Новая история происхождения жизни на Земле

Беннер обратился за подтверждениями этого предположения к существующим формам жизни. Он проанализировал стабильность различных бактерий и узнал, что самые древние из них по происхождению, возможно, появились при температуре 65 °C. Это значительно более высокая температура, чем в любом «теплом маленьком пруду», но она и гораздо ниже, чем в гидротермальном разломе, в котором температуры обычно измеряются сотнями градусов. На Земле ни сейчас, ни в древности было не очень много мест с такими температурами — за исключением пустынь.

Пустыня — среда преимущественно щелочная, с большим количеством карбоната кальция — единственное место, где возможны благоприятные условия для формирования рибозы на основе боратных соединений. Глинистые минералы различных видов также вполне обычны в таких местах, что повышает вероятность появления на основе глин образцов, способных поддержать синтез сложных органических соединений, необходимых для формирования жизни.

Для того чтобы борат сработал и появилась РНК, также необходимо, чтобы постоянно фильтровались и очищались жидкости через систему трубок, соединенных друг с другом.

Основываясь на работе Стива Беннера, Джо Киршвинк в сотрудничестве с профессором Массачусетского технологического института доктором Беном Вайссом попытался представить себе, какой могла быть естественная система для создания РНК на основе бората. Такой подходящей природной средой могло бы стать озеро Моно в Калифорнии, которое на самом деле является системой озер, расположенных на разной высоте над уровнем моря, с объединенным течением подземных вод. На древней Земле, особенно 4,2–3,8 млрд лет назад, такую систему могли образовать несколько метеоритных кратеров, соединенных в пустынной местности с сообщающимися водными ресурсами, перемещающимися с высоких уровней на низкие. В таком случае обеспечивались бы фильтрация и очищение. Однако появление подобной среды вряд ли было возможно 4 млрд лет назад, когда происходили соответствующие химические процессы зарождения жизни. По всей вероятности, все минеральные породы на Земле возникли в водной среде. Заметим, что нет никаких свидетельств того, что суша появилась раньше чем 3 млрд лет назад. По нашим более-менее уверенным предположениям, во времена, когда формировалась жизнь, Земля почти полностью представляла собой сплошной океан, в лучшем случае, возможно, с цепочками островов. На Марсе, мы можем быть уверены, океанов не было — большие озера, возможно, небольшие моря. На Марсе могли быть подходящие пустыни, но едва ли на Земле 4 млрд лет назад. Возникает вопрос, как вообще жизнь могла оказаться на Земле?

Панспермия и Марс

Сегодня приблизительно 75 % поверхности Земли занимают крупные океанические бассейны и материковые массивы, возвышающиеся над средним уровнем моря. Вдоль континентальных разломов возникли новые гранитные породы, осадочные породы нанесены на несколько сотен километров и частично преобразовались в гранит. Таким образом, чем ниже мы погружаемся по геологической лестнице, тем больше воды и меньше суши мы встретим на Земле.

Есть и другие подтверждения этому. Из геологических моделей известно, что сразу после образования Луны около 4,567 млрд лет назад на нашу планету упало гигантское небесное тело, и вся Земля просто расплавилась. Возник океан расплавленной магмы как результат интенсивного теплового воздействия, а также сегрегации никеля и железа в глубине планеты. Первые полмиллиарда или даже более лет после этого события были временем сильнейших тепловых потоков параллельно с постепенным отвердеванием коры в самых верхних слоях земной литосферы. Такой повышенный уровень теплоты ограничивал поднятие твердых элементов относительно среднего уровня моря. Некий континент находился над морским дном просто потому, что «всплывал» над менее плотной субстанцией. При потоках теплоты высокой температуры корни материка таяли, и это не позволяло образовываться высоким горным цепям.

И наконец, геохимики подозревают, что уровень земных океанов со временем падает. После образования Земли, вероятно, большое количество водных паров в общепланетарной системе конденсировалось на поверхности молодой планеты и постепенно просочилось обратно в мантию в процессе плитотектонической деятельности. Этот «обратный» путь, безусловно, химически прослеживается в цирконах возрастом 4,4 млрд лет. Оценки уровня того первичного океана варьируются от почти равных сегодняшнему до превышающих сегодняшний уровень в 3–4 раза. Учитывая все эти обстоятельства, совершенно невероятно, чтобы около 3 млрд лет назад хоть какой-нибудь остров мог торчать над поверхностью воды, за исключением махонькой верхушки одинокого вулкана.

Водный мир — не лучшее место для образования рибозы. Кроме того, это ужасное место для формирования сложных молекул вроде белка и нуклеиновых кислот, которые выделяют некоторое количество воды всякий раз при добавлении очередного сегмента. По этой причине 3 млрд лет назад Земля не могла быть подходящим местом для первичной фазы возникновения жизни. Да и долго еще после этого едва ли существовали места вроде озер в Долине Смерти, богатых боратом кальция настолько, чтобы стабилизировать образование рибозы и прочих углеводов.

Многочисленные эксперименты, проведенные в последнее десятилетие, убедительно доказывают, что метеориты с поверхности Марса могут достигать поверхности Земли, избегая убивающего теплового воздействия, и таким образом могут переносить с собой и жизнь. За последние 4,5 млрд лет такое путешествие от Марса к Земле совершили различные тела общим весом более одного миллиарда тонн. Поэтому для осмысления источников происхождения жизни на Земле следует учитывать и возможность того, что сначала она появилась на Марсе, а затем была принесена на Землю метеоритами [75].

Марс почти вдвое меньше Земли в диаметре, а его масса составляет лишь около 10 % от земной. Как меньшая планета, он имеет и меньшее гравитационное поле. Поэтому метеориту или молекуле газа очень легко полностью потерять связь с Марсом. По этой причине, когда какой-нибудь малый астероид сталкивается с Марсом, это приводит к тому, что с марсианской поверхности большое количество материала улетучивается на орбиту вокруг Солнца, но при этом не испытывает воздействия сильного, «шокового» тепла, которое бы убило возможную жизнь. Напротив, чтобы покинуть поверхность Земли, требуется большое количество энергии из-за сильного притяжения, что приводит к почти полной вероятности расплавления таких вылетающих в космос объектов. Нет никаких свидетельств того, что с поверхности Земли что-то попало в космос естественным путем и сохранило бы форму и/или жизнь.

Поэтому, если бы жизнь и правда зародилась на Марсе, то он могла легко оттуда сбежать. С другой стороны, более сильная гравитация Земли означает более мощное удержание гидросферы и атмосферы, не повреждаемых за существенное геологическое время. Атмосферное давление на Марсе настолько мало, что жидкая вода закипает уже при комнатной температуре. Новые данные с последнего марсохода «Кьюриосити» в 2012 году ясно показали, что в марсианском кратере Гейл существовало озеро или, возможно, море, в которое впадал поток, имеющий веерное устье, а в нем когда-то весело бурлили и парили пузыри. Мир вулканических пород, насыщенный бурлящим парами и морями, с активным круговоротом воды, непременно должен был породить жизнь. Или наверняка был способен это сделать. Мы считаем, что именно там и появилась жизнь, которая теперь обитает на Земле.

При изучении слоев катархея становится очевидным, что 4,4 млрд лет назад океаны на Земле существовали. Возможность зарождения жизни в марсианских, насыщенных боратами и разноуровневыми озерами пустынях подтверждается теорией Беннера и подкрепляется исследованиями Киршвинка [76]. Серия недавних экспериментов показывает, что на Землю с Марса могли переместиться сложные органические молекулы и даже микробы в состоянии спячки благодаря процессу, который назвали планетарной панспермией — крупные столкновения Марса с небесными объектами около 3,6 млрд лет назад вызвали падение на Землю потока метеоритов и таким образом произошло заселение нашей планеты марсианской жизнью, или марсианские химические вещества стимулировали возникновение жизни на Земле.