Юрий Мизун - Разумная жизнь во Вселенной Страница 8

Если не считать, что жизнь развивалась по заранее заданному плану, то все должно было происходить (по Опарину) так. Вначале химические элементы должны были построиться в огромные молекулы, содержащие тысячи атомов. Затем эти молекулы должны были найти эффективные пути совместной работы, которая составляет сам процесс жизни. Механизм наследственности должен был развиваться прежде, чем появилась любая генетическая система. Было ли все это последовательностью случайных взаимодействий между атомами и молекулами? Конечно, нет! Структура больших молекул живого вещества не является совершенно случайной. Речь должна идти о молекулах белков, нуклеиновой кислоты, жиров и полисахаридов.

Белки — это важный, структурный материал всей живой природы. Будучи ферментами, они служат катализаторами, которые ускоряют химические реакции. Каждая молекула белка состоит из сотен аминокислотных звеньев, которые скреплены в цепочку. Эта цепочка обычно образует спираль. На этой спирали имеются перекладинки. Ими служат атомы водорода. Эти перекладинки сохраняют положение спирали в пространстве неизменным. В состав белков входят только 20 аминокислот. Их комбинации могут образовывать бесчисленные последовательности с различными функциями. Непрерывность жизни обеспечивают нуклеиновые кислоты. Дезоксирибонуклеи-новая кислота (ДНК) в ядре клетки является хранилищем программы, по которой функционирует клетка. Рибонуклеиновая кислота (РНК) — передаточным звеном. Она переносит информацию от ДНК к тем частям клетки, в которых образуются белки. В ходе этого процесса аминокислоты сцепляются друг с другом в соответствии со строением ДНК.

Что касается самих ДНК, то они представляют собой двойные спирали, наподобие винтовой лестницы огромной длины. Строение ее и состав строго определен. Так, белковые стороны этой лестницы состоят из единиц сахара и фосфатов, а перекладинки состоят из соединенных в пары пуринов и пиримидинов. В ДНК имеется только четыре пурина и пиримидина. Это аденин, цитодин, гуонсин и тимин. Именно они переносят информацию от ДНК. Что же касается РНК, то она состоит из тех же веществ, только вместо ти-мина в их состав входит урацил.

Запасом энергии служат жиры. Они принимают участие в образовании структуры клетки. Молекулы жиров состоят из скелета связанных друг с другом атомов углерода, на котором крепятся атомы кислорода и водорода. Полисахариды представляют собой цепочки молекул сахара. Эти молекулы накапливают сахар (так же, как и в крахмале) и в виде целлюлозы служат компонентой клеточных стенок. Молекула целлюлозы сложная и большая. Она состоит примерно из 200 глюкозных единиц. Полисахариды относятся к углеводородам.

Обратим внимание на то, что основными жизненно важными веществами являются водород, кислород, азот и углерод. И это не случайно. Именно эти элементы наиболее распространены во Вселенной. Углерод, водород и кислород входят в состав всех описанных молекул. Азот содержит только белки и нуклеиновые кислоты. Во многих белках содержится и сера. Фосфор является важной составляющей нуклеиновых кислот.

УСЛОВИЯ ДЛЯ ЖИЗНИ

О жизни во Вселенной во многом мы можем судить по жизни на Земле. Но мы должны рассмотреть и другие условия, при которых она возможна.

Ясно, что жизнь может существовать только при определенных физических и химических условиях. Биологические структуры и процессы требуют наличия определенных веществ в окружающей среде. Эти процессы могут протекать только при определенных температурах (от и до).

Что касается земной жизни, то в ее основе лежат углерод и вода. Углерод является главным связующим звеном больших молекул живой материи. Вода же является растворителем. Химические реакции протекают только благодаря растворителю, то есть воде. Поэтому живые существа в среднем состоят на 70 % из кислорода, на 18 % из углерода и на 10,5 % из водорода. Это по весу. Далее по весу следует азот. Но кроме этого в живом организме есть и второстепенные биофильные элементы. Это легкие щелочные металлы — натрий, калий и кальций, галогены — фтор, хлор и йод, неметаллы — кремний, сера и фосфор, тяжелые металлы — железо и магний. Важную роль в ряде биологических процессов играют ванадий, медь и молибден, а также и некоторые другие металлы и неметаллы. Но они не характерны для жизни в целом. В сущности, для структуры белков совершенно необходим только азот, для нуклеиновых кислот нужны азот и фосфор. Другие биофильные элементы не только присутствуют в специальных тканях организма, но и выполняют роль катализаторов и являются посредниками в протекающих в организме реакциях.

Так, железо выполняет роль каталитического элемента в порфирированной молекуле г емина крови позвоночных. У некоторых морских организмов железо заменено ванадием. У членистоног их его роль выполняет медь. В другом порфирине-хлорофилле сходные функции выполняет магний, но он тоже может быть заменен другим металлом. Для осу-ществления процесса пищеварения практически подходит лю-бой агент. Важно только одно — чтобы он был способен разрывать связи в органических молекулах, поскольку в данном случае речь идет о реакциях гидролиза. В этих реакциях должны также восстанавливаться молекулы воды, которые были потеряны при поликонденсации. Скелет живого организма может состоять из различных элементов. Так, он не обязательно должен быть кальциевым. Он может состоять, например, и из кремния или другого (но не любого) эле-мента. А вот у членистоногих скелет состоит из хитина.

Из сказанного выше ясно, что важно только то, чтобы на планете были водород, вода, кислород и азот. Что же касается второстепенных биофильных элементов, то они являются взаимозаменяемыми. Если нет одних, их могут заменить другие. Количество этих элементов очень небольшое. Так, бром и йод по весу составляют в земной коре соответственно только 0,000162 и 0,00003 %. Основные запасы углерода, доступные для живых организмов, находятся в виде атмосферного углекислого газа. Количество углекислого газа в атмосфере примерно 0,003 %. Это немного.

Установлено, что полная масса всех живых организмов составляет примерно 3 % всей массы атмосферного газа.

Все приведенные выше данные очень оптимистичны. Они свидетельствуют о том, что жизнь не капризна. Другими словами, основные потребности жизни легко могут быть удовлетворены. Для ее существования требуется некоторое количество кислорода, углерода, водорода, азота и фосфора. Можно не сомневаться в том, что эти элементы широко распространены в космосе. А значит, они должны присутствовать и на планетах. Что же касается планет Солнечной системы, то на Марсе углекислого газа больше, чем на Земле, а в атмосфере Венеры его больше, чем на Земле, в тысячи раз.

Азота на Земле не много, хотя в атмосферном газе по объему он составляет 78 %. На Солнце азота в 100 раз больше, чем на Земле. Водорода в земной коре только 0,127 % по весу.

Важно не только присутствие данного биофильного элемента на планете. Важно и то, в какой форме он находится, может ли он быть использован для жизни. Например, если вода находится в форме гидратов, как в горных породах, то для жизни она непригодна. Ведь жизнь не может непосредственно потреблять твердое вещество. Нужен растворитель. Он должен быть носителем реагирующих веществ и продуктов реакций. На Земле таким растворителем является вода. Но вода должна находиться в жидкой фазе. В организме другой вариант неприемлем.

Проблема с водой не так проста. Известно, что на бесплодных скалах Сахары растут лишайники. Здесь никогда не бывает дождей. Растения живут тем мизерным количеством воды, которая конденсируется из атмосферного газа в ночное время. Некоторые бактерии получают необходимую для жизни энергию путем окисления водорода или водородсо-держащих молекул. Так создается вода. По сути, вода — это побочный продукт поликонденсации аминокислот, а также любой реакции, которая идет между кислотой и основанием. Это значит, что организм способен добывать воду из окружающей среды, которая, по сути, не содержит воду ни в какой фазе. Организм может использовать гидратационную воду горных пород. Но здесь есть одно большое «но». Оно состоит в том, что прежде чем он будет извлекать воду таким образом, он должен возникнуть. А без воды в жидкой фазе живой организм возникнуть не может.

Не надо думать, что жизнь может возникнуть только в таких условиях, которые мы наблюдаем на Земле. Отнюдь нет.

Тем, кто так думает, следует напомнить, что возникновение жизни на Земле происходило в восстановительной фазе метана, аммиака, сероводорода и фосфористого водорода. Такие условия совершенно непригодны для современной жизни. Только со временем эта атмосфера сменилась газом, в котором стали преобладать азот, углекислый газ и водяной пар. На это потребовался примерно один миллиард лет. Это менее четверти всего возраста Земли.