Происхождение жизни

Органические вещества отличаются от других веществ неорганической природы прежде всего тем, что в их основе лежит элемент углерод. Это легко непосредственно показать, нагревая до высокой температуры различные материалы животного или растительного происхождения. Все они при нагревании на воздухе сгорают, а без доступа воздуха обугливаются, тогда как материалы неорганической природы — камни, стекло, металлы — обугливаться не будут, сколько бы мы их ни нагревали.

В органических веществах углерод соединен с другими элементами: с водородом и кислородом (эти два элемента входят в состав воды), с азотом, который в больших количествах находится в воздухе, с серой, фосфором и т. д. Различные органические вещества представляют собой разнообразные соединения этих элементов, но в основе их всех всегда лежит углерод. Простейшими органическими веществами являются углеводороды — соединения углерода и водорода. Природная нефть и такие получаемые из нее продукты, как, например, бензин, керосин и т. д., представляют собою смеси разнообразных углеводородов. Исходя из этих веществ, сочетая их с кислородом воды и азотом аммиака, химики легко создают, синтезируют многочисленные органические соединения, иной раз очень сложные и в ряде случаев вполне подобные тем, которые мы можем выделить из живых существ, как, например, сахар, жиры, эфирные масла и даже белковоподобные соединения. Каким же образом могли первоначально возникнуть органические вещества на нашей планете? Когда я более 30 лет тому назад впервые приступил к исследованию проблемы происхождения жизни, вопрос о первичном образовании органических веществ представлялся весьма загадочным и даже недоступным для понимания и изучения. Основанием для этого служило непосредственное наблюдение над окружающей нас природой, которое показывало, что подавляющая масса органических веществ живого мира возникает сейчас у нас на Земле в результате жизнедеятельности организмов. Живые зеленые растения, поглощая из воздуха неорганический углерод в виде углекислоты, строят из него с использованием энергии солнечного света потребные им органические вещества. Животные, грибы, бактерии и другие не окрашенные в зеленый цвет организмы получают необходимые органические вещества, питаясь растениями или разлагая их остатки. Таким образом, весь современный живой мир существует сейчас за счет органических веществ, образовавшихся в процессе жизнедеятельности зеленых растений, т. е. в результате такого процесса, который мог происходить только после возникновения живых организмов. Мало того, даже все те органические вещества, которые отложены в недрах земной коры в виде торфа, залежей каменного угля и нефти, в основном возникли также в результате жизнедеятельности многочисленных организмов, населявших когда-то Землю и затем погребенных в толще земной коры.

На основании всего сказанного многие ученые конца прошлого и начала настоящего века считали, что органические вещества у нас на Земле в природных условиях вообще не могут возникать иначе, как только через посредство организмов — биогенно. Это мнение господствовало в науке 30 лет тому назад и создавало очень большие трудности для решения проблемы происхождения жизни. Создавался, казалось, непреодолимый порочный круг. Для того чтобы проследить возникновение жизни, необходимо понять, как образуются органические вещества, а они, оказывается, могут синтезироваться только живыми организмами.

Однако убеждение в возможности исключительно биогенного образования органических веществ в природных условиях создается лишь на основании знакомства с тем положением, которое- сложилось у нас на Земле и то только в современную эпоху ее существования, т. е. после возникновения на ней жизни. А если мы подойдем к вопросу с более широких позиций, если мы в своих исследованиях выйдем за пределы нашей планеты и познакомимся с фактами, относящимися к другим небесным телам нашей Вселенной, то это убеждение будет сильно поколеблено.

Спектроскоп позволяет нам изучать химический состав звездных атмосфер и других удаленных от нас небесных объектов иной раз почти с такой же точностью, как если бы мы имели их пробы у себя в лаборатории. Этим путем уже давно было обнаружено очень широкое распространение углерода во Вселенной, его повсеместное присутствие. Этот элемент, как это выяснилось за последнее время, играет исключительно важную роль в самом существовании звезд. Сейчас мы знаем, что источником звездной энергии являются определенные внутриатомные ядерные реакции, происходящие в недрах звезд, где царит температура в несколько десятков миллионов градусов. При этих условиях происходит превращение водорода в гелий, что связано с выделением громадного количества энергии, наподобие того, как это происходит при взрыве водородной бомбы. Однако такого рода превращение может идти лишь в присутствии углерода, создающего так называемый углеродный цикл ядерных реакций. Этот цикл лежит в основе самосвечения звезд. Любое небесное тело, масса которого составляет более чем одну двадцатую массы Солнца, включаясь в этот цикл, превращается в самосветящееся образование — в звезду.

Для нас представляет интерес проследить, в каком виде обнаруживается углерод в различных типах звезд. Углерод удается обнаружить уже в атмосфере наиболее горячих звезд типа О, отличающихся среди других светил своей исключительной яркостью. Даже на поверхности этих звезд царит температура, достигающая 20 000— 28 000°. При этих условиях, конечно, никаких химических соединений существовать еще не может. Материя находится здесь в сравнительно простой форме — в виде свободных разрозненных атомов и других элементарных частиц, составляющих раскаленную атмосферу звезд.

Атмосферы звезд типа В, светящихся ярким голубовато-белым светом и обладающих температурой поверхности 15000—20 000°, также содержат в себе раскаленные пары углерода. Но и здесь этот элемент еще не вступает ни в какие химические соединения и существует в виде отдельных быстро двигающихся атомов.

Лишь в спектре белых звезд типа А с температурой поверхности 12 000° впервые удается обнаружить следы полос, указывающих на возникновение в атмосфере этих звезд первичных химических соединений — углеводородов. Здесь атомы двух элементов — углерода и водорода — соединились между собой, в результате чего возникло более сложное образование — химическая молекула.

В спектрах более холодных звезд углеводородные полосы появляются по мере падения температуры все с большей и большей отчетливостью и достигают максимальной определенности у красных звезд с температурой поверхности 4000°.

Наше Солнце занимает промежуточное положение в этой звездной системе. Оно принадлежит к классу желтоватых звезд типа G. Температура солнечной атмосферы определяется в 5800—6300°. В верхних слоях она падает до 5000°, а в более глубоких, но еще доступных нашему исследованию, поднимается до 7000°. Спектроскопические исследования показывают, что некоторая часть углерода находится здесь в виде его соединения с водородом (СН — метин). Наряду с этим в атмосфере Солнца можно установить присутствие соединения углерода с азотом (CN — циан). Кроме того, здесь впервые был обнаружен так называемый дикарбон (Сг) — соединение, в котором два атома углерода взаимно связаны друг с другом.

Таким образом, мы видим, что углеводороды очень широк© распространены в звездных атмосферах, где они могли образоваться, конечно, независимо от жизни, абиогенно *, так как при царящих на поверхности звезд температурах не может быть и речи о присутствии каких-либо живых организмов.

Но абиогенное образование углеводородов можно установить не только в раскаленных звездных атмосферах, но и при очень низких температурах. В настоящее время хорошо известно, что далеко не все вещество нашей Вселенной сосредоточено в виде мощных скоплений в звездах и планетах. Значительная его масса рассеяна в космическом пространстве в виде очень разреженного газа и пыли. В ряде мест межзвездного пространства скопления газа и пыли образуют гигантские облака, которые можно наблюдать непосредственно даже невооруженным глазом в виде темных пятен на фоне Млечного Пути, так как они преграждают нам свет расположенных за ними звезд. Температура межзвездного газа не подымается выше —200° С, а температура пыли еще ниже, она приближается к абсолютному нулю. Межзвездный газ в основном состоит из водорода, который вообще является господствующим

1 Биогенными веществами называются те, которые возникают благодаря жизнедеятельности организмов Приставка «а» означает отрицание. Следовательно*, под абиогенным образованием нужно понимать то, которое происходило или «происходит независимо от жизни в безжизненной природе.

УГЛЕРОД НА ЗВЕЗДАХ

На всех звездах можно обнаружить углерод, но в различном состоянии

Наиболее горячие голубовато-белые звезды обладают 20 000°. Здесь все элементы, в том числе и углерод, находятся белых и желтовато-белых звездах с температурой поверхности соединяются между собой, образуя метин (простейший поверхности 6000—8000° возникают и другие соединения на потухающих красных звездах с температурой, которая даже на их поверхности превышает в виде разрозненных мельчайших частичек — атомов. На 10 000—12 000° атомы углерода и атомы водорода уже углеводород (СН). На желтых звездах с температурой углерода. Еше более разнообразные соединения находя гея температурой поверхности 2000—4000°

УГЛЕРОД НА СОЛНЦЕ

Наше Солнце является желтой звездой, температура его поверхности около 6000°

Поверхность Солнца с гранулами и пятнами

В раскаленной солнечной атмосфере углерод имеется не только в виде свободных атомов, но и в виде ряда соединений: а) свободные атомы углерода, водорода и азота; б) соединения углерода с водородом (метин); в) соединения углерода с азотом (циан); г) соединения двух атомов углерода (дикарбон)

в космосе элементом: на его долю приходится около 90% всего вещества всей нашей звездной системы (Галактики). Однако наряду с водородом в межзвездных газопылевых скоплениях с полной достоверностью установлено присутствие метана (СН4), а возможно, и других углеводородов. Таким образом, в раскаленных звездных атмосферах и в холодных газопылевых облаках установлено наличие углеводородов, которые могли образоваться здесь лишь вне зависимости от жизни, только абиогенным путем.

Большой интерес для разрешения разбираемого нами вопроса представляет исследование атмосфер больших планет нашей солнечной системы. Как показали эти исследования, атмосфера Юпитера в значительной части состоит из аммиака и метана. Есть основание предполагать здесь наличие и других углеводородов. Но вследствие низкой температуры, господствующей на поверхности Юпитера (135° ниже нуля), эти углеводороды в главной своей массе находятся в жидком или твердом состоянии.