Выстрел в мишень

Проблема происхождения жизни на Земле еще надолго останется одной из самых сложных. Когда это произошло и как? Каким образом некая совокупность молекул "научилась" воспроизводить себе подобных? Жгучая острота этих вопросов продолжает будоражить умы исследователей.

"Наша планета образовалась по меньшей мере 4,6 миллиарда лет назад. Первичная атмосфера Земли резко отличалась от теперешней: в ней отсутствовал кислород, но было значительное количество аммиака, паров воды, сероводорода, водорода, углекислого газа... С течением времени из первичной атмосферы планеты исчезали водород, аммиак, метан... Начался процесс образования органических веществ из неорганических.

Сегодня исследователи способны воспроизвести в лаборатории условия, которые существовали 3-4 миллиарда лет назад. Можно искусственно составить газовые смеси, похожие на атмосферу древней Земли. Можно вести эксперименты при температуре, которая тогда существовала. Наконец, можно воздействовать на газовую смесь источниками энергии, которые были в то время. Их энергия неиссякаема. Они были, есть и будут: ультрафиолетовое излучение, природная радиоактивность, космическое излучение, электрические разряды...

Проведем такой эксперимент. Что же мы получим?

Метан может прореагировать с аммиаком и образовать цианистый водород. Это в высшей степени ядовитое для современных животных вещество в те далекие времена активно участвовало в созидательных процессах. Цианистый водород легко реагировал, например, с непредельными углеводородами, у которых есть двойные связи между атомами углерода. В результате этой реакции образовались предшественники современных аминокислот. Тех, что входят в состав белков животных, птиц, растений, насекомых... всего живого на планете.

Цианистый водород служил важным полупродуктом для синтеза строительных блоков известной каждому современному человеку ДНК. Все тот же цианистый водород был основой и для построения жирных кислот. А ведь они строительный материал для всех жироподобных веществ.

Напрашивается закономерный вывод. Все основные типы биологических молекул, известные в настоящее время,- неизбежный результат эволюции химических веществ.

Какова роль ионизирующей радиации в возникновении жизни на Земле? Всегда ли был одинаковым радиационный фон? И сегодня, и три миллиарда лет назад?

Попытки ответить на эти вопросы предпринимались неоднократно. Во всех живых организмах всегда существовали ничтожно малые количества природных радиоактивных изотопов: урана, тория, калия... Так вот, по расчетам некоторых ученых, поток излучения от тория, урана, калия 600 миллионов лет назад был на 6-7 процентов выше, чем сейчас. По данным других исследователей, 3 миллиарда лет назад поток излучения был выше сегодняшнего в 2,2 раза. Так обстояло дело с природной радиоактивностью.

А с космической? Современная атмосфера Земли надежно защищает ее от опасных для жизни доз ионизирующей радиации. Всегда ли земная атмосфера была таким надежным щитом?

В том-то и дело, что не всегда. Многие исследователи считают, что древняя Земля не имела атмосферы, сравнимой по своей массе с существующей. Этот атмосферный щит был бы ненадежен для живых существ. А синтез органических веществ из неорганических при этих условиях существенно облегчался.

Нельзя исключить и возможность периодического резкого увеличения интенсивности космического излучения. Это бывает при взрыве сверхновых звезд. Такие космические катастрофы, конечно, происходят нечасто, в среднем один раз в 200-300 миллионов лет. Но с ними приходится считаться.

Существовали и другие возможности для периодического увеличения потока солнечной и космической радиации. По неизвестным пока причинам наша планета периодически меняла свое магнитное поле. Одновременно менялась и мощность радиации, излучавшейся на Землю. Поэтому исследователи высказывают мнение: при изменении магнитных полей могла внезапно повыситься интенсивность потока солнечной радиации и космических лучей.

Если суммировать все исследования, можно прийти к твердому убеждению: ионизирующая радиация играла важную роль в синтезе органических веществ из неорганических в условиях нашей Земли. А образование органических веществ - необходимая ступень на пути к возникновению жизни.

Вмешательство ионизирующей радиации в создание более сложно построенных молекул продолжалось и дальше. Имитируя условия, которые существовали на древней Земле, исследователи синтезировали сложно построенные белки, которые входят в состав наиболее важных в биологическом отношении молекул. Аминокислоты удавалось объединить в полимерные соединения, напоминающие простейшие белки. При нагревании или облучении растворов, состоящих из более простых соединений, создали молекулу такого характерного для живого организма соединения, как АТФ,- универсальный источник энергии для всех живых клеток. Эти примеры можно значительно приумножить.

Однако до образования живой клетки было еще далеко. И вот тут мы подходим к самому критическому моменту эволюции.

Существуют два основных и наиболее обстоятельно разработанных представления о возникновении жизни.

Советский ученый А. Опарин считает, что первые клетки, несущие признаки живого организма, возникли в первичном океане древней Земли. Этот океан в определенном смысле был своего рода первичным бульоном, в котором содержались белковые молекулы. Первые клетки родились в тот момент, когда вокруг одной или нескольких макромолекул возникла полупроницаемая оболочка - прообраз современной мембраны клеток.

Брызги, летевшие от волн, могли образовывать капельки. Каждая из них окружалась слоем из жироподобных веществ толщиною в одну молекулу. Капельки захватывали из окружающей среды составные части "первичного бульона". Внутри капельки мог содержаться ансамбль молекул, напоминающих белок. Капелька снова падала в океан, и на ней образовывался двойной слой мембраны.

На каком-то этапе эволюции подобные капельки стали обладать самой примитивной формой обмена веществ. Каким образом это произошло, пока неизвестно. Генетический аппарат клетки, ответственный за передачу наследственных признаков, возник на более поздних стадиях эволюции. Можно думать, что на первых стадиях образования живых клеток информация от одной клетки к другой передавалась с помощью белков.

Другая гипотеза происхождения жизни предполагает, что первыми возникли нуклеиновые кислоты, а не белки. Сторонники этой гипотезы считают, что молекула нуклеиновой кислоты несет признаки живого организма. Ведь эта кислота, говорят они, способна "организовать" синтез белка и воспроизвести молекулу, подобную себе. По их мнению, нуклеиновая кислота - это ген в "голом" виде.

Какой бы из теорий происхождения жизни ни придерживался исследователь, ему приходится учитывать, что все процессы формирования первых клеток происходили при определенном радиационном фоне. Ионизирующая радиация - и земная, и космическая - была всегда важным моментом эволюционного процесса.

Выстрел в мишень

Этот процесс шел медленно, но неотступно.

Прошло около 2,5 миллиарда лет - почти половина всей истории Земли,- и наконец из одноклеточных организмов стали образовываться многоклеточные.

Предполагают, что сначала один одноклеточный организм просто заглатывал другой одноклеточный организм. Потом установилась определенная форма сожительства между ними, мирное и взаимовыгодное сосуществование. И это сосуществование в конце концов стало просто необходимым для обоих организмов.

В ходе биологической эволюции медленно, но неотвратимо Земля была завоевана многоклеточными организмами. Нуклеиновые кислоты стали основным генетическим материалом.

В процессе эволюции живых существ ионизирующая радиация продолжала играть не меньшую роль, чем во время химической эволюции. Судите сами. Если облучать нуклеиновые кислоты, то в них могут происходить некотбрые химические превращения. Иными словами, проникающие лучи вызывают изменения в генетическом материале клетки. Это должно привести к появлению новых признаков в потомстве. Большинство их будут вредными для организма, но некоторые, наоборот, приведут к образованию форм, более приспособленных к изменяющимся условиям среды. А это и является важным моментом эволюционного процесса.