Можно ли назвать планету Земля родиной земной жизни? Палеонтолог Санкар Чаттерджи из Техасского технологического университета (США) стоит на том, что зародыши жизни упали с неба и проросли уже здесь — в горниле первобытной преисподней.
Благодаря непрестанной бомбардировке земной поверхности кометами и метеоритами 4 млрд лет назад, в эпоху начального формирования планеты, возникавшие после столкновений крупные кратеры не только содержали воду и основные химические стройматериалы для жизни, но и служили прекрасными тиглями, в которых эти вещества концентрировались и подготавливались к созданию первых простейших организмов.
Первичный бульон (иллюстрация Christophe Kiciak).
Г-н Чаттерджи известен прежде всего как специалист по динозаврам и птерозаврам, но, как только что выяснилось, в действительности его больше всего интересует анализ и синтез теорий химической эволюции, объясняющих геологические процессы, протекавшие на заре существования Земли. «Это Святой Грааль науки, к которому мы все стремимся», — поясняет он.
Разыскивая останки древних существ, палеонтолог мимоходом открыл кратер Шива на дне Индийского океана к западу от города Мумбаи. Если данная структура действительно имеет ударное происхождение (а это ещё не доказано), то её создал метеорит диаметром около 40 км, упавший, что самое интересное, почти одновременно (с геологической точки зрения) с тем, который сформировал кратер Чиксулуб на полуострове Юкатан в Мексике. Возможно, тот своего рода метеоритный дождь и стал одной из главных причин вымирания динозавров и многих других животных примерно 65 млн лет назад.
Случайность это или нет, но метеориты стали главными героями и новой концепции учёного, как будто он чувствовал себя обязанным доказать, что небесные гости не только отбирают жизнь, но и дарят её. Изучив три локации, в которых найдены старейшие окаменелости, известные науке, он пришёл к выводу, что именно метеориты и кометы занесли на Землю все необходимые ингредиенты, а также создали подходящие условия для возникновения жизни. В общем, первые одноклеточные организмы появились на свет в гидротермальных бассейнах.
«4,5 млрд лет назад только что сформировавшаяся Земля была стерильной и не пригодной для жизни, — поясняет г-н Чаттерджи. — Она представляла собой бурлящий котёл: извергались вулканы, шли метеоритные дожди, поверхность окутывали горячие ядовитые газы. Всего миллиард лет спустя это уже была безмятежная, покрытая водой планета, кишевшая микробами — предками всех живых существ».
Дискуссия о происхождении жизни традиционно вращается вокруг химической эволюции клеток из органических молекул путём естественных процессов. Г-н Чаттерджи выделяет четыре стадии усложнения этих процессов: космическую, геологическую, химическую и биологическую.
На космическом этапе (4,1–3,8 млрд лет назад) ещё не сформировавшаяся окончательно Земля и вся Солнечная система вместе с нею ежедневно обрабатывались астероидами и кометами. Тектоника плит, ветер и вода давно стёрли следы того бурного времени, но древние кратеры, сохранившиеся на поверхности Марса, Венеры, Меркурия и Луны, позволяют судить о том, насколько тяжёлой была та бомбардировка.
Идеальными тиглями, по мысли г-на Чаттерджи, стали кратеры диаметром около 550 км. Образовавшие их метеориты были настолько велики, что должны были пробивать земную кору, создавая тем самым вулканы и геотермальные жерла. Занесённые ими вещества концентрировались и полимеризовывались в этих условиях.
Учёный уверен, что те места в Гренландии, Австралии и Южной Африке, где были найдены древнейшие породы, содержащие окаменелости, являются остатками таких кратеров — глубоких, тёмных и горячих.
Поскольку Земле повезло оказаться на идеальном расстоянии от Солнца, разбивавшиеся тут кометы становились источником воды и дополнительных ингредиентов. И вот мы переходим к геологической стадии: кратеры наполнились водой, геотермальная активность нагрела её, возникла конвекция — вода непрестанно двигалась, перемешивалась, превращаясь в добротный первобытный бульон.
«Геологический этап — это период очень тёмных, горячих и изолированных сред с гидротермальными системами, которые послужили инкубаторами жизни, — выделяет главное г-н Чаттерджи. — Происходила сегрегация и концентрация органических молекул конвективными потоками. Нечто подобное мы наблюдаем сейчас на дне океанов, но только подобное. То был причудливый мир, нам он показался бы вонючей преисподней, окутанной сероводородом, метаном, монооксидом азота и паром, но именно там была энергия, поддерживавшая жизнь».
Затем началась химическая стадия. Тепло, взбалтывавшее воду внутри кратеров, смешало химические вещества и вызвало трансформацию простых соединений в более крупные и сложные.
Скорее всего, поры и трещины бассейнов сыграли роль «лесов», на которых собирались самые простые РНК и белки. Вопреки широко распространённой гипотезе о том, что сначала появилась РНК, а потом уже белки г-н Чаттерджи считает, что они возникли одновременно — там, где были защищены от внешних воздействий. «Мир, в котором сосуществуют РНК и белки, больше подходит для сред с гидротермальными жерлами, чем РНК-мир, — оправдывается учёный. — Молекулы РНК весьма неустойчивы. В условиях геотермальной активности они должны быстро распадаться. Чтобы они смогли спокойно воспроизводиться и метаболизировать, нужны определённые катализаторы, и простые белки прекрасно подходят на эту роль. И потом, аминокислотам, из которых состоят белки, образоваться проще, чем компонентам РНК».
Остаётся вопрос о том, каким образом белковый и РНК-материал, свободно плававший в том бульоне, придумал защищаться от внешних воздействий с помощью мембран. Г-н Чаттерджи доверяется тут гипотезе Дэвида Дримера из Калифорнийского университета (США), который считает, что мембранный материал уже присутствовал в «супе». Этому учёному удалось выделить везикулы жирных кислот из Мёрчизонского метеорита, который упал в 1969 году в Австралии. Пузырьки космического жира и впрямь похожи на клеточные мембраны.
«Метеориты — вот что принесло липиды на Землю, — убеждён г-н Чаттерджи. — Этот материал плавал на поверхности воды, а конвекционные течения время от времени уносили его на глубину. Этот процесс продолжался миллионы лет, и в конце концов простые РНК и белки оказались заключены вместе внутри этих капсул. Они начали взаимодействовать, и со временем РНК породила ДНК — более устойчивое соединение. Появился генетический код, и первые клетки принялись делиться».
Финальная стадия — биологическая — подразумевает возникновение воспроизводящихся клеток, которые научились хранить, обрабатывать и передавать генетическую информацию потомкам. Последние образовывали самые фантастические комбинации генов, и бесчисленное количество клеток кончило ничем, пока не был нащупан верный путь репликации.
Так возникла эволюция в дарвиновском её понимании, а вместе с нею биология — кульминация космических, геологических и химических процессов.
Г-н Чаттерджи считает, что современные РНК-вирусы и богатые белками прионы, вызывающие смертельные заболевания, могут оказаться эволюционным наследием примитивных РНК и белков. Возможно, они — древнейшие клеточные частицы, предшествовавшие первой клеточной жизни. Как только появилась эта последняя, РНК-вирусы и прионы устарели, но выжили, сделав ставку на паразитический образ жизни.
Разумеется, учёный прекрасно понимает, что любая подобная теория, сколь бы логичной она ни казалась, нуждается в экспериментальном подтверждении, и он готов принять участие в проведении опытов по воссозданию древнего добиологического мира, дабы подтвердить или опровергнуть свои измышления. Надо лишь попытаться создать протоклетку из РНК-вирусов и прионов, заключённых в мембраны...
