Жизнь как она есть

Мысль о том, что древняя атмосфера была не похожа на современную, а содержала намного меньше кислорода, по-видимому, получила впечатляющее подтверждение в 1953 году от Стенли Миллера, студента Гарольда Урея (Harold Urey), который пропускал электрический заряд через смесь CH₄, NH₃, H₂ и H₂O, помещенную в закрытую систему. Система состояла из фляги воды, которую кипятили для того, чтобы ускорить циркуляцию газов, и которая служила для поглощения любых летучих, растворимых в воде продуктов реакции и их защиты от разделения электрической искрой. Через неделю (или около этого) разряд прекращался. Оказывалось, что вода содержит ряд мелких органических соединений, включая значительное количество двух простых аминокислот, глицина и аланина, найденных во всех белках. С тех пор проводилось много подобных экспериментов с использованием различных смесей сазов и множества источников энергии и условий эксперимента, включая пропуск газов через нагретые неорганические поверхности. Их результаты слишком сложны, чтобы кратко их здесь описать, за исключением одного поразительного факта. Если смесь газов включает значительное количество кислорода, то мелких молекул, похожих на молекулы, имеющиеся в живых системах, не обнаруживали. Если газообразный кислород отсутствует, то такие мелкие молекулы образуются при условии, что смесь газов содержит, в том или ином виде, азот и углерод. Некоторые смеси газов создают большее разнообразие аминокислот по сравнению с другими, особенно если в них не содержится H₂. На первозданной Земле H₂ обычно терялся в космическом пространстве, тогда как в Первоначальном эксперименте Миллера, который проводился в закрытом сосуде, у любого образованного H₂ не было такой возможности, и поэтому он накапливался в установке, пока шел эксперимент.

Таким образом, если атмосфера была восстановительной, то вода на первозданной Земле, вероятно, содержала довольно разбавленную смесь мелких органических молекул, многие из которых могли послужить исходным материалом для древнейших живых систем. Какие именно образовались молекулы, в каком количестве и где — в верхних ли слоях атмосферы, в океанах, около подводных вулканов или в приливных заводях, в небольших озерах, в горячих источниках, вблизи вулканических трещин или же во всех этих местах, — этот вопрос остается открытым. Многие из этих молекул неустойчивы в воде в течение очень длительных периодов времени, поэтому, в конечном итоге, окажется, что установленные их количества появились благодаря равновесию между их непрерывным образованием в течение тысяч или миллионов лет и их разрушением вследствие теплового движения. Большинство аминокислот имеют как отрицательный, так и положительный заряд, поэтому, несмотря на то, что они небольшие и в сумме электрически нейтральные, они скорее останутся в воде, чем попадут в воздух. По этой причине они обычно не терялись при испарении. Этот первозданный бульон, как его часто называют, «получился плохим» в обычном смысле, потому что тогда не было микроорганизмов, которые жили бы в нем и питались бы его молекулами.

Однажды я спросил своего коллегу Лесли Оргела, который работает над проблемой происхождения жизни: какой могла быть концентрация этого бульона. Он рассказал мне, что провел весьма приблизительные расчеты и что, судя по всему, этот бульон содержал примерно столько же органического вещества (хотя главным образом мелких органических молекул), сколько содержит куриный бульон. Я был поражен. Я хорошо помнил, что однажды в один из редких случаев, когда я вынужден был готовить себе сам, я открыл банку с куриным бульоном и что, кроме маленьких кусочков мяса, в ней была еще густая, жирная, питательная смесь. Существование целого океана подобной смеси представлялось мне крайне невероятным. Однако оказывается, что это вещество правильнее охарактеризовать как куриный отвар. Оргел имел в виду именно прозрачный, довольно жидкий куриный бульон. На самом деле ему удалось даже измерить количество органического вещества в отдельной его пробе. Возможно, не каждый согласится с его оценкой, но она дает самое приблизительное представление об общем количестве органического сырья, которое, вероятно, имелось на Земле до зарождения на ней жизни.