ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ - АБИОГЕНЕЗ

Условия для появление преджизни. Образование органических соединений неорганическим путем

Общие результаты экспериментального подхода

Пытаясь резюмировать то главное, что принес экспериментальный подход к проблеме возникновения жизни естественным путем, мы приходим к двум важным выводам. Первый: есть много способов экспериментального получения "органических" молекул неорганическим путем в условиях, моделирующих первичную атмосферу. Второй: результаты этих экспериментов с геологической точки зрения не являются удовлетворительными, ведь в них не моделировалось, да и не могло моделироваться геологическое время.

Рассмотрим сначала первый, положительный вывод. Оказалось, что "органические" молекулы могут создаваться в самых разных условиях среды, за счет разнообразных видов энергии, наверняка имевшихся на Земле в ранний период ее истории. Подобные эксперименты стали настолько обычным делом, что популярный американский журнал Scientific American в январском номере за 1970 год дал под названием "Эксперименты по созданию живого вещества из неорганических соединений" подробные инструкции для экспериментаторов-любителей.

Мы рассмотрели далеко не все выполненные эксперименты. Но я попытался подчеркнуть разнообразие испытанных сред и источников энергии. Как мы видели, опыты были успешными при использовании холодных, теплых и даже горячих водных и сухих сред и таких разных источников энергии, как тепло, ультрафиолетовое излучение и электрические разряды.

Следовательно, для появления преджизни естественным путем и последующего перехода к жизни существенно важны только два условия. Во-первых, атмосфера должна быть бескислородной, во-вторых, должно иметься все необходимое для построения "органических" молекул - атомы углерода, азота, неорганические катализаторы, вода и т. д. Если эти условия выполнены, немедленно начнется образование "органических" соединений.

Но это означает, что формирование преджизни - процесс, свойственный не только нашей Земле. На любой планете, отвечающей двум вышеизложенным требованиям, находись она в нашей Солнечной или в любой другой системе, должны идти сходные процессы. В гл. V мы говорили о том, что бескислородная атмосфера, содержащая нужные для синтеза "органических" соединений атомы и молекулы, - обычное для Вселенной явление. Остается одно главное условие для образования преджизни - наличие жидкой воды (см. гл. XVII, разд. 6).

Этот основанный на экспериментах вывод отнимает у преджизни, а следовательно, и у жизни один из самых ревниво оберегаемых ее признаков - уникальную приуроченность к Земле. Приходится признать, что неорганическое образование "органических" соединений - распространенный космический процесс.

Следует отметить одну общую особенность экспериментального подхода к проблеме происхождения жизни, а именно трудность экстраполирования результатов на геологические промежутки времени. Эта трудность присуща всем экспериментам, относящимся к истории Земли. Мы знаем, что в результате неких процессов образуются определенные структуры. Прекрасно, но ведь не менее важно знать, сохранятся ли такие структуры с течением времени. Мало констатировать возможность того или иного процесса, приводящего к образованию данных продуктов; необходимо выяснить, могут ли сохраняться и накапливаться эти продукты. Еще в классических опытах Миллера (25) было показано, что после того, как установка проработала неделю, получаются совершенно иные результаты, чем после одного дня работы.

Учесть роль геологического времени, этого важнейшего фактора, можно было бы, если бы мы знали, какие соединения возникли бы при определенных условиях эксперимента, в котором существовало бы некое равновесие между образованием и распадом этих "органических" соединений, установившееся за период, скажем, в тысячу лет. Поскольку свойства атомов, из которых состоят "органические" соединения, довольно хорошо известны, не исключено, что расчет такого равновесия (или нескольких равновесий) с помощью ЭВМ был бы более ценен, чем дальнейшее экспериментирование.

Попыткой заложить основу для таких расчетов служит работа Стейнмана [38]. Он доказывает, что при абиотических синтезах пептидов реакции между аминокислотами подчиняются определенным статистическим закономерностям, основанным на сравнительной реакционной способности каждой аминокислоты. Здесь играют роль также физико-химические свойства среды, рН, строение боковой цепи в молекуле аминокислоты и свойства образующегося полимера. Получается, что без участия нуклеиновых кислот, под влиянием условий среды и в зависимости от реакционной способности различных аминокислот могут абиотически образовываться "популяции" полипептидов определенного строения. Если бы удалось определить скорость каждой реакции в разных комбинациях условий среды, то можно было бы оценить относительный выход каждого полимера. Итак, в полипептидной цепи, растущей в примитивных абиогенных условиях, последовательность аминокислот ни в коем случае не будет случайной.

В более ранней статье Экка и сотр. [6] исследуется термодинамическое равновесие процессов образования "органических" соединений неорганическим путем. Но в таких случаях всегда остается сомнение в идентичности условий эксперимента условиям, царившим на первобытной Земле. Возможно, что для "органических" соединений, возникавших тогда, никогда не достигалось равновесие - ведь они были подвержены мощному воздействию энергии солнечного излучения.