Планета Земля образовалась 4,5 млрд лет назад, примерно через 700 млн лет на ней сформировались условия для жизни. Как появились первые органические молекулы и живые клетки, остается загадкой. Долгое время теория эволюции Чарльза Дарвина не имела «предыстории»: теории химической эволюции, описывающей то, как живая материя возникла из неживой. Однако на сегодняшний день этот пробел постепенно заполняется. К таким концепциям относится в том числе теория мира полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Ее сторонники полагают, что ПАУ можно считать «предками» РНК, причем эти частицы могли иметь как земное, так и космическое происхождение.
Место теории ПАУ в научном мире
На данном этапе развития науки цепочка эволюции РНК восстановлена не полностью. Поэтому гипотеза мира ПАУ не считается общепризнанной, а существует параллельно с другими теориями зарождения жизни на Земле.
Есть данные, что теорию Дарвина и связанные с ней концепции поддерживают порядка 60–70% жителей стран Европы и Азии, примерно 20% населения в США и 19% жителей России.
Главенствующей остается теория божественного сотворения мира, ее поддерживает большая часть населения планеты, хотя именно эту гипотезу сложнее всего доказать или опровергнуть с точки зрения науки.
Что касается теории мира ПАУ, то у нее есть определенная доказательная база. В древнейших породах, возраст которых составляет 3,7 миллиарда лет, обнаружены следы клеточной органики, что указывает на необходимость простых органических молекул определенного типа для зарождения жизни.
Прямых свидетельств того, что ПАУ являются «предками» РНК, пока не получено. В качестве косвенных доказательств сторонники данной гипотезы приводят особенности строения данных веществ. Так, плоские кольцевые молекулы ПАУ спонтанно формируют «стопки» с характерным расстоянием между слоями, которое совпадает с расстоянием между нуклеотидами в РНК (0,34 нм). Дополнительным аргументом в пользу теории ПАУ является их широкое распространение во Вселенной и возможность получения остальных компонентов для «мира ПАУ» из первичного бульона.
ПАУ и первичный бульон
Теория о происхождении жизни из первичного бульона возникла в 1930-х годах прошлого века. Она утверждает, что первые одноклеточные организмы образовались из так называемых коацерватных капель — скоплений органических и неорганических веществ, давших начало аминокислотам, липидным слоям, белковым мембранам и углеводам. Предполагается, что эти капли находились в первичном океане ранней Земли и со временем усложнились, трансформировавшись в простейшие одноклеточные организмы.
Важнейшим элементом клеток являются РНК и ДНК. РНК наряду с ДНК играет ключевую роль в хранении генетической информации, транспортировке белков и даже их синтезе. Однако вопрос о происхождении самих ДНК и РНК долгое время оставался открытым.
В результате за двадцать лет исследований английские и американские ученые Карл Вёзе, Лесли Орджел и Уолтер Гильберт выдвинули гипотезу о том, что не все молекулы могли эволюционировать, а лишь некоторые из них — предки РНК. Именно эти молекулы, предположительно, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), обладали способностью к самовоспроизводству и усложнению структуры, что привело к возникновению первых одноклеточных организмов.
Экспериментальным путем исследователям удалось воссоздать почти те же условия, которые могли существовать на поверхности нашей планеты до зарождения жизни. Для этого через смесь молекулярного водорода, метана и угарного газа пропустили ультрафиолет и «молнии» — небольшие электрические разряды. В итоге примитивные молекулы превратились в сложные органические вещества.
В 2015 году исследовательская группа из Кембриджского университета во главе с Джоном Сазердендом в ходе очередного эксперимента показала, что в ходе подобных реакций с участием простых неорганических соединений углерода, фосфатов, солей металлов и сероводорода, в первичном бульоне могут получиться все прообразы «молекул жизни», в том числе ПАУ.
«Кирпичики» жизни летают в космосе
Панспермия — идея о том, что жизнь зародилась где-то за пределами Земли, а потом была «доставлена» на нашу планету из космоса. Сторонники панспермии апеллируют разнообразными версиями: от случайного падения метеорита до хитрого плана инопланетян, представляющих более развитые цивилизации.
Гипотезу панспермии выдвинули в 19 веке и долгое время считали совершенно антинаучной. Однако при современном развитии технологий, в том числе космических, внеземное происхождение жизни (как минимум, ее элементов) не кажется полным бредом. Базовые органические молекулы, необходимые для возникновения РНК, могут образовываться на просторах космоса.
Астрономы подтверждают: космос наполнен потенциальными «кирпичиками» жизни. Сложные органические молекулы, в том числе полициклические ароматические углеводороды перемещаются в межзвездном пространстве.
Несмотря на то, что ранее считалось невозможным их формирование в зонах звездообразования из-за интенсивного ионизирующего излучения, развитие радиоастрономии позволило обнаружить молекулы ПАУ в различных областях космоса.
На Земле ароматические углеводороды появляются при высокой температуре, к примеру, во время пожара или внутри двигателя внутреннего сгорания. Исследователи из Физического института имени П. Н. Лебедева совместно с коллегами из США установили: в космосе ПАУ могут образовываться при экстремально низких температурах. Более того, до 20% запасов углерода во Вселенной приходится именно на ПАУ.
Посредством квантово-механического моделирования ученые продемонстрировали, что в глубоком космосе подобные соединения способны образовываться в результате столкновения свободных радикалов пропаргила, циклопентадиенила и бензила. Они появляются при разрыве химических связей молекул под воздействием галактических космических лучей. Выводы ученых ФИАН подтверждены лабораторными экспериментами.
Для возникновения жизни также необходимы простые молекулы, такие, как пирен, состоящий из 26 атомов. Однако его обнаружение представляет собой сложную задачу.
Вместо прямого поиска пирена ученые использовали косвенный метод: пирен при соединении с цианидом образует легко обнаруживаемый цианопирен (C17H9N). С помощью радиотелескопов они исследовали молекулярное облако Тельца, расположенное на расстоянии 450 световых лет от Земли, и рассчитали количество пирена. Оказалось, что его концентрация значительно выше ожидаемой.
Несмотря на активные процессы звездообразования в этом регионе, пирен, являющийся важным компонентом для зарождения жизни, присутствует в избытке и может оседать на формирующиеся планеты.
Таким образом, утверждение о том, что Земля — уникальное и, возможно, единственное место во Вселенной, где зародилась жизнь, не является аксиомой для современной науки. Образование простейших органических веществ за пределами нашей планеты, очевидно, возможно. Однако однозначного ответа на главный вопрос: «Откуда берутся эти “кирпичики” жизни в космосе?» пока так и не получено. Все выводы ученых пока носят гипотетический характер, можно говорить лишь о большей или меньшей степени вероятности того или иного сценария.
Обложка: Kandinsky 3.1, правообладатель ПАО «Сбербанк»