Биолог Михаил Никитин: как доказать, что жизнь на Земле возникла сама по себе

Совсем скоро Михаил Никитин выступит на конференции «Учёные против мифов», которую организует «АНТРОПОГЕНЕЗ.РУ». Там биолог расскажет о «кремниевых пришельцах», которые повлияли на формирование нашей планеты и появление на ней живых организмов.

В связи с этим мы попросили его кратко рассказать нашим читателям, какого взгляда на происхождение жизни придерживаются учёные и почему другие точки зрения не так состоятельны.

Михаил Никитин

Биолог, просветитель, преподаватель. Автор книги «Происхождение жизни. От туманности до клетки».

Что о возникновении жизни на Земле думают учёные

Для начала установим, что такое жизнь. Строго однозначной дефиниции — такой, как в математике, — конечно, дать нельзя. Но экспертная комиссия NASA, ведущая поиски жизни во Вселенной, выделила такое определение:

«Химическая» означает «состоящая из атомов и молекул и использующая реакции между ними». А способность к дарвиновской эволюции характеризует собой наличие четырёх необходимых и достаточных условий:

1. Размножение.
2. Наследственность (потомки похожи на родителей).
3. Мутации (потомки всё-таки немножко отличаются от родителей).
4. Отбор (от мутаций зависит вероятность дальнейшего размножения).

Клетка

На сегодняшний день клетку считают минимальной элементарной единицей жизни. Есть, конечно, вирусы, которые гораздо проще, меньше и также способны к дарвиновской эволюции. Но все они паразитируют на клетках, и в дикой природе их невозможно отделить.

В таком случае логично предположить, что жизнь зародилась вместе с появлением клетки. Однако у биологов на этот счёт есть большие сомнения.

РНК

Сейчас широко распространено мнение, что когда‑то существовали живые организмы даже более простые, чем клетки.

Согласно этой гипотезе, самые примитивные формы жизни использовали только один из существующих типов биополимеров — молекулу РНК. Для сравнения: для работы современных клеток их нужно уже три: РНК, ДНК и белки.

Но в доклеточную эпоху все функции приходилось выполнять только РНК. Она ускоряла химические реакции вместо белков и выступала хранилищем наследственной информации вместо ДНК.

Так было до тех пор, пока некоторые формы жизни не освоили новые технологии — синтез белков и ДНК. Сделав это, они стали клетками, из которых теперь состоит всё живое (кроме вирусов). А другие формы не смогли с ними конкурировать и вымерли.

Химические соединения

До РНК‑мира планета Земля была не похожа на современную. Некоторым учёным удалось смоделировать условия, которые в тот момент на ней были, и проследить самозарождение жизни.

Одним из первых таких опытов был эксперимент Миллера — Юри, поставленный в 1950‑х. Учёные взяли смесь газов — метана, аммиака и водорода — и загнали их в хитрую стеклянную установку. С одной стороны у неё находилась колба с подогреваемой водой, с другой — отверстие для выхода пара. Туда были впаяны электроды, которые пропускали разряды, имитирующие молнии. Затем пар попадал в холодильник, где он мог конденсироваться.

Через несколько недель после начала эксперимента учёные заметили, что в воде в таких условиях образовались аминокислоты — строительные блоки белков — и некоторые другие молекулы, входящие в состав живых организмов.

Это стало очень важным наблюдением. Однако теперь его значение переосмыслено. Считается, что условия, которые воспроизвели Миллер и Юри, похожи не на земные, а на те, что были в протопланетном облаке, из которого образовалась Солнечная система. Потому что, как мы позднее узнали, атмосферы из метана и аммиака у Земли никогда не было.

После этого опыта другие учёные тоже пытались смоделировать образование органических веществ из углекислого газа, который преобладал в атмосфере древней Земли и в большом количестве содержится сейчас в атмосфере Марса и Венеры.

Они ставили опыты с кристаллами сульфида цинка, который при облучении солнечным светом в воде восстанавливает углекислый газ и превращает его в муравьиную, уксусную, яблочную кислоты, а при добавлении азота — в аминокислоты.

Кроме того, проводились эксперименты по получению строительных блоков ДНК — нуклеотидов и азотистых оснований. Например, Карл Саган в 1960‑х смог получить последние из синильной кислоты — вещества, которое образовалось в бескислородных атмосферах древней Земли. Сейчас синильная кислота также широко распространена в космосе — например, в кометах или на современном Титане — спутнике Сатурна.

Химические элементы

Те химические элементы, которые использует земная жизнь, относятся к самым распространённым во Вселенной. Это углерод, азот, кислород, водород, магний, сера, железо.

Помимо них, распространёнными считаются также другие три элемента, которые не участвовали в самозарождении жизни на Земле. Это гелий и неон, не способные к химическим реакциями, а также кремний, который становится активным только при очень высоких температурах.

Эти химические элементы существовали до появления Земли и Солнечной системы. Их состав сформировало первое поколение звёзд благодаря термоядерным реакциям. Так, сразу после Большого взрыва Вселенная состояла только из водорода, гелия и лития, и лишь затем появились более тяжёлые элементы.

Они взаимодействовали друг с другом в случайном порядке и приводили к образованию химических соединений, среди которых были аминокислоты и азотистые основания, о которых мы сказали выше.

Самозарождение жизни

В процессе происхождения живого из неживого наверняка сочетались случайность и закономерность. Биологическая эволюция работает только тогда, когда одновременно есть и мутации, и естественный отбор. Жизнь, скорее всего, также самозарождалась основываясь на этом принципе.

Скорее всего, был какой‑то закономерный отбор до появления размножения. Например, азотистые основания в составе РНК и ДНК, такие как аденин, цитозин, гуанин и урацил, выделились среди других близких молекул из‑за своей высокой устойчивости к ультрафиолету.

Дальше они случайным образом комбинировались в цепочки РНК. И та из них, что могла повышать вероятность собственного копирования, начала размножение, естественный отбор и дарвиновскую эволюцию. И дальше началось закономерное усложнение в сторону клеток.

Почему жизнь не могли создать инопланетяне или Бог

Если жизнь зародилась не сама, то помочь ей в этом могли либо цивилизации инопланетян, прилетевших на Землю, либо какие‑то сверхъестественные существа. Например, Бог. Разберём эти теории подробнее.

Инопланетяне

Доказано, что Большой взрыв произошёл около 13,5 миллиарда лет назад. Возраст земной жизни довольно солидный по сравнению с возрастом Вселенной. Эволюция от микробов до разумных существ, Homo sapiens, заняла примерно 4 миллиарда лет.

Наверное, у инопланетян ушло бы примерно столько же времени. А опередить нас они вряд ли могли. Ведь после Большого взрыва накопление элементов тяжелее гелия — углерода, водорода, железа — не произошло мгновенно. Звёзды синтезировали их миллиарды лет. То есть в пределах Галактики условия для появления планетарных систем, на которых возможна жизнь, сложились далеко не сразу, и пришельцы вряд ли успели бы стать космической цивилизацией раньше нас.

Но даже если у них каким‑то образом и получилось это, то рождается закономерный вопрос: а как возникла их жизнь? Если сама, то почему мы не рассматриваем эту возможность в отношении жизни на Земле?

Бог

Поскольку у нас нет никаких прямых данных о том, что Бог может, а что — нет, то тут, конечно, аргументы подобрать гораздо сложнее. Креационисты всегда смогут придумать такой вариант, для которого они не будут работать, ведь «пути Господни неисповедимы».

Но лично меня, например, убеждают эстетические соображения. Бог описывается сверхразумным существом. Однако при этом в устройстве живых организмов есть много таких деталей, которые не могли быть сделаны никаким здравомыслящим проектировщиком.

Он идёт от головного мозга к мышцам гортани и при этом делает петлю, спускаясь сначала к сердцу, обходя дугу аорты и поднимаясь обратно. В результате для нормального функционирования жирафу, например, нужно 5 лишних метров нервного волокна. И при этом он ещё и будет страдать от задержки во времени прохождения сигнала.

Понятно, что, если бы животных создавало разумное существо, такой глупости оно бы не совершило. Подобное строение гораздо больше похоже на результат эволюции млекопитающих от их рыбоподобных предков. У тех не было шеи, сердце располагалось близко к голове, а отток крови от сердца осуществлялся благодаря нескольким парам жаберных сосудов. Поэтому обведение нерва вокруг них казалось нормальным и не представляло проблемы. А потом рыбы вышли на сушу, утратили жабры и у некоторых их потомков появилась тонкая длинная шея. Чем дальше, тем больше эта конструкция начинала мешать, но отказаться от неё они уже не могли.

Некоторые креационисты продвигают другую идею: Бог запустил только Большой взрыв, а дальше не притрагивался ко Вселенной. В XVII–XIX веках так думали и многие учёные. Например, когда Наполеон спросил у Лапласа: «А где в ваших теориях Бог?» — астроном ответил: «Я не нуждаюсь в этой гипотезе».

Но даже если Господь действительно ни во что не вмешивался после Большого взрыва, то почему это противоречит идее эволюции? Чем такой вариант креационизма принципиально отличается от научной картины мира?

Почему жизнь не образовывается на других планетах сейчас

Планет земного типа с твёрдой каменной поверхностью, которой нет на газовых гигантах Юпитере и Сатурне, в Солнечной системе четыре: Земля, Венера, Меркурий и Марс.

И сейчас, и раньше на Венере было слишком жарко: там 450 °C, и в таких условиях легко плавится свинец. При столь высоких температурах даже самые экстремофильные микробы не выживают, а белки, РНК и ДНК разрушаются очень быстро.

На Меркурии очень жарко днём — до 400 °C, а ночью холодно — до −170 °C. Там нет атмосферы и воды.

Современный Марс тоже не очень гостеприимен: там холодно, как в Норильске, и сухо, как в пустыне Намиб, плюс ещё и радиация. Однако на этой планете есть достаточно следов того, что в древности тут была жидкая вода, более плотная атмосфера и более высокие температуры, вполне пригодные для жизни.

Дело в том, что все планеты земного типа образовывались при столкновении более мелких объектов — планетарных зародышей. В эти моменты выделялось очень много тепла, из‑за чего их поверхности были очень горячими. Земля тоже проходила через стадию океана магмы, после чего потом долго остывала — возможно, до 300 миллионов лет.

Так как Марс меньше, то его столкновения с планетарными зародышами были не такими энергичными, а остывал он быстрее.

Не исключено, что мы — марсиане. Ведь сначала живые формы могли возникнуть там, а потом перелететь на Землю с метеоритами.

Сейчас, когда Марс сухой и холодный, жизни там либо совсем не осталось, либо она очень хорошо прячется где‑то в его глубинах, под поверхностью. Одним из доказательств этого могут быть периодически возникающие в атмосфере примеси метана — это такой газ, который быстро разрушается в атмосфере. Если его удалось обнаружить, значит, на планете должен быть какой‑то действующий источник — например, метаногенные микробы.

Как можно ускорить их эволюцию? Для этого на Марс надо уронить какое‑нибудь ледяное тело диаметром около 500 км из Пояса Койпера. При этом туда попадёт достаточно воды для образования океана, а энергия при таком ударе, возможно, разогреет планету и подстегнёт её уже замершую геологическую активность. Но понятно, что вероятность этого ничтожно мала.

Если мы хотим сделать Марс обитаемым, то надо брать дело в свои руки и доставлять туда воду в виде более мелких ледышек, а потом искусственно восстанавливать на планете магнитное поле — без него она будет плохо защищена от космических лучей и сохранит высокий уровень радиации на поверхности.

Вот только звучит это чересчур фантастично.