Страница 66 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука

Центральная догма современной биологии – жизнь возникает толь­ко из жизни. Если дарвинизм не есть “искажение чужих мыслей”, а пред­став­ля­ет собой обычную научную модель, которая получает статус абсо­лют­ной истины тогда, когда определены границы её применимости, то эк­вива­лент “актов творения” должен наблюдаться и в современных ус­ловиях. Естественно, что червей в гнилом мясе и прочих случаев, рас­смот­рен­­ные ещё Пастером, обсуждать нет смысла.

Жизнь на Земле возникла 3,8 миллиарда лет назад при отсутствии кислорода в атмосфере и раст­во­рённого в воде. В этом высокие темпе­ра­ту­ры и участие соединений се­ры есть трудно оспариваемые условия. Ис­ход­ным для возникновения жизни был “пер­вичный бульон” в воде. Но ниж­няя граница тем­пе­ра­тур­ного диапазона тогда, несомненно, превы­ша­ла 100 оС, а давление атмосферы вблизи поверхности земли превышало своременное. Поэтому сегодня ис­кать слу­­чаи са­мо­зарождения жиз­ни необходимо там, где такие условия реа­лизуются. Это вул­канические подводные зоны.

Подводная вулканическая активность при­мер­но в четыре раза пре­вы­шает наземную. Она сосре­до­то­чена в рифтовых зонах сре­динно-океанических хребтов. Они нахо­дят­ся на границах раздвигаю­щих­ся литосферных плит. Там широко пред­став­лены вулканические источ­ни­ки горячей воды с большим содер­жа­ни­ем сероводорода, солей метал­лов, размываемого кальция отложений. Од­на такая гидротермальная сис­тема может абиогенно продуцировать по­ряд­ка тонны органических сое­ди­нений в год.

Насыщенность гидротермального раствора со­ля­ми приводит к то­му, что их выделение при охлаж­де­нии формирует чёрную трубку из суль­­фидов желе­за, цинка, меди, которую замыкают отложения солей каль­ция (CaSO4 , ангидрит), имеющие светлый цвет. Диаметр отверстия в трубке порядка 3 – 30 см. Она имеет боковые каналы. Скорость рас­т­во­ра на выходе из трубки поряд­ка нескольких метров в се­кун­ду. Он со­дер­жит нераство­ри­мые состав­ля­ю­щие (преимущественно FeS), окра­ши­ва­ю­щие его в чёрный цвет. Поэтому в литературе их иногда называют – “чёрные куриль­щи­ки”. Та­кие ис­­точники впер­вые были обнаружены сов­сем не­дав­но, в 1977 г. вблизи Гала­па­гос­ских ост­ро­вов. Те­перь их из­вест­но не мало, на­при­мер, у вхо­да в Ка­ли­фор­ний­с­кий залив или в Охотском море к западу от ост­рова Пара­мушир [102], [103].

Восстановительная среда, большое количество серы и её соедине­ний, высокие температуры (как сов­местимые с современными формами бактериаль­ных организмов с энергетикой на основе окисления серы, так и заходя­щие в спорные диапа­зо­ны возможности их сущест­вования) вос­про­изводят условия на Земле, близкие к тем, которые были при первич­ном возник­новении жизни. По ге­о­ло­ги­чес­ким причи­нам зоны гидротер­маль­ных источников уда­ле­ны друг от друга на огром­ные расстояния, изолированы и сущест­ву­ют стабиль­но малое время. Поэтому мало­ве­роят­но сох­ра­нение в них “приспособившихся” форм жизни по тому же типу и в тех же интервалах времён, что на поверх­но­сти Земли.

Общепринято, что животные (в том числе и простейшие), растения (имеющие сосудистую систему) не могут существовать при темпера­ту­рах выше 50 оС. Для грибов и водорослей допустимы температуры до 55 – 60 оС. Но бактерии (и их споры) имеют температурный диапазон существования выше. Устойчивость некоторых из них к нагреванию до 100 оС есть реаль­ность медицин­ских норм стерилизации инструментов и оборудования. Хо­тя распро­стра­нён­ность в природе спор таких бактерий целенаправ­лен­но для задач о гид­ро­термах не исследо­ва­лась, они могут попадать в ок­рест­но­с­ти гидро­тер­маль­ных ис­точников и раз­мно­жаться тем более там, где темпе­ра­тура, не превы­ша­ет 100 оС. Эта температура сегодня есть общепри­ня­тая догма, опреде­ля­ю­щая границы массового су­ще­ствова­ния жизни. Однако совсем недавние исследования постепенно, но уверенно, эту догму опровергают. В 1982 г. в Италии на острове Вулкано была об­на­ружена анаэробная бактерия, живущая в ин­тервале температур от 85 до 110 оС. Скорость её размножения на ниж­ней границе этого диапазона падает в пять раз.  Она похожа на гифо­мик­робы гидротермальных источ­ни­ков и окаменевшие остатки металлоге­ни­ум из самых древних пород. Ес­тественно, что бактерии при темпе­ра­ту­рах 100 оС и выше существуют в условиях повышенно­го давлении, так как вскипание воды в клетках ме­ханически разрушает сос­тав­ляющие их структуры. Окончательно дог­ма о температурном диапазоне су­ществования жиз­­ни была разрушена в 1983 г., когда в гидро­термаль­ных водах опи­сан­ных выше “чёрных ку­риль­­щиков” были обнаружены бак­терии, живущие при 350 оС и дав­ле­нии 265 атмосфер. Эти бактерии, будучи доставлены в лабораторию, могли расти и при атмосферном давлении. В этом случае температура не могла превышать тем­пературу кипения при атмосферном давлении (небольшие поправки в это может вносить осмотическое давле­ние). Эти бактерии выделяют метан, водород и окись углерода. В них об­на­ружены внутренние мембраны и клеточные оболочки. Их аминокис­лот­ный состав отличает высокий уровень содер­жа­ния глицина и серина. Обсуждается присутствие в них аминокислот, которых нет в обычных формах жизни.

Эти наблюдения и эксперименты пытаются оспо­рить. Дело не в этом. Жизнь на Земле возникала именно в тех условиях, которые ха­рак­теризуют сегодня гидротермы подводной вулканической де­ятельно­с­ти. “Пер­вичный бульон” не мог быть и не был тем, который пытаются навя­зать возникновению жизни. Возникновение жизни есть вы­соковероят­ный процесс. Он контролируется термодинамическими си­лами (движу­щей силой прогрессивной эволюции). Факт воз­никновения жиз­ни на Зем­ле означает, что они велики именно в тех условиях, кото­рые кажутся невероятными. В метаболизме первичных ви­дов жизни, как достоверно следует из геологии (пример – Курская маг­нит­­ная аномалия), участвуют металлы, кон­центрация которых на выходе “ку­риль­щиков” велика. 

Экологические ниши подводной вулканической деятельности изо­лированные и краткоживущие. Откуда в них берутся истоки высоко­тем­пе­ратурных форм жизни? Сохраняются в виде спор, давностью 3,8 мил­лиарда лет? Положительный ответ на этот вопрос не слишком убеди­те­лен из-за эфемерности и экзотичности экологических ниш вы­со­котем­пературных форм жизни. Напрашивается другой, гораздо более вероят­ный ответ – высокотемпературная жизнь в зонах “подводных ку­риль­щиков” самозарождается сегодня.

Привычки, выработанные совре­мен­­ной наукой, делают такое пред­по­ложение для многих возму­титель­ным. Но это привычки, а не следст­вия реальных законов природы. Не сомневаюсь, что если в исследования высокотемператур­ных форм жизни будут вложены средства и настой­чи­вость исследова­те­лей, то на основе принципов, сформулированных в этой работе, будет по­лучен ответ о конкретных законах и условиях воз­ник­­новения жизни на Зем­ле и похожих на неё планетах во Вселенной в виде факта самозарождения жизни в экологической нише вулканических выходов гидротермальных растворов.

При этом следует учитывать, что в отличие от прошлого, “первич­ный бульон” в сов­ременности не может быть чисто абиогенным. Гео­ло­гические форма­ции на Земле се­год­ня непредставимы без прямого или кос­­венного при­сут­ствия в них ре­зуль­татов существования жизни на Земле. Наименее понятные как в целом, так и в деталях процессы в “пер­вичном бульоне” при возник­но­ве­нии жизни связаны с абиогенным син­те­зом нуклеотидов, а также с первичным образованием РНК. При ана­ли­зе возмож­ности само­зарож­де­ния жизни у нас на глазах они не крити­чес­кие, так как продукты распада существующей жизни содержат как нук­ле­отиды, так и готовые РНК и ДНК самых разных видов (хотя воз­мож­но и дефектные за счёт случайностей при распаде). Это может быть важным для объяснения малых геологических сроков самозарождения вы­соко­тем­пературной жизни. Не забывайте при этом пояснённое о индуциро­ван­­ных переходах при мутациях, о термоди­на­мических силах и о роли старших ступеней иерархии энтропии-ин­фор­мации. По отношению к вы­соко­температурным бактериям “готовые бло­ки” наиболее вероятно дол­ж­ны быть уровня круп­ных биомолекул веществ. Комплексы их взаимо­действий в виде струк­туры высокотемпературных бактерий должны об­ра­зоваться как синтез информации.

Конечно, изложеное в этом параграфе не следует рассматривать как попытку дока­за­тель­ства са­мо­зарождения жизни в современных ус­ловиях. Постулат Луи Пастера – жизнь возникает только из жизни – спра­ведлив для современной кислородной атмосферы. Но он есть мо­дель (как и всё в науке) и поэтому сформу­ли­ро­ван для определённых усл­овий – низ­ко­температурной кис­ло­родной атмосферы или воды, непо­сред­ственно с ней контакти­рующей.

Как я многократно под­чёр­киваю в сво­их работах, модель стано­вит­ся абсолютной истиной только тогда, ко­г­да оп­ределены грани­цы, где она нарушается. Жизнь сегодня на Зе­м­ле су­ще­ст­вует. Значит ког­да-то она возникла. Но не может единичное ис­ключение быть зако­ном природы. Должны существовать в современ­но­сти условия и факты в их пределах, когда жизнь самозарождается. Закон­на постанов­ка задачи о мо­делировании самозарождения жизни в ла­бо­ратории. Не­об­хо­димы по­ис­ки самозарождения жизни в экзотических сегодня высокотемпера­тур­ных условиях, подобных обязательным в предистории жизни.