Панспермия
В 1743 году французский натуралист Бенуа де Майе (1656–1738) предположил, что споры жизни были принесены на Землю из космоса; они попали в океаны и естественным образом превратились в рыб, а затем в амфибий, рептилий и млекопитающих. Но лишь в 1908 году гипотеза панспермии впервые была четко сформулирована Сванте Аррениусом (1859–1927) в книге «Worlds in the Making» («Образование миров») (1906). Он считал, что во Вселенной существует бесконечное количество спор: они как бы плавают в космосе, переносимые от звезды к звезде под давлением света.
Это предположение отнюдь не было таким уж нелепым. Было известно, что споры могут выживать как при чрезвычайно высоких температурах, так и в условиях вакуума, сохраняя свою способность к репродукции до тех пор, пока условия окружающей среды не становятся более мягкими. Однако позднее люди узнали, насколько сильны в космосе рентгеновские лучи, и потому споры не смогли бы сохраниться, если бы только не были чрезвычайно хорошо защищены. Более того, это предположение не решало проблемы происхождения жизни на Земле. Легко поверить, что жизнь на Земле появилась, когда на нее попали споры из космоса, но откуда взялись сами споры? Выдвигались все более обоснованные модели ранних этапов развития жизни на Земле, и теория панспермии быстро теряла популярность.
Позднее, однако, Фред Хойл (1915–2001) и Чандра Викрамасингх (р. 1939) предложили интересный вариант гипотезы панспермии. Уже некоторое время известно, что газообразные туманности содержат органические молекулы: например, в одной туманности есть спиртовой эквивалент достаточно чистого виски, чтобы заполнить полую Землю 1000 раз (уникальное подтверждение того, что космические расы существуют!). Но спектроскопический анализ, похоже, доказал, что в этих межзвездных облаках существуют и более сложные органические молекулы — полисахариды. Поскольку целлюлоза является одним из полисахаридов, это совершенно потрясающая информация.
Дальнейшие исследования состава межзвездных облаков газа и пыли (туманностей) и происходящих в них процессов также оказались многообещающими. Астрономы смогли доказать, что для туманности обычны молекулы, которые называются поли-циклическими ароматическими углеводородами (ПАУ). Эти невероятно устойчивые молекулы широко распространены также у нас на Земле — например в автомобильных выхлопах. Совсем недавно их обнаружили не только в туманностях, но и в открытом космосе. Астроном Адольф Уитт из Толедского университета скрупулезно составлял каталоги ПАУ, имеющихся в туманностях и открытом космосе, и обнаружил весьма сложные молекулы, такие как антрацен и пирен. Гипотеза заключается в том, что меньшие, менее устойчивые органические молекулы, из которых состоит туманность, скрываются от возможного разрушительного излучения среды, встраиваясь в более устойчивые сложные молекулы, которые могут сохраниться, даже если попадут в открытый космос.
Некоторые физики, например Луис Алламандола, воссоздали содержимое и условия межзвездной туманности в вакуумных камерах с целью спрогнозировать, какие иные органические вещества могут существовать в ней в действительности. Первым любопытным открытием было то, что в подобных условиях при воздействии на «туманность» ультрафиолетовым излучением (которого, конечно, достаточно в космосе) в частицах льда происходят фотохимические реакции. В ходе этих реакций простые молекулы (наподобие молекул воды, аммиака, метанола и угарного газа) могут превратиться в более сложные вещества, которые формируют тонкие защитные мембраны, напоминающие клеточные, и те, возможно, защищают находящиеся в них более уязвимые молекулы. В своей искусственной туманности исследователи также создали аминокислоты, а аминокислоты — это строительный материал белков.
Возможно, самое любопытное из всех открытий Алламандолы и его команды заключается в том, что если они заменяли один атом углерода в ПАУ атомом азота (а это часто происходит в природе), то конечный продукт запущенной таким образом химической реакции во многом походил на разновидность звена ДНК или РНК. Полученные из космоса спектры очень походили на спектры вариантов азотсодержащих соединений.
Некоторые метеориты содержат нечто, напоминающее рудиментарные клетки палеонтологических находок; и эти метеориты, как полагают, появились в результате дробления кометного ядра. Поскольку кометы прибывают из межзвездного пространства, их состав может отражать состав газообразной туманности; более того, вещества, выявленные во внешней части комет, сопоставимы с кометным ядром, содержащим сложные органические молекулы, в частности полисахариды. К этому можно добавить, что внутренняя часть ядра кометы, возможно, весьма удобное место, подходящее для биохимических реакций, и вполне вероятно, что семена жизни, если не примитивные ее формы, могли появиться таким образом. При столкновении комет с первобытной Землей высвобождалось содержащееся в них органическое вещество, и так зародилась земная жизнь. (Более поздние прохождения Земли через хвосты комет, как заявили Хойл и Викрамасингх, приводили к эпидемиям.)
В интервью, которое Чандра Викрамасингх переслал на сайт Space.com в 2000 году по электронной почте, он описал схему этого явления:
Жизнь зародилась в космологическом масштабе и была соединением материала всех комет, вращающихся вокруг всех звезд во всех галактиках Вселенной.
Однажды появившись, устойчивая жизнь… практически обеспечивает себе бессмертие. Она выживает и многократно воссоздается в теплых влажных ядрах комет. Пространство между звездами наполнено обломками комет, и некоторые из них содержат семена жизни.
Кометы попали на Землю из кометного облака Орта в нашей Солнечной системе, в котором находятся сотни миллиардов таких тел, и принесли первую жизнь на нашу планету примерно 3800 миллионов лет назад.
Бактерии, долгое время попадавшие на Землю с комет (и попадающие к нам по сей день), направляли эволюцию земной жизни.
В 2004 году группа ученых из Вашингтонского университета в Сент-Луисе и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Калифорнии под руководством Кристин Флосс исследовала частицы пыли, собранные NASA в стратосфере, и обнаружила органическое вещество, возраст которого был явно больше возраста Солнечной системы. Почти наверняка это вещество сформировалось в межзвездной туманности. В момент написания этой книги проводится анализ пыли, собранной NASA в хвосте кометы «Уайлд-2», в надежде найти аналогичные первобытные органические вещества и там — а может быть, и совсем другую-непривычную органику. Маленькие частицы кометного вещества постоянно попадают на поверхность Земли из атмосферы.
Даже если идея живых микробов, которые способны выжить в долгом путешествии от одной звезды к другой, окажется несостоятельной, то что можно сказать насчет перемещений камней между Землей и ее (относительно) близким соседом — Марсом? Конечно, на Земле можно найти какие-то марсианские камни, отколотые от поверхности красной планеты ударившими по ней метеоритами или после грандиозного вулканического извержения и в итоге попавшие сюда. Хотя обратный процесс более сложен (гравитация нашей планеты больше, так что и воздействие должно быть сильнее, и каменные фрагменты должны перемещаться от Солнца, а не к нему), представляется несомненным, что по крайней мере некоторая часть земного вещества попала сюда с Марса. Если на Марсе обнаружится микробная жизнь, в первую очередь нужно будет убедиться, что у нее не земное происхождение.
Однако сейчас наибольший интерес вызывает именно сценарий «от Марса к Земле». Имеются указания на то, что на заре Солнечной системы на Марсе была более благоприятная для происхождения жизни среда, чем на Земле: будучи планетой меньшего размера, Марс охладился раньше Земли. Также известно, что в геологической истории Марса была по меньшей мере одна стадия, когда он был более теплым и влажным и, таким образом, более подходил для роли обители жизни. Возможно, что жизнь на Земле появилась не самостоятельно, а зародилась на Марсе и затем переместилась сюда в виде метеоритов, зараженных микробами. Возможно, мы ищем ключи к загадке о происхождении жизни и о ранних этапах ее развития не на той планете.