Жизнь пришла из космоса?
Многих из нас интересует каким образом на нашей маленькой планете смогла появиться и развиться живая материя? Чтобы получить ответ на данный вопрос поиск ведут специалисты различных областей знаний, в числе которых есть и такие, кто изучает биологические аспекты существования не только земной жизни, но и на различных, в том числе удалённых космических телах в нашей Вселенной. Совершенно новые подходы для решения этой сложнейшей проблемы недавно предложены были в исследованиях, которые проводились в Институте цитологии РАН.
Астробиология — это сравнительно новая научная дисциплина, которая возникла на стыке таких областей науки, как астрономия, химия, молекулярная биология, палеонтология, экология. Одним из главных направлений поиска является изучение процессов формирований базовых структур живой материи, иначе говоря, молекулярных биополимеров. Единственная из известных доныне, земная ее форма была синтезирована из общего предшественника. И каким же был исходный источник органики, который либо сформировался уже в пределах нашей планеты, либо прибыл на Землю из космоса? Что же помогло соединиться в молекулы начальные компоненты и какие силы сумели привести к развитию систем, которые способны получить из окружающей среды энергию и использовать её для сотворения своих собственных копий?
Тщательное изучение происхождения и химической природы органических и неорганических структур, а также энергетических источников и микроокружения, которые существовали на первичной стадии существования Земли, даст в перспективе возможность составить более полное представление в контексте возникновения жизни. Если иметь в качестве предположительного первичный источник органических компонентов, и знать об альтернативных путях формирования белков, нуклеиновых кислот и липидоподобных молекул, можно в конце концов понять их дальнейшую эволюцию. И в этом значительную роль играют лабораторные эксперименты, которые моделируют физико-химические процессы на ранних этапах истории нашей планеты. Полимеризация простейших молекул привела к следующей стадии эволюции — к появлению протоклетки, которая оказалась способной к саморепликации, что в конечном счёте поспособствовало формированию общего «предка» для всех живых организмов.
Временная шкала космической, химической и биологической эволюции - это период времени между увеличением метеоритных бомбардировок и появлением ДНК по геологическим меркам необычайно краток
Довольно важен вопрос о некоем гипотетическом обмене биологического материала между различными планетами, потому что нельзя исключать, что жизнь формировалась вне Земли и только впоследствии привнесена была на неё космическими телами. Обоснование этого предположения нуждается в теоретической оценке количества транспортируемой органической материи, изучении метеоритов и иных средств её доставки.
Процесс появления первичных живых структур, в результате которого из одних молекул возникли другие, более сложные их виды, подробно описывается в теории предбиологической эволюции. В основе этой идеи, которая была сформулирована в начале 20-х годов прошлого века, в то время ещё молодым биохимиком, а впоследствии ставшим академиком АН СССР Александром Опариным (1894-1980). Исходя из этой теории вышеупомянутые органические соединения стали исходными компонентами при формировании клеток. А сама жизнь — это результат общего развития во Вселенной материи, одним из этапов которого, собственно говоря, является эволюция вещества от простейших газообразных соединений до полимерных молекул и многомолекулярных систем. Сам Опарин считал, что небольшие органические молекулы, которые нужны для создания примитивных форм жизни, формировались в протоатмосфере, в которой преобладал метан. При низком содержании кислорода и под непосредственным влиянием ультрафиолетового излучения Солнца, а также электрических разрядов и вулканической деятельности, там происходили весьма интенсивные химические превращения первичного материала. В реакцию между собой вступали углекислый газ, водяные пары, метан, аммиак и пр. Появление жизни на Земле Опариным рассматривалось в качестве вполне закономерного результата эволюции углеродистых соединений. После накопления определённого количества биомассы, которая стала возможной из-за попадания метеоритов и частиц космической пыли в пределы поверхности Земли (особенно во время достаточно интенсивных метеоритных бомбардировок) и появления первичной атмосферы были сформированы предпосылки для начала последующего, более сложного этапа химической эволюции.
Чтобы подтвердить описанные идеи Стенли Миллер в 1953 г. в стенах Чикагского университета провел модельный опыт средствами воздействия электрических разрядов на смесь метана, аммиака, водорода и воды. И в результате ему удалось получить четыре из 20-ти аминокислот, которые существуют в природе, через промежуточное формирование циановодорода и формальдегида. Подобный лабораторный синтез успешно происходит при использовании окислительной газовой смеси, которая содержит значительный процент водорода. Возможность синтеза органических веществ в подобных условиях были впоследствии подтверждены также многими другими исследователями, которые моделировали условия, существовавшие на первобытной Земле.
А так называемая теория панспермии, которая предполагает доставку на Землю материальных носителей жизни из другой звездной системы, сформулирована была ещё раньше, в 1884 г. И автором её являлся шведский физикохимик, нобелевский лауреат 1903 г. Сванте Аррениус (с 1925 года иностранный почётный член АН СССР). Последние научные открытия подтверждают совершенно реальную правомерность данной идеи. Кроме разнообразных видов космической радиации, которая является энергетической базой для формирования молекулярных структур, возможно, также существовала и «прямая доставка» органического материала из недр Вселенной — тех самых простейших биомолекул, которые впоследствии и образовали более сложные вещества. В то время отсутствие атмосферы у Земли могло позволить естественным носителям — метеоритам и частицам космической пыли — совершенно беспрепятственно оказываться на её поверхности, тем самым повышая концентрацию органических молекул в верхних слоях литосферы. При этом наличие углеродистых соединений в составе метеоритов сегодня радиоастрономическими наблюдениями, а также исследованиями «небесного» вещества, попавшего на нашу планету, неопровержимо доказано.
В различных областях межзвёздного пространства обнаруживаются различные углеродосодержащие соединения — от метана до фуллеренов (фуллерены — это аллотропная форма углерода, которая вместе с алмазом и графитом, обладает сложной трёхмерной структурой). Предположительно, они возникают под действием космического излучения на частичках межзвездных пылевых облаков. Кстати, синтез этих молекул, возможно, происходил не только задолго до появления на Земле жизни, но и вовсе до её появления. Одним словом к моменту формирования устойчивой литосферы на Земле во Вселенной уже накопилось огромное количество первичного органического материала, который, попав на земную поверхность, собственно говоря, мог послужить здесь источником дальнейшего абиогенного (то есть без участия живых организмов) синтеза более сложных молекул.
Изучение образцов космической пыли как из верхних слоёв земной атмосферы, так и из гренландского и антарктического льда говорит: ежедневно Землёй захватывается подобных частиц только в виде микрометеоритов в количестве около 50-100 тонн. Это совершенно допускает вероятную роль метеоритов в доставке на раннюю Землю в период от 4,2 до 3,9 миллиардов лет назад комплексной органики, когда их поток был даже на несколько порядков выше, чем сейчас. Углистые микрометеориты могли принести за вышеуказанные 300 миллионов лет интенсивной бомбардировки около 1020 г углерода, что несколько превышает его современное содержание в поверхностной биомассе Земли (~ 1018 г).
При ударе о земную поверхность крупного метеорита выбиваемые им органические частицы могли достичь высоких скоростей и быть перенесены на достаточно большие расстояния в пределах нашей Солнечной системы. Хорошо известно, что во время такого переноса отмечается большая устойчивость низкомолекулярных структур и бактериальных спор по отношению к ударным волнам и ультра-фиолетовому облучению при условиях низких температур. При том чем проще такая биологическая система, тем выше её способность к выживанию в столь экстремальных условиях.
Великолепным научным полигоном для изучения данных проблем является околоземная орбита, где имеются различные виды энергетических воздействий: ультрафиолет, космические лучи, потоки заряженных частиц и ещё многое другое, что в данные времена полностью поглощается или частично задерживается атмосферой. Однако, на первых этапах существования Земли, когда практически полностью отсутствовала газообразная защитная оболочка, вышеуказанные источники энергии действовали совершенно беспрепятственно, запуская реакции абиогенного синтеза - точно так же, как и в нынешнем космическом пространстве. И сейчас, рассматривая процесс начальных стадий молекулярного синтеза, мы будто бы возвращаемся на 4 миллиарда лет назад, когда практически любое излучение могло достигать земной поверхности. Все эти воздействия, полный спектр которых ныне представлен на околоземной орбите, весьма интересны для исследователей с точки зрения влияния на живые структуры и биоорганические молекулы. Взаимодействие последних под влиянием разнообразных видов космического излучения может давать ключ к пониманию того, как из набора отдельных молекул зарождалась жизнь. Но стоит отметить: первичные полимеры нельзя в полной мере называть живыми системами, хотя они и являются основными объектами химической эволюции, которая создала предпосылки для перехода к биологической эволюции.
Околоземная орбита также предоставляет учёным уникальную возможность изучить влияние космической радиации на синтез биоорганических соединений. Ведь если ультра-фиоллетовый поток в разреженной межзвездной среде для фотонов с энергией более 6 эВ составляет 108 фотон • см-2 • сек-1, то на околоземной орбите его интенсивность намного больше - 9 • 1015 фотон • см-2 • сек-1, а величина такого излучения в течении двух недель будет равной 108 864 • 1017 фотон • см-2. Чтобы достичь подобной дозы облучения в разреженной межзвёздной среде, объекту необходимо совершать путешествие длиной в 3,45* 106 лет. Значит, на нашей орбите складываются совершенно уникальные условия, благодаря которым в течении полумесяца возможно получить поток излучения, который равен поглощенному химическими структурами за 3 миллиона лет пребывания в разреженном межзвёздном пространстве! И если при всём при этом происходит усложнение молекулярной структуры, значит, на Землю могли прибывать уже более сложные по сравнению с исходными соединения.
Прибор «Медуза»
Усовершенствованный вариант - прибор «Персей»
Таким образом, космическое пространство помогает в условиях, близких к существовавшим на первичной Земле, под воздействием природных источников энергии смоделировать процесс формирования биологических молекул. Именно поэтому в астробиологических экспериментах мы пытаемся проследить пути синтеза пептидов и нуклеотидов, которые являются исходным материалом для построения нуклеиновых кислот и белков. В качестве исследуемых веществ берём нуклеозиды аденозин, дезоксиаденозин, тимидин, уридин и аминокислоты глицин и триптофан. Все данные вещества были экспонированы на орбите в виде сухих плёнок, которые были получены из базового раствора исходных компонентов. Во время приготовления препаратов в них добавлялся неорганический фосфат для проверки возможности синтеза нуклеотидов. На орбитальных станциях «Салют-6» (1978 г.), «Салют-7» (1985 г.), «Мир» (1986 г.) устанавливался специально разработанный в нашем институте прибор «Медуза», который закреплялся на внешних обшивках космических аппаратов, чтобы исследуемые образцы могли подвергаться прямому воздействию всех вышеперечисленных факторов космического пространства. До начала эксперимента с прибора вручную снималась специальная шторка, а после завершения экспозиции он демонтировался с поверхности станции и помещался внутрь корабля. (Обе эти операции производились при очередных выходах участников экспедиций в открытый космос.) После возвращения прибора на Землю образцы исследовались на предмет появления в них новых, более сложных соединений, которые также входят в состав белков и нуклеиновых кислот. Во время проведения международных экспериментов на орбитальной станции «Мир» (1999 г.) использовался усовершенствованный вариант «Медузы» — прибор «Персей».
На биоспутниках «Космос-2044» (1989 г.) и «Бион-11» (1996-1997 гг.) для подобных экспериментов использовался наружный контейнер с сухими препаратами изучаемых образцов. Его устанавливали в момент старта, а после выведения на орбиту крышка его автоматически открывалась. При всех экспериментах контрольные образцы находились внутри летательных аппаратов, где они подвергались только воздействию невесомости, совершшенно не влиявшей на образование новых соединений.
В результате экспериментов были получены данные, которые доказывают возможность абиогенного синтеза в условиях космического пространства, которые были сходны с радиационной атмосферой первичной Земли. В конечном растворе обнаружены были природные нуклеотиды, которые входят в состав нуклеиновых кислот — 2'-, 3'- и 5'- нуклеозидмонофосфатов. При этом преобладающим продуктом в конечной смеси во всех случаях был 5'-нуклеозидмонофосфат. Подобная закономерность существует также в природе — нуклеотиды, которые встречаются в клетке в свободной форме, содержат фосфатную группу преимущественно в 5' положении, потому что в ферментативных реакциях синтеза или распада нуклеиновых кислот в качестве промежуточных продуктов образуются нуклеозид-5'-фосфаты. В смесях, которые были получены после облучения аминокислот, идентифицированы полипептидные соединения — ди-, три- и тетрапептиды, которые свидетельствуют: в данном случае также происходит усложнение структуры исходных веществ.
Изучили также предел устойчивости органических структур на воздействие агрессивной среды, и условия, при которых синтезированные молекулы могли оставаться в стабильном состоянии. Принципиально новым во всех происходивших экспериментах было то, что они проводились при отсутствии воды, что существенно усложняло ход химических реакций. Безусловно, синтез в водной или газообразной среде обычно проходит более быстро и с гораздо большим выходом, однако, ни на первичной Земле, ни в космосе воды в жидком состоянии не существовало! Новым также явилось использование неорганических подложек внеземного происхождения, для чего использовали лунный грунт, а также частицы метеоритов, которые позволили говорить об их защитных и даже каталитических свойствах. Использованный в эксперименте лунный базальт из Моря Изобилия в 1970 году на Землю доставила автоматическая станция «Луна-16», а частицы метеоритов Алленде и Мерчисона, которые упали на поверхность планеты в 1969 году, нам передали соответственно из Южной Америки и Австралии. Оба метеорита относятся к одному и тому же классу углистых хондритов и для них вполне характерно повышенное содержание углерода.
Если анализировать результаты полётных экспериментов под углом теории происхождения жизни, можно уверенно утверждать: предположение о вероятности формирования предбиологических живых структур на Земле вполне правомерно. Но с другой стороны, синтез новых соединений при условиях космического полета даёт тезис о вероятности доставки их в пределы земной литосферы извне. Таким образом, смыкаются обе теории появления жизни — земная и внеземная, и они совершенно не противоречат, а только дополняют друг друга. Если предполагать, что количество органического материала пополнялось как за счёт внутренних ресурсов, так и в результате доставки извне, можно прямо отвечать на вопрос о довольно скором периоде химической эволюции (105-107 лет), который предшествовал биологической эволюции, в результате который и смогли появиться современные формы жизни.
Безусловно, нам ещё нужно будет найти ответы на всё новые, и более сложные вопросы о пути и способе самоорганизации материи на Земле, а также её преобразовании в первые живые структуры. Но какими бы эти результаты такого поиска не оказались, появление на нашей планете жизни — совершенно уникальный дар природы, и мы должны ей быть благодарны за возможность приоткрыть хоть небольшую часть её секретов.
По материалам статьи кандидата физико-математических наук Натальи ГОНТАРЕВОЙ, доктора биологических наук Евгении КУЗИЧЕВОЙ, Институт цитологии РАН (Санкт-Петербург)
День за днем
PG: В целом, всё понятно, и мы согласны, что «кирпичики» наших молекул из чего-то должны были складываться. Но вот то, из чего складывается «душа» живых организмов, научный мир пока стыдливо избегает. А ведь это также является одной из составляющей части нашего организма. Возможно, ответ придёт после того, как учёные научатся регистрировать не только жёсткие космические излучения, но и весьма деликатную энергетическую составляющую живых организмов. И тогда видимо всё встанет на свои места, и будут получены те самые «ответы на всё новые, и более сложные вопросы о пути и способе самоорганизации материи на Земле», и конечно же о «преобразовании её в первые живые структуры».
Тщательное изучение происхождения и химической природы органических и неорганических структур, а также энергетических источников и микроокружения, которые существовали на первичной стадии существования Земли, даст в перспективе возможность составить более полное представление в контексте возникновения жизни. Если иметь в качестве предположительного первичный источник органических компонентов, и знать об альтернативных путях формирования белков, нуклеиновых кислот и липидоподобных молекул, можно в конце концов понять их дальнейшую эволюцию. И в этом значительную роль играют лабораторные эксперименты, которые моделируют физико-химические процессы на ранних этапах истории нашей планеты. Полимеризация простейших молекул привела к следующей стадии эволюции — к появлению протоклетки, которая оказалась способной к саморепликации, что в конечном счёте поспособствовало формированию общего «предка» для всех живых организмов.
Временная шкала космической, химической и биологической эволюции - это период времени между увеличением метеоритных бомбардировок и появлением ДНК по геологическим меркам необычайно краток
Довольно важен вопрос о некоем гипотетическом обмене биологического материала между различными планетами, потому что нельзя исключать, что жизнь формировалась вне Земли и только впоследствии привнесена была на неё космическими телами. Обоснование этого предположения нуждается в теоретической оценке количества транспортируемой органической материи, изучении метеоритов и иных средств её доставки.
Процесс появления первичных живых структур, в результате которого из одних молекул возникли другие, более сложные их виды, подробно описывается в теории предбиологической эволюции. В основе этой идеи, которая была сформулирована в начале 20-х годов прошлого века, в то время ещё молодым биохимиком, а впоследствии ставшим академиком АН СССР Александром Опариным (1894-1980). Исходя из этой теории вышеупомянутые органические соединения стали исходными компонентами при формировании клеток. А сама жизнь — это результат общего развития во Вселенной материи, одним из этапов которого, собственно говоря, является эволюция вещества от простейших газообразных соединений до полимерных молекул и многомолекулярных систем. Сам Опарин считал, что небольшие органические молекулы, которые нужны для создания примитивных форм жизни, формировались в протоатмосфере, в которой преобладал метан. При низком содержании кислорода и под непосредственным влиянием ультрафиолетового излучения Солнца, а также электрических разрядов и вулканической деятельности, там происходили весьма интенсивные химические превращения первичного материала. В реакцию между собой вступали углекислый газ, водяные пары, метан, аммиак и пр. Появление жизни на Земле Опариным рассматривалось в качестве вполне закономерного результата эволюции углеродистых соединений. После накопления определённого количества биомассы, которая стала возможной из-за попадания метеоритов и частиц космической пыли в пределы поверхности Земли (особенно во время достаточно интенсивных метеоритных бомбардировок) и появления первичной атмосферы были сформированы предпосылки для начала последующего, более сложного этапа химической эволюции.
Чтобы подтвердить описанные идеи Стенли Миллер в 1953 г. в стенах Чикагского университета провел модельный опыт средствами воздействия электрических разрядов на смесь метана, аммиака, водорода и воды. И в результате ему удалось получить четыре из 20-ти аминокислот, которые существуют в природе, через промежуточное формирование циановодорода и формальдегида. Подобный лабораторный синтез успешно происходит при использовании окислительной газовой смеси, которая содержит значительный процент водорода. Возможность синтеза органических веществ в подобных условиях были впоследствии подтверждены также многими другими исследователями, которые моделировали условия, существовавшие на первобытной Земле.
А так называемая теория панспермии, которая предполагает доставку на Землю материальных носителей жизни из другой звездной системы, сформулирована была ещё раньше, в 1884 г. И автором её являлся шведский физикохимик, нобелевский лауреат 1903 г. Сванте Аррениус (с 1925 года иностранный почётный член АН СССР). Последние научные открытия подтверждают совершенно реальную правомерность данной идеи. Кроме разнообразных видов космической радиации, которая является энергетической базой для формирования молекулярных структур, возможно, также существовала и «прямая доставка» органического материала из недр Вселенной — тех самых простейших биомолекул, которые впоследствии и образовали более сложные вещества. В то время отсутствие атмосферы у Земли могло позволить естественным носителям — метеоритам и частицам космической пыли — совершенно беспрепятственно оказываться на её поверхности, тем самым повышая концентрацию органических молекул в верхних слоях литосферы. При этом наличие углеродистых соединений в составе метеоритов сегодня радиоастрономическими наблюдениями, а также исследованиями «небесного» вещества, попавшего на нашу планету, неопровержимо доказано.
В различных областях межзвёздного пространства обнаруживаются различные углеродосодержащие соединения — от метана до фуллеренов (фуллерены — это аллотропная форма углерода, которая вместе с алмазом и графитом, обладает сложной трёхмерной структурой). Предположительно, они возникают под действием космического излучения на частичках межзвездных пылевых облаков. Кстати, синтез этих молекул, возможно, происходил не только задолго до появления на Земле жизни, но и вовсе до её появления. Одним словом к моменту формирования устойчивой литосферы на Земле во Вселенной уже накопилось огромное количество первичного органического материала, который, попав на земную поверхность, собственно говоря, мог послужить здесь источником дальнейшего абиогенного (то есть без участия живых организмов) синтеза более сложных молекул.
Изучение образцов космической пыли как из верхних слоёв земной атмосферы, так и из гренландского и антарктического льда говорит: ежедневно Землёй захватывается подобных частиц только в виде микрометеоритов в количестве около 50-100 тонн. Это совершенно допускает вероятную роль метеоритов в доставке на раннюю Землю в период от 4,2 до 3,9 миллиардов лет назад комплексной органики, когда их поток был даже на несколько порядков выше, чем сейчас. Углистые микрометеориты могли принести за вышеуказанные 300 миллионов лет интенсивной бомбардировки около 1020 г углерода, что несколько превышает его современное содержание в поверхностной биомассе Земли (~ 1018 г).
При ударе о земную поверхность крупного метеорита выбиваемые им органические частицы могли достичь высоких скоростей и быть перенесены на достаточно большие расстояния в пределах нашей Солнечной системы. Хорошо известно, что во время такого переноса отмечается большая устойчивость низкомолекулярных структур и бактериальных спор по отношению к ударным волнам и ультра-фиолетовому облучению при условиях низких температур. При том чем проще такая биологическая система, тем выше её способность к выживанию в столь экстремальных условиях.
Великолепным научным полигоном для изучения данных проблем является околоземная орбита, где имеются различные виды энергетических воздействий: ультрафиолет, космические лучи, потоки заряженных частиц и ещё многое другое, что в данные времена полностью поглощается или частично задерживается атмосферой. Однако, на первых этапах существования Земли, когда практически полностью отсутствовала газообразная защитная оболочка, вышеуказанные источники энергии действовали совершенно беспрепятственно, запуская реакции абиогенного синтеза - точно так же, как и в нынешнем космическом пространстве. И сейчас, рассматривая процесс начальных стадий молекулярного синтеза, мы будто бы возвращаемся на 4 миллиарда лет назад, когда практически любое излучение могло достигать земной поверхности. Все эти воздействия, полный спектр которых ныне представлен на околоземной орбите, весьма интересны для исследователей с точки зрения влияния на живые структуры и биоорганические молекулы. Взаимодействие последних под влиянием разнообразных видов космического излучения может давать ключ к пониманию того, как из набора отдельных молекул зарождалась жизнь. Но стоит отметить: первичные полимеры нельзя в полной мере называть живыми системами, хотя они и являются основными объектами химической эволюции, которая создала предпосылки для перехода к биологической эволюции.
Околоземная орбита также предоставляет учёным уникальную возможность изучить влияние космической радиации на синтез биоорганических соединений. Ведь если ультра-фиоллетовый поток в разреженной межзвездной среде для фотонов с энергией более 6 эВ составляет 108 фотон • см-2 • сек-1, то на околоземной орбите его интенсивность намного больше - 9 • 1015 фотон • см-2 • сек-1, а величина такого излучения в течении двух недель будет равной 108 864 • 1017 фотон • см-2. Чтобы достичь подобной дозы облучения в разреженной межзвёздной среде, объекту необходимо совершать путешествие длиной в 3,45* 106 лет. Значит, на нашей орбите складываются совершенно уникальные условия, благодаря которым в течении полумесяца возможно получить поток излучения, который равен поглощенному химическими структурами за 3 миллиона лет пребывания в разреженном межзвёздном пространстве! И если при всём при этом происходит усложнение молекулярной структуры, значит, на Землю могли прибывать уже более сложные по сравнению с исходными соединения.
Прибор «Медуза»Усовершенствованный вариант - прибор «Персей»
Таким образом, космическое пространство помогает в условиях, близких к существовавшим на первичной Земле, под воздействием природных источников энергии смоделировать процесс формирования биологических молекул. Именно поэтому в астробиологических экспериментах мы пытаемся проследить пути синтеза пептидов и нуклеотидов, которые являются исходным материалом для построения нуклеиновых кислот и белков. В качестве исследуемых веществ берём нуклеозиды аденозин, дезоксиаденозин, тимидин, уридин и аминокислоты глицин и триптофан. Все данные вещества были экспонированы на орбите в виде сухих плёнок, которые были получены из базового раствора исходных компонентов. Во время приготовления препаратов в них добавлялся неорганический фосфат для проверки возможности синтеза нуклеотидов. На орбитальных станциях «Салют-6» (1978 г.), «Салют-7» (1985 г.), «Мир» (1986 г.) устанавливался специально разработанный в нашем институте прибор «Медуза», который закреплялся на внешних обшивках космических аппаратов, чтобы исследуемые образцы могли подвергаться прямому воздействию всех вышеперечисленных факторов космического пространства. До начала эксперимента с прибора вручную снималась специальная шторка, а после завершения экспозиции он демонтировался с поверхности станции и помещался внутрь корабля. (Обе эти операции производились при очередных выходах участников экспедиций в открытый космос.) После возвращения прибора на Землю образцы исследовались на предмет появления в них новых, более сложных соединений, которые также входят в состав белков и нуклеиновых кислот. Во время проведения международных экспериментов на орбитальной станции «Мир» (1999 г.) использовался усовершенствованный вариант «Медузы» — прибор «Персей».
На биоспутниках «Космос-2044» (1989 г.) и «Бион-11» (1996-1997 гг.) для подобных экспериментов использовался наружный контейнер с сухими препаратами изучаемых образцов. Его устанавливали в момент старта, а после выведения на орбиту крышка его автоматически открывалась. При всех экспериментах контрольные образцы находились внутри летательных аппаратов, где они подвергались только воздействию невесомости, совершшенно не влиявшей на образование новых соединений.
В результате экспериментов были получены данные, которые доказывают возможность абиогенного синтеза в условиях космического пространства, которые были сходны с радиационной атмосферой первичной Земли. В конечном растворе обнаружены были природные нуклеотиды, которые входят в состав нуклеиновых кислот — 2'-, 3'- и 5'- нуклеозидмонофосфатов. При этом преобладающим продуктом в конечной смеси во всех случаях был 5'-нуклеозидмонофосфат. Подобная закономерность существует также в природе — нуклеотиды, которые встречаются в клетке в свободной форме, содержат фосфатную группу преимущественно в 5' положении, потому что в ферментативных реакциях синтеза или распада нуклеиновых кислот в качестве промежуточных продуктов образуются нуклеозид-5'-фосфаты. В смесях, которые были получены после облучения аминокислот, идентифицированы полипептидные соединения — ди-, три- и тетрапептиды, которые свидетельствуют: в данном случае также происходит усложнение структуры исходных веществ.
Изучили также предел устойчивости органических структур на воздействие агрессивной среды, и условия, при которых синтезированные молекулы могли оставаться в стабильном состоянии. Принципиально новым во всех происходивших экспериментах было то, что они проводились при отсутствии воды, что существенно усложняло ход химических реакций. Безусловно, синтез в водной или газообразной среде обычно проходит более быстро и с гораздо большим выходом, однако, ни на первичной Земле, ни в космосе воды в жидком состоянии не существовало! Новым также явилось использование неорганических подложек внеземного происхождения, для чего использовали лунный грунт, а также частицы метеоритов, которые позволили говорить об их защитных и даже каталитических свойствах. Использованный в эксперименте лунный базальт из Моря Изобилия в 1970 году на Землю доставила автоматическая станция «Луна-16», а частицы метеоритов Алленде и Мерчисона, которые упали на поверхность планеты в 1969 году, нам передали соответственно из Южной Америки и Австралии. Оба метеорита относятся к одному и тому же классу углистых хондритов и для них вполне характерно повышенное содержание углерода.
Если анализировать результаты полётных экспериментов под углом теории происхождения жизни, можно уверенно утверждать: предположение о вероятности формирования предбиологических живых структур на Земле вполне правомерно. Но с другой стороны, синтез новых соединений при условиях космического полета даёт тезис о вероятности доставки их в пределы земной литосферы извне. Таким образом, смыкаются обе теории появления жизни — земная и внеземная, и они совершенно не противоречат, а только дополняют друг друга. Если предполагать, что количество органического материала пополнялось как за счёт внутренних ресурсов, так и в результате доставки извне, можно прямо отвечать на вопрос о довольно скором периоде химической эволюции (105-107 лет), который предшествовал биологической эволюции, в результате который и смогли появиться современные формы жизни.
Безусловно, нам ещё нужно будет найти ответы на всё новые, и более сложные вопросы о пути и способе самоорганизации материи на Земле, а также её преобразовании в первые живые структуры. Но какими бы эти результаты такого поиска не оказались, появление на нашей планете жизни — совершенно уникальный дар природы, и мы должны ей быть благодарны за возможность приоткрыть хоть небольшую часть её секретов.
По материалам статьи кандидата физико-математических наук Натальи ГОНТАРЕВОЙ, доктора биологических наук Евгении КУЗИЧЕВОЙ, Институт цитологии РАН (Санкт-Петербург)
День за днем
PG: В целом, всё понятно, и мы согласны, что «кирпичики» наших молекул из чего-то должны были складываться. Но вот то, из чего складывается «душа» живых организмов, научный мир пока стыдливо избегает. А ведь это также является одной из составляющей части нашего организма. Возможно, ответ придёт после того, как учёные научатся регистрировать не только жёсткие космические излучения, но и весьма деликатную энергетическую составляющую живых организмов. И тогда видимо всё встанет на свои места, и будут получены те самые «ответы на всё новые, и более сложные вопросы о пути и способе самоорганизации материи на Земле», и конечно же о «преобразовании её в первые живые структуры».
Можно, конечно рассказывать сказки про незалэжность и прочую байду, но впечатление такое, что пахнет здесь стремлением понравиться новым хозяевам. Хуже всего, что из братьев-украинцев (я народ имею ввиду, не политиков) политики продажных шкур делают.
Не все то золото, что блестит