Вы настоящий киноман и, конечно же, находитесь в поисках сайта, где можно было бы скачать фильмы бесплатно одним файлом . Я советую Вам занести в закладки Вашего браузера сайт www.myfilmix.ru, на котором Вы сможете найти огромное количество новинок кинематографии.

Физический процесс «сотворения» жизни.

Итак, мы рассмотрели происхождение в Галактике биоинформационной энергии, и ее носителя — биоинформационного поля, способного переносить эту энергию ко всем объектам (планетам), на поверхности которых можно создать живую материю (биоматерию) в виде биовеществ и биосуществ. Но, согласимся в главном, создавать живую материю можно только там, где для этого имеются условия. Поэтому, прежде чем излагать процесс создания биоинформационной энергией живой материи на нашей планете, нам следует всесторонне рассмотреть физические условия, в которых можно было бы сконструировать первичную основу живой материи — биовещества т. е. вещества с признаками того, что мы называем «живым»: самоорганизованностью, самовоспроизведением, наследственностью, разумом, памятью и другими качествами. Что может быть отнесено к физическим условиям? Прежде всего — это наличие на планетах звездных систем жидкой среды (воды). Судя по тому, какое значение имеет вода для живых организмов нашей планеты, можно категорично утверждать, что присутствие воды — есть первичное физическое условие возникновения жизни на планетах. Я, исходя из этого утверждения, буду излагать процесс создания жизни на нашей планете, предполагая, что такой процесс может быть и на планетах всех звездных систем Галактики. Следующее условие — это наличие на планетах химических элементов и веществ, подходящих для построения первичных биовеществ. На нашей планете химических элементов, из которых состоит живая природа, оказалось вполне достаточно, и наша планета в космосе по количеству химических элементов не является исключением. Присутствие каких-либо «особых» химических элементов, предназначенных только для живой материи необязательно, это тоже условие. Создание живой материи невозможно без такого процесса в живом мире, как обмен веществ. Нам известно, что существенным моментом жизни живых организмов является обмен веществ, и чем ниже уровень организации живого существа, тем большую роль играют в жизнедеятельности таких существ, как, например, бактерий (геологических «деятелей») химические элементы и вещества неорганической природы. Такие бактерии буквально едят землю. С повышением уровня своей организации живые организмы осваивают все более сложные формы организации материи. Если бактериям нужны химические элементы, то человеку, например, нужны сложные органические соединения -аминокислоты, белки, углеводы и др. Обмен веществ может осуществляться только с двумя целями — физическое построение биовещества, или организма, и энергетическое обеспечение их жизнедеятельности. Вещества — это материя и энергия. Присутствие внешней энергии для создания жизни — это второе, после воды, условие построение живой материи, как биовеществ, так и биосуществ. Для чего нужна внешняя энергия, мы рассмотрим далее. И последнее условие — все процессы должны осуществляться при полном и точном выполнении физических законов, действующих в нашей Галактике. Теперь, когда главные условия оговорены, можно излагать физический процесс построения живой материи на нашей планете — Земля. В этом разделе мы рассмотрим только начальный функциональный процесс, а принципиальные вопросы будут рассмотрены во 2-й и 3- й частях книги.

Проходя космическое пространство и атмосферу нашей планеты, рентгеновское излучение с эллиптической поляризацией и с постоянно меняющейся энергией летящих частиц — фотонов, достигает поверхности находящейся на нашей планете жидкой среды — воды. Первое, что делает это излучение после проникновения в воду и, воздействуя на органические соединения — это помогает соединениям выполнять законы термодинамики, при их взаимных превращениях из простых в сложные. Второе — обучает вновь созданные соединения соблюдать эти законы при создании ими более сложных форм. Что это именно так, а не иначе, будет понятно, когда мы спрогнозируем логику процессов образования биовеществ в воде. Если исходить из того, что имеющаяся у атомов простых веществ первичная энергия позволила этим веществам создать простые органические соединения, то этот процесс не может быть бесконечным, т.к. бесконечный процесс требует все большей энергии, которой у простых веществ, для бесконечного процесса, не может быть. Принудительное смешивание, или перемешивание жидкой средой в процессе ее движения, может привести к кратковременному процессу химических реакций, но образовавшиеся энергетически уравновешенные соединения принимают устойчивое состояние, и далее процесс прекращается. Для непрерывного процесса требуется не только энергия извне, но и порядок применения этой энергии, ибо законы термодинамики действуют в Галактике независимо от того, кто (или что) и как хочет превращать энергию в работу и наоборот. Законы термодинамики — это взаимодействие физических тел, или веществ, с энергией. Энергия — это работа.

Первый закон термодинамики утверждает, что всякое тело обладает внутренней энергией. Причем внутренняя энергия может уменьшиться, если тело совершает работу А и увеличиться, если ему сообщают теплоту Q: ∆U = Q — A. Первый закон термодинамики — это закон сохранения энергии. Из него следует, что если внутренняя энергия тела постоянно равна Q и тело не получает и не отдает тепла, то оно не может совершать работу. Таким образом, нельзя получить работу из ничего, или превратить ее ни во что. Устройство или машину, получающую работу из ничего, называют вечным двигателем первого рода. Первый закон термодинамики такой вечный двигатель отвергает. Это непосредственно относится к образовавшимся в жидкой среде (воде) простым органическим соединениям. Жидкая среда — вода — вещество нейтральное энергетически и своей энергии для дальнейших экспериментов не предоставляет.

Дальнейшая работа может происходить только после выполнения второго закона термодинамики, который устанавливает — в природе невозможен процесс, единственным результатом которого была бы механическая работа, полученная за счет охлаждения резервуара, точнее, взаимное превращение тепла и работы неравноценно — работу можно превратить в тепло полностью, а тепло полностью превратить в работу нельзя. Можно, например, нагреть нихромовую проволоку от аккумулятора, но зарядить аккумулятор нагретой проволокой нельзя. Таких примеров в природе очень много. Машину, многократно и полностью превращающую тепло в работу, называют вечным двигателем второго рода, который вторым законом термодинамики отвергается. Теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к горячему. Это формулировка подчеркивает односторонность реальных процессов, каких в природе много, хотя первый закон термодинамики и не запрещает переход тепла — он только требует сохранения энергии. Из этого следует, что в результате химических реакций веществ вода приняла тепло, но обратно полностью не отдала, и реакции прекратились. Вещества исчерпали внутренние запасы энергии.

Выход из такого тупика мог быть только один — для продолжения химических реакций постоянно подавать к веществам необходимое количество энергии из источника, находящегося вне воды. Роль такого поставщика внешней энергии могло выполнять уже известное нам рентгеновское излучение ГЦ. Носители этого излучения — рентгенфотоны, обладающие большим запасом энергии, могли работать с веществами, заменяя собой вечные двигатели первого и второго рода. Это значит, нарушать равновесие, заменяя ничто на себя, и при недостатке тепла, во втором законе, компенсировать его, что и могло приводить вещества к дальнейшей работе.

Прохождение электромагнитных излучений различных диапазонов сквозь озоновый слой и земную атмосферу.

1. Мягкое рентгеновское изучение диапазона волн 50-100 А

2. Ультрафиолетовое излучение диапазона волн 360-780 нм (2000-3600 А)

3. Видимый свет — излучение волн 360-780 нм (3600-7800 А)

4. Инфракрасное (тепловое) излучение диапазона волн 780-800 им (7800-8000 А)

5. Длинноволновое радиоизлучение диапазона волн 400-800 м

Пунктирными линиями обозначены излучения, подвергающиеся значительному ослаблению атмосферой планеты Земля.

Рисунок выполнен по информации взятой из книги «Физика космоса».

Маленькая энциклопедия. Гл. редактор Сюняев Т. Л. Изд. «Советская энциклопедия», 1986 г.

Однако, приняв энергию рентгенфотонов, атомы и молекулы простых органических соединений, допустим, превращали ее в одну из форм, например, в химическую, и продолжали процесс преобразований, но, к сожалению, такой процесс становился неуправляемым. Неуправляемый процесс, согласно третьего закона термодинамики, ведет к еще большему потреблению энергии с выделением тепла и увеличению энтропии (то есть превращения). Энтропия — это величина, показывающая степень стремления тел к неуправляемым процессам. В состоянии теплового равновесия энтропия достигает максимума. Это основной вывод третьего закона термодинамики.

Для выполнения третьего закона термодинамики, устанавливающего, что когда температура тела стремится к нулю, изменение энтропии, связанное с любым превращением тоже стремится к нулю — требуется тепловое равновесие со средой, в которой идут процессы. Чтобы процесс образования сложных соединений шел в рамках порядка, требуется постоянное изменение энергии в соответствии с ее расходами (перевод в работу) и выделением теплоты. В этом случае вода, в которой находится вещество (или соединение веществ), обладая большой теплоемкостью, снимает лишнее тепло и между водой, веществом и поступающей энергией электромагнитного излучения наступает тепловое равновесие, при котором энергия совершает работу направленно, все время соблюдая границу между максимальной энтропией и хаосом. В наступившем тепловом равновесии вновь создающиеся органические соединения заранее обрекаются (обучаются) выполнять условия теплового равновесия. Рентгеновское излучение ГЦ, попадая в воду, в которой находились органические вещества, и, отдавая им свою энергию для их работы, на начальном этапе создания биовеществ было просто поставщиком энергии. Количество подаваемой энергии особого значения не имело, главное, чтобы ее хватало для достижения теплового равновесия органических соединений с внешней средой (водой) при энтропии. Кроме этого, в процессе создания простых органических соединений, предшественников биовеществ, рентгенфотоны могли перемещать в воде атомы химических веществ, предварительно превратив их в ионы, и в этом случае процесс объединения одних веществ с другими позволял использовать взаимную энергию, ее расход и накопление. Исследования физиков доказывают, что рентгеновское излучение имеет такую энергию, которая может перемещать атомы веществ в жидких средах, предварительно отделив от них электроны и превратив, таким образом, в ионы. Исходя из вышеизложенного, можно утвердительно сказать, что создание живой материи на самой ранней стадии (в виде биовеществ) возможно только после того, как биовещества выполнят законы термодинамики. Только после этого можно надеяться на то, что созданное будет более-менее долговечным. После того, как биовещество «научилось» исполнять законы термодинамики, поддерживать тепловой баланс с внешней средой, и за счет внешней энергии освоило функции передвижения и самостроительства, внешняя энергия начинает выполнять контрольную функцию -она следит за энтропией. В этом случае она расходует себя ровно столько, сколько нужно биовеществу. Главное, что осуществило излучение ГЦ — это «обучило» создающиеся биовещества работать с энергией и управлять ею в физико-химических процессах, происходящих при преобразовании простых веществ в сложные.

Так мы подошли к основному выводу: основа всего живого — это умение органических соединений управлять энергией в ее превращениях с целью продления своего существования.

Когда умение биовеществ в управлении энергией достигло совершенства и закончилось созданием живой клетки, обладающей многими самостоятельными функциями, в числе которых прием энергии, ее использование и передача, тогда можно сказать — жизнь создана. Под понятием «жизнь» сегодня большинство ученых подразумевает именно процесс существования сложных органических систем, состоящих из больших органических молекул, способных самовоспроизводиться и поддерживать свое существование путем использования энергии веществ из окружающей среды. Это результат изначального соблюдения биовеществами законов термодинамики — первое (и самое основное) физическое условие образования жизни.

Следующее, что требовалось для построения живой материи в воде — это придание органическим соединениям, при их усложнении, оптимальной формы. Это условие было выполнено поставщиком внешней энергии — рентгеновским излучением, у которого имелись возможности не только снабжать находящиеся в воде органические соединения энергией, но и строить из них большие конструкции определенной формы. О необычной спиральной форме молекул ДНК и белков было изложено в первом разделе, и, думаю, что такую форму этим молекулам могло придать только рентгеновское излучение ГЦ, физический процесс получения которого мы рассмотрели выше. Как уже было отмечено, электромагнитное излучение рентгеновского диапазона волн, исходящее из ГЦ, имеет необычную (отличную от линейной) поляризацию — эллиптическую. Это рентгеновское излучение достигает поверхности планеты Земля с минимальными искажениями за счет того, что по пути движения этого излучения космическая среда (внешний газовый диск ГЦ, межзвездное пространство) и земная среда (атмосфера и вода на поверхности планеты) примерно однородны. В обеих средах присутствует водород или компоненты с его участием. Искажения спектров излучения в большей мере могут происходить за счет наложений на них спектров неполяризованных излучений от различных космических источников, но это тема отдельного рассмотрения. Принцип работы излучения по конструированию сложных органических соединений спиральной формы будет рассмотрен во 2-й части, а сейчас рассмотрим работу излучения только в части преимуществ и недостатков, имевшихся у находящихся в воде органических соединений в форме спиралей. Создание таких соединений явилось результатом преобразований простых соединений в сложные, состоящие из больших молекул, которые проделало рентгеновское излучение ГЦ. По мере усложнения соединений число их отдельных элементов (атомов и молекул) увеличивалось, и поступающей энергии оказалось недостаточно. Приблизиться к источнику энергии с целью получения от него большего количества энергии уже не было возможности, жидкая среда имела конечный предел, называемый верхней поверхностью, за которой начиналась другая среда, атмосферная. В этом случае приходящие волны рентгенфотонов, имея вращение вокруг общей оси, но разную амплитуду, что ранее было отмечено, и, скользя по органическим соединениям, начинали расставлять атомы и молекулы в точном соответствии со своим движением, точнее, давая энергию только тем атомам и молекулам, которые были на пути движения волн. Так стали образовываться необычного вида молекулы органических соединений — линейные спиральной формы. Линейная спиральная молекула представляла собой структуру, в которой атомы располагались линейно — в пределах воображаемой линии, которая к тому же еще и закручивалась. Такие молекулы, в процессе их совершенствования, стали обладать специфическими качествами. Одно из них заключалось в том, что внешняя граница спирали образовывалась атомами, требующими большей энергии, а это значит, что в среде они были менее активны, внутри спирали помещались атомы, которые были более активны, т. е. те, для движения которых энергии требовалось меньше. Спираль оказалась удачной тем, что активная зона у нее помещалась внутри. Кроме этого, в процессе взаимодействия таких молекул с поступающим излучением, молекулы стали иметь вид своеобразных спиральных антенн, принимающих энергию с наибольшим эффектом ее использования. Так как излучений одновременно подавалось два, но разного направления вращения и разной амплитуды, то, согласно установленному ранее, в работе с веществами вначале участвовало излучение правого вращения, по мере его расходования наступала очередь излучения левого вращения. Образовавшиеся органические соединения имели много общих качеств, например, по строению и составу, но имели и важное отличие — они не могли взаимодействовать между собой для создания других соединений обычным способом — путем простого смешивания. Спирали могли вступать в реакцию особым способом, не соприкасаясь друг с другом, а, ввинчиваясь друг в друга и подводя для реакции свои активные внутренние зоны, и постепенно, по мере их использования, спирали двигались навстречу друг другу. То же самое проделывали спирали и левого вращения, образованные позднее правых. Такой порядок решал много проблем. В начальной стадии строительства сложных соединений исключались случайные связи с внешними поверхностями спиралей, а у образовавшихся двойных спиралей внутренняя активная зона становилась еще более защищенной. Взаимное разрушение спиралей при их взаимодействии или разрушение одной спирали химическими веществами, находящимися в воде, могли осуществляться только одним путем — энергетическим. Энергия — это информация и сила, вот по этим качествам органических соединений, в форме спиралей, и осуществлялось их разрушение. Спираль с большей энергией поглощала спираль с меньшей энергией, становясь двойной или более сложной. Таким же образом осуществлялась работа спиралей и с находящимися в воде химическими веществами и неорганическими соединениями. Однако спиральная форма органических соединений при больших достоинствах обладала и серьезным недостатком. Спрятанная внутри спирали химически активная зона не обладала высокой разборчивостью по отношению к другим соединениям такой же формы. Соединение спиралей химическим путем часто приводило и к отрицательным результатам химических связей, и в таких случаях соединения либо распадались, либо останавливались в своем совершенствовании и оказывались не в состоянии создать из себя более сложные и живучие соединения. Такие результаты взаимодействия спиралей заставляли их искать новые способы продолжения жизни и вырабатывать эффективные меры своей защиты. Наиболее оптимальным вариантом было уменьшение своих размеров. Поскольку спирали в своем строительстве увеличивались в линейных размерах (в длину), пытаясь приблизиться к источнику энергии (излучения), а энергии для всей спирали становилось недостаточно, ее могло быть достаточно, допустим только на 10÷20 витков, то, образующаяся хвостовая часть спирали в целях самозащиты начинала закручиваться в клубок, уменьшая тем самым свои размеры. Правила взаимодействия при таком конструктивном устройстве стали требовать предварительного знакомства, после чего можно было открыть активную зону для общей работы. Постепенно, в процессе касания спиралей, в водной среде внешними сторонами спиралей, имеющих сахарофосфатный остов, на внешних сторонах спиралей стали появляться взаимные точки, чувствительные к энергетическим уровням соединений. Так образовались рецепторы — особые чувствительные точки, способные реагировать на подобную избирательную систему (спираль). Это позволило превратить рецепторы в процессе развития уже в своеобразные приемники и детекторы энергии других органических соединений, а это подвело сложные органические соединения к новому, более высокому уровню развития, связанному с созданием органических соединений, способных к анализу окружающей среды при поиске энергетических источников.

Эволюция первичных рецепторов на сахарофосфатной основе породила новый класс органических соединений, преобразовавшихся в результате длительных взаимодействий в особое вещество серого цвета — мозг, который стал управлять вначале простыми живыми существами, в процессе их усложнения усложнялся сам, и, доведя себя до вычислительно-командного комплекса фантастических информационных величий, стал обладать такой же фантастической чувствительностью к электромагнитным излучениям. Он стал переводить живые организмы на новый уровень развития — биоинформационный. Первое земное существо, для которого закончилось эволюционное развитие, — это гомосапиенс (человек разумный).

Такой подход близок моему пониманию самой проблемы происхождения жизни, которое следует рассматривать как непрерывный процесс упорядочения при росте уровня самоорганизации. Одновременно можно думать, что в изначально хаотической среде на предбиологической стадии эволюции система находилась в квазиустойчивом состоянии. Накопление неустойчивости в подобной системе за счет внешних воздействий обычно приводит к переходу ее в новое состояние путем бифуркации, и таких последовательных бифуркаций, вообще говоря, может быть много. Понятие устойчивости также лежит в основе стохастической динамики. С моей точки зрения, появление жизни на Земле можно уподобить бифуркации, возникшей за счет внешнего источника — привноса некой новой субстанции, как возмущающего агента, в изначальную среду. Вот почему я рассматриваю столь важной роль комет в эволюции Земли, с которыми, помимо летучих, могли быть (и несомненно были) занесены другие разнообразные соединения. Мне представляется, что такой фактор мог оказать решающее воздействие на предбиологическую среду и ее состояние устойчивости, принципиально изменившееся с зарождением жизни. Именно с этих позиций я воспринимаю те основные выводы, которые были сделаны на совещании. Спасибо.

Л.М. Гиндилис: Прежде всего, я хотел бы отметить, что необходимость в таком совещании явно назрела. В СССР проводились совещания и конференции по SETI, и на них обсуждалась проблема происхождения жизни. Особенно плодотворным в этом плане было обсуждение на советско-американской конференции 1971 г. в Бюракане, где присутствовали Карл Саган, Френсис Крик, а из наших специалистов по происхождению жизни — Лев Михайлович Мухин. Но специальных совещаний по происхождению жизни, насколько я помню, не было. А за рубежом такие совещания довольно регулярно проводились, даже издается журнал «Origins of Life». Так что это совещание действительно очень нужное. Информации на нем было много. Это хорошо. Но коэффициент понимания, во всяком случае, у меня, весьма мал. С одной стороны, это неизбежно на подобных междисциплинарных совещаниях; с другой — всем нам надо стремиться, по возможности, говорить на языке междисциплинарного общения, чтобы облегчить жизнь друг другу.

Меня немного удивило высказывание Николая Леонтьевича Добрецова, который сказал, что, мол, туманности это хорошо, но нас интересует происхождение жизни на Земле. Полагаю, он сам так не думает, это скорее было чисто эмоциональное высказывание. Я глубоко убежден, что мы никогда не поймем, как произошла жизнь на Земле, если не будем принимать во внимание космические факторы. Поэтому организаторы конференции безусловно правы, что не ограничились геологической точкой зрения и пригласили также астрофизиков. В конце концов, Земля произошла из космического газопылевого облака, и не учитывать это невозможно. Здесь был очень содержательный обзор Николая Геннадиевича Бочкарёва по межзвездной среде, но я также обратил внимание, что астрофизические факторы, так или иначе, затрагивались во многих докладах.

Я хотел бы также высказать некоторые соображения по поводу панспермии. Когда эти идеи высказывались еще до С. Аррениуса, в XIX в. (Г. Гельмгольц, У. Томсон и др.), все представлялось ясным. Считалось, что Вселенная, бесконечная в пространстве, существует вечно. В этой вечно существующей, стабильной Вселенной всегда существовала жизнь на тех или иных телах. При разрушении этих тел семена жизни переносились на другие планеты. Но сейчас мы знаем, что Вселенная возникла из сингулярного состояния, и условия в ранней Вселенной, где не было ни молекул, ни атомов, полностью исключает существование жизни, во всяком случае, в известной нам форме. Значит, она должна была все-таки возникнуть в определенный момент времени, если не на Земле, то где-то во Вселенной. В связи с этим я хотел бы обратить внимание на очень интересную работу Александра Дмитриевича Панова из Института ядерной физики МГУ (жаль, что его не было среди участников совещания). Эволюция планетарной системы проходит через последовательность различных этапов (или фаз) с фазовыми переходами между ними. Как убедительно показал Панов, последовательность фазовых переходов в эволюции планетарной системы с момента возникновения жизни и далее (на биологической и социальной стадиях) обладает свойством масштабной инвариантности, т.е. продолжительность последовательных фаз образует убывающую геометрическую прогрессию. Если экстраполировать эту закономерность назад (во времени), то для предбиологической эволюции требуется 5-7 млрд. лет, что существенно превышает время от формирования Земли как планеты до появления на ней жизни. Отсюда Панов выдвигает предположение, что пред-биологическая эволюция началась на каких-то первопланетах в Галактике, а затем продукты предбиологической эволюции были перенесены на другие планеты, в том числе на Землю, в процессе панспермии. Он рассчитал модель, из которой следует, что за два галактических оборота (400 млн. лет) продукты предбиологической эволюции распространились на всю Галактику. Ввиду того, что это время существенно меньше процесса естественной предбиологической эволюции (5-7 млрд. лет), Панов пришел к выводу, что предбиологическая химическая эволюция на отдельных планетах не могла протекать независимо. Это приводит к тому, что жизнь возникает практически одновременно на всех планетах, где созрели подходящие условия для существования жизни (ранее такую мысль высказывал Всеволод Сергеевич Троицкий, но из чисто умозрительных соображений). При этом жизнь возникает на одной молекулярной основе, с единым генетическим кодом и с одной хиральностью. Думается, что это очень существенный вывод. Возможно, идеи Панова в чем-то спорные, но их необходимо обсуждать.

Сергей Васильевич Шестаков говорил об «экопоэзе» и о возможности того, что жизнь могла быть занесена на Землю в результате творчества неких разумных существ с других планет. Я хотел бы заметить, что такая гипотеза (гипотеза о направленной панспермии) была высказана Ф. Криком и Л. Оргейлом в 1973 г. (Crick F., Orgel L., 1973. Directed Panspermia. Icarus. V. 19, № 3: 341). А еще раньше подобные мысли высказывали Дж. Холдейн и К.Э. Циолковский. В отличие от своих предшественников, которые исходили из общих умозрительных соображений, Крик и Оргейл пытались обосновать гипотезу направленной панспермии с биологических позиций. Одним из важнейших аргументов в пользу этой гипотезы они считают универсальность генетического кода.

Лев Михайлович Мухин в своем докладе упомянул о проблеме Дизайнера или Конструктора Вселенной. Мне показалось, что эта мысль была воспринята с большим скептицизмом и даже отторжением. Хочу сказать, что в среде космологов она воспринимается более спокойно. Возможно, на такое восприятие повлияла проблематика антропного принципа. Известно высказывание крупнейшего современного физика и космолога Джона Уилера: «Не замешан ли человек в проектировании Вселенной более радикальным образом, чем мы это себе представляем?» (Уилер Дж., 1978. Выступление в дискуссии. Космология: теория и наблюдения. М.: 368). Еще раньше Фред Хойл, известный английский астрофизик, утверждал: «Здравая интерпретация фактов дает возможность предположить, что в физике, а также в химии и биологии экспериментировал «сверхинтеллект», и что в природе нет слепых сил, заслуживающих доверия». В том же духе высказался недавно Мартин Рис. По его мнению, идеи, связанные с Мультиверсом, приводят к не вполне обычному заключению, что «мы являемся порождениями некоторой высшей или сверхъестественной силы». Эти примеры можно продолжить. Более того, учитывая, что в момент возникновения Вселенная имела ничтожные размеры, некоторые физики и космологи начинают задумываться над тем — нельзя ли создать Вселенную в лаборатории? Но, если наши физики пытаются сделать это на бумаге, то другие более развитые существа могли сделать это на практике. Поэтому под Конструктором Вселенной совсем не обязательно (и даже не следует) подразумевать некую Внеприродную Сущность. Это может быть коллективный разум высокоразвитых существ, прошедших эволюцию в предыдущих циклах Вселенной или в других вселенных.

В связи с докладом Алексея Юрьевича Розанова у нас возникла острая дискуссия о морфологии: в какой степени можно доверять выводам, полученным на основе чисто морфологических методов и не следует ли добавить к ним какие-то другие методы? Я думаю, что другие методы (если они есть) всегда полезны. Но в какой мере можно базироваться на морфологии? Вспоминается, что в 1950-х гг. два наших выдающихся астронома Григорий Абрамович Шайн в Крыму и Василий Григорьевич Фесенков в Алма-Ате успешно занимались изучением морфологии газовых туманностей, и ими были получены важные выводы, в частности, о характере магнитного поля в туманностях. А Борис Александрович Воронцов-Вельяминов с помощью микроскопа исследовал карты Паломарского атласа и открыл многие ранее неизвестные типы галактик. Сам я морфологией никогда не занимался, я занимался спектрофотометрией. Но, в конце концов, что такое спектрограмма? Это же тоже изображение, и опытные спектроскописты по виду спектра, без всякой фотометрии, могут сделать заключение о природе исследуемого объекта, например, о спектральном классе звезды. Я думаю, что на самом деле, морфологические методы используются гораздо чаще, чем мы привыкли думать.

В заключение я хотел бы поддержать предложение Валерия Николаевича Снытникова о получении метеоритного материала непосредственно в космосе. Это можно делать с помощью ловушек метеорной пыли, устанавливаемых на космических аппаратах. Но метеорную пыль можно (и нужно) собирать также на поверхности Земли. Думаю, в ней можно будет найти много интересного.

А.В. Витязев: Это одно из немногих совещаний, где я получил очень много нового и в очень приятной обстановке. Но если я «съел» очень много, то я совершенно это не «переварил». Хорошо, что будут диски, еще лучше, если будут публикации. Некоторые утверждения, с которыми я внутренне не согласен, я бы хотел увидеть в напечатанном виде. Но мне кажется, что совещание удалось.

М.А. Федонкин: Алексей Юрьевич Розанов сказал, что мы не должны заниматься определением, что такое жизнь. Но есть такая простая вещь: в основе жизни лежит универсальный процесс, который позволяет нам говорить на одном языке — электрон переходит от донора к акцептору, это универсальный язык физики, который лежит и в основе обсуждаемых нами проблем. И если следовать предложению Валерия Николаевича Снытникова по поводу экспериментов, то, конечно, нам больше всего здесь не хватает физиков. Все реакции в своей основе — электрохимические, и сейчас бактерии встраиваются в электрохимические градиенты в среде. Нам нужно подумать, как эти процессы возникали, как жизнь удерживает энергию и отдает (в отличие от неживых тел). То есть исследовать больше саму жизнь, чем, скажем, морфологию, включая морфологию молекул. Это мое главное пожелание.

А.Б. Макалкин: Я хотел бы сказать о некоторых физических вопросах, относящихся к ранним стадиям эволюции Солнечной системы. Во-первых, где в ранней Солнечной системе могли реализоваться физические условия, необходимые для самых ранних стадий предбиологической эволюции? Об этом говорил Александр Сергеевич Спирин. Органические соединения сейчас определяют из астрономических наблюдений не только в газовой фазе межзвездной среды и молекулярных облаков, но и в пылевых частицах таких облаков и околозвездных дисков, а также изучая вещество тел Солнечной системы. Значительная часть органических соединений — полициклические ароматические и алифатические углеводороды. Итак, органических соединений в исходном веществе, из которого образовались первые допланетные тела, было много. В докладе Александра Сергеевича прозвучали следующие требования к обозначенным условиям. Первое — поддержание температуры около 300 К. Второе — наличие жидкой воды. Третье — желательное наличие монтмориллонита, одного из водосодержащих силикатов. По имеющимся данным и основанным на них моделям, все эти условия реализовывались в родительских телах углистых хондритов. Вероятно, они также выполнялись в планетезималях размерами от ста километров, во внешней части Солнечной системы, в области образования планет-гигантов и, возможно, в койперовом поясе.

В 2003 г. мы опубликовали статью по поводу происхождения гидросиликатов, обнаруженных на некоторых телах пояса Койпера по наблюдениям их спектров отражения. Были оценены времена эволюции таких тел. Гидросиликаты обнаружены также на поверхности многих тел в поясе астероидов, причем не только на астероидах С-типа, похожих по веществу на углистые хондриты, но и на некоторых расслоенных астероидах (магматических типов), которые значительно отличаются по спектру и веществу от углистых хондритов. Есть загадка в том. откуда на этих астероидах появились гидросиликаты. Гипотеза такая — они были принесены при соударениях с другими телами, поступившими из внешней части пояса астероидов или даже из области образования Юпитера. О чем свидетельствует наличие гидросиликатов? Большинство исследователей считают, что для их образования нужна жидкая вода, а в протопланетном облаке из-за низкого давления нет жидкой фазы, там происходит сублимация твердого вещества в газообразное. Но жидкая вода могла быть в планетезималях с размерами от нескольких десятков километров. Как достигались необходимые температуры? Основным источником нагрева планетезималей сейчас считаются короткоживущие радиоактивные изотопы, прежде всего — алюминий-26, потому что его больше других. Период полураспада алюминия-26 — около 700 тыс. лет. Поэтому, если планетезимали с радиусом от ста километров (а для зоны родительских тел углистых хондритов — от нескольких десятков километров) смогли образоваться за время не более двух миллионов лет, пока хватает тепла, то океан внутри них мог просуществовать до замерзания в течение нескольких миллионов лет. Возникает вопрос — если там что-то такое могло начать развиваться, то этого периода — в несколько миллионов лет — достаточно или нет?

А.Ю. Розанов: Вполне.

А.С. Спирин: Мало.

А.Ю. Розанов: Смотря с чего начинать.

А.С Спирин: Смотря чем кончить.

А.Ю. Розанов: Не выше, чем протистом.

А.С. Спирин: Микробом. А можно вопрос? Наверное, когда я перечислял необходимые условия, забыл о фосфоре. Его в космической органике и в целом ряде космических тел нет. Надо искать фосфор. Без фосфора ничего нельзя сделать, потому что не только нуклеиновые кислоты, не только репродукция, но и вся энергетика живой системы базируется на фосфоре.

А.Б. Макалкин: Может быть, найдут фосфоросодержащие добиологические органические соединения…

A. С. Спирин: Хотя бы просто фосфор найти.

B. Н. Снытников: Соединение углерод-фосфор (CP) спектрально установлено в межзвездной среде. Кроме того, в углистых хондритах есть фосфор.

А.Ю. Розанов: Хорошо, это мы перепроверим. А.С. Спирин: А в земной коре где есть фосфор? А.Ю. Розанов: Везде. И его много. А.В. Витязев: 0.08 % в земной коре.

А.С. Спирин: Значит, Земля не может быть в этом уникальна? А.Ю. Розанов: Конечно.

А.Б. Макалкин: Он и в космосе не самый редкий элемент…

А.С. Спирин: Тогда почему в пылевых облаках он не обнаружен?

А.Б. Макалкин: А это уже вопрос к методике. Там пока не всё умеют находить.

Г.А. Заварзин: Но совершенно точно сформулирован вопрос — выдайте фосфор.

А.Б. Макалкин: В молекулярных облаках уже обнаружена молекула PN, а в межзвездной среде и молекула РО. Из наблюдений линии поглощения ионизованного фосфора считают, что межзвездная среда не обеднена этим элементом.

Я бы хотел еще несколько слов сказать по поводу условий для появления жизни на ранней Земле. Было высказано две позиции. С одной стороны, что температура на ранней Земле уже через 100 миллионов лет после ее образования была близка к современной. С другой стороны — была мощная бомбардировка, которая длилась еще несколько сотен миллионов лет, причем не факт, что она все время шла по убывающей, возможно, что около четырех миллиардов лет назад, незадолго до окончания, был всплеск ее активности. По моему мнению, несмотря на то, что температурные условия, возможно, были в среднем довольно стабильными и близкими к современным, бомбардировка могла привести к задержке появления жизни на Земле, так как периодически вызывала масштабные катастрофические события.

М.Я. Маров: В связи с этой проблемой важно соотношение между привносом вещества падающими телами и обусловленными ими катастрофическими событиями.

В.Н. Снытников: У меня вопрос. Споры микробов после тяжелой космической бомбардировки могут остаться?

Г.А. Заварзнн: Споры в основном приспособлены против высыхания, а не против нагревания. Но это неважно. Микробы выживут и так.

А.Ю. Розанов: Для корректности я бы уточнил теперь тему нашего заседания как «Некоторые вопросы происхождения жизни и появления ее на Земле».

Заключительное слово

Высокочтимые коллеги, какая-то часть из Вас оказалась чрезвычайно устойчивой к потоку информации и этот самый поток информации выдержала, оставшись в зале. На что я бы хотел обратить ваше внимание. Очень удачно, что совещание было немногочисленным, это дало необходимую свободу общения. Поэтому, если предполагается создание следующей программы, то перед этим можно было бы провести семинар, немного с другим составом, учитывая те лакуны знаний, которые тут у нас оказались ясны. Это организационное предложение. Далее следует психологическое наблюдение. Программа Президиума РАН № 18 оказалась весьма продуктивной по производству членов Академии. Можно сделать вывод, что люди, участвовавшие в этой программе, принадлежат к людям, действительно извне уважаемым. Второй психологический вывод — совещание было весьма междисциплинарным, и каждый пришел со своей психологической догмой (не парадигмой, потому что парадигма — это противопоставление догме), при этом психологическое совмещение — понять, что говорит другой — конечно, очень затруднено. Мгновенное взаимопонимание на таких собраниях невозможно. Но мы здесь, в общем-то, смогли получить представление о способах мышления смежников — от бесформенного мышления химика (для которого формы не существует) до сугубо оформленного мышления морфологов. И есть еще третья категория это люди, которые верят в то, что формула представляет объективную реальность, что написанная формула уже есть реальность, независимо от параметров, которые в нее вставляют. Сухой остаток: необходимость проведения следующего семинара и доброе пожелание пытаться понимать тех, кого мы не понимаем.

Г.А. Заварзип

Вы всегда импонировали учениям такого религиозно-философского учения, как саентология и, наверное, уже не раз слышали, что с помощью одитинга можно улучшить жизнь, научиться самостоятельно решать свои проблемы, обрести уверенность и даже стать более успешным. Узнать, так ли это самом деле, Вы сможете из статьи «ЗНАКОМИМСЯ С ОДИТИНГОМ», которую Вы найдете на сайте www.ot8.org.

ИТОГОВАЯ ДИСКУССИЯ «ПРОБЛЕМЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ»

Председательствующий А.Ю. Розанов

А.Ю. Розанов: Дорогие коллеги! Мы хотим создать программу, посвященную проблемам происхождения жизни. Три дня наших заседаний показали, что у нас есть шанс сделать нечто разумное и двигаться вперед. Некоторые направления обозначились достаточно четко, некоторые пока еще вырисовываются. Для того, чтобы дело двигалось, оно должно быть опубликовано — обличено в бумажные или электронные формы. Мое изначальное предложение -сделать книжку, в которой будут напечатаны и доклады, и дискуссия. Георгий Александрович Заварзин предлагает сделать это все на диске, что тоже возможно. Но самое главное, это нужно сделать быстро и не растягивать на много лет.

СВ. Шестаков. Тезисы о проблемах биологической эволюции

Глубокоуважаемые коллеги! Позвольте изложить три общих соображения, которые касаются темы нашего собрания, а именно — возникла ли жизнь на Земле или она привнесена извне, а если на Земле, то когда и каким образом эволюционировала. Продолжая обсуждение доклада Георгия Александровича Заварзина, хочу уточнить ряд понятий, которыми мы пользуемся здесь в аудитории, весьма разнообразной по научным интересам. Во-первых, следует подчеркнуть, что биологическая эволюция — это эволюция организмов и их сообществ на уровне популяции. Другой круг вопросов касается «добиологической эволюции», абиогенной эволюции макромолекул, способных реплицироваться, собираться в различные комплексы и даже обеспечивать сопряженные метаболические реакции. Однако при отсутствии мембранных структур и автономности такие конгломераты являются открытыми системами. Это прогеноты, «предклетки», которые представляют собой то, что называется «коммунальным хозяйством», где еще нет фиксированных геномов. Прогеноты нестабильны и находятся в постоянном обмене генетическим материалом в результате горизонтальных переносов. Из этого единого генного пула происходит сборка дифференцированных геномов и формирование первичных клеток, которые подвергаются действию селективных факторов энергетической и экофизиологической выгоды.

Я упомянул об этом для того, чтобы перейти к рассмотрению трех тезисов, первый из которых совершенно ясен. Он заключается в том, что даже если в какой-то форме жизнь появилась на Земле извне, неважно, из Солнечной системы, от звезд Галактики и т. д., все равно остается открытым вопрос, как же она где-то возникла? И тогда нужно четко определить, почему бы это не могло произойти и на Земле? Мое впечатление от большинства прослушанных докладов таково — на определенных этапах формирования Земли на самом деле были все необходимые условия для инициации добиологической эволюции и последующего зарождения жизни на нашей планете. Лев Михайлович Мухин сказал такую фразу, что весь «космос забит органикой». Стало быть, многие органические соединения вполне могли быть привнесены на Землю и/или синтезироваться при определенных температурных, геохимических и прочих условиях. Это относится не только к нуклеотидам и аминокислотам, но и к сложным полимерам с вершиной в виде мира РНК и предпосылок для появления первичного генетического кода. Таким образом, на мой взгляд, нет достаточно весомых логических оснований для того, чтобы отдавать предпочтение гипотезе панспермии о привнесении жизни извне.

Тезис второй. Современные представления о вирусах, неспособных размножаться вне организма хозяина, говорят скорее в пользу того, что вирусы возникли позже появления клеток (это традиционная точка зрения), или, по крайней мере, вместе с ними. «Эволюция» вирусов — это история коэволюции с хозяином. Вместе с тем, несомненно, вирусы играют огромную роль в горизонтальном переносе генетической информации и эволюции биосферы. Исходя из большого сходства вирусных геномов с мобильными элементами, можно полагать, что вирусы представляют собой геномные сегменты, «сбежавшие» из генома прокариот или эукариот и захватившие с собой часть генов, необходимых вирусам для собственного воспроизведения. Отдавая должное красоте гипотезы первичности доклеточного возникновения вирусов (Koonin Е. et al., 2006. Biol. Direct. V. 1: 29), изложенной В.И. Аголом, еще нельзя найти достаточно убедительных аргументов, позволяющих полагать, что основные домены, царства живого — архей, эубактерии и эукарноты — возникли из разных типов провирусов, так же как и рассматривать вирусы в качестве источников появления жизни на Земле по сценарию панспермии.

Третий тезис касается проблемы происхождения первичной клетки. Широкое распространение получил постулат о том, что клетка возникла единожды и затем через «узкое горлышко» отбора и началась биологическая эволюция. Вместе с тем допусти май другая гипотеза, согласно которой в разных частях планеты при разных локальных условиях (геохимических, физико-химических, климатических и т. д.) первичные протоклетки могли возникать независимо и неоднократно (Шестаков СВ., 2003. Палеонтол. журн. № 6: 50). Эти предшественники клеток конвергировали по единому принципу, подчиняясь правилам соотношения поверхности и объема, формирования мембран и т. п. В этом смысле можно предположить, что архей и бактерии, сходные по морфологии, но различные по аппарату репликации, транскрипции и трансляции, могли действительно возникнуть независимо друг от друга. Хорошую поддержку получила схема происхождения эукариот в результате соединения и взаимодействия геномов и метаболических сетей архей и эубактерий определенного типа. Из сказанного следует уже получивший широкое признание вывод о том, что не было единственного универсального однокорневого предшественника. После десяти последних лет бурных дискуссий образовалось два лагеря, к одному из которых (доминирующему) относятся тс, кто традиционно считает вертикальное наследование основой эволюции и придерживается иерархической филогении. Сторонники второго лагеря придают первостепенное значение множественным горизонтальным переносам, т. е. реализации сценария сетчатой эволюции, прежде всего для прокариот и низших эукариот (Doolittle W.F., Bapteste Е., 2007. PNAS. V. 104: 2043). Таким образом, сегодня происходит серьезная ревизия теории биологической эволюции. Главная задача заключается в том, чтобы определить конкретное соотношение вклада и темпов вертикальной, горизонтальной и редукционной эволюции для различных таксономических групп. За счет горизонтальных переносов идет эволюция организмов с высоким рекомбинационным потенциалом, тогда как у микробов с низким уровнем рекомбинации преобладает вертикальная эволюция (мутации, бифуркация, отбор). При горизонтальном переносе происходят интенсивные генетические обмены и геномные перестройки, приводящие к образованию мозаичных «химерных» геномов, при филогенетическом анализе которых затрудняется расшифровка путей видообразования (Шестаков СВ., 2007. Экол. генетика. Т. 5, № 2: 12).

В нашем совещании участвуют представители многих наук — астрофизики, химики, биологи, геологи, что очень познавательно и стимулирует к междисциплинарному взаимодействию. Вместе с тем, дискуссия показала ограниченность наших знаний вообще и недостаточную информированность каждого из нас в смежных научных областях. Поэтому предпочтение тем или иным гипотезам, которые мы обсуждаем, скорее отражает нашу веру или желание верить в какую-то идею, соединяющую разные ветви естествознания и, конечно, не имеющую ничего общего с догматами креационизма, которые, вообще-то, имеют чисто антропогенное происхождение, в отличие от тех законов, которые реально действуют в природе. Оставляя в стороне тему божественного креационизма, я хочу сказать несколько слов о другом креационизме. Ведь можно рассматривать не только вопросы происхождения жизни на Земле или поиски жизни на других планетах, но и обсуждать перспективы экопоэза как задачи искусственного создания условий для жизни. Этот термин был предложен известным генетиком Робертом Хейнсом, статья которого так и называется: «Экопоэз — поиграем в Бога на Марсе» (Haynes R.H., 1989. J. Biol. Sci. in Space. V. 3, № I: 101). По отношению к Марсу земляне являются инопланетянами, так почему бы нам на определенном этапе развития технологий не поставить вопрос об использовании Марса как полигона для экспериментального изучения проблемы происхождения жизни. Речь идет не столько о внедрении сложных экосистем или поселении человека на Марсе. Я имею в виду то, что можно было бы назвать созидательным креационизмом, призванным обеспечить условия для зарождения жизни на другой планете. Мои слова являются данью уважения к сторонникам теории панспермии, но только к схеме с метеоритами, кометами и другими потенциальными переносчиками я бы добавил и то, о чем говорят сюжеты некоторых научно-фантастических рассказов, то есть о том, что, может быть, на Землю жизнь пришла в результате творчества кого-то (может быть, с других планет), кто ставил эксперименты, направленные на создание условий для естественного зарождения жизни на Земле. Вот таким странным эссе хочу завершить свое полушутливое изложение гипотезы «направленной панспермии».

Л.М. Мухин: Сергей Васильевич, в последней части Вашего выступления были серьезные предложения по поводу Марса. Есть работа Криса Маккея (McKay СР., 1982. Terra forming Mars. J. Brit. Interplanet. Soc. V. 35: 427), где используется термин «terraforming» для процесса создания условий для жизни на других планетах. Что Вы тут скажете?

СВ. Шестаков: Кристофер Маккей и Роберт Хейнс были партнерами и вместе продвигали разработку конкретных программ освоения. Да, такие теоретические программы разрабатываются в надежде на будущее. И честно говоря, эта часть моего выступления была предназначена коллегам из Института медико-биологических проблем. Кроме того, у меня сложилось впечатление, что многие участники нашего собрания мало знают об этой области космического естествознания. Поэтому я счел необходимым об этом упомянуть.

A. Ю. Розанов: Одно маленькое замечание по поводу панспермии. Есть две крайние позиции: панспермия — это «жизнь есть всегда и везде», по Вернадскому, и панспермия — это транспорт. Обратите внимание, что эта проблема должна обсуждаться особым образом.

B. Н. Снытников: Уважаемые коллеги, я бы хотел обратить Ваше внимание вот на какое обстоятельство. Казалось бы совершенно элементарный с современной точки зрения эксперимент Миллера-Ури, проведенный в 1950-х гг., до сих пор упоминается в публикациях, хотя внешне его результаты довольно-таки тривиальны, что в неравновесных условиях да еще под воздействием плазмо-химических реакций могут формироваться более сложные органические молекулы. Вот какое у меня замечание или даже предложение. В последнее время российская программа исследования космоса, как ближнего, так и дальнего, находится в достаточно плачевном состоянии по сравнению с европейской или американской программами. Поэтому материала не хватает. Например, метеоритный материал с предполагаемыми псевдоморфозами можно было бы получить непосредственно в космосе. Академии следовало бы занять более активную позицию в этом вопросе. Второе предложение — может быть, уже настала пора перейти к обсуждению экспериментов, непосредственно связанных с проблемой возникновения жизни. При всем том, что я выслушал, мне кажется, что несколько реальных экспериментов, которые можно было бы сейчас проводить, уже можно наметить. И если правильно сформулировать программу такого сорта экспериментальной деятельности в этом направлении, то можно было бы рассчитывать на получение в дальнейшем более сильных результатов. Я предлагаю обсуждать именно программу проведения различного типа экспериментов, правда, это не должно выливаться в проблемы органического синтеза, чем часто грешат зарубежные работы. Спасибо за внимание!

М.Я. Маров: Прежде всего, я хочу выразить признательность организаторам за приглашение принять участие в данном рабочем совещании и с удовлетворением особенно отметить то, что оно проводилось в «неформальном формате». В результате докладчики имели возможность достаточно подробно излагать проблемы, обозначенные в названиях докладов, и была хорошая возможность их подробно обсуждать. В свою очередь, обсуждения обнажили многие ключевые проблемы, которые заслуживают дальнейшего внимательного изучения. И, конечно, важно, чтобы космохимические и биологические направления исследований получили дальнейшее развитие и были в числе будущих программ фундаментальных исследований, поддерживаемых грантами Российской академии наук. Я очень надеюсь, что, подобно тому, как мы это делали три предыдущих года, эти исследования продолжатся в рамках новых программ или подпрограмм. У участников, безусловно, есть очень серьезный задел и есть вполне обозримые перспективы развития данных направлений. Это первое, о чем мне хотелось сказать.

Второе. Я услышал здесь много нового от биологов, что важно для расширения собственного мировоззрения и понимания стоящих перед нами задач. Но это также важно с точки зрения выявления некоторых общих закономерностей, проявляющихся в различных областях знаний, что имеет вполне определенный философский смысл. С позиций механика и физика обсуждавшаяся проблематика имеет самое непосредственное отношение к стохастической динамике открытых нелинейных диссипативных систем. Это фундаментальное направление, восходящее к пионерским работам Анри Пуанкаре и получившее развитие в трудах Ильи Пригожина, бурно развивается в современном мире. В 2006 г. с академиком Алексеем Максимовичем Фридманом мы выпустили книжку, посвященную астрофизическим дискам, в которой большое внимание уделено стохастическим процессам. В 2009 г. выходит моя книга, написанная совместно с моим учеником и близким коллегой Александром Владимировичем Колесниченко, посвященная динамике турбулентных газов в космических и природных средах и процессам возникновения упорядоченности в хаотических системах. В ней, в частности, показано, что внутри сложных природных комплексов, открытых взаимодействию с окружающей средой, заложены процессы самоорганизации, и развит математический аппарат для моделирования таких сред. Замечательно, что в хаотической, изначально незапрограммированной диссипативной системе, обменивающейся веществом, импульсом и энергией с окружающей средой, выстраиваются вполне определенные островки упорядоченности. Так, в турбулентных средах, при определенных значениях ключевых параметров, вы можете наблюдать, как в самой системе появляются упорядоченные структуры. Может показаться парадоксальным, но в вихрях, периодически возникающих в турбулентной среде, молекулы, которые произвольным образом ведут себя в ламинарном течении, оказываются более упорядоченными. Другие примеры возникновения порядка из хаоса — коллективные взаимодействия в кольцах планет, атмосферная динамика, образование галактик и галактических кластеров и многое другое. Другими словами, самоорганизация заложена в самой системе. На совещании я получил дополнительные подтверждения существованию такой парадигмы и для биологических систем. В частности, мое внимание привлек доклад Александра Борисовича Четверина, в котором обсуждалась возможность «собрать клетку». С моей точки зрения, последовательность выстраивания полинуклеотидов и полипептидов при построении генома, равно как и способность рибозима катализировать производство полипептидов, есть не что иное, как основа первичного упорядочения при становлении белкового мира. Говоря физическим языком, это баланс энтропии внутри сложной системы: наряду с ее ростом, связанным с хаотичностью, одновременно происходит приток в систему отрицательной энтропии (негэнтропии) за счет внутренней упорядоченности. Здесь можно усмотреть прямую (хотя, вероятно, и достаточно грубую) аналогию с упомянутыми мною турбулентными течениями. Однако в биологических системах все несравненно сложнее — самоорганизация происходит в огромных сообществах супрамолекул, объединенных многочисленными функциональными связями.

Обожаете современное искусство во всех его проявлениях, тогда не упустите свой шанс посетить самые яркие выставки в Германии 2012 года.
Вашим незаменимым помощником в этом благородном начинании станет ООО «Мосинтур», которое поможет Вам забронировать авиабилеты и номера в отелях. Более полную информацию по предоставляемым ООО «Мосинтур» услугам Вы сможете найти на сайте mosintour.ru.

АКТИВНОСТЬ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

Разработанные микробиологами школы СИ. Кузнецова радиоизотопные методы определения скорости микробиологических процессов нашли свое применение и при исследовании микробных сообществ термальных местообитаний, в том числе и глубинных (Pimenov, Bonch-Osmolovskaya, 2006). Последние отличаются невозможностью инкубирования изолированных проб с добавленными радиоизотопными субстратами непосредственно в месте отбора; приходится проводить инкубацию в термостате с соответствующей температурой, без учета геостатического давления, которое на глубине 1500-3000 м является значительной величиной и может существенно влиять на ход исследуемых процессов. Тем не менее, несмотря на относительный характер получаемых параметров, они способны дать нам важную информацию о некоторых процессах, протекающих в высокотемпературных глубинных местообитаниях (примером которых являются нефтяные месторождения). Так, было установлено, что в микробных сообществах пластовых вод Самотлорского нефтяного месторождения сульфатредукция и метаногенез являются конкурентными процессами и реализуются в зависимости от концентрации сульфатов (Bonch-Osmolovskaya et al., 2003). При этом скорости сульфатредукции, литотрофного (с использованием водорода) и ацетокластического (с использованием ацетата) метаногенеза имеют два максимума (рис. 1). Первый приходится на заводняемые скважины поверхностных горизонтов, второй (основной) — на скважины глубинных юрских горизонтов, откуда нефть изливается под естественным давлением. Можно с значительной долей уверенности предположить, что именно в этих скважинах при температуре 84 °С процессы сульфатредукции и метаногенеза осуществляет аборигенная гипертермофильная микрофлора.

Рис. 1. Скорость микробиологических процессов — сульфатредукции, литотрофного и ацетокластического метаногенеза в скважинах высокотемпературного нефтяного месторождения Самотлор, Западная Сибирь (Bonch-Osmolovskaya et al., 2003, модифицировано).

Рис. 2. Влияние сульфата на скорость сульфатредукции (а) и молекулярного водорода на скорость литотрофного метаногенеза (б) в скважинах высокотемпературного нефтяного месторождения Самотлор, Западная Сибирь.

Исследование влияния на скорость процессов добавления дополнительного количества сульфатов или введения водорода в газовую фазу инкубационных флаконов показало, что присутствие сульфатов стимулирует сульфатредукцию, в то время как добавление водорода не влияет на скорость метаногенеза (рис. 2). Первое явление может быть объяснено тем, что сульфатредукторы при лимитации сульфатами могут участвовать в других процессах, например, синтрофном окислении органического вещества путем передачи электронов метаноге-нам. При добавлении дополнительного количества сульфатов эта микрофлора переключалась на их восстановление с использованием тех же доноров. Стимуляцию литотрофного метаногенеза и сульфатредукции водородом можно было бы ожидать, считая что он компенсирует потери присутствующего в пластовых водах растворенного водорода за счет дегазации при поднятии проб на поверхность и снижении давления. Однако, так как этот эффект не наблюдался, приходится предположить, что литотрофный метаногенез является не результатом использования водорода глубинного происхождения, а терминальной реакцией анаэробного разложения органического вещества, и численность присутствующих в пробе метаногенов соответствует количеству образующегося при брожении органических субстратов водорода. Таким образом, и сульфатредукция, и литотрофный метаногенез в микробных сообществах высокотемпературных нефтяных месторождений являются не первичными процессами, дающими начало микробному сообществу, существующему за счет хемосинтеза, а, наоборот, завершают анаэробную деструкцию органического вещества, видимо, захороненного в этих горизонтах в более древние геологические периоды.

ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОДЗЕМНЫХ ТЕРМОФИЛЬНЫХ МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ

Молекулярно-биологические методы, получившие развитие в последние десятилетия, дали возможность экспрессной оценки разнообразия микроорганизмов в природных местообитаниях без этапа культивирования. Кратко суть этих методов заключается в следующем: с помощью полимеразной цепной реакции гены 16S рибосомальной РНК (общепризнанный филогенетический маркер) всех микроорганизмов, присутствующих в природном образце, сначала выделяются, затем тем или иным способом разделяются и по их последовательности определяется филогенетическое положение присутствующих в пробе организмов. В случае наземных и морских гидротерм применение этих методов обнаружило присутствие в этих сообществах большого количества новых организмов, неизвестных в лабораторных культурах. Оказалось, что подземные термальные местообитания по филогенетическому составу микроорганизмов сильно различаются.

Микробные сообщества высокотемпературных нефтяных месторождений состоят в основном из представителей уже известных родов. Применение микрочипа с нанесенными на нем люминисцентными зондами, специфичными к I6S рРНК 17 родов или групп родов термофильных архей и бактерий, позволило обнаружить в пластовых водах юрского горизонта (глубина 2384 м, температура 84 °С) представителей 12 из них (Bonch-Osmolovskaya et al., 2003). Это гипертермофильные архей рода Thermococcus, представители относящихся к глубоким филогенетическим ветвям бактерий порядков Thermotogales и Aquificales (также гипертермофилы), литотрофные метаногены родов Methanothermobacter, сульфатредуцирующие бактерии рода Desiilfolomuculimu анаэробные органотрофы рода Thermoanaerobacter и некоторые другие (рис. 2). Близкие результаты были получены путем анализа библиотек клонов генов 16S рРНК из высокотемпературных нефтяных месторождений Калифорнии (Orphan et al., 2000) и Китая (Назина и др., 2006).

Совершенно иные результаты дал филогенетический анализ термофильных микробных сообществ, развивающихся в горнодобывающих шахтах в Южной Африке (Takai et al., 2001). Путем анализа библиотек клонов генов I6S рРНК были обнаружены присутствующие там архей типа Crenarchaeota, представляющие новые филогенетические линии (рис. 3). При этом наиболее разнообразными были микробные сообщества, развивающиеся в шахтах, не оводняемых поверхностными водами метеорного происхождения. Все это дало основания предположить, что в исследуемых глубинных экосистемах развивается аборигенное сообщество, состоящее из микроорганизмов с неизвестное пока физиологией, возможно, литоавтотрофов.

В сходном местообитании близкого географического расположения (также Южная Африка, горнодобывающая шахта глубиной 2.8 км) была обнаружена еще одна микробная экосистема, также уникальная — биопленка, состоящая практически из одного микроорганизма — «Candidalus Desulj’orudis audaxiviator» (Lin et al., 2006). Роста этой бактерии в лабораторных условиях пока получить не удалось, но уже получена полная последовательность ее генома, из которой следует, что «DesulJorudis audaxiviaion> является умеренно-термофильной литоавтотрофной сульфатре-дуцирующей бактерией, использующей молекулярный водород как энергетический субстрат и углекислоту как источник углерода, причем пути фиксации углекислоты сходны с архейными.

РАЗНООБРАЗИЕ И ЧИСЛЕННОСТЬ КУЛЬТИВИРУЕМЫХ ОРГАНИЗМОВ, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Параллельно с применением «прямых» методов исследования микробиологических процессов и филогенетического состава микроорганизмов в высокотемпературных глубинных экосистемах велась и работа по изучению их традиционными культуральными методами. Ряд гипертермофильных архей и бактерий, широко известных по микробным сообществам морских гидротерм, был выделен из проб в высокотемпературных нефтяных месторождениях шельфовой зоны: на Аляске (Stetter et al., 2003), в Северном море (Nielsen, Torsvik, 1996; Stetter et al., 2003), в Калифорнии (Orphan et al., 2000) и в Японии (Takahata et al., 2000). Среди них были органотрофные архей родов Thermococcits и Pyrococcus, метанобразующие и суль-фатредуцируюшие архей (роды Methanothevmococcits и Archaeoglobus), органотрофные бактерии порядка Thermotogales). Еще более удивительным было выделение этих же организмов, типичных обитателей морских гидротерм, из пластовых вод с соленостью уровня морской, но расположенных в центре континента: нефтяного резервуара Парижского бассейна (L’Haridon et al., 1995), месторождения Самотлор в Западной Сибири (Bonch-Osmolovskaya et al., 2003). Эти изоляты либо принадлежали к уже известным видам, либо представляли новые виды. Так, из проб юрских горизонтов Самотлорского месторождения был выделен новый вид гипертермофильных архей Thermococcus sibiricus (Miroshnichenko et al., 2001).

Рис. 3. Новые филогенетические группы прокариот в горнодобывающих шахтах Южной Африки (Takai et al.. 2001).

Рис.4. Клетки Thermococciis sibiricus — анаэробной органотрофной гипертермофильной архей, выделенной из нагнетательной скважины Самот.торского нефтяного месторождения, Западная Сибирь. Масштаб 0.5 мкм.

Этот организм с клетками кокковидной формы (рис. 4) растет при температуре от 40 до 95 °С, сбраживая пептиды в присутствии элементной серы, которая восстанавливается в сероводород. Можно, однако, предположить, что, как и у остальных представителей рода Thermococcus, восстановление серы у этого организма играет важную роль лишь при лабораторном культивировании в закрытых сосудах, так как позволяет избежать ингибирующего действия водорода — основного восстановленного продукта в отсутствие серы (Бонч-Осмоловская, Мирошниченко. 1994). Другие новые органотрофные термофильные прокариоты, выделенные из пластовых вод Самотлорского нефтяного месторождения, относились к порядку Thermotogales и представляли новые виды в родах Termosipho и Petrotoga (L’Haridon et al., 2002a, b).

Сходные микробные сообщества были обнаружены под океанической корой в районе глубинной гидротермальной активности (Deming, Baross, 1993; Takai, Horikoshi, 1999). Культуральные методы показали доминирование Thermococcales — органотрофных гипертермофильных архей (Takai et al., 2004). Однако при применении молекулярно-биологических методов к этому же сообществу выявилось значительное преобладание метаногенов порядка Methanococcales. Об активности последних свидетельствовал и легкий изотопный состав присутствующего метана, говорящий о его биологическом происхождении.

Численность органотрофных термофильных прокариот в высокотемпературных нефтяных месторождениях оказалась неожиданно высокой — 10⁴-10⁶ клеток в мл. Это подтверждает сделанное на основании радиоизотопных экспериментов предположение о том, что микробные сообщества нефтяных месторождений используют энергию захороненного органического вещества. Однако недавние данные, полученные Н.М. Шестаковой и Т.Н. Назиной (Шестакова, 2007), указывают на совершенно особую экологическую функцию, которую могут играть в природных сообществах даже представители хорошо изученных таксонов. Авторам этой работы удалось показать, что представитель органотрофного рода Thermoanaerohacler в присутствии водород-использующего метаногена способен анаэробно окислять ацетат. Таким образом, было найден агент, или, вернее, агенты ацетокластического метаногенеза, зарегистрированного в высокотемпературных нефтяных месторождениях. Полученные данные указывают также на то, как далеки от полноты наши познания о физиологии даже легко культивируемых в лабораторных условиях микроорганизмов; экстраполяция их на природные системы может не приблизить нас к пониманию истинного положения вещей.

Другим способом раскрытия экологической роли микроорганизмов, в том числе некультивируемых, является метагеномный анализ микробных сообществ и выявление функциональных генов, которые могут указать нам на метаболические пути, реализуемые в сообществе. В случае «Desulfbrudis atidaxiviatom»
такой анализ явился, по существу, определением полной геномной последовательности единственного организма, растущего, фактически, в виде чистой культуры. Несомненно, подобные работы будут проводиться и с другими, более сложными экосистемами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении мы собираемся вернуться к вопросу, поставленному в заглавии этого обзора: могут ли микробные сообщества высокотемпературных подземных экосистем рассматриваться как аналоги первичных биоценозов Земли? Как мы уже увидели, эти сообщества очень сильно различаются, в первую очередь по исходному энергетическому субстрату. Микробные сообщества нефтяных месторождений, по видимости, являются органотрофными и используют органическое вещество если не самой нефти, то более доступное, захороненное вместе с окружающей породой. Это органическое вещество, скорее всего, являлось продуктом фотосинтеза. Таким образом, подземные сообщества, ассоциированные с нефтяными месторождениями, не зависят от современного фотосинтеза, но зависят от продуктов фотосинтеза, происходившего в предшествующие геологические периоды.

Что же может являться энергетическим субстратом подземных анаэробных микробных сообществ? Конечно же, в качестве основного такого субстрата рассматривается водород (Nielsen, Takai, 2005). Известно, что он может образовываться из базальта при реакции с водой и поддерживать рост водород-использующих прокариот, например метаногенов (Stevens, McKinley, 1995). Другим источником водорода является радиолиз воды — этот процесс предлагается в качестве основного для уникальной экосистемы, образуемой «Desulforudis audaxiviatoni». В последнем случае остается непонятным, почему вместе с «Desulforudis aiidaxiviator» не развивается полноценное микробное сообщество, использующее органическое вещество первичного продуцента. Возможно, какие-то ограничения накладываются особыми физико-химическими условиями, исключающими развитие всех прочих организмов, кроме «Desulforudis audaxiviatony».

Однако в случае высокотемпературных микробных сообществ основным источником водорода все-таки остаются ювенильные газы вулканического происхождения. Как уже было сказано, водород часто рассматривается как возможный источник энергии для анаэробных хемосинтетиков в гидротермах различного типа. Однако приток аллохтонного органического вещества в этих системах не позволяет считать их независимыми от современной биосферы. Возможно, наиболее близким к искомым гипотетическим сообществам будут микробные экосистемы гидротермальных местообитаний под океанической корой, где высокая численность литоавтотрофных метаногенов по сравнению с органотрофами указывает на возможность хемосинтетического происхождения первичного органического вещества в этой экосистеме.

Дискуссия по пленарному докладу А.Ю. Розанова «УСЛОВИЯ ЖИЗНИ НА РАННЕЙ ЗЕМЛЕ — 4.0 МЛРД. ЛЕТ НАЗАД»

Председательствующий Г.А. Заварзин

М.А. Федонкин: Вы показали архейские остатки возрастом три миллиарда лет. Этолопий, метаморфическая порода, там пластические деформации, растяжение и так далее. А трубочки эти выглядят как новенькие. Этот момент настораживает. В древних толщах архея в Норвегии и Швеции в гранитах обнаружили зерна плагиоклаза, пронизанные туннелями — несколько дециметров этих туннелей в одном зерне. Это делают современные литотрофные бактерии.

А.Ю.Р.: У них очень маленький диаметр, нанометровый. Те же, которые я называл -по меньшей мере, на порядок больше, два-три микрона и чуть больше, в диаметре.

М.А. Федонкин: Но есть всякие игольчатые, волосовидные минералы и так далее. Вот дается такая картинка с трубочками, тут бы и дать к ней анализ, что-то еще, кроме морфологии.

А.Ю.Р.: Анализы на микрозонде делаются всегда. Если Вы предложите, что сделать еще, я сделаю, но тут пока нечего предложить.

М.А. Федонкин: В таких случаях, когда «экстраординарные заявления требуют экстраординарных аргументов» — по выражению Карла Сагана — все-таки приходится раскошеливаться и на время, и на средства, в таких случаях начинают мерить все, что угодно, биомаркеры, отличия от матрицы, используют рамановский микроскоп и так далее. Это слишком сильное заявление (эукариоты в очень древних породах или марсианских метеоритах), и одной морфологии здесь недостаточно.

А.Ю.Р.: Но что еще нужно? Есть двойная стенка, оболочка с порами, этого вполне достаточно.

М.А. Федонкин: Например, наши коллеги, Весталл и другие, при исследовании в первую очередь органостенных, но и минерализованных тоже, архейских объектов пытаются искать реликты органических соединений. Или Энди Ноэл — он берет одну микрофоссилию и сканирует ее лучом, лазерным или электронным, и делает карту концентрации равных элементов. Этих карт может быть несколько по разным элементам. Потом они накладываются, и вдруг выявляются внутренние субклеточные структуры, идет картирование одной клетки по разным элементам. Тогда их аргументы обретают новую дополнительную силу.

А.Ю.Р.: Такие «карты» мы с Ричардом Хувером делали неоднократно, и это опубликовано. У меня только один вопрос — Вы ставите под сомнение печенгию?

М.А. Федонкин: Не знаю, честно говоря.

А.Ю.Р.: Если ставите под сомнение именно Pechengia, то наш разговор непродуктивен.

Ю.В. Наточин: Можно комментарий? Элементы не помогут, потому что все уже вымыто.

М.А. Федонкин: Некоторые вещи минерализуются, остаются металлоорганические соединения. Они, конечно, искажены, потеряли первичную структуру, но именно по этим обрывкам подчас восстанавливают биохимические компоненты.

М.Я. Маров: Говорит ли все это об эволюционном тренде в развитии биосферы, об архейской древности сложноорганизованных форм? Каков главный вывод?

А.ЮР: Главный вывод состоит в том, что появление сложноорганизованных форм произошло значительно раньше, чем мы считали. И это означает, что количество кислорода в атмосфере Земли стало достаточно большим значительно раньше, чем мы предполагали (раньше, чем 2.5 миллиарда лет назад). И это говорит о том, что средние температуры поверхности не могли быть такими чудовищными, как это обычно представляется. Следствий еще очень много.

М.Я. Маров: Это говорит еще и о том, что Земля потрясающе организованная природная система, в ней задействованы такие фантастически глубокие механизмы обратных связей, которые поддерживают вполне определенную стабильность. Это очень интересно и это может быть одним из главных выводов.

ГА. Заварзин: С этим можно сразу согласиться. Работают столь мощные обратные связи, что система не выходит из коридора.

А.Ю.Р.: Да, и за четыре миллиарда лет никаким событиям не удалось прервать развития биосферы. А сбой у нас в мышлении бывает, когда мы пытаемся рассуждать, что будет с биосферой, применительно к нашим — человеческим — целям и интересам.

СВ. Шестаков: Алексей Юрьевич, можно согласиться с Вашими доводами относительно палеомикробиологии. Но с моей точки зрения, «крамолой» в Ваших представлениях является уверенность в том, что к трем с половиной миллиардов лет назад можно отнести появление эукариот. Дело в том, что даже у современных микроорганизмов мы можем найти примеры очень сложных клеточных организаций, которые могут давать картины, схожие с теми, которые Вы трактуете как эукариоты.

А.Ю.Р.: Три с половиной миллиарда я не называл в отношении эукариот, но 2.9-3.0 — да.

СВ. Шестаков: Около двух — да, я согласен.

А.Ю.Р.: Два — это бесспорно, против печенгии спорить бессмысленно. Относительно трех миллиардов свидетельствуют тимофеевские данные, которые мы перепроверили.

СВ. Шестаков: Хорошо, дело даже не в датировках. Просто нужна уверенность в том, что описываемые вами формы могут быть отнесены к эукариотам. Для этого нужно хорошо представлять организацию не только современных, но и вымерших прокариот и эукариот, а эти знания еще очень не полны.

A. Ю.Р.: Сергей Васильевич, если Вы сможете мне привести пример прокариота, который имеет двойную стенку, пронизанную порами, да еще имеет размер в 130 микронов — я Вам буду благодарен. Я такого не знаю.

СВ. Шестаков: Я берусь показать…

B. Н. Снытников: Алексей Юрьевич, если мы попытаемся фоссилизировать современные аналоги изображенных Вами организмов, за какое время они дадут приблизительно такой же элементный состав?

A. Ю.Р.: Фоссилизировать что-нибудь живое можно почти мгновенно, любой состав можно получить в течение нескольких часов. Многочисленные эксперименты были проделаны Людмилой Михайловной Герасименко и Галиной Тихоновной Ушатинской, а ранее -Крыловым, Заварзиным и другими.

B. Н. Снытников: И этот образец не будет отличаться от древнего?

A. Ю.Р.: Будет морфологически отличаться, потому что он современный.

B. Н. Снытников: Я имею в виду химический состав. В химии существует понятие «встречного синтеза», когда нужно подтвердить какое-то вещество, это вещество синтезируется и сравнивается с получаемым. Нельзя ли применить аналогичный прием здесь?

А.Ю.Р.: Если я возьму современный празинофит, его фоссилизирую, доведу до такого состояния, чтобы получился такой же спектр, что Вы мне скажете — «Ну и что?» И больше ничего. Это не будет доказательством чего-либо.

М.А. Федонкин: Алексей Юрьевич, а это массовый материал?

А.Ю.Р.: Да, массовый. Вы видели снимки на томографе.

ГА. Заварзин: Что я хотел бы сказать. Пункт первый. Видим ли мы то, что видим на экране? Видим. Второй пункт — как мы эти изображения интерпретируем? Мы можем говорить, что это ветвистые минеральные образования по кавернам, по трещинам. Но уйти от самого факта существования такого объекта мы не можем — это не подделка, не имитация. Мы можем говорить, что это образовалось на породе из лопия позже, что это контаминант, который так же фоссилизировался — но так можно сказать о единичном образце, о массовом материале так сказать гораздо труднее (однородное загрязнение более сомнительно). В этом случае будет смещена интерпретация по времени. Следующий аргумент относится к требованию получить какой-то дополнительный материал к одной показанной картинке. Он может дать что-то дополнительное. Но есть очень старое правило логики, восходящее к Платону: для того, чтобы потерять истину, достаточно говорить на эту тему слишком долго и много. Это одно из первых правил софистики. Поэтому дополнительный материал может сработать, а может и увести в сторону. Конечно, эти дополнительные материалы могут быть ценны, важны, их, естественно, надо получать, но не нужно забывать, что это так называемые сопутствующие доказательства, а не первичные. Теперь еще относительно изображений. Я морфолог тоже, и я, вообще говоря, верю тому, что я вижу, хотя догматические предпосылки у нас очень разные. Далее история с кислородом. Сергеев из Геологического института по своим образцам не согласится с цианобактериями древнее 2.5 или 2.7 миллиардов лет. Кислород в стопроцентной концентрации появляется с первого момента существования цианобактерий. И кислорода возле цианобактериальных сообществ будет много. И придется объяснять, как анаэробы справятся с этим стопроцентным окислительным стрессом. Сколько времени понадобилось, чтобы из пузырька кислорода произвелось воздействие на всю атмосферу? Это не короткий период. Поэтому отсутствие кислорода в атмосфере не является ограничением для времени появления цианобактерий и для появления довольно крупных аэробных организмов, которые могли бы жить в непосредственной близости от скопления цианобактерий (но только днем, так как ночью они будут находиться в среде сероводорода). Поместить сравнительно крупные существа — доли миллиметра, до миллиметра — в цианобактериальный мат, по-моему, можно. Мат отрывается от грунта, слегка всплывает, а под ним пузыри кислорода — образуется такая прослойка — несколько миллиметров, даже до сантиметра, в котором можно дышать и жить. Но это не целоматный уровень, конечно. Так что этот пункт не так критичен. Поверить всем тем интерпретациям, которые дает Алексей Юрьевич, я смогу только после очень большой паузы, после долгого «переваривания» и осознания. С ходу поверить не получится. Еще об эукариотах. Игорь Николаевич Крылов в свое время дал мне шлифы, на которых была видна отличная эукариотная структура. Все получалось. Потом оказалось, что это оболочки чехлов цианобактерий. Так что над этими картинками я немножко подумаю… И относительно минимальных размеров, которые могут иметь прокариоты и цианобактерий, в частности. Есть такой организм — носток Рябушинского, колония цианобактерий размером с мелкую сливу, которая перекатывается в пресных озерах (я наблюдал ее в вулканических озерах на Камчатке), если ее раздавить, фоссилизировать, такая колония может имитировать очень многое. Так что природа предоставляет нам очень много возможностей ложных интерпретаций. Но я повторяю — отрицать то, что мы видим, нельзя, надо объяснять.

Хотите быстро и за разумные деньги справки для водителей купить, тогда Добро Пожаловать на сайт «Медицинские Справки», который Вы найдете по адресу www.clickuk.org.

Рис. 4. Форма и размеры уранинитовых образований (а) и окатанные зерна моноцита (б) (Schopf. 1983); моноцитовый алеврит из современных пляжных образований Австралии (в); обратите внимание на размеры; округлые зерна — современные фораминиферы.

Обзор находок в архейско-протерозойских породах после работ конца XX в., сделанных В. Шопфом, X. Хоффманом, А. Нолем и другими, в самое последнее время был дополнен российскими специалистами (Розанов, 2004; Федонкин, 2006; Rozanov, 2006; Сергеев и др., 2007), и я вернусь к обсуждению лишь ключевых деталей, с помощью которых можно наметить следующие события: 1) обнаружение самых древних фоссилизированных остатков бактериального уровня; 2) обнаружение их же в породах континентального генезиса, фиксирующих время колонизации суши; 3) обнаружение первых цианобактерий, фиксирующих несомненное присутствие в атмосфере кислорода;

Рис. 5. Современные и ископаемые (кембрий и ордовик) цианобактерий. Особенно интересна прекрасная сохранность нитей и пленок, толщина последних 10-20 мкм.

4) обнаружение эвкариот, фиксирующих кислородные и температурные параметры биосферы; 5) обнаружение многоклеточных организмов; 6) обнаружение целомат; 7) обнаружение организмов со скелетом и приобретение устойчивой возможности строить скелет разного состава и разными группами; 8) выход многоклеточных организмов на сушу.

Оценка указанных уровней и событий опирается на находки самих фоссилий, следов их деятельности, особенно передвижения, биомаркеров, изотопных данных и т. д.

Но прежде чем обсуждать конкретные находки, хочу напомнить, что только в последнее время стало очевидно, что фоссилизация бактерий и вообще микроорганизмов — обычное явление, происходящее чрезвычайно быстро. Именно поэтому при большом увеличении на электронном микроскопе фоссилизированные бактерии можно легко обнаружить практически во всех осадочных породах любого возраста (Розанов, 2002), особенно если они образовались в эпиконтинентальных бассейнах.

Более того, не только сами бактерии, но и гликокаликс фоссилизируются так же хорошо, и возможны находки фоссилизированного гликокаликса великолепной сохранности толщиной в несколько нанометров (рис. 5).

Все это многократно подтверждено и экспериментально в европейских, японских, американских и российских лабораториях.

Замечу, что обилие фоссилизированных микроорганизмов в осадочных породах связано с тем, что большая их часть является продуктами седиментации в эпиконтинентальных бассейнах. Они в силу своей мелководности пропитаны бактериями, поскольку большая часть воды этих бассейнов находится в пределах фотической зоны. Специфика седиментации в эпиконтинентальных бассейнах в силу насыщенности всей водной массы микробами, не имеет ничего общего с океанической седиментацией сегодняшнего дня. Поэтому закономерности седиментации в этих двух случаях совершенно разные и это требует специального сравнительного анализа.

Наличие цианобактерий в архейских породах указывалось многократно (см. Schopf, 1983; Westall, Walsh, 2002; и др.). Довольно упорно это оспаривали, особенно оксфордские коллеги во главе с М. Brasier (Brasier et al., 2002). У меня данные по архейским цианобактериям вызывают скорее положительное отношение, поскольку я не вижу серьезных резонов у оппонентов. В этой связи мне представляется важнымупомянутьданныеи по Балтийскому шиту. В породах возрастом около 3.0 Ga фиксируются бесспорные маты, причем достаточно бесспорно циано-бактериальные (рис. 6). Кроме того, еще одно соображение утверждает меня в мысли, что уже на уровне 3.5 Ga на Земле было обилие цианобактерий — это наличие архейских строматолитов и нормальное и закономерное распределение строматолитов в архее и всем протерозое (рис. 7).

Весьма важен вопрос о колонизации суши бактериями (микроорганизмами). Иногда указывалось наличие палеопочв. Думаю, что более строго следует говорить о корах выветривания и активной роли микроорганизмов в их формировании.

На сегодня все исследованные коры выветривания из разрезов Балтийского щита показали обильное присутствие в них микроорганизмов, что с определенностью свидетельствует о том, что суша в архее была колонизирована микроорганизмами, а может быть, и грибами (рис. 8). Здесь же уместно отметить, что рН-условия в корах и бассейновой части достаточно отличны (рис. 9).

Рис. 6. Породы, нацело состоящие из цианобактериальных нитей, образующих мат (лопий Карелии) (Астафьева, 2006).

Рис. 7. Распределение строматолитов в докембрии (по данным Раабен, Семихатова, Хоффман и Суминой).

Распознание появления в геологической летописи эвкариот — трудный и, как правило, противоречивый, порождающий многочисленные споры, вопрос, но данные, опубликованные Б.В. Тимофеевым (1982) вызывают, как нам представляется, незаслуженное недоверие.

Рис. 8. Характерные микроорганизмы кор выветривания. Паанаярви, 2.4 млрд. лет (Розанов и др., 2008).

Рис. 9. Схема соотношения кор выветривания и бассейновых отложений, в том числе карбонатов, геоморфологических особенностей и рН среды.

Я уже писал о переизучении этого материала как в коллекциях Института геологии и геохронологии докембрия РАН, так и повторно собранных из тех же местонахождений в конкретных разрезах. Сферические формы диаметром до 100-150 мк и трубки диаметром до 30-40 мкм правдоподобно считать остатками эвкариотных организмов (рис. 10).

Бесспорные эвкаритические организмы были описаны М.Ю. Беловой и A.M. Ахме-довым (Belova, Akhmedov, 2006) из отложений возрастом 2-2.2 Ga (рис. 11) и из фосфоритов возраста 2 Ga печенегской серии района Печенги (рис. 12) Последняя находка достаточно уверенно определяется как празинофиты, и названа нами Pechengia (Розанов. Астафьева, 2008).

В исследовании Беловой и Ахмедова описаны своеобразные органические остатки, часть из которых может оказаться кандидами грибов или протистами. Хочу особенно обратить внимание на присутствие Leiosphaeridia со складками смятия.

По непонятным причинам иногда род Leiosphaeridia объявлялся сборным (напр., Сергеев и др., 2007), объединяющим оболочки эвкариотного происхождения и оболочки колоний прокариот. Однако, замечу, что объединение в Leiosphaeridia гладких форм и со складками смятия не может быть признано достаточно корректным. Leiosphaeridia — оболочки со складками смятия, и это в силу специфики материала оболочки исключает отнесение их к прокариотным образованиям. Поэтому только при наличии складок смятия позволительно употребление названия Leiosphaeridia. При их отсутствии определение не может считаться достоверным.

Появление в палеонтологической летописи многоклеточных эвкариотных организмов и тем более целомат определяет высокий, почти равный современному, уровень насыщения атмосферы кислородом. Фоссилизированные Metazoa могут быть определены по их остаткам, по следам их жизнедеятельности, особенно следам движения и ископаемым биомаркерам. Из известных на сегодня данных по биомаркерам отметим биомаркер губкового происхождения (Reitner, 2005), обнаруженный в породах возрастом 1.8 Ga.

Рис. 10. Фоссилии из лопия (Тимофеев, 1982; переизучено в 2006 г. в ПИН).

Рис. 11. Остатки эвкариотных организмов из порол с возрастом 2-2.2 Ga Карелии (по Беловой и Ахмедову, 2006)

Следы жизнедеятельности отмечались многократно. Наиболее интересны следы сверления или зарывания с возрастом 1.6 Ga, описанные Э. Кауффманом и Дж. Штейдтманом (Kaufmann, Steidtmann, 1981) из Северной Америки, и следы ползания, собранные Б.Б. Шишкиным из пород с возрастом 1.4 Ga северо-запада Сибирской платформы (Rozanov, 2006).

Все эти открытия были бы невозможными без геологических изысканий, узнать о которых более подробно Вы сможете на сайте www.geocompani.ru.

УСЛОВИЯ ЖИЗНИ НА РАННЕЙ ЗЕМЛЕ — 4.0 МЛРД. ЛЕТ НАЗАД

© 2009 г. А.Ю. Розанов

Палеонтологический институт им. А.А. Борисяка РАН

Уровень организации ископаемых организмов, находимых в докембрии -наиболее достоверный индикатор состояния биосферы и показатель ее параметров, таких как состав атмосферы, средние температуры поверхности Земли и т. д. Предполагается, что появление цианобактерий, одноклеточных и многоклеточных эвкариот и целомат наблюдается в геологической истории Земли значительно раньше, чем считалось прежде.

При обсуждении проблем происхождения жизни огромное значение имеют наши знания и представления об условиях на ранней Земле. В этой самой древней истории, вероятно, принципиальный рубеж пролегает около 4 млрд. лет назад (Ga) — рубеж геологически документированной и недокументированной истории Земли. Об истории Земли и возможных условиях на ее поверхности до 4 Ga сказано в этом сборнике в статьях Л.М. Мухина, А.В. Ви-тязева и Г.В. Печерниковой, частично Л.В. Ксанфомалити.

Об условиях на Земле после 4 Ga существует огромная литература. Модели эволюции Земли после 4 Ga многочисленны, частично это показано Н.А. Добрецовым (2003, 2005; Dobretsov et al., 2006).

Основные построения, особенно для начального этапа от 4 Ga до рифея (1.6 Ga), в основном базируются на геохимических, петрологических и тектоно-геофизических данных. В меньшей степени учитываются общегеологические, в том числе литологические, точнее, седиментологические данные.

Несколько огрубляя, к настоящему времени у основной массы исследователей сложилось впечатление о том, что история атмосферы состоит из двух этапов: этап восстановительной атмосферы (бескислородной) и этап кислородной атмосферы, который начинается около 2.6 Ga. Кроме того, существует устойчивое убеждение в достаточно высоких температурах на Земле (100 и более градусов Цельсия). Это совершенно невероятное представление, особенно, если говорить о средней температуре поверхности Земли (напоминаем, что сейчас она 15 °С).

Верхний предел рассмотрения интересующего нас интервала зафиксирован известными хорошо описанными событиями, вошедшими во все учебники: экспансией бесскелетной эдиакарской фауны (0.6 Ga), обнаруженной на всех континентах, появлением кембрийской скелетной фауны, когда многие организмы приобрели возможность строить разнообразный по составу скелет (так называемый «кембрийский взрыв») примерно 530-540 млн. лет назад и появлением около 400 млн. лет назад растений на суше (рис. 1).

Рис. 1. Некоторые биотические и абиотические события на Земле после 4 млрд. лет.

Архейско-протерозойская история земли документирована значительно менее достоверно. В то же время условия на нашей планете последние 400 млн. лет принципиально не отличаются от современных, если не считать изменения конфигурации суши и моря и климатических флуктуаций.

Если не считать цирконы с возрастом более 4 млрд. лет, о чем я скажу ниже, достоверные древнейшие метаосадочные породы имеют возраст 3.7-3.85 млрд. лет. Таким образом, вся геологически документированная история Земли начинается пока именно с этого времени. Оно совпадает с окончанием последней интенсивной метеоритной бомбардировки.

Обобщения по характеру древнейших пород (De Wit, Ashwal, 1997; Розен и др., 2006) показывают наличие среди пород зеленокаменных поясов, которых на Земле было много десятков, высокого процента метаосадочных образований (рис. 2). Это с очевидностью свидетельствует о присутствии в это время на всей поверхности Земли бассейнов седиментации, то есть достаточно большого количества воды. Значительное увеличение объема осадочных пород к 3-3.5 Ga говорит, вероятнее всего, о стремительном увеличении ее количества в это время, как схематично показано на рис. 3.

Таким образом, складывается впечатление, что до 4.0 Ga на поверхности Земли не было значительных масс воды, которая могла бы способствовать образованию осадочных пород и серьезной колонизации поверхности Земли микроорганизмами. Остается вопрос о возможности образования и существования в это время мира РНК¹.

—————-

См. парадоксы А.С. Спирина (2007). 186

—————-

Рис. 2. Диаграмма, отражающая мощность отложений зеленокаменных поясов и долю осадочных отложений в них (Розен и др., 2006): а — суммарная мощность отложений в зеленокаменных поясах (представительная оценка по стратиграфическим разрезам и геофизическим данным De Wit, Ashwal, 1997); б-доля осадочных пород от суммы всех пород (магматических и осадочных) в разрезах зеленокаменных поясов (для 44 поясов, составленных по данным De Wit, Ashwal, 1997).

Можно думать, что интенсивные метеоритные бомбардировки убирали поступавшую тем или иным способом на поверхность Земли воду.

Зеленокаменные пояса архея содержат набор осадочных и вулканических пород, который, как пишут О.М. Розен с соавторами (2006): «не обнаруживает заметных систематических отличий от соответствующих фанерозойских аналогов». В этом наборе пород присутствуют все их типы, включая карбонаты, эвапориты и др.

Отличительной чертой древних толщ является достаточно широкое присутствие железистых кварцитов. Однако следует помнить о их присутствии даже в верхнем рифее Канады, Бразилии и Намибии (Windley, 1999).

Таким образом, с точки зрения сравнения породных ассоциаций нет оснований говорить о существенной разнице в условиях атмосферы и гидросферы позднего архея и более поздних времен.

Рис. 3. Схема возможного увеличения объема воды.

Представления о существенной разнице состава атмосферы базируются на ряде фактов, достоверность которых вызывает сомнения.

Присутствие воды, точнее, ее поступление на поверхность Земли в интервале времени 4.6-4.0 Ga неоднократно обсуждалось. Мне представляются весьма вероятными представления М.А. Марова (Marov, Ipatov, 2001; Маров, Ипатов, 2005) о поступлении на Землю воды с кометами в количестве, соизмеримом с объемом современного океана. Однако единовременно такого количества воды, вероятно, никогда до 4 Ga, а скорее, до 1.3 Ga¹, не было. И максимум, на что можно рассчитывать, это вода в небольших лужах-озерцах и трещинах под поверхностью. Вопрос о том, куда девается такая большая масса воды, следует обсуждать отдельно.

Несколько слов о самых древних цирконах, возраст которых определяется до 4.2 Ga — даже 4.4 Ga.

Изотопические исследования кислорода не могут свидетельствовать об обломочном характере зерен циркона и его окатанности в воде. Остроугольная форма и размеры (до 300 мк) изображенных зерен тем более не допускают такого толкования. Гораздо более вероятным является вулканическое (пепловое) или эоловое их происхождение.

Теперь о восстановительной атмосфере архея и об уранинитах. Описанные и изображенные образования уранинита интерпретируются как окатанные обломки и сравниваются с окатанными моноцитами (рис. 4, а, б; Schopf, 1983). Изображения зерен уранинита, имеющих размер менее 0.15 мм, говорят о любом ином характере их образования, но не окатанности, поскольку их размер меньше размера окатывания обломков. Для сравнения привожу фотографии современного пляжного осадка из того же района, что и окатанные моноциты. Все зерна остроугольные, а округлые образования — это фораминиферы (рис. 4, в). Зерна уранинита в этом случае могут быть нераскристаллизованными аморфными коллоидными образованими или даже скорее фоссилизированными бактериальными сгустками. Необходимо проведение дополнительных исследований на электронном микроскопе при больших увеличениях.

Оценка различных признаков восстановительной атмосферы весьма неоднозначна. К
примеру, очень показателен график, приведенный в книге под редакцией В. Шопфа (Schopf, 1983, с. 284, рис. 11, 12), в котором сведены известные на то время точки с геологическими и геохимическими данными — показателями, как полагали авторы, восстановительных или окислительных обстановок. Противоречивость приведенных материалов привела к тому, что одни и те же районы (местонахождения) по разным признакам оказываются в разных полях. Если же из этого рисунка убрать ураниниты, то подтверждения восстановительных условий не останется вовсе.

Традиционные представления о восстановительной атмосфере отражаются, естественно, и на интерпретации уровня организованности находимых в архее и нижнем протерозое ископаемых остатков организмов. Они же порождают фантастические (Brasier et al., 2002) обсуждения характера ископаемых остатков возрастом предположительно 3.5 Ga из архея Австралии, описанные в свое время В. Шопфом и другими исследователями.

Мы полагаем, что для оценки параметров биосферы, таких как содержание кислорода, температура поверхности, крайне важно исходить, прежде всего, из уровня организации организмов, найденных в архейско-протерозойских толщах.

Так, например, наличие цианобактерий предопределяет принципиальное присутствие атмосферного кислорода, а присутствие, например, Metazoa и тем более целомат говорит о наличии кислорода в количествах, соизмеримых с современными.

—————-

¹М.А. Жарков (2005), вероятно, справедливо полагает на основании распределения эвапоритов во времени, что солевой режим океана и соответственно объем воды мирового океана начал стабилизироваться около 1.3 Ga.

—————-

Хотите побаловать своих домашних вкуснейшими блюдами, но совершенно не умеете готовить? Не отчаивайтесь! Рецепты, кулинария, советы и прочие кухонные премудрости Вы найдете на сайте 5000-recipe.ru, который станет незаменимым помощником на вашем кулинарном поприще.

Первичные атмосфера и гидросфера Земли

Состоянию первичных атмосферы и гидросферы, столь интересующих специалистов по происхождению биосферы, в последние полстолетия посвящены тысячи работ. Поддерживаемое фактически большинством астрофизиков мнение о меньшей (на 20-25 %) светимости молодого (в первые сотни млн лет) Солнца привело к обсуждению вероятных составов первичной атмосферы, вызывающих парниковый эффект. Это известные работы Карла Сагана, его ученика Чайбы и др. Так как этим вопросам, вероятно, будет посвящена статья в этом сборнике нашего классика профессора Л.М. Мухина, мы опускаем обсуждение этой проблемы. Считаем важным отметить следующий выдающийся результат работ международного коллектива по австралийским цирконам — гидросфера и атмосфера Земли существовали уже в первые 150 млн. лет.

Согласно интерпретации данных по изотопии кислорода (^|60/¹⁷0/¹⁸0) в цирконах Jack Hills (Peck et al., 2001), 4.2, 4.3 и 4.4 млрд. лет назад на Земле была вода в жидкой фазе. Объемы ее пока оценить не удается (ручейки, озера в кратерах, мелкие моря?). Согласно работам французской школы (1960-1980 гг.) и известного специалиста по изотопии ксенона Р. Озимы, ксенон в атмосфере Земли имеет возраст порядка 4.0 и более млрд. лет. Наша интерпретация содержаний изотопов инертных газов, в частности, изотопной плеяды Хе (Pechernikova et al., 2003; Vityazev et al., 2005) указывает на то, что примитивная атмосфера сформировалась в ходе заключительных стадий образования Земли. Оценка ее массы и состава пока представляет проблему. Однако в сочетании с данными по австралийским цирконам можно уверенно говорить о том, что давление на поверхности ранней Земли было выше необходимого для существования примитивной гидросферы (тройная точка для Н₂O), т. е. порядка и выше современного для Марса.

На стадии аккумуляции Земли, когда поток падающих тел был достаточно велик, параметры ранней атмосферы в значительной степени определялись ударной дегазацией и эрозией. В.В. Светцовым (2007) путем численного моделирования ударов астероидов и комет с размерами от 100 м до 10 км были оценены потери атмосферы на Земле с ее современной атмосферой и Марсе с более плотной атмосферой из углекислого газа, которая могла быть на ранних стадиях его эволюции. Численное моделирование вертикальных ударов проводилось путем решения двумерных уравнений газовой динамики в цилиндрических координатах, начиная со стадии входа тела в атмосферу. Получены приближенные аппроксимирующие выражения потерь массы атмосферы и ударника в зависимости от их параметров и силы тяжести на планете. Характерные величины уносимой массы атмосферы при ударах астероидов (километровых и более размеров) оказываются порядка 0.01-0.1 от массы ударника, а при ударах долгопериодических комет — порядка 0.1-1 от массы кометы.

Согласно расчетам, параметры ранней атмосферы после окончания роста планеты существенно зависят от того периода аккумуляции, когда масса планеты составляет более 99 % от ее конечной величины. Более ранний период забывается, а в более поздний интенсивность притока массы недостаточна для существенного изменения массы образовавшейся до этого атмосферы.

Отметим, что результаты вычислений зависят от таких точно не известных входных параметров, как содержание атмофильных элементов в падающих телах, распределение по массам и скоростям падающих тел, размеры наибольших ударников. При вариации входных данных в допустимых пределах установившиеся к концу аккумуляции (99.9 % массы планеты) атмосферы имеют давление более 1 бар. Более совершенные модели должны учитывать взаимодействие выделяющихся при ударах газов с атмосферой и породами верхнего слоя планеты, физико-химическое состояние ранних атмосфер, сток газов в водные бассейны и учет глубинной дегазации примитивной части вещества, полученного планетой на ранних стадиях аккумуляции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обнаружение протопланетных дисков, экзопланет и планетных систем около молодых звезд и их исследования позволяют надеяться на уточнение условий на поверхности ранней Земли и других планет.

Луна хранит следы «поздней бомбардировки» (Late bombardment) 3.7-3.9 млрд. лет назад. Чем она была вызвана? Наше предположение — это выброс Солнечной системы из звездного скопления. Это предположение должно быть либо опровергнуто, либо поддержано динамическими расчетами и другими данными.

2. Новые технологии обнаружения остатков короткоживущих радиоактивных элементов ²⁶Al, ⁶⁰Fe, ¹⁸²Hf и т.д.) позволяют хронометрировать отдельные стадии формирования и ранней эволюции планет с точностью до 1 млн. лет. Данные по австралийским цирконам и по плеяде изотопов Хе свидетельствуют о наличии атмосферы и гидросферы, начиная с 4.4 млрд. лет назад.

Но масса первичной гидросферы, состав и масса первичной атмосферы пока не установлены. Вероятно, проблему формирования атмосфер надо решать одновременно для Марса, Земли и Венеры. В частности, необходимо решить проблему выхода Венеры на парниковый режим. И понять, почему Земля избежала этого исхода. Это задача ближайшего десятилетия.

В работе использованы результаты исследований сотрудников ИДГ РАН, выполненных по проекту «Процессы на завершающей стадии аккумуляции Земли» (руководитель акад. В.В. Адушкин) в рамках программы Президиума РАН «Проблемы зарождения биосферы Земли и ее эволюции». Авторы благодарны проф. Л.М. Мухину и акад. РАН А.Ю. Розанову за приглашение к участию в рабочем совещании «Проблемы происхождения жизни».

На сайте www.100diet.org Вы найдете эффективные диеты для похудения, благодаря которым Вы сможете встретить новогодние праздники обновленным человеком – оставив в 2011 году столь ненавистные Вам лишние килограммы.

УСЛОВИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ 4-4.6 МЛРД. ЛЕТ НАЗАД. ПЕРВИЧНЫЕ СИНТЕЗЫ*

© 2009 г. Л.М. Мухин

Институт космических исследований РАН

4-4.6 млрд. лет назад поверхность Земли могла быть в основном относительно холодной, с отдельными горячими пятнами, обусловленными им-пактными событиями. Такая сильно гетерогенная по температуре система могла обеспечить возможность процессов первичных синтезов органических соединений.

Мы говорим о том, что трудно дать определение Жизни. Может быть, этого не нужно делать, но стоит отметить, чем отличается живое от неживого. Живое отличается от неживого наличием совершенно уникальной машины, которая состоит из двух частей (компонентов) — транскрипции и трансляции. Такой механизм есть в любой живой системе. В связи с этим мне очень понравилась диаграмма, которую я нашел в одной из американских энциклопедий. Это такой пазл, состоящий из отдельных квадратиков, где есть практически все составляющие проблемы происхождения жизни на Земле (рис. 1). Здесь есть проблема возраста жизни на Земле, есть источники энергии, необходимые для синтеза органических соединений и т. д. Эта схема ставит перед исследователями, занимающимися проблемами происхождения жизни, некоторые задачи. Я думаю, что одной из первых важнейших задач является возраст Земли, который сейчас можно определить достаточно точно, благодаря высокотемпературным включениям в метеоритах. Это самое древнее, что мы сейчас имеем. Совсем недавно, порядка 10 лет тому назад, появились данные по цирконам. Это самые древние минералы на Земле, один из них имеет возраст 4.4 млрд. лет, более молодые цирконы — 3.8 млрд. лет и менее. Их возраст определялся соотношением изотопов свинца (²⁰⁷РЬ/²⁰⁶РЬ) в этих образованиях (рис. 2). Интересно, что именно на уровне 3.8-3.9 млрд. лет назад закончилась так называемая последняя тяжелая бомбардировка, которая происходила до этого времени. Это накладывает некоторые ограничения на проблему происхождения жизни. По изотопии кислорода в этих цирконах был сделан очень важный вывод, что уже более 4 млрд. лет назад на Земле была вода. В сочетании с анализом следовых элементов это достаточно убедительное доказательство того, что на Земле в те времена была прагидросфера.

* Профессор Лев Михайлович Мухин — один из активнейших организаторов рабочего совещания «Проблемы происхождения жизни» — скончался 24 апреля 2009 г. Учитывая намерение Льва Михайловича подготовить статью по материалам его доклада, редколлегия сборника взяла на себя смелость опубликовать выступление Л.М. Мухина по его видеозаписи, адаптировав содержание к письменной речи и иллюстрировав материалами презентации. Ответственность за возможные недостатки полностью лежит на редакторах сборника.

Рис. 1. Проблематика происхождения жизни на Земле. Объяснения в тексте.

Во время формирования Земли происходили высокоскоростные удары (рис. 3), и поэтому очень многие ученые считали, что поверхность Земли была горячей и даже расплавленной. Но это не совсем так. Если принять во внимание то обстоятельство, что тепло сбрасывалось не с помощью простой, регулярной свободной конвекции, а с помощью вынужденной конвекции, то оказывается, что на достаточно холодной поверхности Земли были горячие пятна (рис. 4). И такая сильно гетерогенная по температуре система обеспечивала возможность для процесса синтеза органических соединений. При ударах тел размером порядка 500 км и более выкипали океаны, сильно менялся климат Земли и ничего живого не оставалось. Но если ударные тела были размером порядка 10-20 км, то таких катастрофических последствий не было.

Рис. 2. Возраст древнейших цирконов (Cavosie et al.. 2004).

Рис. 3. Формирование Земли (Герасимов. Mvxim. 1986).

Рис. 4. Ранняя Земля — горячие пятна на холодной поверхности (Mukhin, Pimenov, 2002): а — условия вынужденной конвекции; б
— условия свободной конвекции. Обозначения: 1 — температура поверхности, 2 — температура на глубине 10 см.

Таким образом, предложенная модель холодной поверхности Земли с горячими пятнами должна была работать.

При ударе происходило испарение, в самом факеле происходили высокотемпературные химические реакции (рис. 5), которые приводили к образованию атмосферы, содержащей очень благоприятные компоненты — такие как синильная кислота, альдегиды — для синтеза органических соединений. О составе этой атмосферы можно судить по газам, содержащимся в земных породах и метеоритах на период времени их формирования (табл. 1). Интересно, что эта атмосфера неравновесна: в ней есть полностью окисленные компоненты, такие как СО₂, и есть компоненты восстановленные: нет аммиака, а есть только свободный азот. Тем не менее, эти данные приводят к выводу о том, что 3.8-3.9 млрд. лет назад не было никакой восстановительной атмосферы.

Рис. 5. Физико-химические процессы, происходившие при падении на Землю планетезималей (Герасимов, Мухин, 1986).

Таблица 1. Химический состав реликтовых газов (Mukhin et al., 1989)

ND — not determined

Certiified by IGEM Acad. Sci. USSR

+ — HC, the sum of hydrocarbons.

Наблюдаются следы кислорода, который должен был образовываться во время высокотемпературных процессов и очень быстро реагировать с другими компонентами взрыва. Это важно потому, что в присутствии кислорода не проходят никакие абиогенные синтезы органических соединений.

Органические вещества образуются не только в Солнечной системе, они образуются во всем цикле формирования планет из протопланетного облака. Вообще, на самом деле космос просто «набит» органикой. В 2006 г. было известно 146 межзвездных молекул. Среди них очень много органических соединений, но нет фосфора¹. Таким образом, органические молекулы из космоса дают не очень много для модели происхождения жизни.

Накоплению предшественников органических соединений на поверхности ранней Земли придавалось очень большое значение. Основным источником добиологической органики считались кометы (Chyba, Sagan, 1997) (табл. 2). Но здесь вновь возникает проблема фосфора.

Таблица 2. Источники добиологического органического вещества на ранней Земле (Chyba, Sagan, 1997)

¹ В настоящее время в молекулярных облаках обнаружены такие соединения как CP, PN, РО — см. статью Н.Г. Бочкарёва в данном сборнике и Итоговую дискуссию, с. 252-253. — Прим. ред.

Таблица 3. Обилие химических элементов во Вселенной

Распространенность этого элемента во Вселенной на два порядка меньше, чем распространенность углерода (табл. 3). В то же время в живых системах фосфора больше, чем серы, т. е. он занимает очень значительное место. К примеру, в организме человека отношение по массе углерода к фосфору составляет 15 (табл. 4). Вопрос — почему и как живые организмы накапливали фосфор, и как он оказался в достаточном количестве для этого накопления?

При анализе полученного вещества межзвездных пылинок фосфора в них пока не обнаружено.

Таблица 4. Химический состав тела человека (Chang, 2007)

Таблица 5. Органические вещества в кометах (Bockelee-Morvan et al., 2000)

По последним данным (табл. 5), в кометах мы находим синильную кислоту, много СО, альдегиды, но не обнаруживаем ни одного соединения с фосфором. В то же время, среди органических веществ в метеорите Мурчисон и хондритах есть даже пурины и пирамидины, есть аминокислоты и есть фосфор в твердой фазе (табл. 6).

Если фосфор в кометах есть, то он содержится только в ядре кометы, в твердой матрице. Другого места для размещения фосфора просто нет. На рис. 6 показана схема пребиотического синтеза в кометах (Ого, Cosmovici, 1997). Должен отметить, что уже на стадии пуринов, пирамидинов, Сахаров эта модель встречается с очень значительными трудностями. Пурины и пирамидины входят в состав химической структуры ДНК и также в состав РНК. Фосфор является одним из ключевых компонентов нуклеотидов. Синтез пуринов и пирамидинов является очень важной ступенькой в образовании нуклеиновых кислот. Аминокислоты образуются сравнительно легко, но необходимо получение не просто аминокислот, а аминокислот в определенном порядке, который обеспечивает трансляционная машина. При синтезе самых простых органических соединений мы сразу же сталкиваемся с рядом трудностей. На рис. 7 представлена автокаталитическая реакция синтеза Сахаров, открытая еще Бутлеровым. В ней образуется огромное количество Сахаров, причем не только рибоза или дизоксирибоза, которые необходимы для РНК и ДНК, но и масса других. И немедленно начинают идти побочные реакции с другими саха-рами. Из них образуется либо карамель, либо метиловый спирт и мочевина². Синтезы аденина и цитозина тоже встречают ряд трудностей.

² Реакция Бутлерова изучалась в последнее время в Институте катализа им. Г.К. Борескова СО РАН -см. ссылки на публикации в статье В.Н. Снытникова в данном сборнике. — Прим. ред.

Еще одна важная вещь, которую я хотел бы отметить, и на которую обычно не обращают внимания.

Таблица 6. Органические вещества из метеорита Мур-чисон и нескольких хондритов (Ehrenfreund et al., 2002)

Если нам нужно синтезировать РНК или ДНК, то мы должны иметь кооператив нуклеотидов, то есть они должны быть примерно в равных пропорциях и синтезироваться по одинаковой схеме. Даже при синтезе аденина, который из этой группы нуклеотидов синтезируется легче всего, возникает ряд существенных сложностей. В частности, синтез аденина требует концентраций цианистого водорода по меньшей мере 0.01 М, что совершенно нереально в условиях примитивной Земли. Кроме того, аденин подвержен гидролизу (время полужизни для деаминации при температуре 37 °С, рН 7 — около 80 лет). Следовательно, нельзя ожидать накопления аденина в условиях любого «пребиотического супа».

Рис. 6. Схема пребиотического синтеза в кометах (Ого, Cosmovici, 1997).

Рис. 7. Схема автокаталической реакции синтеза Сахаров.

К тому же, взаимодействие аденина и урацила слабо и неспецифично, и поэтому никогда нельзя ожидать его функционирования в любой специфической схеме узнавания при хаотических условиях «пребиотического супа».

Представляется очень важным вывод Л. Оргейла (Orgel, 2004). Он говорит, что неизбежное заключение исследования синтеза нуклеотидов состоит в том, что нет убедительных, общих пребиотических синтезов каждого из нуклеотидов. Крайне ограниченное количество реакций дает высокий выход продуктов; а те, что дают, обычно производят сложные смеси продуктов. Я уже продемонстрировал это на примере синтеза Сахаров. Здесь необходимо заметить, что вопрос хиральности является исключительно сложным для проблемы синтеза, потому что как только мы имеем рацемическую смесь Сахаров, сразу терминируется рост следующего звена. Не менее важным мне кажется заключение Дж. Джойса (Joyce, 1989), который считал, что наиболее разумным предположением является то, что жизнь не началась с РНК, а переход к миру РНК и происхождение жизни в целом полны неопределенностей и отсутствием экспериментальных данных.

Проблема хиральности до сих пор не решена, и все смеси, которые образуются в экспериментах по предбиологическому синтезу, являются рацемическими смесями. И можно сказать, что это обстоятельство стоит на пути решения проблемы происхождения мира РНК, потому что еще до его появления необходимо получить нерацемические смеси. Еще одной проблемой являются упомянутые побочные реакции, которые сильно мешают выделению основного продукта.

В заключение приведу некоторые соображения насчет уровня содержания кислорода в примитивной атмосфере — она на начало геологической летописи не была восстановительного характера, и уже 3.5 млрд. лет назад содержала значительно количество кислорода. Это дает возможность поставить здесь барьер на временной шкале органических синтезов.

Закончить я бы хотел одним любопытным фактом. Была жуткая вспышка энтузиазма в 1950-х гг. на первой конференции по происхождению жизни. После этого 90 % работ по этой проблематике поддерживали эволюционную идею. Однако трудности этого вопроса оказались столь велики, что в 2006 г. число публикаций, посвященных искусственному зарождению жизни на Земле (т. е., связанному с идеей творения), оказалось близко к 80 %. Таково мировоззренческое значение проблем происхождения жизни…

Вы серьезный деловой человек и вашему статусу должен соответствовать не только ваш внешний вид, но и, как это ни странно, телефонный номер.

Вы сможете купить золотые номера москвы на сайте красив-номера.рф и тем самым показать Ваши серьезные намерения будущим деловым партнерам и клиентам.

Гипотеза Хойла и Викрамасинга

Ф. Хойл и Ч. Викрамасинг (Hoyle, Wickrarnasinghe, 1979,1980) около 30 лет назад высказали предположение, что часть межзвездных пылинок может быть одноклеточными организмами: бактериями или фитопланктоном. В работе 1979 г. они основывались на соответствии положения и формы широкой спектральной особенности (покрывающей диапазон длин волн X от 4000 до 5000 А) зависимости от X коэффициента поглощения света межзвездной пылью абсорбционным свойствам пигментов фитопланктона. В статье 1980 г. они показали, что полоса поглощения пыли в области 3 мкм, которая обычно связывается со льдом в оболочках пылинок (см. рис. 5 и табл. 5), обусловлена поглощением света бактериями, находящимися в межзвездной среде, поскольку это дает лучшее совпадение с наблюдаемыми профилями этой полосы. Согласно их работе, до 60 % пылинок могут состоять из бактерий.

Эта гипотеза возродила интерес к возможности панспермии. Но аргументы авторов нельзя считать убедительными ввиду неоднозначности интерпретации широких спектральных деталей (это видно на примере рис. 6). Поэтому гипотеза была встречена большинством специалистов скептически. Однако она не противоречит наблюдениям (по крайней мере, если доля бактерий среди пылинок не так велика). К тому же выяснилось, что одноклеточные организмы очень устойчивы к существующему в космическом пространстве ионизующему излучению. Поэтому исключать из рассмотрения гипотезу Хойла и Викрамасинга не следует.

Внутри молекулярных облаков такие органические «пылинки» (подобно тугоплавким ядрам обычных межзвездных пылинок) могут обрастать ледяными оболочками. Эти оболочки могут играть роль дополнительного экрана, защищающего органическое ядро таких пылинок от излучений, способных повредить находящийся внутри замороженный организм.

Рис. 12. Траектории частиц при оттоке газа от плоскости спиральной галактики в межгалактическую среду («галактический ветер»)(а) и траектории движения газа в «галактических фонтанах» (б), когда газ не имеет достаточной энергии, чтобы покинуть галактику. Горизонтальная черта — галактическая плоскость, ЦГ — галактический центр.

Органические ядра могут пережить эпохи испарения оболочек (нагрев до 100-200 К в областях звездобразования), но, в отличие от тугоплавких ядер пылинок, не способны пережить нагрев до 1000-2000 К. Однако нагрев пылевых частиц до таких температур происходит очень редко.

Движение пылинок

Тела, способные переносить молекулы, такие, как крупные пылинки (> 1 мкм), метеороиды и небольшие ядра комет пока не удается наблюдать. Поэтому пока нет надежной информации об их количестве и движении. В отличие от них межзвездные пылинки размером 0.01-1 мкм) давно и интенсивно изучаются. Пылинки движутся в основном вместе с межзвездным газом. Из-за неоднородности распределения в Галактике наиболее ярких горячих звезд пылинки под действием светового давления могут приобретать скорость до 2-10 км/с относительно газа (Tarafdar, Wickrarnasinghe, 1976), а в некоторых случаях ускоряться (так называемым бетатронным механизмом) до ~30-100 км/с.

В галактиках с бурным звездообразованием пылинки выносятся вместе с газом в межгалактическое пространство (рис. 12). Если они попадают внутрь плотного скопления галактик, то разрушаются горячим межгалактическим газом скопления, если нет — могут через ~1 млрд. лет попасть в другую галактику.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Молекулы существуют в космическом пространстве в широком наборе астрономических объектов. К настоящему времени в газовых средах отождествлено около 150 различных молекул примерно в 250 изотопических вариантах. Самые крупные из найденных молекул содержат 13 атомов. Основная часть молекул содержит атомы углерода, эти молекулы являются простейшими органическими соединениями. Молекулы обнаружены в атмосферах холодных звезд, в атмосферах планет и их спутников, но наибольшее их количество и разнообразие найдено в молекулярных облаках межзвездной среды и в оттекающих оболочках звезд, находящихся на поздних стадиях эволюции. Имеются косвенные указания на существование в межзвездной среде более крупных молекул, содержащих 20-60 атомов, в виде длинных углеродных цепочек, полициклических ароматических углеводородов и, возможно, фуллеренов, но надежных отождествлений таких молекул нет.

Молекулы могут перемещаться в пространстве на значительные расстояния, если они входят в состав пылинок или более крупных тел. Наиболее радикальной является гипотеза Хойла и Викрамасинга, согласно которой некоторые пылинки могут представлять собой одноклеточные организмы. Эта гипотеза не подтверждена, но и не опровергнута ни наблюдениями, ни теоретическими расчетами.

Они состоят из тугоплавких ядер и намерзших на них ледяных оболочек. Время жизни ядер пылинок сравнимо с временем жизни галактик, т. е. они постепенно накапливаются в течение всего времени эволюции Вселенной. Пылинки могут перемещаться внутри галактик из одной области звездообразования в другую, а при достаточной мощности процессов звездообразования в галактике — выноситься галактическим ветром в межгалактическое пространство. Однако если пылинки попадают в горячий газ скопления галактик, они там быстро разрушаются. Если же они выносятся из галактики, не принадлежащей крупному скоплению галактик, то через время ~1 млрд. лет они могут попасть в другую галактику.

Другими «транспортными средствами» для молекул, защищающими их от губительного действия ультрафиолетового излучения, могут служить метеорные, метеоритные тела и ядра комет, астероиды и планеты, некоторые из которых должны блуждать в пространстве между звездами и время от времени проникать в планетные системы. Блуждающими могут быть также отдельные звезды и их группы, выброшенные из галактик в процессе взаимодействия галактик между собой. В этом случае звезды переносятся из одной галактики в другую вместе с окружающими их планетными системами и могут переносить за космологическое время (~10¹⁰ лет) сколь угодно сложные молекулы и другие объекты как биологической, так и иной природы на расстояния вплоть до десятков миллионов световых лет. Наиболее эффективно этот процесс происходит при слиянии (мержинге) галактик.

Не удивлюсь, если в поисках заветной фразы “больничный лист купить недорого” вы изучили все известные Вам сайты, но так и не нашли желаемого. Я советую Вам, не тратя попусту время, посетить clickuk.org, где Вы сможете за умеренную плату заказать: больничный лист, справку в ГАИ, медицинскую книжку и т.п..