как жизнь возникает из не-жизни как таковая. Даже если жизнь на этой или какой-то другой планете развилась из спор, эволюционировавших в другом месте, у нас по-прежнему остаётся вопрос о том, как она возникла
в том месте. Оказывается, представить, каким образом это могло бы случиться, настолько легко, что многие учёные считают ненужным усложнением поиск внеземного начала земной жизни. Любой из нескольких сценариев мог бы сработать здесь и сейчас.
Исходная атмосфера любой планеты, вероятно, приблизительно похожа по составу на атмосферу Юпитера с преобладанием водорода, гелия, метана, аммиака, углекислого газа и водяного пара. Массивная планета, удалённая от своего солнца, сохранит такую атмосферу, потому что молекулы её газов будут двигаться недостаточно быстро, чтобы вырваться из её сильного гравитационного поля. Маленькие и/или расположенные близко к звезде планеты (типа Земли) будут склонны терять большую часть этой атмосферы. В частности, водород и гелий настолько легки, что им нетрудно преодолеть относительно слабую гравитацию, особенно если они получают много тепловой энергии. Однако даже если первоначальная атмосфера будет полностью утрачена, её может заменить новая, состоящая из «дегазационного» материала, то есть, из газов, выделяющихся из недр планеты. Вулканы, например, выделяют значительное количество газов, и многие из них могут быть слишком тяжёлыми, чтобы преодолеть гравитацию планеты.
До недавнего времени обычно предполагалось, что такая вторичная (но по-прежнему ранняя) атмосфера будет во многом похожа на первичную атмосферу, но в ней будет мало чистого водорода и гелия — иными словами, она будет состоять из метана, аммиака, углекислого газа и водяного пара. (Вы заметите, что в списке подозрительно не хватает элементарного кислорода.) И теория, и имитационные эксперименты указывают на то, что при наличии океанов воды под слоем такой атмосферы энергия, поступающая из источников наподобие солнечного ультрафиолетового излучения и электрических бурь вызвала бы химические реакции с образованием сложных органических молекул, которые в геологически приемлемые сроки привели бы к появлению того, что мы называем жизнью.
Ещё одна модель, недавно завоевавшая популярность, изображает раннюю Землю с атмосферой, насыщенной углекислым газом и азотом. Это не так благоприятно для «собственного производства» органических молекул, но в настоящее время дополнительно существуют доказательства того, что они иногда образуются в космосе и могли быть занесены сюда кометами и метеоритами. Другие модели предполагают, что жизнь могла зародиться не в океанах, а в глинах (которые представляют собой почвы, состоящие из очень мелких частиц).
Чтобы определить, какой из этих процессов (или, возможно, какой-то другой, ещё не идентифицированный!) был причиной зарождения жизни на Земле, потребуются дополнительные исследования. И в то же время писатели-фантасты вольны рассматривать любой из них как вероятно происходящий в каком-то месте и, возможно, играющий определённую роль в сюжете.
А теперь, как насчёт этой кислородной атмосферы? На самом деле, конечно, наша атмосфера состоит из кислорода всего на 20 процентов, а большая часть остального приходится на азот. (Атмосферу, содержание кислорода в которой будет значительно больше, мы сочли бы токсичной.) Но кислород — это та её часть, которую мы используем самым непосредственным образом, в самых больших количествах, и без которой попросту не можем обойтись. Вспомните, что он не был важной составной частью ни в одной из ранних атмосфер, которые мы рассматривали. Любой элементарный кислород, который там существовал, проявлял бы тенденцию к связыванию в такие соединения, как вода и углекислый газ. Так как же получилось, что он стал вторым по распространённости компонентом нашей нынешней атмосферы?
Ответ: Это производное жизни, а не предварительное условие для её появления. Самым ранним формам жизни на Земле приходилось обходиться без него, но некоторые из них выделяли его как побочный продукт фотосинтеза. Поскольку кислород обладает высокой реакционной способностью, он склонен окислять, или соединяться со многими другими веществами, что, как правило, препятствует накоплению в атмосфере большого количества кислорода. (Отсюда термин «восстановление» как нечто противоположное окислению, то есть, соединению чего-то с кислородом.) Это было хорошо для ранних форм жизни, поскольку они относились к числу объектов, которые могли подвергнуться окислению. (Мы тоже из их числа; как писал Карл Саган в книге «Разумная жизнь во Вселенной», «Мы, земные организмы, самым натуральным образом живём в ядовитом газе».)
Однако одним из лучших восстановителей является водород, который также является самым лёгким из всех элементов и, следовательно, тем, кто легче всего улетучивается из атмосферы в форме простого вещества. Ультрафиолетовое излучение иногда расщепляло молекулы в ранней атмосфере, и выделяющийся таким образом водород иногда улетучивался. Таким образом, на протяжении длительных периодов времени количество водорода в атмосфере уменьшалось, а количество кислорода в форме простого вещества медленно возрастало. В итоге эволюция дала начало другим организмам, которые могли использовать кислород для извлечения большего количества энергии из пищи. Таким образом, наш мир постепенно приближался к ситуации, которую мы сейчас считаем «нормальной» — с окислительной атмосферой, которая поддерживается за счёт равновесия между дышащими кислородом животными и выделяющими кислород растениями. Для многих самых ранних организмов эта атмосфера была бы очень ядовитой, и переход к ней, пусть даже это был медленный процесс, вполне мог бы рассматриваться (по крайней мере, с их точки зрения) как величайшая экологическая катастрофа в истории нашей планеты.
ИНОПЛАНЕТНЫЕ АЛЬТЕРНАТИВЫ
Какие из свойств жизни, описанные на настоящий момент, являются универсальными особенностями всей жизни, а какие — лишь местными особенностями нашего конкретного вида жизни? Этот вопрос представляет особый интерес для писателей-фантастов, потому что наша работа заключается в том, чтобы исследовать как можно более широкий спектр возможностей.
Несколько лет назад я присутствовал на коллоквиуме под названием «Существует ли в других мирах неводная жизнь?» в известном океанографическом институте. Название было несколько сокращено для благозвучия; реальной темой речи выступающего была жизнь, химия которой не основана на углероде с водой в качестве реакционной среды. Мне и большей части аудитории он показался слишком решительно настроенным поверить в то, что ответ на его вопрос — отрицательный. В какой-то момент для подкрепления этой позиции, он поднял «Справочник по химии и физике».
— Просто не существует другого элемента, — провозгласил он, — который мог бы образовывать такое же огромное разнообразие сложных соединений, как углерод. Только посмотрите, как много страниц этой книги посвящено соединениям углерода и как мало — соединениям всего остального.
— Но разве не может быть так, — спросил один дерзкий слушатель, — что на количество страниц, посвящённых углероду, мог повлиять тот факт, что эта книга была составлена исследователями на углеродно-водной основе?
Этот вопрос показался мне очень хорошим. Естественно, люди, вся жизнь
