Жизнь на Земле зародилась в ядерном гейзере


Текст: Татьяна Данилова


Сигэнори Маруяма из Токийского технологического института полагает, что жизнь возникла не в опаринском «первичном бульоне» древнего океана, а в ядерном гейзере, питаемом древним урановым месторождением.

Фото: Flickr.com
Происхождение жизни — самоподдерживающейся системы, способной к обновлению и эволюции, — давно занимает умы ученых и философов.

Из школьной программы нам известна гипотеза академика Александра Ивановича Опарина. В 1953 году ее экспериментально подтвердил американский физик Стэнли Миллер. Он создал установку, воспроизводящую условия, предположительно существовавшие на юной Земле. Газы и водяные пары под большим давлением подвергали в течение недели воздействию высокого напряжения. Результатом опыта стал синтез 15 аминокислот, в том числе глицина, аланина и аспарагиновой кислоты.

Важнейшие химические соединения, из которых состоят наши тела, включая белки и ДНК, представляют собой полимеры, образованные цепочками из молекул поменьше — эти молекулы можно сравнить с кирпичиками или строительными блоками, из которых строится здание-организм.

Каждая из таких молекул выполняет в организме собственную задачу, но у них есть и нечто общее: когда к «зданию» добавляется «кирпичик», выделяется молекула воды. Химику это свойство говорит о том, что биополимеры возникли в относительно сухих условиях. Иначе началась бы обратная реакция с поглощением воды, что привело бы к разрыву полимерных цепочек.

Вслед за А. И. Опариным большинство ученых полагает, что жизнь зародилась в воде! Противоречие? Вовсе нет: ведь вода может приходить и уходить. Основные химические вещества, породившие жизнь, возможно, сформировались в среде, которая бывала то влажной, то сухой. Такие условия порождают, например, смена сезонов или приливы. Они могут сформироваться в водоеме, пересыхающем в сухой сезон и заполняющемся водой в сезон дождей.
Но где взять энергию для разрыва мощных внутримолекулярных связей воды и азотистых соединений? Ждать, пока в пересыхающий водоем ударит десяток-другой молний? Сигэнори Маруяма ответил на этот вопрос так: энергию для зарождения жизни предоставило мощное ионизирующее излучение гейзеров, питаемых природным ядерным реактором, «работающим» там, где породы содержат избыточные количества 235U. (Ученый называет их ядерными гейзерами.) Сегодня известен один такой природный реактор, открытый французскими геологами в 1972 году на месторождении Окло в Габоне. Скорее всего, в катархейскую эру — во времена формирования планеты и ее атмосферы, около 4 млрд лет назад — такой реактор был на Земле не один, а содержание 235U со сравнительно коротким периодом полураспада в земных породах было гораздо больше, чем сегодня.

Энергия ядерного гейзера — это не только тепло, но и радиационное излучение, разрушающее сильные молекулярные связи воды, азота и углекислого газа. Расщепление этих молекул и дает критически важные добиологические соединения, которые затем могут объединяться в цепочки макромолекул. Периодические извержения гейзера дают искомое чередование влажного и сухого циклов, а попадание воды на поверхность охлаждает ее ниже 100 °C (предохраняя макромолекулярные органические соединения от разрушения). Ну, а высыхание воды на поверхности возвращает растворенные газы в атмосферу. Скальные породы, выстилающие подземные каналы гейзеров, обеспечивают необходимые для жизни калий и кальций, а также другие минералы.

С. Маруяма определил пять требований к месту зарождения жизни:


  • мощное ионизирующее излучение, способствующее цепочке химических реакций;
  • система, поддерживающая циркуляцию веществ и энергии, включающая циклические условия окружающей среды (теплые/холодные, сухие/влажные и т. д.) и таким образом способствующая продуцированию сложных органических соединений;
  • температура ниже 100 °C, предотвращающая разрушение получившихся органических макромолекул;
  • локальная восстановительная среда, в зависимости от типов пород, складывающих стенки гейзеров;
  • рабочий объем для ограничения и накопления летучих химических веществ.
Лишь одно природное явление отвечает всем пяти, уверен ученый из Токио; это ядерный гейзер.

Условия в ядерном гейзере, конечно, экстремальны, но не более, чем, например, в открытых в 1980-х годах глубоководных термальных зонах, куда не проникают солнечные лучи. Здесь от взаимодействия насыщенных минералами вод с раскаленной вулканической корой рождаются глубоководные гейзеры. Когда их горячие минерализованные воды сталкиваются с холодными глубинными океанскими водами, минералы выпадают в осадок, образуя «черную накипь», состоящую из микроскопических частиц, в которой живет масса микроорганизмов.

Наличие черных отложений в глубоководных впадинах подтвердило гипотезу, которую ранее считали фантастической: жизнь есть в экстремальных средах, куда предыдущие поколения биологов даже не заглядывали. Сегодня биологам известно, что микроорганизмы выживают в кислотных потоках, вытекающих из отходов при добыче полезных ископаемых, а также в кипящих озерах рядом с действующими вулканами.

Именно так, возможно, и возникла жизнь. Зародившись в ядерном гейзере, она, в отличие от «черной накипи» океанических вулканов, была извергнута на поверхность планеты, а оттуда — смыта в океаны. И лишь затем распространилась по Земле. Ее формы занимали различные ниши, приспосабливаясь к ним. Вероятно, таким же образом зародилась жизнь и на других планетах.

По мнению С. Маруямы, все это означает, что жизнь в нашей Солнечной системе стóит искать на Марсе. Подповерхностные океаны внешних лун Марса, таких как Ганимед, Европа и Титан, могут быть населены бактериями, в случае если там на каком-либо этапе сложились условия, необходимые для возникновения жизни (источник энергии, питающий добиологические реакции, а также стык трех сред: воздушной, водной и минеральной).

Почему бы и нет? Ведь сегодня уже известно, что микроорганизмы выживают во льдах Антарктики и даже в частицах пыли в стратосфере, на многокилометровой высоте. Живые клетки обитают в мельчайших расщелинах и полостях твердой поверхности Земли, питаясь скудной химической энергией минералов, причем масса этих форм жизни равна или чуть меньше половины массы всех живых образований: растений, животных и людей.

То, что жизнь существует и даже кипит в самых экстремальных условиях, заставляет предположить, что именно там она и зародилась.

Источник: Toshikazu Ebisuzaki, Shigenori Maruyama. Nuclear geyser model of the origin of life: Driving force to promote the synthesis of building blocks of life.

ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ НОМЕРА