Текст книги "Поиски жизни в Солнечной системе"

Автор книги: Норман Х. Хоровиц

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 12 страниц)

Подобная постановка опытов очень современна. Последние два эксперимента Реди стали классическими и послужили моделями для будущих исследований процесса самозарождения. В других главах книги Реди описывает свои дальнейшие эксперименты, последовательно и убедительно критикуя широко распространенные домыслы и заблуждения, связанные с самозарождением животных. По ходу повествования Реди дает верное истолкование и наблюдениям делла Порты:

Появилась благоприятная возможность для проверки утверждения Батиста Порты относительно зарождения жаб из гниющего мяса, валяющегося в навозной куче. Три опыта с этим материалом нс дали никаких результатов, и это убедило меня в том, что Порта проявлял здесь излишнюю доверчивость, будучи в других случаях очень интересным и глубоким писателем.

Книга Реди в течение 20 лет переиздавалась пять раз, и в результате знакомства с ней все более широкого круга образованных людей вера в возможность самозарождения животных постепенно исчезла. Однако этот вопрос снова возник, хотя уже на другом уровне, примерно в 1675 г., вслед за открытием микроорганизмов голландцем Антони ван Левенгуком (1632–1723). Это открытие стало возможным благодаря усовершенствованию в XVII в. техники изготовления линз. Сам Левенгук был одновременно и опытным мастером по изготовлению линз, и исследователем, увлеченно работающим с микроскопом. Ряд важных открытий, сделанных Левенгуком в течение его долгой жизни, создали ему известность, и он по праву считается одним из основоположников научной микроскопии.

Микроорганизмы настолько малы и, кажется, так просто организованы, что с самого их открытия широко распространилось мнение, будто они представляют собой продукты распада, принадлежащие к нечетко обозначенной промежуточной области между живым и неживым. Таким образом, вопрос о самозарождении вновь оказался в центре внимания в знаменитой полемике XVIII в., разгоревшейся между английским священником Дж. Т.Нидхемом (1713–1781) и итальянским натуралистом аббатом Ладзаро Спаллаппани (1729–1799). Нидхем утверждал, что если баранью подливку и подобные ей настои сначала нагреть, а затем герметически закрыть в сосуде с небольшим количеством воздуха, то в течение нескольких дней они обязательно порождают микроорганизмы и разлагаются. Он полагал, что раз нагревание исследуемого объекта убивает все ранее существовавшие в нем организмы, то, следовательно, полученный результат служит доказательством самозарождения. Повторяя эксперименты Нидхема, Спалланцани показал, что если колбы нагреть после закупоривания, то в них не возникает никаких организмов и не происходит гниения, как долго бы они ни хранились. (В одном из своих опытов Спалланцани герметично закупорил в стеклянном сосуде зеленый горох с водой, после чего в течение 45 мин держал его в кипящей воде. Позже, в 1804 г., парижский шеф-повар Франсуа Аппер использовал этот метод для получения первых консервированных продуктов. Таким образом, консервная промышленность явилась одним из побочных результатов дискуссии о самозарождении.)

Нидхем заявил в ответ, что чрезмерное нагревание разрушило внутри закрытого сосуда содержащийся в воздухе жизненно важный элемент, без которого самозарождение невозможно. Методы газового анализа в то время были еще недостаточно развиты, чтобы разрешить этот спор. В действительности оказалось, что результат, полученный Нидхемом, был следствием скрытой ошибки, обнаружить которую не удалось в течение целого столетия. Известнейшие ученые XIX в., включая Жозефа Луи Гей-Люссака, Теодора Шванна, Германа фон Гельмгольца, Луи Пастера и Джона Тиндаля, были вовлечены в этот спор. Великий французский химик Гей-Люссак поддержал точку зрения Нидхема, обнаружив, что из нагретого в присутствии органического вещества воздуха кислород исчезает, а его отсутствие, как показали дальнейшие опыты, – необходимое условие консервирования продуктов. Однако решающий эксперимент, т. е. эксперимент Реди, но проделанный с микроорганизмами, остался невыполненным.

Вопрос, казалось бы, прост: будут ли расти в стерилизованном органическом настое микроорганизмы в присутствии воздуха, из которого удалены все микробы? Несмотря на кажущуюся простоту вопроса, существовавшая в то время экспериментальная техника не позволяла дать на него убедительный ответ. Было поставлено множество хитроумных экспериментов, но каждый раз исследователи давали неточные или лишь отчасти правильные и противоречивые объяснения наблюдаемого. Поскольку проблема самозарождения имела большое общемировоззренческое и практическое значение, разгорелись бурные дискуссии.

Страсти достигли кульминации в 1859 г., когда Феликс Пуше (1800–1872), директор Музея естественной истории в Руане, опубликовал книгу, где вновь сообщалось об экспериментальном подтверждении самозарождения. Свое предисловие Пуше начал так: "Когда в результате размышлений мне стало ясно, что самозарождение представляет собой еще один способ, который природа использует для воспроизведения живых существ, я сосредоточил все внимание на том, чтобы экспериментально продемонстрировать соответствующее явление. Английский физик Джон Тиндаль (1820–1893), принимавший активное участие в дискуссии, так прокомментировал появление на арене Пуше:

Никогда еще ни один предмет спора не требовал столь холодного и критического ума, как этот, спокойствия в познании столь сложного явления, тщательности в постановке и исполнении опытов, умелого подбора условий и постоянного сомнения в результатах, пока строгая повторяемость не убедит вас в их безупречности. Для человека с темпераментом Пуше подобный предмет таил в себе опасность, которую еще более усиливало его предвзятое отношение к проблеме.

В это время в исследования включился Луи Пастер (1822–1895). Изучая с точки зрения химии процесс спиртового брожения, он вопреки многочисленным возражениям пришел к выводу, что этот процесс вызывается живыми организмами. Проведенные эксперименты послужили хорошей подготовкой для решения последующей задачи. Исследования Пастера – это в методическом отношении безупречно поставленная серия опытов, ознаменовавших собой одно из величайших достижений экспериментальной биологии. В сущности они привели к закрытию долгого спора о самозарождении. Пастер разрешил все трудности, пугавшие его предшественников. Он недвусмысленно показал, что загадочной "первопричиной", витавшей в воздухе и вызывающей в стерильном бульоне рост микроорганизмов, являются те же самые микроорганизмы, которые переносятся частицами пыли.

Рассмотрим вкратце один из самых простых и изящных экспериментов Пастера, убедительность которого поразила даже самого ученого. Нужную питательную среду, например дрожжевой экстракт с сахаром, Пастер помещал в колбы: затем, нагревая их горло в пламени, оттягивал его так, что получились узкие, но тем не менее открытые трубки, изогнутые различным образом (рис. 5). Далее он доводил питательную среду в колбе до кипения и поддерживал ее в таком состоянии в течение нескольких минут, после чего давал ей остыть. Обработанная таким образом среда оставалась в колбах стерильной неограниченно долго даже при контакте с воздухом. К удивлению Пастера, колбы можно было даже перемещать с места на место, не опасаясь заражения среды. Пытаясь объяснить этот эффект, ученый предположил, что воздушный столб в длинном горле действует как своего рода подушка, препятствуя быстрому движению воздуха; в результате проникающая в горло колбы пыль оседает на его стенках раньше, чем достигает питательной среды. Чтобы доказать, что заключенная в колбе питательная среда, будучи инфицированной, способна поддерживать рост микроорганизмов, Пастер обрезал у некоторых колб горло – и вскоре процесс размножения действительно начинался.

Рис. 5. Пастеровские колбы с «лебедиными шеями». (Рисунок из его работы о самозарождении, 1862 г.)

Таким образом, Пастеру удалось повторить опыты Реди на уровне одноклеточных организмов. Он продемонстрировал, что в мире микробов, как и среди высших видов, любая форма жизни ведет свое существование от «родительской». Результаты, полученные Пастером, не вызывали сомнений, но тем не менее в течение ряда лет высказывались различного рода контрдоводы и возражения. Особенно интересный случай произошел в 1870-х годах в Англии, когда Джон Тиндаль защищал точку зрения Пастера от нападок одного врача по имени Г. Чарлтон Бастиан. Исследования Тиндаля по рассеянию света на частицах пыли в атмосфере позволили ему осуществить новые опыты, свидетельствующие о роли пыли в переносе инфекции. Он показал, что способная к гниению среда, заключенная в открытых (контрольных) пробирках, остается стерильной, пока воздух над ними свободен от пыли. Далее рассказывается, каким способом Тиндалю удалось обнаружить присутствие пыли в воздухе. Его изобретательность создала ему славу выдающегося популяризатора науки викторианской эпохи.

Вернемся в Лондон времен королевы Виктории и обратим внимание на плавающую в воздухе пыль. Представим себе комнату, где только что произведена уборка. Окна в ней плотно закрыты, и лишь через узкое отверстие в ставне проникает пересекающий комнату солнечный луч. Плавающая в воздухе пыль позволяет увидеть путь света. Чтобы сфокусировать пучок параллельных световых лучей, поместим в отверстие линзу. Теперь лучи образуют конус, в вершине которого освещенность настолько велика, что пыль кажется почти белой. В темноте глаз особенно чувствителен к такому освещению. Пыль, насыщающая лондонский воздух, – это органическое вещество, которое можно сжечь без остатка. Действие пламени спиртовки на плавающее в воздухе вещество Тиндаль описывал следующим образом:

"В интенсивный параллельный пучок света, освещавший пыль в воздухе нашей лаборатории, я поместил зажженную спиртовку. В самом пламени и по его краям были видны странные темные завихрения, похожие на густой черный дым. Такие же темные вихри, устремленные вверх, можно было заметить, поместив пламя чуть ниже пучка света. Они выглядели чернее самого черного дыма, выходящего из пароходной трубы: их сходство с дымом было столь велико, что невольно возникала мысль, что для обнаружения таких облаков свободного углерода в чистом пламени спиртовки, по-видимому, необходим лишь пучок света достаточной интенсивности.

Но действительно ли эти темные завихрения являются дымом? Ответ на этот мгновенно возникший вопрос нам удалось найти следующим образом. Под пучком лучей мы поместили раскаленную докрасна кочергу, и от нее тоже стали подниматься черные вихри; затем мы наблюдали за сильным пламенем водородной горелки, которое само по себе не дает дыма, но и горение водорода сопровождалось мощным вихревым движением темной массы. Если это не дым, то что же она собой представляет? Как и в межзвездном пространстве, темнота здесь объясняется отсутствием на пути пучка света какого-либо вещества, вызывающего его рассеяние. Когда пламя находилось под пучком лучей, имеющееся в воздухе вещество разрушалось, и очищенный от него горячий воздух, поднимаясь, пересекал пучок света, унося прочь освещенные частицы и тем самым – благодаря собственной абсолютной прозрачности вызывая образование темных вихрей. Ничто не могло бы убедительнее продемонстрировать невидимость того, что делает все вещи видимыми. Световой пучок пересекал невидимое черное пространство, образованное прозрачным воздухом, в то время как по обе стороны от него сияли плотные массы частиц пыли, подобно тому как светятся любые тела, освещенные сильным светом".

Тиндаль изобрел также метод стерилизации растворов, содержащих споры бактерий, способные выживать в кипящей воде: этот метод до сих пор известен под названием "тиндализация". Суть его заключается в том, что стерилизуемый раствор несколько раз нагревается в течение ряда дней: непроросшие споры выдерживают нагревание, а проросшие гибнут. Таким образом, после нескольких последовательных нагреваний раствор становится стерильным. Опыты Тиндаля были столь оригинальными, а его поддержка взглядов Пастера столь энергичной, что он по праву разделяет с Пастером славу ниспровергателя учения о самозарождении.

Исследования Пастера и Тиндаля нашли еще одно практическое применение. Его предложил их современник хирург Листер (1827–1912), хорошо знакомый с работами этих ученых. Листер высказал мысль, что если бы операционное поле на теле больного удалось изолировать от микроорганизмов, попадающих из воздуха, то это спасло бы жизнь многим оперируемым. В те времена в английских больницах смертность при ампутации достигала 25–50 % – главным образом вследствие заражения. При операциях в полевых условиях во время военных кампаний дело обстояло еще хуже. Так, в ходе франко-прусской войны из 13 тыс. ампутаций, проведенных французскими хирургами, не менее 10 тыс. имело смертельный исход! Пока сохранялась вера в самозарождение микробов, не было причин удалять их из раны. Однако после открытия Пастера Листер понял, что носителей инфекции необходимо уничтожать прежде, чем они попадут на операционное поле. И Листер добился успеха, применив карболовую кислоту (фенол) в качестве антибактериальною средства. Он стерилизовал инструменты, опрыскивал кабинет и даже пропитывал одежду больного раствором фенола. Принятые меры дали отличные результаты, что привело к рождению антисептической хирургии.

Панспермия

Учение о самозарождении постепенно умирало на протяжении столетий, и то, что оно было окончательно похоронено Пастером и Тиндалем, вряд ли может удивить современных ученых. Однако не существовало теории, способной занять его место. Нетрудно представить, что в XIX в. при чрезвычайно низком уровне знаний о химической организации живой материи, всякий, кто попытался бы думать о происхождении жизни, был обречен на неудачу. Как заметил в 1863 г. Дарвин в письме Гукеру, «сущий вздор – рассуждать сейчас о происхождении жизни; с тем же успехом можно было бы рассуждать о происхождении материи».

Дарвин был прав. Слишком мало было в то время известно о природе жизни и истории Земли, чтобы продуктивно рассуждать о происхождении жизни. Однако крушение учения о самозарождении привело некоторых известных ученых к мысли, что жизнь никогда не возникала, а, как материя или энергия, существовала вечно. Согласно этому представлению, "зародыши жизни" блуждают в космическом пространстве до тех пор, пока не попадают на подходящую по своим условиям планету – там они и дают начало биологической эволюции. Эту идею поддерживали Герман ван Гельмгольц (1821–1894) и Уильям Томсон (позднее лорд Кельвин; 1824–1907) – самые знаменитые физики XIX в. Гельмгольц, лично ставивший опыты по изучению самозарождения бактерий, в лекции, прочитанной в 1871 г., говорил:

Я не смогу возразить, если кто-нибудь будет считать данную гипотезу в большой или даже очень большой степени неправдоподобной. Но мне кажется, что в случае, если все наши попытки получить живые организмы из неживой материи провалятся, с научной точки зрения правомочно задать вопрос: возникала ли жизнь когда-нибудь вообще или же ее зародыши переносятся из одного мира в другой и развиваются повсюду, где есть подходящие условия?

Гельмгольц и Томсон были близкими друзьями и, вполне вероятно, не раз обсуждали этот вопрос. Как бы там ни было, несколькими месяцами позже Томсон высказал очень похожую мысль в своем президентском обращении к Британской ассоциации развития науки:

Достаточно точными экспериментами, проведенными к настоящему времени, показано, что любой форме жизни всегда предшествует жизнь. Мертвая материя не способна превратиться в живую, не испытав предварительно воздействия живой материи. Мне это представляется такой же несомненной научной истиной, как закон всемирного тяготения. Я готов принять в качестве научного постулата, справедливого всегда и повсюду, утверждение, что жизнь порождается только жизнью и ничем, кроме жизни. Но как же тогда произошла жизнь на Земле?

Далее он говорил о том, что во Вселенной должно существовать много других миров, несущих жизнь, которые время от времени разрушаются при столкновении с другими космическими телами, а их обломки с живыми растениями и животными рассеиваются в пространстве.

Следовательно, в высшей степени вероятно, что в космосе движется бесчисленное множество метеоритных камней, несущих семена жизни. Если бы в настоящее время жизни на Земле не существовало, то один такой упавший на нее камень мог бы стать так называемой естественной причиной возникновения жизни, в результате чего Земля покрылась бы растительностью… Гипотеза о том, что жизнь на Земле произошла благодаря таким обломкам более древних миров, может показаться дикой и фантастичной; однако по этому поводу я могу лишь утверждать, что она не является ненаучной.

Эта идея была тщательно разработана в 1908 г. шведским химиком Сванте Аррениусом (1859–1927), который назвал свою теорию панспермией. Развивая идеи Гельмгольца и Кельвина, он высказал несколько собственных соображений, предположив, что бактериальные споры и вирусы могут уноситься с планеты, где они существовали, под действием электростатических сил, а затем перемещаться в космическое пространство под давлением света звезд. Находясь в космическом пространстве, спора может осесть на частицу пыли; увеличив тем самым свою массу и преодолев давление света, она может попасть в окрестности ближайшей звезды и будет захвачена одной из планет этой звезды. Таким образом, живая материя способна переноситься с планеты на планету, из одной звездной системы в другую. Как указывал Аррениус, из этой теории, в частности, следует, что все живые существа во Вселенной должны быть химически родственны.

Теория панспермии опирается на два утверждения, которые следует рассмотреть отдельно. Первое из них заключается в том, что жизнь существовала всегда, т. е. она неразрывно связана с материей. Сейчас мы можем с уверенностью сказать, что эта мысль ошибочна. Жизнь в отличие от материи и энергии не относится к числу фундаментальных свойств Вселенной; она скорее представляет собой проявление определенных комбинаций молекул, которые не могли существовать вечно, поскольку не всегда существовали даже элементы, из которых они состоят. Космологи считают, что Вселенная первоначально состояла из самого легкого элемента водорода или из нейтронов – фундаментальных частиц, имеющих примерно такую же массу, как атом водорода. Все элементы тяжелее водорода образовались (и образуются в звездах до сих пор) из водорода в реакциях ядерного синтеза. Эти реакции служат главным источником звездной энергии. Хотя за время существования наблюдаемой Вселенной (по оценкам 10–15 млрд. лет) часть водорода была израсходована, он до сих пор остается наиболее распространенным элементом. Около 90 % атомов наблюдаемой Вселенной (что составляет около 60 % ее массы) приходится на водород, остальная часть – это в основном гелий, элемент, следующий по массе за водородом. Но поскольку кроме водорода для организации живой материи необходимы и другие элементы, жизнь не может быть "ровесницей" Вселенной – она должна была возникнуть гораздо позднее.

Второе утверждение теории панспермии, согласно которому споры могут и должны переноситься через космическое пространство, в наши дни представляется гораздо менее правдоподобным, чем это казалось Аррениусу. Совместное воздействие ультрафиолетового и рентгеновского излучений, а также космических лучей, которым организмы неизбежно должны подвергаться в космосе, намного опаснее, а межзвездные расстояния и, следовательно, время, необходимое для перемещения, значительно больше, чем предполагал Аррениус. Но сейчас мы располагаем также эмпирическими данными, свидетельствующими о том, что споры, которые бы могли засеивать Вселенную, не способны ни покидать Землю, ни проникать в ее окрестности. В образцах грунта, доставленных с Луны американскими астронавтами во время полетов кораблей "Аполлон", не обнаружено микроорганизмов, хотя предполагалось, что Луна может "улавливать" значительное число частиц, покидающих Землю или попадающих в ее окрестности из других областей космического пространства. Биологические анализы образцов лунного грунта не выявили никаких организмов, способных выжить в долгих космических путешествиях, и до сих пор все подобные исследования дают лишь отрицательные результаты. За время существования Солнечной системы (около 4,5 млрд. лет) споры – если они существуют – должны были попасть и на Марс; но к доказательствам наличия жизни на Марсе мы обратимся несколько позже.

Однако, несмотря на факты, свидетельствующие против теории панспермии, она продолжает жить. В последние годы известный американский астрофизик и писатель-фантаст Фред Хойл вместе со своим сотрудником Чандром Викрамасингхом пришли к невероятному заключению, что не менее 80 % частиц межзвездной пыли состоят из клеток бактерий и морских водорослей. Их предположение основано на изучении оптических свойств частиц межзвездной пыли. Согласно оценкам, ее масса в нашей Галактике примерно в 5 млн. раз превосходит массу Солнца. С этой точки зрения Земля почти безжизненна по сравнению с межзвездным пространством. Вслед за Аррениусом Хойл и Викрамасингх называют эти клетки межпланетными "прыгунами". Но если такие "прыгуны" действительно существовали, то они, наверное, давно бы добрались и до Луны, и до Марса.

Совсем недавно некоторые ученые предложили обновленный вариант теории панспермии. Согласно ему, жизнь на Землю опять-таки занесена из космического пространства, но не случайно, как предполагает классическая теория панспермии, а "доставлена" на межзвездном космическом корабле, отправленном разумными существами с какой-то обитаемой планеты, принадлежащей другой звездной системе. Эта теория предполагает, что жизнь не существовала вечно, как считали Гельмгольц, Кельвин и Аррениус, а зародилась в результате сложной цепи химических превращений (мы расскажем об этом в гл. 3). На примитивной Земле не было подходящих условий для зарождения жизни: поэтому жизнь, существующая ныне на нашей планете, изначально возникла где-то в другом месте Галактики, где условия были благоприятными. Наиболее детально эта гипотеза, получившая название направленной панспермии, была разработана Фрэнсисом Криком и Лесли Оргелом. Крик и Оргел доказывают, что с момента образования Вселенной прошло достаточно времени, чтобы в Галактике могла сформироваться технически развитая цивилизация, которая по неведомым нам причинам около 4 млрд. лет назад сознательно заселила Землю микроорганизмами, доставленными автоматическим космическим аппаратом.

Поначалу я расценивал эту гипотезу как чистую мистификацию, целью которой было показать несовершенство наших представлений о происхождении жизни. Но, ознакомившись с книгой Крика, где гипотеза направленной панспермии рассматривается как серьезная альтернатива теории о возможности самостоятельного возникновения жизни на нашей планете (см. [4]), я изменил свое мнение. Хотя нет никаких доказательств в пользу этой гипотезы по сравнению с общепринятой, мы не располагаем и данными, которые позволили бы опровергнуть ее. Обнаружение жизни на какой-то другой планете нашей Галактики, вероятно, могли бы стать проверкой этой гипотезы, поскольку все ее варианты – в отличие от гипотезы локального происхождения – обязательно предполагают идентичность всех существующих генетических систем.

Теория направленной панспермии входит составной частью в развернувшуюся ныне широкую дискуссию о возможности существования в нашей Галактике внеземных цивилизаций. На теоретические исследования этого вопроса, как и на реальные поиски радиосигналов от иных цивилизаций, направлены все возрастающие усилия многих исследователей. Но хотя в этой проблеме остается еще много неясного, в последние годы наблюдается заметный отход от упрощенного представления, бытовавшего на заре космической эры, согласно которому Галактика просто "кишит" технологически развитыми обществами, которые существуют на планетах земного типа в иных звездных мирах. Как теоретические доводы, так и результаты последних исследований Солнечной системы показали, что пригодные для жизни планеты, видимо, достаточно редки. Другие соображения приводят к выводу, что любая цивилизация, обретя способность к межзвездным полетам, должна быстро (в масштабе геологического времени) распространяться по всей Галактике. Если действительно существуют более древние, чем земная, цивилизации, способные совершать космические полеты, то где же они? Мы явно не обнаруживаем присутствия внеземных цивилизаций в Солнечной системе. Эта захватывающая тема довольно подробно изложена в сборнике под редакцией Харта и Цуккермана [7].

Вероятно, самое мудрое – это продолжить попытки выяснения, какие условия существовали на примитивной Земле, и найти хотя бы один правдоподобный путь "самосборки" элементарной генетической системы. Наши достижения на пути к этой цели рассматриваются в следующей главе.

Глава 3. Происхождение жизни: химическая эволюция

Ничтожное ничто – начало всех начал.

Теодор Рётке, «Вожделение»

Теория химической эволюции – современная теория происхождения жизни – также опирается на идею самозарождения. Однако в основе ее лежит не внезапное (de novo) возникновение живых существ на Земле, а образование химических соединений и систем, которые составляют живую материю. Она рассматривает химию древнейшей Земли, прежде всего химические реакции, протекавшие в примитивной атмосфере и в поверхностном слое воды, где, по всей вероятности, концентрировались легкие элементы, составляющие основу живой материи, и поглощалось огромное количество солнечной энергии. Эта теория пытается ответить на вопрос: каким образом в ту далекую эпоху могли самопроизвольно возникнуть и сформироваться в живую систему органические соединения?

Теория Опарина – Юри

Общий подход к химической эволюции первым сформулировал советский биохимик А. И. Опарин (1894–1980). В 1924 г. в СССР была опубликована его небольшая книга, посвященная этому вопросу: в 1936 г. вышло в свет ее новое, дополненное издание (в 1938 г. она была переведена на английский язык). Опарин обратил внимание на то, что современные условия на поверхности Земли препятствуют синтезу большого количества органических соединений, поскольку свободный кислород, имеющийся в избытке в атмосфере, окисляет углеродные соединения до диоксида углерода (углекислого газа, СО ₂). Кроме того, он отмечал, что в наше время любое органическое вещество, «брошенное на произвол» на земле, используется живыми организмами (подобную мысль высказывал еще Чарльз Дарвин). Однако, утверждал Опарин, на первичной Земле господствовали иные условия. Можно полагать, что в земной атмосфере того времени отсутствовал кислород, но в изобилии имелись водород и газы, содержащие водород, такие, как метан (СН ₄) и аммиак (NН ₃). (Подобную атмосферу, богатую водородом и бедную кислородом, называют восстановительной в отличие от современной, окислительной, атмосферы, богатой кислородом и бедной водородом.) По мнению Опарина, такие условия создавали прекрасные возможности для самопроизвольного синтеза органических соединений.

Обосновывая свою идею о восстановительном характере примитивной атмосферы Земли, Опарин выдвигал следующие аргументы.

1. Водород в изобилии присутствует в звездах (рис. 6 и фото 1).

Рис. 6. Линии водорода в спектре яркой звезды Сириус. Этот спектр звезды (белые линии на темном фоне) сравнивается с двумя спектрами, полученными в лаборатории (темные линии на светлом фоне). Все самые яркие и широкие линии в спектре – линии водорода. (Фотографии сделаны на Маунт-Паломарской обсерватории.)

2. Углерод обнаруживается в спектрах комет и холодных звезд в составе радикалов СН и CN, а окисленный углерод проявляется редко.

3. Углеводороды, т. е. соединения углерода и водорода, встречаются в метеоритах.

4. Атмосферы Юпитера и Сатурна чрезвычайно богаты метаном и аммиаком.

Как указывал Опарин, эти четыре пункта свидетельствуют о том, что Вселенная в целом находится в восстановительном состоянии. Следовательно, на первобытной Земле углерод и азот должны были находиться в таком же состоянии.

5. В вулканических газах содержится аммиак. Это, считал Опарин, говорит о том, что азот присутствовал в первичной атмосфере в виде аммиака.

6. Кислород, содержащийся в современной атмосфере, вырабатывается зелеными растениями в процессе фотосинтеза, и, следовательно, по своему происхождению это биологический продукт.

На основании этих рассуждений Опарин пришел к заключению, что углерод на примитивной Земле впервые появился в виде углеводородов, а азот – в виде аммиака. Далее он высказал предположение, что в ходе известных ныне химических реакций на поверхности безжизненной Земли возникали сложные органические соединения, которые по прошествии довольно продолжительного периода времени, по – видимому, и дали начало первым живым существам. Первые организмы, вероятно, представляли собой очень простые системы, способные лишь к репликации (делению) за счет органической среды, из которой они образовались. Выражаясь современным языком, они были "гетеротрофами", т. е. зависели от окружающей среды, которая снабжала их органическим питанием. На противоположном конце этой шкалы находятся "автотрофы" – например, такие организмы, как зеленые растения, которые сами синтезируют все необходимые органические вещества из диоксида углерода, неорганического азота и воды. Согласно теории Опарина, автотрофы появились только после того, как гетеротрофы истощили запас органических соединений в примитивном океане.

Дж. Б.С. Холдейн (1892–1964) выдвинул идею, в некотором отношении сходную со взглядами Опарина, которая была изложена в популярном очерке, опубликованном в 1929 г. Он предположил, что органическое вещество, синтезированное в ходе естественных химических процессов, протекавших на предбиологической Земле, накапливалось в океане, который в конце концов достиг консистенции "горячего разбавленного бульона". По мнению Холдейна, примитивная атмосфера Земли была анаэробной (свободной от кислорода), однако он не утверждал, что для осуществления синтеза органических соединений требовались восстановительные условия. Таким образом, он допускал, что углерод мог присутствовать в атмосфере в полностью окисленной форме, т. е. в виде диоксида, а не в составе метана или других углеводородов. При этом Холдейн ссылался на результаты экспериментов (не собственных), в которых доказывалась возможность образования сложных органических соединений из смеси диоксида углерода, аммиака и воды под действием ультрафиолетового излучения. Однако в дальнейшем все попытки повторить эти эксперименты оказались безуспешными.