Искать основы жизни
Не утихают научные споры о том, как на Земле появилась жизнь. Сформировалась ли она на самой планете или была занесена из космоса? И может ли быть обнаружена жизнь на других планетах?.. Наше земное бытие, казалось бы, заслоняет поиск ответов на эти и им подобные вопросы. Но они стоят, испытывая разум и волнуя воображение.
Беседу с Валерием Снытниковым, кандидатом физико-математических наук, ведущим научным сотрудником Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН, членом научного совета по астробиологии при президиуме РАН, ведёт Наталия Лескова.
— Астробиология стала горячей темой. Валерий Николаевич, что известно о том, откуда на нашей планете взялась жизнь?
— В настоящее время есть три основные гипотезы возникновения жизни: зарождение в воде, вечное существование жизни (панспермия) и космическая гипотеза Вернадского. Первая — гипотеза Опарина, которая преподаётся во всех школах. Она гласит, что жизнь произошла на Земле, в океане. А вот великий российский и советский учёный Владимир Иванович Вернадский утверждал, что никаких геологических и геохимических свидетельств того, что жизнь возникла на поверхности Земли, нет, по крайней мере, в рамках геологической летописи Земли. Известна его замечательная фраза о том, что жизнь на Земле «геологически вечна». Говоря об этом, Вернадский не указал место и время, он просто сказал, что нужно смотреть период существования Солнечной системы до образования Земли. Дело в том, что геологическая летопись Земли начинается примерно с четырёх миллиардов лет, хотя возраст самой Земли 4,5—4,56 миллиарда лет. И до сих пор за прошедшие сто лет не было найдено ни одного свидетельства того, что жизнь возникла на Земле.
— А какова ваша точка зрения?
— Если говорить о жизни в целом, то все наши космологические достижения свидетельствуют о том, что Вселенная имеет конечное время существования — 13,6 миллиарда лет. И первые 200 миллионов лет никакой жизни в принципе не было, потому что не было ни углерода, ни кислорода, ни более сложных элементов. Водород и гелий образовались сразу после Большого взрыва, а все прочие химические элементы, которых относительно немного, появились уже в звёздах.
Все процессы звездообразования вместе с формированием планет происходят в плотных молекулярных облаках, которые на 98% состоят из водорода, гелия, а остальные химические элементы составляют чуть больше одного процента. Там ещё до формирования звёзд вместе с их планетами проходили химические реакции с этими двумя оставшимися процентами элементов и их химических соединений. Они происходили в режиме нетрадиционных химических реакций, который в своё время рассматривал академик Виталий Иосифович Гольданский. Он показал, что даже при низких температурах порядка 20 кельвинов или ниже и при относительно больших разрежённостях (относительно нашей земной химии) идут реакции органической химии. Мы сейчас в астрофизических наблюдениях фиксируем богатейшее количество самых разнообразных химических соединений — всё то, что нужно для формирования жизни: это цианистые соединения, азотные основания и прочее. Это уже не очень простые соединения.
— Но ведь большое количество органических соединений ещё не означает, что из них образуется жизнь? Иначе бы мы это видели на каждом шагу.
— Не жизнь образовалась в облаке. Я говорю про достаточно сложные химические соединения, которые там сформировались. Первичная стадия синтеза относительно сложных химических соединений из совсем простых нами переносится именно в молекулярные облака, и тому есть множество подтверждений — мы просто наблюдаем эти химические соединения в молекулярных облаках.
Что касается Солнечной системы, то основная идея наших исследований, проводившихся в Институте катализа, заключается в том, что жизнь возникла непосредственно на стадии её формирования, а все те процессы, которые привели к формированию планет и других многочисленных тел Солнечной системы, определяют и интервалы времени, и астрофизические ограничения, в рамках которых нужно рассматривать происходившие химические процессы.
— Если жизнь возникла на этом этапе, то где и в каком виде?
— Ответ очень простой: в протопланетном диске, ещё до формирования планет, в виде биоценозов, то есть совокупности микроорганизмов, которые могли находиться в планетезималях или меньших телах, уже представлявших собой среду, пригодную для существования живых систем.
В облаке происходит гравитационный коллапс, в котором формируется протозвезда, служащая источником энергии для всего остального, что её окружает. Но протозвезда возникает не сама по себе — вокруг неё образуется околозвёздный планетный диск, в котором запасается пыль с органическими и другими соединениями, а также водород с гелием. В этом протопланетном диске идут довольно сложные процессы. Водород с гелием остаются только на газовых планетах. А вот оставшаяся часть планет, типа Меркурия, Венеры и даже Земли, которые могли иметь первичную водородно-гелиевую атмосферу, под воздействием солнечного ветра стали её терять. Они её в конце концов потеряли, но сохранили большое количество других соединений.
А дальше происходит ещё более сложная и интересная стадия: у нас на Земле наблюдается огромный дефицит углерода и азота относительно их космической распространённости. Это значит, что на стадии протопланетного диска и формирования нашей планеты количество органического вещества, которое участвовало при образовании ближних планет земной группы, на много порядков больше, чем то количество органического вещества, которое мы сейчас наблюдаем на Земле. Вся жизнь, которая оказалась в недрах планет, уничтожается в постепенном плавлении вещества с его превращением в жидкую магму. В процессе дегазации недр углерод и азот в виде газов переходят в первичную водородно-гелиевую атмосферу, которая теряется. И вместе с ней в итоге происходит большая потеря органического вещества. И только то, что смогло остаться на поверхности Земли, сформировало наблюдаемую нами жизнь.
Это означает, что основные химические стадии синтезов, все эти процессы возникновения жизни проходили именно на стадии протопланетного диска. А в настоящий момент мы видим только остатки жизни, то, что смогла оставить матушка-природа после того, как она сформировала планеты.