Палеоэкология: учебное пособие

Установлено, что большинство астероидов Солнечной Системы по своему составу близки к углистым хондритам, следовательно, тоже должны содержать органические вещества. Таким образом, можно с большой долей вероятности предположить, что образование органического вещества в Солнечной Системе на ранних стадиях планетогенеза было типичным и массовым явлением.

На той стадии планетогенеза, когда тугоплавкие вещества уже образовали пылевые частицы, начался процесс образования органических молекул. Эти процессы протекали при понижении температуры планеты ниже 500 °К, при этом совершались реакции между водородом, угарным газом (СО) и простейшими соединениями азота (NO, NH₃). Такие реакции идут очень медленно, однако они резко ускоряются в присутствии неорганических катализаторов типа магнетита (Fe₃0₄) и гидратированных силикатов (например, каолинит, Al₄[Si40io](OH)₄), которые возникли ранее, в ходе эволюции вещества околосолнечной туманности, из которой впоследствии конденсировалось вещество планет Солнечной Системы. Структура некоторых хондритов определенно указывает на то, что органические соединения были синтезированы на поверхности силикатных зерен и магнетита, которые позже вошли в состав углистых хондритов. Органические включения в них имеют вид округлых частиц диаметром от 1 до 3 мкм, в центре которых имеются ядрышки из магнетита или гидратированных силикатов.

Первоначально возникавший в процессе образования Вселенной «космический газ» – вещество, наполняющее космическое пространство, по числу атомов состоит из водорода (1 место), гелия (2 место), кислорода (3 место) и углерода (4 место). В живой же органике на первом месте стоит водород, на втором – кислород, на третьем – углерод, т. е. ее состав очень близок к составу «космического газа» (гелий химически инертен и его можно не считать). Вероятно, первоначально возникали простейшие соединения в таких реакциях:

2СО + 2Н₂ = СН₄ + С0₂

С0₂ + 4Н₂ = 2Н₂0 + СН₄

N₂ + ЗН₂ = 2NH₃

В связи с этим возникла водородно-метано-аммиачная первичная пневматосфера Земли. Дальнейшим этапом возникновения жизни из преджизни стало разделение пневматосферы на атмосферу и гидросферу, образование Первичного Океана. Именно попадание первичных органических веществ в жидкую среду с растворенными в ней многочисленными солями, содержащими ионы таких важных биогенных элементов, как азот, фосфор, калий, натрий и многие другие, дало мощный толчок ускорению химической эволюции и превращению ее в биологическую – переход от преджизни к жизни.

Астероиды и метеориты являются, видимо, остатками планетного материала, не прошедшего этапа образования гидросферы, показатель того, что в их родоначальных телах химическая эволюция прекратилась, не перейдя в биологическую, т. е. на весьма ранних стадиях. Последние исследования верхних слоев мантии Земли показали, что по ряду геохимических и изотопных данных их состав также близок к углистым хондритам.

Итак, примерно через 250 млн лет после образования Земли как планеты произошел ряд очень важных событий. В это время разделилась первичная парогазовая оболочка (пневматосфера) на атмосферу и Первичный Океан, началось образование двух типов земной коры: океанической базальтовой и континентальной гранитной. Почти одновременно с этим началось движение континентальных плит и морского дна.

К этому же времени относится и появление первых соединений органических веществ. Когда же эти первичные органические вещества стали образовывать комплексы, способные поглощать такие же органические вещества из воды Первичного

Океана и возвращать в нее другие соединения, возникает явление метаболизма – обмена веществ. С этого момента их можно рассматривать как простейшие живые организмы. Их появление означает, что преджизнь перешла в жизнь, а химическая эволюция закончилась, уступив место биологической.

Глава 3 Теории возникновения жизни

Современная наука рассматривает два возможных пути появления жизни на Земле: занос ее из космического пространства и возникновение непосредственно на нашей планете.

3.1. Великий шведский ученый, один из основателей современной физической химии, С. Аррениус в 1918 г. выдвинул теорию, впоследствии названную теорией панспермии («всюдности» зародышей). Он предположил, что жизнь так же вечна, как Вселенная, и постоянно в ней существует. Мельчайшие «зародыши жизни» (молекулы органических веществ, их комплексы и даже простейшие организмы) странствуют в Космосе под действием давления световых лучей (давление света было открыто и измерено в 1901 г. русским физиком А. Лебедевым). Попадая на пригодную для жизни планету, они начинают эволюционировать, давая самые разнообразные формы живых существ.

Теорию панспермии принял и развил В. И. Вернадский. Считая Вселенную вечной во времени и безграничной в пространстве, он выдвинул тезис о том, что жизнь является непременным атрибутом Вселенной. Возникновение жизни на определенном этапе развития планеты он считал закономерным явлением, а причиной этого возникновения – занос жизни из Космоса. В своих ранних работах (1918–1929 гг.) он вообще не считал возможным зарождение жизни непосредственно на Земле из неживого вещества (абиогенез) и даже говорил, что признать абиогенез – все равно, что признать сотворение жизни Высшей Силой. Позднее, в работах 1938–1945 гг., он с осторожностью признавал возможность абиогенеза на начальных этапах геологической истории Земли (экспериментальные подтверждения возможности абиогенеза были получены уже после смерти В. И. Вернадского, см. ниже).

Прямым подтверждением возможности пребывания органического вещества в космическом пространстве стали работы английского астрофизика Ф. Хойла и индийского астронома Ч. Викрамасингха в 1960-х гг. Методом спектрального анализа они обнаружили в межзвездном веществе («космическом газе») аммиак (NH₃), водяной пар, угарный газ (СО), цианацетилен (CHC2N), метанол (СН₃ОН), муравьиную кислоту (СНООН), ацетальдегид (СН₃СОН), метилацетилен (CHC2N) и некоторые другие вещества, вплоть до порфиринов (например, C15H31N3O5), с более чем 50 атомами в молекуле. Число молекул органических веществ определено ими в наблюдаемой с Земли части Вселенной в 10. Также подтверждается наличие органического вещества во Вселенной вышеприведенными данными о химическом составе углистых хондритов.

Косвенным подтверждением является способность различных болезнетворных бактерий и вирусов переживать длительное время в условиях крайне низких температур. Так, в вирусологических и бактериологических исследовательских лабораториях в жидком азоте (-196 °C) по много лет сохраняются возбудители различных заболеваний, не теряя при этом своей патогенности. Даже такой генетически сложный материал, как сперма крупного рогатого скота, хранится в жидком азоте многие годы, а затем, при искусственном осеменении, дает полноценное потомство.

Получено и прямое подтверждение сохранения жизни в Космосе. В опытах, проводимых на международной космической станции «Альфа», микроорганизмы в специальных контейнерах, расположенных за бортом станции, выносили колебания температуры от -90 до +90 °C.

Противники теории панспермии считают, что находки органических веществ в метеоритах и в «космическом газе» – это остатки погибшей жизни, существовавшей на планетах, разрушившихся по каким-либо причинам. Они ссылаются также на современные, принятые в космологии и астрофизике теории происхождения Вселенной (или, по крайней мере, той ее части, где находится наша Солнечная Система) в сравнительно недавнем прошлом (порядка 15 млрд лет назад), в результате так называемого Большого Взрыва и замкнутости Вселенной вследствие кривизны пространства.

Если Вселенная имела начало, то и жизнь должна была иметь его, причем отдаленное от времени начала Вселенной. Не отрицая в принципе возможность заноса жизни на какую-нибудь планету, противники теории панспермии считают, что все же зарождение жизни первоначально происходит на какой-либо планете, и уже с нее живое вещество разносится в Космосе. Так что теория панспермии, считают они, только отодвигает в пространство и время решение вопроса-как же все-таки появилась жизнь? Таким образом, они неизбежно приходят к идеям абиогенеза.