Краткий экскурс в астрономию: почти пять миллиардов лет тому назад и примерно через девять миллиардов лет после Большого взрыва наше Солнце образовалось из гигантского газового облака. Хотя эта вращающаяся облачная масса состояла преимущественно из водорода, в ней присутствовали и другие, более тяжелые, элементы. По мере того как ядро этой массы газов твердело и превращалось в звезду, некоторые тяжелые элементы, рассеянные по периферии облака, начали сливаться, становиться крупными скоплениями минералов.
Когда какое-нибудь из этих периферийных скоплений минералов опасно приближалось к звезде, то попадало в гигантское поле притяжения звезды, которая поглощала скопление. Если же инерция скопления превосходила силу притяжения звезды, то скопление минералов улетало в дальний космос. В тех редких случаях, когда сила инерции скопления оказывалась равной силе гравитационного притяжения звезды, скопление попадало в поле ее притяжения и начинало двигаться вокруг звезды по эллиптической траектории. Мы называем эту траекторию орбитой. Когда довольно крупное скопление минералов движется по орбите вокруг звезды, мы называем такое скопление планетой. Мы живем на Земле, третьей планете от нашей звезды — Солнца.
Иногда небольшие образования из минералов попадают в поле притяжения планеты и начинают движение по ее орбите. Скопление минералов на орбите какой-нибудь планеты мы называем луной, или спутником этой планеты. Звезду вместе со всеми планетами, движущимися по орбитам вокруг нее, называют Солнечной системой. Наша Солнечная система состоит из звезды (Солнца) и девяти планет (Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и Плутона) на орбитах вокруг нее. Если рассматривать более масштабное явление, то скопление Солнечных систем называется галактикой. Все галактики в обширном пространстве образуют Вселенную.
Но вернемся к вращающемуся вокруг звезды спутнику, к планете Земля. Наступает очередь науки геологии. Приблизительно 4,6 миллиарда лет назад сформировалась Земля. В тот момент Земля была не чем иным, как гигантской глыбой расплавленного камня. У нее еще не было атмосферы, защищающей поверхность от падения обломков небесных тел, на Землю постоянно обрушивались отклонившиеся от траектории скопления минералов — метеориты. Они продолжали сыпаться на Землю, при этом ее масса и размеры росли.
Мало того, когда все эти метеориты ударялись о Землю, с каждым мощным ударом высвобождалась тепловая энергия, от которой метеориты плавились. В итоге газы, прежде заключенные внутри метеоритов, выбрасывались в зачаточную атмосферу Земли.
…
Приблизительно 4,6 миллиарда лет назад сформировалась Земля. В тот момент Земля была не чем иным, как гигантской глыбой расплавленного камня
Газы легкие и летучие, поэтому им свойственно удаляться от планеты и рассеиваться в космосе. К примеру, планета Меркурий настолько мала, что ей не хватает силы притяжения, чтобы удержать легкие и летучие частицы, поэтому у нее нет атмосферы. Некоторые планеты, например Юпитер, так велики, что сила их притяжения настолько крепко держит газообразные элементы на поверхности планеты, что они превращаются в жидкость, следовательно, и этим планетам недостает атмосферы, пригодной для жизни.
А Земля и не настолько мала, чтобы не удержать частицы газа, и не так велика, чтобы прижать их к своей поверхности. Она не слишком близка к Солнцу (тепло которого влияет на летучесть газов), поэтому газы не устремляются от нее в космос, но и не так далека от Солнца, чтобы газы замерзли и перешли в твердое состояние. Условия на Земле оказались как раз такими, что все высвобождающиеся газы задерживались достаточно близко к ее поверхности и со временем образовали газовую оболочку планеты. Мы называем эту оболочку атмосферой. После образования атмосферы на любой метеорит, попавший в поле гравитационного притяжения Земли, действовала также сила трения со стороны частиц атмосферных газов, в итоге падающий метеорит сгорал прежде, чем достигал поверхности Земли. Перестав быть уязвимой для столкновений с падающими метеоритами, сопровождающихся выбросами тепла, Земля начала остывать.
В падающих метеоритах чаще всего содержались два газа — водород и кислород. Поэтому в атмосфере Земли в огромном количестве начали накапливаться именно эти два элемента. Благодаря потенциальным валентностям или электрическим зарядам кислород и водород начали образовывать связи друг с другом, в итоге получилась всем известная молекула воды. Накапливаясь в атмосфере Земли, молекулы воды стали собираться в плотный пар, который в конце концов поддавался влиянию силы притяжения планеты и возвращался на ее поверхность в виде капель, которые мы называем дождем. Когда на Землю выпали первые дожди, расплавленная поверхность планеты остыла еще сильнее, что, в свою очередь, вновь вызвало высвобождение содержащихся в ней газов, приобретающих форму пара. Чем больше пара, тем чаще шли дожди, в итоге планета продолжала остывать.
Этот процесс продолжался почти миллиард лет, в результате почти две трети поверхности Земли оказались под водой, а последнюю треть покрывала затвердевшая оболочка из минералов. Океаны представляли собой питательную среду, содержащую аммиак, метан, воду, двуокись серы и водород.
В 1953 г. исследователь Стэнли Миллер применил эти сведения при проведении чрезвычайно важного опыта:
Миллер собрал герметичную экспериментальную установку, в которой сквозь четыре (изначальных первичных) газа пропускали с помощью вольфрамовых электродов электрические разряды (по образцу первичных земных гроз). Таким образом газы циркулировали в установке неделю, после чего ученый проанализировал ее содержимое. Оказалось, что за это время было синтезировано поразительное количество разнообразных органических соединений. Среди них были играющие важнейшую роль в биологии аминокислоты, и вдобавок такие вещества, как мочевина, цианистый водород, уксусная и молочная кислоты{1}.
Миллер смоделировал химическую эволюцию Земли в условиях своей лаборатории. Он синтезировал аминокислоты — строительный материал всей органической материи, квинтэссенцию самой жизни. Таким образом Миллер достиг того, что ранее считалось привилегией исключительно богов. И тем не менее органическая эволюция произошла в отсутствие Бога, для нее понадобился только Стэнли Миллер с его герметичной установкой и химическими веществами в ней, огонь и электричество.
…
Органическая эволюция произошла в отсутствие Бога, для нее понадобился только Стэнли Миллер с его герметичной установкой и химическими веществами в ней, огонь и электричество
Начавшись с соединений, состоящих почти исключительно из водорода, вселенная развивалась на протяжении десяти миллиардов лет после зачатия и достигла момента появления в ней сложных цепочек макромолекул. Макромолекулы, содержащие углерод, обладали настолько уникальными свойствами, что в моих учебниках по химии вдруг наметилось отклонение в сторону совершенно новой науки — органической химии или биохимии. И мне пришлось покупать новый комплект учебников, речь в которых шла о сложных соединениях на основе углерода, подобных тем, которые Миллер получил у себя в лаборатории.
Вернемся к Земле: следующий миллиард лет эти сложные органические (на углеродной основе) соединения варились и взбивались в первичном океане Земли, в нем возникали триллионы различных комбинаций молекул, каждая обладала уникальным набором физических и химических свойств. Многие из образовавшихся комбинаций молекул были настолько сложными, что присущая им нестабильность в конце концов вызвала распад на произвольные части.
Пока эти крупные и сложные молекулы продолжали бурлить в морях Земли, образование новых комбинаций неуклонно продолжалось, и каждая из них слегка отличалась от последующих. Среди этих «органических» молекул появились и такие, которые обладали способностью впитывать рассеянное тепловое и световое излучение Земли и Солнца. Благодаря этой новообретенной способности в остальном нестабильные молекулы смогли пользоваться внешними источниками энергии как средствами для поддержания стабильности.
Но несмотря на новые способности ни одна из этих поглощающих энергию макромолекул не действовала настолько эффективно, чтобы полностью преодолеть присущую ей нестабильность. Умение пользоваться солнечной энергией всего лишь позволило этим сложным молекулярным цепочкам сохранять свою структурную целостность в течение более длительного времени. Однако рано или поздно молекулы становились жертвами внутренней нестабильности и произвольно распадались на свои составляющие.
