Гипотеза занесения жизни на землю из космоса. Жизнь на Землю занесена из космоса? Ускоренная обратная панспермия
Пожалуй, все знакомы с теорией Дарвина. Её преподают в школах как научный факт происхождения человека на Земле. По мнению Чарльза Дарвина , Homo Sapiens появился в результате эволюции и естественного отбора, превратившись из обычной обезьяны в человека разумного. Однако до сих пор эта теория подвергается критике. Противники дарвинизма считают, что автор теории недостаточно убедителен в своих научных трудах.
Однако есть значительно более странные теории.
Самозарождение
Теории спонтанного зарождения жизни на Земле придерживался Аристотель . К подобному мнению также склонялись и мыслители в Древнем Китае, Египте и Вавилоне. Все они были уверены, что определённые «частицы» вещества несут в себе некое «активное начало», и именно оно в необходимых условиях может сотворить живой организм. В качестве примера приводилось куриное яйцо, солнечный свет и гниющее мясо.
Одним из приверженцев теории самозарождения был Аристотель. Фото: www.globallookpress.com
«Жизненная сила»
Учёный В. Гельмонт в XVII веке утверждал, что за три недели самостоятельно сотворил мышей. Этого ему удалось добиться с помощью грязной рубашки, тёмного шкафа и пшеницы. Он был уверен, что решающее значение в производстве мыши имеет… человеческий пот. Именно он, по мнению Гельмонта, и был той «жизненной силой», заставляющей зарождаться живое от неживого. В частности, учёный был уверен, что подобным образом лягушки произошли от болота, мухи — от мяса, а черви — от почвы. От чего же, в конце концов, произошёл человек, Гельмонт сказать затруднился.Всё так и было?
Другая группа учёных активно отстаивала идеи о том, что Земля и всё живое на ней вовсе никогда не возникали, а так всегда и существовали сами по себе. Правда, против этой гипотезы выступают современные астрофизики, которые доказали, что время существования любых звёзд, в том числе и планетарных систем, конечно.
Космическая теория
Одна из популярных теорий возникновения жизни на Земле — космическая. Фото: nasa.gov
Ещё в 1865 году немецкий учёный Герман Эбергард Рихтер предположил, что жизнь на Землю была занесена из космоса, а живые клетки попали к нам на планету с метеоритами и космической пылью. Косвенно эта теория подтверждается высокой резистентностью некоторых организмов к радиации и экстремально низким температурам. Но тем не менее и у этой гипотезы недостаточно фактов, доказывающих внеземное происхождение микроорганизмов.
Мы — вирус
Другой вариант космического происхождения жизни на Земле предложили в 1973 году Фрэнсис Крик и Лэсли Оргел . Они были уверены, что живые клетки на Земле появились в результате преднамеренного заражения ими планеты. Якобы они были доставлены с помощью беспилотных космических аппаратов развитой инопланетной цивилизацией, которую на этот шаг вынудила пойти грядущая глобальная катастрофа. Таким образом, как следствие, современные люди на Земле — это потомки тех самых пришельцев.
Всё ненастоящее
Но есть приверженцы и куда более шокирующих версий. Так, некоторые учёные на полном серьёзе полагают, что наш мир не настоящий, а матрица. Люди в нём — бестелесные сущности, которые отрабатывают в матрице определённые навыки.
Теория водного происхождения
Биолог Алистер Харди , взяв за основу теорию Дарвина, предположил, что люди произошли от водных существ. В качестве подтверждения своих домыслов он приводит данные об обезьяне-амфибии (гидропитеке), которая вела водный образ жизни.
Теория рукокрылых
Согласно ещё одной теории, люди на Земле — потомки неких рукокрылых существ, когда-то обитавших на планете. Интересно, что изображения подобных созданий есть у шумеров. Именно такие люди-птицы присутствуют на печатях древней исчезнувшей цивилизации.
Люди-андрогины
Человек-андрогин. Иллюстрация из Нюрнбергской хроники 1493 года издания.
Мысль о том, что жизнь была занесена на Землю из космоса, имеет долгую и авторитетную историю. Анаксагор высказывал ее еще в V веке до н. э., и сам термин «панспермия» — греческий. Идею развивали крупные ученые Нового времени, такие как лорд Кельвин и Сванте Аррениус, да и современные интернет-мемы с планетами, зараженными инфекцией жизни, питаются этими представлениями. Однако с началом космической эры, когда люди стали лучше понимать всю опасность и громадные размеры межзвездного пространства, многие решили, что такое путешествие не выдержит ни один живой организм.
«Как альтернативу механизмам, предложенным еще в XIX веке, мы выдвигаем теорию направленной панспермии, намеренного переноса организмов на Землю разумными существами с другой планеты», — писали в 1972 году британский химик Лесли Орджел и нобелевский лауреат Фрэнсис Крик, один из первооткрывателей структуры ДНК. Их статья в журнале Icarus появилась через два года после того, как Орджел впервые озвучил идею перед коллегами, собравшимися в Бюраканской обсерватории в СССР, на международной конференции по коммуникациям с внеземными цивилизациями. Такая мысль проговаривалась и раньше, но лишь тогда она оформилась в последовательную гипотезу. Авторы сразу подчеркнули, что весомых причин считать ее верной нет. Зато есть два довольно примечательных наблюдения.
Кокки D. radiodurans
Возможно, самые устойчивые к радиации живые существа. Способны перенести дозу в несколько раз большую, чем другие бактерии, и в тысячи раз больше, чем люди.
На что надеяться?
Во-первых, это единство генетического кода всех живых организмов. Ведь в ДНК и человека, и очень далекой от него кишечной палочки аминокислоты зашифрованы одними и теми же триплетами нуклеотидов. По мысли Крика и Орджела, такая система должна была появиться лишь целиком и сразу или могла быть выбрана «садовниками». Ведь если бы она развивалась из более простого кода, то мы увидели бы расхождения в работе современных геномов. Даже человеческие языки используют очень разные способы кодирования одних и тех же слов, здесь же мы будто имеем дело с указанием на некий общий «праязык».
Другим доводом ученых стало загадочное пристрастие земных организмов к молибдену. Этого элемента крайне мало в морской воде и еще меньше — в минералах коры, а между тем он играет жизненно важную роль в клетках и кишечной палочки, и человека. Только у бактерий идентифицировано более 50 ферментов, неспособных работать без него, и даже нам молибден требуется в куда больших концентрациях, чем встречается в неживой природе. Вряд ли базовые биохимические процессы, формировавшиеся еще у первых протоклеток, могли основываться на элементе, добыть который так непросто. Возможно, условия их развития были другими — с избытком молибдена, инопланетными?..
Тихоходки H. dujardini
68% этих животных перенесли 10-дневное пребывание в открытом космосе, под воздействием радиации и в глубоком вакууме.
Последующие открытия серьезно пошатнули эти позиции. Сегодня фаворитами на роль первых экосистем, где могла зарождаться земная жизнь, стали «черные курильщики». Такие геотермальные источники выбрасывают в океан горячую, насыщенную множеством солей воду, и часто весьма богаты молибденом (а также и жизнью). Впоследствии даже Лесли Орджел отказался от идеи направленной панспермии, хотя Крик продолжал поддерживать ее до конца. Как показали новые открытия, он мог быть не так уж и неправ.
Что и куда?
Сегодня существование жизни вне Земли выглядит куда более реалистичным, чем в 1970-х. Астрономические наблюдения обнаружили присутствие органических веществ, порой довольно сложных, и на кометах, и в газопылевых облаках далеких галактик. В составе метеоритов найдены все нужные предшественники биомолекул. Масса хондритов включает 2−5% углерода, и до четверти его приходится на органику. Существуют свидетельства о наличии сложных молекул на Красной планете, хотя и не вполне достоверные.
При этом обмен веществом между Марсом и Землей оказался тоже впечатляющим. По современным оценкам, до сих пор на нашу планету с него падает порядка 500 кг материала в год, а раньше и того больше. И хотя почти все это количество приходится на мелкие пылинки, найдено более 30 добравшихся до нас марсианских метеоритов. В одном из них (ALH 84001) в 1996 году даже идентифицировали нечто, похожее на следы бактерий. Впрочем, не Марсом единым: в 2017 году астрономы наблюдали астероид Оумуамуа, залетевший в Солнечную систему от другой звезды. Предполагается, что каждый год нас посещают тысячи таких межзвездных странников. И почему бы одному из них не нести «споры» жизни? Благо за последние четверть века мы обнаружили тысячи далеких экзопланет.
Выяснилось, что планеты и целые планетные системы — обычное дело по всей Галактике. Открыты десятки миров, потенциально подходящих для жизни земного типа. Да и сама жизнь оказалась не так хрупка, как выглядела еще в годы публикации Крика и Орджела. За прошедшее время нашлось множество организмов, прежде всего архей, населяющих крайне экстремальные экосистемы — от тех же «черных курильщиков» до самых сухих и морозных пустынь. Эксперименты на орбите показали впечатляющие способности многих довольно сложных существ переносить космические путешествия, даже не самые кратковременные. Что уж говорить об организмах, защищенных не случайным метеоритом, а продуманным и спроектированным межзвездным зондом.
Пихта Дугласа
Ее семена совершили путешествие вокруг Луны в ходе миссии Apollo 14 и, вернувшись на Землю, благополучно проросли.
Как улететь?
Стратегию направленной панспермии еще на протяжении 1990-х разрабатывал новозеландский химик Майкл Мотнер. По его мысли, подходящими целями могли бы стать молодые протопланетные облака, расположенные не слишком далеко, в нескольких десятках световых лет. Точно рассчитанная масса и скорость зонда позволят ему оказаться в нужной области облака — там, где в будущем сформируется землеподобная планета. Движение аппарату обеспечит солнечный парус или ионная тяга, а защищенные капсулы доставят на место доли микрограмм — сотни тысяч клеток — разнообразных микробов-экстремофилов. По расчетам Мотнера, с подходящим парусом достичь соседних облаков можно будет за какие-то десятки-сотни тысяч лет, и нескольких граммов биомассы будет достаточно для «заражения».
Новое дыхание идеям ученого придал проект Genesis, предложенный немецким физиком Клаудиусом Гросом уже в 2016 году. В полном соответствии с духом времени он надеется на искусственный интеллект, который сможет обнаружить идеальные цели для направленной панспермии и подберет подходящий для этого коктейль микроорганизмов. Ученый считает, что при оптимистичном сценарии первые капсулы Genesis отправятся в полет уже через 50 лет, а при пессимистичном — через столетие. Возможно даже, что на борту они понесут не «диких» микробов, а специально спроектированные биологами клетки-полиэкстремофилы.
Скорее всего, это будут целые зародыши генно-модифицированных экосистем, в которых анаэробные (не нуждающиеся в кислороде) многоклеточные эукариоты будут ждать своего часа бок о бок с фотосинтезирующими цианобактериями, высокоустойчивыми к космической радиации. Добавим сюда некоторый набор полиэкстремофильных ГМ-клеток архей — и у нас готов комплект, теоретически способный адаптироваться и освоить даже тело, условия на котором заметно отличаются от земных. Миллиарды лет эволюции — и новые мыслящие существа на новой планете снова задумаются о своем происхождении.
Олег Гусев, заведующий лабораторией Экстремальной биологии Казанского (Приволжского) Федерального Университета и лабораторией трансляционной геномики института RIKEN (Япония)
«Стоит еще раз вспомнить киносагу про «Чужого». Все мы являемся домом для множества микробов, и даже гибель хозяина еще не означает потери жизнеспособности бактерий внутри него. Особенно если и сам хозяин не лыком шит — как устойчивые к полному обезвоживанию тихоходки или ангидробиотические личинки хирономид (комаров-звонцов. — «ПМ»). Судя по всему, путешествие внутри защищенного тела хозяина — один из реалистичных путей расселения жизни в космосе».
И все-таки зачем?
Наука не обязана отвечать на вопрос «зачем», но если мы надеемся когда-нибудь вырасти до уровня «космических инженеров», нам придется дать ответ. Хотя бы затем, что иного пути может просто не быть. Тяжело представить голую, пустынную Землю, жизнь на которой исчезла в результате катастрофы, из-за исчерпания ресурсов или естественного старения Солнца. Но еще тяжелее принять мертвую Вселенную, навсегда замолчавшую и лишенную шанса познавать себя через мыслящих существ. Возможно, мы никогда не найдем жизни на других планетах и не сможем достичь далеких звезд. И тогда за нас это сделают «споры» микроорганизмов, которые мы разошлем во все уголки космоса, заразив его жизнью.
Статья «Инфекция жизни: направленная панспермия в вопросах и ответах» опубликована в журнале «Популярная механика» (
Занесение жизни из космоса на Землю. (Панспермия).
Панспермия: развитие идеи.
Если попытаться кратко охарактеризовать панспермию, суть ее можно свести к следующему: существуют зародыши жизни, рассеянные по всей Вселенной и в принципе способные заселить любую планету, если условия на ней окажутся пригодными для развития жизни. Было бы крайне заманчиво объяснить происхождение жизни и на Земле именно таким образом-заражением нашей планеты микроорганизмами, либо случайно попавшими в момент наибольшего сближения с какой-то другой планетой или залетевшими с метеоритными частицами, либо специально посланными высокоразвитой цивилизацией. Идею панспермии высказывали еще Аристотель, а позднее Г. Лейбниц, но только в начале XX столетия от общефилософских рассуждений перешли к конкретным научным моделям. Но все-таки гипотеза панспермии не может, судя по всему, служить серьезным научным обоснованием происхождения жизни на Земле. Однако она может быть полезной для осуществления идей К. Э. Циолковского, связанных с расселением людей по планетам Солнечной системы.
Радиационная панспермия.
В 1908 году известный шведский физико-химик С. Аррениус разработал концепцию одной из разновидностей панспермии, названную радиационной панспермией. По мысли ученого, в результате миграции по Вселенной, вызванной давлением солнечного света (или давлением света другой звезды), споры бактерий в итоге достигали и Земли. Аррениус предполагал, что споры термостойких бактерий, к примеру, могли попасть на Землю с Венеры в момент наибольшего сближения этих планет. Незадолго до этого известный русский физик П. Н. Лебедев экспериментально доказал наличие светового давления и продемонстрировал его действие на спорах плауна (ликоподий).
Сторонниками радиационной панспермии были такие ученые, как Ферд. Кон, Ю. Либих, Г. Гельмгольц, Дж. Томсон и др. В настоящее время эту идею возрождают английские астрофизики Ф. Хойл и С. Викремасинг. Радиационную панспермию критиковали (К. Саган, И. С. Шкловский и др.) на том основании, что при длительной миграции по космосу споры бактерий должны получать дозы космических излучений, заведомо губительные для них. Сам же космический вакуум, как считалось, не препятствует пребыванию спор бактерий при температуре, близкой к абсолютному нулю, ибо в этих условиях они находятся в состоянии заторможенной жизнедеятельности (анабиоза) и оживают, лишь попав на Землю.
Хойл и Викремасинг пытаются ныне доказать, будто межзвездные пылинки не что иное, как бактерии, вирусы и водоросли, высушенные в естественных условиях (!). Правда, они не указывают, где именно в космосе такой процесс мог бы протекать. Между тем автор этой статьи вместе с микробиологом С. В. Лысенко недавно получили доказательства того, что космический вакуум также служит серьезным препятствием для миграции спор и клеток бактерий во Вселенной. Лабораторные исследования наглядно показали; в вакууме клетка взрывается, поскольку часть свободной внутриклеточной воды начинает испаряться необычайно быстро. Клеточная оболочка-мембрана" состоит в основном из веществ, не пропускающих пары воды в вакуум. Поэтому внутри клетки, помещенной в вакуум, создается разрушающее ее избыточное давление, величина которого определяется только температурой клетки. А уже в начальной" стадии космической миграции на орбите планеты клетки бактерий и их споры будут нагреваться излучением Солнца (звезды), что приведет к большим внутриклеточным давлениям, достаточным для разрушения" даже жестких оболочек бактериальных спор.
По мнению большинства ученых, радиационная панспермия не может служить обоснованием происхождения жизни на Земле. ЛИТОПАНСПЕРМИЯ (от греческого litos - камень) - это разновидность панспермии. Ее автор М. Кальвин предположил, что биологический материал мог попасть на Землю с метеоритными частицами. (Скажем, мельчайшая бактерия размером около 0,2 мкм могла бы попасть на Землю внутри микрометеорита, имеющего размер 0,6 мкм.) Изучением следов жизни в метеоритах занимались многократно. Но до сих пор никаких следов или останков живого в них достоверно не зафиксировано. Из биологически значимых обнаружили только ароматические вещества и жирные кислоты, а также другие серо- и хлоросодержащие органические вещества и различные аминокислоты. На внеземное происхождение обнаруженных аминокислот указывает тот факт, что у метеоритов Муррей и Мурчисон они состояли из равных долей аминокислот с левой и правой оптической асимметриями; у метеоритов Оргейль и Ивунни - главным образом с правой. Аминокислоты, входящие в состав всего живого на Земле, имеют только левую оптическую асимметрию. Причина такого однообразия до сих пор не разгадана, хотя именно она дала толчок возрождению старых идей панспермии. Но о возрождении чуть позже.
Разновидность литопанспермии - гипотеза пометного происхождения жизни на Земле - изложена, например, в книгах Ф. Хойла и С. Викремасинга "Облако жизни" и "Болезни из космоса", опубликованных в 1978-1979 годах. Авторы доказывают, что многие земные глобальные эпидемии вирусного происхождения-пандемии (например, пандемия гриппа в 1918 году) наиболее убедительно объясняются, если допустить их космическое (кометное) происхождение. Бактерии и вирусы, образовавшиеся внутри комет, попадали (и, как полагают авторы, продолжают попадать) на Землю внутри микрометеоритов кометного происхождения.
Против кометного происхождения вирусов и бактерий много возражений. Так, Д. Тайлер, руководитель отделения Клинического исследовательского центра (Гарроу, Англия), в рецензии на книгу Ф. Хойла и С. Викремасинга пишет в журнале "Nature", что эпидемия "гонконгского" гриппа гораздо лучше объясняется индивидуальной способностью человека передавать вирус другим людям, чем рассеянием вирусов из космоса. К сожалению, литопанспермия не позволяет объяснить, каким образом Солнечная система захватывала метеоритное вещество из планетных систем других звезд (если такие имеются). Таким образом, литопанспермия фактически ограничивает масштабы миграции биологического материала размерами Солнечной системы.
Другая разновидность панспермии.
Она связана с гипотезой, по которой Земля образовалась путем аккумуляции холодной космической пыли, в силу чего поверхность планеты не претерпевала значительного нагревания. Л. Берг, в частности, высказал предположение, что Земля "могла получить в наследство зародыши жизни или, быть может, уже готовый комплекс первичных организмов из космической пыли". Однако Л. М. Мухин и М. В. Герасимов в журнале "Доклады АН СССР" (1978 г.) убедительно показали недавно, что образование в космосе и транспортировка на Землю сложных органических молекул неповрежденными практически невероятны.
Направленная панспермия.
В 1973 году известный английский физик Ф. Крик и американский биохимик Л. Оргел выдвинули предположение, что происхождение жизни на Земле - следствие целенаправленной деятельности внеземной цивилизации, существовавшей задолго до образования нашей планеты и с помощью космического аппарата пославшей на Землю "семена" жизни (Земля и Вселенная, 1979, № 1, с. 41- 45.- Ред.). По их мнению, один из аргументов в пользу космического происхождения земной жизни - наличие во всех ее формах редких для Земли металлов (в частности, молибдена). Как справедливо указал Л. М. Мухин (Земля и Вселенная, 1979, № 1, с. 41-45.- Ред.), этот аргумент ошибочен, ибо по концентрациям в земной коре или морской воде молибден не занимает никакого привилегированного положения среди других химических элементов, В качестве другого аргумента использована универсальность генетического кода для всего живого на Земле. Поскольку теории, объясняющей возникновение генетического кода, еще не существует, авторы постулировали происхождение всех форм жизни от одного-единственного микроорганизма, привезенного на Землю из космоса. Однако серьезных доводов в пользу посещений Земли инопланетянами в настоящее время нет. Вот почему ни доказать, ни опровергнуть эту теорию пока практически нельзя.
Обратная направленная панспермия.
Интересное следствие направленной панспермии - теория обратной направленной панспермии, впервые также сформулированная Криком и Оргелом и получившая более полное развитие в работах американских ученых М. Меотнера и Дж. Матлоф-фа. Суть ее заключается в отправке земного генетического материала на планетные системы других звезд-мишеней. Основная предпосылка этого проекта, как считают его авторы, необходимость сохранить уникальный земной генетический материал, поскольку существует угроза термоядерной катастрофы на Земле. Согласно проекту, специализированные космические аппараты, использующие в качестве двигателей солнечный "парус", будут направляться с субсветовыми (от 10~4 до 10~1 с) скоростями к выбранным заранее звездам-мишеням и нести до 10 кг полезного груза каждый. Одна такая "посылка" будет содержать 10" различных земных микроорганизмов, находящихся во время полета в состоянии анабиоза. Если каждый микроорганизм весит около 10~12 г, то в сумме они составят 1 кг. Остальная масса пойдет на создание радиационной защиты микроорганизмов от космических излучений (пленки алюминия, хрома и других металлов толщиной 1000 А). Так как экспедиции продлятся в среднем 1 млн. лет, то из всех микроорганизмов придется выбрать только те виды, которые имеют радиационную стойкость примерно 10° рад. Кроме того, необходима будет полная герметичность посылки, чтобы исключить воздействие космического вакуума на микроорганизмы. Это, естественно, приведет к уменьшению полезной массы.
Все микроорганизмы можно расфасовать в замкнутые капсулы, содержащие по 103 микроорганизмов, причем в каждой капсуле, согласно предложению авторов проекта, должен быть использован набор различных видов. Тогда, попав на соответствующую планету у звезды-мишени, будут размножаться лишь те виды, для которых физические (экологические) условия окажутся наиболее подходящими. Для увеличения вероятности попадания микроорганизмов на планеты намечается распылять микроорганизмы в экзосфере звезды-мишени в виде сферического пояса толщиной 0,2 а. е. Этот проект, по нашему мнению, лишен актуальности и может быть отнесен лишь к разряду научной фантастики.
Ускоренная обратная панспермия.
В 1961 году К. Саган предложил посылать земные микроорганизмы (синезеленые водоросли) на Венеру и распылять их в ее атмосфере непосредственно под облачным слоем. Как он предполагал, в результате жизнедеятельности этих микроорганизмов климат на Венере кардинальным образом изменится и она сделается со временем пригодной для обитания человека. Исходя из новейших данных о климатических условиях на планетах земной группы, автору представляется более целесообразным в первую очередь послать земные микроорганизмы не на Венеру, а на Марс. Дело в том, что, согласно одной из гипотез (Земля и Вселенная, 1980, № 6, с. 57-60.- Ред.), условия на Марсе в настоящее время близки к тем, которые были на Земле, когда наша планета находилась лишь на пороге биологического этапа своей эволюции. На Марсе же, отстоящем от Солнца значительно дальше, этот порог вряд ли будет преодолен естественным путем. Поэтому, если люди хотят использовать Марс, его необходимо колонизовать.
Проект освоения Марса базируется на предпосылках, в корне отличающихся от пессимистических предсказаний М. Меотнера и Дж. Маттлоффа. Наряду с проектами О"Нейла (Земля и Вселенная, 1977, № 3, с. 66- 74.-Ред.) он представляет собой дальнейшее развитие идей К. Э. Циолковского о неизбежной колонизации человеком планет Солнечной системы. Начало реализации такого проекта можно было бы приурочить к завершению биологических исследований Марса в том случае, конечно, если они окончательно подтвердят, что Марс - безжизненная планета. Этот этап может наступить уже к концу XX - началу XXI века. По мнению американского ученого М. Авернера и других, синезеленые водоросли или штамм, сочетающий необходимые характеристики нескольких видов водорослей, могли бы, вероятно, успешно размножаться на Марсе. Подготовительная стадия "исправления" климата на Марсе с помощью земных микроорганизмов схематически представляется в следующем виде. Сначала на Марс должны быть направлены такие микроорганизмы, которые, питаясь неорганическими веществами грунта и обосновавшись в его подповерхностном слое, способствовали бы созданию органической биомассы. Вслед за ними на Марс будут доставлены микроорганизмы, чья жизнедеятельность обеспечит выработку аммиака и других малых газовых добавок к атмосфере планеты. Все это должно привести к усилению "парникового" эффекта в атмосфере и повышению температуры до плюсовой, при которой вода на поверхности планеты сможет устойчиво существовать в жидком состоянии.
Когда в результате жизнедеятельности микроорганизмов условия на планете приблизятся к земным, на Марс можно будет направить сине-зеленые водоросли, лишайники и те растения, которые помогут сформировать кислород, а затем и защитный озонный слой в атмосфере. В число посылаемых микроорганизмов, пожалуй, стоит включить арктические и антарктические микроорганизмы, привыкшие к наиболее суровым условиям существования. Это приведет в конце концов к тому, что климат станет более благоприятным для обитания человека. В случае дефицита углеродных соединений, используемых микроорганизмами для питания, можно, по-видимому, организовать доставку сжиженного углекислого газа из атмосферы Венеры. Сейчас трудно, конечно, точно оценить продолжительность такого подготовительного периода и стоимость проекта. Ясно одно: период этот будет весьма продолжительным (по земным меркам) - от ста до тысячи лет. Произведем сугубо ориентировочную оценку. Как показали К. Саган и Дж. Муллен, для того, чтобы аммиак оказывал "парниковое" действие, он должен составлять 10 -5 объема атмосферы. Объем современной марсианской атмосферы равен 3,6*10 21 cм3. Следовательно, необходимая доставка аммиака в атмосферу составит 3,6*10 16 см3, которые будут иметь массу 2,5*10 13 г. Известно: производительность одного микроорганизма, вырабатывающего аммиак в земных условиях, равна примерно 10 -12 г/ч, или 3*10 -16 г/с. Следовательно, чтобы произвести заданное количество аммиака за 100 лет, необходимо послать на Марс 10 20 микроорганизмов; иными словами, общая масса посылок составит около 10 6 кг (1000 посылок в год, то есть три посылки в день). Реально этот срок, по всей видимости, растянется на 1000 лет. Кроме того, следует учитывать нелинейный эффект возрастания температуры при увеличении содержания аммиака в атмосфере, что может привести к сокращению необходимого времени.
Для ускорения и удешевления проекта целесообразно международное сотрудничество. Но вплотную приступить к разработке отдельных вопросов следует уже теперь. Современный уровень научно-технических знаний позволяет в лабораторных модельных опытах изучить некоторые детали, необходимые для дальнейшей реализации проекта.
Эта теория не предагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни, а лишь выдвигает идею о ее внеземном происхождении. Поэтому ее нельзя считать теорией возникновения жизни как таковой, она просто переносит проблему в иное место во Вселенной.
Теория панспермии утверждает, что жизнь могла возникнуть однажды или несколько раз в разное время и в разных частях Галактики или даже Вселенной.Создателем этой теории был немецкий ученый Г. Рихтер (1865). Согласно Рихтеру, жизнь на Земле не возникала из неорганических веществ, а была занесена с других планет.
Вопрос о возможности такого происхождения жизни сводился к двум основным пунктам:
С помощью каких сил может происходить перенос зародышей жизни с одной планеты на другую,
Теория панспермии содержит два утверждения:
Жизнь всегда существовала, она тесно связана с материей.
Микроорганизменные споры могут переноситься через космическое пространство.
Советские и американские исследования в космосе позволяют считать, что, вероятность обнаружить жизнь в пределах нашей Солнечной системы ничтожна, однако они не дают никаких сведений о возможной жизни вне этой системы. «Предшественники живого» - цианогены, синильная кислота и органические соединения, могли сыграть роль «семян», падавших на голую Землю.
Появился ряд сообщений о нахождении в метеоритах объектов, напоминающих примитивные формы жизни, однако аргументы в пользу их биологической природы пока не кажутся ученым убедительными.
В 2014 году панспермия получила определенные доказательства своей правоты. Российский спутник доставил в открытый космос материалы, схожие по органическим свойствам с метеоритами и астероидами, в которых были живые микроорганизмы. После возвращения на Землю и прохождения через все слои атмосферы часть бактерий осталась жива и быстро приспособилась к земным условиям.
В этом же 2014 году группа деятелей науки из Германии и Швейцарии провела эксперимент, доказывающий, что человеческая ДНК устойчива к условиям открытого космоса и выживает при передвижениях в нем, не разрушившис и при повторном прохождении через атмосферу.
В ноябре 2017 года ученые обнаружили на поверхности российского сегмента Международной космической станции (МКС) живые бактерии, прилетевшие из космоса. Об этом рассказал в интервью ТАСС российский космонавт Антон Шкаплеров.
По словам Шкаплерова, в ходе выходов в космос с борта МКС по российской программе космонавты берут ватными тампонами мазки с внешней поверхности станции. В частности, они берутся в месте скопления отходов топлива, выбрасываемых при работе двигателей, или в местах, где поверхность станции более затемнена. Затем образцы доставляются на Землю.
"И теперь выяснилось, что откуда-то на этих тампонах обнаружились бактерии, которых не было при запуске модуля МКС. То есть они откуда-то прилетели из космоса и поселились на внешней стороне обшивки. Пока они исследуются, и похоже, что никакой опасности не несут", - рассказал космонавт.
Шкаплеров также рассказал, что ряд земных бактерий также выжили на внешней поверхности станции, хотя три года были в условиях космического вакуума и перепадов температуры от минус 150 до плюс 150 градусов Цельсия. Бактерии, уточнил он, были завезены с Земли случайно на планшетах с различными материалами, которые помещаются на борт станции на длительное время для исследования поведения этих материалов в открытом космосе.
Теория креационизма.
Согласно этой теории, жизнь возникла в результате некоего сверхъестественного события в прошлом, что чаще всего означает божественное творение. В 1650 году ирландский епископ Ашер рассчитал, что Земля возникла в октябре 4004 года до н.э. Существует множество других подобных "вычислений".
1. Самопроизвольное зарождение жизни из неживого вещества.
Теория очень древняя, распространенная еще в Китае, Египте и Вавилоне. В Греции она нашла проявление в учении Эмпедокла об органической эволюции. Ее же придерживался и Аристотель. Аристотель связывал все организмы в непрерывный ряд- “лестницу природы” (scala naturae): “Ибо природа совершает переход от безжизненных объектов к животным с такой плавностью поместив между ними существа, которые живут, не будучи при этом животными, что между соседними группами, благодаря их тесной близости, едва можно заметить различия”. Согласно Аристотелю, определенные частицы вещества несут в себе "активное начало", способное в подходящих условиях создать живой организм. Это "начало", по мнению Аристотеля, можно обнаружить в оплодотворенном яйце, гниющем мясе, тине и солнечном свете:
"Таковы факты - живое может возникать не только в результате спаривания животных, но и разложения почвы... Некоторые растения развиваются из семян, а другие самозарождаются под действием сил природы из разлагающейся земли или определенных частей растений..."
2. Вечное существование жизни.
Все живое - из живого. Биогенез.
На рубеже XVI-XVIIв.в. Ван Гельмонт описал эксперимент, в котором ему удалось из грязного белья и пшеницы, помещенных в темный шкаф, получить мышей. Активным началом зарождения мыши Ван Гельмонт считал человеческий пот. В 1688 году флорентийский биолог и врач Франческо Реди провел более строгий эксперимент: в сосуды было помещено мясо, рыба, змеи, часть сосудов была запечатана, часть оставалась открытой. Выяснилось, что в запечатанных сосудах никакого зарождения не произошло, в открытых же завелись личинки мух. Проведя ряд экспериментов, он получил данные, подтверждавшие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза). Ученый сформулировал свой знаменитый принцип (принцип Реди)-Omne vivum e vivo (все живое из живого). Но это означает, что жизнь -вечна.
В 1765 году Ладзардо Спалланцани подвергнул мясные и овощные отвары кипячению и сразу же запечатал их. Через несколько дней он исследовал отвары и не обнаружил никаких признаков жизни. Из этого он заключил, что высокая температура уничтожила все живое, и ничего нового уже не могло возникнуть. Окончательно теория самозарождения была повержена в опытах Луи Пастера, доказавшего справедливость теории биогенеза, т.е. происхождения жизни из предшествующей жизни.
Теория биогенеза порождает проблему. “Если для возникновения живого организма необходим другой живой организм, то откуда взялся самый первый живой организм?”
3. Теория занесения жизни на Землю из Космоса (теория панспермии).
Данная теория не предлагает никакого механизма возникновения жизни, просто выдвигая постулат о внеземном ее происхождении. Швед А.Аррениус: “семена жизни” могли быть заброшены на Землю с других планет. Утверждается, что жизнь могла возникать неоднократно в различное время и в разных местах Вселенной. При изучении метеоритных материалов действительно были обнаружены некоторые вещества - предшественники живого, а также структуры, похожие на простейшие микроорганизмы. Однако труднообъяснить, как микроорганизмы способны сохранить свою жизнеспособность при столь длительных путешествиях, будучи не защищенными от ультрафиолетового излучения. Вероятно, они могли сыграть свою роль в зарождении или разнообразии земной жизни.
Но остается нерешенным вопрос- как зародилась жизнь на другом космическом теле, с которого "эмигрировали" эти споры.
4. Биохимические теории зарождения жизни.
Исторически эта теория связывается с именем замечательного русского ученого А.И. Опарина: в 1924 Л.И.Опарин опубликовал работы: “От разрозненных элементов к органическим соединениям” и “От органического вещества к живому существу”. Опарин высказал мнение, что в условиях первичной атмосферы Земли, значительно отличающейся от нынешней, мог происходить синтез всех необходимых для зарождения жизни веществ-предшественников. В далекие геологические эпохи условия на поверхности Земли резко отличались от современных.
Считается, что первичная атмосфера состояла преимущественно из аммиака, воды, метана, окиси и двуокиси углерода. Отсутствие кислорода придавало ей восстановительные свойства. В таких условиях органические вещества (Органические соединения - это химические соединения углерода с другими элементами) могли создаваться гораздо проще и могли сохраняться, не претерпевая распада длительное время. Опарин полагал, что сложные вещества могли синтезироваться из более простых в условиях океана. Через эту атмосферу легко проникала коротковолновая ультрафиолетовая часть солнечного излучения, которая сейчас задерживается в верхних слоях атмосферы озоном. Иными были и температурные условия. В насыщенной водяными парами нагретой атмосфере были нередки электрические разряды. В этих условиях мог произойти и, по-видимому, произошел абиогенный синтез ряда органических соединений. В океанах постепенно накопились органические вещества и образовался, по выражению Опарина, "первичный бульон", в котором затем возникла жизнь.
Предполагается, что это выглядело следующим образом. Главная роль принадлежала белкам - они образовывали коллоидные гидрофильные комплексы с молекулами окружающей их воды. Эти комплексы формировали своеобразные мицеллы. Слияние таких комплексов друг с другом приводило к их отделению от водной среды, что получило название коацервации. Капли-коацерваты могли обмениваться веществами с окружающей средой и накапливать различные соединения. Различие состава коацерватов открывало возможности для биохимического естественного отбора. В самих каплях происходили дальнейшие химические превращения попавших туда веществ. На границе капель с внешней средой выстраивались молекулы жиров (липиды), образуя примитивную мембрану, повышающую стабильность всей системы. При включении в коацерват или при образовании внутри него первой молекулы, способной к самовоспроизведению тем или иным путем, появлялась первая клеткоподобная структура. Коацерватные капли могли расти и даже размножаться – капли, ставшие большими, делились на две или больше частей. Такие образования А.И.Опарин называет "протобионтами", т.е. предшественниками живых организмов.
Рост размеров коацерватов и их деление, еще статистическое, могло привести к образованию идентичных копий коацерватов. Они также поглощали компоненты окружающей среды, и процесс продолжался. Таким путем мог возникнуть первый гетеротрофный организм, использовавший для питания органические вещества "первичного бульона".
В мире идеи Опарина стали известны в основном из английского перевода его книги [Опарин А.И. The Origin of Life, 2r.ded.. Dover, New "York, N. Y., 270 pp.,1938]. В 1928 г. английский биолог Холдейн (независимо от Опарина) в качестве одного из важнейших факторов он считал ультрафиолетовое излучение Солнца. Под воздействием этого вида энергии в первичной атмосфере Земли формировались самые различные органические соединения. Среди них могли быть сахара и некоторые из аминокислот, необходимые для построения белка. Впоследствии идеи Опарина и Холдейна были объединены английским физиком Берналом в книге "Физические основы жизни" , который подвел под биологические идеи прочный фундамент физики и химии.
Таким образом, из изложенного вытекает основное положение : живые организмы произошли из неживой природы (абиогенный процесс), причем биологической эволюции предшествовал длительный период химической эволюции – период образования и усложнения молекул органических соединений.
Это был естественный процесс, связанный с притоком энергии, который проходил в специфических условиях, отсутствующих сейчас на Земле.
Все изложенное требовало экспериментального подтверждения.
В 1953 г. Стенли Миллер поставил эксперимент: в камеру с "атмосферой" (смесь газообразного водорода, аммиака и метана) и водой были вмонтированы электроды для получения электрических разрядов, имитировавших молнии, – возможный источник энергии для химических реакций на первобытной Земле. Потребовалась всего неделя, чтобы в "океане" обнаружилось много различных органических соединений, в том числе аминокислот, аденин, рибозу, другие простые сахара...
В схожем опыте Орджелом были получены короткие НК (олигонуклеотиды). В результате этих исследований стало понятно, что основные органические вещества-мономеры, необходимые для возникновения полимерных молекул НК и белков, действительно могли быть химически получены в условиях пребиотического мира, т.е. мира, еще лишенного жизни. В отсутствие кислорода, который мог бы их разрушить, а также бактерий и грибов, которые использовали бы их в качестве пищи, эти вещества действительно должны были накапливаться в первобытном океане до консистенции бульона.
При нагревании сухой смеси аминокислот получают цепи аминокислот, которые были названы протеноидами (т.е. белкоподобными веществами). Некоторые протеноиды способны, подобно ферментам, катализировать определенные химические реакции; возможно, именно эта способность была главной чертой, определившей их последующую эволюцию вплоть до возникновения настоящих ферментов.
Смешанные в воде разные виды полимеров могли объединиться и образовать более крупные структуры. Чтобы превратиться в клетку, этот агрегат должен был обладать хотя бы зачатками свойств клетки: наличие липидно-белковой мембраны, отделяющей клетку от окружающей среды и осуществляющей обмен различными веществами между клеткой и средой, белков, способствующих этому обмену со средой, выполняющих роль структурных белков и катализирующих бесчисленные биохимические реакции в клетке, и нуклеиновых кислот, содержащих информацию для синтеза совершенно определенных белков. Эти агрегаты действительно обнаруживают какие-то следы всех упомянутых признаков.
Роль планеты Земля в развитии живого.
А не могла ли возникнуть жизнь в холодных газопылевых облаках в далеком космосе, ведь и там обнаружены органические соединения - синильная кислота, формальдегид, метиламин, спирты
В Галактике температура очень низка (3К), поэтому реакции образования полимеров идут очень медленно. Кроме того, сказывается отсутствие воды, которая служит катализатором реакций. На метеоритах находят аминокислоты, но опять же отсутствие воды не приводит к дальнейшей химической эволюции.
Вывод: для осуществления абиогенеза необходима планета , но не всякая, а на которой есть вода. Значит, планета должна быть теплой (температура 0-100 о С), планета должна быть в “шубе”, т.е. окружена атмосферой.
(Вспомним, что на Луне температура изменяется от +110 о С днем, -120 о С ночью). Атмосфера играет роль защитного экрана.
“Зеленая планета” - с атмосферой, гидросферой и “комфортными” условиями
Обязательно ли должна быть вода и углерод?
Живые организмы состоят из ограниченного числа химических элементов - углерода, кислорода, азота, фосфора, водорода, серы, калия, кальция и магния.
Рассмотрим альтернативные варианты:
1. С (углерод) Si (кремний)
Как известно из химии, между кремнием и углеродом есть химическое сходство, поэтому можно предположить возможную замену С на Si в химических соединениях, входящих в состав живого вещества, но соединения Si и Н (аналоги углеводородов) неустойчивы при нормальных температурах.
Поэтому делаем вывод - замена углерода на кремний маловероятна для возникновения жизни.
2. Жидко-аммиачная жизнь.
Посмотрим, что получится при замене кислорода на аминогруппу (=NH) в органической молекуле, т.е. при замене воды на жидкий аммиак (как шутят ученые, когда Бог создавал Человека, черт мог ему “подсунуть” вместо воды аммиак). Но аммиак как жидкость существует в очень узком температурном диапазоне: от -77.7 до -33.4 О С (всего 44 градуса в отличие от 100 для воды), кроме того, современные исследования показывают, что в этом случае для деятельности клеточных мембран потребуются соединения CsCl и RbCl, а элементы Cs и Rb очень редко встречаются в космосе, поэтому и возникновение таких форм жизни маловероятно.
3. Галоген-углеродная форма жизни.
Можно рассмотреть еще одну возможную замену водорода на галогены F или Cl. Но эти химические элементы также мало распространены в космосе, и наоборот, Н - основной элемент Вселенной. Поэтому галоген-углеродная форма жизни также маловероятна.
Таким образом мы приходим к тезису о водно-углеродном шовинизме в происхождении жизни.
Возвратимся к нашей Земле.
Для построения клетки - первичной единицы живого - необходимы сложные химические соединения - белки, жиры, сахара.
Белки состоят из аминокислот. При наличии атмосферы, гидросферы и Солнца на ранней Земле из водорода, метана и аммиака под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца возможно образование в воде аминокислот, оснований нуклеиновых кислот, сахаров и других биологически важных молекул.
Как долго должны существовать эти условия? Земля существует около 4.5 млрд. лет, а научные исследования показывают, что уже 3.5 млрд. лет тому назад жизнь на планете существовала. Итак, для зарождения жизни потребовался примерно 1 млрд. лет.
В 1964г. американский астрофизик К.Саган показал, что за 1 млрд. лет на 1см 2 Земли могло накопиться до сотен килограммов амино- и органических кислот, необходимых для дальнейшего производства клетки.
Существуют и проблемные вопросы, связанные с первыми этапи возникновения жизни.
Сегодня есть указания, что ранняя атмосфера Земли за счет фотохимических процессов стала окислительной, т.е. в ней появился свободный кислород. Такой состав атмосферы не очень благоприятен для синтеза аминокислот (по концепции Миллера), однако в окрестностях вулканов облака дыма и пара могли служить защитой для молекул метана и аммиака.
Поэтому ученые обратили внимание на океанские глубины. В настоящее время обнаружены в океане на больших глубинах (>2.5км) гидротермальные источники с экологическими сообществами из бактерий, червей и моллюсков. Глубже 200-300 м от поверхности океана уже слишком темно, чтобы проходил фотосинтез (т.е. превращение окиси углерода в углеводороды).
Источник энергии - соединения серы (главным образом, сероводород), выбрасываемые гидротермальными водами. Действительно, существуют бактерии, которые получают энергию за счет окисления сероводорода, а эта энергия тратится на превращение СО 2 в органические соединения.
Ряд ученых считает, что живые существа возникали и на земной поверхности и вблизи поверхности, а затем занимали и водные глубины. Разрушительные удары из космоса (падение огромных метеоритов) или ледниковые периоды могли уничтожить все живое на Земле, за исключением организмов, населяющих относительно глубоководные ареалы.
Д.Бернал (1901-1971) высказал предположение, что образование первых органических веществ могло происходить не в гидросфере Земли, а в результате конденсации газов на поверхности твердых частиц (железа и силикатной пыли)
Г.Вехтершейзер указывал, что жизнь возникла как метаболический процесс - циклическая химическая реакция, осуществляющаяся за счет притока энергии извне на поверхности твердой фазы. В качестве базового материала выступает минерал пирит (FeS 2). Поверхность кристалла пирита несет положительный электрический заряд и с ней могут связываться молекулы органических веществ; при образовании пирита из железа и серы выделяются электроны и энергия, что побуждает органические соединения реагировать друг с другом, образуя все более сложные соединения.
По мнению других ученых, твердым субстратом служили не кристаллы пирита, а кристаллические глины.
