ЖИЗНЬ ЗАРОДИЛАСЬ В... ГЛИНЕ

Где та грань, которая отделяет живую природу от неживой? Как могло произойти это чудо: мертвый камень задышал, зашевелился, отрастил плавники или крылья и — поплыл, полетел?

Известно, что первичная атмосфера состояла из аммиака, метана, водорода и воды. Молнии могли создать огромное разнообразие мономеров и полимеров. Дожди орошали края вулканических кратеров, извергавших раскаленную лаву. Из-за отсутствия озонного щита с небес поступала сильная радиация. Планета крутилась быстрее, чем сегодня, как бы задавая ускоренный темп искусственному дыханию.

И все-таки каким образом из всего этого варева возникли высокоупорядоченные живые системы? Как организовались первые белковые молекулы? Как возник механизм рибонуклеиновых и дезоксирибонуклеиновых кислот (РНК—ДНК)? Откуда появилась эта способность к самовоспроизведению? Ведь вроде бы теоретически доказана невозможность случайного возникновения самовоспроизводящей системы. Во всяком случае не счесть безуспешных попыток ученых сочетать в браке разные органические молекулы: те упорно не желают саморазмножаться.

Короче говоря, в истории Земли есть таинственный пробел длиною «всего» в 750 миллионов лет.

«Адамово тесто»...

В поисках ответа на этот вопрос ученые уже не раз обращали свои взоры на глину, подозревая ее участие в тайном процессе зарождения жизни. А почему бы и нет, если сам Творец предпочел именно этот «стройматериал» для создания Человека?

Почти 800 лет назад известный арабский философ, врач и писатель из Гранады Ибн Туфайль написал философский роман «Живой, сын Бодрствующего». В нем рассказывалось, как на некоем острове, расположенном под экватором, во впадине земли много лет бродила глина. «Наибольшей соразмерностью обладала ее середина, она же наиболее полно походила на состав человека. И начался в этой глине процесс зарождения. Стали возникать в ней, в силу ее клейко-жидкого состояния, как бы пузырьки, появляющиеся при кипении. В середине ее образовался особенно маленький пузырек, разделенный на две части тонкой перегородкой, наполненный нежным, воздушным телом, состав которого очень подходил к требуемой соразмерности в частях». Вопреки Библии и Корану автор утверждал, что именно из этого пузырька постепенно образовался живой человек — Хай.

Научные фантасты не исключают возможность существования внеземной жизни на кремниевой основе. И неспроста. Эту догадку подсказала глина. Как и гумус, она обладает мощной химической энергией. Если гумусовые макромолекулы построены на углеродной основе, то глиняные — на кремниевой или алюмокремниевой. Известны высокие каталитические свойства глины — их многочисленные поверхности являются естественными химическими реакторами, где становится возможным и быстро протекает синтез новых соединений, в частности образование нефти.

Еще В.Вильямс и Н.Холодный развивали идеи о происхождении жизни на поверхности частиц рухляка — первозданных горных пород, полагая, что рухляк, то есть частицы глины, мог защищать возникавшие белки от губительного действия ультрафиолета.

Дж.Бернал отмечал удивительное свойство глины как концентратора органических веществ, что могло иметь решающее значение при формировании предбиологических систем.

Интерес к биологическим функциям глин усилился в последнее время. Американский исследователь С.Паннамперум, лауреат Международной премии имени А.И.Опарина, в своем обзоре опытов, проведенных в различных лабораториях мира, отметил, что в присутствии глинистых частиц из смеси простых газов образуется гораздо больше мономерных органических соединений. Глина ускоряет синтез таких биомономеров, как аминокислоты, пурины, углеводороды. Кроме того, благодаря большой удельной поверхности (то есть суммы поверхностей всех слоев каждой частицы) глина оказалась прекрасным поглотителем-концентратором рассеянных в растворе органических молекул. Третьим пунктом возможного участия глин в химической эволюции, ведущей к возникновению жизни, является их способность превращать накопленные мономеры в биополимеры. Есть данные, что в присутствии тех же глинистых минералов из раствора аминокислот синтезируются полипептиды — полимеры аминокислот.

Одинаковые результаты исследований, выявившие удивительные реактивные свойства глин, навели на мысль, что глины не могли не сыграть свою роль в процессе возникновения жизни на Земле.

...дрожжи...

Глины на берегах древних океанов было вдоволь. Она и сегодня — самый распространенный природный минерал, составляющий до 80 процентов массы всей земной коры. Неудивительно, что глина стала первым в истории человечества конструкционным и функциональным материалом (от кирпича и чашки до пластилина и алюминия, который выплавляется из глинозема) и даже лекарством. Уж больно много в ней творящей, живородной силы.

Глина образуется от физико-химических изменений в силикатах, происходящих при их контакте с водой. Выветривание, выщелачивание и другие природные процессы формируют различные разновидности глины. Так, гранит превращается в каолин, а полевой шпат — в монтмориллонит. По другим гипотезам, часть глин может иметь вулканическое и даже метеоритное происхождение.

Любая глина имеет весьма сложную структуру. Она представляет собой кристалл, составленный из частиц двух видов. В одном из них обязательно присутствует атом кремния, в другом — атом алюминия. Частицы объединяются в химически однородные тонкие слои. Как и обычные кристаллы, глинистые частицы могут расти. А попадая в воду, они набухают. Проникая в межблочное пространство, вода раздвигает соседние слои, в результате чего весь «пакет» расслаивается и распадается на более тонкие «пакеты» и даже отдельные пластины.

Во время опытов в воду стали добавлять особые ингредиенты и заметили, что каждая пластина начала выстраивать из них на себе другую пластину, «себе подобную». «Пакет» уже не распадался, а утолщался, разбухал за счет синтезирования в межслойном пространстве новых пластин. «Пакет» в целом рос, слои в нем умножались.

Выявленный эффект «размножения» глинистых частиц чем-то напоминал репликацию — самокопирование у нуклеиновых кислот в живом организме. Этот механизм принялись изучать немецкий ученый А.Вейсс и его английская коллега А.Кернс-Смит. И вот что они обнаружили.

Исходная глиняная пластина может служить своеобразным клише для вновь синтезируемой. Ибо пластинка-копия повторяет почти все химические аномалии, имеющиеся на поверхности пластинки-штампа, — поверхностные заряды, случайные замещения атома алюминия на кремний и наоборот, дефекты структуры. В принципе оказалось возможным изготовление миллионов и миллионов копий. Все это напоминало матричный синтез с передачей наследственной информации потомкам.

Итак, усмотрев в этом определенную аналогию с процессами саморепликации (самоудвоения) жизненно важных молекул нуклеиновых кислот, ученые проверили ход синтеза глинистых пластин на протяжении тридцати поколений копий. И во всех случаях зафиксировали передачу «генетической» информации от исходной пластины-предка.

Очень важный нюанс: синтез копий воспроизводил эту информацию не совсем точно. С каждой передачей возникали и накапливались ошибки в воспроизведении поверхностных аномалий.
А.Вейсс и А.Кернс-Смит однозначно истолковали их как своеобразные «мутации». А коли так, то это уже шаг к прогрессивной эволюции. Ибо некоторые из мутаций могли ускорять синтез пластин-потомков, и тогда пластины — владельцы новой информации получали преимущество в конкурентной борьбе за «пищу» — исходное вещество роста. Не так ли начинался на нашей планете великий процесс естественного отбора?

Открыв в глинистых минералах природную неорганическую систему, способную к матричному размножению и эволюции, А.Кернс-Смит выдвинула радикальную гипотезу о том, какими могли быть первичные живые организмы. Конечно же, это были «глиняные клетки», имевшие все, что надо для «нормальной жизни» — гены, ферменты, мембраны, но только построенные не из органических веществ, а все из той же глины. И только долгий путь эволюции освободил простейшие живые организмы из пут «глиняного плена».

Обнаружение явления самокопирования на макроскопическом уровне в мире неорганики, в самом распространенном минерале на земной поверхности, вызвало в кругах протобиологов сенсацию и некоторое замешательство. Ведь эти самые «глиняные клетки» полностью безразличны к типу и химическому составу атмосферы Земли. По уверениям А.Кернс-Смит, и поныне где-либо могут быть найдены места, где «здравствует» «глиняная жизнь». Однако для протобиологов оставался не до конца ясным сам путь перехода к чисто органической жизни.

На заполнение бреши между предполагаемой эпохой глины и нынешней эпохой органики претендует гипотеза группы ученых из СНГ — М.Брыка, К.Серебровской и М.Нусинова.

...плюс мыло

Эта группа авторов считает, что любая модель возникновения живого, которая опирается на «глиняную предысторию», будет явно более прочно стоять на ногах, нежели не имеющая таковой. Конечно, далеко не все ученые полагают, что искра жизни зародилась в глине. Однако то, что из нее мог бы быть позаимствован какой-то первичный механизм матричного копирования макромолекул, уже, кажется, не вызывает сомнений.

Авторы предложили следующий сценарий гипотетической преджизни на Земле. Потоки лавы из многочисленных вулканов превращались в застывшую стеклообразную массу. Из-за беспощадно палившего солнца стекло покрывалось сетью микротрещин, куда проникали вода, углекислый газ, аммиак. В результате травления кристаллическое вещество стало превращаться в гелеобразные растворы, где уже был кремнезем, ионы металлов, то есть собственно глину. На поверхностях глинистых частиц из молекул газов начался синтез жирных кислот и образовалась мицелла — мыльная оболочка, покрывшая глиняные ядра. Мыло растворялось или распадалось, а легкие молекулы газов вновь поступали к ядру, где вступали в зону синтеза. Смена дня и ночи создала колебательный ритм, при котором преобладал то распад, то синтез.

Так продолжалось до тех пор, пока внутрь мицеллы не проникла нуклеиновая кислота, которая повела себя как паразит, как вирус. Создавая копии из имеющегося в ядре изобилия органики, она стала навязывать всей системе свой новый информационный порядок. (Последнее обстоятельство получило экспериментальное подтверждение: некоторые глины явно усиливают передачу и распространение инфекций. Видимо, действительно, глинистые частицы создают благоприятные условия для размножения РНК-содержащих вирусов.)

Итак, мыльные мицеллы с глиняным ядром имели большие возможности для химического саморазвития. В какой-то мере их можно считать предшественниками современных живых клеток.

Физико-химический анализ мицелл показал, что каждая из них содержит около 6 миллионов атомов, имеет размер около 1 микрона, устойчива при температурах от —100 до +450 градусов. Существует она на протяжении нескольких суток. Но каждый ее жизненный цикл способствовал все большей замене в ядре глинистых частиц на нуклеотидные. А далее матушка-природа проявила все свои способности творить удивительные формы своего бытия.

Окончательные выводы пока делать рано. Но не исключено, что именно глина и мыло были первыми родителями всего живого на нашей планете.