Углерод в алмазах, отысканных в древних на земле австралийских горных образованиях, может быть хранит следы органической жизни. Фото (SXC license): Dan Shirley
Живой углерод
Летом этого года в информационные агентства пришел пресс-релиз Технологического института Кертина (Curtin University of Technology) Австралии, в каком сообщалось, что возраст жизни на земле практически на 700 миллионов лет больше, чем принято мыслить.
Подробности исследования под управлением Александра Немчина (Alexander Nemchin) были размещены в журнальчике Nature 3 июля.
Как разъяснялось в этих публикациях, кристаллы циркона, отысканные в массиве Джек-хиллс (Jack Hills) на западе Австралии, содержат вкрапления самых старых на земле алмазов. Алмаз, как понятно, представляет собой упорядоченные спецефическим образом в кристаллическую структуру атомы углерода. Примечательны эти циркониевые кристаллы тем, что содержание в их изотопов углерода 12C (так именуемого «легкого» углерода) по сопоставлению с изотопом 13C, очень высоко. Так, в части отысканных включений графита и алмазов содержание 13C оказалось практически вдвое ниже среднего значения для других старых образцов углерода.
В широком семействе изотопов углерода только эти два 12C и 13C размеренны. При этом 12C существенно более всераспространен — в среднем, на 13C приходится чуток больше 1-го процента. Но в природе часто происходит собственного рода «разделением» этих 2-ух изотопов благодаря хим процессам, протекающим в живых клеточках, — а именно, при фотосинтезе из углекислого газа выделяется конкретно 12C, а не 13C . Потому конфигурации в соотношении концентраций этих изотопов в морских отложениях может служить индикатором конфигурации среднегодовой температуры океана: при снижении температуры планктона меньше, фотосинтез идет медлительнее и, соответственно, толика 13C в отложениях будет выше.
Излишек 12C в циркониевых кристаллах из Джек-хиллс, по воззрению Александра Немчина и его служащих, показывает на их органическое происхождение. А так как возраст самых старых включений в эти кристаллы составляет 4,25 млрд лет, то летопись земной жизни следует «продолжить». Изучив 22 включения в 18 кристаллах циркония, ученые сделали вывод, что алмазы и графит образовались независимо от циркониевых кристаллов, а их возраст либо совпадает с годами кристаллов, либо же превосходит его. Этот и другие факты позволяют рассматривать включения как «уникальный хим маркер, который подразумевает возможность существования био активности спустя маленькое время после формирования Земли», по словам Александра Немчина, приведенным в пресс-релизе.
Парадокс жизни представляет собой величайшую загадку. Вобщем, далековато не единственную во Вселенной. Фото (Creative Commons license): Linda Kenney
Вобщем, в журнальной статье исследователи высказываются осторожнее: из-за отсутствия других свидетельств био активности в то древнее время «алмазный биомаркер» — ещё не подтверждение существования старой жизни.
Подходящая среда
Тема появления жизни на нашей планетке — непременно увлекательная, но страшная: придерживаться только научных мнений, не углубляясь в вопросы философии и религий, тут трудно. Из-за давности происходящего и недочета доказательств это область даже не теорий, а гипотез, многие из которых не подтверждаются либо опровергаются плодами новых исследовательских работ, а всего только, как принято гласить в логике, усиливаются либо ослабляются ими. Много людей придерживаются и той точки зрения, что религиозные и мифологические варианты ответа на вопрос о происхождении жизни совсем не так противоречат научному подходу, как принято мыслить. У науки и религии очень различные вопросы, ну и методология их не совпадает. Несложно для себя представить, как сотворенная высшим разумом жизнь эволюционирует по сценарию Дарвина. А все догадки о самозарождении жизни, пользующиеся популярностью сначала XIX века, хотя до сего времени любопытны для чтения, но оказались малосостоятельны с научной точки зрения. Но вопрос о том, как неживая материя может преобразовываться в живую, остается открытым и интенсивно изучается.
Как ни умопомрачительно, новые факты то и дело ставят под колебание обычные представления о «сотворении мира» — а именно, возраст материков и время появления жизни на их. Пару лет вспять массив Джек-хиллс уже завлекал внимание ученых. В 2005 году интернациональная ассоциация ученых, включавшая геофизиков из Австралийского государственного института (Australian National University), Колорадского института в Боулдере (University of Colorado) и парижской Эколь-нормаль (École Normale Supérieure), используя в качестве «маркера» гафний, сделали вывод, что процесс образования континентов шел существенно резвее, чем принято мыслить. Один из исследователей доктор Стивен Можис (Stephen Mojzsis) из Колорадского института в одном из интервью уподобил процесс формирования земной коры Большенному взрыву. Всего за каких-либо 500 млн лет все было закончено.
К тому же времени относят появление на Земле первых водоемов. А это значит, что уже тогда условия для жизни на земле были не ужаснее современных. «Земная кора, океаны и атмосфера появились на планетке фактически сходу, — комментировал тогда результаты собственных исследовательских работ доктор Можис, — а как следует, фактически сходу появилась и среда, подходящая для развития жизни». Сейчас, видимо, появилась возможность гласить и о том, что тогда появилась не только лишь среда, да и обитающие в ней мельчайшие организмы.
Мы — малыши галактики?
Вопрос о времени зарождения органической жизни на Земле самым тесноватым образом связан с тем, как эта самая жизнь появилась на планетке. Как понятно, сама Земля сформировалась 4,5–4,6 миллиардов годов назад. Достоверные свидетельства существования старых организмов — строматолиты (окаменелые остатки микробов), отысканные в Западной Австралии — датируются 3,5 миллиардов лет, другими словами ранешным археем. Самые же древнейшие свидетельства о живых организмах найдены в осадочных породах (формации Ишуа (Исуа) в Гренландии): им приписывают возраст в 3,75 миллиардов лет.
Что все-таки происходило в период меж формированием Земли и возникновением простых организмов — область даже не теорий, а гипотез. Самыми «привычными» из их стали две оппозиционные догадки: биогенеза (того, что живое может показаться только от живого) и абиогенеза — другими словами зарождения жизни из неорганических молекул.
Догадку абиогенеза доказывали независимо друг от друга русский академик Александр Иванович Опарин (1894–1980) и британец Джон Холдейн (John Burdon Sanderson Haldane, 1882–1964). Это мысль хим эволюции, которая привела к образованию обычных органических соединений из неорганических под воздействием ультрафиолетового облучения, электронных разрядов и других причин. Ученые подразумевали, что в океанах в определенный момент образовался пребиотический бульон, из которого случайным образом объединились органические молекулы, потом — подобия организмов — коацерватные капли (coacervate), отделенные от окружающей воды узкой пленкой, и позже — простые организмы.
28 сентября 1969 года поблизости городка Мерчисон в Австралии свалился метеор. Через 30 с излишним лет в его осколках итальянские исследователи в первый раз нашли инопланетные органические вещества. Фото: Geraci Giuseppe et al.; Microbes in rocks and meteorites: a new form of life unaffected by time, temperature, pressure // Rendiconti lincei. Scienze fisiche e naturali. 2001. Vol. 12. Ser. 9. Issue 1. P. 51–68
В лаборатории Опарина были синтезированы не только лишь аминокислоты (в консистенции метаналя и солей аммония под воздействием ультрафиолетового облучения), но даже растительные пигменты, к примеру, порфирин из пиррола и метаналя. Правда, эта догадка не разъясняет, как конкретно мог произойти переход от органических молекул к простым организмам, также как в этом бульоне могли показаться молекулы нуклеотидов — РНК и ДНК, которые как раз несут ответственность за важное свойство живых организмов — передачу наследной инфы. На такое образование сложных молекул методом случайного соединения навряд ли хватило бы и 5 миллиардов лет.
Другая догадка — о том, что живое может происходить только от живого. Германский натурфилософ и естествоиспытатель Лоренц Океном (Lorenz Oken, 1779–1851) определил эту идею в виде афоризма: omne vivum ex vivo — все живое от живого. Философские взоры Окена были очень популярны в Рф в XIX веке. Пожалуй, более узнаваемых его последователей был другой русский академик — Владимир Иванович Вернадский (1863–1945). Ещё сначала ХХ века он обозначил круг более принципиальных вопросов, на которые наука должна находить ответ. Некие из их животрепещущи и сейчас: «Было ли когда-нибудь начало жизни и живого, либо жизнь и живое такие же нескончаемые базы космоса, какими являются материя и энергия? Свойственны ли жизнь и живое только для одной Земли, либо это есть общее проявление космоса? Имела ли она начало на Земле, зародилась ли в ней? Либо же в готовом виде просочилась в нее снаружи с других небесных светил?».
То, что жизнь «проникла… снаружи с других небесных светил» либо теория панспермии подразумевает, что она была до возникновения Земли, и могла быть занесена на эту планетку из космоса. Смысл ответа, вобщем, очень зависел от общего научного контекста. Творчество Вернадского относится к тому времени, когда огромное распространение имела теория нескончаемой и стационарной Вселенной. Мысль панспермии тогда смотрится даже естественно: к чему разламывать голову над вопросом о происхождении жизни, если допущение о её нескончаемом существовании сходу дает ответ. Вернадский не раз выражал уверенность, что жива материя сосуществует с неживой, хотя и не мог отыскать ей подтверждений. После того как в 1960-е годы всеобщее признание получила теория Огромного взрыва, догадка панспермии утратила свою достаточность. Сейчас она только отодвигает вопрос о месте, времени и методе возникновении жизни, но не решает его.
Все же догадка о «заражении» Земли жизнью опять интенсивно дискуссируется. Это вышло после открытия жизнестойких микробов, способных в спящей форме выжить снутри камешков и кристаллов. Такое открытие сделали в прошедшем году двое ученых из Института Федерика II (Неаполь) — доктор геологии Бруно Д’Ардженьо (Bruno D’Argenio) и доктор молекулярной биологии Джузеппе Герачи (Giuseppe Geraci). Микроорганизмы (нареченные CRYMS — от CRYstal Microbes) были обнаружены и снутри нескольких метеоров. CRYMS очень устойчивы к жестоким наружным условиям; а будучи извлеченными из породы, возобновляют жизнедеятельность.
Есть и другие свидетельства инопланетного происхождения органических молекул. Так, при исследования состава Мерчисонского метеора в Австралии обнаружились азотистые основания, нужные для синтеза молекул нуклеиновых кислот ДНК и РНК. При помощи радиоуглеродного анализа удалось установить, что эти молекулы сформировались не на Земле, а не считая того, смогли в целости и сохранности пропутешествовать через космос и земную атмосферу.
Древняя жизнь
Но, если жизнь может существовать в космосе, то, полностью может быть, что её зарождение началось еще ранее, чем можно было бы для себя представить. Органические молекулы могли показаться ещё на стадии формирования будущих планет, крутящихся вокруг центральной звезды. В газово-пылевых облаках содержался водород, азот, угарный газ, цианистый водород и другие относительно обыкновенные молекулы, из которых вероятен синтез органики. Ученые из Института катализа СО РАН под управлением академика Валентина Николаевича Пармона провели ряд расчетов и моделирования для подтверждения того, что такие реакции были вероятны (правда, при участии жестких частиц-катализаторов, содержащих железо, никель и кремний).
На этом ученые из Института катализа не тормознули, и решили просмотреть и дополнить имеющиеся представления о том, как конкретно могла зародиться органическая жизнь на старой Земле.
Опытам Золя Шпигельмана 1960-х годов Ричард Докинз (Richard Dawkins) предназначил отдельную главу в книжке «Слепой часовщик» (Blind Watchmaker): «В пробирке, при помощи РНК-репликазы, молекулы РНК действовали как матрицы для синтеза копий себя. Механизмы и проекты были экстрагированы, и хранились в холодильнике раздельно друг от друга. Потом, как они получили доступ друг к другу … оба возвратились своим старенькым злодейским штуковинам — даже невзирая на то, что они были в пробирке, а не в живой клетке». Фото courtesy of the University of Illinois at Urbana-Champaign Archives
На не так давно сформировавшейся планетке вели взаимодействие меж собой вещества, поступающие как из космоса, так и из её недр. Эти хим реакции соперничали меж собой за субстраты («пищу» для реакций). В конечном итоге побеждали самые резвые из их, как будто в доказательство идеи философа Карла Поппера, естественный отбор существовал уже на стадии хим процессов. Потому для реакций важны были катализаторы, а лидировали посреди реакций те, что могли катализироваться своими продуктами.
Последующей ступенью полностью могли стать автокаталитические циклы, при которых синтезируются не только лишь катализаторы, да и возобновляются субстраты, другими словами начальные вещества. Примером таковой реакции может быть реакция Бутлерова, при которой из метаналя образуются сахара, которые, в свою очередь, выступают катализаторами этой реакции. Автокаталитические циклы, по воззрению создателей исследования — это уже практически жизнь.
Тут же появляется последующий краеугольный вопрос: какие из нужных для органической жизни молекул появились первыми? Если, как принято считать, первыми появились белки, то каким образом сохранялась наследная информация? Если же ДНК — то как осуществлялись все остальные работы в клеточке, которые могут делать только белки?
Возникновению новейшей догадки послужили два открытия: то, что у многих вирусов наследная информация хранится в молекулах не ДНК, а РНК, также открытие в 80-х годах прошедшего века Томасом Кечем (Thomas R. Cech) и Сидни Альтманом (Sidney Altman) рибозим — специфичных молекул РНК. Рибозимы владеют каталитическими качествами и могут производить структурные функции в клеточке (как белки), храня при всем этом наследную информацию. Конкретно это их сочетание привело к предположению о существовании РНК-мира — ранешней стадии эволюции жизни. Эту эру РНК-мира спецы помещают кое-где меж 4,3 и 3,8 миллиардов лет.
Подразумевается, что РНК могли сформировывать молекулярные колонии на поверхностях минералов, и обмениваться участками вместе. Позднее (при накоплении случайных мутаций) вышло «разделение труда»: за хранение инфы стала отвечать ДНК, также появились белки — более действенные катализаторы. РНК стала меж ними «посредником».
И все-же научное доказательство гипотез о начале мира практически нереально: инфы о древнем периоде существования нашей планетки очень не достаточно, и воспроизвести те геологические и климатические условия трудно. Не считая того, в вопросе о появлении жизни трудно оставаться в рамках чисто научных мнений и не отклониться в область метафизики.
Вопрос о том, к какому лагерю примкнуть, больше похож на вопрос о свободе исповедания. Невзирая на возникновение новых фактов, усложнение и все большее технологическое совершенство оборудования, ни одна из гипотез стопроцентно не подтверждается. Трактовать новые факты можно по-разному, и по-разному примерять их к теориям. Узнаем ли мы когда-нибудь, как и где происходило зарождение жизни в её био нюансе, — непонятно. Тема эта, но, одна из любопытнейших в мире, — может быть ведь, что, узнав о самом начале нашего пути, мы сможем осознать что-то и про себя, ведь люди, согласно Вернадскому, неотделимы от мира вокруг нас.
Светлана Волошина
