0B7. ЭВОЛЮЦИЯ ЖИвого вещества 1BОсновное содержание главы К настоящему времени открыто более 250 планет вокруг других звезд нашей галактики, но нет ни одной из них, подобной Земле по сочетанию световых и тепловых условий. Солнечная система создается на определенном этапе эволюции Солнца, механизм ее развития связан с турбулентностью протопланетного диска. Возникновение жизни на Земле описывают в рамках существующих картин мира. Концепция самоорганизации живого вещества и его физико-химическая эволюция входят в научную картину мира. ^ 2B7.1. Концепция множества обитаемых миров В 1600 г. в Риме по решению церковного суда был заживо сожжен один из священнослужителей – Джордано Бруно. Он был обвинен инквизицией в ереси, в которой не раскаялся и под пытками. Монах Д. Бруно был весьма образованным человеком и философом, его изданные труды назывались «О причине, начале и едином», «О героическом энтузиазме» и «О бесконечности, Вселенной и мирах». Именно последнее сочинение послужило поводом к обвинению со стороны святой церкви. Как теософ, Джордано Бруно проповедовал идею о едином начале всего сущего и о единой мировой душе. Как образованный человек, он принял (одним из первых в своем времени) концепцию гелиоцентризма Коперника. Д. Бруно пошел дальше осторожного в своих высказываниях Н. Коперника и «с энтузиазмом» совместил идею единства мира с идеей множества обитаемых и разумных миров, подобных нашей Солнечной системе. В воззрениях Бруно Мир бесконечен, во Вселенной вокруг бесчисленных звезд обращаются планеты, космос оказывается населен огромным числом человеческих цивилизаций. Тем самым разрушается догмат о единственности и богоизбранности Земли и её населения. (Бруно спрашивал, в частности: «Во все ли миры приходил Искупитель?». Множеству миров требовалось множество рождений Христа, Бога–Сына). Сомнение в вере отцов церкви признавалось ересью, от которой следовало избавить душу «брата Джордано Бруно», отправив тело его в очистительный огонь. Таковы были «правила игры» той эпохи. Бруно приписывают слова «Санта симплисита!» (Святая простота!), которые он произнес, увидев старушку с вязанкой хвороста, которую она принесла и усердно подкладывала в разгоравшийся костер «очищения». Поистине, это был великой души и разума человек.Как бы то ни было, идея бесчисленных миров, подобных нашему и разделенных гигантскими расстояниями в тысячи световых лет, не была сожжена или забыта. Правда, в произведениях современных фантастов, наряду с гуманоидными расами, чужие миры населяют и более странные, и более разнообразные существа (рис. 89, 90). В качестве примера достаточно вспомнить киносериал Джорджа Лукаса «Звездные войны», ставший классикой жанра, или более поздний сериал «Вавилон-5». Здесь чувствуется влияние современного естествознания (принципа минимального разнообразия элементов в сложной системе) в применении к допустимости не только различных вероисповеданий, культурных традиций, цивилизаций, но и различных путей эволюции в пространственно разделенных мирах. У Р. Бредбери в «Марсианских хрониках» параллельные и разновременные миры совмещены в едином пространстве. У С. Лема разумным оказывается инопланетный Океан.Можно утверждать, что концепция множественности разумных миров является элементом современной культуры, не оспариваемой более в явном виде даже христианской церковью. С философской точки зрения интуитивно кажется предпочтительнее, чтобы земное человечество не оказалось единственной населенной пылинкой в безбрежном пространстве косной материи. Однако логические и интуитивные построения и идеи должны соотноситься с фактами. Есть аргументы «за», есть альтернативные «против», но дело решают факты. Используя теорию вероятностей, биолог Н. Рашевский показал, что в принципе на углерод-водородной основе возможно существование порядка 100 млн биологических видов. На Земле, за все время ее существования, было реализовано около 4 млн видов, так что еще 96 млн – в резерве. Выбор видов может происходить случайным образом, но невозможно представить себе ситуацию, когда на другой планете будут развиваться только те виды, которых не было и нет на Земле. Вероятностные оценки показали, что на двух независимых планетах возможно совпадение до 160 000 видов. Это значит, что если мы когда-либо встретим на другой планете биологическую форму жизни, то около 160 000 представителей биосферы для нас окажутся знакомыми. С этой точки зрения не следует преувеличивать роль принципа разнообразия биологических видов во вселенной и думать, что мы встретим в других мирах одних только чудовищ и химер.Где искать разумные миры? Если жизнь однажды возникла в Солнечной системе, то возможно её возникновение и в других планетарных системах. В 1983 г. на очередном астрофизическом конгрессе было принято следующее определение: «Планетарной системой следует считать звезду, у которой будет наблюдаться как минимум два маломассивных спутника». Здесь подчеркнуто основное – два спутника центральной звезды, и они маломассивные, т. е. не являющиеся звездами. Как искать? Планеты отражают свет центрального светила, но этого мало, чтобы их можно было бы увидеть в оптическом диапазоне. Температура фотосферы Солнца примерно 6000 К и максимум светимости в спектре приходится на длину волны 0,5 мкм. Если принять среднюю температуру поверхности планеты на порядок ниже, то максимум светимости сдвинется в область 5 мкм, а это диапазон инфракрасного излучения. Оно слишком сильно поглощается атмосферой Земли, в особенности парами воды. Поэтому большие надежды возлагались на спутниковые наблюдения в ИК-диапазоне. Одной из целей запуска космического аппарата IRAS в 1983 г. был поиск планетарных систем по избыточному ИК-излучению одиночных звезд.Почему «не подходят» двойные звезды? Во-первых, потому что в таких системах движение маломассивного спутника должно происходить по траекториям в виде восьмерки, кольца которой охватывают звезды. Большинство двойных звезд имеют неравные массы компонент, поэтому траектория спутника должна проходить близко к более массивной звезде и удаляться на большое расстояние при движении вокруг меньшей звезды. В первом случае возможная планета будет перегреваться, во втором – переохлаждаться, что не способствует органической жизни. Во-вторых, только некоторые траектории третьего тела устойчивы в двойной системе, так что сама возможность образования планетарной системы вызывает сомнения с точки зрения небесной механики. В нашей Галактике примерно половина звезд – двойные, что уменьшает шансы формирования планетарных систем. С помощью IRAS были получены данные об избыточном потоке ИК-излучения из области Веги (созвездие Лиры). Это была маленькая научная сенсация. Однако более поздние измерения показали, что Вега окружена кольцевой зоной (диском) холодного газа, размеры которой много больше диаметра Веги, сравнительно «молодой» звезды. По оценкам, её возраст в 15 раз меньше, чем у Солнца. В последующем наличие дисков, видимых по их ИК-излучению, было обнаружено у ряда других молодых звезд, в том числе у некоторых близких к нам. Среди них находится, например, Живописца (54 св. г. от нашей Галактики). В 1984 г. наземные наблюдения в оптическом диапазоне с помощью специального телескопа подтвердили факт существования диска пылевых частиц около этой звезды (рис. 91). Радиус его составляет около 400 радиусов земной орбиты, и он удачно повернут под небольшим углом к лучу его наблюдения с Земли (подобно кольцу Сатурна). Отраженный от диска свет имеет такой же цвет, что и у центральной звезды, он поляризован, как это происходит при рассеянии света на частицах, размер которых много больше длины волны видимого света. Позднее удалось измерить доплеровское смещение в спектрах некоторых ионов из пылевого диска. Оно свидетельствовало о падении вещества диска на звезду со скоростью около 200 км/с. Запуск космического телескопа «Хаббл» позволил уточнить некоторые детали диска Живописца, открыв временные вариации спектра центральной звезды по мере прохождения по ней разных участков пылевого диска. Отсюда был сделан вывод о том, что диск имеет клочковатую структуру. В 1994–1995 гг. были опубликованы результаты совместной многолетней работы астрофизиков России, Казахстана и Таджикистана, из которых следовало, что целая группа звезд подкласса YХ Ориона являются молодыми предшественниками Живописца и имеют протопланетные диски, повернутые под небольшим углом к лучу зрения. Из-за большой удаленности звезд их диски не наблюдаемы в телескопы, но они косвенно проявляются в периодическом ослаблении блеска звезд, синхронном с изменениями поляризации света и его цветности. В настоящее время считают, что около 60 % звезд с возрастом в интервале 3–5 млн лет окружены подобными дисками. В 1999 г. были получены снимки затмения ряда звезд планетами-гигантами, вращающихся вокруг них. На этих фотографиях (рис. 92) оказались видны пылевые диски, окружающие звезды.^ Рис. 92. Фотографии пылевых дисков возле звездВ середине 60-х гг. прошлого столетия большой общественный интерес вызвали статьи английского физика-теоретика Ф. Дайсона о возможности выхода гуманоидных или других типов разумных цивилизаций в околозвездный космос с образованием техногенной оболочки – «сферы Дайсона» вокруг материнской звезды. Более полно используя свет звезды и заменяя биосферу, искусственная оболочка должна переизлучать в окружающий космос энергию в виде ИК-излучения (накопление большой энергии приведет к перегреву «сферы Дайсона»). После получения данных со спутника IRAS были сделаны попытки выделить среди них «подозрительные» объекты со спектрами, похожими на гипотетический спектр сферы Дайсона. Однако во всех выделенных случаях более вероятным оказывается естественное происхождение источников излучения. В настоящее время проектируются все более совершенные космические и наземные телескопы и поиски планетарных систем будут продолжены. С помощью компьютерного анализа малых колебаний положений ряда звезд к настоящему времени обнаружено существование более 300 планет-гигантов, типа Юпитера в Солнечной системе, на орбитах около центральных звезд. Несколько сравнительно маломассивных планет обнаружено около нейтронной звезды, облучающей эти планеты мощным рентгеновским излучением (что несовместимо с органической жизнью). Поэтому первоначальный энтузиазм астрофизиков заметно убавился, и на первый план выдвигается мнение о редкости планетарных систем типа нашей Солнечной системы. ^ 3B7.2. Гипотезы образования Солнечной системы Факты свидетельствуют, что необходимым условием появления жизни является планетарная система с «подходящим» расположением одной из планет на околозвездной орбите. Как же возникла наша (может быть, уникальная) Солнечная система? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим сначала её строение. Границей Солнечной системы считают облако Оорта (шаровой слой кометоподобных тел), расположенное на расстоянии в один световой год от Солнца (рис. 93). Внутри облака Оорта, гораздо ближе к центральной части, на расстоянии 6 св. ч от Солнца, находится пояс Койпера. Это кольцо малых планетарных тел размерами 100–200 км в поперечнике. Мини-планеты (планетозимали), по-видимому, являются остатками того «строительного материала», из которого образованы более крупные планеты. Практически уже в поясе Койпера проходит орбита двойной планеты Плутон – Харон. Диаметр Плутона примерно в 2 раза превосходит диаметр Харона, и они находятся друг от друга на расстоянии всего в 20 000 км. По мере приближения к Солнцу следуют Нептун и Уран – гигантские планеты, состоящие из газа (водорода, гелия, метана) и имеющие очень узкие системы колец мелких спутников. Шестая от Солнца планета Сатурн известна своей удивительной системой пяти концентрических колец, лежащих в одной плоскости. Из-за быстрого вращения (оборот за 10 часов) он сплюснут у полюсов и раздут по экватору.Еще ближе к центру расположена орбита Юпитера, самой большой из планет Солнечной системы. Так же как и Сатурн, Юпитер содержит в основном водород (85 %), гелий (14 %), аммиак, метан, водяные пары и ацетилен. Внутри планеты, под атмосферным газовым слоем, скрыт океан жидкого водорода глубиной около 17 000 км. Ниже давление возрастает настолько, что водород переходит в твердое состояние с металлическим типом проводимости. Электрический ток, протекающий в недрах планеты, создает сильное магнитное поле Юпитера. Измерения с космических зондов (Пионер-10 и 11, Вояджер-1 и 2) показали, что Юпитер излучает больше энергии, чем получает её от Солнца. Внутренними источниками служит энергия продолжающегося гравитационного сжатия планеты, тепловая энергия, запасенная на раннем этапе образования Юпитера, и энергия радиоактивного распада тяжелых ядер. Юпитер имеет 16 спутников и похож на миниатюрную солнечную систему. В последние годы необычайно возрастает магнитное поле Юпитера и некоторые геофизики предрекают превращение Юпитера в маленькую звезду. Однако, по современным теориям, масса Юпитера явно недостаточна для начала термоядерных реакций. Марс, Земля, Венера и Меркурий имеют сходное внутреннее строение.Разнообразие структур, которое мы наблюдаем в Солнечной системе, говорит о действии различных механизмов в процессе образования планет из протопланетного диска. Общим во всех современных моделях является положение о совместной и одновременной эволюции центральной звезды Солнца и его спутников-планет. Информация о химическом и изотопном составе, о гетерогенности вещества на ранних этапах формирования планетарной системы сохранилась в метеоритах, падающих на Землю (рис. 94).С учетом её и законов термодинамики в 1967 г. была предложена конденсационная модель образования Солнечной системы. По модели Дж. У. Ларимера и Е. Андерса вещество протопланетного диска нагревалось до столь высокой температуры, что происходило испарение и образование атомарного газа. При высокой температуре происходила ускоренная диффузия и химический состав усреднялся по всему диску. Поэтому состав метеоритов, приходящих из различных мест Солнечной системы, принципиально не отличается от состава Земли. По мере понижения температуры в жидких каплях сначала должны выпадать в твердый осадок самые тугоплавкие элементы и их соединения, а легкоплавкие кристаллизуются в последнюю очередь. Какие последствия это будет иметь?Сначала в агрегаты будут слипаться выпавшие первыми тугоплавкие соединения (рис. 94, 1), они будут обволакиваться легкоплавкими, так что образуются слоевые структуры с разными температурами плавления (рис. 94, 2 и 3). Аналогично этому, сначала образуется тугоплавкое ядро планеты, затем легкоплавкая мантия. Конденсационная модель дает лишь качественное соответствие с фактами о строении планет земной группы. Количественные оценки временных интервалов образования метеоритов по ней дают слишком большой разброс значений. При образовании планетозималей важное значение имеют взаимные столкновения фрагментов протопланетного облака. Реальные удары являются частично упругими, часть энергии удара тратится на нагрев соударяющихся тел. Результатами столкновений будут: слипание (аккреция), дробление (фрагментация) и нагрев частиц. Аккреция вызывает турбулентную вязкость диска, дробление приводит к переносу момента количества движения на периферию диска. Поэтому однородность диска нарушается. Оказывают влияние физические и химические свойства частиц. Например, пластичные и намагниченные частицы железа будут слипаться, тогда как силикатные хрупкие частицы могут легко дробиться. Считается, что планеты земной группы формировались из разнородных фрагментов. Сначала образовались ядра планет из железо-никелевых частиц, затем они «обволакивались» оксидами и силикатами (рис. 95). Компоненты смеси формировались последовательно в различных температурных интервалах. На ранних стадиях появлялись слои кальций-алюминиевых конденсатов, затем собирались силикаты с содержанием магния, железа и других металлов. Турбулентные потоки во внешнем вязко-жидком ядре, хорошо проводящем ток, обусловили появление магнитного поля Земли. Верхняя мантия, самая легкоплавкая, была обогащена летучими компонентами, в том числе углеводородами и водой. Постепенно происходила дегазация мантии и из паров были созданы две важные оболочки Земли: атмосфера и гидросфера. Темп эволюции центральной звезды выше, чем для протопланетного диска. Молодая звезда должна быстро вращаться, если даже начальное вращение газопылевого общего облака было незначительным. Это предписывает закон сохранения момента количества движения. Кроме того, звезда обладает сильным магнитным полем. Ультрафиолетовое и рентгеновское излучение звезды ионизирует частицы протопланетного диска. Взаимодействие заряженных частиц с магнитным полем хорошо известно: возникает сила Лоренца и частицы движутся по спиральным траекториям. Можно говорить, что магнитное поле удерживает попавшие в него заряженные частицы. Так как источник магнитного поля быстро вращается, то сила Лоренца меняет направление своего действия, играя роль своеобразной «мешалки» по отношению к веществу диска. В конечном счете магнитное поле передает вращательный момент звезды диску: центральное тело замедляется, а диск раскручивается. Расчеты показывают, что от центральной звезды к диску может переходить более 90 % её момента количества движения. Его размеры при этом возрастают, возникшая турбулентность (вихри) приводит к скучиванию вещества, при определенной скорости вихрей они разбиваются на более мелкие и таким образом могут формироваться вращающиеся тела различных размеров – плнеты и их спутники. Кроме того, лучевое давление электромагнитных излучений звезды и сильный солнечный ветер уносят легкие газообразные частицы из ближней разогретой зоны на периферию диска. Поэтому возле Солнца нет газосодержащих планет, они сосредоточены «на окраине» Солнечной системы. Имитационные расчеты на компьютерах показали, что сначала при эволюции диска появляются пояса или кольца вокруг звезды, а потом приливные силы и резонансные колебания собирают кольца в более компактные образования – планеты.Рассмотренная модель не учитывает изотопные аномалии, постепенно обнаруженные при исследовании изотопного состава метеоритов. В частности, в одном из метеоритов (упавшем вблизи поселка Старое Песьяное) содержание изотопа неон-20 в 14 раз больше, чем изотопа неон-22. В противоположность этому найдены метеориты, содержащие почти весь неон в форме изотопа неон-22. В составе атмосферы Земли содержание неона-20 на порядок больше, чем всех других изотопов неона, тогда как в космогенном неоне содержание всех изотопов примерно одинаково. Изотопный состав кислорода в метеоритах также неодинаков. Выше отмечалось, что химический и изотопный состав метеоритов отражает гетерогенность раннего вещества на стадии формирования планет. Поэтому возникает предположение, что при образовании Солнечной системы произошло смешивание вещества по крайней мере двух резервуаров, отличавшихся по изотопному составу. Оно подтверждается аномалиями в изотопном составе целого ряда элементов – Ва, Тi, Са, Si, Мn. Для объяснения причин и процессов смешивания предложены две модели: взрыва соседней сверхновой и столкновения двух газопылевых облаков еще до формирования протосолнца. По первой гипотезе в протосолнечную туманность было «впрыснуто» вещество из оболочки сверхновой (см. рис. 96). Недостатком модели является критичность расстояния до сверхновой: при близком взрыве протосолнечная туманность будет рассеяна, при далеком – взрыв не внесет «нужного» количества вещества. Да и статистика взрывов неблагоприятна для модели: 1 взрыв в «окрестностях» Солнца приходится на 100 млн лет. Более «мягкий» вариант смешивания был предложен в 1983 г. Л.К. Левским. По его сценарию при пересечении протосолнечным облаком одного из рукавов Млечного Пути, где концентрация звезд и газопылевых молекулярных облаков гораздо выше, чем в пространстве между рукавами, произошло столкновение нормального и аномального по изотопному составу облаков.^ Рис. 96. Схема смешивания облаковВ результате возникла турбулентность протосолнечного облака и начался процесс образования протозвезды и протопланетного диска. Из основной массы нормального резервуара формируется Солнце, а из периферической области, «загрязненной» аномальным веществом, образуются астероиды, метеориты и частично – планеты. Поэтому в метеоритном веществе часто обнаруживается аномальный неон, а в Солнце содержится только нормальный. Земля оказывается промежуточной по изотопному составу, в ней представлено вещество двух облаков. Длительность интервала образования солнечной планетарной системы по данной модели составляет примерно 200 млн лет, хотя начало было положено гораздо раньше, около 4,5 или 5 млрд лет назад столкновением облаков.^ 4B7.3. Концепции возникновения жизни Очевидно, что сама по себе «отдельно взятая» Солнечная система не могла бы образоваться. Во-первых, химический состав показывает наличие в ней тяжелых радиоактивных элементов (уран-235 например), которые были ранее наработаны в космических циклах эволюции звезд первых поколений нашей Галактики. Более тонкий анализ изотопного состава (изотопы одного элемента обладают одинаковыми химическими свойствами) свидетельствует, что формирование Солнечной системы произошло с участием по меньшей мере двух галактических источников вещества. В Солнечной системе имеется целая группа сходных по строению недр планет почти на круговых орбитах на различных расстояниях от Солнца; это обеспечивает закономерное изменение условий освещенности и теплового режима планет. И вот на одной из них, наиболее «подходящей», появляется принципиально новое для Вселенной вещество – живое. По химическому и изотопному составу оно использует те же элементы, что и неживое, но отличается по способам соединения атомов в молекулы. Каким образом, в ходе каких процессов возникла Жизнь? Ответ на эти вопросы давали три концепции, последовательно сменявшие друг друга в естествознании. Это концепции самозарождения, панспермии и физико-химической эволюции. Первая из них главенствовала в течение почти двух тысячелетий, вторая появилась в классическом естествознании Нового времени, третья становится основной в современном естествознании.^ 8B7.3.1. Концепция самозарождения жизни Согласно Библии, Корану или Талмуду живые существа созданы Всевышним, Аллахом или Яхве. В принципе, это равнозначно однократному самозарождению жизни сразу во всех её видах и формах. Античные мыслители допускали постоянное возникновение жизни, по крайней мере, на уровне растений и низших животных, просто из грязи, росы или гниющего органического материала. Религиозный христианский философ Томас Аквинский утверждал, что самозарождение жизни производят ангелы с помощью лучей солнечного света. В одной из книг XVI в. «Магия природы» приводили магические свойства базилика: если его пожевать и положить на солнце, то он превратится в червя, а если растереть и положить под камень, то появится скорпион....В эпоху Возрождения подобные представления были отвергнуты, во многом благодаря Ф. Реди (1626–1697), который экспериментально доказал, что во всех случаях насекомые, земноводные и птицы рождаются из оплодотворенных яиц. Однако после изобретения микроскопа и открытия ранее невидимых организмов-микробов (в 1675 г.) концепция самозарождения получила «второе дыхание». Утверждалось, что теперь ясно, на каком уровне происходит возникновение живой материи, что этот процесс происходит постоянно и повсеместно, и что самозарождение представляет собой ещё один способ, который природа использует для воспроизведения живых существ.Только в 1862 г. Луи Пастер своими экспериментами «закрыл вопрос». Он наливал в небольшие колбы дрожжевой экстракт с сахаром, затем в огне высокотемпературной горелки вытягивал горлышко колбы так, чтобы оно превратилось в тонкую изогнутую «лебединую шею» (см. рис. 97). После кипячения раствора среда оставалась в течение неограниченного времени стерильной, несмотря на то что контакт с окружающей средой был (отверстие горлышка не было запаяно). Пастер объяснил результаты тем, что воздушный слой в тонком и длинном горлышке колбы играет роль амортизатора и препятствует быстрому движению воздуха, поэтому пыль с микробами оседает на стенки горлышка раньше, чем попадет в колбу. Стоило только укоротить горлышко до определенной длины – происходило «заражение» дрожжевого раствора и на питательном бульоне микробы интенсивно размножались. Так было показано, что в мире микробов жизнь тоже идет от родительской формы. Хотя результаты Пастера некоторое время оспаривались, концепция самозарождения была окончательно отвергнута. Стоит отметить ту роль, которую играют концепции естествознания в других областях, поскольку речь зашла о микробах и инфицировании. Когда идея повсеместного самозарождения микроорганизмов была общепризнанной, попытки борьбы с ними казались бессмысленными и не предпринимались даже при операциях. Н. Хоровиц [11] приводит следующие потрясающие цифры. В ходе франко-прусской войны из 13 000 ампутаций, проведенных французскими хирургами, не менее 10 000 имели смертельный исход!Только после решающих опытов Пастера появились методы уничтожения микробов или подавления их активности с помощью растворов фенола (карболовой кислоты), спирта и других средств дезинфекции. ^ 9B7.3.2. Концепция панспермии Крушение концепции постоянного самозарождения жизни привело к появлению альтернативной идеи о вечности живого вещества и о его переносе в космосе между звездными мирами. Лучше самих ученых трудно объяснить, как возникают их убеждения, поэтому процитируем У. Томсона (лорда Кельвина, 1824–1907) [11]. Достаточно точными экспериментами, проведенными к настоящему времени, показано, что любой форме жизни всегда предшествует жизнь. Мертвая материя не способна превратиться в живую, не испытав предварительно воздействия живой материи. Мне это представляется такой же несомненной научной истиной, как закон всемирного тяготения. Я готов принять в качестве научного постулата, справедливого всегда и всюду, что жизнь порождается только жизнью и ничем, кроме жизни.По У. Томсону во Вселенной существуют многочисленные миры, несущие жизнь, которые временами разрушаются при столкновении с другими космическими телами, но рассеянные обломки несут с собой семена жизни. Идеи предшественников были развиты С. Аррениусом (1859–1927), шведским химиком, в его теории панспермии.Он попытался конкретизировать возможные механизмы переноса жизни, предположив, что вирусы и бактериальные споры могут выноситься из атмосфер планет, где они существовали, под действием электростатических сил в космическое пространство. В космосе «зародыши» органической жизни могли бы перемещаться под действием светового давления или в потоках солнечного ветра звезд. Некоторой защитой от излучений могли бы быть встреченные на пути пылинки или метеориты. Согласно теории панспермии все живые существа во Вселенной должны быть в своей основе «родственниками», хотя и отдаленными, в прямом смысле этого слова. Появление жизни на Земле, по концепции панспермии, является случайным событием. Сравнительно недавно в произведениях писателей-фантастов и в статьях некоторых ученых появился обновленный вариант рассматриваемой концепции –направленной панспермии. В ней предполагается, что жизнь попала на Землю не случайно, а целенаправленно доставлена с помощью средств некой высокоразвитой цивилизации из другого звездного мира. Как можно видеть, концепция панспермии основана на трех предположениях. Во-первых, считается возможным существование множества миров, обладающих живым веществом. Фактически это миры Д. Бруно. Во-вторых, постулируется чрезвычайно высокая долговременная (на световые годы) устойчивость вирусов и (или) спор бактерий к воздействию факторов космического пространства: сверхвысокому (с технической точки зрения) вакууму, низким температурам (около 3 К), высокоэнергетичным космическим лучам, химически активному солнечному ветру. И в-третьих, утверждается, что жизнь – такой же фундаментальный атрибут мира, как материя, с которой она неразрывно связана.Условия даже околоземного космического пространства весьма жестки, не все конструкционные материалы их выдерживают в течение нескольких лет. Прямые исследования показали, что лунный грунт совершенно стерилен. Попытки обнаружить вирусы или споры в микропылинках и микрометеоритах результата не дали, хотя сложные органические соединения на них обнаружены. Сомнительной представляется возможность длительного существования в открытом космосе каких-либо организмов, даже таких пограничных (между живым и неживым), как вирусы.Наконец, современное естествознание показывает историчность жизни на Земле, её возникновение только на определенном этапе развития материальных форм Вселенной. Тем не менее, концепция панспермии является значительным достижением, обратившим внимание ученых на возможное участие тех органических соединений, которые входят в состав молекулярных облаков, в процессах самоорганизации жизни на Земле.^ 10B7.3.3. Концепция физико-химической эволюции В отличие от предыдущей концепции, основанной на логике качественного анализа ситуации и философских принципах, современная концепция исходит из результатов физико-химического моделирования процессов добиогенного синтеза все более сложных молекул. Она пытается подойти к тому моменту, когда накопление количественных изменений привело к появлению нового качества – самовоспроизводства. В какой-то мере эта концепция возвращает нас к идее самозарождения Жизни, описывая этот процесс как совокупное и синергетическое (взаимно усиливающее) действие нескольких факторов в течение длительного периода времени. Прежде всего следует оценить роль космической окружающей среды и первобытной Земли (рис. 98). Выше мы уже отмечали многообразие соединений наиболее распространенных элементов – водорода, кислорода, углерода и азота в гигантских молекулярных облаках. К настоящему времени по линиям радиоизлучения в космическом пространстве обнаружено более 60 соединений.Наибольшее распространение имеют водород и монооксид углерода (СО). Гораздо реже, но встречаются, цианистый водород (НСN), формальдегид (НСНО), ацетальдегид (СН3СНО), аммиак и вода.Те же и более сложные соединения встречаются на поверхности метеоритов и микрометеоритов. Например, тщательный анализ показал, что на поверхности и в составе углистого хондрита, выпавшего в 1969 г. в Австралии (Мерчисонский метеорит), имеются следы более 50 аминокислот, причем восемь из них входят в состав современных белков (глицин, аланин, валин, лейцин и другие). Здесь же обнаружено присутствие аденина, урацила и гуанина, являющихся азотистыми основаниями нуклеиновых кислот (рис. 99).Многие среди 50 обнаруженных аминокислот не входят в состав живых организмов, ряд соединений встречается в виде двух оптических изомеров. Это доказывает, что все обнаруженные соединения не являются примесями или загрязнениями, попавшими на метеорит в земных условиях. В работах Дж. М. Гринберга было экспериментально показано, что под действием ультрафиолетового излучения на поверхности микропылинок окись углерода, метан, аммиак, вода и кислород могут вступать в реакции между собой, создавая своеобразные, иногда многослойные оболочки. В экспериментах замороженная при 10 К смесь молекул СН4, СО, Н2О, СО2, Н2, N2 и О2 осаждалась на поверхность микропылинок при действии УФ-излучения и без него. При этом происходят процессы фотодиссоциации, фотовозбуждения и последующей радикал-радикальной рекомбинации. В результате общий состав многослойной оболочки приближается к составу аминокислот и даже простейших бактерий. Считается, что аналогичные процессы могут происходить и в открытом космическом пространстве, затем микропылинки входят в атмосферу Земли без всякого разогрева и вносят органическое вещество в гидросферу, где оно продолжает цепь реакций уже в виде растворов. По оценкам Дж. М. Гринберга, за время пребывания Земли в типичном пылевом облаке (это от 100 тыс. до 1 млн лет) с космической пылью на её поверхность могло бы выпасть около 109 т органического вещества. Если учесть то обстоятельство, что Солнце движется в зоне коротации и её скорость не слишком отличается от скорости волн плотности в пылевых скоплениях, то эта оценка выглядит завышенной. Тем не менее, этот источник органических веществ добиологического происхождения свою лепту вносит. При извержении вулканов вместе с магмой извергается огромное количество газов: сероводорода, метана, аммиака, окислов азота и углерода. Жидкая среда более благоприятна для удержания рядом как простых реагентов, так и продуктов реакций – более сложных соединений. Поэтому Л.М. Мухин выдвинул гипотезу о возможности добиологического синтеза в зоне подводных вулканов и гидротерм. К тому же повышенная температура и значительное гидростатическое давление способствуют высокой эффективности химических реакций. По усредненным оценкам Л.М. Мухина, гидротермальная система может дать за 1 млрд лет 1012–1013 т органического вещества. Совместно извергаемые твердые минеральные частицы могут служить катализаторами и адсорбентами полученных продуктов. В частности, показана возможность следующих реакций: (60)Образование цианистого водорода очень важно, так как он играет центральную роль в синтезе оснований нуклеиновых кислот. Суммарно можно записать, например, такую реакцию:. (61)Аминокислоты также образуются с участием цианистого водорода, либо путем взаимодействия в растворе аммиака, альдегида и цианида, либо путем превращения самого НСN в аминокислоты. Газовая оболочка Земли не могла «остаться в стороне» от участия в процессах накопления первичного органического вещества. Выше мы отмечали, что молодая Земля образовалась из твердых материалов, которые содержали определенное количество поглощенных и адсорбированных газов. Под действием тепла, выделяющегося при гравитационном сжатии планеты и энергии распада радиоактивных изотопов, соединения разлагались с образованием газов различного химического состава. При извержении вулканов газы вырывались из земных недр и образовывали первичную атмосферу Земли. Она была преимущественно восстановительной, как и условия в протопланетном диске, и содержала в большом количестве углекислый газ, метан и аммиак, а также сероводород, пары воды. Выделение тектонической энергии, сопровождаемое мощными извержениями вулканов, приводило к ураганным ветрам и сильной электризации атмосферы. Гигантские молнии инициировали целый ряд реакций газоплазменного синтеза. Попытки их воспроизведения в контролируемых лабораторных условиях были начаты в 1957 г., когда С. Миллер впервые получил некоторые биологически важные соединения с использованием электрических разрядов. Схема экспериментов была достаточно простой. Моделируя условия первичной атмосферы, С. Миллер поместил в колбу немного воды и заполнил её смесью водорода, метана и аммиака (рис. 100).Затем в колбе создавались электрические разряды между электродами. Смесь подвергалась разрядам в течение недели, после чего химический анализ показал присутствие в воде небольших количеств аланина, глицина, аспарагиновой и глутаминовой кислот. Эти соединения входят в состав белков. На стенках колбы также образовывался налет, в составе которого были органические соединения. В дальнейшем состав газа изменялся (водород удалили, аммиак заменили азотом), что расширило список образующихся а