, существуют, по крайней мере, два источника органических соедине­ний, которые не зависят от состава атмосферы.

Один из них был указан советским биофизиком Л. М. Мухи­ным — это подводные вулканы. Они поставляют одновременно и исходное сырье, и энергию, необходимую цля синтеза органичес­ких соединений. В зоне действия подводного вулкана выделяется большое количество таких газов, как: СО, СН4, NHS, С02, Н20, Н2, H2S и др. Реакции, ггроходящие между ними в условиях высо­ких температур и давлений, приводят к образованию цианистого водорода и формальдегида, которые являются предшественниками биологически важных органических веществ (мономеров). Образу ющиеся в процессе извержения твердые частицы могут высгупап> в роли катализаторов, а в дальнейшем они способствуют полимери­зации образующихся органических соединений (см. ниже). Действу­ющий в районе подводных вулканов механизм образования слож­ных соединений не зависит от состава атмосферы.

Еще один не зависящий от атмосферы источник возвращает нас в Космос — это кометы и метеоры. В составе комет имеются про­стейшие углеродные соединения, такие как СН, CN, СО, С02, а также вода, аммиак, цианистый водород, т. е. как раз те вещества, которые являются исходными для синтеза более сложных органи­ческих соединений. При столкновении кометных ядер с первобыт­ной Землей эти вещесгва могли поступать в атмосферу и на поверх­ность, 0601 ащая их первичными органическими соединениями. Не исключено, что в составе комет есть и более сложные соединения, включая аминокислоты. В. Г. Фесенков рассматривал столкновения Земли с кометами, как один из важнейших источников поступления органических соединений. К сожалению, его работы в то время (1950-1960-е годы) не привлекли должного внимания. Но спустя несколько десятилетий этот механизм стал активно изучаться мно­гими исследователями. По оценкам Дж. Гринберга и В. Схутте (1984 г.), ядро массивной кометы, столкнувшись с Землей, может внести на се поверхность такое количество органической материи, которое по порядку величины сравнимо со всей нынешней земной биомассой. Это могло бы (отмечают они) вызвать вспышку хими­ческой активности и послужить толчком к зарождению жизни.

Среди метеоритов наибольший интерес, применительно к об­суждаемой проблеме, представляют так называемые углистые хонд — риты. Это класс каменных метеоритов, отличающихся повышенным содержанием углерода. Еще в первой половине XIX века в составе углистых хондритов были обнаружены органические вещества. При­рода их длительное время оставалась неизвестной, так как всегда очень трудно отделить органические соединения, входящие в состав самого метеорита, от «загрязнений», приобретенных при его по­лете в атмосфере, ударе о поверхность и, наконец, при сборе образ­цов метеорита. Поэтому сообщениям об обнаружении органичес­ких соединений в метеоритах обычно не придавалось большого значения. Интерес к этой проблеме возрос после того, как в 1960 г. Мелвин Кальвин и Сьюзен Вон доложили об обнаружении в метео­рите Мюррей (упавшем в 1950 г. в штате Кентукки, США) доволь­но сложных органических соединений — высокомолекулярных па­рафиновых углеводородов, похожих по составу на нефть а также вещества, напоминающего цитозин. Эта работа вызвала очень жар­кую дискуссию. В 1961 г. цругая группа американских ученых ис­следовала метеорит Оргейль (упавший во Франции в 1868 г.), в ко­тором ранее было обнаружено вещество, похожее на углеводороды. Они подтвердили этот результат и показали, что некоторые углево­дороды содержат цепочки из 29 атомов. Несмотря на то, что сами исследователи исключали возможность «загрязнения» земными образцами, вопрос оставался открытым.

Проблему удалось решить лишь после того, как в 1970-х годах был исследован с применением более совершенных аналитических методов метеорит Мерчисон, упавший в Австралии в 1969 г. В со­ставе этого метеорита было обнаружено 16 аминокислот; из них только 5 относятся к числу тех, из которых конструируются белко­вые молекулы, а остальные 11 относятся к тем аминокислотам, ко­торые не входят в состав живых организмов на Земле. Впоследствии число обнаруженных аминокислот было доведено до 50 и оказа­лось, что только 8 из них входят в состав белковых молекул. Далее, как показал анализ, в метеорите Мерчисон в одинаковом количе­стве встречаются и левые, и правые молекулы. Все это указывает на небиологическое (а значит, внеземное) происхождение аминокис­лот в метеорите Мерчисон. В нем были найдены также азотистые основания: аденин, гуанин, урацил и другие углеродные соедине­ния. Исследование изотопного состава показало, что отношение изотопов углерода |2С и |3С отличается от их отношения в земных организмах, что также свидетельствует о внеземном происхождении углеродных соединений в этом метеорите. Впоследствии аминокис­лоты были обнаружены также в метеорите Мюррей. Кроме того, в углистых хондритах были найдены жирные кислоты и другие био­логически важные молекулы.

Таким образом, дискуссия об ор1анических соединениях в ме­теоритах (очень острая в первые годы становления проблемы SETI) завершилась признанием их абиогенного, внеземного происхож­дения. Однако к моменту, когда это было установлено, острота проблемы уже спала. Это связано с обнаружением методами ра­диоастрономии органических молекул в межзвездных газопыле — вых облаках (см. п. 2.1.4); среди них: аммиак, цианистый водо­род, формальдегид, ацетальдегид, цианоацетилен и вода, т. с. тс молекулы, которые в лабораторных опытах по моделированию химической эволюции рассматриваются как предшественники ами­нокислот, нуклеотидов и углеводов. Эти Oticdi тгия, в сочетании с обнаружением органических веществ в кометах и метеоритах, сви­детельствуют о том, что повсюду во Вселенной (по крайней мерс, в нашей Галактике) в широких масштабах происходит синтез био­логически важных соединений, в том числе основных мономеров генетической системы. Как подчеркивает Н. Хоровиц, этот про­цесс представляет собой явление космического масштаба. Поэто­му не исключено, что органические соединения (по крайней мере, часть из них), которые легли в основу первых живых организмов, имели внеземное происхождение. Вещество метеоритов и комет, падавших на первобытную Землю, могло послужить источником органических молекул и, тем самым, ускорить процесс химичес­кой эволюции на Земле Так или иначе, но образование основных строительных блоков биохимии, в свете современных данных, не представляет собой серьезную проблему. Но это лишь первый uiai на пути к жизни. Следующий шаг должен состоять в полимериза­ции — образовании полимеров, молекулы которых входят в со­став живой клетки.

Этот процесс, по видимому, протекал в первобытном океане, который представлял собой довольно насыщенный раствор орга нических соединений (первичный бульон), а также в более мелких водоемах. Но как это происходило? При синтезе полимеров на каж­дом этапе к растущей цепи присоединяется очередной мономер. При этом потребляется определенная энергия и выделяется моле­кула воды. В живой клетке специально вырабатываются богатые энергией молекулы, и, кроме того, весь процесс протекает под кон­тролем соответствующих белков-ферментов, которые не только ус­коряют реакции, но и устраняют ненужные молекулы В «первич­ном бульоне» отсутствовали ферменты, под действием которых могли синтезироваться нуклеиновые кислоты, и отсутствовали эти кислоты, которые управляют синтезом белков ферментов. При этом необходимые для синтеза молекулы составляли только часть (и ве­роятно, не очень значительную) общего количества растворенных органических соединений. Как при этих условиях могли образо­ваться первые полимеры — остается не ясным.

Как ни странно, важную роль в этом процессе могла сыграть обыкновенная г лина, имеющаяся у берегов и на дне водоемов. Ча­стицы глины обладают высокой абсорбционной способностью, что позволяет, с одной стороны, увеличивать концентрацию оседаю­щих на них органических соединений, а с др5 той, — удалять лиш­ние молекулы, в том числе образующиеся прч полимеризации мо­лекулы воды. Кроме того, структура атомных решеток в глинистых минералах могла бы послужип> в качества матриц д, тя упорядоче­ния органических молекул Действительно, эксперимент ы показа­ли, что некоторые глинистые минералы способствуют полимериза­ции, помогая высграивап> в цепочки отдельные мономеры. И все же образование полимеров в первобытных водоемах остается пока одной из величайших загадок.

Следующая проблема — образование внутренней среды живой клетки. Если в растворе каким-то образом сформировались орга­нические полимеры, то при достаточно высокой концентрации они, как показывают исследования, будут объединяться в крупные молекулярные агрегаты, насчитывающие сотни тысяч молекул. Такие агрегаты выделяются из раствора в виде коацерватных ка­пель. При наличии подходящих молекул коацерватные капли ок­ружаются мемЬраной. В результате образования коацерватных ка­пель в первобытном океане в них могли сконцентрироваться по­чти все присутствующие в океане белковые молскуло1 и другие полимеры, а в окружающей среде остаться только сравнительно простые низкомолекулярные соединения. По мнению академика А И. Опарина, коацерватные капли могли послужить прообра­зом живой клетки. Внутри таких капель протекают простые хими ческие реакции. При этом они обладают способностью улавли­вать и впитывать необходимые вещества из окружающего их низ­комолекулярного раствора. В этой способности Опарин видит зачатки обмена веществ, характерного для живой клетей. Возмож­но, образование коацерватных капель, действительно, сыграло оп­ределенную роль на пути формирования жизни, и все-таки коа- церватная капля — это еще не клетка с ее очень тонкой структурой и организацией. Чтобы из коацервагной капли сформировать клет ку. в нее, образно говоря, надо вдохнуть душу. Прежде всего надо создать и поместить внутри клаки прекрасно отлаженный меха­низм наследст венности. Каким образом появился этот механизм — остается совершенно неясным Если бы даже каким-то чудом в первобытном океане возникла настоящая молекула ДНК, вполне подобная современной, она была бы совершенно беспомощна; ведь, как мы уже не раз отмечали, молекула ДНК функционирует лишь при наличии белков-ферментов. Мы уже не говорим о необ­ходимости иметь в дополнение к ДНК несколько видов РНК и такие клеточные структуры, как рибосомы. Возникновение меха­низма наследственности, по-видимому, является центральной про­блемой происхождения жизни на Земле.

И. С. Шкловский выделяет в этом процессе следующие этапы:

1) эголюция малых молекул (образование мономеров);

2) образование полимеров;

3) возникновение каталитических функций;

4) самосборка. молекулы;

5) возникновение мембран и доклеточная организация,

6) возникновение механизма наследственности;

7) возникновение живой клетки.

В настоящее время мы достаточно ясно представляем себе толь­ко первый этап и в какой-то мерс приблизились к пониманию вто­рого. Все остальное остается совершенно неясным. Несмотря на казалось бы большие успехи, нау ка все еще очень далека от понима­ния процесса происхождения жизни. Складывается впечатление, что чем больше мы узнаем о гайнах живой клетки, тем меньше понима­ем, как могло возникнуть это чудо природы Крупнейший россий ский ученый академик Б. И. Вернадский подчеркивал, что отсут­ствие перехода от неживого вещест ва к живому — это не гипотеза и не теоретическое построение, а обобщение, основанное на эмпи рических данных. Он считал, что жизнь во Вселенной существует вечно и привнесена на Землю из Космоса.

В последнее время под влиянием отмеченных трудностей инте­рес к панспермии возрождается вновь. При этом, наряду с анали­зом классическо1 о варианта теории, предложенного Аррениусом, была выдвинута идея о направленной панспермии, согласно кото рой жизнь занесена на Землю нз Космоса, но не случайно, а в ре­зультате сознательной деятельности высокоразвитых внеземных ци­вилизаций. Наиболее полно эта идея была обоснована Ф. Криком и Л. Оргелом в 1973 г., хотя и раньше подобные мысли высказыва­лись другими учеными, например, Дж Холдейном, а еще раньше К. Э. Циолковским[154]. В отличие от своих предшественников, ко­торые исходили из общих умозрительных соображений. Крик и Оргел пытались обосновать гипотезу панспермии с биологических позиций. Одним из важнейших аргументов в пользу направленной панспермии они считают универсальность генетического кода Ведь в условиях спонтанною возникновения жизни путем химической эволюции множества молекул можно ожидать образования opi аниз — мов с различными системами генетического кода. Между тем, изве­стно (мы уже упоминали об этом), что все живые организмы на Земле — от бактерий до человека — используют один и тог же уни­версальный генетический код.

Выше отмечалось, что данные о концентрации следовых элемен­тов в живых организмах как будто указывают на то, что жизнь воз­никла на самой Земле (хотя мы и не знаем, как это произошло). Возможно, направленная панспермия, если она действительно име — е L месго, осущ хтвляется на уровне пр щжизни, т. с. переносится лишь управляющая программа, а для построения «тела» клетки использу­ются те элементы, которые имеются в окружаюшей среде. Это мог­ло бы объяснить корреляцию содержания следовых элементов в живых opi анизмах и в морской воде.

Более важным для теории панспермии является вопрос: как воз­никла жизнь в тех мирах, откуда она начала свои распространение? Как первоначально возникла жизнь во Вселенной? Это вновь воз­вращает нас к проблеме вечности жизни. Несомненно, жизнь, в той или иной конкретной форме, возникает на определенном этапе эволюции Вселенной и существует в течение определенного огра­ниченного времени. Но формы жизни мо1ут сменять друг друга, эголюционируя вместе с развитием Вселенной в бесконечных цик лах ее расширения и сжатия. Когда очередная вселенная возникает из вакуумной пены, в ее зародыше, возможно, уже содержится про — фамма се дальнейшего развития, включая и образование жизни. В течение какого-то времени она существует в потенциальном виде, на уровне преджизни, а затем (подобно зерну, попавшему в благопри­ятную почву и завершившему подготовительный период) «прорас­тает» к активной форме. Каг это происходит, как совершается пере­ход от преджизни к жизни — мы пока, к сожалению, не знаем.

4.2.4. Химия и физика чужой жизни. До сих нор речь шла о жизни на Земле. Теперь, опираясь на данные о земной жизни, мы должны обсудить вопрос о возможных формах жизни в Космосе. Этот вопрос имеет две стороны: физические основы и химические формы жизни. Жизнь на Земле построена на молекулярной осно­ве. Можно думать, что жизнь за ее пределами, по крайней мере оп­ределенный тип внеземной жизни, также имеет молекулярную при роду. Остановимся прежде всего на молекулярной жизни Хими­ческий состав и строение молекул, лежащих в основании чужой жизни, вообще говоря, может отличаться от земных. Следователь­но, можно говорить о различных формах молекулярной жизни, о различной химии жизни.

Живые существа на Земле на 95 % состоят из водорода, кислоро­да, углерода и азога. Но это (не считая гелия) как раз самые распро­страненные элементы во Вселенной[155] Поэтому весьма вероятно, что они входят также и в состав внеземных организмов. Если это гак, то внеземная жизнь, как и жизнь на Земле, будет основана на углеродных соединениях. Именно углерод в этом случае составит основу (каркас) внеземной жизни. В пользу такого заключения го­ворит и обилие органических соединений в межзвездной среде, в том числе достаточно сложных соединений. Вряд ли это обстоя­тельство является случайным, и готовые биохимические блоки не находят себе дальнейшего применения. Можно думать, что в опре­деленных условиях, на определенном этапе, действительно, возни­кает жизнь, основанная на углеродных соединениях. Но это, ко­нечно, не означает, что живая материя всюду состоит точно из та­ких же молекул, как на Земле. Прежде всего для построения внеземных белков могут использоваться другие аминокислоты, от­личные от тех 20 и аминокислот, которые входят в состав земных организмов. Генетические системы внеземной жизни также не обя­зательно должны быть химически идентичны нашим. Возможно, что в состав внеземных организмов не входят известные нам белки, ДНК и РНК. Но в таком случае там должны быть молекулы, вы­полняющие аналогичные функции.

Следующий вопрос связан с природой растворителя. Земная жизнь в качестве растворителя использует воду. Это сразу определя­ет температурный диапазон земной жизни: от 0 до 100 °С. Воз­можны ли другие типы растворителя? Надо сказать, что вода — это уникальное вещество, обладающее очень ценными свойствами. Прежде всего она прекрасно растворяет разнообразные органи­ческие соединения. Далее, вода обладает высокой теплоемкостью и высокой теплотой парообразования. Это позволяет, с одной сто­роны, сглаживать резкие изменения внешней температуры окружа­ющей среды, а с другой, — регулировать внутреннюю температуру организма путем отвода тепла, выделяемого вну три клетки, за счет испарения небольшого количества водьг. Имеет значение и высокое повеохностное натяжение воды: в живой клетке оно способствует концентрации твердых веществ вблизи мембраны. Этим уникаль­ные свойства воды не исчерпываются. Тем не менее она не является единственно возможным растворителем.

Хорошо растворяет органические вещества также аммиак, кото­рый и по другим свойствам приближает :я к воде. По составу органи­ческие соединения, растворимые в аммиаке, отличаются от привыч­ных нам «водноуглеродных». Чтобы установить соот ветствие между ними, надо заменить в обычных органических соединениях кисло­род на аминовую группу NH, а гидроксильную группу ОН заменим, на амин NH2. Так, эт иловому спирту С2НчОН буде т соответствовать соединение C2H5NH2. Таким способом можно построить аналоги обычных аминокислот и аналоги состоящих из них белковых соеди нений. Так же могут бьпь построены аналоги ДНК и РНК с их ко­дом наследственности. Если такие аммиачные организмы существу­ют, то процессы метаболизма в них отличаются от метаболизма зем­ной жизни. Земные организмы пьют воду и дышат кислородом, а «аммиачные» организмы пыот аммиак и дышат азотом При нор­мальном давлении аммиак сохраняется в жидком состоянии в интер­вале температур от -70 °Сдо-33 °С. Следовательно, аммиачная жизнь можеч существовать только при очень низкой температуре. В Солнеч­ной системе подобные условия могут иметь место в атмосферах пла — нет-гигантов, где имеется и достаточное количество аммиака. В на­стоящее время нет никаких данных о существовании аммиачной жиз­ни, но принципиально такая возможность существует.

Кроме аммиака и воды в качестве возможных раст ворителей рас­сматривались метиловый спирт, фтористоводородная кислота (HF) и цианистый водород. Считается, что использование их в качестве растворителя маловероятно, но полностью исключить такую воз­можность мы не можем. Отметим, что метиловый спирт сохраняет­ся в жидкой фазе при весьма широком диапазоне температур — от -94 °С до + 65 °С, что соответственно расширяет возможности «ме- тилово-углеродгюй» жизни

До сих пор речь шла о различных формах углеродной жизни. Но нельзя ли еще больше расширить ее возможности (и диапазон условий существования) за счет перехода к неу1леродным формам? Конечно, использование углерода в качестве основного элемента жизненно важных молекул является не случайным. Выше мы уже говорили о тех свойствах углерода, которые используются при по­строении биохимических соединений. Благодаря своим химичес­ким свойствам (наличию сильных ковалентных связей) углерод спо — собсн образовывать длинные молекулярные цепи, создавая практи­чески неисчислимое множество сложных и вместе с тем стабильных молекул. Более того, поскольку ковалеитные связи имеют простран­ственную ориентацию, углеродные цепи формируются в пцантс — кие трехмерные структуры, которые характерны для активной фазы жизненно важных молекул. Атомы углерода образуют «несущий каркас» (скелет) эти) прос гранственных конструкций. Существуют ли другие элементы с подобными свойствами?

Ближайшим к углероду четырехвалентным элементом является кремний. В периодической системе элементов Менделеева он рас­положен в одной группе с углеродом, непосредственно под ним. Обилие кремния во Вселенной меньше, чем углерода, но все же он достаточно распространенный элемент; на Земле, например, его много больше, чем углерода. Можно ли на основе кремния постро­ил длинные молекулярные цепи? Связь между атомами кремния приблизительно вдвое слабее, чем между атомами углерода. Но глав­ное не в этом; главное в том, что связь кремний-кремний много слабее связи кремний-кислород и кремний-водород. Поэтому длин­ные цепочки, основанные на структуре —Si—Si—Si—, создать сложно. Но эта трудность не является непреодолимой. Оказалось, что мож­но создать кремниевые полимеры на основе кремний-кислоро тных связей, т. с. на основе цепочки: — oi-O-S — О-, где атомы кремния чередуются с атомами кислорода. Такие полимеры (силоксаны) ста­бильны и могли бы послужить основой «кремний органической» жизни.

В условиях относительно низких температур, которые господ­ствуют на поверхностях планет, кремний органическая жизни не мо­жет возникнуть. Этому препятствует чрезвычайно сильное сродство кремния к кислороду. При температуре меньше 1000 К даже в очень богатой водородом восстановительной атмосфере кремний вместо того, чтобы соединиться с водородом и образовать силан SiH4 (ана­логичный метану в химии углеродных соединений), соединяе гея с кислородом, присутствующим пусть в самом ничтожном количестве, и образует двуокись кремния Si02. Однако при высокой температу­ре, больше 1000 К, простейшие кремний-органические соединения, такие как силан, все же образуются. Наряду с другими кремний- водородными соединениями они могут стать исходным материа­лом для образования более сложных кремний-органических моле­кул. Следовательно, жизнь на основе кремния может возникнуть только в условиях высоких температур, которые имеют место в ат­мосферах звезд или в недрах планет. В связи с этим невольно возни­кает вопрос: может быть, не так уж не правы были те ученые, кото­рые допускали возможнос. ь существования жизни на Солнце? Ко­нечно, с нашей обычной точки зрения, это совершенно экзотичес­кие формы жизни.

Большинство специалистов все же скептически относятся к воз­можности существования жизни на кремниевой основе, полагая, что жизнь может бьгть построена только на основе углеродных соедине­ний. Выступая на советско-американской конференции CETI в 1971 г., К. Саган назвал эту точку зрения «углеродным шовинизмом».

По его мнению, основанием для такой точки зрения является лишь то обстоятельство, что ее приверженцы сами состоят из угле­рода. Саган призвал к свободному от антропофорфизма непреду­бежденному обсуждению проблемы. Надо признать, что психоло­гически это довольно трудно, ибо мы склонны абсолютизировать известные нам вещи. На основе имеющихся на сегодня данных мож­но заключить, что знакомая нам водно-углеродная жизнь, к кото­рой принадлежим мы сами, по-видимому, является достаточно ти­пичной и должна возникать во всех случаях при наличии условий, близких к тем, которые имели место на первобытной Земле. В то же время в других условиях могут существовать иные формы угле­родной жизни, с использованием других веществ в качестве раство­рителей (например, упомянутая выше аммиачная жизнь). И наконец, нельзя исключить существования не углеродной жизни, хотя здесь нет, по-видимому, безграничного разнообразия возможностей.

Впрочем, и в рамках углеродной жизни можно встретит ься с со­вершенно необычными формами. На одну такую возможность, свя занную со сверхпроводимостью, указал В. Л. Гинзбург. Высокотем пературная сверхпроводимость наиболее легко достигается для слои­стых и нитевидных соединений. Но именно такие структуры лежат в основании живьгх систем. Поэтому можно допустить, что на каких — то других планетах в состав живых организмов входят сверхпроводя­щие вещества, созданные в процессе эволюции. Можно представить, какими необычными свойсч вами обладала бы такая жизнь!

Обратимся теперь к физическим основам жизни. Мы рассмот­рели жизнь на молекулярной основе. Является ли это единственной возможностью? Извесгньгй английский астрофизик Ф. Хойл в сво­ем замечательном романе «Черное облако» описал смешанный тип жизни, в котором используются как химические, так и электромаг­нитные процессы.

Облако представляет собой систему размером с орбиту Венеры и с массой, равной приблизительно массе Юпитера. Оно состоит из обыч иого вещества (газа и пыли) и свободно перемещается в межзвездном пространстве, время от времени приближаясь к какой-либо звезде для подзарядки энергией. Эта энергия используется, в частности, для синтеза необходимых Облаку молекул, из которых строятся его управляющие и информационные системы, мозг Облака. Передача информации внутри Облака осуществляется не посредством химических процессов, как в случае земной жизни, а непосредственно с помощью электромагнитных волн. Это дает ряд преимуществ, прежде всего в скорости и объеме пе­редаваемой информации, и позволяет сформировать единый сверхорга низм таких гигантских размеров Несомненно, Хойл использовал жанр фантастического произведения, чтобы выразить свои мысли о возмож­ных формах внеземной жизни и ее отличии от жизни земной. В романе содержится много остроумных и поучительных соображений на эту тему, но мы на них останавливаться не можем. Отметим, что такие гигантские системы позволяют преодолеть еще один внд «шовинизма» в представле­ниях о внеземной жизни, так называемый «планетный шовиинзм», т е. убеждение в том, что жизнь во Вселенной может развиваться только на планетах. Одновременно преодолевается и стереотип жизни, для кото­рой обязательно необходима жидкая внутренняя среда

Химические процессы основаны на электромагнитном взаимо­действии. С этой точки зрения Черное облако и земная жизнь от­носятся к одному типу. Более радикальные отличия связаны с пере­ходом к типам жизни, основанным на друг их видах взаимодействий: сильных и гравитационных. Разумеется, все соображения в этой области относятся к чисто умозрительной сфере, но они представ­ляют интерес, так как позво шют осознать круг проблем, с которы­ми мы можем встретиться при изучении внеземной жизни.

Идея о возможности существования жизни на уровне элементар­ных частиц была высказана Дж Коккони — одним из тех ученых, кто находился у истоков становления проблемы SETI (см. гл. 1). Оценивая ее, академик В Л Гинзбург отмечал: «Вряд ли такую идею можно счесть абсурдной, поскольку известно около двух сотен сор­тов таких частиц. Это значительно больше, чем основных "кирпи­чиков", из которых построено обычное вещество. Поэтому в прин­ципе не исключена возможность появления или создания достаточ­но сложной и даже "живой" системы из элементарных частиц.

224 Гинзбург В. Л Выступление на советски американской коиференнии CETI, Бюраклн, сстг. ябрь 1971/ Проблема CETI (связь с внеземными ц-.лилизациями) —- М.: Мир, 1975 С. 176.

Разумеется, это пока лишь чистая спекуляция, фантазия, но не лже­наука»229. В каких условиях может возникнуть подобная форма жиз­ни? Ф. Дрейк укачал, чго подходящим местом могли бы оказаться внешние слои нейтронной звезды. В 1975 г. французский астро­физик Ж. Шнейдер проанализировал возможность «ядерной жиз­ни» на нейтронных звездах, Этот вопрос обсуждаегся гакжс в нео­днократно упомянутой нами книге Д. Голдсмита и Т. Оуэна «По­иски жизни во Вселенной».

Температура на поверхности нейтронной звезды сост авляет 106 К, а сила тяжести в 1012 раз превышает силу тяжести на поверхности Земли. В таких условиях ни одна молекула, пи один атом не могут существовать. Это мир элементарных частиц, которые мечутся со скоростями порядка 1000 км/с, сталкиваясь и взаимодействуя друг с другом. При таких взаимодействиях могут возникать ядра, насчи­тывающие десятка тысяч элементарных частиц, которые по слож­ности можно рассматривать как аналоги живей клетки или, по край­ней мере, аналоги макромолекул, лежащих в основании химичес­кой жизни. Время жизни подобных ядер порядка 10~15 с. По нашим земным меркам, это время ничтожно мало, но надо иметь в вилу, что временной масштаб ядерной жизни совершенно несоизмерим с на­шим временным масштабом. В основе земной жизни лежат химичес­кие реакции, характерная длительность связанных с ними жизнен­ных процессов составляет -10-3 с. Характерное время для процессов «ядерной жизни» ~ Ю-21 с (время, в течение которого нуклон на поверхности нейтронной звезды проходит расстояние, равное свое­му размеру). Отношение характерных времен составляет 1018. Это и есть тот масштабно-временной фактор, на который процессы «ядер­ной жизни» отличаются oi нашей молекулярной жизни. Таким об­разом, времени существования «живых ядер» (Ю-15 с) соответствует 103 с для молекулярной жизни. А это как раз равно по порядку величины минимальной продолжительности поколений у земных организмов. Длительность биологической эволюции на Земле со­ставляет ~ 1017 с, соответствующее время эволюции «ядерной жиз­ни» ~ 10"’ с. Если пришпт> характерное время жизни земной циви — п:зации 104 лет, то соответствующее время для цивилизации на ней­тронной звезде состаьиг 3 • Ю-7 с.

Предположим, что эти цивилизации используют для связи электро­магнитные волны. Можно с уверенност »ю утверждать, что они не оста­новятся ни на радиоволнах, ни на волнах видимого света, ибо в их мает табе времени световые колебания (не говоря уже о радиоволнах) имеют слишком низкую частоту. Вероятней всего они будут использовать гам­ма кванты, ьозннкающие при взаимодействии между элементарными ча­стицами на поверхности нейтронной звезды. Частота гамма-квантов со­ответствует временному масштабу «ядерной жизни». Если мы хотнм ус­тановить контакт с подобной цивилизацией, мы должны быть готовы зарегистрировать (возможно, очень большой) объем информации в тече ине ничтожных долей наносекунды Справившись с этой задачей, мы можем спокойно расшифровывать полученную информацию в привы1. ном для нас темпе, но мы никогда не сможем ответить им, даже в том случае, если бы сами находились на поверхности нейтронной звезды, нбо прежде чем мы осознаем перрый бит информации, эта эфемерная циьн — лнзация перестанет существовать.

Впрочем, может быть, несмотря на быстротечность реакций, лежащих в основании ядерной жизни, возникшие на се базе циви­лизации могут существовать в течение всего времени жизни нейт­ронной звезды — для них это было бы равносильно практической бесконечности.

«Ядерная жизнь» основана на сильных взаимодействиях между элементарными частицами, образующими «живое ядро». Другой крайний, с нашей точки зрения, случай представляет жизнь, осно­ванная на гравитационном взаимодействии. Возможно ли это? Ха­рактерная структурная единица «гравитационной жизни» должна быть достаточно велика, чтобы сила гравитации преобладала над сильным и электромагнитным взаимодействиями — она должна быть сопоставима с размерами звезд. Если это гак, если отдельные звезды в системах «гравитационной жизни» ит рают такую же роль, как ато­мы и молекулы в химической жизни, то аналогом живой клетки могли бы быть галактики. Поскольку характерное время взаимо­действия между отдельными звездами в галактиках (многие милли­оны лет) очень велико по сравнению с длительностью химических реакций (Ю-3 с), то миллиарды лет существования галактик во вре­менном масштабе «гравитационной жизни» соответствуют лишь первым секундам эволюции химической жизни. Значит, «гравита­ционная жизнь» (если о ней, вообще, можно говорить), по суще­ству, еще не успела возникнуть.

Надо признать, что ко1да мы пытаемся размышлять о «ядерной» или гравитационной жизни, мы испытываем большие психологи­ческие затруднения, ввиду необычности этих форм жизни и совер­шенно непривычных душ нас пространственно-временных рамок. И все же логически мы не можем исключить возможность такой жизни, хотя она с трудом поддается нашему воображению. Наши представления о ней неизбежно грубы, заведомо не совсем правиль­ны, но, думая в этом направлении, мы подготавливаем наше сознание к принятию существующей Реальности во всем ее многообразии.

Впрочем, обязательно ли не химические формы должны быть связаны с «ядерной» или «I равтациоиной» жизнью? Ведь в бес­предельном Космосе, неисчерпаемом как вширь, гак и вглубь (воз­можно в иных пространственных измерениях) могут существовать неизвестные нам более тонкие виды материи, подчиняющиеся дру­гим закономерностям, другим тинам взаимодействий. С этими ви­дами материи могут быть связаны какие-то иные неведомые нам формы жизни. В этой связи представляет интерес гипотеза акаде­мика РАМН В. П. Казнечеева о сосуществовании на Земле двух форм жизни: белково-нуклеиновой и «полевой» («энерго-информацион — ной»). Основываясь на экспериментах по передаче информации от клетки к клетке, проведенных в Институте клинической и экспери­ментальной медицины Сибирского отделения АМН СССР, Казна­чеев пришел к выводу, что земные существа представляют собой сим­биоз различных форм живого «вещества» (живой материи), вклю­чая «полевые» формы; причем белково-нуклеиновые гела клеток являются только «носителями» информационных полей, которые простираются безгранично[156]. Возникает в связи с этим такой воп­рос: не является ли полевая форма внутренней сущностью белково — нуклеиновой жизни (той внутренней стороной жизни, о которой говорил Тейяр де Шарден)? Казначеев ничего не говорит о приро­де полевой составляющей, но судя по всему, она не сводится к изве­стным физическим полям. Сгметим, что, согласно Казначееву, «по­левая» жизнь существует в Космисе изначально, вечно перерабаты­вая потоки энергии, создавая те или иные структуры материи. Можно принять такую концепцию, если допустить, что «полевая» составля­ющая жизни принадлежит к более гонким мирам, находящимся за пределами физического вакуума, и потому может свободно прохо­дить через сингулярное состояние[157] вселенных, рождающихся из вакуумной пены. Это могло бы обеспечить передачу информации от одного цикла Вселенной к другому, включая программу разви­тия нового цикла со всем богатством развивающихся в нем форм жизни и разума

(Похожий сценарий передачи информации через сингулярность с по­мощью нейтринного сигнала описан С. Лемом в романс «Голос Неба». Возможность прохождения нейтринного сигнала через сингулярность остается весьма проблематичной, но «полевая» составляющая, принад лежащая более тонким нефизическим мирам, может быть совершенно не чувствительна к физической сингулярности )

К представлениям о «полевой» жизни тесно примыкают идеи К. Э. Циолковского о существовании «тонких» форм жизни, «не­известных разумных сил», построенных ча основе «несравненно более разреженной материи». Циолковский считал, что в перспек­тиве изменится и физическая основа человечест ва, которое из «ве­щественного» превратится в «лучистое».

Гипотеза о полевой форме жизни позволяет по-новому взгля­нуть на теорию панспермии. Жизнь может быть привнесена на Зем­лю не в виде спор и бактерий, а в полевой форме, т. е. в форме гипотетических постоянно действующих во Вселенной «биологи­ческих» энергоинформационных полей, под действием которых при наличии необходимых условий формирую тся биологические мак­ромолекулы и состоящие из них живые системы[158].

Отметим, что, с точки зрения современных представлений о процессах самоорганизации материи, существование разнообраз­ных форм жизни, основанных на различных материальных носи­телях, не только возможно, но и необходимо. «Такие процессы в материальном мире, — пишет Б. Н. Пановкин, — … носят, по ви­димому, достаточно широкий и общий характер и, вообще, не при­вязаны к какому то определенному материальному субстрату. Пос­леднее означает, что самоорганизующиеся высокоорганизованные системы в принципе могут возникать не только на белковом суб­страте, но и на любом подходящем материале. Самоорганизация является всеобщим свойством материи и может возникать в различ­ных формах при подходящих условиях»[159].