Хоровиц Н. Поиски жизни в Солнечной системе (Из картотеки Ю.Мурашковского)

47. Хоровиц Н. Поиски жизни в Солнечной системе. М., Мир. 1988.

Возникновение у насекомых и клещей вновь приобретенной устойчивости к инсектицидам - явление, наблюдаемое во всем мире, - объясняется именно такой эволюцией белка и последующим распространением новой формы. У некоторых видов насекомых синтезируется мутантная форма ацетилхолинэстеразы (фермента, необходимого для жизнедеятельности нервных клеток), которая нечувствительна к органическим фосфатам, специально предназначенным для ее уничтожения. Недавно у них возник новый мутантный фермент дегидрохлориназа, который разрушает ДДТ, что обеспечило устойчивость мух и москитов к этому химическому препарату. (47.25)

Исследования показали, что инсектициды и антибиотики сами по себе не вызывают мутаций, приводящих к возникновению устойчивости. Очевидно, что подобные мутации присутствуют в популяциях, еще не подвергавшихся воздействию препаратов, однако там они встречаются довольно редко. Неоднократное воздействие токсического вещества уничтожает особей, чувствительных к этому веществу, тогда как устойчивые мутанты, размножаясь, приходят на смену исходному типу. (47.26)

Трудно создать хорошую теорию, теория должна быть разумной, а факты не всегда таковы. /Джордж У.Бидл/ (47.32)

Со времен Аристотеля только три естественно-научные теории о происхождении жизни смогли овладеть умами людей. Это теория самозарождения, панспермия и теория химической эволюции. (47.33)

Сущность гипотезы самозарождения заключается в том, что живые предметы непрерывно и самопроизвольно возникают из неживой материи, скажем, из грязи, росы или гниющего органического вещества. Она же рассматривает случаи, когда одна форма жизни трансформируется непосредственно в другую, например, зерно превращается в мышь. Эта теория господствовала со времен Аристотеля (384-322 г.до н.э.) и до середины XVII в., самозарождение растений и животных обычно принималось как реальность. В последующие два столетия высшие формы жизни были исключены из списка предполагаемых продуктов самозарождения - он ограничился микроорганизмами.

Литература того времени изобиловала рецептами получения червей, мышей, скорпионов, угрей и т.д., а позднее - микроорганизмов. В большинстве случаев все "рекомендации" сводились к цитатам из работ древнегреческих и арабских авторов; значительно реже встречались подробные описания экспериментов. <...>

...хотя некоторые описания Аристотеля, в частности относящиеся к поведению животных, весьма любопытны, его биологические наблюдения полны ошибок и неточностей. Многое из того, о чем он писал, основано, вероятно, только на слухах.

Например, в своей "Истории животных" Аристотель так описывает процесс самозарождения:

Вот одно свойство, присущее как животным, так и растениям. Некоторые растения возникают из семян, а другие самозарождаются благодаря образованию некой природной основы, сходной с семенем; при этом одни из них получают питание непосредственно из земли, тогда как другие вырастают внутри других растений, что между прочим было отмечено мною в трактате по ботанике. Так же и с животными, среди которых одни в соответствии со своей природой происходят от родителей, тогда как другие образуются не от родительского корня, а возникают из гниющей земли или растительной ткани, подобно некоторым насекомым; другие самозарождаются внутри животных вследствие секреции их собственных органов.

...Но как бы ни самозарождались живые существа - в других ли животных, в почве, в растениях или их частях, - результатом спаривания появившихся таким образом мужских и женских особей всегда является нечто дефектное, непохожее на своих родителей. Например, при спаривании вшей возникают гниды, у мух - личинки, у блох - яйцевидные по форме личинки, и такое потомство не порождает особей родительского типа или каких-либо животных вообще, а лишь нечто неописуемое.

(Логика Аристотеля: если бы самозародившиеся организмы могли нормально воспроизводиться, то самозарождение лишается смысла. А поскольку воспроизведение невозможно, это порождает необходимость в

постоянном самозарождении.) <...>

Даже средневековая церковь признавала авторитет Аристотеля в вопросах самозарождения, и сам святой Фома Аквинский (1225-1274) связывал его взгляды с христианским учением, утверждая, что самозарождение осуществляется ангелами, которые используют для этого солнечные лучи.

На XVI в., эпоху господства религиозных суеверий, приходится расцвет классического учения о самозарождении. Его очень активно развивал в то время врач и естествоиспытатель Парацельс (1493-1541) и его последователь Ян Баптист ван Гельмонт (1579-1644). Последний предложил "метод производства" мышей из пшеничных зерен, помещенных в кувшин вместе с грязным бельем, на который многократно ссылались в дальнейшем. <...>

В своей работе, впервые опубликованной в 1558 г. под названием "Магия природы", Джамбатиста делла Порта (основатель и вице-президент Академии деи Личеи - одного из первых в мире научных обществ) приводит еше больше сведений о самозарождении... Вот отрывок из ее английского издания, опубликованного в Лондоне в 1658 г.:

В Дариене, расположенном в одной из провинций Нового света, очень нездоровый воздух, место грязное, полное зловонных болот, более того, сама деревня представляет собой болото, где, по описанию Петера Мартира, жабы выводятся из капель жидкости. Кроме того, они рождаются из гниющих в грязи утиных трупов; есть даже стихи, где утка говорит: "Когда меня гноят в земле, я жаб произвожу на свет..."

Грек Флорентинус утверждал, что если пожевать базилик, а затем положить его на солнце, то из него появятся змеи. А Плиний при этом добавлял, что если базилик потереть и положить под камень, то он превратится в скорпиона, а если пожевать и положить на солнце - то в червяка.

Саламандры рождаются из воды; сами они никого не производят, потому что у них, как и у угрей, нет ни мужских, ни женских особей...

Рыбы под названием ортика, бабочки-нимфалины, мидии, гребешки, морские улитки, другие брюхоногие моллюски и ракообразные рождаются из грязи, поскольку они не способны спариваться и по своему образу жизни напоминают растения. Замечено, что разная грязь производит на свет различных животных: темная грязь порождает устриц, красноватая - морских улиток, грязь, образовавшаяся из горных пород, - голотурий, гусей и т.п. Как показал опыт, брюхоногие зарождаются в гниющих деревянных загородках, что служат для лова рыбы, и как только исчезают загородки, пропадают и эти моллюски.

<...> Классическое учение о самозарождении вместе со многими освященными веками фантастическими представлениями было похоронено в эпоху Возрождения. Его ниспровергателем стал Франческо Реди (1626-1697), физик-экспериментатор, известный поэт и один из первых ученых-биологов современной формации, он был фигурой, типичной для эпохи позднего Возрождения. Книгу Реди "Опыты по самозарождению насекомых" (1668)... Хотя главным объектом его исследований были насекомые, он изучал также зарождение скорпионов, жаб, лягушек, пауков и перепелов. Реди не только не подтвердил... мнение о самозарождении перечисленных животных, а, напротив, в большинстве случаев продемонстрировал, что на самом деле они рождаются из оплодотворенных яиц. (Реди оставлял разлагаться различные виды мяса и наблюдал на кусках не только разных мух, но и яйца мух, и червей. Он пришел к выводу, что мухи сразу же откладывают яйца на мясо, и через короткое время из них выводятся личинки-черви. Проверка: некоторые куски мяса оставлены в запечатанных бутылях, контрольные - в открытых. В запечатанных черви не появились. Следующая проверка: мясо помещалось в клетку из сетки, не пропускающей мух. Черви появлялись на сетке, но не на мясе.) <...>

Книга Реди в течение 20 лет переиздавалась пять раз, и в результате знакомства с ней все более широкого круга образованных людей вера в возможность самозарождения животных постепенно исчезла. Однако этот вопрос снова возник, хотя уже на другом уровне, примерно в 1675 г., вслед за открытием микроорганизмов голландцем Антони ван Левенгуком (1632-1723). <...>

Микроорганизмы настолько малы и, кажется, так просто организованы, что с самого их открытия широко распространилось мнение, будто они представляют собою продукты распада, принадлежащие к нечетко обозначенной промежуточной области между живым и неживым. Таким образом, вопрос о самозарождении вновь оказался в центре внимания в знаменитой полемике XVIII в., разгоревшейся между английским священником Дж.Е.Нидхемом (1713-1781) и итальянским натуралистом аббатом Ладзаро Спалланцани (1729-1799). Нидхем утверждал, что если баранью подливку и подобные ей настои сначала нагреть, а затем герметически закрыть в сосуде с небольшим количеством воздуха, то в течение нескольких дней они обязательно порождают микроорганизмы и разлагаются. Он полагал, что раз нагревание исследуемого объекта

убивает все ранее существовавшие в нем организмы, то, следовательно, полученный результат служит доказательством самозарождения. Повторяя эксперименты Нидхема, Спалланцани показал, что если колбы нагреть после закупоривания, то в них не возникает никаких организмов и не происходит гниения, как долго бы они не хранились. (В одном их своих опытов Спалланцани герметично закупорил в стеклянном сосуде зеленый горох с водой, после чего в течение 45 мин держал его в кипящей воде. Позже, в 1804 г., парижский шеф-повар Франсуа Аппер использовал этот метод для получения первых консервированных продуктов. Таким образом, консервная промышленность явилась одним из побочных результатов дискуссии о самозарождении.)

Нидхем заявил в ответ, что чрезмерное нагревание разрушило внутри закрытого сосуда содержащийся в воздухе жизненно важный элемент, без которого самозарождение невозможно. Методы газового анализа в то время были еще недостаточно развиты, чтобы разрешить этот спор. В действительности оказалось, что результат, полученный Нидхемом, был следствием скрытой ошибки, обнаружить которую не удалось в течение

целого столетия. <...> Великий французский химик Гей-Люсак поддержал точку зрения Нидхема, обнаружив, что из нагретого в присутствии органического вещества воздуха кислород исчезает, а его отсутствие, как показали дальнейшие опыты, - необходимое условие консервирования продуктов. <...>

В это время в исследования включился Луи Пастер (1822-1895). <...> Он недвусмысленно показал, что загадочной "первопричиной", витавшей в воздухе и вызывающей в стерильном бульоне рост микроорганизмов,

являются те же самые микроорганизмы, которые переносятся частицами пыли. (Питательную среду Пастер помещал в колбы, нагревал их горло и оттягивал его, изгибая. Затем кипятил среду и давал остыть. Хотя колбы были открыты, микроорганизмы не появлялись. Пастер предположил, что длинный изогнутый столб воздуха препятствует контакту с пылью, переносящей микроорганизмы. Когда же он отрезал изогнутые концы колб, в среде появлялись микроорганизмы.)

<...> (Еще одна серия контрдоводов против опытов Пастера заключалась в том, что даже когда в воздухе нет пыли, микроорганизмы в питательных средах появлялись. Английский физик Джон Тиндаль (1820-1893) показал, что пыль в воздухе есть даже тогда, когда она не видна. Для выявления пыли он использовал эффект рассеивания света на пылинках. Параллельно он заметил, что в луче света, кроме светящихся пылинок, есть какие-то черные вихри. Первое предположение - дым. Но такие же вихри были над раскаленной докрасна кочергой и над пламенем водорода, над которым дыма в принципе быть не может; дым – это недогоревший углерод. Тиндаль пришел к выводу, что черные вихри – это вихри "пустоты", отсутствия светящихся пылинок.)

<...> Исследование Пастера и Тиндаля нашло еще одно практическое применение. Его предложил их современник хирург Листер (1827-1912), хорошо знакомый с работами этих ученых. Листер высказал мысль, что если бы операционное поле на теле больного удалось изолировать от микроорганизмов, попадающих из воздуха, то это спасло бы жизнь многим оперируемым. В те времена в английских больницах смертность при ампутации достигала 25-50 % - главным образом вследствие заражения. При операциях в полевых условиях во время военных кампаний дело обстояло еще хуже. Так, в ходе франко-прусской войны из 13 тыс. ампутаций, проведенных французскими хирургами, не менее 10 тыс. имело смертельный исход! Пока сохранялась вера в самозарождение микробов, не было причин удалять их из раны. Однако после открытия Пастера Листер понял, что носителей инфекции необходимо уничтожать прежде, чем они попадут на операционное поле. И Листер добился успеха, применив карболовую кислоту (фенол) в качестве антибактериального средства. Он стерилизовал инструменты, опрыскивал кабинет и даже пропитывал одежду больного раствором фенола. Принятые меры дали отличные результаты, что привело к рождению антисептической хирургии. (47. 33-43)

"...ставить эксперименты легко, но трудно ставить их безупречно." (Л.Пастер) (47. 35)

(Учение о самозарождении было похоронено. Но новой теории не было.) Как заметил в 1863 г. Дарвин в письме Гукеру, "сущий вздор - рассуждать сейчас о происхождении жизни; с тем же успехом можно было бы рассуждать о происхождении материи". <...>

...крушение учения о самозарождении привело некоторых известных ученых к мысли, что жизнь никогда не возникала, а, как материя или энергия, существовала вечно. Согласно этому представлению, "зародыши жизни" блуждают в космическом пространстве до тех пор, пока не попадают на подходящую по своим условиям планету - там они и дают начало биологической эволюции. Эту идею поддерживали Герман ван Гельмгольц (1821-1894) и Уильям Томсон (позднее лорд Кельвин; 1824-1907) - самые знаменитые физики XIX в. <...> (Томсон, президентское обращение к Британской ассоциации развития науки, 1871):

Достаточно точными экспериментами, проведенными к настоящему времени, показано, что любой форме жизни всегда предшествует жизнь. Мертвая материя не способна превратиться в живую, не испытав предварительно воздействия живой материи. Мне это представляется такой же несомненной научной истиной, как закон всемирного тяготения. Я готов принять в качестве научного постулата, справедливого всегда и повсюду, утверждение, что жизнь порождается только жизнью и ничем, кроме жизни. (Далее Томсон предлагает гипотезу метеорритного способа переноса жизни.)

Эта идея была тщательно разработана в 1908 г. шведским химиком Сванте Аррениусом (1859-1927), который назвал свою теорию панспермией. Развивая идеи Гельмгольца и Кельвина, он высказал несколько собственных соображений, предположив, что бактериальные споры и вирусы могут уноситься с планеты, где они существовали, под действием электростатических сил, а затем перемещаться в космическое пространство под давлением света звезд. <...> ...из этой теори, в частности, следует, что все живые существа во Вселенной должны быть химически родственны.

(Возражения против теории панспермии. 1. По современным представлениям Вселенная первоначально состояла из водорода или из нейтронов. Т.е., не было даже элементов, из которых состоит живое. Следовательно, жизнь не является фундаментальным свойством Вселенной, которое присуще ей всегда. 2. Воздействие ультрафиолетового и рентгеновского излучения в космосе намного сильнее, чем думал Аррениус. Расстояния намного больше. На Луне не обнаружено микроорганизмов, которые могли бы прилететь с Земли. На Марсе - тоже.)

Однако, несмотря на факты, свидетельствующие против теории панспермии, она продолжает жить. В последние годы известный американский астрофизик и писатель-фантаст Фред Хойл вместе со своим сотрудником Чандром Викрамасингхом пришли к невероятному заключению, что не менее 80% частиц межзвездной пыли состоят из клеток бактерий и морских водорослей. Их предположение основано на изучении оптических свойств частиц межзвездной пыли. Согласно оценкам, ее масса в нашей Галактике примерно в 5 млн. раз превосходит массу Солнца. <...> Вслед за Аррениусом Хойл и Викрамасингх называют эти клетки межпланетными "прыгунами". Но если такие "прыгуны" действительно существовали, то они, наверное, давно бы добрались и до Луны, и до Марса.

Совсем недавно некоторые ученые предложили обновленный вариант теории панспермии. Согласно ему, жизнь на Землю опять-таки занесена из космического пространства, но не случайно, как предполагает классическая теория панспермии, а "доставлена" на межзвездном космическом корабле... <...> Наиболее детально эта гипотеза, получившая название направленной панспермии, была разработана Фрэнсисом Криком и Лесли Оргелом. (47. 44-47)

Общий подход к химической эволюции первым сформулировал советский биохимик А.И.Опарин (1894-1980). В 1924 г. в СССР была опубликована его небольшая книга, посвященная этому вопросу... Опарин обратил внимание на то, что современные условия на поверхности Земли препятствуют синтезу большого количества органических соединений, поскольку свободный кислород, имеющийся в избытке в атмосфере, окисляет углеродные соединения до диоксида углерода (СО2). Кроме того, он отмечал, что в наше время любое органическое вещество, "брошенное на произвол" на земле, используется живыми организмами (подобную мысль высказал еще Чарлз Дарвин). Однако, утверждал Опарин, на первичной Земле господствовали иные условия. Можно полагать, что в земной атмосфере того времени отсутствовал кислород, но в изобилии имелись водород и газы, содержащие водород, такие, как метан (СН₄) и аммиак (NН₃). ("Восстановительная атмосфера") <...>

Обосновывая свою идею о восстановительном характере примитивной атмосферы Земли, Опарин выдвигал следующие аргументы.

1. Водород в изобилии присутствует в звездах...

2. Углерод обнаруживается в спектарх комет и холодных звезд в составе радикалов СН и СN, а окисленный углерод проявляется редко.

3. Углеводороды, т.е. соединения углерода и водорода, встречаются в метеоритах.

4. Атмосферы Юпитера и Сатурна чрезвычайно богаты метаном и аммиаком.

Как указывал Опарин, эти четыре пункта свидетельствуют о том, что Вселенная в целом находится в восстановительном состоянии. Следовательно, на первобытной Земле углерод и азот должны были находиться в таком же состоянии.

5. В вулканических газах содержится аммиак. Это, считал Опарин, говорит о том, что азот присутствовал в первичной атмосфере в виде аммиака.

6. Кислород, содержащийся в современной атмосфере, вырабатывается зелеными растениями в процессе фотосинтеза, и, следовательно, по своему происхождению это биологический продукт.

(Опарин делает вывод, что в ходе химической эволюции появились органические вещества, которые постепенно дали начало первым живым существам. Это были гетеротрофы, способные лишь к репликации. Когда же они "съели" весь запас органики в океане, появились автотрофы, синтезирующие необходимую органику из СО₂, азота и воды.)

Дж.Б.С.Холдейн (1892-1964) выдвинул идею... которая была изложена в популярном очерке, опубликованном в 1929 г. Он предположил, что органическое вещество, синтезированное в ходе естественных химических процессов, протекавших на предбиологической Земле, накапливалось в океане, который в конце концов достиг консистенции "горячего разбавленного бульона". (Холдейн допускал, что углерод мог присутствовать в атмосфере и в виде диоксида. Он ссылался на эксперименты, - не свои - которые позже не удалось повторить.)

В 1952 г. Гарольд Юри (1893-1981)... самостоятельно пришел к выводу, что атмосфера молодой Земли имела восстановительный характер. <...>

...используя в качестве отправной точки данные о составе первичного облака космической пыли и граничные условия, определяемые известными физическими и химическими свойствами Луны и планет, он ставил целью разработать термодинамичски приемлемую историю всей Солнечной системы в целом. Юри, в частности, показал, что к завершению процесса формирования Земля имела сильно восстановленную атмосферу, так как ее основными составляющими были водород и полностью восстановленные формы углерода, азота и кислорода: метан, аммиак и пары воды. Гравитационное поле Земли не могло удержать легкий водород - и он постепенно улетучился в космическое пространство. Вторичным следствием потери свободного водорода было постепенное окисление метана до диоксида углерода, а аммиака - до газообразного азота, которые через определенное время превратили атмосферу из восстановительной в окислительную. Юри предполагал, что именно в период улетучивания водорода, когда атмосфера находилась в промежуточном окислительно-восстановительном состоянии, на Земле могло образоваться в больших количествах сложное органическое вещество. По его оценкам, океан, по-видимому, представлял тогда собой однопроцентный раствор органических соединений. В результате возникла жизнь в ее самой примитивной форме. (47. 49-52)

Главное положение теории Опарина-Юри заключается в том, что атмосфера молодой Земли, соответствовавшая по своему химическому составу протосолнечной туманности, имела ярко выраженный восстановительный характер. (Предположение: Земля сформироваласт вообще без атмосферы. Благородные газы тяжелы и могли удержаться тяготением Земли. Но их в атмосфере Земли содержится в миллионы раз меньше, чем на Солнце. Значит, на Земле никогда не было атмосферы, близкой к солнечной. Земля образовалась из твердых материалов, а впоследствии под действием тепла эти соединения разлагались с образованием газов. В процессе вулканической деятельности газы вырывались из земных недр.) (47. 54-55)

Криптон и ксенон тяжелее железа. (47.55)

Предположения Юри о восстановительном характере первобытной атмосферы основывались на высоком содержании на Земле железа (35% общей массы). Он считал, что железо, из которого ныне состоит ядро Земли, первоначально было распределено более или менее равномерно по всему ее объему. При разогреве Земли железо расплавилось и собралось в ее центре. Однако, прежде чем это произошло, железо, содержащееся в том слое планеты, который сейчас называется верхней мантией Земли, взаимодействовало с водой (она присутствовала на примитивной Земле в виде гидратированных минералов, похожих на те, что обнаружены в некоторых метеоритах); в результате в первобытную атмосферу выделились огромные количества водорода. (Последние исследования вызывают сомнения в равномерном распределении железа. Другой вариант - железо конденсировалось из туманности раньше других элементов. Некоторые варианты не ведут к восстановительной атмосфере.) (47.55-56)

Промежуток времени между возникновением Земли и образованием древнейших пород, поддающихся геологической датировке, в течение которого протекали химические реакции, приведшие к появлению жизни, составляет 700 млн. лет. (47.56)

Лабораторные опыты показали, что для синтеза компонентов генетической системы необходима среда восстановительного характера; поэтому можно сказать, что раз жизнь на Земле возникла, то это может означать следующее: либо примитивная атмосфера имела восстановительный характер, либо органические соединения, необходимые для зарождения жизни, откуда-то принесены на Землю. (Метеориты содержат не все необходимые органические соединения.) (47. 56)

...теория Опарина никогда не подвергалась проверке до тех пор, пока к ней не обратился Юри. А в 1957 г. его аспирант Стэнли Миллер поставил свой знаменитый эксперимент, благодаря которому проблема происхождения жизни превратилась из чисто умозрительной в научную, в самостоятельный раздел экспериментальной химии.

Моделируя условия на первобытной Земле, Миллер налил на дно колбы немного воды и заполнил ее смесью газов, которые, по мнению Юри, должны были составлять примитивную атмосферу: водорода, метана, аммиака. Затем через газовую смесь пропускался электрический разряд. К концу недели, проводя химический анализ растворенных в воде продуктов, ученый обнаружил среди них значительное количество биологически важных соединений, включая глицин, аланин, аспарагиновую и глутаминовую кислоты - четыре аминокислоты, входящие в состав белков. В дальнейшем эксперимент был повторен с использованием более совершенных аналитических методов и газовой смеси, в большей степени соответствующей принятым ныне моделям примитивной атмосферы. При этом аммиак (который, вероятно, был растворен в первичном океане) в

основном заменили азотом, а водород вообще исключили, поскольку сейчас предполагается, что в самом лучшем случае его содержание в примитивной атмосфере было незначительным. В этом эксперименте образовались 12 аминокислот, входящих в состав белков [*этими аминокислотами были глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, пролин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, серин, треонин, аспарагин и глутамин.]... (47. 57-58)

По всей вероятности, основным источником энергии на примитивной Земле, как и в настоящее время было излучение Солнца, а не электрические разряды. Поэтому различные исследователи пробовали использовать в качестве источника энергии, необходимой для синтеза аминокислот, ультрафиолетовое (УФ) излучение. Эксперимент дал положительные результаты. Максимальный выход аминокислот был получен, когда в газовую смесь, предложенную Юри, включали сероводород (Н2S), который поглощает более длинноволновое УФ-излучение, преобладающее на поверхности Земли. Аминокислоты образовались и в том случае, когда источником энергии служили ударные волны, порождающие короткие всплески высокой температуры и давления. Источники энергии такого типа, вероятно, возникали в первичном океане под действием волн, а в атмосфере создавались раскатами грома, электрическими разрядами и падающими метеоритами. (47.58)

Важным дополнением к опытам Миллера явились эксперименты Хуана Оро, Лесли Оргела и их сотрудников. Они показали, что четыре основания РНК (три из них встречаются и в ДНК) образуются в последующих реакциях, в которые вступают первичные продукты реакций, вызванных искровым разрядом. Характерно, что в серии реакций, происходящих в водном растворе, цианистый водород самоконденсируется с образованием пуринового основания аденина; другая разновидность реакций такого типа производит еще один пурин - гуанин. Пиримидиновые основания цитозин и урацил получаются в заметных количествах из цианоацетилена в реакциях, которые также, возможно, происходили на примитивной Земле. Однако до сих пор не было сообщений о получении в таком "предбиологическом синтезе" тимина, который входит в молекулу ДНК вместо урацила. (47.58-59)

Имеются убедительные свидетельства в пользу того, что в основном обнаруженные аминокислоты (в метеоритах - Ю.М.) не есть загрязнения. Так многие из них относятся к аминокислотам необычного типа, которые не входят в состав земных организмов. Другое доказательство: некоторые широко распространенные аминокислоты, наличие которых обычно вызывается загрязнением, в метеоритах не обнаруживаются. И наконец, аминокислоты в углистых хондритах встречаются в виде двух оптических изомеров... - это характерно только для аминокислот, синтезированных небиологическим путем, но не тех, которые имеются в живых организмах... (47.60)

(Ряд открытий приводит к выводу, что синтез органического вещества происходит повсюду во Вселенной. Возможно, часть органики, лежащей в основе первых живых организмов, имеет внеземное происхождение. Синтез биосоединений не есть специфический процесс, он происходит в космическом масштабе. Отсюда мысль о том, что жизнь во Вселенной должна быть основана на химии углерода.) (47.62)

(Для синтеза белков и нуклеиновых кислот клетки вырабатывают богатые энергией молекулы, которые с помощью ферментов обеспечивают энергией каждый этап присоединения мономера. Ферменты также устраняют лишние молекулы, например, воду, мешающую дегидратации. В лабораториях синтезируют полипептиды и полинуклеотиды в безводном растворителе, при высоких концентрациях мономеров и с высокоэнергетическими реагентами. На примитивной Земле единственным растворителем была вода, нужных мономеров было крайне мало, реагенты были просты, ферментов не было вовсе. Трудно себе представить при таких условиях образование полимеров.)

Возможное решение этой проблемы связано с адсорбцией необходимых молекул на поверхности глинистых минералов. Этому механизму особое значение придавал покойный Дж.Д.Бернал (1901-1971), известный английский ученый-кристаллограф. По сравнению с органическими соединениями глинистые минералы обладают большой адсорбционной способностью. Кроме того, они по-разному взаимодействуют с различными

типами соединений, которые адсорбируют. Сам Бернал не был уверен в правильности этого предположения; это объяснялось тем, что кремний, основной составляющий элемент глин, не играет почти никакой роли в современной биохимии. Тем не менее адсорбция считается самым вероятным механизмом (хотя это и не доказано) предбиологических процессов разделения и концентрации.

Несмотря на сомнения Бернала, другие ученые без колебаний отвели глинистым материалам главную роль в происхождении жизни. В самом деле, А.Г.Кернс-Смит, химик из университета в Глазго, предположил, что жизнь началась с кристаллов, образующих минералы. Обладая способностью воспроизводить себе подобных, неорганические кристаллы как бы демонстрируют тем самым зачаточные генетические свойства. У них обнаруживается также ограниченная способность к мутациям, которая проявляется в том, что в регулярном расположении атомов в кристалле могут возникать дефекты. Такие обладающие слоистой структурой минералы, как глины, склонны копировать дефекты одного слоя в структуре следующего, что можно рассматривать как своеобразную генетическую память. Замечено, что дефекты в структуре кристаллических граней часто оказываются участниками химической активности, включая катализ. Кернс-Смит высказал предположение, что такое простое органическое соединение6 как формальдегид, синтез которого мог катализироваться минералом, несущим подобный дефект, обладало способностью ускорять процесс воспроизведения дефектного кристалла и повышать точность копирования, в результате чего численность таких кристаллов по сравнению с другими типами быстро возрастала. С этого началась эволюция белково-нуклеиновой генетической системы, которая в дальнейшем отделилась от своего минерального предка. Однако это весьма умозрительное предположение, не имеющее почти никаких экспериментальных подтверждений. (47.64-66)

Вполне возможно, что для построения первой генетической системы сначала потребовались не большие, сложно организованные молекулы, которые мы находим в современных организмах, а только короткие полимеры. Первому организму не обязательно следовало быть высокоэффективным. Поскольку его жизнь протекала в "райских кущах" при отсутствии врагов и проблем, связанных с добыванием пищи, ему достаточно было просто способности довольно быстро воспроизводить самого себя, чтобы опережать свою собственную химическую деградацию. Кроме того, химические процессы, предшествовавшие появлению жизни, протекали широко как в пространстве, так и во времени. В течение сотен миллионов лет примитивная Земля представляла собой грандиозную лабораторию, где в силу гигантских масштабов происходящего могли реализоваться даже такие процессы, которые кажутся нам маловероятными. (47.66)

Последние результаты, полученные в лаборатории Оргела, показали возможность образования полинуклеотидов на исходной полинуклеотидной цепи способом, аналогичным естественной дупликации генов, но без участия фермента. Этого замечательного результата удалось достичь благодаря тому, что был найден метод введения в реакцию энергии; несмотря на отсутствие ферментов, этот метод сходен с естественным механизмом, с помощью которого клетка обеспечивает энергией синтез полинуклеотидов. Эти данные делают более правдоподобным предположение, что аналогичный процесс мог играть важную роль на ранних стадиях эволюции генетической системы. Кроме того, недавно было доказано, что некоторые виды РНК обладают каталитическими свояствами, которые обычно приписывались только белкам. Все эти результаты позволяют предположить, что примитивная генетическая система могла быть построена без белков - лишь из одних РНК. (47.66)

Тем не менее большинство планет, несомненно, обитаемы, а необитаемые со временем будут населены.

Таким образом, я могу все изложенное выше выразить в следующем общем виде: вещество, из которого состоят обитатели различных планет, в том числе животные и растения из них, вообще должно быть тем легче и тоньше... чем дальше планеты отстоят от Солнца.

Совершенство мыслящих существ, быстрота их представлений... становится тем прекраснее и совершеннее, чем дальше от Солнца находится небесное тело, на котором они обитают.

Так как степень вероятия этой зависимости настолько велика, что она близка к полной достоверности, то перед нами открывается простор для любопытных предположений, основанных на сравнении свойств обитателей различных планет. (Иммануил Кант. Всеобщая естественная история и теория неба.) (47.68)

В XVII-XVIII вв. люди были убеждены, что планеты Солнечной системы обитаемы. Христиан Гюйгенс (1629-1695), которого по праву можно считать одним из основателей современной астрономии, полагал, что на Меркурии, Марсе и Сатурне есть поля, согреваемые добрым теплом Солнца и орошаемые плодотворными росами и ливнями". В полях, думал Гюйгенс, обитают растения и животные. В противном случае эти планеты "были бы хуже нашей Земли", что он считал абсолютно неприемлемым. Такой довод, столь странно звучащий в наши дни, основывался на развитых Коперником представлениях об окружающем мире, согласно которым Земля не занимает особого места среди планет, и Гюйгенс разделял эти взгляды. По той же причине он полагал, что на планетах должны жить разумные существа, "возможно, не в точности такие люди, как мы сами, но живые существа или какие-то иные создания, наделенные разумом". Подобное заключение казалось Гюйгенсу настолько бесспорным, что он писал: "Если я ошибаюсь в этом, то уже и не знаю, когда могу доверять своему разуму, и мне остается довольствоваться ролью жалкого судьи при истинной оценке вещей". (47.68-69)

Конечно, в XVII-XVIII вв. о планетах было известно немного, а о природе жизни еще меньше. Примерно в то же время, когда Гюйгенс обосновывал возможность существования внеземной жизни, Франческо Реди доказал, что животные не способны к самозарождению, и, таким образом, сделал еще один шаг к пониманию сущности жизни. Все это происходило задолго до того, как биологи и планетологи обрели способность реально оценивать пригодность планет для жизни. (47.69)

(В настоящее время принято считать, что необходимым условием жизни является наличие растворителя того или иного типа. На Земле это вода. Вода - одно из наиболее часто встречающихся вещество во Вселенной. Земля - единственная планета, имеющая поверхностный океан. Особые свойства воды: высокие температуры плавления и кипения; высокая теплоемкость; широкий диапазон температур жидкого состояния; большая диэлектрическая постоянная; способность расширяться вблизи точки замерзания. Молекулы жидкой воды объединены водородными связями в агрегаты.

Другие вещества, образующие водородную связь: аммиак (NH3), фтористоводородная кислота (HF) и цианистый водород (HCN). Фтор редок во Вселенной, океан из HF труднопредставим. HCN во Вселенной встречается часто, но он термодинамически недостаточно устойчив, наврядли он может накапливаться в больших количествах.

Аммиак похуже воды, но пригоден на роль растворителя. Профессор химии Гарвардского университета Дж.Гендерсон (1878-1942) считал его подходящим, но затем передумал. Он счел, что аммиак не может накопиться в достаточном количестве на поверхности планеты; он не расширяется вблизи точки замерзания, из-за чего вся его масса может целиком остаться в твердом состоянии; в нем нет кислорода, который нужен как биологический реагент.

Аммиак разрушается УФ-излучением Солнца. Получившийся водород уносится с планет, а азот остается. Вода тоже разрушается, но более коротковолновым излучением, при этом кислород превращается в озон и экранирует планету от дальнейшего облучения.) (47.77-79)

(Вода не только растворитель, но и активный участник биохимических процессов. Если растворитель другой, то вся химия жизни должна быть иной.) Другими словами, замена растворителя неизбежно влечет за собой чрезвычайно глубокие последствия. Никто всерьез не пытался их себе представить. Подобная попытка вряд ли разумна, ибо она представляет собой ни больше ни меньше, как проект нового мира, а это занятие весьма сомнительное. (47.79)

В книге "Золотая ветвь" антрополог Джеймс Фрезер поведал о том, что изначально Марс считался богом растений, а не войны. Римские крестьяне возносили ему молитвы об удачном урожае, именем Марса был освящен весенний месяц март. (47.91)

(Персиваль Ловелл (1855-1916) - астроном-любитель. Владелец хорошей лаборатории. Популяризатор изучения Марса - вызвал интерес у широкой публики. [Аналогия со Шлиманом?] Предположил, что полярные шапки Марса состоят из воды. В океанах Марса воды нет - она бы вызывала отражение света, а этого не наблюдается. Ловелл предположил, что вода перемещается от одного полюса к другому. Регулярное потемнение больших областей Марса объяснил растительностью. "Наблюдения свидетельствуют, что условия, существующие на планете, не просто совместимы с жизнью, но растительная жизнь проявляет себя настолько очевидно, насколько этого можно ожидать, и ничто, кроме растительности, не может быть первопричиной наблюдаемого явления". Ловелл считал, что на Марсе есть разумная жизнь. Но в силу засушливого климата, ей приходится прикладывать колоссальные усилия для выживания. К 1962 г. идеи Ловелла достигают пика.) (47.93-97)

Кюйпер обнаружил, что в марсианском спектре ослаблены линии, соответствующие некоторым длинам волн вблизи 1,6 мкм... Известно, что эта область длин волн соответствует полосе поглощения диоксида углерода. Кюйпер оценил, что количество СО2 над исследуемой областью марсианской поверхности в два раза больше, чем над такой же (по площади) областью Земли. Исходя из этого, он вычислил, какое давление создает на Марсе диоксид углерода, приняв во внимание, что сила тяготения на этой планете слабее, чем на Земле. Он получил, что атмосферное давление на Марсе равно 0,26 мм Hg (ртутного столба), или 0,35 мбар. Кюйпер ошибся: его результат оказался примерно в 16 раз ниже истинного значения. Эта ошибка имела важные последствия, так как позволила Кюйперу утверждать, что полярные шапки на Марсе не могут состоять из замерзшего диоксида углерода (сухого льда). Если бы давление диоксида углерода было столь низким, как следовало из расчетов Кюйпера, то для вымораживания этого газа из атмосферы потребовалась бы нереально низкая температура. Несколькими годами позже выяснилось, что Кюйпер неправильно расчитал давление СО2;

однако это открытие не повлияло на дальнейший ход событий. (47.98-99)

(Кюйпер продолжал исследования. ИК-спктроскопия из-за малых размеров полярных шапок Марса неточна. Кюйпер многократно менял спектр и пришел к выводу, что шапки состоят из замерзшей воды. Хотя признавал, что спектр не полностью соответствует спектру земного снега. Через 20 лет оказалось, что шапки состоят все-таки из СО₂.) (47.99)

...неправильный вывод Кюйпера, казалось бы, подтверждался результатами Одуэна Дольфуса из Парижской обсерватории, который использовал другой метод, основанный на поляризации отраженного света. <...> (Поляризационный эффект шапок Марса оказался намного ниже, чем горного снега и инея на Земле. Но лабораторные опыты показали: если иней осаждается при низком давлении, а затем частично возгонялся, то эффект поляризации похож на марсианский. На Марсе тоже низкое давление, иней мог возгоняться под действием солнечного излучения, значит шапки, вероятно, состоят из инея.) (47.99-100)

(Из заключения комиссии Совета по космическим исследованиям при НАСА): ...так как полярные шапки состоят из замерзшей воды, их сезонные изменения прямо указывают на то, что в атмосфере Марса присутствуют пары воды. С учетом чередующегося изменения размеров полярных шапок в противоположных полушариях циркуляция нижних слоев атмосферы должна быть такова, чтобы обеспечивать перемещение водяных паров из одного полушария в другое. (47.101)

(Методы, связанные с рассеиванием света, должны учитывать наличие и характер пыли в атмосфере, характер поляризации при отражении от поверхности и т.д. Исследователям приходилось делать неподдающиеся проверке допущения. Появлялась цепочка допущений. Результаты всех фото- и поляриметрических измерений Марса - их было около около десяти - согласуются друг с другом. Французский астроном Жерар де Вокулёр проанализировал все результаты и пришел к выводу, что атмосферное давление на Марсе 85+-4 мбар. Это похоже на цифру 64 мм Hg, полученную Ловеллом. Комиссия Совета по космическим исследованиям пришла к выводу, что "Вряд ли истинное значение давления на поверхности [Марса] отличается от 85 мбар больше чем в 2 раза". Действительное значение поверхностного давления отличается более чем в 10 раз.) (47.101-102)

Наблюдения Марса в телескоп, проведенные уже после смерти Ловелла, подтвердили наличие темной полосы вокруг полярной шапки и сезонных изменений в окраске морей. В настоящее время эти явления принято объяснять перемещением облаков пыли ветрами, направление которых изменяется в зависимости от сезона. Возможно, что темная полоса вокруг полярной шапки - это просто оптический эффект, обусловленный появлением слоя замерзшего диоксида углерода, который обнажается в результате возгонки лежащего на нем инея. Однако на протяжении десятилетий после смерти Ловелла господствовала гипотеза о существовании на Марсе растительности, и к 1960 г. казалось, что она скоро будет окончательно доказана. (47.103)

(В 1947-48гг. Кюйпер обратил внимание на "зеленые области". Он не обнаружил сходства между их спектром и спектром высших растений Земли. Но он был похож на спектры мхов и лишайников. Кроме нескольких характерных особенностей. Поэтому сезонным потемнениям дали небиологическое объяснение: вещества на поверхности поглощают влагу из воздуха и темнеют. Английский астроном Эрнст Опик в 1950 г. выступил против: пылевые бури давно бы засыпали темные области, будь они просто минеральными. Опик предположил, что эти области как-то регенерируют.

Кюйпер в результате этих дискуссий настаивал на биологической природе темных областей - марсианская растительность может быть и непохожей на земную. Американский астроном В.М.Синтон получил в спектре отраженного света Марса полосу поглощения с максимумом на волне 3,46 мкм, там же, где и у земных мхов, лишайников и сухих листьев. В 1958 г. он повторил наблюдения на лучшей аппаратуре. И снова получил три полосы поглощения вблизи 3,5 мкм.

Комиссия Совета по космическим исследованиям сочла, что стоит еще исследовать неорганические объяснения. Но сделала следующий вывод.) "В целом представленные доказательства позволяют предположить существование жизни на Марсе. В частности, данные о наличии паров воды именно таковы, каких следовало ожидать для планеты, довольно сухой в настоящее время, но когда-то, вероятно, имевшей значительно больше воды на поверхности. Имеющиеся в нашем распоряжении немногочисленные факты могут свидетельствовать лишь о наличии микроорганизмов, о существовании же крупных организмов и животных, способных к передвижению, достоверных данных не получено". (47.103-105)

"В общем можно сказать, что наука будет в безопасности до тех пор, пока существуют люди, которые заботятся о корректности используемых ими методов больше, чем о результатах, полученных с их помощью."

(Моррис Коэн и Эрнст Нагель, философы) (47.105)

"Деловеллизация" Марса началась с одной-единственной, но исключительной по качеству спектрограммы, полученной на Маунт-Вилсоновской обсерватории в апреле 1963 г., которую затем проанализировали Люьис Каплан, Гвидо Мюнх и Хайрон Спинард, сотрудники Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института. В спектрограмме Марса обнаружились полосы поглощения в инфракрасной области, характерные для диоксида углерода и, впервые, для паров воды. <...>

Анализ спектрограммы, сделанный Капланом, Мюнхом и Спинардом, дал неожиданный результат: атмосферное давление на Марсе оказалось намного ниже, а содержание СО₂ - намного выше, чем предполагалось прежде. Так, по наиболее точным оценкам этих ученых, общее атмосферное давление оказалось равным 25 мбар, а давление СО₂ – 4 мбар, тогда как ранее они предполагались равными 85 и 2 мбар соответственно. (Авторы отмечали единственность спектрограммы и погрешности в вычислениях.) (47.106)

(Новые данные были получены станцией "Маринер-4", облетевшей Марс. Давление 4-7 мбар. На Земле такое давление на высоте 32 км. Предположили, что это давление в высоких точках. Но последующие измерения показали, что везде ниже 10 мбар. По оценкам на Равнине Эллада - одно из самых низких мест - давление ок. 8,6 мбар, а на вершине горы Олимп - ок. 0,5 мбар.) (47.107-108)

...в результате полета "Викингов" было установлено, что содержание диоксида углерода в атмосфере Марса достигает 95 %. (47.108)

(Джерри Нойгебауэр из Калифорнийского технологического института сообщил, что его группа по данным посадочной ступени "Маринера-7" намеряла максимальную температуру кромки полярной шапки Марса -123 С. Последующее уточнение -125 С. это соответствует давлению диоксида углерода 6,4 мбар. Расчетная величина была 4 мбар. Совпадение большое. Но группа Джорджа Пайментела их Калифорнийского университета в Беркли получила от другого прибора другие данные. Температура кромки была слишком высока для замерзшего диоксида углерода. Отсюда был сделан вывод, что кромка может состоять из водяного льда. Над кромкой зарегистрированы пары метана и аммиака. Отсюда был сделан вывод о наличии обводненной зоны, пригодной для жизни, а метан и аммиак - продукты жизнедеятельности. Газеты затрубили. Но проверка показала, что такой же спектр поглощения может быть у диоксида углерода. Другое объяснение: в поле зрения бортового спектрометра попали открытые грунт и скалы, имеющеие, естественно, более высокую температуру, чем ледяная шапка.) (110-111)

(Варианты объяснения кромки полярной шапки Марса: а) действие сезонных ветров, сдувающих пыль с поверхности; б) оптический эффект, вызванный наличием зеркального слоя твердого диоксида углерода; в) наличие гидрата диоксида углерода СО₂.6Н₂О.) (47.111-112)

В настоящее время изменения в темных областях принято связывать с перераспределением пыли, вызванным сезонными ветрами, которые в больше или меньшей степени обнажают более темную почву. Однако некоторые ученые считают, что наблюдаемые сезонные изменения в окраске поверхности Марса вызваны просветлением светлых областей, а не потемнением темных. Хотя это явление имеет вид волны, распространяющейся по поверхности планеты, до сих пор не ясно, обусловлено ли оно оптическим эффектом, возникающим из-за изменения освещенности и углов наблюдения, или какими-то другими процессами. (47.112)

...старые ловелловские представления о Марсе начали быстро разрушаться, и к 1969 г. от них полностью отказались. (47.113)

Что же касается каналов Скиапарелли и Ловелла, то единственным намеком на них являются хаотически расположенные цепочки кратеров и другие естественные детали рельефа, которые шлаз воспринимает как линии на поверхности планеты. (47.114)

(Фотографии "Маринера-9" показали свидетельства сложной истории Марса. Четыре гигантских недействующих вулкана, один из которых самый большой в Солнечной системе. Разветвленные русла длиной до сотен км, вырытые, по-видимому, текущей водой.) (47.114)

Полученные "Викингами" результаты показали, что, во-первых, повсюду в атмосфере Марса пары воды присутствуют в очень низкой концентрации, и, во-вторых, они нелокализованы вблизи поверхности, а независимо от времени года и места в основном сконцентрированы в атмосфере, на высоте 10 км и выше. В этих условиях невозможно осаждение инея в заметном количестве. (47.124)

Известно, что этот континент (Антарктида - Ю.М.) покрыт огромной ледяной шапкой, но после проведения МГГ многие люди с удивлением узнали, что там есть области, свободные ото льда. Самая большая из них - холодная пустыня площадью в несколько тысяч квадратных километров, обычно называемая "сухие долины", - расположена недалеко от американской полярной станции Мак-Мердо в южной части Земли Виктории. (47.134)

Нам суждено спускаться вновь и вновь,

В тот край, откуда началась дорога,

Чтобы опять взглянуть... и в изумленьи

Его увидеть, словно в первый раз.

(Элиот, "Легкое головокружение".)

Убежденность в существовании жизни на планетах Солнечной системы возникла у людей лет на 300 раньше, чем были получены убедительные научные данные как о самой жизни, так и о планетах. Такие представления - плод естественного, но неоправданно широкого толкования революционных идей Коперника - сформировались у мыслителей XVII-XVIII вв. не на основе научных фактов, а исходя из общих философских принципов. (47.163)