В МИРЕ НАУЙИ и техники
С ПОННАМПЕРУМА П РО И СХОЖ ДЕН И Е
ЖЙЗНИ

PONNAMPERUMA С.
THE ORIGINS OF LIFE
E. P. Dutton, 1972
New York
С. ПОННАМПЕРУМА
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
ЖИЗНИ
Перевод с английского
И. Ю. Кривцовой
и канд. биол. наук В. А. Отрощенко
Под редакцией
д-ра биол. наук, проф. Г А. Деборина
ИЗДАТЕЛЬСТВО „МИР" МОСКВА 1977
57.022
П56
Поннамперума С.
П56 Происхождение жизни. Пер. с англ.
И. Ю. Кривцовой и В. А. Отрощенко. Под ред.
Г. А. Деборина. М., «Мир», 1977.
175 с. с ил. (В мире науки и техники)
Проблема происхождения жизни на Земле и возмож-
ности ее существования в других областях Вселенной из-
давна привлекала внимание людей.
Этой проблеме посвящена книга известного американ-
ского ученого, крупного специалиста в области космической
биологии С. Поннамперумы. От древнейших преданий и
легенд до современных теорий и новейших методов иссле-
дований — таков спектр вопросов, рассмотренных в книге.
Написанная живым, образным языком, богато иллюст-
рированная, она безусловно привлечет внимание самого
широкого круга читателей.
Редакция научно-популярной
и научно-фантастической литературы
© Перевод на русский язык, «Мир», 1977
ОТ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
Предлагаемая советскому читателю книга известно-
го американского ученого-биохимика профессора Сирила
Поннамперумы является удачной попыткой популяриза-
ции проблемы возникновения жизни. За последние годы
интерес к этой «вечной» проблеме значительно возрос
как среди ученых, работающих в разных областях науки,
так и среди широких читательских масс. Это обусловле-
но двумя обстоятельствами: во-первых, значительными
успехами в лабораторном моделировании некоторых эта-
пов эволюции материи, приведшей к зарождению жизни,
и, во-вторых, стремительным развитием космических ис-
следований, делающих все более реальным непосредст-
венный поиск каких-либо форм жизни на планетах Сол-
нечной системы, а в будущем — и за ее пределами.
За последние годы в разных странах издано немало
монографий, посвященных вопросам возникновения жиз-
ни. Некоторые из них переведены на русский язык и слу-
жат ценным пособием для ученых, занимающихся раз-
личными аспектами этой проблемы. Однако, как правило,
подобные работы носят слишком узкий характер и не-
доступны рядовому читателю, не искушенному в специ-
альных разделах астрономии, геологии, биологии или био-
химии. Настоящая же книга адресована именно такому
читателю. Написанная крупным ученым, непосредствен-
но связанным с изучением происхождения жизни, она
5
преподносит результаты научных изысканий в форме,
доступной и понятной неспециалистам.
С. Поннамперума, цейлонец по происхождению,—
один из крупнейших космохимиков США. Одно время он
заведовал отделом в Исследовательском центре им. Эйм-
са, а сейчас работает в Мэрилендском университете, рас-
положенном под Вашингтоном. Он является членом
Международного общества по изучению происхождения
жизни, ответственным редактором журнала «Origins of
life» («Происхождения жизни»). Множественное число
в этом названии отражает веру С. Поннамперумы и дру-
гих исследователей в то, что жизнь, по-видимому, разви-
валась различными путями и не на одной лишь Земле.
Поннамперума активно участвует в международных сим-
позиумах по проблеме происхождения жизни, часть из
которых проходила в нашей стране, поэтому он хорошо
известен советским специалистам.
Ныне общепризнанна теория возникновения жизни,
впервые сформулированная в 1924 г. акад. А. И. Опари-
ным. Согласно этой теории, периоду биологической, дар-
виновской эволюции живого на Земле предшествовал дли-
тельный период химической эволюции, в ходе которой
под действием естественных источников энергии осуще-
ствлялся абиогенный (то есть без участия живых орга-
низмов) синтез сложных органических веществ, включен-
ных в дальнейшем в состав живых организмов. Мировую
известность С. Поннамперуме принесли исследования по
моделированию в лабораторных условиях абиогенного
синтеза ряда органических веществ, необходимых для
жизнедеятельности. В частности, он синтезировал важ-
нейшие компоненты нуклеиновых кислот—пурины и пи-
римидины, а также аденозинтрифосфорную кислоту
(АТФ) — универсальное энергетически важное соедине-
ние, которое активно участвует в биохимических процес-
сах, протекающих в живом организме. В настоящей кни-
ге Поннамперума слегка касается этих экспериментов.
6
В последние годы автор наряду с другими специалиста-
ми много занимался химическим исследованием образцов
лунного грунта, доставленных на Землю космическими
аппаратами.
Настоящая книга вышла в свет в 1972 г., и поэтому в
ней, естественно, не отражены достижения космонавтики
самых последних лет. Необходимые примечания были
сделаны переводчиками в соответствующих разделах
книги. Тем не менее здесь уместно остановиться на не-
которых вопросах.
Так, автор говорит о планируемых в США исследова-
ниях Марса по программе «Викинг». Ныне мы являемся
свидетелями осуществления этой программы и имеем
возможность познакомиться с ее интереснейшими резуль-
татами. Полученные биологические данные пока еще не
позволяют однозначно ответить на вопрос, есть ли жизнь
на Марсе. Однако в атмосфере планеты обнаружен азот
и визуальные наблюдения говорят о наличии там воды.
Эти факты увеличивают вероятность существования на
планете каких-то форм жизни и, во всяком случае, сти-
мулируют дальнейшие поиски в этом направлении.
По аналогичной причине в книге С. Поннамперумы не
говорится об исследованиях Юпитера, проведенных аме-
риканским космическим аппаратом «Пионер-11» в 1974 г.,
и изучении Венеры, осуществленном советскими аппара-
тами «Венера-9» и «Венера-10» в 1975 г. Естественно не
упомянут в книге и широко известный совместный советс-
ко-американский эксперимент в космосе — ЭПАС, — про-
веденный летом 1975 г. Хотя результаты указанных ис-
следований не дают непосредственного ответа на вопрос,
есть ли жизнь на этих планетах Солнечной системы, тем
не менее полученная ценная информация о геохимиче-
ских процессах, происходящих на планетах земной груп-
пы, весьма важна для создания общей картины эволюции
Вселенной.
Вызывает сожаление, что, говоря об исследовании лун-
7
ного грунта, автор называет лишь образцы, доставленные
с Луны американскими астронавтами, хотя к тому вре-
мени, когда книга сдавалась в печать, советские автома-
тические станции «Луна-16» и «Луна-20» также достави-
ли на Землю образцы лунных пород.
До сих пор мы знали С. Поннамперуму как пытливо-
го и высококвалифицированного ученого. Теперь же он
предстает перед нами в новом свете — как талантливый
популяризатор, заражающий читателя своей увлеченно-
стью и оптимизмом. И потому мы надеемся, что настоя-
щая книга привлечет к интереснейшей проблеме зарож-
дения жизни внимание самых широких кругов читате-
Г Деборин
от АВТОРА
«Даже сформулировать данную проблему одному
ученому не по силам, так как для этого ему нужно быть
одновременно математиком, физиком, квалифицирован-
ным химиком-органиком, обладать широкими познания-
ми в геологии, геофизике, геохимии и, кроме всего про-
чего, свободно ориентироваться во всех областях биоло-
гии»,— так четверть века назад, на 31-й гутриевской лек-
ции в Британском физическом обществе говорил о про-
блеме происхождения жизни Дж. Д. Бернал. Происхож-
дение жизни, так же как происхождение Вселенной и
разума, представляет собой одну из фундаментальных
проблем науки.
Сознавая ограниченность своих возможностей, не без
трепета мы постепенно, шаг за шагом, приближаемся к
решению основной задачи — на научной основе воссоз-
дать ту последовательность событий, происходивших во
Вселенной, кульминацией которых послужило возникно-
вение жизни. Исследования в области химии открыли
один из наиболее плодотворных путей к пониманию про-
цесса перехода от неживого к живому. Успешное модели-
рование биологической среды, выявление «строительных
кирпичиков» жизни в «первичном бульоне» (из которого,
по-видимому, состояли океаны молодой Земли) убежда-
ют в том, что мы обладаем надежным инструментом для
«разгадки» тайны жизни. Открытие аминокислот в образ-
цах внеземного происхождения, например в метеоритах,
показывает, что многие процессы, существование которых
мы связывали с младенческим возрастом Земли, на самом
деле типичны для всей Вселенной. Они составной частью
входят в общий процесс космической эволюции. Но даже
подобные значительные открытия не должны создавать
9
у нас иллюзии, что мы близки к решению проблемы.
Ведь, пусть даже сложная сама по себе, расшифровка
«азбуки» жизни есть только первый, робкий шаг к позна-
нию этого совершенного творения природы.
В наш космический век необычайно возрос интерес
к проблеме происхождения жизни. Если бы мы обнару-
жили жизнь на Марсе и установили, что марсианские
флора и фауна отличны от земных, то это послужило бы
новым свидетельством в пользу гипотезы химической эво-
люции, потому что, если жизнь возникла в пределах од-
ной планетной системы, она неминуемо должна была
зародиться и где-то еще среди бесчисленного множества
таких систем.
Будучи химиком по образованию и профессии, я при-
даю особое значение химическому аспекту проблемы.
Мы, химики, склонны полагаться только на эксперимент,
и до сих пор именно такой подход приносит нам наиболее
ценные результаты. Хотя эта книга предназначена для
неспециалистов, я старался ввести читателя в мир хими-
ческих формул и реакций, чтобы он понял, как соверша-
лось величайшее таинство всех времен — зарождение
жизни — на молекулярном уровне.
Я чрезвычайно признателен Стивену Ингленду из из-
дательства «Темз энд Хадсон» за подборку прекрасных
иллюстраций, дополняющих мой рассказ. Я благодарен
ему также за неослабевающее внимание к судьбе этой
книги.
Сирил Поннамперума
Мэрилендский университет, 1972 г.
Начало
1
Как началась жизнь? Этот вопрос беспокоил человека
с момента его появления на Земле. Современный ученый
придерживается эволюционной модели природы. Откры-
тия в области космологии заставляют его предполагать,
что жизнь есть результат естественных процессов, проис-
ходящих во Вселенной. Он надеется, что лабораторные
исследования приведут к разгадке этой вечной тайны.
Идея биологического единства всего живого и эволюции
низших форм жизни в высшие, идея, против которой вос-
ставали мыслители XIX века, является краеугольным
камнем современной биологии. Если же быть последова-
тельным до конца, то дарвиновской эволюции должна
предшествовать другая форма эволюции, а именно хими-
ческая.
Химическая эволюция — это все то, что происходило
до появления жизни. В 1871 г. английский физик Тин-
даль в работе «Фрагменты науки для несведущих людей»
уделил данному вопросу особое внимание: «Дарвин счи-
тал источником жизни первичную клетку, из которой, по
его представлению, происходит весь удивительно богатый
и разнообразный мир живого, населяющий ныне Землю.
Если даже его гипотезы верны, это еще не окончательный
ответ. Человеческое воображение, какой бы безнадежной
ни казалась сия затея, пытается заглянуть за клетку, ис-
следовать историю ее возникновения. И сразу возникает
желание соединить современную жизнь нашей планеты с
ее прошлым. Нам хочется хоть что-нибудь узнать о наших
далеких-далеких предках... Связана ли жизнь с тем, что
мы называем «материей», или это нечто независимое,
внедренное в материю в подходящую эпоху, когда физи-
ческие условия были таковы, что позволили жизни разви-
ваться?»
11
Проблема сложна. Ведь жизнь сегодня — результат
сплетения целого ряда событий, происходивших в тече-
ние миллиардов лет. Разгадать, распутать такой клубок
нелегко. По мнению Бергсона, «эволюционное развитие
было бы простым, и мы в скором времени определили бы
его направление, если бы жизнь, подобно снаряду, выпу-
щенному из пушки, строго следовала по определенной
траектории. На самом же деле это развитие напоминает
взрыв шрапнели: она внезапно разрывается на части, ко-
торые в свою очередь рвутся на более мелкие частицы, а
те снова и снова разрываются — и так до бесконечности.
Мы же ощущаем только ближайшие к нам отдельные
мельчайшие взрывы. И, отталкиваясь от них, мы должны
шаг за шагом прослеживать весь процесс, до его изна-
чальной точки».
В течение многих веков выдвигалось немало различ-
ных теорий, призванных объяснить происхождение жиз-
ни. Испытывая ужас перед тайнами окружающего мира,
человек пришел к мысли о его божественном сотворении.
Он приписывал создание всего, что его окружало, в
том числе и самой жизни, сверхъестественному всесиль-
ному существу. Христианская религия дает свое объяс-
нение возникновению мира; об этом рассказывает первая
глава Библии — книга Бытие. Подобные описания мы
находим и в священных писаниях, созданных другими ре-
лигиями. Хотя по существу своему все эти трактовки со-
творения мира скорее метафоричны, нежели буквальны,
они в значительной степени способствовали тому, что
проблема происхождения жизни до последнего времени
относилась к области метафизики и философии. Сегодня
же она по праву стала одной из основных тем в фунда-
ментальных научных исследованиях.
Среди множества теорий есть одна, приписываемая
Аррениусу: он предположил, что «семена жизни» могли
быть заброшены на Землю с других планет. Это теория
панспермии, согласно которой под действием солнечной
радиации споры могут перемещаться в космическом «ва-
кууме» до тех пор, пока не попадут в благоприятные
условия, и тогда они прорастают. Они могут передвигать-
ся на метеоритных телах или на частицах космической
пыли, несущихся с огромной скоростью в безграничной
пустоте Вселенной. Однако совершенно невероятно, что
микроорганизмы способны сохранить свою жизнеспособ-
12
ность при столь длительных путешествиях, будучи не за*
щищенными от ультрафиолетового излучения. Но даже
если допустить, что спора способна перенести все невзго-
ды космического путешествия, теория панспермии мало
что могла внести в понимание проблемы, поскольку оста-
Электронная микрофотография
спор Sugarmould (Ж20 000).
Считалось, что под действием
солнечной радиации они могут
преодолевать огромные рас-
стояния и переносить жизнь с
одной планеты на другую. Но
переносить еще не значит соз-
давать, поэтому теория пан-
спермии только тормозила ре-
шение проблемы.
вался открытым вопрос: как зародилась жизнь на дру-
гом космическом теле, с которого «эмигрировали» эти
споры.
САМОПРОИЗВОЛЬНОЕ ЗАРОЖДЕНИЕ
Столетиями приемлемой теорией возникновения жиз-
ни считалась теория самопроизвольного зарождения.
Примитивно истолковывая различные жизненные явле-
ния, которые они воспринимали с помощью органов
чувств, многие люди пришли к убеждению, что живые су-
щества возникают прямо из неживой материи. Ведь на-
ходили в грязи червей, в протухшем мясе — личинок
мух, а в старом тряпье — мышей. И верили, что все эти
существа появились прямо из неживого. Одним из пер-
вых такое предположение выдвинул греческий философ
Аристотель. В книге «Метафизика» он говорил об идее
самозарождения как о единственно возможном объясне-
нии происхождения жизни. В качестве примера он при-
водил светлячков, которые рождаются из утренней росы.
До Аристотеля Анаксимандр описывал, как первые жи-
13
вотные возникли из морского ила, а человек — из чрева
рыбы. Многие западные мыслители, среди них Ньютон,
Харви, Декарт, ван Гельмонт, принимали теорию само-
произвольного зарождения без возражений. Христиан-
ские философы при этом ссылались на Священное Писа-
ние. Согласно книге Бытие, утверждали они, господь не
создавал растений и животных, а приказал водам ро-
дить их. Подобные же мысли мы находим в трудах
древних философов Востока. Священные книги Ригведа
Микроскопический гриб, найденный в бульоне, считавшемся стериль-
ным, был представлен ученым XIX в. Бастианом в качестве аргумен-
та в пользу теории самозарождения.
Франческо Реди,
14
и Атхарваведа 1 провозглашают колыбелью всего живого
океаны.
Мировая литература не раз обращалась к этим веро-
ваниям. Вергилий в «Георгиках»1 2 3 рассказывает о том, как
из скелета теленка возник пчелиный рой. Лукреций в фи-
лософской поэме «О природе вещей»2 называет Землю
матерью всего живого:
Матери имя земля, ибо все из земли породилось.
Много еще и теперь из нее выходит животных,
Влагой дождей воплощенных и жаром горячего солнца.
Как попала муха в вишню? В поисках ответа на этот вопрос Фран-
ческо Реди пришел к мысли о несостоятельности теории самозарож-
дения.
1 Веды — древнейшие памятники древнеиндийской культуры.
Ригведа, или веда гимнов,— 1-я книга Вед, 2-е тысячелетие
Цо н. э.; Атхарваведа, или веда жреческих изречений, — 4-я книга
Вед, 1-е тысячелетие до н. э. — Прим, перев.
2 «Георгики» — поэма о земледелии (36—29 гг. до н. э.).—
Прим, перев.
3 Лукреций. О природе вещей, М., Изд-во АН СССР, 1946,
стр. 329. — Прим, перев.
10
Антони ван Левенгук, изобретатель микроскопа (слева от лектора),
на картине Корнелиуса де Мснза «Урок анатомии».
В трагедии Шекспира «Антоний и Клеопатра» Лепид
говорит Марку Антонию: «Ваши египетские гады заво-
дятся в грязи от лучей вашего египетского солнца. Вот,
например, крокодил...»1.
Однако подобные идеи не могли долго противостоять
развивающейся науке, ее методам познания. Франческо
Реди2 доказал, что черви в мясе были личинками, вылу-
пившимися из яичек мухи. Его доказательства выгляде-
ли столь же просто, сколь убедительно. Он продемонст-
рировал, что в мясе, защищенном от насекомых мусли-
новой сеткой так, чтобы мухи не могли отложить на нем
свои яички, личинки никогда не появлялись.
1 Шекспир В. Полное собрание сочинений в 8-ми т., М., изд-во
«Искусство», T. 7, 1960, стр. 167 (пер. М. Донского). — Прим, перед.
8 Франческо Реди (1626— 1698) — итальянский естествоиспыта-
тель и врач, автор работ по зарождению организмов, биологий па-
разитов и ЯсИВотныЯ. — Прим, перев.
16
Однако, несмотря на такие значительные результаты,
дебаты о происхождении жизни продолжали бушевать
почти до тех пор, пока Антони ван Левенгук не изобрел
микроскоп. И тут человеческому глазу открылся целый
А‘=‘ ,,...»
*ен-
наб-
соб-
«Весьма подвижные крошечные
зверьки» — так описал Лев1
гук бактерии, которых он
людал под микроскопом в
ственной слюне.
IT
новый мир крошечных существ. У тех, кто хоть раз загля-
нул в микроскоп, пробуждался интерес к происхождению
невиданных прежде форм жизни. Но разглядеть
что-либо похожее на половое размножение никому не
удавалось, и тогда был сделан вывод, что микроорганиз-
мы непосредственно образуются из «неживого» материа-
ла, присутствующего в растворах.
Голландский врач и химик ван Гельмонт1 предложил
следующий способ «получения» мышей, который вполне
согласовался с доктриной самозарождения: «Если гряз-
ное нижнее белье затолкать через горлышко в сосуд, со-
держащий пшеницу, то в течение нескольких дней, ска-
жем двадцати одного, закваска, выделившаяся из ткани
и преображенная запахом зерна, как кожицей покрывает
зерна пшеницы и превращает ее в мышь... И что самое
удивительное — мышь, возникшая из зерна и белья, яв-
ляется на свет не каким-нибудь недоноском, а вполне
сформировавшейся особью».
Сторонники гипотезы самозарождения в поисках но-
вых, убедительных доказательств продолжали занимать-
ся своими несостоятельными экспериментами.
Приблизительно тогда же Французская академия уч-
редила премию тому, кто раз и навсегда покончит с эти-
ми спорами, волновавшими весь ученый мир. Луи Пастер
провел серию тщательно продуманных опытов. Сейчас
его колбы с S-образным горлышком являются символом
исследования, которое вынесло смертный приговор тео-
рии самозарождения. Луи Пастер первым доказал, что в
воздухе содержатся видимые под микроскопом живые
организмы. Он продувал значительное количество воз-
духа через трубку с прокладкой из нитроклетчатки, затем
растворял последнюю в смеси спирта и эфира, а осадок
изучал под микроскопом; помимо неорганических час-
тиц там оказалось множество маленьких круглых телец,
которые ничем не отличались от микроорганизмов. Пас-
тер заметил также, что если воздух прокалить и затем
ввести в кипящий бульон, то роста микробов не наблю-
дается. Противники Пастера утверждали, что в подобных
экспериментах нарушалась жизненная сила растворов.
1 Ян Баптист ван Гельмонт (1577—1644)—голландский
естествоиспытатель, сторонник прогрессивной для его времени тео-
рии спонтанного зарождения жизни.— Прим, перев.
18
Лекция Луи Пастера. Колбы с S-образным горлышком, которые вы
видите на столе возле него, стали символом победы над теорией
спонтанного зарождения.
Чтобы опровергнуть возражения оппозиции, Пастер за-
думал новые опыты. В колбы с S-образным горлышком
был открыт доступ атмосферному воздуху. Однако бла-
годаря изгибам горлышка колбы микробы не проникали
в нее, так что раствор в колбе оставался чистым. Лишь
а
Устройство, использованное Тиндалем при изучении процессов гние-
ния. Он открыл метод стерилизации многократным нагреванием,
известный ныне как тиндализация.
когда горлышко одной из колб сломали, хлынувшие
внутрь микробы вызвали потемнение раствора. Если бы
микроорганизмы не попали в колбу, то в растворе не
возникло бы и признаков жизни.
Хотя работы Пастера ясно продемонстрировали, на-
сколько бессмысленна теория самозарождения в той фор-
20
ме, в какой она существовала в XIX веке, в Англии еще
оставались сторонники этой теории. Тиндаль, горячий
последователь Пастера, взялся опровергнуть некоторые
идеи, все еще популярные среди английских ученых. В хо-
де своих экспериментов он натолкнулся на чрезвычайно
ценный метод стерилизации многократным нагреванием;
этот метод теперь называется тиндализацией. Пастер
имел дело только с простыми микробами, попадавшими в
его растворы из атмосферы. Как бы то ни было, его ме-
тод стерилизации не убивал сами споры. Повторные ки-
пячения в течение коротких промежутков времени спо-
собны разрушить споры, хотя только те из них, которые
к этому моменту проросли. Если прекрасные работы Пас-
тера нанесли сокрушительный удар по теории самоза-
рождения, то исследования Тиндаля ознаменовали новый
успех науки. В 1864 г. Луи Пастер, докладывая Француз-
ской академии о своих результатах, заявил: «Никогда
больше теория самопроизвольного зарождения не подни-
мется после этого смертельного удара». Возможно, есть
несообразие в том, что, рассказывая студентам, начинаю-
щим изучать биологию, об экспериментах Пастера как о
победе разума над мистицизмом, мы тем не менее воз-
вращаемся к идее о самопроизвольном зарождении, пусть
в ее более совершенном, научном понимании, а именно к
химической эволюции.
Химическая эволюция
2
Согласно гипотезе химической эволюции, жизнь воз-
никла из неживого вещества, то есть произошла в резуль-
тате эволюции материи. Жизнь — свойство материи,
Клетки человека СХ3500). Видны молекулы нуклеиновой кислоты, в
которых содержится «план построения» и «эталоны» синтезируемых
белков. С помощью специального метода окрашивания удалось до-
биться, чтобы молекулы ДНК в ядрах выглядели как белые точки,
тогда как молекулы РНК создавали серый фон, видимый через ци-
топлазму.
22
не существовавшее ранее и появившееся в особый момент
истории нашей планеты. Возникновение жизни — это яв-
ление, которое нельзя приписать какому-то определенно-
му месту или времени, правильнее будет сказать, что это
результат последовательных процессов, действовавших
на Земле невероятно долго, миллионы лет, и завершив-
шихся образованием современной биосферы. От неоргани-
ческих соединений — к органическим, от органических —
к биологическим: так, последовательными стадиями, со-
вершался процесс зарождения жизни.
Чарлз Дарвин был одним из первых, кто рассматри-
вал эту проблему с научной точки зрения. В знаменитом
ныне письме к своему другу Гукеру он писал: «...В неко-
ем теплом небольшом водоеме, где имеются все виды ам-
миачных и фосфорных солей, свет, тепло, электричество
и т. п., химически образовалось белковое вещество, спо-
собное подвергаться дальнейшим, более сложным прев-
ращениям...» Эти слова передают самую суть воззрения
Дарвина на происхождение жизни. Возможно, подобные
мысли были навеяны ему дедом, Эразмом Дарвином.
В книге «Храм природы» (1803) Эразм Дарвин отмечал:
«Все существующие ныне растения и животные произо-
шли из зародившихся самопроизвольно мельчайших, мик-
роскопических их подобий».
После Дарвина Тиндаль, который, как мы уже упоми-
нали, ставил эксперименты по самозарождению, говорил,
что если любой живой организм может превращаться в
неорганическое вещество, то, наоборот, возможно прев-
ращение неорганического вещества в органическое. По
его мнению, особое расположение элементов в живых су-
ществах приводит к явлению, которое мы называем жиз-
нью. В 1868 г. Томас Гексли1, выступая в Эдинбурге пе-
ред Британской ассоциацией содействия развитию науки
с лекцией, озаглавленной «Физические основы жизни»,
утверждал, что в основе всех живых существ лежит по
сути одна и та же протоплазма. По Гексли, существова-
ние жизни зависит от определенных молекул, таких, как
молекулы углекислоты, воды и соединений азота. Эти
вещества, являющиеся строительными блоками жизни,
1 Томас Гексли (Хаксли) (1825—1895)—английский естество-
испытатель, ближайший соратник Ч. Дарвина, популяризатор его
работ.— Прим, перев.
23
Чарлз Дарвин. Выдвинув идею
о том, что жизнь зародилась
«в некоем теплом небольшом
водоеме», он намного опередил
свое время.
А. М. Опарин — отец со-
временного учения о про-
исхождении жизни.
сами по себе мертвы, однако,
если их собрать воедино, они
дают начало протоплазме.
После Гексли в течение
более полувека интерес к
проблеме происхождения
жизни был очень невелик.
Поскольку Пастер продемон-
стрировал невозможность
спонтанного возникновения
жизни, никто не решался
публично рассуждать на эту
тему. Ни один уважающий
себя ученый не стал бы тра-
тить время, доказывая то,
что уже опроверг столь зна-
менитый и почитаемый чело-
век, как Луи Пастер. Так и
случается порой, что успех в
одной области знаний сдер-
живает дальнейшее развитие
Другой.
В 1924 г. советский уче-
ный, биохимик, Александр
Иванович Опарин опублико-
вал брошюру1, в которой го-
ворилось: «...мы не имеем ни-
какого логического права
считать жизнь чем-то совер-
шенно принципиально отлич-
ным от всего остального ми-
ра... Жизнь характеризуется
не какими-либо определен-
ными свойствами, а особен-
ной, специфической комбина-
цией этих свойств». (Эта ра-
бота была впервые переведе-
на на английский язык в
1 Опарин А. И. Происхожде-
ние жизни, М., изд-во «Москов-
ский рабочий», 1924.
24
1938 г.) Далее он писал, что
«...вещества с большими, слож-
ными частицами очень склонны
давать коллоидные растворы в
воде. Рано или поздно, но такие
коллоидные растворы органи-
ческих веществ должны бы-
ли возникнуть в первичной
водной оболочке Земли, и, раз
возникнув, они оставались
существовать, усложняя и уве-
личивая свою молекулу все
дальше и дальше. ...при этом
процессе изменения все время
происходил отбор более хоро-
шо организованных кусков
(геля). ...Развиваясь и совер-
шенствуясь дальше, они дали,
наконец, те формы организмов,
которые мы наблюдаем и в нас-
тоящее время».
В 1928 г. английский биолог
Холдейн независимо от Опари-
на опубликовал в ежегоднике
«Rationalist Annual» статью,
где он рассуждал о начальных
условиях, которые могли ока-
заться приемлемыми для за-
рождения жизни на Земле. В
качестве одного из важнейших
факторов он рассматривал уль-
трафиолетовое излучение Солн-
ца. Под воздействием этого ви-
да энергии в первичной атмос-
фере Земли формировались са-
мые различные органические
соединения. Среди них могли
быть сахара и некоторые из
аминокислот, необходимые для
построения белка. Холдейн
предполагал, что подобные со-
единения накапливались в пер-
вичных океанах до тех пор, по-
Дж. Б. С. Холдейн. Он
выдвинул гипотезу «пер-
винного бульона».
Дж. Д. Бернал высказал
предположение о том,
каким путем происходи-
ли концентрация разбав-
ленных растворов и об-
разование больших мо-
лекул, необходимых для
жизни.
25
ка не приобретали консистенцию «теплого разжиженногс
бульона». Именно в таком «первичном бульоне», вероят
но, и началась жизнь.
Другой знаменательной вехой в историческом и науч-
ном развитии этой темы явилась ставшая впоследствии
классической статья Дж. Д. Бернала (Лондонский уни-
верситет), представленная Британскому физическому об-
ществу в 1947 г. и озаглавленная «Физические законь
жизни». Бернал утверждал, что в океанах органические
вещества должны были находиться в разжиженном сос-
тоянии. По-видимому, каким-то естественным простым
путем их концентрация возросла до величины, необходи-
мой для конденсации небольших молекул в полимеры и
макромолекулы, что в свою очередь требовалось для воз-
никновения жизни. В этих процессах очень важную роль
могли сыграть лагуны и заливы в океанах. Адсорбция
органических соединений глинами как морских, так и
пресноводных донных осадков должна была активно со-
действовать конденсации, без которой невозможно об-
разование макромолекул. Фотохимические продукты мо-
гли адсорбироваться этими же поверхностями. Вероятно,
глина выполняла несколько функций: адсорбировала
молекулы, способствовала их соединению друг с другом
и, наконец, предохраняла молекулы от разрушительного
воздействия ультрафиолетовых лучей Солнца.
ПЛАНЕТЫ,
НА КОТОРЫХ ВОЗМОЖНА ЖИЗНЬ
Идеи химической эволюции, изложенные в трудах
Опарина, Холдейна и Бернала, основаны на некоторых
фундаментальных положениях. Важнейшими из них яв-
ляются астрономические открытия XX века. В прошлые
времена считали, что планетные системы — довольно ред-
кое явление во Вселенной. Предполагалось, что вещество,
изверженное при неожиданном сближении Солнца с дру-
гой звездой, конденсировалось в планеты и их спутники.
Согласно другой теории, рождение нашей Солнечной си-
стемы связано со взрывом звезды, якобы проходившей
вблизи Солнца. Однако подобные теории отвергнуты со-
временными астрономами.
В настоящее время общепринято, что во Вселенной
26
Спиральная туманность. Она состоит из миллионов миллионов звезд.
Таких туманностей в обозреваемой Вселенной тысячи миллионов.
Сколько звезд среди них имеют планеты, подобные нашей?
27
ножество планет. Каждая из вицимых в небе звезд по-
обна нашему Солнцу. Мощные телескопы обнаружили
более Ю20 (сто миллионов миллионов миллионов) таких
звезд. Таким образом, наше Солнце — основа жизни на
Земле — не уникально. Если законы физики и химии уни-
версальны, то аналогичные процессы в той же последова-
тельности должны происходить повсеместно, во всей
Вселенна.й.
Отсюда следует, что более чем в 1020 случаях в кос-
мосе возможно существование жизни. Правда, не все
звезды имеют свои планетные системы. Примером может
Двойная звезда Крюгер 60 в созвездии Цефея, ближайшая к Солнцу
из известных двойных звезд (расстояние около 14 световых лет).
Подобные двойные звезды не могут иметь планет.
тужить двойная звезда (то есть две звезды, которые об-
ращаются относительно общего центра тяжести). Далее,
чтобы условия на поверхности планеты были пригодны
для жизни, планета должна находиться на определен-
ном расстоянии от своего солнца. В нашей системе Мер-
курий слишком близко расположен к Солнцу и поэтому
слишком горяч, чтобы располагать материалом и подхо-
дящими условиями для возникновения живых организ-
мов. Плутон, по-видимому, слишком холоден, и реакции,
ведущие к образованию живых организмов, не могут
протекать при столь низких температурах. Кроме того,
чтобы удерживать атмосферу, планета должна иметь
строго определенные размеры. Чтобы удерживать легкие
газы и воду, необходимые для процессов возникновения
жизни, планета должна обладать определенной гравита-
цией. Луна, например, слишком мала для этого. А вот
размеры таких планет, как Марс или Венера, вполне дос-
таточны. В Солнечной системе семь из девяти планет
могут иметь атмосферу. Но в этой атмосфере должны
еще содержаться требуемые химические вещества. Необ-
ходимость сочетания перечисленных условий: определен-
ное расстояние от Солнца, размеры планеты и химичес-
кий состав — значительно сокращает количество мест во
Вселенной, где возможно существование жизни. Амери-
канский астроном Харлоу Шепли с учетом всех этих со-
ображений предположил, что жизнь существует на 100
миллионах планет. Сегодня подсчеты Шепли кажутся
весьма устаревшими.
Другие космологи исследовали еще ряд факторов, свя-
занных с проблемой происхождения планетных систем.
Изучая эволюцию звезд, галактик, планетных систем,
атмосфер и биологических систем, они пришли к заклю-
чению, что лишь около 5% всех звезд могут иметь пла-
неты, где возможно существование жизни, то есть во
Вселенной должно быть порядка 1018 таких планет.
Сопоставив химический состав планет с химическим
составом соответствующих звезд, Гаррисон Браун пред-
положил, что вблизи видимых нам звезд существует око-
ло шестидесяти объектов массивнее Марса. Звезды вме-
сте с холодными объектами встречаются в скоплениях
самых произвольных размеров. Поэтому практически
каждая звезда должна иметь связанную с ней планет-
ную систему. Только в нашей Галактике, по-видимому,
29
Солнце
В Солнечной системе существует узкая зона, условия в которой при-
емлемы для развития живых организмов. На Юпитере, обладающем
холодной поверхностью, благоприятные для жизни условия, возмож-
но, существуют во внутренних областях.
Спектр звезды позволяет определить ее химический состав и таким
образом химический состав планет, которые она может иметь. Темные
линии говорят о присутствии в звезде различных химических эле-
Д	ментов.
Газовая туманность М 8 в созвездии Стрельца. Темные точки, указан-
ные стрелками, — газово-пылевые облака, в которых, возможно, фор-
мируются звезды; каждая такая «точка» по величине не меньше на*
шей Солнечной системы.
насчитывается по меньшей мере сто тысяч миллионов
планетных систем.
Наши представления о существовании планетных си-
стем тесно связаны с концепциями об их возникновении.
В 1755 г. Кант высказал предположение, что планеты воз-
никают при конденсации разреженной массы газа и пьь
ли в результате медленного процесса их уплотнения.
В результате конденсации некой первичной туманности
образовалось и наше Солнце. Подобная же «гипотеза
туманности» независимо от Канта была развита фраи
цузским астрономом Лапласом. Эта концепция продер-
жалась примерно до 1900 г., когда ее с помощью доста-
точно веских аргументов опровергли английские астро-
номы Чемберлен и Джинс и американец Мультон.
Появились новые гипотезы, в частности приливные тс
ории, согласно которым когда-то произошло сближение
Солнца с другой звездой. Предполагалось, что в резуль-
тате извержения солнечного вещества и образовались на-
ши планеты. Как бы то ни было, но для большинства аст
рономов стало совершенно очевидно, что процессы
образования планет тесно связаны с процессами образе
вания звезд. В соответствии с современными астрономи-
ческими представлениями Солнечная система могла за-
родиться в газовом облаке, которое поддерживалось в
состоянии равновесия собственным гравитационным по-
лем. Затем плотный центр этого облака уменьшился при-
мерно до размеров теперешнего Солнца. Окружавшие
же первичное Солнце более холодные и менее плотные
области, по-видимому, расширились под действием сил
гравитации и образовали планеты. Астрономы пришли к
убеждению, что во Вселенной существует множество
планет, на которых возможна жизнь. Теперь уже никто
не считает уникальными условия, в которых жизнь могла
бы зародиться, сохраниться и эволюционировать.
Астрономические наблюдения также показали, что
семь из ближайших к нам ста звезд могут иметь свои
планетные системы. Хотя прямо наблюдать планеты
нельзя, отклонения, обнаруживаемые в движении звезд,
указывают на существование у них планет, гравитацион-
ное поле которых и вызывает эти отклонения. Широко
известный тому пример — звезда Барнарда. Астроном
ван де Камп, ведя за ней наблюдения в течение долгого
32
времени, пришел к выводу, что вокруг этой звезды вра-
щается планета размером не меньше Юпитера.
Все приведенные факты и соображения убедили иссле-
дователей вопроса о происхождении жизни в том, что
жизнь — явление обычное во Вселенной, а не свойство,
присущее только Земле. Чтобы решить проблему проис-
хождения жизни, ее следует рассматривать в масштабах
всей Вселенной. Земля же становится лабораторией и од-
новременно моделью для изучения процессов и явлений,
Согласно теории Вайцзекера, планеты могли сконденсироваться из
газового облака, окружавшего протосолнце. Вследствие турбуленции
при вращении этого дискообразного облака мог образоваться ряд
концентрических колец, внутри которых возникали более мелкие вих-
ри* Когда два вихря сталкивались, газовое облако «начинало» конден-
сироваться в планеты, причем скорость процесса увеличивалась под
действием их собственной гравитации.
2-274
33
которые могут происходить на многочисленных планетах
других солнечных систем.
Замечательно, что эту мысль, к которой современные
астрономы пришли путем тщательного анализа резуль-
татов точных научных исследований, итальянец Джорда-
но Бруно высказал еще в XVI веке:
«Небо, Вселенная, всепроникающий эфир и неизмери-
мый космос живы движением. Все они одной природы.
В космосе существуют бесчисленные созвездия, звезды и
планеты; мы видим лишь солнца, потому что они дают
свет; планеты остаются невидимыми, так как они малы
и темны. Существуют также бесчисленные земли, вра-
щающиеся вокруг своих солнц и пригодные для жизни
не хуже и не меньше, чем наш земной шар. Только ли-
шенный разума способен предположить, что небесные
тела, куда более замечательные, чем наша планета, не
несут на себе существ, похожих или даже превосходящих
тех, кто населяет нашу Землю, Землю человека».
ОСНОВНЫЕ МОЛЕКУЛЫ
От астрономии мы снова возвратимся к биохимии.
Современные биохимические открытия показали порази-
тельное единство живой материи во всех организмах —
от мельчайшего микроба до самого крупного млекопита-
ющего. Оказывается, существуют два основных класса
молекул; их взаимодействие приводит к явлениям, кото-
рые мы называем жизнью. Эти вещества, а именно
нуклеиновые кислоты и белки, вместе взятые, и служат
основой жизни.
Они сложны по форме и обладают очень большим
молекулярным весом. Молекулы нуклеиновых кислот,
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибо-
нуклеиновая кислота) состоят из нуклеотидов — это
единственные звенья нуклеиновой цепочки. Нуклеотид
в свою очередь построен из сахара, азотистого основания
и фосфата. В ДНК основаниями служат аденин, гуанин,
цитозин и тимин. В РНК тимин заменен урацилом, а
сахар дезоксирибоза в ДНК — рибозой в РНК. Аденин
и гуанин являются пуринами, а цитозин, тимин и ура-
цил— пиримидинами. И если пурины — это соединенные
в одну молекулу шести- и пятичленный гетероциклы, то
пиримидины имеют более простую структуру: в их состав
34
Молекула нуклеиновой кислоты, которая содержится в ядре каждой
живой клетки, велика по размерам и имеет сложную структуру. Она
напоминает закрученную в виде штопора длинную веревочную лест-
ницу (вверху), «боковины» которой построены из чередующихся фос-
фатов и сахаров, а «перекладины» образованы азотистыми основа-
ниями. При более детальном рассмотрении можно видеть, что каж-
дая «перекладина» состоит из пары оснований, которые входят друг
в друга, как рука в перчатку (в центре). Если одно из оснований пу-
рин, то есть соединенные вместе пяти- и шестиугольники, то второе —
пиримидин, просто шестиугольная молекула; пурин не соединяется с
пурином, а пиримидин —с пиримидином Так, тимин (Т) может соеди-
няться только с аденином (А), цитозин (С) — только с гуанином
(G). В таком специфическом спаривании и закодирован «план» кле-
точного строения жизни (внизу).
2*
входит только шестичленпое гетероциклическое соеди-
нение.
Сама молекула ДНК представляет собой двунитчатую
спираль, напоминающую длинную веревочную лестницу,
закрученную в виде штопора. Кольца спирали плотно при-
легают друг к другу и миллиарды их «упакованы» в од-
• углерод ©кислород ©азот О фосфор о бодород
Элементарная структура трех составных частей ДНК — основания,
фосфата и сахара.
ну-единственную клетку. «Перекладины» лестницы обра-
зованы парой азотистых оснований: пурина, принадлежа-
щего одной нити молекулы, и пиридина, принадлежащего
другой. Эти основания связаны между собой посредством
так называемой водородной связи. Такая структура дает
неисчерпаемые возможности для перестановок и комби-
наций, что и порождает разнообразие форм, которое мы
наблюдаем в современной жизни. Молекула нуклеиновой
кислоты не только служит важнейшим регулятором
36
деятельности клетки, но и управляет синтезом других
молекул, особенно белковых.
Молекула белка также обладает большим молекуляр-
ным весом и состоит из двадцати различных аминокислоу.
Из них аспарагиновая и глутаминовая кислоты — кисло-
ты по своей природе, лизин и аргинин — основания.
Остальные аминокислоты считаются нейтральными, так
как их кислотные и основные группы уравновешивают
друг друга. С помощью пептидных связей аминокислоты
соединяются в цепочки.
Аминокислоты, соединенные между собой как бусины на нитке или
вагоны железнодорожного состава, образуют молекулу белка. Двад-
цать аминокислот создают огромное количество различных комбина-
ций, этим и объясняется большое разнообразие белковых молекул. На
рисунке представлена модель молекулы миоглобина (yj25-10*) —
одной из первых молекул, структура и характер связей которой были
детально изучены.
37
Таким образом, азбука жизни сравнительно проста —
двадцать аминокислот, пять оснований, два углевода и
один фосфат в любом существе, живущем на земле. Пусть
возможны отклонения в структуре нуклеиновых кислот
и форме белков, однако существование небольшого числа
одних и тех же молекул во всех живых организмах
убеждает нас, что все живое должно иметь единое про-
исхождение.
Родство живых организмов обнаруживается не только
в их составе, но и в способах обмена веществ. Не будет
преувеличением сказать, что все процессы, происходящие
в биосфере, имеют единую природу. Оказывается, цикл
превращения пищи в энергию в организме как млекопи-
тающего, так и микроба осуществляется путем последо-
вательных и чрезвычайно похожих процессов. Молекуляр-
ное и функциональное подобие доказывает единые
химические истоки этих организмов.
Великое единство, которое наблюдается среди живых
организмов, будь то мельчайший микроб или самое
развитое разумное существо, распространяется также на
предбиологический, химический мир, ведь биологические
процессы можно рассматривать как некий разультат яв-
лений, имевших место в предбиологическую эпоху. Дан-
ные практически всех наук говорят о том, что природа
едина. Для удобства человек раздробил это единство на
категории. Разделение материи на «живую» и «неживую»
носит произвольный характер. Оно удобно, скажем, тогда,
когда нужно отличить человека от камня. Утверждение,
что первый живой, а второй неживой, в этом случае не вы-
зывает сомнений. Однако, когда мы имеем дело с вируса-
ми и микроорганизмами, подобные характеристики не го-
дятся и никого не могут удовлетворить.
Тридцать лет назад Уэнделл Стэнли выделил из
табачных листьев и кристаллизовал вирус табачной
мозаики. Кристаллы вируса стояли на лабораторной
полке. Случайно ученый взял несколько кристаллов ви-
руса и поместил их на табачный лист. Листы оказались
зараженными. Эти эксперименты и последующая рекон-
струкция вируса сотрудниками Стэнли Френкель-Конра-
том и Робли Уильямсом подтвердили необходимость
уточнения терминов «жизнь» и «живое». Они выделили
вирус табачной мозаики, разобрали его на компоненты
и белковую оболочку одного вируса соединили с нуклеи-
38
Хейнц Л. Френкель-Конрат (слева) и Уэнделл Стэнли рассматривают
листы табака, зараженные вирусом табачной мозаики. В электронный
микроскоп можно наблюдать палочкообразный вирус, на его попе-
речном разрезе видна свернутая в кольцо белковая оболочка, а в
самом центре — нить ДНК. Если этот вирус после нескольких лет
хранения в лаборатории в инертном кристаллическом состоянии по-
местить на лист табака, то вирус по-прежнему остается заразным.
Возникает вопрос: что же считать «живым»?
новой кислотой другого. Реконструированные вирусы
оставались заразными. На данном примере видно,
насколько трудно определить, где начинается жизнь, что
есть «живое», а что — «неживое».
Эти исследования побудили английского биохимика
Нормана У. Пири написать очень яркую статью под
названием «Бессмысленность понятия „жизнь” и „жи-
вое”». Пири сравнивает употребление слов «живое» и «не-
39
аминокшмшпи
Эволюционный процесс непрЯ
рывен; он начинается с рожде*
ния звезды (вверху слева), ког-
да возникают первые элемен-
ты, а затем образуются моле-
кулы аммиака, воды и метана,
участвующие в формировании
жизни. Те в свою очередь дают
начало аминокислотам, углево-
дам, пуринам, пиримидинам и
более сложным соединениям —
белкам и нуклеиновым кисло-
там. Их взаимодействие в тече-
ние многих веков в конце кон-
цов приводит к появлению пер-
вичных организмов, которые
уже можно назвать живыми.
Туманность Сомбреро. Справа на диске видно темное пятно. Из по-
добного газово-пылевого облака, возможно, и возникла наша Солнеч-
ная система.
живое» в биологи с употреблением слов «кислота» и «ос-
нование» в химии. Если гидроокись натрия — сильное ос-
нование, а серная кислота—сильная кислота, то в проме-
жутке между ними располагается целый ряд соединений,
различающихся по степени кислотности. Вода, например,
находится ровно посередине и не является ни кислотой, ни
основанием. Химики преодолели путаницу, возникшую
из-за употребления этих двух понятий, разработав новую
терминологию. Теперь они описывают все наблюдаемые
явления с точки зрения концентрации ионов водорода.
Так, жидкость с концентрацией ионов водорода, равной
10~4 или 10-8, обозначается как имеющая рН-4 или
рН-8. Вода имеет рН-7. Согласно Пири, молекулярная
биология должна дать новое определение для описания
жизни как явления, определение, в котором свое место
на шкале жизни найдут макромолекулы, микроорганиз-
мы, дерево, планета, животное и человек.
41
м/мяни от ато-
Принцип эволюционной непрерывности ж человека
мов, появившихся в процессе рождения звезд, Д° 4	и
подтверждается признанной нами теорией эв0Л\Гич
Дарвина. Мы рассматриваем этот процесс СОСТОЯЩИМ из
последующих стадий: от неорганического мира К эволю-
ции органической, а затем и к биологической. В Процессе
возникновения Солнца сформировались элементы, состав-
ляющие периодическую систему: водород, углерод, азот,
кислород, фосфор, магний, сера и т. д., атомы которых
необходимы для получения малых молекул, имеющих
отношение к жизненным процессам, — метана, аммиака,
воды, сероводорода, фосфата и др. Затем эти молекулы
подверглись изменениям и дали начало аминокислотам,
углеводам, пуринам и пиримидинам. Образовавшиеся из
них макромолекулы — нуклеиновые кислоты и белки,—
взаимодействуя друг с другом, привели к образованию
первичных форм жизни. Последующая биологическая
эволюция обусловила уже развитие всей биосферы Земли.
Исходный материал
3
Известный афоризм, что и мы, и звезды сделаны из
одного материала, — не пустые слова. Атомы, из которых
состоят различные молекулы атмосферы, земной коры,
рек, озер и океанов, растений и животных, возникли при
рождении Галактики.
Спектроскопические исследования показали наличие
множества элементов в Солнце и звездах. Живая мате-
рия примерно на 95% состоит из водорода, углерода, азо-
та и кислорода. Это самые распространенные элементы в
космосе. Стоит взглянуть на химический состав Солнца,
и мы увидим, что там кроме гелия, инертного, неактивно-
го газа, присутствуют водород, углерод, азот и кисло-
род— самые распространенные в нашей Солнечной сис-
теме элементы.
Состав Солнца, %		Состав звездной	материи, %
Водород	87,0	Водород	81,76
Гелий	12,9	Гелий	18,17
Кислород	0,025	Кислород	0,03
Азот	0,02	Магний	0,02
Углерод	0,01	Азот	0,01
Магний	0,003	Кремний	0,006
Кремний	0,002	Сера	0,003
Железо	0,001	Углерод	0,003
Сера	0,001	Железо	0,001
Другие	0,038	Другие	0,001
Особое место занимает водород. Во Вселенной на
каждые сто атомов приходится девяносто три атома во-
дорода. По весу водород составляет 76% веса всей мате-
рии, в то время как самые тяжелые элементы дают лишь
одну миллионную долю веса Вселенной.
43
Когда наша планета сформировалась из авшее
солнечной туманности, облако водорода, покр уг
ее, пока она вместе с частичками пыли вращалась в РУ
центральной плотной массы, в значительной степени
определило тип существующих молекул. Изучение хими-
ческих реакций со всей очевидностью показывает, что в
99,9% материи во Вселенной составляют водород и гелий (соотноше-
ние гелия и водорода в Солнце немного ниже, чем вообще во Вселен-
ной). Все остальные элементы (кислород, азот, углерод, магний, крем-
ний, железо, сера и другие), хотя их достаточно много, «вмещаются»
в узкий сектор и составляют лишь оставшиеся 0,1%.
присутствии большого количества водорода атомы угле-
рода, содержащиеся в газах и частичках пыли, соединя-
ются с водородом с образованием метана (СН4). Кон-
станта равновесия, которая характеризует процесс обра-
зования метана из углерода и водорода, высока. То же
самое можно сказать и об азоте. Азот в первичном пыле-
вом облаке должен был соединяться с водородом, обра-
зуя аммиак (NH3). Наличие кислорода привело к обра-
зованию воды. Когда наша планета еще только рожда-
лась, водород, метан, аммиак и вода придали ее атмос-
фере восстановительный характер.
Существуют данные, подтверждающие, что все имен-
но так и происходило. Большие планеты типа Юпитера
или Сатурна удерживали свою первичную атмосферу ог-
ромными гравитационными полями, которые не позволи-
ли улетучиться в космическое пространство многим га-
зам, присутствовавшим в атмосфере этих планет на са-
44
Китайский топорик (1000 г. до н. э.). Предполагают, что он изготов-
лен из железа метеорита. Если метеориты — это частицы туманно-
сти, из которой образовалась Солнечная система, а металлы, содер-
жащиеся в них, не окислены, то отсюда следует, что в первичной
атмосфере кислород, по-видимому, отсутствовал.
мых ранних стадиях их образования. С помощью спект-
роскопических исследований в их атмосфере обнаружены
метан, аммиак, вода и водород. Если первичная атмос-
фера Земли была похожа на атмосферы планет-гигантов,
то, следовательно, в те времена и в ней присутствовали
метан, аммиак и водяные пары.
К выводу о том, что процессы в первичной атмосфере
Земли носили восстановительный характер, нас приводит
и другой факт: в метеоритах, которые рассматриваются
45
л^пяка, содер-
как остатки солнечного газово-пылевого 0 умМйЧеское
жатся металлы в неокисленном состоянии. л пр пеляю-
воздействие вездесущего водорода является опред
щим фактором во Вселенной.
ПЕРВИЧНАЯ АТМОСФЕРА
Как мы не без основания считаем, атмосфера, достав-
шаяся Земле от газово-пылевого облака, была утрачена
в период образования планеты. Это заключение вытекает
из того, что благородные газы — гелий, неон и аргон—•
гораздо больше распространены в космосе, чем в совре-
менной земной атмосфере. Другая атмосфера Земли, вто-
ричная по своей природе, но похожая на первую, возник-
ла в результате выделения газов из земных недр.
Вероятно, на ранних стадиях образования планеты
по всей ее поверхности происходили бурные вулканиче-
ские процессы. Как только рождающаяся Земля начала
приобретать определенную форму, гравитационные силы
привели к уплотнению коры, при этом выделялось огром-
ное количество тепла. Радиоактивные процессы, происхо-
дившие внутри Земли, по-видимому, также способствова-
Молекулы воды (Н2О) в пер-
вичной атмосфере под действи-
ем ультрафиолетового излуче-
ния Солнца должны были раз-
лагаться на составляющие их
атомы. Водород как легкий
элемент улетучивался в косми-
ческое пространство, тогда как
атомы кислорода соединялись в
озон (Оз). Таким образом воз-
ник защитный слой, препят-
ствующий проникновению ра-
диации. Только благодаря ему
на Земле могла возникнуть
жизнь.
46
ли повышению температуры ядра до очень высокого
уровня. Газы, выходившие из недр Земли, лишенные кис-
лорода, послужили тем сырьем, из которого сформиро-
вались органические соединения, а затем макромолекулы
и первые живые организмы.
Как произошло превращение атмосферы, в которой
не было свободного кислорода, в атмосферу, где содер-
пища
В процессе фотосинтеза растения используют энергию солнечного све-
та, с помощью которой превращают углекислый газ и воду в хими-
ческую энергию таких сложных соединений, как сахара и жиры, вы-
деляя при этом кислород. Без этого процесса животные на Земле не
могли бы ни питаться, ни дышать.
жание его достигло приблизительно 20%? Наличие сво-
бодного кислорода — явление уникальное в Солнечной
системе. Как же он возник? Этому способствовали раз-
личные факторы. Молекулы воды, присутствовавшей в
виде пара в атмосфере первичной Земли, частично рас-
щеплялись ультрафиолетовым излучением Солнца. Вода
распадалась на кислород и водород. Кислород, будучи
более тяжелым, удерживался силой притяжения Земли,
тогда как более легкий во. юрод улетучивался в космос.
Накоплению кислорода в нашей атмосфере в значи-
тельной мере способствовал фотосинтез — процесс, пос-
редством которого зеленые растения превращают сол-
нечную энергию в энергию, необходимую для их роста и
47
развития. Разрушение молекул воды ультрафиолете
лучами на определенном уровне должно было ПР Р
титься. Дело в том, что в процессе разложения водь
кислород и водород некоторые молекулы кислород
свою очередь образовывали озон Оз; последний же Д
ствует как фильтр для коротковолнового ультрафиолето-
вого излучения. Слой озона, существующий ныне в верх-
них слоях атмосферы, подобно зонтику защищает Землю
от смертоносного ультрафиолетового излучения Солнца.
Когда образовался этот слой, молекулы воды оказались
недоступными для мощного ультрафиолетового излуче-
ния. Однако такой механизм саморегулирования не смог
бы обеспечить столь высокое содержание кислорода в ат-
мосфере Земли, если бы процесс разложения воды служил
единственным источником кислорода. Но к тому моменту
первичные живые организмы уже должны были обладать
способностью к фотосинтезу, в ходе которого под дейст-
вием света двуокись углерода превращалась в различ-
ные вещества, необходимые для жизнедеятельности жи-
вых организмов, а высвобожденный кислород накапли-
вался в атмосфере.
ПОЯВЛЕНИЕ КИСЛОРОДА
Примитивные организмы, возникшие в первичных
океанах Земли, были анаэробными и, вероятнее всего,
гетеротрофными; океаны в изобилии поставляли им пи-
щу, и первым микроорганизмам оставалось лишь пожи-
рать ее. Но с течением времени вследствие постоянного
действия защитной озоновой оболочки мощные потоки
солнечной энергии, необходимой для фотосинтеза, уже
не могли достигнуть близких к поверхности океана ниж-
них слоев земной атмосферы. Дальнейший синтез орга-
нических соединений стал невозможен. Наступала пора
голодания, и тут-то, по-видимому, началась борьба не
на жизнь, а на смерть. Только наиболее приспособлен-
ным организмам удалось развить в себе способность к
фотосинтезу с использованием того света, что пробивался
сквозь озоновый слой. В результате свободный кислород
продолжал выделяться в атмосферу. Так началось на-
копление кислорода.
С течением времени, когда появились наземные расте-
ния, они стали развиваться и распространяться по не-
48
На этой фотографии, сделанной с орбитальной космической станции,
виден тонкий слой атмосферы, благодаря которому сохраняется
жизнь на Земле.
когда безжизненной Земле, а фотосинтез оказался един-
ственным способом, благодаря которому с помощью све-
товой энергии Солнца повсеместно образовывался сво-
бодный кислород.
Последовательность событий, происходивших до и
после переходного периода, можно представить в виде
неких «песочных часов». Нижняя часть их соответствует
периоду, когда в атмосфере не было кислорода, ультра-
фиолетовое излучение достигало поверхности океанов и
органические вещества синтезировались в большом ко-
личестве. Возникновение озонового слоя и последовав-
шее затем исчезновение большого количества первичных
организмов представлено на рисунке областью «горлыш-
ка»; однако некоторые организмы оказались способными
проскочить через него. Расцвет биосферы, сопровождаю-
щийся появлением свободного кислорода, соответствует
верхней расширяющейся части «песочных часов».
Иногда ошибочно полагают, что жизнь без кислорода
невозможна. Это не так, поскольку нам известно множе-
ство организмов, которые прекрасно существуют и без
кислорода. Эти анаэробные организмы можно рассмат-
ривать как ископаемые, последние следы тех видов жиз-
ни, которые существовали до того, как свободный кисло-
род стал определяющим фактором развития нашего мира.
Геохимики, изучающие земную кору, всегда интере-
49
совались вопросом, как долго продолжался переходный
период. Не без оснований они предполагают, что в этот
ранний период истории Земли в ее атмосфере, по-види-
мому, не было кислорода. Некоторые из примитивнейших
ископаемых микроорганизмов, которые существовали три
Эти «песочные часы» символизируют длительный и медленный про-
цесс превращения первичной бескислородной атмосферы в современ-
ную, богатую кислородом. Тонкое «горлышко» соответствует периоду
образования защитного озонового слоя.
с половиной миллиарда лет назад, уже имели в своем
строении черты, свидетельствующие о наличии у них не-
коего зачаточного аппарата для фотосинтеза. Некоторые
микропалеонтологи описали их как водорослеподобные.
Таким образом, фотосинтез в рудиментарной форме, ве-
роятно, существовал уже на ранних стадиях развития
Земли, а затем «по необходимости» постепенно становил-
ся все более эффективным.
Последние наблюдения радиоастрономами межзве-
50
здного пространства имеют определенное отношение к
нашей гипотезе химической эволюции. Эти наблюдения
доказали, что те самые молекулы, которые возникают од-
новременно с рождением звезд, присутствуют в первич-
ной атмосфере любой планеты. Многим радиоастрономам
удалось идентифицировать в межзвездном пространстве
До сих пор сохранились жи-
вые организмы, которые мо-
гут существовать без кисло-
рода. Таковы эти бактерии,
увеличенные под микроско-
пом в 1150 раз.
аммиак и водяной пар. А как мы увидим дальше, при на-
личии метана, воды и аммиака вполне могут образовать-
ся такие соединения, как фомальдегйд (НСНО) и циа-
нистый водород (HCN). Их молекулы были недавно
обнаружены в космическом пространстве. Несколько
позже был зарегистрирован также цианацетилен, в ко-
торый входят углерод, азот и водород; это самая боль-
шая молекула из всех, когда-либо наблюдавшихся в меж-
звездном пространстве. По-видимому, там же в малых ко-
личествах присутствуют окись углерода, цианоген, фор-
мамид и ацетонитрил. Сам факт существования таких
соединений свидетельствует о том, что они могли возник-
нуть из первичных газовых смесей в результате реакций,
сопровождавших образование новых звезд. Таким обра-
зом, радиоастрономия дополняет новыми данными наши
представления о природе первичной атмосферы планет на
ранней стадии их эволюции.
Источники энергии
4
Солнце было самым мощным источником энергии, ко-
торый оказывал огромное воздействие на первичную Зем-
лю с ее атмосферой, состоявшей из метана, аммиака и па-
ров воды. Спектр солнечного излучения захватывает
широкий диапазон длин волн от очень коротких и до
весьма длинных, причем, чем короче длина волны, тем
больше она несет энергии. По всей вероятности, 4,5 млрд,
лет назад поток солнечного излучения, падающего на
Землю, был примерно тот же, что и сейчас. Звезды, по-
добные нашему Солнцу, согласно звездной классифика-
ции, принадлежат к основной последовательности. Как
только в ходе своей эволюции звезды достигают ее, они
переходят в стабильное состояние, в котором пре-
бывают в течение нескольких миллиардов лет. Поэтому
поток солнечной энергии за последние пять миллиардов
лет вряд ли изменился.
Значительная часть богатого энергией ультрафиолето-
вого излучения использовалась при абиогенных синтезах.
Под действием ультрафиолетового излучения молекулы
газов, входивших в состав первичной атмосферы, диссо-
циировали, то есть распадались на радикалы, ионы и воз-
бужденные атомы, которые рекомбинировали, образуя
новые небольшие молекулы. Последние в свою очередь
служили материалом для создания более крупных час-
тиц. Свет с большой длиной волны не обладал достаточ-
ной энергией для разрыва внутримолекулярных связей у
газов, подобных метану, аммиаку и парйм воды, однако
он, по-видимому, участвовал в синтезе больших молекул.
Такие органические вещества, как аминокислоты или азо-
тистые основания нуклеиновых кислот, образованные под
воздействием ультрафиолетового излучения, поглощали
52
Выброс раскаленного водорода из недр Солнца, имеющий форму ду-
ги и простирающийся на миллионы километров, символизирует неис-
черпаемость запасов солнечной энергии. Можно считать, что за
4,5 млрд, лет существования Солнца они остались неизменными.
более длинноволновое излучение, что приводило к нача-
лу цепной реакции. В настоящее время показано, что мо-
лекулы порфирина в живых организмах способны погло-
щать длинноволновое излучение. Если такие молекулы
существовали еще до возникновения жизни, то в этом
случае с большой вероятностью можно было бы говорить
«3
энергия, эВ
длина волны,
см
Спектр электромагнитного излучения Солнца простирается от ультракоротковолнового гамма-излучения до наи-
более длинных радиоволн. В зависимости от длины волны электромагнитное излучение по-разному поглощается
различными веществами. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение, которое поглощалось первичной атмо-
сферой, несло достаточно энергии для начала цепных реакций ионизации, рекомбинации и синтеза все боль-
ших и больших молекул.
о том, что длинноволновое излучение использовалось на
ранних стадиях добиологической эволюции.
Другим источником энергии на первых этапах разви-
тия могли быть электрические разряды. Различные фор-
мы молний, будь то ветвящиеся или стреловидные, часто
можно наблюдать в атмосфере и в наше время. Эти про-
явления электрической активности, по-видимому, были
характерны и для первичной Земли. Грозовой разряд в
облаке, состоящем из аммиака и метана, создавал, веро-
ятно, значительное количество органического вещества.
Хотя молнии безусловно несли значительно меньше энер-
гии, чем солнечное излучение, электрические разряды,
возможно, оказывались более эффективными при образо-
вании органических молекул. Ультрафиолетовое излуче-
ние Солнца проникало лишь в верхние слои атмосферы,
и синтезированные там органические соединения скорее
всего не достигали поверхности первичного океана. Они
разрушались под действием солнечного излучения, преж-
де чем могли скрыться от Солнца под защиту верхних
слоев воды. Электрические же разряды возникали в об-
ласти, прилежащей к земной поверхности, и образован-
ные при их участии органические вещества могли быст-
рее попадать в океан.
Ядерные процессы, происходившие в земной коре,
также служили очень мощным источником энергии.
В настоящее время на Земле основным источником радио-
активности являются радиоактивные калий и уран: ка-
лий-40, уран-238 и уран-235. Калий-40 распространен на-
иболее широко. Возможно, что он и наиболее эффекти-
вен, так как растворим в воде, а это значит, что радиоак-
тивные процессы могли происходить в Мировом океане.
Радиоактивный калий является мощным источником бета-
и гамма-излучений, последнее способно глубоко прони-
кать через толщу воды и земной коры. Уран же излучает
преимущественно альфа-частицы, обладающие сравни-
тельно слабой проникающей способностью. Учитывая
распространенность калия в настоящее время и период
его полураспада, легко установить, что около двух с по-
ловиной миллиардов лет назад в процессах радиоактив-
ного распада, происходивших в земной коре, выделялось
примерно 12Х1019 калорий. И хотя это приблизительно
всего лишь */зо часть того количества энергии, которую
Земля получала за счет коротковолнового ультрафиоле-
53
Исландские горячие источники. На первичной Земле они могли слу-
жить громадным резервуаром легко доступной тепловой энергии.
тового излучения, значение радиоактивных процессов, по-
видимому, было весьма велико, поскольку они происходи-
ли непосредствено вблизи земной поверхности.
Тепловая энергия, по всей видимости, также играла
определенную роль на первичной Земле. В ходе формиро-
вания Земли в течение долгого времени вулканическая
активность была, вероятно, широко распространенным
явлением. Проходя через расплавленную лаву, магмати-
ческие газы взаимодействовали с водой океана, при этом
образовывались различные органические вещества. Су-
ществующие по сей день (наряду с вулканической актив-
ностью) горячие источники, по-видимому, также «поста-
вляли» энергию на ранних этапах формирования Земли.
Не следует забывать и о тепловой энергии Солнца.
Хотя синтез органических соединений происходил под
действием ультрафиолетового излучения, электрических
разрядов или ионизирующих излучений, а образовавшие-
66
Метеоритные тела, издающие ударныеНцЛ^^^ре^^икторшт^^У^^эпохи изображен метеор, проле-
диссоциации и рекомбинации м г^вший в6Рлизи Лондона в 1850 г.
Знаменитый кратер в штате Аризона, возникший в результате падения метеорита. Метеоритные те-
ла подобного размера могли вызвать образование миллионов тонн органических соединений вдоль
всей траектории полета.
ся молекулы накапливались в прибрежных водах пер-
вичного океана, солнечное тепло могло быть фактором,
влияющим на дальнейшие процессы. Можно себе пред-
ставить, как некоторые мелководные океанские заливы
в результате испарения полностью исчезали, а растворен-
ные в воде органические вещества оказывались под не-
посредственным воздействием солнечного тепла.
Предполагается, что источником энергии для синте-
за органического вещества могли также служить ударные
волны, возникавшие при прохождении метеоритных тел
через первичную атмосферу Земли. Как только метеорит
попадает в атмосферу, сразу же возникают области
крайне высоких температур и давлений. Температура при
этом может достигать 20 000°С, а давление — порядка
15 000—20 000 атм, что сопровождается, по-видимому,
крупномасштабной диссоциацией молекул. Следующее за
этим немедленное охлаждение быстро приводит к их
конденсации и рекомбинации. Расчеты, проведенные не-
давно Адольфом Хохштиммом из Вэйнского университе-
та, показали, что, когда метеоритное тело диаметром
11 км проходит со скоростью 11 км/с через современную
земную атмосферу, по всей его траектории может обра-
зоваться до 1012 т (один миллион миллионов) органиче-
ского вещества. В отсутствие кислорода в первичной ат-
мосфере, содержавшей метан, аммиак и воду, таких ве-
ществ синтезировалось, видимо, значительно больше.
Разрушение множества пузырьков, возникавших на
поверхности океана под действием океанических волн,
создавало ударные волны, которые также могли служить
источником энергии для синтеза органических веществ.
Образованию последних могли способствовать и мощные
раскаты грома, так как известно, что они несут большой
запас звуковой энергии.
Вероятно, в синтезе органических соединений на пер-
вичной Земле принимали участие различные источники
энергии. В ряде случаев, по-видимому, некоторые из них
были особенно эффективны и вследствие различия в сво-
ей природе и интенсивности воздействия вызывали обра-
зование различных веществ. Большая часть упомянутых
выше видов энергии использовалась в лабораторных
экспериментах при моделировании условий, существо-
вавших на первичной Земле. Результаты многочисленных
опытов подтверждали гипотезу химической эволюции.
69
Доктор Стэнли Л. Миллер и аппаратура, использованная им для син-
теза аминокислот при помощи электрического разряда. Схема экспе-
риментальной установки Миллера. Пар, образовавшийся при кипе-
нии воды в «бане* (внизу слева), циркулировал через «атмосферу*,
состоявшую из аммиака, метана и водорода, и достигал ловушки-хо-
лодильника. При пропускании слабого электрического разряда в во-
де, собиравшейся в нижней части системы, обнаруживались органи-
ческие соединения.
60
Лабораторные
эксперименты
5
В модельных экспериментах, воспроизводящих усло-
вия первичной Земли в лаборатории, в качестве источни-
ков энергии чаще всего использовались электрические
разряды. Исторически это можно объяснить простотой
соответствующего оборудования. В начале нашего века
Эбер предпринял попытку осуществить органический
синтез с помощью электрического разряда. Он устано-
вил, что атомы, образующиеся при прохождении электри-
ческой искры через первичную атмосферу, в результате
рекомбинации могут создавать практически любые мо-
лекулы.
Один из классических экспериментов в этой области
был проведен в Чикагском университете в 1953 г. Стэн-
ли Миллером совместно с Гарольдом Юри. Они пропус-
кали электрический искровой разряд через смесь метана,
аммиака, водорода и паров воды, представлявших собой
компоненты первичной атмосферы Земли. В пятилитро-
вый сосуд были помещены электроды, а разряд вызывал-
ся с помощью небольших трансформаторов Тесла. Поток
пара от кипящей воды обеспечивал в системе циркуля-
цию газовой смеси. Эксперимент продолжался в течение
недели, после чего воду, в которой образовались органи-
ческие вещества, подвергли анализу. Результаты превзо-
шли все ожидания. Оказалось, что таким образом был
синтезирован ряд веществ, имеющих отношение к жизни.
Среди них идентифицированы четыре аминокислоты,
свойственные обычно белкам: глицин, аланин, аспараги-
новая и глутаминовая кислоты. Найдены некоторые про-
стейшие жирные кислоты, а также муравьиная, уксусная
и пропионовая. Кроме того, обнаружена мочевина — ве-
щество, играющее важную роль в биологических процес-
61
сах. Эти эксперименты были повторены целым рядом ис-
следователей: Эйбельсоном в США, Павловской и Пасын-
ским в СССР, Хайнсом, Вальтером и Мейером в ФРГ.
В Вашингтонском институте генетики Эйбельсон исполь-
зовал различные варианты газовых смесей. Образование
органических молекул происходило до тех пор, пока
смесь носила восстановительный характер. В окислитель-
ных условиях синтез аминокислот не наблюдался. Кос-
венно отсюда следует, что если в первичной атмосфере
Земли синтезировались органические молекулы, необхо-
димые для возникновения жизни, то эта атмосфера дол-
жна была быть бескислородной.
Воздействие электрических разрядов на первичную
атмосферу моделировалось в аналогичных условиях еще
в целом ряде экспериментов. В лаборатории автора этой
книги в опытах подобного типа был использован прибор,
представлявший собой десятилитровый сосуд в форме
гантели, в верхней части которого находилась смесь ме-
тана и аммиака, моделировавшая атмосферу, а в ниж-
ней — вода, имитировавшая первичный океан. Верхняя
и нижняя сферы сосуда были соединены холодильным
устройством. Через нагреваемую боковую трубку пары
воды проникали в верхнюю сферу, здесь они конденсиро-
вались, а затем попадали обратно в нижний резервуар.
В верхнюю часть прибора были введены электроды, с
помощью которых осуществлялся электрический разряд,
имитировавший молнию. Температура в нижней части
сосуда поддерживалась около 100°С; пары воды подни-
мались в верхнюю часть сосуда, где происходил разряд.
Здесь температура достигала 5000—10 000°С, в осталь-
ной части сосуда она была значительно ниже. Поэтому
органические вещества собирались в «океане», находив-
шемся в нижней части прибора.
В экспериментах такого типа источником высокого
напряжения для искровой системы служили трансформа-
торы Тесла, используемые в лабораториях при поисках
вакуумной течи. В описываемом эксперименте, который
продолжался 24 часа, метан и аммиак вводились в сосуд
под давлением около одной атмосферы. В нижней части
сосуда находилось приблизительно сто миллилитров во-
ды. По окончании эксперимента в нижнем сосуде было
обнаружено значительное количество органических ве-
ществ. Образовывался темно-коричневый осадок, состоя-
62
В лаборатории автора в качестве источника излучения при моделиро-
вании воздействия ионизирующей радиации на первичную атмосферу
использовался линейный ускоритель. Обнаружение органических ве-
ществ в нижнем сосуде свидетельствовало об успехе этих опытов.
щий из углеводородов и азотсодержащих соединений.
Около 45% исходного углерода оказалось сосредоточен-
ным в нижней части сосуда в виде растворимых органи-
ческих веществ. Описание, данное Холдейном «первично-
му бульону», было поистине пороческим.
В 1963 г. в Беркли Поннамперума и Кальвин при мо-
делировании действия ионизирующей радиации в качест-
ве источника излучения использовали линейный ускори-
тель, создающий мощный пучок электронов. В длинной
63
горизонтальной трубке находилась газовая смесь, ими-
тирующая атмосферу. Через окно в торце трубки элект-
роны пучка проникали внутрь и взаимодействовали со
смесью метана, аммиака и паров воды. Холодильник,
расположенный над небольшим сосудом с водой — «пер-
вичным океаном», позволял вновь синтезированным орга-
ническим веществам попадать в «океан». Полученные та-
ким образом органические соединения подвергали хими-
ческому анализу с целью обнаружения в них молекул,
интересных с точки зрения возникновения жизни.
Как мы уже отмечали, важнейшую роль при синтезах
в первичных условиях играло ультрафиолетовое излуче-
ние. Хотя с применением ультрафиолетового излучения
поставлено немало экспериментов, вследствие целого
ряда специфических трудностей лишь, некоторые из них
оказались успешными. Метан, аммиак и вода сильно дис-
социируют под воздействием света с длиной волны мень-
ше 2000 А (ангстрем). Применяя для фотохимических син-
тезов коротковолновый свет, необходимо снабжать сосу-
ды, в которых протекают реакции, специальными окнами.
Одним из немногих материалов, пропускающих свет в
этой области спектра, в частности, является фтористый
литий.
В 1957 г. Грос и Вейзенхоф в ФРГ и Теренин в Совет-
ском Союзе с помощью ультрафиолетового излучения
осуществили синтез глицина и аланина.
Позднее появились мощные световые источники, на-
полненные ионизированными гелием или аргоном. В спе-
циальной лампе, которая использовалась в Исследова-
тельском центре им. Эймса, аргон находился под давле-
нием 15 атм, интенсивность светового потока в интервале
спектра 1000—2000 А по расчетам составляла 1019 фото-
нов на 1 см2 в год. Это почти на четыре порядка выше
интенсивности излучения Солнца в данной спектральной
области. Такое оборудование позволяет осуществлять ла-
бораторные эксперименты довольно быстро, тогда как в
естественных условиях подобные «опыты» потребовали
бы нескольких лет.
Был также предпринят ряд опытов для доказательст-
ва воздействия тепла на органические синтезы. Известны
работы Сиднея Фокса из Университета в Майами. В экс-
периментах подобного рода смесь газов обычно пропус-
кают через трубку, нагретую до 1000°С. Ее раскаленная
64
поверхность имитирует горячую лаву, над которой про-
ходили газы, выделявшиеся древними вулканами, преж-
де чем раствориться в «океане». С помощью такого на-
гревания были получены нитрилы — предшественники
аминокислот, образующихся при взаимодействии нитри-
лов с водой. Метан и аммиак, диссоциируя при этих тем-
пературах, в результате последующей рекомбинации да-
ют смесь веществ, в состав которой входят аминокислоты
и углеводороды.
Попытки воспроизвести в лаборатории действие ульт-
развука путем имитации с этой целью ударных волн,
возникающих при прохождении метеоритных тел сквозь
атмосферу, были весьма немногочисленны. В одном экс-
перименте металлический шар с большой скоростью вы-
стреливали в трубу, содержащую смесь метана, аммиака
и паров воды, имитируя прохождение метеоритного тела
через первичную атмосферу. В другом опыте ударные
волны генерировались непосредственно в специальной
трубе. Высокая температура, возникающая при прохож-
дении фронта ударной волны в газовой смеси, стимули-
ровала синтезы больших молекул.
Во всех этих экспериментах и на различных моде-
лях предбиологических условий были синтезированы мно-
гие вещества, составляющие основу жизни, такие, как
аминокислоты, пурины, пиримидины, углеводы, угле-
водороды и др. Основная проблема, с которой сталкива-
ются химики, заключается в идентификации этих веществ
в «первичном бульоне», воссозданном в лаборатории.
Для ее решения требуется выявить и научно обосновать
закономерности образования молекул, необходимых для
возникновения жизни.
3—274
65
моноаминомоно - карбоксильные	HaN — СН2—СООН		СН, H.N—СН—СООН
	елицин		аланин
гидроксиаминокис- лоты			СН2ОН 1 H.N — СН—СООН
			серин
моно аминодикар - боксильные			СООН 1 СН2 1 Н2Ы—СН—СООН
кислота
основны
9H2--NH2
СН2
СН2
СН2
H2N—СН —СООН
лизин
серусидержащие	CHjSH H,N —СН—СООН		
цистеин
0J
ароматические
СН.
H2N —СН—СООН
фенилаланин
СООН
СН2
H2N—СН—СООН
тироз&н
гетероциклические
С—СН2—СН
СН I
NH2
триптофан
J
Семейство аминокислот. Характерной особенностью их является то,
что один конец молекулы (H2N-аминогруппа) имеет основные свой-
ства, а другой (СООН-группа) — кислотные.
66
CHj /СНэ сн 1 HtN—СН—СООН		сн3/сн3 сн 1 СН2 1 H2N—СН—СООН		сн. сн2 СН СН3 н2ы —СН—СООН
	 валин			лейцин			изолейцин
		СН3 неон H2N—<!н—соон		
			треонин			
		СООН 1 сн2 СН2 h2n—сн-соон		
		глутаминовая кислота		
ch2-nh-c—nh2 1	II СН2	NH СН2 HaN —СН — СООН					НС— н ;сн С—NHZ 1 СН2 Н2Н—СН-СООН
аргинин					гистидин
сн — s — s — снг HjN-сн-соон H2N—СН—СООН				SCH3 СН2 1 СН2 h2n—сн-соон
цистин				метионин
		ОН 1'Тфг' снг h2n—СН—СООН		'^г1 'i' Сп2 h2n—СН—СООН
		дииодотирозин			тироксин
снг—сн2 1	1 сн2	сн—соон				ОН 1 СН — СН2 1	1 СН^^СН—СООН Н
пролин	оксилролин
3*
Синтезы
малых молекул
6
Первоначально при экспериментальных исследовани-
ях зарождения жизни основное внимание уделялось во-
просу происхождения аминокислот, ибо они являются
строительным материалом для белков. Структура ами-
нокислот такова, что один конец их молекулы заряжен
положительно, а другой — отрицательно. Поэтому обыч-
но они обладают как кислотными, так и основными свой-
ствами. Пептиды, представляющие собой комбинации
аминокислот, образуются в том случае, когда амино-
группа (положительно заряженная) одной молекулы со-
единяется с карбоксильной группой (отрицательно заря-
женной) другой. Такой процесс может непрерывно про-
должаться до тех пор, пока все больше и больше молекул
не объединится в пептидные цепи.
Одна из причин особого интереса к аминокислотам
заключается в том, что с точки зрения проблемы возник-
новения жизни их молекулы наиболее важны и, кроме
того, они могут быть легко идентифицированы. В 1953 г.
ЛАиллер поставил ряд экспериментов, с помощью которых
удалось обнаружить несколько аминокислот, среди них
наиболее часто встречающиеся в белках глицин, аланин,
аспарагиновая и глутаминовая кислоты. Присутствова-
ло также некоторое количество аминокислот, вообще не
характерных для растительных и животных организмов,
а именно саркозин, р-аланин и а-аминомасляная кислота.
Наличие в продуктах синтеза «небелковых» аминокислот
наводит на мысль, что при зарождении жизни на пер-
вичной Земле только небольшая часть аминокислот была
«включена» в живые организмы.
Непременным требованием при изучении химической
эволюции является четкое понимание сложного химиче-
68
ского пути, который привел к образованию аминокислот
в предбиологических условиях. Удалось выяснить, что
молекулы аминокислот строятся в соответствии с общими
правилами взаимодействия атомов, радикалов и моле-
кул. Простая и ясная схема такого построения напоми-
нает реакции, характерные для соответствующих разде-
лов органической химии.
Механизм синтеза аминокислот, обнаруженных в
«первичном бульоне», тщательно изучен. Здесь возможно
Возможные пути химической эволюции: молекулы, синтезированные
с помощью лучистой энергии, взаимодействуя в «первичном бульоне»,
создают азотистые основания нуклеиновых кислот и, возможно, са-
хара. В мелких лагунах, на поверхности глин, попеременно увлажня-
емых и пересыхающих, могли образовываться большие молекулы.
два пути. Согласно классической теории, аминокислоты
обычно синтезируются из альдегидов и нитрилов. Фор-
мальдегид (НСНО) является простейшим членом ряда
альдегидов, тогда как цианистый водород (HCN) можно
рассматривать как источник нитрилов. Еще в 1881 г. не-
мецкий химик Штрекер предложил схему синтеза, на-
званную затем его именем. Согласно этой схеме, на пер-
вой стадии альдегид и нитрил, взаимодействуя в присут-
ствии аммиака, образуют промежуточный продукт:
RCHO + NH3 + HCN RCH(NH2)CN + Н2О.
При обработке водой он дает аминокислоту:
RCH(NHJCN + 2Н2О -> RCH(NH2)COOH 4- NH3.
69
Существует также альтернативная гипотеза, в соот-
ветствии с которой аминокислоты синтезируются непос-
редственно в газовой фазе. Однако последующие иссле-
дования показали, что наиболее вероятный путь их обра-
зования— это синтез Штрекера. При анализе продуктов
реакции Штрекера установлено присутствие альдегидов
и цианидов и показано, что количество образовавшихся
аминокислот пропорционально убыли альдегидов и нит-
рилов. Аналогичный эффект наблюдался независимо в
эксперименте со смесью нитрила и альдегида.
Аминокислоты были синтезированы также в экспери-
ментах, где моделировалось действие солнечной радиа-
ции. Ультрафиолетовому облучению подвергались не
только простейшие газовые смеси, но и ряд веществ, ко-
торые по всей вероятности могли возникнуть в первич-
ной атмосфере. В качестве исходного материала приме-
нялись муравьинокислый аммоний и цианистый водород.
В каждом отдельном случае в продуктах реакции были
обнаружены аминокислоты. Аналогичные эксперименты
проводились также с использованием ионизирующего из-
лучения и тепла.
Эксперименты с моделированием предбиологических
условий позволяют предположить, что на первичной Зем-
ле образование аминокислот происходило довольно лег-
ко. Однако полученные результаты не означают, что воп-
рос о возникновении аминокислот уже решен и больше
не заслуживает внимания.
Некоторые аспекты этой проблемы нуждаются в даль-
нейшем исследовании. Многие аминокислоты, образую-
щиеся в результате воздействия электрических разрядов,
ультрафиолетового излучения, тепла или ударных волн,
не входят в состав биологических систем. Без ответа ос-
тается вопрос: почему природные белки включают только
двадцать аминокислот? Необходимы также дальнейшие
эксперименты, целью которых будет синтез некоторых
встречающихся в природе аминокислот, которые пока
удается получать лишь из органического материала.
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Основная цель предбиологической химии заключается
в том, чтобы понять, каким образом нуклеиновые кисло-
ты— основа генетической организации живого вещест-
70
ва — появились до возникновения жизни. Даже неболь-
шой успех в понимании процесса образования отдельных
молекул ДНК и РНК будет первым шагом на пути к
этой цели.
В молекуле ДНК различают четыре основания: аде-
нин, гуанин, цитозин и тимин. В молекуле РНК тимидин
замещен урацилом. Предпринимались неоднократные
Из цианистого водорода, которым
была обогащена первичная докис-
лородная атмосфера, могли воз-
никнуть аденин и гуанин — два
основания нуклеиновой кислоты.
Молекула цианистого водорода
включает в себя по одному атому
водорода, углерода и азота. Каж-
дое из этих оснований имеет по
пяти атомов каждого сорта, кро-
ме того, гуанин содержит еще один
атом кислорода. На приведенной
диаграмме с помощью химических
символов показаны возможные пу-
ти возникновения аденина и гуа-
нина.
NC-+HCN
1 Н~
NC-CH= N —*-[NC CH=NH]
|HCN
NC CN L
\	/ HCN
CH
h2n nh2 4cn
Ihv	0
1	II
CN. h2n-c.
Y)
mYS Y
YHCN	CjNtl
аденин	гуанин
попытки продемонстрировать возможность абиогенного
возникновения этих молекул. Одним из первых достиже-
ний в исследовании образования пуринов в первичных
условиях явилась работа Хуана Оро из Хьюстонского
университета, который путем термического воздействия
на цианистый аммоний получил аденин. При вниматель-
ном рассмотрении молекулы аденина, представленной
эмпирической формулой H5C5N5, обнаруживается, что ее
можно изобразить в виде объединенных вместе пяти мо-
лекул цианистого водорода. Таким образом, синтез циа-
нистого водорода логически приводит к возникновению
аденина.
На первичной Земле цианистый водород — смертель-
ный яд для современной биосферы, — вероятно, присут-
ствовал в значительных количествах и играл важную роль
71
Комета Икэя — Сэки, сфотографированная над Канберрой в 1965 г.
Среди газов, образующих хвост кометы, доминирует цианистый во-
дород, которым была обогащена первичная атмосфера Земли.
в абиогенных процессах. Результаты спектроскопических
исследований свидетельствуют о том, что он входит и в
состав комет. При движении кометы по направлению к
Солнцу характерная спектральная линия цианида явля-
ется доминирующей. Это интересно особенно тем, что
состав протосолнечной первичной туманности, из которой
образовались планеты Солнечной системы, как предпола-
гается в настоящее время, подобен составу комет. Согла-
сно последним радиоастрономическим данным, цианис-
тый водород присутствует также в межзвездном прост-
ранстве. Лабораторные исследования показали, что
огромное количество цианистого водорода удается полу-
чить при использовании смесей из метана, аммиака и во-
ды. Только в экспериментах с электрическими разрядами
выход цианистого водорода составляет около 15%.
При облучении электронами, полученными от линей-
72
«Пятно» аденина, полученное на бумажной хроматограмме, свиде-
тельствует об успехе эксперимента, в котором модель первичной ат-
мосферы Земли облучалась электронами. Образовавшаяся смесь мо-
лекул была хроматографически разделена на бумаге. Каждое веще-
ство, содержащее углерод, при использовании в модельной атмосфе-
ре меченого метана (то есть включающего радиоактивный углерод),
оставляет на рентгеновской пленке, помещенной поверх хроматогра-
фической бумаги, темное пятно.
ного ускорителя, газовой смеси, состоявшей из метана,
аммиака и воды и соответствовавшей первичной атмосфе-
ре, Поннамперума с сотрудниками среди прочих веществ
синтезировали и аденин. Аденин был не просто нелету-
чим продуктом, обладавшим наибольшим выходом. Ха-
рактерно, что он преобладал среди аналогичных продук-
тов и, кроме того, его выход увеличивался при отсутст-
вии водорода. Это не удивительно, так как для того,
чтобы углерод метана мог быть включен в состав пури-
нов, он должен быть окислен. Избыток водорода препят-
ствует процессу окисления, так как значительное количе-
ство образовавшихся радикалов рекомбинирует с обра-
зованием метана. Во всяком случае, отсюда следует, что
высокая концентрация органического вещества на пер-
вичной Земле возникла, вероятно, в тот период, когда из
земной атмосферы улетучилась большая часть водорода.
Несмотря на многочисленные попытки, в конечных
продуктах экспериментов, моделирующих первичную ат-
мосферу, не удалось обнаружить другие пурины. Не увен-
чались успехом и попытки обнаружения пиримидинов.
73
Многие исследователи пытались получать цитозин,
тимин и урацил из молекул, которые можно рассматри-
вать как промежуточные продукты синтеза пиримидинов.
Некоторые из конечных продуктов реакций, происходя-
щих в экспериментах с моделями первичной атмосферы
Земли, представляют собой именно такую промежуточ-
ную ступень для последующих синтезов. С этой точки
зрения заслуживают внимания работы Лесли Оргела. Он
рассматривал цианацетилен, образующийся при воздей-
ствии электрического разряда на смесь метана и азота,
как возможный предшественник пиримидинов. При сов-
местном нагревании цианацетилена и мочевины был так-
же получен цитозин. Мочевина является конечным про-
дуктом в большинстве экспериментов с газовыми смеся-
ми, состоящими из метана, аммиака и водяных паров.
Можно считать, что сочетание цианацетилена с мочеви-
ной— вполне приемлемый путь для синтеза пиримиди-
нов.
Сахара, рибоза и дезоксирибоза служат неотъемле-
мой частью молекулы нуклеиновой кислоты. Основания:
аденин, гуанин, цитозин, тимин и урацил — совместно с
сахарами образуют нуклеозиды. Последние, в свою оче-
редь соединяясь с фосфатами, дают нуклеотиды — прос-
тейшие единицы, из которых состоит молекула нуклеино
вой кислоты. Даже при самом тщательном анализе «пер-
вичного бульона», возникшего на основе смеси метана,
аммиака и воды, пока не удалось обнаружить и намеков
на присутствие сахаров — компонентов нуклеиновых кис-
лот. Однако был идентифицирован формальдегид, кото-
рый, как мы уже говорили, можно считать промежуточ-
ным продуктом при синтезе аминокислот. Он является
простейшим из сахаров и может рассматриваться как ос-
нова для возникновения более сложных членов этого ря-
да. Совсем недавно было установлено, что формальдегид
присутствует в межзвездном пространстве, это еще боль-
ше подчеркивает его роль как предбиологического сое-
динения.
Еще в 1861 г. Бутлеров показал, что при нагревании
в крепком щелочном растворе формальдегид может пре-
вращаться в смесь сахаров. Первичным продуктом кон-
денсации двух молекул формальдегида является другой
член ряда альдегидов — гликолевый альдегид. Совмест-
но с третьей молекулой формальдегида он создает еще
74
Одной из наиболее сложных молекул, обнаруженных в межзвездном
пространстве, является формальдегид (СН2О). Используя 42-метро-
вый радиотелескоп дальнего поиска, установленный в Гринбэнке (За-
падная Виргиния), ученые обнаружили в спектрах нескольких различ-
ных источников характеристическую линию формальдегида. Его
присутствие подтверждается существованием в облаках галактиче-
ской пыли метана (СН^) — особо важной компоненты «первичного
бульона».
одного предшественника сахаров — дигидроксиацетоп
С образованием двух последних молекул открывается
путь к возникновению важных для жизни сахаров. Для
тех, кто владеет языком химических формул, этот про-
цесс выглядит так:
2СН2О -> СН2ОН-СНО
СН2СН - СНО -и сн2о -> СН2ОН — со — СН2ОН
СН2ОН - СНО + СН2ОН — со — СН2ОН ->
-> СН2ОН — снон — снон - со - СН2ОН
или
2СН2ОН - СНО -> СН2ОН - СНОН — СНОН - СНО
или
СН2ОН — со — снон — СН2ОН
2С4 - [С8]? -> С3 + С6
Поннамперумой и Гэйбелом была предложена заман-
чивая модель возникновения сахаров в предбиологиче-
ских условиях под действием гидротермальных источни-
ков. Они пропускали очень разбавленный раствор фор-
мальдегида над поверхностью глины (каолинита и илли-
та). Такой минерал, как каолинит, можно рассматривать
как один из характерных признаков предбиологической
среды вблизи горячих источников. Простое перемешива-
ние или кипячение формальдегида приводит к реакции
конденсации с образованием сахаров. При таких процес-
сах очень легко получаются пяти- и шестичленные сахара
(пентозы и гексозы).
Полимеры
7
В предыдущих главах мы показали, что простые со-
единения, которые входят в состав нуклеиновых кислот и
белков, могут быть синтезированы при действии различ-
ных видов энергии на первичную атмосферу. Эти малые
молекулы возникают либо непосредственно из веществ,
входящих в состав атмосферы, либо в результате взаимо-
действия предварительно образовавшихся промежуточ-
ных продуктов. Химикам в основном удалось разобрать-
ся в процессах созидания составных частей живого. Бе-
зусловно, проблема далеко не решена, еще не известна
в деталях схема образования отдельных звеньев, тем не
менее общий механизм возникновения промежуточных
веществ, по-видимому, установлен достаточно верно.
Следующий цикл экспериментов связан с конденсацией
или полимеризацией молекул этих веществ с целью полу-
чения более крупных молекул, а в итоге нуклеиновых ки-
слот и белков.
Молекула белка представляет собой цепочку амино-
кислот. Отдельные молекулы аминокислот связаны друг
с другом пептидной связью. Когда две аминокислоты сое-
диняются вместе или конденсируются, происходит дегид-
ратация, то есть выделение воды. Выделение одной моле-
кулы воды является, таким образом, необходимым зве-
ном в процессе объединения аминокислот в дипептид.
Затем два дипептида, объединяясь, дают тетрапептид.
Этот процесс объединения в цепочку может продолжать-
ся и дальше.
Аналогично молекулы нуклеиновых кислот, подобно
бусам, собраны из молекул нуклеотидов. В свою очередь
каждый из них составлен из основания, сахара и фос-
фатной группы. В этом случае механизмами объединения
77
ДНК, дезоксирибонуклеиновая кислота, — основа всего живого.
В этой модели знаменитой «двойной спирали» отдельные атомы каж-
дого нуклеотида размещаются на нескольких витках большой моле-
кулы.
также служат конденсация и дегидратация. Молекула
воды удаляется, а соединившиеся основание и сахар об-
разуют нуклеозид. Для получения нуклеотида к нуклео-
зиду добавляется фосфатная группа. Два нуклеотида, со-
единяясь вместе, дают динуклеотид. Таким образом, на
любом уровне механизмом образования все более круп-
ных молекул является удаление молекулы воды.
нч ?1 /О Н Н jd Нч R^O ЮН о
N-C-C + N-C-C —N-CK-N^C-C + Н&Й
Н A Я8Й' & он HZ R2 ОН
аминокислота аминокислота дипептид вода
Белковая молекула представляет собой цепочку аминокислот (ввер-
ху справа), ее «хребет» состоит из повторяющихся, подобно звеньям
цепи, триплетов с боковыми группами, различными у каждого типа
аминокислот. Когда две аминокислоты соединяются вместе (слева),
аминогруппа одной молекулы присоединяется к карбоксильной груп-
пе другой с выделением молекулы воды (внизу справа). Такая связь
называется пептидной.
Если бы такой процесс происходил в водной среде,
то следовало бы предположить, что вода при этом выде-
ляется в воду. Но это противоречит закону действующих
масс. Такая ситуация также невозможна, как невозмож-
но пловцу оставаться сухим во время плавания. Однако
мы знаем, что в живых организмах постоянно идут реак-
79
ции конденсации с образованием биополимеров. Они
осуществляются с участием ферментов-катализаторов,
благодаря чему взаимодействующие молекулы могут пре-
одолевать энергетический барьер в реакциях, которые в
иных условиях неосуществимы. Если бы аналогичные
процессы происходили в океане, то с их помощью, по-ви-
димому, удалось бы вполне приемлемо объяснить меха-
При образовании нуклеиновой кислоты происходит аналогичный про-
цесс: фосфа! соединяется с сахаром, а сахар — с основанием с вы-
делением молекулы воды.
низм возникновения предбиологических макромолекул.
Коль скоро для синтеза полимера необходимо уда-
лить воду, то, вероятно, наиболее легко это сделать путем
нагревания смеси двух аминокислот. Такой же процесс
возможен и при образовании нуклеиновой кислоты: смесь
основания и сахара нагревается, что вызывает их дегид-
ратацию. Подобным же образом с помощью нагревания
нуклеозид и фосфат можно превратить в нуклеотид.
Для первичной Земли такая последовательность со-
бытий вполне вероятна. Бернал первым отметил, что пе-
ресыхающие морские лагуны могли быть идеальным
местом формирования больших молекул. Воздействие
солнечного излучения на органический материал, адсор-
80
бированный на илистом дне лагун, приводило к его де-
гидратации. Полимеризованные таким образом молеку-
лы смывались затем водой океана. Подобные реакции
могли происходить и на всей прибрежной полосе. Органи-
ческий материал, вынесенный на песок, адсорбировался
на силикатной поверхности, а его последующая дегидра-
тация могла быть обусловлена солнечным излучением.
Такой процесс можно наблюдать на побережье даже в
настоящее время. Лагуны, которые тянутся вдоль берега,
иногда пересыхают. Временами же, например при высо-
ких приливах, наступающая вода вновь заполняет их.
При таком чередующемся пересыхании и заполнении во-
дой мог осуществляться очень эффективный синтез поли-
меров в предбиологических условиях с последующим их
попаданием в первичный океан.
Предполагается, что часто пересыхающие и вновь заполняющиеся во-
дой мелкие лагуны представляли собой наиболее вероятные области,
где происходил синтез полимеров из предбиологического «бульона».
Изобилующая растительностью лагуна в Северной Австралии, пока-
занная на этой фотографии, конечно, не может быть отнесена к та-
ковым.
4-274
81
Оба типа реакций моделировались в бесчисленном ко-
личестве экспериментов. В одних из них были сделаны
попытки синтезировать полимеры в водных условиях, в
других — моделировалось пересыхание предбиологиче-
ского океана. В обоих случаях происходил процесс кон-
денсации с выделением воды.
Результаты некоторых экспериментов свидетельству-
ют о возможности полимеризации в водных растворах.
Так, Кальвин и Поннамперума провели синтез пептидов,
используя разбавленные растворы аминокислот. Однако
в этом случае для протекания реакции необходим конден-
сирующий агент. Он заменяет собой катализаторы, или
ферменты, с помощью которых осуществляются подобные
реакции в биологических системах. Один из наиболее
блестящих экспериментов такого типа провел Корана;
для синтеза полинуклеотидов он применил дициклогек-
силкарбодиимиды. Такие карбодиимиды относятся к се-
мейству органических веществ, производных цианамида.
Простейшими из них являются цианамид и дицианамид,
которые можно отнести к исходным продуктам, образу-
ющим карбодиимиды. Как уже говорилось, и цианамид, и
дицианамид были получены в результате воздействия
излучения на первичную атмосферу. Эти вещества впол-
не можно рассматривать как предбиологические катали-
заторы.
В простых лабораторных экспериментах, поставлен-
ных в Исследовательском центре им. Эймса, сильно раз-
бавленные растворы двух меченых (радиоактивных)
аминокислот, глицина и лейцина, в присутствии циана-
мида облучали ультрафиолетовым светом. Биохимики
считают этот прием весьма удобным для обнаружения
конечных продуктов реакции: если при разделении раз-
личных веществ с помощью бумажной хроматографии
поверх хроматограммы поместить рентгеновскую плен-
ку, то она потемнеет там, где есть радиоактивность. Та-
ким образом, темные пятна могут служить индикаторами
наличия разных органических соединений. В названных
экспериментах были синтезированы пептиды: диглицин,
триглицин, глициллейцип и лейцилглицин, и, следова-
тельно, образование в этих условиях дипептидов являет-
ся твердо установленным фактом. Подобные же попытки
предпринимались для синтеза нуклеотидов в водных рас-
творах. Хотя эти эксперименты оказались не столь ус-
32
пешными, как опыты с получением дипептидов, тем не
менее некоторые весьма обнадеживающие результаты
были достигнуты.
Мы отмечали ранее, что почти везде в первичной ат-
мосфере, по-видимому, присутствовали молекулы цианис-
того водорода. В ряде экспериментов образовавшиеся
аминокислоты удалось выявить при анализе
h2n—-с—СО2Н
СНз СНз
СН
Образование в предбиологи-
ческих условиях пептидной
связи, то есть построение
белков из аминокислот, бы-
ло продемонстрировано в
лаборатории. Две молекулы
обычных аминокислот под
действием ультрафиолетова*
го излучения объединились в
дипептид, при этом возникла
одна молекула воды Н2О.
I
н
глицин
,-С>Нг0 СН4
7Ъ I
h2n- с—COtH
н
лейцин
СНз ^СНз
\н
Н
I
h2n — с-
н
—О-СОгН
I I
н н
глицил -лейцин
лишь после гидролиза; это позволяет предпо-
лагать, что какая-то полимеризация может про-
исходить уже в «первичном бульоне». Веществом, сти-
мулирующим такой процесс, вероятно, мог быть тетра-
мер цианистого водорода. Тщательное исследование по-
казало, что если в его присутствии нагревать вместе две
аминокислоты, то возможно образование дипептида.
В этом случае цианистый водород служит не только ма-
териалом для образования пуринов и аминокислот, но
является и конденсирующим агентом.
Во всех экспериментах синтезу полипептидов уделя-
лось больше внимания, чем синтезу других биологических
полимеров. Это обстоятельство, вероятно, обусловлено
тем, что предбиологическому возникновению белков ис-
следователи придают особое значение. Изучены реакции,
протекающие в безводных условиях. В типичном экспе-
рименте, проведенном Фоксом, смесь аминокислот с
4*
83
большим избытком глутаминовой и аспарагиновой кис-
лот нагревалась в струе азота. При температуре 180—
200°С образовывались большие молекулы полимеров.
Первым происходит плавление глутаминовой кислоты, а
ее расплав играет роль растворителя по отношению к дру-
гим аминокислотам. Этот тип конденсации обеспечивает
получение полимеров очень большого молекулярного
веса.
Предполагается также, что основа белковой молеку-
лы может быть образована в виде полинитрила в экспе-
риментах с метано-аммначной смесью. Гидролиз таких
полинитрилов дает различные полипептиды. Это предпо-
ложение* построено на том, что в экспериментах с элект-
рическим разрядом при наличии цианистого водорода по-
лучаются полимеры, по структуре очень похожие на по-
липептиды.
В самом начале развития исследований по химической
эволюции данное предположение было высказано японс-
ким ученым Акабори. Он выдвинул гипотезу о том, что до
белков, появившихся, насколько нам известно, в «пер-
вичном бульоне», существовало нечто, что может быть
названо «предбелком». Произвольно синтезированные
нитрилы были адсорбированы поверхностью глин, а бла-
годаря каталитической активности последних могла про-
изойти конденсация. При последующем взаимодействии
с водой в слабощелочной среде осуществлялся гидролиз
боковых групп, что приводило к образованию карбо-
ксильных групп, характерных для белковой молекулы.
По-видимому, излишне перечислять обширный список
конденсирующих агентов, используемых при органиче-
ских синтезах. Можно себе представить множество путей
образования полипептидов. Полифосфаты, апатит, гли-
нистые минералы и активированные аминокислоты мог-
ли принимать участие в синтезах полимеров до возник-
новения жизни на Земле. Лабораторные эксперименты
четко продемонстрировали, что белковая молекула мо-
жет возникнуть в условиях отсутствия жизни.
Дегидратационно-конденсационными процессами
обусловлено образование очень больших молекул совре-
менных белков. Положения молекулярной биологии
абсолютно справедливы для всех областей науки, связан-
ных с теми или иными жизненными процессами. Поэтому
приобретает чрезвычайную важность создание генетичес-
84
В первичной атмосфере Земли «элементы жизни» углерод, водород,
кислород и азот присутствовали в виде паров воды (Н20), метана
(CHt) и аммиака (Пп3). Под воздействием различных видов энергии
они диссоциировали и рекомбинировали, образуя аминокислоты, пу-
рины, пиримидины и углеводороды. Как показали эксперименты, из
аминокислот, присутствующих в «первичном бульоне», могли образо-
ваться белки. Однако возможность полимеризации нуклеиновых кис-
лот в этих условиях не доказана.
83
В опыте, моделирующем процессы пересыхания прибрежных океан-
ских лагун, нуклеозид (сахар, связанный с основанием, в данном слу-
чае урацил+рибоза) нагревался в присутствии неорганического фос-
фата. С использованием меченых атомов методом бумажной хрома-
тографии удалось обнаружить первую стадию полимеризации: обра-
зование динуклеотидов.
кой модели первого живого организма. Синтез полинук-
леотидов в условиях, моделирующих первичную Землю,
будет значительным шагом вперед в понимании возникно-
вения жизни. Молекула ДНК является результатом вели-
кого множества реакций, ответственных за эволюцию и
поддержание жизни. Как было недавно показано, некото-
рые компоненты живых клеток могут быть изолированы,
при этом реакции, необходимые для синтеза ДНК, будут
проходить in vitro. Небольшие полинуклеотиды при вза-
имодействии с избытком трифосфатов увеличиваются в
присутствии клеточных ферментов. Благодаря таким экс-
периментам более вероятной кажется возможность абио-
генного возникновения первых нуклеиновых кислот. Ра-
зумно предположить, что первые полинуклеотиды были
86
Основополагающим процессом жизни является перенос от клеточных ядер к основной массе клетки информации,
управляющей образованием белков посредством чтения «кода», записанного на молекуле ДНК. Этот процесс
эволюционировал в течение длительного времени, начиная с простого механизма саморепликации // первых ма-
кромолекул. Процесс начинается с образования (А—Б) молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК), которая
последовательно, шаг за шагом, собирается на «матрице», представляющей одну нить спирали ДНК. Собран-
ные молекулы «информационной» РНК «покидают» ядра клеток и связываются с рибосомами (В) — мельчайши-
ми частицами, содержащимися в клеточной жидкости, которая богата растворимой, или «транспортной», РНК.
Эта РНК собирает аминокислоты в клеточной жидкости, переносит к рибосомам, причем доставляет точно в то
место «информационной» молекулы, где расположены соответствующие им триплеты оснований. При формирова-
нии пептидной цепи (Г) аминокислоты объединяются с помощью пептидных связей, образуя простую последо-
вательность.
не, похожи на современные полимеры. Они могли состо-
ять всего из нескольких мономеров.
Предпринимались попытки синтезировать нуклеино-
вые кислоты неферментативным путем. Необходимым ус-
ловием для этого, как предполагалось, являются высоко-
энергетические фосфаты. С их помощью при умеренных
температурах удалось получить полинуклеотиды. Экспе-
римент проводили с уридином, причем этот нуклеозид,
нагретый в присутствии фосфатов, образовывал цепочки
из двух, трех, а возможно, и четырех нуклеотидов; это
открывает возможность дальнейших многообещающих
исследований. Некоторые из реакций проводились при
температурах 150—160°С, по полимеризация происходила
даже при Температуре около 65°С. В подобных экспери-
ментах с использованием тепла при моделировании без-
водных условий обычно применялись ортофосфаты. Было
показано, что механизм фосфорилирования может быть
обусловлен образованием линейных фосфатов. При на-
гревании ортофосфаты превращаются в полифосфаты,
которые и ответственны за синтез макромолекул.
Исследуя пути простого синтеза полипептидов и поли-
нуклеотидов, мы ищем механизм, с помощью которого в
первичном океане могла осуществляться взаимосвязь
между аминокислотами и нуклеотидами. Сегодня мы
знаем, что связь между нуклеиновой кислотой и белком
является основополагающей и что происходят процессы
переноса информации с молекулы нуклеиновой кислоты
на молекулу белка. Взаимодействие между отдельными
компонентами или полимерами могло существовать на
очень ранней стадии химической эволюции. Изучение
этого взаимодействия должно помочь нам понять проис-
хождение генетического кода, что, по мнению некоторых
биохимиков, является синонимом происхождения жизни.
Протонлетни
8
Клетка является основной единицей жизни. Однокле-
точные организмы занимают видное место в основании
эволюционного древа. Хотя биохимически феномены рос-
та и репликации, связанные с жизненными процессами,
могут быть выражены на макромолекулярном уровне,
однако в настоящее время центральным объектом биоло-
гии больше принято считать клетку. Поэтому важно
знать, существовали ли уже в предбиологическую эпоху
некоторые зачаточные формы, которые впоследствии эво-
люционировали в структурные единицы животной и рас-
тительной жизни. Чтобы проиллюстрировать возмож-
ность возникновения первых клеток в малоизученный пе-
риод перехода от химии к биологии, обратимся к несколь-
ким моделям.
Основной моделью служат здесь коацерваты — мель-
чайшие коллоидальные частицы-капли, обладающие осмо-
тическими свойствами. Их название происходит от латин-
ского coacervare, что значит собираться или группиро-
ваться вместе. Возможность образования такой высоко-
молекулярной системы из разбавленной жидкой среды
установил при исследовании коллоидных растворов дат-
ский химик Бунгенберг де Йонг. Опарин применил его
представления к органическим молекулам в связи с хи-
мической эволюцией. Соответствие коацерватной модели
реально существовавшим предбиологическим системам
следует из того факта, что коацерваты легко образуются
в необычно слабых растворах. Вследствие взаимодейст-
вия противоположных электрических зарядов происходит
агрегация молекул. Мелкие сферические частицы возни-
кают потому, что молекулы воды создают вокруг образо-
вавшегося агрегата поверхность раздела. Внутри систе-
89
мы молекулы также взаимодействуют друг с другом, что
приводит к дальнейшему росту капель. Получение коа-
цервата является методом, который обеспечивает не толь-
ко образование в определенных местах индивидуальных
частиц, отделенных поверхностью раздела от внешней
среды, но и взаимодействие молекул, находящихся внут-
ри возникших структур с окружающей средой. Благода-
ря проницаемости стенок происходит селективное про-
никновение молекул из окружающей среды внутрь сис-
темы и обратно. Образование поверхности раздела поз-
воляет отдельным частицам приобретать очень высокую
степень специфичности. В идеальных условиях это может
быть самопроизвольным процессом.
Опарин и его сотрудники получили коацерватные кап-
ли из большого количества различных биологических ве-
ществ. По всей вероятности, наибольшее значение имеют
их опыты, связанные с действием ферментов внутри та-
ких «протоклеток». В ряде случаев было показано, что
ферментативные реакции происходят внутри или на стен-
ках коацерватов. В настоящее время мы еще не обладаем
достаточной информацией, чтобы решить, шло ли обра-
зование первых клеток по пути создания коацерватов или
нет. Однако изменчивость структур коацерватов, лег-
кость их возникновения и способность концентрировать-
ся в слабых растворах, возможно, позволили им играть
исключительную роль в период доклеточной эволюции.
ПЕРВЫЕ КЛЕТКИ?
По мнению Фокса, возможным путем возникновения
на Земле первых клеток было образование микросфер.
Последние представляют собой маленькие твердые шари-
ки, полученные из протеиноидов — полимеров, которые
в свою очередь были синтезированы при нагревании ами-
нокислот до 180°С. Такие полимеры растворяются в ки-
пящей воде и при охлаждении образуют большое число
мельчайших шариков: на 1 мг протеиноида создается не
менее 100 млн. микросфер, каждая не более 2 мкм в диа-
метре. По форме и размерам эти микросферы часто сра-
внивают с бактериями. После промывки микросфер в со-
левом растворе можно заметить, что их внешние стенки,
по-видимому, состоят из двух слоев. В ряде случаев об-
90
Когда полимеры, состоящие из аминокислот, нагревают, растворяют
в кипящей воде и затем охлаждают, они стремятся образовать мель-
чайшие сферы, имеющие в поперечнике около 0,002 мм. Предполагает-
ся, что такую последовательность событий можно рассматривать как
путь, по которому шло образование самореплицирующихся клеток —
предшественников всего живого.
разуются структуры, напоминающие некоторые клетки
в процессе почкования.
Хотя микросферы служат интересным объектом ис-
следования, пет доказательств, что они были предшест-
венниками первых клеток. Изучение последовательности
событий, ведущих к их образованию, заставляет скорее
предположить, что они не могли быть очень широко рас-
91
Все предположения относительно того, каким образом могли возник-
нуть первые структуры, подобные клеткам, являются весьма спорны-
ми. В этой области, лежащей на «стыке» химии и биологии, проводи-
лось много исследований, но получено мало четких результатов.
Коацерватные капли (группирующиеся друг с другом) самопроиз-
вольно образовались при взаимодействии желатина с гуммиарабиком
(вверху слева). Такие же капли с включенным в них хлорофиллом
(вверху справа). Группа химических веществ, называемых фосфоли-
пидами; под электронным микроскопом они выглядят как многослой-
ные структуры, напоминающие миелиновую оболочку, в которую за-
ключены нервные клетки животных.
92
пространены на первичной Земле. Для возникновения
микросфер наиболее благоприятным условием является
воздействие тепла.
Не исключены и другие пути появления на Земле пер-
вичных клеток. Весьма привлекательной возможностью
представляется, например, образование двухфазных пу-
зырьков у поверхности океана. Если на поверхности
древних морей существовала пленка из липидов или слой
углеводородов, под воздействием ветра и волн от них мог-
ли отделяться небольшие круглые пузырьки, содержав-
шие органическое вещество. Начало процессов взаимо-
действия внутри самих пузырьков знаменовало собой
рождение биохимии.
Расчеты, проведенные в Принстоне геологом Холлан-
дом, показывают, что при воздействии ультрафиолетово-
го излучения на метан первичной атмосферы в первич-
ном океане должны были накапливаться углеводороды.
Согласно данным Холланда, в результате такого процес-
са был создан нефтяной слой толщиной в несколько мет-
ров. Разумно предположить, что подобные пленки могли
образоваться задолго до возникновения в природе про-
цессов и специфически связанных с ними структур, пре-
дохраняемых от внешних воздействий этими пленками.
Существует обширная литература по вопросам накоп-
ления различных растворов органических веществ, кото-
рое сопровождалось образованием структур, напоминаю-
щих клетки. Однако такое перепрыгивание от морфоло-
гического сходства к функциональному весьма опасно,
особенно если речь идет об объектах, возраст которых
исчисляется несколькими миллиардами лет.
Право- и левовращающие
молекулы	9
Мы привыкли изучать химию по двумерным форму-
лам, однако на самом деле молекулы существенно разли-
чаются по форме. Подобно правой и левой рукам, иные
молекулы являются зеркальным отображением друг дру-
га. Химически опи идентичны, но вследствие структурных
отличий обнаруживают противоположные свойства. В не-
которых случаях асимметричный характер молекул про-
является в форме кристаллов. Сто лет назад Луи Пастер
с помощью сильной лупы разделил право- и левовраща-
ющие кристаллы щавелевокислой натрий-аммонийной
соли. Хотя этот метод разделения применим лишь в ред-
ких случаях, теоретическое значение открытия Пастера
было велико. Так как растворы, полученные из право- и
левовращающих кристаллов, отклоняют луч поляризо-
ванного света в противоположных направлениях, Пастер
связал их оптическую активность с геометрической струк-
турой молекулы.
Пастер первым установил также асимметричность
конфигурации биохимически важных молекул. Все най-
денные в белках живых организмов аминокислоты — ле-
вовращающие, или L-аминокислоты, а сахара — право-
вращающие, или Р-сахара, иначе говоря, луч поляризо-
ванного света в первом случае преломляется влево, а во
втором — вправо. Вне живых организмов природа раце-
мична, то есть неживое вещество состоит из одинакового
количества право- и левовращающих молекул, а в жи-
вых организмах используются молекулы лишь одной
формы. Хотя в клеточных стенках некоторых бактерий
имеются следы Р-аминокислот, в природе молекулярный
состав живых организмов по преимуществу асимметричен.
Существование такого специфического свойства позволя-
94
Симметрия в природе проявляется даже в спиральной структуре
кристаллов полиметилена. При увеличении в 37000 раз видно, что
одни кристаллы растут в направлении движения часовой стрелки, а
другие — в противоположном.
ет предполагать, что наличие оптической активности есть
бесспорный критерий жизни.
Почему в белках живых организмов используются
лишь левовращающие аминокислоты? Возможно, выбор
был сделан очень давно, и любая попытка вмешаться в
этот процесс подобна стремлению надеть правый башмак
на левую ногу. Интересно подумать о том, как первона-
чально происходила селекция. Произошел ли выбор на-
СООН
NH2—С—Н
I
R
JOOH
Н—С —NH2
R
Подобно правой и левой пер-
чаткам, зеркально отражающие
одна другую формы молекул
молочной кислоты (вверху) хи-
мически идентичны и различа-
ются только по направлению
вращения луча поляризованно-
го света в растворах их крис-
таллов. Точно так же амино-
кислота может находиться в
двух L- и D-формах, идентич-
ных во всех остальных отноше-
ниях (внизу).
L-аминокислота D-аминокислота
правления вращения до или после возникновения жизни?
Были ли молекулы, синтезированные на первичной Зем-
ле, преимущественно только одной формы? Эти вопросы
все еще остаются без ответа.
Преобладающим типом конфигурации белков являет-
ся альфа-спираль. Это спиральная структура, которая на-
поминает стержень. Полипептиды приобретают такую
упаковку самопроизвольно вследствие своей специфиче-
ской динамической стабильности. Лабораторные опыты
по синтезу полипептидов из смеси лево- и правовращаю-
щих молекул закончились полной неудачей из-за невоз-
можности привести в соответствие друг с другом моле-
кулы двух разных форм, не искажая при этом химиче-
ских связей. Спираль растет очень быстро, когда соеди-
нения находятся в той или иной оптически активной фор-
ме, и полипептиды, построенные только из одной формы,
по-видимому, обладают большими преимуществами по
сравнению с другими. Существует тенденция к сегрега-
96
Кристаллы щавелевокислого натрийаммония и увеличенная модель
кристаллов. Пастер обнаружил асимметрию в этих кристаллических
структурах и демонстрировал их модели на лекциях.
ции лево- и правовращающих молекул, и по мере того,
как белки делаются все больше и сложнее, она становит-
ся более строго выраженной.
Подобный эффект наблюдается и в случае нуклеино-
вых кислот. Структура молекулы ДНК по Уотсону и
Крику связана с распределением различных функциональ-
ных групп вокруг асимметричного атома сахара — дезо-
ксирибозы. В нуклеотидах пуриновые и пиримидиновые
основания всегда одинаково ориентированы по отноше-

Колебания в световых волнах происходят в различных плоскостях,
перпендикулярных направлению их распространения: эти волны неко-
герентны. Некоторые вещества поглощают или отражают все волны,
за исключением тех, колебания в которых совершаются в одной из-
бранной плоскости (справа): «отфильтрованный* свет теперь поляри-
зован в определенной плоскости. Вещества, которые вызывают вра-
щение плоскости поляризации света влево или вправо (слева), назы-
ваются оптически активными.
97
нию к молекуле сахара и образуют спираль правого вра-
щения. Противоположные по своей стереохимии молеку-
лы дают стабильную, но отличающуюся от первой струк-
туру. Следовательно, выбор формы имеет принципиаль-
ное значение. Как и в случае с белками, использование
Обычная форма белковой молекулы — это спираль. Атомы распреде-
лены по полипептидной цепи в последовательности углерод — угле-
род — азот и «скреплены» образующимися между аминокислотами
водородными связями так, что возникает единственно возможная ста-
бильная форма — левовращающая спираль. В принципе она может
быть и правовращающей, но природа «выбрала» левую форму. Даже
в спирали второго порядка сложности (справа), которая отражает
истинную специфическую структуру белковой молекулы, направление
левого вращения сохраняется.
одного изомера является основным условием стабильно-
сти для совокупности молекул, образующих цепь нуклеи-
новой кислоты. Но это все же не объясняет, почему
L-аминокислоты необходимы для образования прочных и
устойчивых белков, а D-конфигурация дезоксирибозы
важна для жизнеспособности двойной спирали ДНК-
Если предположить, что жизнь на Земле началась в
результате некоего одного-единственного акта, то воп-
98
Джеймс Уотсон (слева) и Фрэнсис Крик со своей первой моделью мо-
лекулы ДНК, имеющей ярко выраженную правовращающую форму.
рос об изначальном выборе между право- и левовращаю-
щими формами молекул не имеет смысла. Накопленные
к настоящему времени данные позволяют считать, что
возникновение жизни происходило почти одновременно в
бесчисленном множестве областей первичной Земли. Ес-
ли необходимые для возникновения жизни молекулы то-
гда уже существовали, то следует полагать, что в перво-
зданных условиях преобладали L-аминокислоты и Д-са-
хара. Существует много предположений о предпочтитель-
ности синтеза одной формы по сравнению с другой. Одно
из них касается действия поляризованного по кругу све-
та, излучаемого Луной или образующегося при отраже-
нии от поверхности океана. На поляризацию света может
также влиять магнитное поле Земли. Однако, несмотря
на кажущуюся правдоподобность этой гипотезы, в ее
пользу свидетельствует крайне небольшое число экспе-
риментальных данных.
99
Электрон обладает отрицательным зарядом. Его античастица — пози-
трон, имеющий равный по величине, но противоположный по знаку
заряд, — видна на этой фотографии, полученной в диффузионной
камере, помещенной в магнитное поле. Пролетая через камеру, час-
тицы в зависимости от знака заряда отклоняются влево или вправо;
тем не менее в физике положительные и отрицательные заряды сим-
метричны, тогда как в биохимии подобная симметрия отсутствует.
Преимущественное образование одной из форм может
быть также обусловлено и свойствами асимметричной по-
верхности. Вполне возможно, что на кристаллах кварца
происходили первичные синтезы, Тогда левовращающие
формы кварца должны были вызывать образование
Л-аминокислот, в то время как на правовращающих фор-
мах возникали D-аминокислоты. Однако в природе всег-
да существует равное количество кристаллов обоих ти-
пов. И снова, но в несколько иной форме мы возвращаем-
ся к вопросу, с которого начали наши рассуждения.
Предполагалось также, что проблему возникновения
оптической активности можно решить путем «отсеива-
ния» рацемической смеси. Если при самопроизвольной
юо
кристаллизации первоначально возник левовращающий
кристалл, то, по-видимому, подобные кристаллы и дол-
жны преобладать в природе. Как свидетельствуют био-
химические эксперименты, отсеивание действительно мо-
жет привести к преобладанию одной из форм. Однако
если кристаллизация исходной затравки происходила ха-
отически, то случаи образования L- и D-аминокислот
должны быть равновероятны. Поэтому результаты экспе-,
риментов по асимметричным синтезам не в состоянии по-
мочь нам в решении этого вопроса.
Итак, первоначальный выбор был в некотором смысле
произвольным. Обе формы, и лево-, и правовращающая,
появились в результате предбиологических синтезов. На
ранней стадии борьбы за существование использовались
право- и левовращающие полимеры. Когда организмы
начали жить среди себе подобных, наибольшими преиму-
ществами обладали примитивные существа, которые ис-
пользовали молекулы лишь одной конфигурации. В ре-
зультате обычного отбора на каждой планете, где возник-
ла жизнь, по-видимому, восторжествовала та или иная
форма. Если выбор был случаен, то во Вселенной должно
существовать приблизительно равное число форм жизни
с L- и D-аминокислотами. Если бы со всех обитаемых
планет можно было отобрать по одному образцу из все-
го разнообразия организмов, то мы, возможно, получили
бы равное число лево- и правовращающих молекул.
Однажды Джордж Уолд из Гарвардского университе-
та спросил Эйнштейна, что он думает по поводу этой про-
блемы. «Вы знаете, я всегда обычно удивляюсь, как это
происходит, что электрон имеет отрицательный заряд.
Отрицательный, положительный — в физике они совер-
шенно симметричны. Нет никаких причин предпочитать
один другому. Тогда почему же электрон отрицателен?
Я об этом долго думал, и все, что я смог наконец приду-
мать,— это победа в борьбе!» — ответил Эйнштейн. Тог-
да Уолд воскликнул: «Так же и L-аминокислоты. Они по-
бедили в борьбе!»
Значение углерода
10
Говоря о синтезах органических веществ, мы предпо-
лагали, что для жизни необходимы атомы углерода. Яв-
ляется ли углерод единственной основой жизни? Орга-
ническое вещество состоит главным образом из углерода,
водорода, азота и кислорода. Фосфор и сера присутству-
ют в нем в ограниченном количестве. Кроме того, органи-
ческое вещество содержит одноатомные ионы некоторых
элементов: натрия, калия, магния, кальция и хлора, а
также в следовых количествах железо, марганец, ко-
бальт, медь и цинк, которые образуют металлоорганиче-
ские комплексы.
Наиболее широко во Вселенной распространены лег-
кие элементы. Вероятно, их использование в живых сис-
темах связано с их доступностью. В одной из работ
Джорджа Уолда названы основные факторы, определяю-
щие отбор элементов. К ним в первую очередь относится
специфический набор свойств, которые делают данный
элемент идеально пригодным для функционирования в
составе биомолекул.
Вопрос можно сформулировать так: почему в биоло-
гии основная роль принадлежит именно водороду, кисло-
роду, азоту и углероду? Они преобладают в космическом
пространстве и относятся к числу наиболее легких эле-
ментов в периодической системе. При добавлении одного,
цвух, трех или четырех электронов атомы этих элементов
могут измениться настолько, что их электронная конфи-
гурация будет соответствовать конфигурациям ближай-
ших к ним инертных газов. Иными словами, стабиль-
ность легко достигается добавлением электронов. Кроме
того, атомы углерода водорода и азота обладают малы-
ми размерами. Эти два фактора обеспечивают способность
102
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА ЭЛЕМЕНТОВ
	К-оболочка1		| К-оболочка	I L-оболочка		I К-оболочка	1 L-оболочка	I М-оболочка		К-оболочка	I L-оболочка I	М-оболочка 1	N-оболочка 1
		литий Li	2	1	натрий Na	2	8	1	калий К	2	8	8	1
		бериллий Be	2	2	магний Mg	2	8	2	кальций Са	2	8	8	2
									десять пе- реходных металл.				
		бор В	2	3	алюминий А1	2	8	3	галлий Ga	2	8	18	3
водород н	1	углерод С	2	4	кремний Si	2	8	4	германий Ge	2	8	18	4
		азот N	2	5	фосфор Р	2	8	5	мышьяк As	2	8	18	5
		кислород О	2	6	сера	2	8	6	селен Se	2	8	18	6
		фтор F	2	7	хлор С	2	8	7	бром Вг	2	8	18	7
гелий Не	2	неон Ne	2	8	аргон Аг	2	8	8	криптон Кг	2	8	18	8
этих элементов образовывать многочисленные стабильные
связи. При создании обычной связи происходит «обоб-
ществление» электронов. Однако в некоторых случаях,
когда в процессе построения связи участвует более одно-
го электрона каждого атома, возникает сложная связь.
В биологических процессах это обстоятельство особенно
важно, так как именно оно обусловливает приспособля-
емость и гибкость молекул при образовании связей.
Оказывается, кремний распространен на Земле зна-
чительно шире, чем углерод: его в 135 раз больше. Угле-
род может присоединять к себе четыре электрона, обра-
зуя четыре ковалентные связи. Кремний способен делать
то же самое. Почему же тогда в основу жизни положен
все-таки углерод, а не кремний? По-видимому, причина
кроется в том, что углерод-углеродная связь при энергии
связи 80 ккал/моль почти в два раза стабильнее связи
кремний—кремний с энергией только 42 ккал/моль. Поэ-
тому при формировании прочных стабильных связей уг-
лерод, вероятно, обладает неким специфическим пре-
имуществом.
Эти два элемента можно сопоставить и с другой точки
зрения, а именно рассматривая их соединения с кислоро-
дом. Углерод образует с кислородом двуокись углеро-
да — газ, который легко вступает во взаимодействие со
многими веществами. Кремний в соединении с кислоро-
дом создает гигантскую супермолекулу двуокиси крем-
ния, или кварца. Таким образом, кремний сразу же вы-
бывает из круговорота веществ в природе, так как гро-
моздкие кристаллы кварца не могут взаимодействовать
с другими молекулами.
Связь между атомами кремния слаба и чувствительна
к воздействию различного рода реагентов, таких, как
вода и аммиак. Маловероятно, что из атомов кремния
могут сформироваться длинные цепочки, которые необхо-
димы для возникновения макромолекул живого вещества.
Различие в химической активности углерода и кремния
связано с распределением электронов на энергетических
уровнях их атомов. В атоме углерода валентные электро-
ны расположены на втором энергетическом уровне, рас-
щепленном на два подуровня, так называемые $-, и р-ор-
битали. У атома кремния валентные электроны находятся
на третьем энергетическом уровне, обладающем тремя
подуровнями: $-, р- и d-орбиталями. Даже если четыре
104
спаренных или валентных электрона занимают s- и р-ор-
битали, свободная d-орбиталь способна к захвату сво-
бодного электрона других атомов.
Итак, основные причины, по которым кремний не ис-
пользуется в биологических молекулах, таковы: прежде
всего связи между его атомами много слабее углерод-
Когда кремний (маленькие шарики) взаимодействует с кислородом,
образуется двуокись кремния, или кварц. Так как кремний четырех-
валентен, а кислород двухвалентен, все валентные связи заполнены, и
дальнейшее взаимодействие невозможно.
кремний	углерод
С первого взгляда размещение электронов на энергетических уровнях
у углерода и кремния кажется похожим. Каждый из этих атомов име-
ет по четыре электрона на внешней орбитали, и, таким образом, они
оба четырехвалентны, однако незаполненная внешняя орбиталь крем-
ния способствует образованию более слабых связей. Несмотря на то
что кремний распространен на Земле более широко, чем углерод, по-
следний связывается с другими элементами гораздо быстрее и проч-
нее и поэтому представляет собой основу жизни. Органическая хи-
мия — это химия углерода.
105
Шесть атомов углерода в цикле образуют бензольное кольцо. Гекса-
гональную структуру атомов в молекуле (но не сами атомы) можно
обнаружить при помощи рентгеноструктурного анализа.
углеродных. Весьма затруднено также образование ато-
мами кремния многократных связей. В результате осло-
жняется его взаимодействие с окружающей средой. Кро-
ме того, цепочки, формируемые атомами кремния, неста-
бильны в присутствии воды и аммиака. Накопленные к
настоящему времени научные данные говорят о том, что,
несмотря на свою распространенность на Земле, кремний
не входит в состав каких-либо функциональных молекул
и не участвует в обмене веществ, происходящехм в жи-
вых организмах.
Многие молекулы, имеющие большое значение для
живых систем, проявляют значительную изменчивость и
подвижность в расположении и установлении химических
связей. Это свойство обусловлено так называемой «де-
локализацией» электронов, то есть отсутствием жесткой
геометрической конфигурации орбит, по которым эти
электроны движутся. Предполагается, что в структуре
106
таких молекул, как нуклеиновые кислоты, белки, фермен-
ты, богатые энергией фосфаты, электроны имеют вид
диффузного облака, распределенного по орбите также,
как в бензольном кольце. Согласно мнению двух француз-
ских химиков-теоретиков Бернарда и Пульмена, способ-
ность электронов к дополнительной подвижности, по-ви-
димому, внесла существенный вклад в возникновение и
эволюцию жизни.
Какова же роль делокализации электронов для тех ве-
ществ, которые составляют основу живой материи? Во-
первых, благодаря «размазанности» электронов по своим
орбитам молекулы приобретают значительно большую
стабильность. Во-вторых, такое распределение электро-
нов дает выигрыш в энергии, который химики называют
«энергией резонанса». Подобные структуры именуются
«резонансными» и обусловливают «экономию» энергии.
Например, при биосинтезе аденина энергия резонанса со-
ставляет около 50—60 кал/моль, именно такое количество
энергии необходимо для образования данного пурина.
По-видимому, выигрыш в энергии компенсируется ее рас-
ходом, что в итоге обеспечивает стабильность соединения.
Эта стабильность могла иметь очень существенное
значение в ходе химической эволюции при первичном от-
боре молекул, в период, когда происходила конкурентная
борьба за выживание. Такое предположение подтвер-
ждается необыкновенным единообразием биохимической
структуры всего живого. Один и тот же ограниченный на-
бор веществ многократно используется в растительном и
животном мире. Особенно показателен в этом смысле
аденин. Он служит основанием двух нуклеиновых кислот,
а также входит в состав аденозинтрифосфата (АТФ) —
энергетического источника всех живых систем и коэнзи-
мов, тех маленьких «вспомогательных» молекул, без ко-
торых ряд ферментов не может осуществлять свои ката-
литические функции. При исследовании структуры этих
веществ точно установлено, что ее стабильность обуслов-
лена именно наличием пуринов.
Подобные вещества устойчивы также к воздействию
излучения, что является неоспоримым преимуществом,
поскольку, возникнув под воздействием ультрафиолета и
ионизирующего излучения или электрических разрядов,
они должны были «выжить» в этих условиях, чтобы, вза-
имодействуя друг с другом, создать необходимые для
107
жизни гигантские молекулы полимеров. Они оказались
достаточно стойкими к воздействию радиации, кроме то-
го, энергия резонанса обеспечила им доминирующее по-
ложение при образовании больших молекул.
Квантовохимическое рассмотрение позволяет нам сде-
лать следующее весьма важное заключение. На ранних
стадиях эволюции и отбора использовались наиболее ус-
тойчивые соединения. Энергия резонанса обеспечила им
возможность в течение достаточно продолжительного
времени выживать и участвовать в эволюционных про-
цессах. Кроме того, благодаря делокализации электро-
нов, молекулы этих соединений в наибольшей степени
пригодны для образования биологических структур.
Жизнь не возникла с появлением этих систем, Но мы мо-
жем сказать, что они сделали ее зарождение более веро-
ятным.
Молекулярные
окаменелости
В окаменевших ископаемых скрыто немало тайн ран-
ней истории нашей планеты. Камни, горные и осадочные
породы — в них мы можем найти следы многовековой ис-
тории жизни на Земле.
Если мы изобразим некие «геологические часы», на
которых весь период существования Земли представлен
на обычном двенадцатичасовом циферблате, то время, от-
веденное на них человеку, составит менее минуты. Эво-
люционный процесс развития от первичных организмов
до современных высокоразвитых форм продолжался в
течение чрезвычайно длительного времени.
Темная линия на уровне семисот миллионов лет назад
соответствует началу кембрия Когда-то палеонтологи
считали, что до этого периода жизнь на Земле не суще-
ствовала, так как при раскопках никогда не обнаружи-
вали скелетных остатков старше семисот миллионов лет.
Хотя геологическая история Земли началась еще в до-
кембрийскую эру1 2, ученым не удавалось добиться каких-
либо успехов в исследовании образцов горных и осадоч-
ных пород того периода. Усилия были направлены глав-
ным образом на изучение более поздних геологических
эпох. Однако тех, кто изучает химическую эволюцию Зем-
ли, интересует ее более отдаленное прошлое. С помо-
щью тщательных поисков микропалеонтологи Бархоорн
1 Кембрий — первый период палеозойской эры геологической
истории Земли; он начался 570 млн. лет назад и продолжался
70 млн. лет.— Прим, перев.
2 Докембрий, докембрийская эра — период образования древ-
нейших толщ земной коры. По современным данным он продолжал-
ся около 2,9 млрд лет, от времени возникновения древнейших гео-
логических образований (3,5 млрд, лет назад) до начала кембрия.—
Прим, перев.
109
и Шопф доказали, что жизнь существовала более 3 млрд,
лет назад. В переходный период от первичной, восстано-
вительной, атмосферы к современной, кислородсодер-
жащей, жизнь уже возникла и включилась в медленный
процесс эволюции.
«Геологические часы». Человек появился «без одной минуты две-
надцать».
Некоторые образцы горных пород являются безмолв-
ными свидетелями катаклизмов, вероятно, происходив-
ших на Земле на протяжении ее геологической истории.
Один миллиард лет — таков возраст территории северной
Австралии, известной под названием Биттер Спрингс. Еще
на миллиард лет старше скальные выходы, обнаружен-
ие
ные не так давно на северо-востоке Соединенных Штатов
и юго-востоке Канады — Ганфлинт вблизи озер Онта-
рио и Верхнее. Некоторые породы, слагающие верхний
слой, выступают непосредственно из озера. Соуденская
формация возрастом 2,9 млрд, лет, так же как и формации,
открытые в Миннесоте и Монтане (США), относятся к ран-
нему докембрийскому периоду. Особенный интерес вызы-
вают образцы пород формаций Фиг-Три и Онвервахт,
обнаруженные в Южной Африке. Формация Фиг-Три
(возраст 3,1 млрд, лет) получила свое имя от названия
города Фиг-Три в Барбертоне. Следующая за ней — Он-
вервахт имеет возраст около 3,4—3,6 млрд. лет. По мне-
нию некоторых геологов, именно здесь могут быть найде-
ны наиболее древние осадочные породы. Первичная зем-
ная кора в результате горообразовательных процессов,
вероятно, была погребена под более поздними наслоени-
ями и, таким образом, могла навсегда остаться недоступ-
ной для наших исследований.
Палеобиология докембрия — молодая наука и достиг-
ла успехов лишь в последние годы. Среди различных
микроорганизмов микроископаемых (микрофоссилий),
идентифицированных в образцах горных и осадочных по-
род того периода, лишь не более трех десятков пригодны
для исследований. По счастью, идеальные условия, в кото-
рых находились эти древнейшие отложения, обеспечили
сохранность структуры этих хрупких микроорганизмов.
Однако предполагается, что неповрежденные структуры,
обнаруженные в сланцевых отложениях, не исчерпывают
собой всей флоры и фауны древнейших времен.
Первым «свидетелем» наличия жизни в тот давний,
докембрийский период является микрофлора Биттер
Спрингс из Австралии. Ее возраст составляет около 900
млн. лет, а ее микрофоссилии наиболее хорошо представ-
лены во всем своем разнообразии. В результате изучения
данных отложений Бархоорн и Шопф обнаружили около
30 различных видов организмов. Исследование их фор-
мы, вида и структуры, проведенное этими же учеными с
помощью электронного микроскопа, показало, что в те
времена уже существовали, по-видимому, сине-зеленые и
красные водоросли и даже некоторые виды грибов. За-
служивает внимания тот факт, что из девятнадцати видов
сине-зеленых водорослей, обнаруженных в Биттер
Спрингс, четырнадцать напоминают по структуре совре-
111
Типичные выходы сланца Ганфлинт на берегу озера Верхнего, это
одна из древнейших пород на поверхности Земли.
менные типы. По меньшей мере шесть видов из семи срав-
нимы с ныне существующими. Таким образом, некоторые
из наиболее древних организмов, найденных на Земле, по-
видимому, сохранились как живые окаменелости до сегод-
няшнего дня. Разнообразие, изменчивость и высокая сло-
жность строения названных ископаемых свидетельствуют
об очень высокой степени их организации. Сравнение
этих микроорганизмов с ныне существующими представ-
ляет собой один из примеров поразительного консерва-
тизма в эволюционном развитии.
Предполагается, что железистая формация Гаифлинт
насчитывает 1,6—2 млрд. лет. Ее выходы обнаружены на
широте северного побережья озера Верхнего. Она прости-
рается по горизонтали на 240 км и имеет толщину поряд-
ка нескольких десятков сантиметров. Сохранившиеся
микрофоссилии состоят главным образом из водорослей.
Эти отложения представляют собой пластинчатые обра-
зования, расположенные около поверхности, которая в
мелких бухтах отделяет осадочную толщу от воды. Клет-
ки микроорганизмов, захваченные и инкапсулированные
112
Необычная структура Kakabekia umbellata, напоминающая по форме
зонтик, которая возникла в период существования богатой аммиаком
атмосферы докембрия.
быстро оседающими частицами силикагеля, были затем
заполнены им, причем их стенки остались неразрушенны-
ми, другими словами, сохранились благодаря окремне-
нию. Среди таких микрофоссилий обнаружено двенад-
цать видов микроскопических растений, большинство из
которых имеют сферическую форму й принадлежат к од-
ноклеточным. Различия в форме и структуре поверхности
микрофоссилий говорят о том, что здесь представлено не-
сколько видов микроорганизмов. Некоторые из них могут
быть отнесены к жгутиковым бактериям, обнаруженным
в образцах формации Витватерсранд в Южной Африке,
имеющих возраст около 2 млрд. лет.
Необычная структура, идентифицированная в форма-
ции Ганфлинт, Kakabekia umbellata состоит из напо-
минающей зонтик шляпки, основного округлого тела и
тонкого соединяющего их стебля. В одном из исследован-
ных образцов Бархоорн и Тайлер классифицировали се-
рию микрофоссилий, представляющих собой последова-
тельность отдельных фаз развития этого организма.
5-274	113
Эти ископаемые бактерии получены из сланца Ганфлинт, благодаря
протравливанию и оттенению их форма хорошо видна. Бактерии об-
ладают морфологическим сходством с некоторыми современными же-
лезобактериями и являются древнейшими из известных ископаемых.
В процессе изменений, которые можно интерпретировать
как образование взрослой формы, основное тело умень-
шалось в размерах, в то время как шляпка увеличивалась.
Выдвинуты некоторые гипотезы, объясняющие сходство
недавно открытого Зигелем в песках близ стен Харлех
Кастла в Уэлсе вида бактерий с Kakabekia umbellata.
Предполагается, что этот организм, живущий в богатой
аммиаком среде, сохранился до настоящего времени в
114
тех местах, где окружающие условия соответствуют тем,
что наблюдались в период его расцвета в докембрийскую
эпоху. Однако обнаруженное сходство имеет лишь мор-
фологический характер, и необходимы дальнейшие дока-
зательства, основанные на изучении структуры и химиче-
ского состава Kakabekia umbellata.
С помощью электронно-микроскопических исследова-
ний в образцах Ганфлинт удалось обнаружить палочко-
образные бактерии. Из их сравнения с существующими в
настоящее время микроорганизмами видно, что, по всей
вероятности, эти палочкообразные формы могут быть
родственны современным железобактериям. Наличие
подобных структур означает, что железосодержащие от-
ложения, вероятно, образовались в результате биологи-
ческой активности микроорганизмов.
При раскопках Бархоорну, Шопфу, Энгельсу и другим
исследователям удалось обнаружить объекты, которые,
возможно, являются наиболее древними из известных
микрофоссилий в сланцах Южной Африки. Формация
Фиг-Три содержит самые таинственные формы микроока-
менелостей, похожие на бактерии. Это органическое ве-
щество, сохранившееся в черных сланцах, имеющих воз-
раст около 3,1 млрд. лет. Физиологические характеристи-
ки этих мельчайших палочкообразных структур весьма не-
определенны, но с помощью электронного микроскопа
были изучены их размеры, форма, наличие клеточных
стенок и тонкой структуры. Микропалеонтологи склонны
считать, что по своей общей морфологии они подобны си-
не-зеленым водорослям. Возможно, некоторые из этих
организмов были фотосинтезирующими автотрофами.
На этой ранней стадии эволюции уже, вероятно, суще-
ствовал фотосинтез. В нижних слоях системы Свазиленд
найдены породы более древние, чем сланец Фиг-Три.
Они названы формацией Онвервахт, что дословно озна-
чает «неожиданный». Недавно появилось сообщение, что
в ней обнаружены объекты, напоминающие микрострук-
туры из Фиг-Три. Если так, то эти микроископаемые, по-
видимому, являются остатками древнейших живых су-
ществ, обитавших на Земле.
Результаты изучения микрофоссилий позволяют пред-
положить, что биологические системы, вероятно, возник-
ли в очень ранний геологический период времени, при-
мерно 4,4—3,5 млрд, лет назад. Если микроструктуры
6*	115
Нитевидные органические образа*
вания, обнаруженные в сланце
Фиг-Три из Южной Африки, име-
ют возраст свыше 3 млрд. лет. Из
образцов формации Онвервахт,
еще более древней, чем сланцы
Фиг-Три, выделены организован-
ные микроструктуры, подобные по-
казанной на фотографии вверху
(X1400), возможно, это наиболее
древние «живые» образования, еще
поддающиеся идентификации.
сланцев Фиг-Три и Онвервахт в действительности так же
сложны, как их окаменелые формы, то, чтобы достигнуть
обнаруженного уровня организации, им, по-видимому,
потребовалось очень много времени. Еще в первых гла-
вах книги, говоря о синтезе органических соединений, мы
исходили из того, что первичная атмосфера Земли была
восстановительной. Если водоросли появились в перво-
бытном океане 3,5 млрд, лет назад, то фотохимические
системы, по всей вероятности, уже работали, и атмосфера
из восстановительной постепенно превращалась в бес-
116
кислородную и, наконец, в палеозойскую эру — в кисло-
родную.
Теперь мы можем считать, что в докембрийский пери-
од ранние формы жизни были совершенно примитивными.
Они встречаются в виде отдельных клеток, а их первые
колонии обнаруживаются лишь с появлением жгутиковых
форм. Однако в эпоху среднего докембрия в отдельных
местах планктонные водоросли, возможно, образовывали
весьма обильные скопления. Появились сине-зеленые во-
доросли и большое количество хемосинтезирующих бак-
терий. Предполагается, что тогда же получили широкое
распространение фотосинтезирующие микроорганизмы и
началось образование кислородной атмосферы. В позд-
нем докембрии, видимо, уже возникли группы организ-
мов, морфологически сравнимых с существующими ныне.
Например, сине-зеленые водоросли достигли в своем раз-
витии большого разнообразия, появились клетки с обо-
собленным ядром. Это событие заслуживает особого вни-
мания, ибо оно возвестило возникновение клеточного де-
ления и разнообразия форм.
ХИМИЯ ИСКОПАЕМЫХ
Существует еще другой тип ископаемых, доступный
для исследования, — это молекулярные или химические
ископаемые. Исследование древнейших горных и осадоч-
ных пород выявило наличие ничтожных количеств орга-
нических веществ, происхождение которых, вероятно,
можно проследить. В то время как сам организм разру-
шается, составляющие его молекулы сохраняются в тол-
ще вмещающей породы. Методы современной органиче-
ской геохимии позволяют выделить из древнейших гор-
ных и осадочных пород некоторые молекулы, имеющие
отношение к жизни.
Немецкий химик Трейбс первым экстрагировал из сы-
рой нефти металлсодержащий порфирин и тем самым по-
казал, что изучение отдельных молекул, содержащихся в
геохимических системах, может быть полезным для рас-
крытия природы организмов, существовавших в эпоху,
когда, по-видимому, образовались отложения, содержа-
щие органические вещества. Так как порфирины играют
значительную роль в биологических процессах, их обна-
117
ружение привело Трейбса к выводу о биологическом про-
исхождении нефти.
С появлением возможности изучать образцы внезем-
ного грунта вновь пробудился интерес к органической гео-
химии. Для таких исследований требуется весьма слож-
ная лабораторная методика. Прежде всего необходимо вы-
брать соответствующий объект, из которого можно было
бы выделить образец сланца или породы, характерный
для всего массива. Этот образец не должен иметь трещин
и щелей, куда могут попасть современные органические
вещества. Отобранный образец во избежание сильного за-
грязнения со всеми предосторожностями извлекают из
цельного массива, размельчают и подвергают экстракции,
то есть обрабатывают соответствующими растворителями.
Некоторые соединения, такие, как сахара и аминокисло-
ты, могут быть экстрагированы водой. Углеводороды и
порфирины выделяют с помощью бензола и метана. После-
дующая обработка размельченного образца кислотой по-
зволяет выделять и другие органические вещества, кото-
рые непосредственно не экстрагируются растворителями.
В своих исследованиях биохимик прежде всего сосре-
доточивает внимание на молекулах, имеющих отношение
к жизни. Однако не все они представляют интерес, по-
скольку вороятность их сохранности на протяжении столь
долгого периода времени весьма мала. Удобным объек-
том исследования служат углеводороды. Обладая способ-
ностью противостоять естественным процессам разложе-
ния и рекомбинации, они оказываются маркерами при-
родных химических процессов, протекавших при образо-
вании отложений. Органические вещества, полученные
для лабораторного анализа в результате экстракции и
гидролиза, могут иметь своим «прародителем» различные
организмы. Однако по сравнению с тем состоянием, в ко-
тором они находились в живом организме, они претерпели
огромные изменения.
Нормальные алканы или линейные углеводороды ши-
роко представлены в современных биологических систе-
мах, причем углеводороды с нечетным числом углеродных
атомов, по-видимому, распространены наиболее широко.
Эти соединения могут использоваться как биологические
маркеры. Преобладание углерода с нечетным числом ато-
мов— результат превращения липидов в углеводороды
путем декарбоксилирования. Жирные кислоты, имеющие
118
четное число атомов углерода, теряют один из них и обра-
зуют линейные алканы, содержащие нечетное число этих
атомов. Наряду с нормальными алканами большое зна-
чение имеют также изопреноиды пристана и фитана.
Боковая цепь молекулы хлорофилла (сегмент, сос-
тоящий из 20 углеродных атомов), которая как «хвост»
висит на одном из концов порфириновой молекулы, может
быть разорвана с образованием этих двух изопреноидов.
Присутствие пристана и фитана свидетельствует о воз-
можности протекания процессов фотосинтеза на Земле в
соответствующую геологическую эпоху.
При исследовании углеводородов липидную фракцию
экстракта пропускают через молекулярное «сито» — сис-
тему, состоящую из большого числа мельчайших пустоте-
лых шариков, образованных поперечно-связанным поли-
нитрилом, например декстраном. Промежутки между
поперечными связями в стенках пустотелых шариков иг-
рают роль фильтров, пропускающих линейные углеводо-
роды и задерживающих ветвящиеся молекулярные цепоч-
ки, такие, как изопреноиды. После промывки сита рас-
твором в последнем обнаруживаются задержанные изо-
преноиды, тогда как алканы прочно удерживаются внут-
ри «сита». Идентификация этих веществ производится
методами газовой хроматографии.
Эти методы позволили обнаружить нормальные алка-
ны и изопреноиды во всех древнейших образцах докем-
брия вплоть до глинистых сланцев Онвервахт. Аналогич-
ные результаты были получены при поисках порфирино-
вых молекул. По флуоресценции порфирина удалось аб-
солютно точно установить его присутствие в образцах по-
род, имеющих возраст 3,4 млрд. лет.
Исчерпывающие исследования проводились с целью
обнаружения аминокислот. В образцах древних пород они
преимущественно были обнаружены в 1-форме, как и
аминокислоты в современных организмах. Образцы орга-
нических соединений, имеющие возраст 60 млн. лет, со-
держат лево- и правовращающие формы в равных коли-
чествах. Эти результаты, возможно, свидетельствуют
о том, что органическое вещество древних пород возникло
сравнительно недавно.
Одна из самых волнующих проблем современной гео-
химии связана с оценкой идентифицированных молекул:
биогенны или абиогенны они по своему происхождению.
119
Здесь нет однозначного критерия. Хотя биологические
маркеры, такие, как нормальные алканы, изопреноиды,
порфирины и аминокислоты, часто используются в каче-
стве доказательств присутствия жизни в соответствую-
щую геологическую эпоху, эксперименты по абиогенным
синтезам порождают сомнения в их ценности. В нача-
ле XIX в. виталисты 1 утверждали, что углеродсодержа-
Наличие в «химических ископаемых» линейных углеводородов рассмат-
ривается как признак биологической природы этих «ископаемых». Ли-
нейные углеводороды образуются из жирных кислот (вверху) при
удалении атома углерода в виде СО2; пристан и фитан (в центре) —
продукты, образующиеся при разрушении «хвоста» молекулы хлоро-
филла, состоящего из 20 углеродных атомов (внизу); наличие этих
продуктов, возможно, свидетельствует о процессах фотосинтеза.
1 Сторонники витализма — идеалистического направления в био-
логии, пытающегося объяснить явления и сущность жизни не мате-
риальными причинами, а при помощи особых сверхъестественных
«сил» или «принципов». — Прим, перев.
120
Лаборатория фон Либиха в Гессене (1842 г.), где студенты-химики
впервые получили возможность выполнять практические работы. Ве-
лер, ученик и друг Либиха, вошел в историю биохимии, синтезировав
мочевину из неорганических веществ.
Отложения углеводорода, най-
денные в Маунтсорреле близ
Лайкестера. Этот и ряд других
встречающихся в природе угле-
водородов не обладают харак-
терными признаками биогенно-
го происхождения.
щие молекулы могут возникать лишь в процессах, связан-
ных с жизнью. Работами первых химиков-органиков дока-
зана несправедливость этого положения. В 1828 г. Велер
синтезировал мочевину из цианата аммония. Это открытие
послужило началом возникновения методов синтеза в ор-
ганической химии.
121
Некоторые геохимики-органики утверждают, что
нефть имеет абиогенное происхождение. Наличие же
нормальных алканов, порфиринов и других биомолекул
позволяет сделать заключение, что нефть в основном обра-
зовалась благодаря живым организмам. Однако некото-
рые отложения углеводородов, найденные в Маунтсорре-
ле близ Лайкестера, или асфальтов на Тринидаде не обла-
дают характерными признаками веществ, имеющих био-
логическую природу. В частности, нормальные алканы и
изопреноиды в них отсутствуют. На основе лишь одного
такого критерия можно считать, что углеводороды в этих
отложениях по происхождению абиогенны. С другой сто-
роны, изучая распределение различных изотопов углеро-
да (см. гл. 12), мы можем предполагать возможность био-
логического расщепления молекул (фракционирования).
Все это говорит о необходимости продолжать поиски ха-
рактерных признаков, которые помогут однозначно отве-
тить на вопрос, являются ли некоторые молекулы продук-
тами процессов, характерных для жизни.
Углерод на Луне
12
Рано утром 21 июля 1969 г. Нейл Армстронг покинул
свой паукообразный аппарат, в котором преодолел почти
400 000 км от мыса Канаверал до лунного Моря Спокой-
ствия. На поверхности Луны он торжественно установил
металлический диск, который свидетельствовал о первом
выходе человека в чужеродный мир. В течение последо-
вавших за этим нескольких часов астронавты собрали
драгоценные образцы лунной пыли и пород, с нетерпени-
ем ожидаемые учеными всего мира. В этих образцах, до-
ставленных на Землю, могли скрываться ответы на мно-
гие вопросы, связанные с происхождением Солнечной си-
стемы и самой жизни. Около 150 ученых-специалистов
участвовали в волнующей подготовке к анализу первых
образцов лунного грунта. Исследования охватывали ши-
рокий спектр проблем: от изучения физических свойств
материалов до их химического и изотопного анализа и по-
иска органических соединений, имеющих отношение к
жизненным процессам.
Один из наиболее интересных аспектов изучения лун-
ного материала связан с поисками в нем органических ве-
ществ. При исследовании процессов химической эволюции
неоднократно предпринимались попытки восстановить тот
путь развития, который прошла наша Земля, прежде чем
на ней появилась жизнь. Земля представляет собой лабо-
раторию, где мы можем наблюдать события, которые, ве-
роятно, могут также происходить где-то еще во Вселен-
ной. Изучая абиогенные синтезы, мы пытались воссоздать
основные химические компоненты жизни. В своих анали-
тических изысканиях мы обращались в глубь геологиче-
ских времен, к тому очень раннему периоду, когда жизнь
только начиналась.
123
«Шаг в будущее» — след, оставленный Эрвином Олдрином на поверх*
ности Луны и дающий представление о консистенции поверхностного
материала. Олдрин переносит ящики с инструментами (справа).
Из результатов исследований древнейших микроока-
менелостей, относящихся к докембрийскому периоду, сле-
дует, что какие-либо новые открытия в образцах пород
старше 3 млрд, лет маловероятны. Даже если и удается
обнаружить отложения, относящиеся к первым 500 млн.
лет существования Земли, — а это исключительно редкая
находка, — вследствие опустошительной деятельности
микроорганизмов возможность сохранения в них каких-
нибудь органических веществ практически равна нулю.
Однажды начавшись, жизнь неизбежно обречена на раз-
рушение. Органические вещества, которыми, по всей веро-
ятности, был насыщен предбиологический «первичный
бульон», были израсходованы вследствие действия мно-
жества микроорганизмов, поедавших эту «пищу». Образ-
цы пород и осадков лунного грунта из Моря Спокойствия
послужили материалом, который мог дать ключ к пони-
манию процессов предбиологических органических син-
тезов, происходивших в Солнечной системе.
124
Изучение лунных образцов является логическим про-
должением работ по анализу древнейших пород Земли.
Таким образом мы пытались воссоздать тот долгий и сло-
жный путь, который постепенно проделал космический уг-
лерод и который в конце концов привел к возникновению
биосферы в том виде, в каком мы ее сегодня наблюдаем.
Далеко позади остались виталистические представления
0 происхождении молекул, имеющих отношение к жизни.
Теперь нам известно, что абиогенным путем могут быть
синтезированы не только простые, но и обладающие очень
высокой сложностью органические вещества.
Как предполагается, Луна вместе с другими планета-
ми Солнечной системы образовалась примерно 4,5 млрд,
лет назад из газово-пылевого облака, окружавшего про-
тосолнце. Результаты, полученные при определении воз-
раста лунного грунта, взятого в Море Спокойствия, хоро-
шо согласуются с этим предположением. Из теорий эво-
люции Солнечной системы следует, что атмосфера Луны,
по-видимому, очень быстро прошла восстановительную
стадию, в которой она находилась первое время после ее
образования. По всей вероятности, подобно Земле, Луна
имела вторичную атмосферу, возникшую благодаря выде-
лению газов из лунной коры, затем в ходе эволюции она
улетучилась в космическое пространство. Гравитационное
поле Луны оказалось слишком слабым, чтобы удержи-
вать эти газы в течение долгого периода времени. Виды
энергии, которые считаются необходимыми для синтезов
органических веществ на Земле, были, по-видимому,
столь же эффективны и на Луне. Ультрафиолетовое из-
лучение, электрические разряды, тепло, ионизирующая
радиация — все они играли свою роль.
Предпринимались неоднократные попытки рассчитать
количество органического материала, синтезированного
на лунной поверхности, исходя из наличия доступной для
этого энергии. Поскольку большая часть этого материала,
вероятно, выпадала на поверхность Луны в период ее
формирования, очевидно, что основная его масса захоро-
нена на значительной глубине от поверхности. Молекулы,
образовавшиеся за время существования вторичной лун-
ной атмосферы, имели больше возможностей сохраниться
благодаря наличию защиты от солнечного излучения, кос-
мических лучей, бомбардировки микрометеоритами, удар-
ных волн, возникавших при движении метеоритных тел,
125
и изменений рельефа лунной поверхности, происходив-
ших, по-видимому, в течение миллиардов лет.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУННЫХ ОБРАЗЦОВ
Ученые приступили к изучению пыли и образцов по-
род, доставленных на Землю экипажем «Аполлона», на
деясь найти молекулы, имеющие отношение к жизни или
к характерным для нее процессам. Большая группа ис-
следователей, включавшая микропалеонтологов, химиков-
органиков, геохимиков и специалистов по масс-спектро-
метрии, объединила свои усилия для анализа этих уни-
кальных образцов.
Когда пробы лунного грунта попали в Хьюстон и были
подвергнуты карантину в приемной лаборатории, ученые
приступили к предварительным анализам. Эксперименты,
как правило, проводились в течение определенного интер-
вала времени, но могли быть осуществлены и немедлен-
но, в случае если бы стало известно, что обнаруженный
эффект теряется в земных условиях. Они включали био-
логические тесты, ряд микробиологических исследований,
петрографических и геохимических анализов, а также из-
мерений, с помощью которых можно было бы обнаружить
присутствие короткоживущих радиоактивных изотопов.
В период карантина проводились предварительные на-
блюдения, касающиеся наличия органических соединений
в лунном грунте. Небольшой образец грунта пиролизова-
ли в струе водорода, а образовавшиеся продукты анали-
зировали с помощью специального сверхчувствительного
детектора. Возникшие при пиролизе фрагменты органиче-
ских продуктов сжигали в водородном пламени и по из-
мерению их концентрации судили о содержании органи-
ческого вещества.
Было исследовано несколько характерных образцов
лунной пыли. Общее содержание органического углеродв
составило около 10 частей на миллион. Параллельно про-
водились другие эксперименты: небольшое количестве
анализируемого материала, заключенного в никелевук
капсулу, помещали на вход масс-спектрометра. Образен
нагревали до температуры 500°С. Содержание органиче-
ского вещества, измеренное этим методом, оказалось пр<
дельно низким — около 0,4—5 частей на миллион. Несом*
ненно, эти первые результаты выглядели весьма обеску-
126
Оброзцы ЗЗЗ.'гзЗ Породы	°бРр'
дари на Земле, содержат	иптенсаоного разогрева породы
Z‘TaSu	Z.'.‘uoe“^
m ,°х«»	s™»»“
раживающими. Однако большинство исследователей при-
держивались мнения, что даже при столь малом количест-
ве обнаруженных органических соединений имеет смысл
продолжать исследования, с тем чтобы установить истин-
ную природу углерода в лунном грунте.
Одна из сложнейших проблем, с которой приходится
сталкиваться при проведении точных геохимических ана-
лизов такого типа, — это проблема загрязнения. Приве-
денные методы газовой хроматографии в сочетании с
масс-спектрометрией в настоящее время столь совершен-
ны, что мы в состоянии идентифицировать молекулы ве-
щества, даже если они встречаются в количествах, не
превышающих одной части на миллиард. Однако высокая
точность микроаналитических методов таит в себе нео-
жиданные опасности. Незначительное количество органи-
ческих веществ, попавших в исследуемый образец из ат-
мосферы, растворов или от самого экспериментатора, мо-
жет существенно исказить результаты. Поэтому такие
эксперименты проводились в специальной стерильной ла-
боратории. Чтобы предотвратить попадание каких-либо
частиц из воздуха, его профильтровывали. Все раствори-
тели дважды перегоняли и проверяли на содержание сле-
дов углеводородов и аминокислот. Система мытья стек-
лянной посуды была такова, что попадание чужеродного
песка и пыли исключалось. С тщательной предосторож-
ностью проводились и все ручные операции.
Такая тщательность и осторожность в работе позволи-
ли добиться того, что уровень возможного «биологическо-
го загрязнения» был значительно ниже одной части на
миллиард. Это обстоятельство чрезвычайно важно учи-
тывать и при анализе метеоритов, так как возможность
«загрязнения» значительно снижала ценность многих на-
учных исследований. Простой отпечаток большого пальца
оставляет на стеклянной посуде «следы» аминокислот,
обычно содержащихся в белках!
При определении общего содержания углерода прово-
дилось обезгаживание образца при температуре 150°С и
давлении меньшем 10"’ мм Hg. Выделение углекислого
газа можно было измерять, когда образец сжигался при
температуре 1000°С. Его величина колебалась в различ-
ных измерениях от 140 до 200 мкг (миллионная часть
грамма) на 1 г грунта, однако преобладало значение, близ-
кое к 140 мкг; по-видимому, значения порядка 200 мкг
128
были обусловлены загрязнениями, которые могли попасть
в образцы от выхлопных газов реактивных двигателей
космического корабля. Содержание органического угле-
рода в лунном материале определялось путем распыления
небольшой части образца в атмосфере водорода и гелия.
Полученное значение составляло примерно 40 мкг на 1 г
грунта, что хорошо согласуется с результатами предвари-
тельных анализов, проведенных в приемной лаборатории.
Так как содержание углерода в лунных породах и пы-
ли оказалось низким, представляется маловероятным, что
на Луне когда-либо существовали какие-то формы жизни.
Этот вывод был подтвержден тщательным изучением по-
верхности образцов лунного грунта с целью обнаружить
там микроструктуры. Тонкие срезы образцов исследова-
лись также с помощью оптического и электронного мик-
роскопов, однако никакого подобия биологических
структур обнаружить не удалось.
При анализе веществ, содержащих углерод, установ-
лено, что два стабильных изотопа, углерод-12 и угле-
род-13, могут быть разделены посредством различных хи-
мических и физических процессов.
На Земле отношение концентраций углерода-12 к уг-
лероду-13 составляет примерно 90:1. (Это отношение оп-
ределяют в том случае, когда необходимо установить,
существует ли отклонение в распределении органического
или неорганического углерода по сравнению с каким-либо
стандартным минералом; с этой целью углерод сжигают
в углекислом газе, а изотопный состав определяют с по-
мощью масс-спектрометра.) Для образцов внеземной
природы, например, таких, как метеориты, величина это-
го отношения лежит в пределах от —4 до —20, тогда как
при анализе лунного материала получено значение 1+ 20.
Это необычно большая величина. Пока еще не удалось
точно объяснить причину столь высокого содержания тя-
желого углерода. Возможно, что легкий изотоп был поте-
рян вследствие постоянного воздействия солнечного вет-
ра. Видимо, протоны взаимодействовали преимуществен-
но с легким изотопом углерода, и образовавшийся газ
улетучивался в космическое пространство.
1 Эти значения определяются как относительная разность меж-
ду содержанием изотопа углерод-13 в данном углистом образце и
карбонатным стандартом, который хранится в Национальном бюро
стандартов в Вашингтоне. — Прим, перев,
129
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
Исследовались также органические вещества, которые
были экстрагированы из лунного грунта с помощью раз-
личных растворителей. В течение года в целом ряде лабо-
раторий производились комплексные геохимические ис-
следования образцов, которые дали разнообразные и ин-
тересные данные. Сначала образец проверялся с точки
зрения наличия в нем каких-либо веществ, которые мож-
но было бы отнести к основному классу липидов. Экстра-
кция проводилась с помощью смеси бензола с метиловым
спиртом. Этот метод позволял экстрагировать любые ли-
нейные углеводороды или нормальные алканы, ветвящие-
ся углеводороды или изопреноиды, а также жирные кис-
лоты. После обработки образец высушивался и снова
подвергался экстракции водой; это помогало удалить
углеводороды и аминокислоты, которые могли присутст-
вовать в виде отдельных молекул, не связанных ни друг
с другом, ни с поверхностью неорганической породы. По-
следующая обработка кислотой обеспечивала отделение
компонентов нуклеиновых кислот и молекул белка. Хотя
современные лабораторные методы, такие, как, например,
газовая хроматография в сочетании с масс-спектрометри-
ей, позволяют обнаруживать вещества в количествах
вплоть до одной миллиардной части грамма, доказа-
тельств наличия каких-либо нормальных алканов, арома-
тических углеводородов, жирных кислот, обычных амино-
кислот или компонентов нуклеиновых кислот не было
получено. Поэтому естественно предположить, что угле-
род, обнаруженный в первоначальных экспериментах,
присутствовал в виде карбидов. Образование некоторого
количества углеводородов при обработке образца грунта
кислотой подтверждает это предположение. Изучение
лунных образцов, которые доставил из Моря Спокойствия
«Аполлон-11», показало, что концентрация углерода в них
составляла примерно 150 мкг на 1 г. Основная часть его
находилась в виде не поддающегося экстракции органи-
ческого вещества. Доля карбидов, по-видимому, не пре-
вышала 20 частей па миллион. С помощью изотопного
фракционирования удалось установить, что в лунных об-
разцах концентрация тяжелого изотопа углерода наибо-
лее высока по сравнению с ее величиной в любом извест-
ном образце земной или космической природы. Таким об-
130
разом, по всей вероятности, мы не располагаем доказа-
тельствами в пользу существования в исследованных лун-
ных образцах органических молекул, которые мы считаем
характерными для живых организмов.
ПОСЛЕДУЮЩИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПО ПРОЕКТУ „АПОЛЛОН11
Все сказанное о результатах анализов образцов, дос-
тавленных «Аполлоном-11», может быть отнесено и к ре-
зультатам, полученным с помощью «Аполлона-12». Общее
количество обнаруженного углерода приблизительно то
же. Не найдено каких-либо органических молекул типа
аминокислот, оснований нуклеиновых кислот или углево-
дородов. Астронавты «Аполлона-12» совершали дальние
вылазки из лунного модуля. Таким образом, они смогли
выйти из области загрязнения, обусловленного выхлопны-
ми газами космического корабля. На Землю были достав-
лены образцы, не «загрязненные» какими-либо вещества-
ми земного происхождения. Однако доказательства при-
сутствия органических веществ на Луне отсутствовали и
на этот раз.
Все исследованные образцы были взяты из лунных
«морей». Последние состоят из кусков лунного грунта,
разрушенных в результате длительной бомбардировки
микрометеоритами. Вряд ли можно было ожидать, что
углерод-углеродные связи способны выдержать мощ-
ное воздействие ультрафиолетового излучения Солнца и
разрушительных ударов микрометеоритов. Поэтому не
удивительно, что в образцах, взятых с лунной поверхно-
сти, не обнаружено органических соединений. Однако уче-
ные еще надеялись, что при последующих полетах на
Луну, когда образцы предполагалось брать на плоско-
горьях, удастся получить материал, содержащий свиде-
тельства о ранней «истории» органических соединений на
Луне.
«Аполлон-14», взлетев 31 января 1971 г. с мыса Кана-
верал и достигнув подножия Фра Мауро, доставил затем
на Землю образцы, которые могли быть отнесены к поро-
дам, характерным для первичной лунной коры. Однако и в
этом случае предварительные результаты анализов сви-
детельствовали о том, что общее содержание углерода в
этих образцах приблизительно такое же, как в тех, что
131
Астронавт из экипажа «Аполлона-12» держит контейнер с лунным
материалом; фотография сделана другим членом экипажа (его от-
ражение видно на светофильтре шлема). Фотография лежащих на
лунной поверхности образцов породы разных размеров, вплоть до
мелкой гальки.
Место посадки «Аполлона-15» в излучине трещины Хэдли (указано
стрелкой), сфотографированное фотокамерой с борта орбитального
модуля, «Лунная тележка» на фоне лунных Апеннин,
доставили «Аполлон-11» и «Аполлон-12». Дополнитель-
ный анализ пород позволил, кроме того, сделать интерес-
ное наблюдение: относительные содержания в них углеро-
да и неона, по-видимому, были сравнимы. Исходя из это-
го, можно предположить, что образование обнаруженного
в лунном грунте углерода связано, по-видимому, с дейст-
вием Солнца и космических лучей. Благодаря солнечному
излучению, особенно его корпускулярной составляющей,
на поверхности Луны накапливалось большое количество
заряженных частиц. Поэтому единственной причиной про-
исхождения лунного углерода, вероятно, является Солн-
це.
Чтобы обнаружить какие-либо органические соедине-
ния, свойственные раннему периоду «истории» Луны, мы,
видимо, должны проникнуть в глубь ее коры на несколько
сотен метров от поверхности, где эти соединения, возмож-
но, еще сохранились. Пока исследованы только три райо-
на Луны: Море Спокойствия, Океан Бурь и плоскогорье
Фра Мауро *. Дальнейшие исследования призваны окон-
чательно ответить на вопрос, присутствуют или нет орга-
нические вещества на Луне. Возвратился на Землю
«Аполлон-15», экипаж которого провел обширные иссле-
дования в лунных Апеннинах, возвышающихся над трещи-
ной Хэдли. При бурении лунной поверхности удалось ото-
брать образцы грунта с глубины около 3 м. Поиск
биологически значимых молекул в образцах лунного
грунта пока принес лишь разочарование, однако сущест-
вует надежда обнаружить эти предшественники жизни
где-нибудь на другой планете Солнечной системы.
1 Советские космические спускаемые аппараты исследовали мно-
гие участки поверхности Луны: Океан Бурь («Луна-9», «Луна-13»),
Море Изобилия («Луна-16»), Море Дождей («Луна-17»); огромный
горный материковый район, лежащий между Морем Изобилия и
Морем Кризисов, был изучен с помощью «Луны-20», и, наконец,
«Луна-21» провела изыскания в районе Моря Ясности. Космические
аппараты «Луна-16» и «Луна-17» возвратились на Землю и доста-
вили сюда образцы лунного грунта. С космических аппаратов «Лу-
на-17» и «Луна-21» на поверхность Луны были спущены луноходы,
что позволило осуществить более широкий комплекс исследований.—
Прим, перев.
Органическое вещество
в метеоритах	13
Метеориты предоставляют нам необычно благоприят-
ную возможность изучать органическое вещество внезем-
ного происхождения. До полетов на Луну и доставки с
нее грунта метеориты были единственными образцами ко-
смического вещества, которое мы могли держать в своих
руках. Около восьмисот метеоритов упало в разное время
на поверхность Земли. Особый интерес для изучающих
происхождение жизни представляют те из них, которые
называются углистыми хондритами; они составляют лишь
небольшой процент из всех известных метеоритов. Их на-
звание обусловлено тем, что они содержат хондры, или
маленькие округлые гранулы, и несут в себе некоторое
количество органических веществ, 2,5—5% от общего
веса.
К наиболее известным углистым хондритам относит-
ся Оргейский (Оргельский) метеорит, упавший в 1864 г.
на юге Франции. Около двадцати его осколков, превы-
шающих по размерам голову человека, были рассеяны на
площади порядка 5 км2 близ деревни Оргей в департамен-
те Тарн и Гаронна. Примерно 12 кг метеоритного вещест-
ва было собрано вскоре после падения и свыше 9 кг из
них сохранилось в Музее природоведения в Париже.
В Западном полушарии наиболее известен метеорит
Муррей, который упал в штате Кентукки 20 сентября
1950 г. На следующее утро после его падения удалось со-
брать несколько осколков общим весом около 13 кг. Боль-
шая их часть находится в Национальном музее США в
Вашингтоне. Метеорит Лансе упал 23 июля 1872 г. во
Франции, в департаментах Шер и Луара. Было собрано
примерно 4—6 кг осколков, большая часть из которых
хранится в Музее истории природы в Вене. Совсем недав-
135
Осколок Мерчисонского метеорита. Этот пришелец из космоса экспо-
нируется теперь в Национальном музее США в Вашингтоне.
но, 9 февраля 1960 г., в Мексике около Пуэблито де Ал-
ленде в Чиуауа упал метеорит Алленде. Собрана большая
часть осколков, которые были обследованы. Сейчас они в
основном находятся в Музее естественной истории в Ва-
шингтоне.
О наличии органического вещества в углистых хонд-
ритах известно уже давно. Еще в 1834 г. шведский ученый
Йоне Якоб Берцелиус из Королевского института в Сток-
гольме опубликовал свои результаты по анализу хондри-
та Эйлис, упавшего в 1806 г. во Франции. Большая часть
этого хондрита состояла из глинистых минералов. Берце-
лиус установил, что при экстракции образца метеорита
136
Маленькое округлое «тело» (около
0,01 мм в диаметре) из Оргейского ме-
теорита. Трехмерное изображение, по-
лученное с помощью сканирующего
электронного микроскопа, позволяет
увидеть структуру и строение поверх-
ности, очень напоминающие таковые
у некоторых типов клеток.
водой и последующем ее выпаривании обнаруживаются
сложные вещества. Эти анализы проводились свыше
140 лет назад. Они послужили началом активных иссле-
дований органического вещества углистых хондритов, ко-
торые продолжаются в настоящее время с помощью сов-
ременных методов анализа. Другой классический анализ
метеорита был осуществлен в 1859 г. Велером. Он экстра-
гировал спиртом образец метеорита Каба и обнаружил
органические вещества, которые по своему характеру на-
поминали гуминовую кислоту.
После падения Оргейского метеорита многие химики
приступили к изучению этих осколков внеземного вещест-
ва, оказавшегося в их руках. Так, Донбри добыл некото-
рые осколки сразу же после падения метеорита, но толь-
ко имея полную уверенность в том, что загрязнения зем-
ным грунтом исключены, приступил совместно с Клоэцом
к анализам. В своем первом публичном докладе, сделан-
ном в 1864 г., Донбри сообщил, что в составе вещества,
изъятого из внутренних частей осколков, присутствует уг-
лерод, обнаружена также соль, содержащая аммиак и
хлор, вероятно хлорид аммония. Концентрация этой соли
благодаря притоку газов изнутри постепенно увеличива-
лась при переходе от центральных участков к оплавлен-
ной корке обломков. Согласно Клоэцу, органическое ве-
щество этого метеорита, напоминающее гуминовую
кислоту, составило 6,4% общего веса. Эти данные хорошо
согласуются с результатами анализов, проделанных Вии-
ком в 1956 г. Четыре года спустя после падения Оргейско-
го метеорита всеобъемлющий анализ его вещества провел
Вертело, который установил присутствие углеродсодер-
жащих соединений с общей формулой СпН2п+2. Ученый
137
предположил, что некоторые выделенные углеводороды
подобны нормальным алканам.
Со времен анализов осколков метеоритов Эйлис, Каба
и Оргей, осуществленных еще в прошлом веке, исследо-
вания метеоритов мало продвинулись вперед вплоть до
середины 50-х годов нашего столетия, когда Джордж
Мюллер из Лондонского университета провел экстракцию
При исследовании^ внеземного ма-
териала лунных образцов или ме-
теоритов всегда существует воз-
можность загрязнения. Это изобра-
жение, которое рассматривалось
ранее как пример возможной водо-
рослеподобной формы (из Оргей-
ского метеорита), теперь вызывает
весьма скептическое отношение.
образца метеорита Коулд Бекквельд (упавшего в Южной
Африке) и исследовал содержавшееся в нем органическое
вещество. С этого времени в значительной степени возро-
дился интерес к анализу углистых хондритов. В них уда-
лось обнаружить углеводороды, имелись также некото-
рые намеки на наличие аминокислот, пуринов и пирими-
динов. Однако, поскольку загрязнение — неизбежный
спутник всех этих исследований, многие из сообщенных
результатов были встречены с недоверием.
Программа «Аполлон» стимулировала беспрецедент-
ное развитие методов анализа органического вещества
лунных образцов, что отразилось и на исследовании ме-
теоритных осколков. Сверхточные методы газовой хрома-
тографии в сочетании с масс-спектрометрией позволили
получить неоспоримые доказательства присутствия в ме-
теоритах органических веществ. Методика разделения
аминокислот на право- и левовращающие формы помог-
ла экспериментально установить, действительно ли неко-
торые из органических веществ в метеоритах имеют вне-
земное происхождение. Если обнаруженная смесь состо-
138
ит из соединений, получаемых обычно в лабораторных
экспериментах при проведении абиогенных синтезов, то
можно с достаточным основанием считать, что это не за-
грязнения. Если же речь идет об аминокислотах то ПО
присущей им оптической активности экспериментатор мо-
жет без труда выделить среди них соединения земного и
внеземного происхождения.
НОВЫЕ ДАННЫЕ
В то время как изучение органического вещества ме-
теоритов переживало период спада, произошло событие,
вновь пробудившее интерес к этой области. В воскресенье
28 сентября 1969 г. около 11 часов утра близ Мёрчисона,
маленького городка, расположенного в 140 км к северу
от Мельбурна в Австралии, на полуденном небе сверкну-
ла вспышка. Падение метеорита видели многие люди, а
некоторые из них оказались способными достоверно опи-
сать это событие. Так, очевидец из Канберры, находящей-
ся в 370 км к востоку от места падения метеорита, рас-
сказал о появлении яркого «источника» света, медленно
опускавшегося с неба. В 120 км от Мёрчисона многие на-
блюдали светящийся предмет, раскаленный до желтого
свечения и почти вертикально падающий вниз. Из ближай-
шей точки наблюдения примерно в 27 км к северу от Мёр-
чисона сообщали о сверкающем оранжевом шаре с сереб-
ряным ободом и коротким оранжевым конусообразным
хвостом, оставлявшем голубой дымный след, который
не рассеивался в течение одной-двух минут. Этот «та-
инственный» предмет взорвался прямо в небе над Мёр-
чисоном, а его осколки дождем посыпались на землю.
Множество людей слышали взрыв и падение метеорита.
Грохот продолжался почти минуту. Он напоминал раска-
ты грома или звуки выстрелов.
Очевидцы, оказавшиеся на месте происшествия сразу
же после падения метеорита, говорили, что чувствовали
какой-тс запах, напоминающий запах метилового спирта
или пиридина. Это свидетельство явилось существенным
доводом в пользу присутствия в метеорите органических
веществ. Общий вес собранных осколков составил 82 кг,
большая часть их находится теперь в Австралийском му-
зее» в Национальном музее США в Вашингтоне и в Музее
природоведения имени Филда в Чикаго.
139
При исследовании осколков только что упавшего ме-
теорита возможность земных загрязнений сводится до ми-
нимума. Нашей лаборатории при содействии Карлтона
Мура из Института метеоритов Университета штата Ари-
зона посчастливилось получить в свое распоряжение один
образец Мёрчисонского метеорита вскоре после его паде-
ния. Образец имел вид небольшого камня, покрытого
оплавленной коркой. Корку тщательно отделили, а внут-
реннюю часть метеорита размололи и подвергли экстрак-
ции водой. Затем была проведена экстракция углеводоро-
дов и, наконец, гидролиз для выделения возможных ами-
нокислот. Наши анализы с полной определенностью
указывают на присутствие в образце углеводородов, а из
результатов исследования на газовом хроматографе сле-
дует, что эти углеводороды скорее всего имеют абиоген-
ное происхождение. Изучение аминокислот показало, что
они, по-видимому, присутствуют в метеорите в обеих фор-
мах: лево- и правовращающей. И это не могло быть вы-
звано загрязнением. Кроме того, установлено, что ряд
аминокислот не относится к числу наиболее распростра-
ненных и обнаруживаемых в белках. Они также не имеют
отношения к земным источникам и, следовательно, харак-
терны для самого метеорита.
Последующее исследование экстрактов органических
соединений этого углистого хондрита показало, что соот-
ношение изотопов углерода в нем существенно отличается
от такового для органических веществ на Земле. По-види-
мому, метеорит был обогащен тяжелым изотопом, что слу-
жит дополнительным подтверждением его космического
происхождения. Использованные нами методы анализа
позволили безошибочно установить присутствие шести
аминокислот, обычно входящих в состав белков, и двенад-
цати— не встречающихся в природных белках. Все ами-
нокислоты, обладающие асимметричными атомами угле-
рода, другими словами, представляющие собой лево- или
правовращающие молекулы, были обнаружены в равных
количествах.
Конечно, при анализе все же существовала некоторая
вероятность загрязнения матерала метеорита земными
веществами. Однако современные «биологические загряз-
нения» неизбежно должны способствовать преобладанию
левовращающих молекул, свойственных, как правило,
земным организмам. Обнаружение небелковых аминокис-
140
лот — также сильный аргумент в пользу отсутствия за-
грязнения.
Возникает вопрос: где же образовались эти аминокис-
лоты? Одна возможность заключается в том, что они ког-
да-то существовали в метеорите либо в лево-, либо в
правовращающей форме, затем с течением времени прев-
ратились в рацемическую смесь (то есть состоящую из
равного количества лево- и правовращающих молекул),
или «равновращающую». Не исключено, что внеземные
организмы, вероятно, могут иметь как лево-, так и право-
вращающую форму молекул. Но тогда, с земной точки
зрения, трудно объяснить наличие небелковых аминокис-
лот. Получение только одной из оптических форм с помо-
щью небиологических процессов также маловероятно.
Как мы уже убедились, многочисленные исследования так
и не дали четкого объяснения тому, почему абиогенный
процесс должен приводить к образованию какой-то фор-
мы. Следовательно, мы вынуждены предположить, что
аминокислоты в Мёрчисонском метеорите образовались в
результате внеземных абиогенных процессов.
Таким образом, анализ этого метеорита, возможно,
дал нам первое решающее доказательство существования
процессов химической эволюции, происходящих где-то во
Вселенной.
Химия Юпитера
14
Г
Согласно гипотезе химической эволюции, «молекулы
жизни», по-видимому, образовались под действием раз-
личных видов энергии из веществ, которые содержала
первичная атмосфера Земли. Предполагается, что если
аналогичные условия существуют где-либо во Вселенной,
то и там должны происходить подобные процессы.
Планета Юпитер является объектом интенсивных ис-
следований. Ее атмосфера, состоящая из метана, аммиака
Планета Юпитер. Слева вверху видно Красное Пятно, имеющее в
диаметре около 500 000 км.
142
Три спектра, полученные в ближней инфракрасной области: Солнца
(вверху), Юпитера (в середине) и газообразного аммиака (внизу).
Близкое соответствие двух последних указывает на присутствие ам-
миака в атмосфере Юпитера.
и водорода, может рассматриваться как аналог первичной
атмосферы Земли. Как показали спектроскопические ис-
следования, молекулы, входившие, вероятно, в состав пер-
вичной туманности, из которых образовалась Солнечная
система, удерживаются гравитационным полем в атмос-
фере Юпитера. Самая большая планета Солнечной сис-
темы является и самой тяжелой: по весу она в два раза
превосходит все остальные планеты вместе взятые.
При поверхностном подходе невольно возникает жела-
ние отвергнуть любую возможность возникновения жизни
или ее предшественников на планете, столь удаленной от
Солнца: Юпитер находится от него на расстоянии 800 млн.
км, что в пять раз превышает расстояние между Землей
и Солнцем. Однако, как свидетельствуют новейшие астро-
физические исследования, хотя внешний слой атмосферы
Юпитера холодный, эта «замерзшая» оболочка, состоя-
щая из кристаллического аммиака, скрывает «ад» кипя-
щих паров и жидкостей. Тепличный эффект, обусловлен-
ный выделением тепла при таянии льда и твердого амми-
ака, повышает температуру внутренних слоев планеты 1.
Непосредственно под слоем облаков расположен другой
слой, состоящий из капель жидкого аммиака, за ним сле-
дует слой облаков с преобладанием газообразного аммиа-
ка. Вода в виде льда, жидкости и паров сосредоточена в
области, лежащей ниже аммиачной зоны. Высокие темпе-
ратуры и давления преобладают в непосредственной бли-
1 Здесь автор допускает некоторую неточность. Тепличный эф-
фект возникает благодаря более интенсивному испарению, которое
происходит в результате таяния и превращения льда в воду. В ре,
зультате усиливается поглощение излучения, что вызывает еще боль-
шее испарение и разогрев. При таянии тепло поглощается, а не вы-
деляется.— Прим, перев.
143
зости от поверхности планеты, состоящей из твердого во-
дорода. Благодаря расчетам, проведенным астрофизика-
ми Пиблсом и Гэллетом, наш интерес к Юпитеру значи-
тельно возрос. Первичный материал и энергия, необходи-
мые для образования важных для жизни молекул, в изо-
билии имеются во внутренних областях атмосферы этой
колоссально?! планеты.
КРАСНОЕ ПЯТНО
Другой объект на Юпитере, привлекающий присталь-
ное внимание, — громадное Красное Пятно. Его наблюда-
ли многие поколения астрономов, но оно так и осталось
неразрешенной загадкой. Некоторые считали, что это
какое-то гигантское тело, плавающее в «океане» плане-
ты, другие объясняли его наличием «замороженных» сво-
бодных радикалов, возникших под влиянием различных
видов энергии. Однако наиболее правдоподобной предста-
вляется химическая гипотеза, объясняющая это явление
на молекулярном уровне. По-видимому, в существующей
ныне атмосфере Юпитера под воздействием различных
форм энергии могут возникать какие-то молекулы, кото-
рые образуют вещество, обладающее темно-красным цве-
том.
В Исследовательском центре им. Эймса для экспери-
ментов в качестве разрядной камеры использовался со-
суд, сделанный из нержавеющей стали. Внутри него был
сделан охлаждаемый отвод («палец»), запаянный с внеш-
него конца, в котором поддерживалась температура жид-
кого азота; на поверхности этого отвода должны были
осаждаться вновь синтезированные органические вещест-
ва. Четыре окна в сосуде позволяли вести наблюдение за
ходом эксперимента. Специальная подводка обеспечива-
ла подачу газовой смеси и в то же время играла роль од-
ного из высоковольтных электродов. Охлаждаемый «па-
лец» служил вторым электродом. Образовавшийся поли-
мер осаждался на стенках сосуда из нержавеющей стали.
Эксперименты осуществлялись также при комнатной
температуре в стеклянном сосуде, содержащем смесь ме-
тана с аммиаком. Полученные результаты оказались весь-
ма ободряющими. После проведения соответствующей
реакции смесь газов анализировали на масс-спектромет-
ре; в ней был обнаружен цианистый водород. Присутствие
144
S' давних пор людей интересовала тайна возникновения жизни, об этом по-
ествовали древние сказания. В индусской легенде духи добра и зла, перетя-
ивая друг у друга тело змеи, вращают священную гору Мандару, стоящую
ia спине черепахи, и таким образом «взбалтывают» океан — колыбель всего
живого.
«Да будут звезды на небесном своде... Да родят в изобилии воды живых
тварей», — эти с.юва из Библии начертаны на известной мозаике
Монреальского собора в Италии.
6*
•
J
*!
8
* ;
Лаборатория Пастера. Великий
ученый держит на руках под-
опытных животных. Фотогра-
фия сделана в 1875 г.
Процессы фотосинтеза в рудиментарной форме, какими они, по-видимому,
были в период своего возникновения, присущи сине-зеленым водорослям и
примитивным одноклеточным организмам, более напоминающим бактерии,
чем обычные растения. Колонии в виде цепочек Nostoc ( *400, слева). Изобра-
жение скрученных двойных мембран элементарной фотосинтетической си-
стемы, полученное с помощью электронного микроскопа ( х 18 000, справа).
Поток раскаленной лавы, пересекающий склон вулкана Килауеа на Гавайских
островах; вулканическое тепло и газы, проходящие через расплавленную лаву
и попадавшие в океан, могли обеспечивать благоприятные условия для синте-
зов органических соединений.
Остров, недавно возникший у южного побережья Исландии.

Молния, которую в настоящее время мы воспринимаем как обычное явление,
могла стимулировать органические синтезы в условиях первичной Земли.

Среди веществ, обнаруженных Миллером, были четыре обычные аминокис-
лоты: глицин, аланин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты. На рисунке
изображены в поляризованном свете кристаллы глицина ( х 120).
С помощью подобного аппарата в лаборатории автора моделировали воздей-
ствие молнии на «атмосферу», состоящую из метана, аммиака и паров воды
(нижний сосуд). Через 24 ч на внутренней поверхности сосуда образовывался
темно-коричневый осадок, а ряд других веществ оказывался в растворе.
Моделирование в лабораторных условиях воздействия ультрафиолетового
излучения Солнца на первичную Землю связано с большими трудностями.
Однако в лаборатории автора были успешно проведены синтезы органических
веществ при помощи источника ультрафиолета, наполненного ионизирован-
ным аргоном под давлением 15 атм.
Фигура Лихтенберга — форма электрического разряда, с помощью которого
в лаборатории исследуется сложный механизм ионизации воздуха, аналогич-
ный процесс происходит в атмосфере под воздействием молнии.
Увеличенные кристаллы аспарагина (одной из распространенных аминокис-
лот) в поляризованном свете. На одном конце молекулы — положительно
заряженная аминогруппа (H2N), на другом — отрицательная карбоксильная
группа (СООН); в целом молекулы электронейтральны, но тем не менее
легко соединяются друг с другом.
На этой исторической фотографии, порученной с помощью электронного
микроскопа ( х 24 000), впервые показан процесс образования рибонуклеиновой
кислоты. Гены, соединяясь подобно бусинам в ожерерье (нить ожерерья —
морекура ДНК) — на фотографии они по своей структуре напоминают
морковь, — образуют окоро 100 мо рекур РНК, имеющих вид во Росков. Фото-
графия иллюстрирует сложность процессов, происходящих в клетке.
7-274
Морская водоросль Micrasterias (х 1000). эволюционный возраст которой
превышает миллионы лет, является, как и самые первые живые организмы,
одноклеточной.
Кристаллы кварца — двуокиси кремния. В отличие от двуокиси углерода он
не способен взаимодействовать с другими молекулами.
Атомы углерода образуют многочисленные стабильные связи либо друг с
другом, либо с другими атомами. Одной из форм чистого углерода, правда
менее прочной, чем алмаз, является черный графит, который используется
в карандашах.
Алмаз — это чистый углерод. Каждый его атом связан с четырьмя другими
в стабильную решетку. Алмаз имеет четко выраженную кристаллическую
структуру и обладает непревзойденной твердостью.
7*
При исследовании лунных образцов ученые пытались обнаружить какие-ни-
будь следы биологической активности, имевшей место в прошлом или настоя-
щем. В одном из экспериментов в заполненную азотом стерильную камеру
помещали'растения, находящиеся «в контакте» с лунной породой} затем их
сравнивали с контрольным растением (слева). Обнаружены изменения в тка-
нях, возможно, обусловленные присутствием следовых количеств элементов.
Однако нет ничего, что бы позволило воскликнуть: «Внимание — биологи-
ческая активность}»
Образец лунной породы, доставленный экипажем «Аполлона-12». Видна тон-
козернистая текстура грунта лунных морей, «перемолотого» в результате
постоянной бомбардировки микрометеоритами.
Образец породы, доставленный «Аполлоном-12». Тонкий срез образца (не-
сколько увеличенный), на котором просматривается кристаллическая струк-
тура весьма характерная для земных вулканических пород. В этой установке
очень маленькие образцы лунной породы испаряются путем индукционного
нагрева токами высокой частоты. Образовавшиеся продукты подвергались
многочисленным анализам в разных лабораториях мира.
Увеличенный тонкий срез образца углистого хондрита. В этих образованиях
содержатся малые количества органических соединений, возникших в кос-
мическом пространстве.
Экспериментальная установка, использованная в лаборатории автора для
моделирования реакций, возможных в богатой метаном атмосфере Юпи-
тера. Электрический разряд спустя некоторое время вызывал в смеси метана
и аммиака образование нескольких предшественников биологически важных
веществ, а также полупрозрачного оранжево-красного полимера, присутст-
вием которого можно объяснить цвет Красного Пятна Юпитера. Получен-
ные характеристические спектры поглощения этого материала напоминают
спектр Юпитера. Это свидетельствует о правильной постановке экспери-
мента.
Так художник изобразил траектории полетов беспилотных космических
аппаратов, предстоящих в соответствии с проектам «Гранд Тур».
1 — Солнце; 2 — Земля; 3 — Меркурий; 4 — Венера; 5 — Марс; 6 — Юпитер;
7 — Сатурн; 8 — Уран; 9 — Нептун; 10 — Плутон.
Фотография Земли, сделанная с борта космического корабля «Аполлон-77».
На фотографии видна большая часть Европы и почти вся Африка. Однако,
глядя на Землю с расстояния около 160 000 км, мы не можем заметить 'на
ней каких-нибудь явных признаков жизни.
Центральная область Млечного Пути. Это «звездное облако» в созвездии
Стрельца дает наглядное представление о колоссальном числе звезд, сущест-
вующих в одной только Галактике. Расстояния между звездами составляют
многие световые годы. В этой необъятной массе где-то должна существо-
вать разумная жизнь — но как установить с ней контакт?
этого соединения характерно для предбиологических син-
тезов. Как мы уже говорили, оно образуется в экспери-
ментах, моделирующих первичную атмосферу Земли. С
помощью спектроскопических исследований цианистый
водород был найден в составе комет, а совсем недавно
радиоастрономы установили его присутствие в межзвезд-
ном пространстве.
Наряду с цианистым водородом был обнаружен также
ацетилен. Тройная связь, несущая большой запас энергии,
обусловливает его уникальную способность вступать в ре-
акции с образованием в дальнейшем структуры с арома-
тическими циклами. Такая особенность ацетилена позво-
ляет предполагать, что он может служить как бы отправ-
ным пунктом для получения полимеров с большим
молекулярным весом. Дайте химику-органику цианистый
водород и ацетилен, и с таким «строительным материа-
лом» он создаст большой набор органических молекул,
которые имеют самое решающее значение в биологиче-
ских процессах.
При моделировании условий, существующих в ат-
мосфере Юпитера, для анализа образовавшихся летучих
продуктов использовались методы газовой хроматогра-
фии и масс-спектрометрии. Было найдено несколько нит-
рилов, в том числе глицинонитрил и пропионитрил. Гли-
цинонитрил является предшественником глицина — самой
простой аминокислоты, легче всего образующейся при
абиогенных синтезах. Более сложные гомологи этих нит-
рилов можно рассматривать как предшественники других
аминокислот.
Пытаясь найти объяснение красноватой окраске Юпи-
тера, которая, между прочим, свойственна, вероятно, и та-
ким планетам, как Сатурн и Уран, мы направили свои
усилия на изучение процессов образования полимера в
смеси метана и аммиака. Синтезированный полимер пред-
ставлял собой вещество рубиново-красного цвета с боль-
шим молекулярным весом; растворяясь в метиловом спир-
те, он создавал прозрачный ярко-красный раствор. Это
ярко окрашенное вещество могло состоять из смеси нит-
рилов.
Однако получение полимера красного цвета в лабора-
торных опытах еще нельзя рассматривать как доказа-
тельство того, что такое вещество действительно существу-
ет в атмосфере Юпитера. Тем не менее вскоре мы полу-
8-274
145
чим возможность подтвердить эти результаты непосредст-
венным наблюдением планеты. Мощные телескопы и ле-
тательные аппараты, способные подниматься на нужную
высоту и снабженные приборами для анализа света, от-
раженного от планет, возможно, позволят ученым обна-
ружить в излучении Юпитера присутствие ряда спект-
Атмосфера Юпитера (в разрезе) по данным спектроскопических ис-
следований. Она, вероятно, весьма похожа на первичную (докисло-
родную) атмосферу Земли.
ральных линий, характерных для синтезированных
веществ, которые могут содержаться в его атмосфере.
Проект «Гранд Тур» — полет автоматической косми-
ческой лаборатории, предназначенной для исследования
дальних планет, запланирован на конец этого десятиле-
тия. Именно в этот период положение ряда планет нашей
Солнечной системы будет наиболее благоприятным (та-
кая ситуация возникает лишь один раз в 179 лет) для ис-
следования всех планет-гигантов. Траектории космических
аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11» должны проходить
вблизи Юпитера и далее между Сатурном и его кольцами.
Результаты измерений будут передаваться на Землю.
Предполагается, что использование зондов, предназначен-
ных для исследования планет, откроет большие перспек-
тивы в будущем изучении Юпитера. Для анализа атмос-
146
ферм Юпитера при прохождении зонда через область
Красного Пятна предполагается использовать самые со-
вершенные масс-спектрометры.
По-видимому, Юпитер хранит огромные запасы орга-
нического вещества, которое может использоваться в эво-
люционных процессах, ведущих к возникновению жизни.
Не окажется ли Красное Пятно окном во внутренние об-
ласти атмосферы Юпитера, окрашенной в красный цвет,
благодаря присутствию ряда предбиологических органи-
ческих молекул?

Возможна ли жизнь
на Марсе?
15
Поиск внеземной жизни — основная цель космической
биологии. Разрешение этой проблемы может иметь для
человечества значительно большее значение, чем науч-
ные революции, произведенные открытиями Дарвина и
Коперника. Если в результате космических полетов удаст-
ся установить, что на Марсе существует жизнь и она воз-
никла независимо от жизни на Земле, то тогда мы долж-
ны сделать вывод, что земная жизнь — явление не уни-
кальное, и действие каких-то пока не ведомых нам косми-
ческих сил способно привести к подобному развитию со-
бытий в бесчисленном множестве планетных систем Все-
ленной.
Существуют три возможности поиска жизни вне Зем-
ли. Первая-—это запуск и посадка автоматических аппа-
ратов или человека на интересующий нас объект Вселен-
ной. Современный уровень наших знаний и технических
возможностей пока ограничивает этот поиск пределами
Солнечной системы. Вторая возможность — это контакт с
внеземными цивилизациями с помощью радиосигналов.
Как мы увидим дальше, это предполагает существование
цивилизаций, обладающих уровнем технического разви-
тия, который сравним (или превышает) с нашим. И нако-
нец, третья возможность — экспериментальным методом
попытаться воспроизвести в лабораториях пути, по кото-
рым могла бы развиваться жизнь, и это позволило бы по-
лучить убедительные доказательства ее существования
где-нибудь в космическом пространстве.
Сейчас наши усилия направлены в основном на то,
чтобы доставить научные приборы, а возможно, и послать
астронавтов на Марс. Многочисленные факты, казалось
бы, указывают на возможность существования жизни на
этой планете. Структура ее поверхности, напоминающая
148
Фотографии Мирса, сделанные с интервалом в 12 ч. Видны изменения,
которые обусловлены либо вращением планеты, либо пылевой бурей,
происходящей в сильно разреженной марсианской атмосфере.
Итальянский астроном Скиапарелли сделал в 1879 г. этот набросок,
он выдвинул предположение о наличии на Марсе «каналов». Именно
с этого времени и начались рассуждения о марсианских «каналах» и
якобы живущих там разумных существах.
при наблюдении с Земли сеть каналов, наличие сезонных
«волн» потемнения, распространяющихся по поверхнос-
ти,— все это вызывает предположение, что на Марсе дол-
жна быть жизнь. Когда-то поговаривали даже о высоко-
развитых существах, которые с помощью хитроумных ин-
женерных методов извлекают воду из скудных запасов
планеты. Эти предположения разжигали воображение
ученых и заставляли искать ответы на вопрос: существу-
ет ли жизнь на Марсе?
Если отбросить фантазии и рассмотреть с научных по-
зиций современное состояние этой планеты, то следует,
вероятно, исключить возможность существования на Мар-
се сколь-нибудь развитых форм жизни. Однако физиче-
150
Регулярные наблюдения за Марсом позволяют увидеть белые поляр-
ные шапки, состоящие, вероятно, из замерзшего углекислого газа и
изменяющиеся в своих размерах в зависимости от сезона Темные
области также претерпевают сезонные изменения: сверху вниз пред-
ставлены середина апреля, середина мая, ранний август (по марси-
анскому календарю).
ские условия на Марсе таковы, что низшие формы жизни,
например микроорганизмы, вполне могут присутствовать
на его поверхности. Так как эта планета являлась объек-
том исследования для многих поколений астрономов, то ее
основные характеристики хорошо известны. Расстояние от
Марса до Солнца составляет приблизительно 225 млн. км.
Диаметр равен половине земного, а масса — одной де-
сятой земной. Период суточного вращения этой планеты
почти совпадает с нашим: 24 ч 37 мин. На фотографиях
Марса, полученных с помощью мощных телескопов и кос-
мических аппаратов, видны так называемые полярные
шапки, имеющие белый цвет. Первоначально считалось,
что они состоят из воды и, по-видимому, изменяют свои
размеры в зависимости от сезона. Одно время полагали,
что темные области планеты увеличиваются, когда по-
лярные шапки уменьшаются. Согласно последним дан-
ным, полярные шапки образованы главным образом дву-
окисью углерода 1. Хотя темные области, которые покры-
вают одну четверть поверхности планеты, и меняются в
размерах, объяснения, связывающие процесс потемнения
с сезонным ростом растительности, не представляются те-
перь убедительными. И все же мы до сих пор не в состо-
янии точно интерпретировать природу таких изменений
темных областей на поверхности Марса. Существуют так-
же области еще одного типа—это довольно светлые,
почти красноватые участки поверхности, которые называ-
ют пустынями. Среднегодовая температура на Марсе при-
мерно на 50°С ниже, чем на Земле. На экваторе планеты
она достигает 30°С, что соответствует температурам на
Земле в теплый день.
Анализируя условия на Марсе с точки зрения воз-
можности существования там жизни, необходимо пра-
вильно понимать природу марсианской атмосферы. Ат-
мосферное давление там составляет около 6,5 мбар (мил-
либар). Это примерно в 100 раз меньше давления в зем-
ной атмосфере. Так как горы на Марсе достигают высоты
14 км, считается, что давление на поверхности может ме-
няться от 3 до 15 мбар. Атмосфера планеты состоит из
окиси углерода, двуокиси углерода и,паров воды, причем
1 Самые последние данные, полученные с космических аппаратов
«Маринер» и «Викинг», говорят о том, что полярные шапки состоят
изо льда, на котором при падении температуры (главным образом,
зимой) может конденсироваться твердая углекислота.— Прим, перев.
152
Гигантский кратер на поверхности Марса (около 100 км в поперечнике), сфотографированный с борта «Марине-
ра-9». Исходя из внешнего вида, ученые считают его кальдерой, или вулканическим коллапсным кратером. Он
стоит подобно скалистому острову среди моря нанесенной ветром пыли.
двуокись углерода преобладает. Окись углерода присут-
ствует в малых количествах, имеются следы кислорода и
совсем не обнаружено азота L
На марсианскую поверхность воздействует интенсив-
ный поток солнечного ультрафиолетового излучения. Так
как эта планета (в отличие от Земли) лишена защитно-
го слоя, предохраняющего ее от воздействия коротковол-
нового ультрафиолетового излучения, ее поверхности мо-
гут беспрепятственно достигать наиболее короткие све-
товые волны, длиной порядка 1900 А. Хотя в атмосфере
планеты и замечено присутствие некоторого количества
паров воды, но их крайне мало, примерно в тысячу раз
меньше, чем в земной атмосфере. Данные о существова-
нии на Марсе воды в жидком состоянии отсутствуют.
Прежде с помощью фотографий удавалось изу-
чить топографию лишь малой части поверхности плане-
ты, но в 1972 г. космический аппарат «Маринер-9», выве-
денный на орбиту вокруг Марса, сфотографировал прак-
тически две трети его поверхности.
Когда в результате полетов космических аппаратов
«Маринер» удалось получить первые фотографии поверх-
ности планеты, специалисты были очень удивлены раз-
мерами и распределением кратеров. При анализе фото-
графий выяснилось, что эти детали рельефа поверхности
имеют такой же возраст, что и сама «красная» планета.
Если это в дальнейшем окончательно подтвердится, то, по-
видимому, это будет означать, что Марс во многом подо-
бен Луне. Однако пока слишком мало данных в поддерж-
ку такой гипотезы1 2.
Из всего, что известно о физических условиях на Мар-
се, следует, что перспективы для жизни здесь крайне
мрачные. Однако возможность ее существования не мо-
1 На основании самых последних данных, полученных с косми-
ческих аппаратов «Викинг-1» и «Викинг-2», установлено, что атмос-
фера Марса примерно на 25% состоит из двуокиси углерода (углеХ
кислого газа), 2—3% составляет азот, 1—2%—аргон и всего
0,3%—кислород. В небольших количествах также обнаружены окись
углерода, криптон, ксенон и озон. — Прим, перев.
2 Анализ фотографий, полученных с космических аппаратов
«Маринер-9», а также «Викинг-1» и «Викинг-2», показал, что ряд
вулканов и деталей рельефа значительно моложе по возрасту, чем
сама планета. Только часть кратеров имеет метеоритное происхож-
дение. Обнаружены русла высохших рек и следы грязевых пото-
ков.— Прим, перев.
154
жет быть исключена полностью. Исходя из размеров
Марса и его расстояния от Солнца, можно предполагать,
что его ранняя история, по-видимому, напоминала зем-
ную. Прежде он, вероятно, обладал более плотной ат-
мосферой, чем сейчас. Скорее всего, на планете химиче-
ская эволюция протекала чрезвычайно быстро. Если в
ранний период развития планеты условия были доста-
точно благоприятными, это могло привести к биологиче-
ской эволюции. В дальнейшем приспособившимся к
существующим условиям организмам, возможно, при-
шлось преодолеть целый ряд препятствий на пути
своего развития. Поэтому по аналогии с зем-
ной жизнью вполне логично предположить, что в про-
цессе эволюции отбирались те организмы, которые были
способны противостоять суровым условиям марсианской
среды: резкой сухости климата, недостатку воды, высо-
кому уровню падающего на поверхность смертоносного
ультрафиолетового излучения и чередующимся циклам
замораживания и оттаивания.
Важным фактором, который ограничивает возмож-
ность существования жизни на Марсе, может быть недо-
статок воды. Будущие исследования должны способство-
вать решению этого вопроса. Не исключено, что вода со-
средоточена где-то нижё поверхности в виде слоя вечной
мерзлоты. В отдельных более теплых областях вода мо-
жет подходить близко к поверхности.
ТЕСТЫ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ
Как только появилась реальная возможность посадки
космического аппарата на Марс, был выдвинут целый
ряд соображений о том, какого типа эксперименты долж-
ны быть вкЛючены в программу его работы. Националь-
ное управление по аэронавтике и исследованию космиче-
ского пространства США (НАСА) создало несколько
научных групп, задачей которых была разработка экспе-
риментальной программы, способной обеспечить получе-
ние необходимой информации в ходе изучения планеты.
Отсутствие органического вещества на планете должно
означать исключение всякой возможности жизни, тогда
как его наличие еще не обязательно свидетельствует о
том, что на Марсе существует жизнь. Найденное органи-
ческое вещество может быть «занесено» на поверхность
156
В лаборатории Исследовательского центра им. Эймса (Калифорния)
ученые имитировали условия, возможно, характерные для Марса
(включая циклы замерзания и таяния), и установили, что некоторые
земные микроорганизмы способны выживать и даже размножаться
при этих условиях. В изолированной камере (вверху) находится
красный грунт, содержащий окись железа, который по цвету очень
похож на видимую поверхность Марса.
планеты либо в результате падения метеорита (так как
Марс располагается близко к поясу астероидов и метео-
ритов на него падает больше, чем на Землю), либо оно
может быть создано в процессе предбиологических син-
тезов. Так как о стабильности органических веществ по-
ка известно сравнительно мало, в экспериментах подоб-
ного типа всегда присутствует значительный элемент не-
определенности.
156
Космический аппарат «Маринер», выведенный на орбиту вокруг Мар-
са в 1971 г. Внизу аппарата видны узко- и широкоугольные телеви-
зионные камеры, которые питаются энергией от солнечных батарей,
расположенных на панелях, имеющих вид крыльев. Расстояние от од-
ного конца панели до другого немного больше 6 м.
Другой тип экспериментов, которые могут быть по-
ставлены на Марсе, связан с обнаружением метаболи-
ческой активности организмов в образцах грунта. При этом
необходимо исследовать выделение тепла, изменение га-
зового состава и величины pH. В отличие от химических
анализов измерения такого типа следует проводить через
определенные интервалы времени, чтобы изучить дина-
мику наблюдаемых процессов. При подготовке к экспе-
риментам возникает соблазн применить различные сое-
динения, которые могут стимулировать обмен веществ в
живых организмах. Например, добавление воды или ор-
ганических веществ может активизировать спящие или
находящиеся в стадии покоя организмы. В отсутствие
таких добавок энергетические процессы в организмах,
содержащихся в исследуемом образце, могут происхо-
дить настолько медленно, что их невозможно будет на-
блюдать. Однако применение каких-либо чужеродных
агентов может не стимулировать, а, наоборот, ингибиро-
вать метаболическую активность организмов. Таким об-
разом, важный тест может оказаться бесполезным, ибо
157
не исключено, что при таком «добавлении» произойдет
полное уничтожение всего живого.
Подобные неопределенности возможны и в экспери-
ментах, целью которых является идентификация специ-
фических ферментов. Долгое время считалось, что биохи-
мические методы могут дать богатую информацию об
организмах, если таковые существуют на планете. Если
марсианские формы жизни являются микроорганизма-
ми—а очень возможно, что это так и есть,—то потребуется
автоматический микроскоп, способный сканировать обра-
зец грунта. Из всего сказанного следует, что не сущест-
вует тестов, с помощью которых можно однозначно уста-
новить присутствие живых организмов. Любые тесты
всегда сопряжены со значительной неопределенностью.
Программа «Викинг» представляет собой попытку
объединить самые различные методы с единой целью —
обнаружить жизнь на Марсе. Для ее достижения было
скомплектовано двенадцать исследовательских групп,
перед которыми поставлены следующие задачи: снятие
панорамы поверхности, картирование распределения во-
ды и температур, спектрометрические и молекулярные
анализы, метеорологические исследования, измерение
физических параметров, изучение биологических процес-
сов, магнитных свойств и характеристик атмосферы. Три
из этих задач: получение панорамы, молекулярный ана-
лиз и биологические исследования — были непосредст-
венно направлены на решение вопроса о .существовании
жизни на Марсе. Первые две из них заключаются в сня-
тии характеристик места посадки и получения интересных
с точки зрения биологии данных. Изготовлены две каме-
ры, каждая из которых способна к обзору фактически все-
го участка поверхности, доступного для взятия пробы.
Аппарат, предназначенный для молекулярного анализа,
должен отбирать образцы с марсианской поверхности и
затем проверять их на содержание органических соеди-
нений путем испарения некоторого количества материа-
ла и последующего анализа образовавшихся продуктов
на сверхточном газовом хроматографе, который соединен
с быстродействующим сканирующим масс-спектромет-
ром. Если в марсианском грунте имеются какие-нибудь
органические вещества, масс-спектрометрические иссле-
дования фрагментов их молекул дадут возможность оха-
рактеризовать эти вещества.
158
Изображенная художником схема маневров, планируемых при по-
садке на поверхность Марса,
«Прямые» биологические эксперименты представляют
собой четыре различных типа анализов, которые прово-
дятся над различными частями одного и того же образца
грунта. Эти образцы должны отбираться лишь после
предварительного изучения условий в месте посадки. Од-
новременно эти образцы обследуются с помощью специ-
альных методов молекулярного анализа. В одном экспе-
рименте к образцу грунта добавляются только пары
воды. В другом — вместе с водой вводится некоторое ко-
личество органических веществ для стимуляции латент-
169
Модель приборного комплекса «Викинга», предназначенного для мяг-
кой посадки на поверхность Марса в 1976 г. Основная цель програм-
мы «Викинг» — обнаружить на планете признаки жизни, если таковые
имеются.
ной метаболической активности предполагаемых орга-
низмов.
Обнаружение в органических веществах радиоактив-
ного углерода, который может присутствовать в виде ме-
ченых двуокиси или окиси углерода, должно служить до-
казательством биологической активности. Образец грун-
та должен инкубироваться на свету вместе с «естествен-
ной марсианской атмосферой», в которую добавляется
минимальное количество радиоактивных газов. Путем
выдувания непрореагировавший газ удаляется из образ-
ца. Оставшаяся двуокись углерода затем пропускается
через жаростойкую колонку с покрытием из окиси меди,
которая способна удерживать органические вещества.
Для контроля за выходящими из прибора газами исполь-
зуется детектор радиоактивного излучения.
В аналогичном описанному выше эксперименте обра-
зец марсианского грунта должен увлажняться водным
160
Один из экспериментов программы «Викинг» заключается в автомат
тическом сборе грунта. Здесь представлена одна из ранних идей (от-
вергнутая в настоящее время); она заключалась в выбрасывании из
капсулы с приборами «липкого шнура», который затем должен втя-
гиваться назад и таким образом поставлять для анализа прилипшие
к нему частицы.
раствором, содержащим смесь органических веществ, ме-
ченных радиоактивным углеродом-14. Подготовленный
таким способом образец заключается в очень маленькую
емкость, заполненную марсианской атмосферой. Если в
грунте существуют какие-либо микроорганизмы, они, ве-
роятно, могут использовать радиоактивные вещества, ко-
торые присутствуют в нем в виде карбогидратов и ами-
нокислот. Выделение каких-либо газообразных радиоак-
тивных веществ должно быть тщательно проконтролиро-
вано. И снова наличие радиоактивности в атмосфере
над образцом грунта должно служить признаком биоло-
гической активности.
В другом методе для обнаружения изменений в соста-
ве органического вещества марсианского грунта образец
увлажняется смесью нерадиоактивных органических ве-
ществ. Затем с помощью газового хроматографа через
161
различные интервалы времени анализируется окружаю-
щая его атмосфера. При исследовании ее состава могут
быть зафиксированы какие-либо признаки тех или иных
биологических изменений. Все эти эксперименты должны
проводиться при температуре около 10°С. Если хоть один
из них даст положительный результат, это будет озна-
чать, что микроорганизмы существуют. Однако для про-
верки этих результатов необходима целая серия экспери-
ментов с грунтом, предварительно простерилизованным
при 160°С в течение трех часов. Это позволит избавиться
от всех видов живых организмов и обеспечит необходи-
мый контроль 1.
Программа 1975 года в некотором смысле является
предшественником будущих программ. В конце концов,
человек должен вступить на другие планеты; невозмож-
но ограничить поиски жизни использованием одних толь-
ко автоматических аппаратов. При отрицательных ре-
зультатах мы все равно не сможем избавиться от сомне-
ний. При «положительном ответе» необходимость высад-
ки человека на Марс еще более возрастает. Однако с
научной точки зрения очень важно, чтобы, прежде чем
человек вступит в непосредственный контакт с этой пла-
нетой, мы бы располагали максимально доступным ко-
личеством информации о возможных формах жизни на
планете, ибо при высадке человека неизбежно произой-
дет ее «загрязнение». Вполне возможно простерилизовать
весь комплекс автоматической аппаратуры, но нельзя
поручиться, что планета избегнет заражения земными
микроорганизмами, если человек ступит на ее поверх-
ность. Необходимы и соответствующие предосторожно-
сти, чтобы избежать загрязнения Земли потенциально
патогенными марсианскими организмами. Поэтому на-
иболее безопасным путем получения биологической ин-
формации являются односторонние (без возврата) косми-
ческие полеты, то есть полеты автоматических систем.
Если исключить Землю, в Солнечной системе только по-
верхность Марса может служить местом обитания орга-
низмов. Все, что мы знаем об этой планете из данных, по-
1 Сейчас это заявление автора звучит чересчур оптимистично.
Результаты исследования Марса двумя аппаратами «Викинг» так
и не позволили сделать определенного заключения о наличии или
отсутствии жизни на планете.— Прим, перев.
162
лученных в наземных астрофизических обсерваториях, с
помощью космических ракет и спутников, свидетельст-
вует о предельной суровости условий на Марсе с точки
зрения наших земных стандартов. Воды там крайне мало,
и она в основной своей массе никогда не существовала на
поверхности планеты в жидком виде; следовательно, ве-
роятность обнаружения жизни на Марсе крайне ничтожна.
Несмотря на неопределенность результатов и огромные
технические трудности, с которыми сопряжено изучение
Марса, с научной точки зрения риск здесь оправдан. Ин-
формация, которую мы сможем получить при исследова-
нии марсианских организмов, если таковые существуют,
чрезвычайно важна. Живые организмы, существующие
ныне на Земле, несмотря на их огромное разнообразие
и различия в размерах и форме, очень похожи между собой
по химическому составу. Основная предпосылка гипотезы
химической эволюции состоит в том, что все земные
типы организмов, по-видимому, произошли от единого
предка. При этом остается вопрос, который никогда не
может быть решен в рамках наших земных исследований:
является ли это сходство результатом некоторого случай-
ного биологического события, происшедшего на заре эво-
люции, или оно предопределено внутренними свойствами
элементов и молекул живой материи. Если на какой-ни-
будь другой планете будут обнаружены организмы, ко-
торые обладают уникальными свойствами, отличными от
тех, что мы наблюдаем на Земле, наш «биологический
кругозор» неизмеримо расширится. В настоящее время
биология располагает только одним объектом исследова-
ния— жизнью на Земле. Если же на Марсе будет обнару-
жена жизнь, подобная земной, мы вновь столкнемся с во-
просом, возникла ли она на Земле или попала сюда из-
вне. Тогда гипотеза панспермии, выдвинутая Аррениу-
сом, вновь может получить право на существование.
Физические характеристики Марса не исключают воз-
можности присутствия на нем живых организмов. Одна-
ко, если жизнь, даже в ее наиболее примитивных
формах, не будет там обнаружена, нам придется изме-
нить некоторые наши взгляды на химическую эволюцию.
Внеземные цивилизации 16
Астрономы в общем единодушны в мнении, что
жизнь, по-видимому, существует и вне Земли. Согласно
расчетам, разумная жизнь может развиваться в различ-
ных «уголках» Вселенной. По оценкам многих астроно-
мов только в нашей Галактике их насчитывается около
миллиона. Эти «цивилизации» могут разделять огромные
расстояния, вплоть до тысячи световых лет. По нашим
земным стандартам это почти бесконечность. «Существу-
ет раса людей и раса богов; обе они произошли от одной
матери, но неведомая сила разлучила их, так что одни
теперь стали ничем, тогда как для других небо навсегда
стало убежищем», — писал Пиндар в шестой оде Немина.
Ученые, пытаясь установить число способных к кон-
тактам цивилизаций, попробовали связать различные
параметры, которые могут дать нам некоторые представ-
ления о распределении этих цивилизаций. Любая из них
может обладать таким высоким уровнем технического
развития, который позволяет обнаруживать цивилиза-
ции, возникшие в других звездных системах.
При обсуждении интригующей темы о существовании
иных цивилизаций где-либо во Вселенной астрономы по-
пытались суммировать свои умозаключения следующей
формулой, которая призвана определить число способ-
ных к контактам цивилизаций:
М = RJpnefeflfcTt
где /?* — средняя скорость образования звезд;
fp — доля звезд с планетными системами;
пе — среднее число планет в планетных систе-
мах, обладающих условиями, подходящи-
ми для возникновения и эволюции жизни;
164
fe — число планет, на которых реально возмож-
но развитие жизни;
fi — число планет, на которых развилась ра-
зумная жизнь;
/с — число планет, на которых возникли циви-
лизации, способные к контактам;
Т — время жизни технической цивилизации.
Астрономы попытались количественно оценить эти ве-
личины. Из них достаточно хрошо известно только значе-
ние /?♦, которое определено по данным звездной и астро-
физической статистики. Оценки других величин основаны
лишь на предположениях и на не вполне убедительных
теориях и наблюдениях. Для параметров биологических
объектов также характерно большое разнообразие. Хотя
некоторые из начальных ступеней химической эволюции
удалось воспроизвести, мы все еще не способны обнару-
жить существование жизни еще где-нибудь, кроме Земли.
Особенно много неясностей связано с величиной Т. Она
может зависеть от многих факторов, таких, например,
как ядерная война, космическая катастрофа или просто
потеря «цивилизацией» интереса к развитию науки и тех-
ники. Оценка этой величины во многом определяется
индивидуальностью того, кто ее делает. Не исключено
также, что значение Т окажется весьма велико. Это мо-
жет быть обусловлено возрождением цивилизации, спо-
собной к контакту, или, допустим, высадкой на данной
планете разумных существ с другой планеты. Согласно
расчетам Сагана и Дрейка, число способных к контактам
цивилизаций в нашей Галактике составляет около ты-
сячи и расстояние между ними порядка тысячи свето-
вых лет.
Для преодоления таких расстояний абсолютно необ-
ходимы эффективные средства связи. О возможностях та-
ких связей мы в состоянии говорить лишь весьма и весь-
ма предположительно. Одна из возможностей — общение
с помощью ракет. Для этого потребуются ракеты с суб-
световыми скоростями, но это лежит за пределами наших
технических возможностей в этом тысячелетии. Предло-
жен проект «захвата струи» Баззарда, в соответствии с
которым космический аппарат обеспечивается горючим
за счет «захвата» межзвездного вещества в ходе полета.
Однако низкая плотность вещества в космосе существен-
но ограничивает эту возможность. Чтобы говорить о пу-
165
тешествии такого типа, мы должны предположить, что
существующие цивилизации «согласятся» ожидать нас
еще тысячи лет.
Другую возможность представляет собой радиоактив-
ное корпускулярное излучение, которое способно перено-
сить информацию со скоростью света. Ядерные частицы
обладают более высокой проникающей способностью, чем
Сколько наших «двойников»,
обладающих разумом и способ-
ных к общению, может суще-
ствовать во Вселенной? Даже
по самым скромным оценкам
только в одной нашей Галакти-
ке может быть порядка ты-
сячи подобных миров. А ведь
она лишь одна из сотен тысяч
миллионов галактик, состав-
ляющих Вселенную!
1 — общее число звезд; 2 — звезды,
имеющие планетные системы;
3 — планеты, пригодные для жиз-
ни; 4 — планеты, на которых жизнь
развивается; 5 — разумная жизнь;
6 — цивилизация, способная к об-
щению; 7 — высокий уровень тех-
нического развития.
свет, а несут тот же объем информации. Третья возмож-
ность заключается в использовании электромагнитного
излучения, которое распространяется со скоростью света
на расстояния в тысячи световых лет и более, причем ин-
тенсивность его уменьшается крайне незначительно. По-
лезные сигналы такого рода, несущие богатую информа-
цию, мы можем передавать уже в настоящее время, при-
чем необходимые для этого материальные затраты чело-
вечеству вполне «по плечу». Это, по-видимому, наиболее
эффективный и экономичный для нас способ связи с
внеземными цивилизациями.
Если в качестве средства для решения нашей пробле-
мы мы «выбрали» электромагнитное излучение, далее
следует решить вопрос о наиболее приемлемой для пере-
дачи информации длине волны. Сначала Коконни и Мор-
рисон полагали, что оптимальной является длина волны
21 см, которая соответствует водородной линии спектра.
В качестве возможных «кандидатов» предлагались так-
же гармоники и субгармоники водородной линии. Уже
предпринималась одна попытка поиска разумной цивили-
166
Радиотелескоп в Гринбэнке (штат Западная Виргиния), с помощью
которого ведутся непрерывные, но пока бесплодные поиски сигналов
из космоса.
зации на этой частоте. Ученые не теряют надежды, что
где-нибудь в космосе этот сигнал будет, по всей вероят-
ности, принят разумными существами, тогда как более
длинноволновые сигналы должны искажаться естествен-
ным радиочастотным фоном.
Фрэнк Дрейк сравнил этот грандиозный поиск разум-
ных существ во Вселенной с ситуацией, когда знакомые
без предварительной договоренности пытаются ветре-
167
1 0000 00 000000000000000000000000000000000 1 0000 1 1 10000000000000100
00000000 1 000 1 00000000 1 000 1 00000000000000000000000000000000000010
0010000100000010000000000001000000000001000100000100010010010000
0100010001000000011100000000000000100000000000010000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000001000000000010
00 1 00000 1 1 000 1 0000000000000000000000000000000000000000000001 1000
0110000110000110000110000100000000010010010010010010010010010010
01 010100100100001 100001 100001 100001 100001 10000000001000000000001
1111010000000000000000000001000000000001000001000000000001011011
1 00 1 0000000000000 1 1 1 1 10 1 0000000000000000000000000000100000000000
0000001000100111000000000000101000000000000000101001000011001010
1110010100000000000000010100100001000000000010010000000000000000
01001000001000000000001 1 1 1100000000000001 1 1 1 10000001110101000000
1010100000000000101010000000100000000000100010100000000010100010
0000000000000000010001001000100010011011001110110110100000100010
0010101010001000100000000000000000010001000100100100010001000000
1000000000000 1 1 100000 1 1 1 1 100000 1 1 100000001 1 1 1 1010000010101000001
0100000100010000001000000000010000010000111000010000010000011000
0000001000001000100010001000001000001000011000010000010001000100
0100000100000110000000011000001101100011011000001100111
ООО	о	о о
о о
о о о о	о
ОО	ОООО	ООО
ООО	о	о
о	о о
ОО о
ОО ОО ОО ОО ОО с
ооооооооооо
ОООО ОО ОО ОО ОО ОО
о	ооооо о
о	О	О	О ОО
ООО О	ООООО О
о	О О ООО
о О	ОООО
О О О ООО	О О	ОООО
о	О	ООО
ооооо	ооооо	о
ОО ОО	ООО	000	о
ООО	000
О	О	О	О	О	ОО	ОО ООО о
О ОО	О	О	О	ОООО	о	о
о	о	о	о	о	о	о	о
ООО	ООООО	ООО	о
ОООО	О	ООО	ОО	ОО	о
О О ООО о о о
О ОООО о о
о	ОО О	ОООО	о	о
о	ОО	ОО ОО ОО ОО	ОО ООО
Это воображаемое «послание из внешнего космоса* мо-
жет содержать удивительно полную информацию об его
«авторах»: внешний облик, тип размножения, характери-
стика планетной системы, химическая основа — все это
передается путем посылки радиоимпульсов на длине вол-
ны 21 см.
титься в Нью-Йорке. Чтобы встретиться, не следует бро-
дить по улицам, а нужно*заглянуть в наиболее часто по-
сещаемые места, например на Центральный стадион или
в Таймс-сквер. В каждом городе имеются такие места, ко-
торые знакомы большинству людей. Итак, радиоастроном
ищет на «Центральном стадионе» нашей Галактики не-
кую специальную частоту, которая должна быть понятна
всем разумным существам, обитающим в безбрежных
просторах Млечного Пути. Это и есть излучение с длиной
волны, характерной для водородной линии.
На существующем уровне наших знаний наиболее це-
лесообразно сосредоточить внимание на ближайших звез-
дах. К интересующей нас категории из ближайших
звезд относят две: тау Кита в созвездии Кита и эпсилон
Эридана в созвездии Эридана. Каждая из них удалена
от нас на десять световых лет. В обсерватории в Гринбэ-
нке каждые сутки в три часа утра телескоп направляли
на тау Кита. Когда эта звезда заходила, телескоп обра-
щали к эпсилон Эридана, и исследования продолжались.
Дважды удалось принять одинаковые сигналы. Это было
волнующее событие, но вскоре при перемещении антен-
ны выяснилось, что в действительности это были сигналы
от Земли, а не из космоса. В итоге двухмесячных исследо-
ваний никаких сигналов из космоса так и не было обнару-
жено. Это были первые шаги, предпринятые Националь-
ной астрономической обсерваторией по проекту «Озма»
(он получил свое название в честь мифической принцес-
сы Оз).
Очевидно, не следует слишком огорчаться, что первые
попытки оказались неудачными. Какого-то успеха можно
ожидать лишь при более продолжительном наблюдении,
наличии больших радиотелескопов и очень чувствитель-
ных приемников Ч
1 К настоящему времени работы по проекту «Озма» прекращены
в связи с полным отсутствием каких-либо положительных резуль-
татов.
Однако под руководством Национального управления по аэро-
навтике и исследованию космического пространства (НАСА) подго-
тавливается новый проект поиска радиосигналов от внеземных ци-
вилизаций. С помощью специального анализатора будет одновремен-
но анализироваться миллион различных частотных полос в диапазо-
не, охватывающем в спектре радиоизлучения интервал от частоты,
соответствующей водородной линии (1420 мГц), до частоты ли-
нии молекулы гидроксильной группы (1662 мГц). — Прим, перев.
170
Вознесение бога Солнца Шамаша из-за гор (Древний Вавилон,
2250 лет до н. э.). Не были ли эта и подобные ей легенды рождены
«визитами» на Землю пришельцев из иных миров?
Допустим, что после многих лет бесполезного прослу-
шивания мы, наконец, принимаем четкую серию импуль-
сов, следующих из-за пределов Солнечной системы. По-
слание повторяется каждые 22 ч 53 мин — вероятно,
средняя протяженность суток наших «партнеров». Им-
пульсы попадают в умножитель. Записывая каждый им-
пульс как единицу, а его отсутствие соответствующим чи-
слом нулей, мы получаем изображенный на стр. 168 ряд в
виде двоичного кода, состоящий из 1271 единицы и нулей.
Число 1271 представляет собой произведение двух чисел
31 и 41. Это можно истолковать как настоятельный «со-
вет» расположить текст письма в виде матрицы разме-
ром 31X41. Когда мы это сделаем (оставляя бланк чис-
тым там, где стоят нули, и отмечая кружочками места
расположения единиц), то получим некое изображение,
показанное на рисунке.
По-видимому, мы вступили в контакт с расой верти-
кально ходящих двуногих, размножающихся половым
путем. Схематичный круг и колонка кружочков слева
расшифровываются как солнце и система планет, из кото-
)ых четвертая, очевидно, является местом их обитания.
Волнистая линия, идущая от третьей планеты, указывает,
что она покрыта водой. Фигура, напоминающая рыбу,
символизирует наличие в море жизни. Так как наши
«партнеры» знают это, то, следовательно, они могут со-
вершать космические полеты. В диаграмме, расположен-
ной в верхней части, можно узнать символы водорода, уг«
171
лерода и кислорода, что, по-видимому, означает, что их
жизнь имеет углеводородную основу. Наконец, верти-
кальная линия справа внизу говорит о том, что рост изо-
браженных фигур составляет одиннадцать единиц. Так
как длина волны в 21 см, на которой мы получили это сооб-
щение, является единственной мерой, известной как
нам, так и им, мы заключаем из этого, что рост наших
«партнеров» близок к 231 см. Таким образом, несмотря
на отсутствие общего языка, мы способны передавать
друг другу значительную информацию.
Интересно отметить, что некоторые писатели-фантас-
ты обращаются к тем библейским преданиям, которые,
как они предполагают, отражают происходившие в прош-
лом контакты с внеземными цивилизациями, содержат
описания прибытия на Землю инопланетян. Существуют
и другие легенды. К ним, в частности, относится описа-
ние находок Шумерской цивилизации, сделанное Апкал-
лу, который предположил, что она представляла собой
развитое общество, созданное некими пришельцами негу-
маноидного типа.
Без сомнения, со временем мы начнем пересматривать
одно за другим положения, которые когда-то выдвига-
лись относительно направления химической эволюции.
Полеты в космос человека или автоматических космиче-
ских аппаратов позволят нам лучше понять строение на-
шей Солнечной системы. Общение с нашими братьями по
Галактике поможет познать «истинную» космическую
биологию. Мы сможем даже воспроизвести в лаборато-
рии стадии, предшествовавшие возникновению жизни.
Успехи, достигнутые биохимией на протяжении всего
лишь одного поколения людей, дают нам право на такой
оптимизм. В отличие от «неразумной» природы, которая
тратила миллионы лет на созидание жизни, разум чело-
века «видит» цель и знает, к чему он стремится.
Пояснения к терминам
автотрофный организм	— способный к самостоятельному пита- нию, может использовать простые не- органические углерод- и азотсодержа- щие вещества как единственный ис- точник питания
алканы (нормальные)	— углеводороды, производные нефти, с общей формулой СпН2п+2, имеющие открытую цепь атомов углерода: пер- вые четыре члена этого ряда—газы, более высокие члены — жидкости и со- держащие свыше 16 атомов углерода твердые воскоподобные вещества
альдегиды	— производные углеводородов, содержа- щие Н—С = О-группу, например аце- тальдегид СН3СНО
анаэробы	— класс бактерий, проявляющих актив- ную жизнедеятельность в отсутствие свободного кислорода; атмосферный кислород для них обладает ингибиру- ющим воздействием или даже приво- дит к их гибели
ароматические — соединения, содержащие одно или не-
вещества биосфера	сколько бензольных колец — часть земного шара, в которой сосре- доточена жизнь; в нее входят части земной коры, океана и атмосферы
биота	— организмы, живущие в определенном месте в определенный геологический период
173
гетеротрофы	— организмы, которые не способны ис- пользовать для питания простые неор- ганические вещества
гидролиз	— химический процесс, который проис- ходит при воздействии воды на соот- ветствующие вещества и приводит, как правило, к увеличению содержа- ния воды
диссоциация	— обратимое разложение молекулы на более простые единицы: молекулы меньших размеров, атомы и ионы
жирные кислоты	— органические кислоты с общей фор- мулой СпНгпОг, например ук- сусная СН3СООН или стеариновая С17Н35СООН кислоты
изопреноиды	— вещества, обладающие изопреновой структурой CsH8; к ним относятся многочисленные естественные продук- ты, такие, например, как резина и хо- лестерин; в органической химии важ- нейшими изопреноидами являются пристан и фитан
липиды	— группа органических веществ, вклю- чающих жиры и эфиры с аналогичны- ми свойствами, например жирные ки- слоты, мыла, воска
морфология	— наука о внешней форме, внутренней структуре и развитии животных и рас- тений
нитрил	— органическое вещество (предшествен- ник аминокислот), содержащее груп- пу цианогена (CN)
обратный ток	— обратное стекание вниз жидкости, об- разованной сконденсировавшимися парами в верхней части фракциони- рующей колонки (движение, направ- ленное против поднимающихся снизу паров)
рацемический	— оптически неактивный, то есть неспо- собный вращать плоскость поляриза- ции света; этим свойством характери-
174
	зуются смеси, состоящие из равных количеств лево- и правовращающих молекул
тетрамер	— молекула, образованная при объеди- нении четырех одинаковых более про- стых молекул, например СвН8 — тет- рамер С2Н2
углеводороды	— вещества, состоящие из углерода и во- дорода, структурно представлены ли- нейными и разветвленными цепями по- лимеров или циклами
фотосинтез	— естественный процесс, происходящий в зеленых растениях, при котором дву- окись углерода, взаимодействуя с во- дой, под воздействием света превра- щается в углеводороды
фотохимия	>— наука, занимающаяся изучением дей- ствия света на возникновение или ви- доизменение химических процессов
Содержание
ОТ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА	б
ОТ АВТОРА	9
1.	НАЧАЛО ...	П
2.	ХИМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ	22
3.	ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ	43
4	ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ	62
6.	ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ	61
6.	СИНТЕЗЫ МАЛЫХ МОЛЕКУЛ	68
7.	ПОЛИМЕРЫ	77
8.	ПРОТОКЛЕТКИ	;	89
9.	ПРАВО- И ЛЕВОВРАЩАЮЩИЕ МОЛЕКУЛЫ	94
10.	ЗНАЧЕНИЕ УГЛЕРОДА	102
И. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОКАМЕНЕЛОСТИ	109
12.	УГЛЕРОД НА ЛУНЕ .....	123
13.	ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО В МЕТЕОРИТАХ	135
14.	ХИМИЯ ЮПИТЕРА . .	142
15.	ВОЗМОЖНА ЛИ ЖИЗНЬ НА МАРСЕ?	148
16.	ВНЕЗЕМНЫЕ ЦИВИЛИЗАЦИИ	164
ПОЯСНЕНИЯ К ТЕРМИНАМ	173
ИБ № 961
С. Поннамперума
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Редактор А. Н. Кондрашова
Художник Ф. Инфантэ
Художественный редактор Л. Н. Наумов
Технический редактор В. П. Сизова
Корректор Т. П. Пашковская
Сдано в набор 25/Ш 1977 г. Подписано к печати б/Х 1977 г. Бумага тип. № 2.
84Х108’/з2-3,25. Усл. печ. л. 10,92 в т. ч. 1,68 цвет. вкл. Уч.-изд. л. 9,67. Изд.
№ 12/9182. Цена 65 к. Зак. 274.
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР>, Москва, 1-й Рижский пер., 2
Ярославский полиграфкомбинат Союзполиграфпрома при Государственном
комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книж-
ной торговли. 150014. Ярославль, ул. Свободы, 97.