Ирина Лагунина: Теория панспермии возникла еще в 19 веке как гипотеза о том, что зародыши жизни были занесены на Землю вместе с космическими телами. Сегодня исследования метеоритов, в которых обнаружились следы структур, похожих на биологические организмы, также дают основания для развития теории панспермии. Продолжая цикл "Происхождение жизни", кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Института ядерной физики Александр Панов рассказывает о том, почему некоторые современные ученые рассматривают внеземное появление жизни.
С ним беседуют Ольга Орлова и Александр Марков.
Александр Панов: То, что жизнь существует – это мы все понимаем, мы все это знаем, и существует проблема, откуда она на Земле взялась. Здесь существуют два больших класса гипотез. Первый класс гипотез сводится к тому, что жизнь каким-то образом, собственно говоря, возникла на Земле в ходе какого-то естественного процесса. В соответствии с другим классом гипотез жизнь на Земле никогда не возникала, а была занесена откуда-то из космоса, тем самым возникла в другом месте. Если жизнь возникла на Земле, то возникает вопрос, как это могло произойти, какой процесс мог привести к возникновению жизни. Казалось, если мы находимся в другом классе гипотез, рассматриваем вопросы, связанные с панспермией, тогда вопрос о происхождении жизни просто переносится в другое место, она не на Земле возникла, а где-то в другом месте. Казалось бы, это не вносит ничего нового. Существует такое распространенное мнение, что гипотеза панспермии ничего не дает для вопроса о происхождении жизни. О чем я хотел бы сегодня сказать – это о том, что есть некие основания для того, что гипотеза панспермии действительно достаточно детально обсуждалась и, во-вторых, что это неверная точка зрения, что панспермия просто перенос вопроса возникновения жизни в другое место. На самом деле гипотеза панспермии может означать некий качественно иной механизм процесса возникновения жизни. Жизнь на Земле возникла где-то 3,8 миллиарда лет назад и после того, как она возникла, в первое время эволюция протекала, грубо говоря, очень медленно. Сначала прокариотная биосфера и существовала она без существенных изменений и потрясений как минимум один миллиард лет прежде, чем там произошло что-то существенное, например, образовались первые эвкариоты. Потом еще миллиард лет существовала биосфера одноклеточных эвкариотов. В общем, короче говоря, процессы были сначала ужасно медленные. А по мере продвижения эволюции вперед с одной стороны эволюционирующая система, биосфера становилась сложнее и с другой стороны процессы протекали все быстрее. Возникает ощущение, чем сложнее, чем выше организована система, тем быстрее она эволюционирует.
Ольга Орлова: И что с этой точки зрения можно сказать о происхождении жизни?
Александр Панов: Во-первых, жизнь не могла возникнуть как какое-то одномоментное явление, потому что даже самые простые живые организмы - это что-то такое невероятно сложное и случайно сложиться из химических ингредиентов они не могли. Вероятность настолько исчезающе мала, что ее с хорошей точностью можно считать равной нулю. Поэтому очевидно, что какая-то подготовка должна была быть предбиологической химической эволюции. Очевидно, что предбиологическая система, предбиологическая, предбиосфера – это и есть нечто более низко организованное и более простое, чем последующая биосфера. Поэтому на основании обратной индукции в обратную сторону можно предположить, что поскольку система более просто организована, более примитивная, она должна еще медленнее функционировать. И на основе элементарных соображений возникает гипотеза, что предбиологическая химическая эволюция должна быть еще более медленной, чем первые фазы биологической эволюции. Поскольку первые фазы биологической эволюции были миллиарды лет, по крайней мере, пара миллиардов лет, то здесь должна идти речь о величинах, по крайней мере, в несколько раз больше, то есть это величина около 10 миллиардов лет. По этому поводу существуют совершенно разные точки зрения, некоторые считают, что на самом деле химическая эволюция в некотором смысле что-то совсем другое, не похожее на биологическую эволюцию, и она может значительно более быстрой. Другие считают, что она может быть еще более медленной. К сожалению, точных оценок скорости биологической эволюции дать никто не может, поэтому здесь мы должны заняться некоторыми спекуляциями. В частности, поскольку есть некоторые основания предполагать, что она должна быть достаточно медленнее, по крайней мере, в несколько раз медленнее, чем первые фазы биологической эволюции, можно некоторые спекуляции построить на этой гипотезе.
Ольга Орлова: Что мы можем узнать о том, как долго длилась эта предбиологическая химическая эволюция?
Александр Панов: Хорошо известно, это геохронологические оценки достаточно точные по этому вопросу, и Земля, и Солнечная система возникли 4 миллиарда 600 миллионов лет назад. Где-то 4 миллиарда 200 или 300 миллионов лет назад должна была существовать твердая поверхность Земли, возможно там и вода образовалась. А 3 миллиарда 800 миллионов лет назад уже была жизнь. По самым оптимистическим оценкам получается, что на предбиологическую химическую эволюцию было не больше нескольких сотен миллионов лет. Очевидно, что это находится в противоречии с той оценкой, о которой я говорил, что предбиологическая химическая эволюция должна быть крайне медленной. Такая предбиологическая эволюция просто не может уместиться во всю историю существования Земли. То ли действительно предбиологическая эволюция - это совсем не то, что биологическая эволюция, то ли у нас концы с концами не сходятся. Кстати, еще один интересный факт, который говорит о том, что что-то здесь не то. Как устроена биологическая эволюция? В ходе эволюции биосферы, она проходила несколько этажей эволюции, это были сначала прокариоты, потом одноклеточные эвкариоты, потом более сложные многоклеточные эвкариоты, но когда возникали более сложные этажи, старые этажи не пропадали. Вся биосфера существует в виде многослойного бутерброда, который содержит как самые примитивные виды жизни, так и более организованные. Но что самое интересное - на Земле нет никаких следов предбиологической химической эволюции, по-видимому. То есть в отличие от эволюции всей биосферы, предбиологическая химическая эволюция не оставила после себя никаких предбиологических химических систем, по крайней мере, явно. В общем что-то здесь опять не то.
Ольга Орлова: А какого рода это могли бы быть следы?
Александр Панов: Это какие-то автокаталитические цепочки, пресловутые типа гиперциклов Эйгена и так далее.
Александр Марков: Но чуть-чуть есть, синтез органических веществ абиогенный существует в паротермальных источниках.
Александр Панов: Это чисто молекулярная форма существования материи. Следует предположить, что было что-то такое промежуточное между просто молекулами и просто жизнью. По-моему, таких вещей не удается обнаружить.
Александр Марков: Между отдельными органическими молекулами и жизнью. Да, конечно, предполагается РНК-мир целый.
Александр Панов: Что-то не видно. Как это можно было бы понять? Понять это можно следующим образом: можно предположить, что предбеологическая эволюция действительно продолжалась может быть 5 миллиардов лет, может быть 10 миллиардов лет, но только происходило это не на Земле, а в других местах, собственно говоря, на других планетах нашей галактики. А таких планет, где могла происходить длительная предбиологическая эволюция, по-видимому, существует достаточное количество. Потому что галактический диск, в котором живут звездные системы, в которых есть планеты земного типа, где может существовать жизнь, существует 12 миллиардов лет и существует промежуток времени, по крайней мере, 7 миллиардов лет между образованием галактического диска и между образованием Земли. Где-то в этом промежутке вполне могла разместиться предбиологическая химическая эволюция на других планетах, а на Землю живые организмы могли быть занесены в процессе панспермии. Ну и как говорилось, для этого есть некие основания, для такой гипотезы, потому что на земле метеориты обнаруживаются с других планет, кроме того в этих метеоритах есть подозрительные структуры, напоминающие биогенные. Интересно, что гипотеза панспермии может объяснить не только невероятно быстрое возникновение жизни на Земле, но еще один факт. Жизнь на Земле возникла в виде простых прокариотических организмов и, что интересно, почти одновременно с возникновением жизни уже существовал механизм фотосинтеза. Это совершенно непонятно, потому что кажется, что это что-то не очень обязательное для жизни, механизм фотосинтеза, и на создание этого механизма должно было уйти какое-то достаточное длинное эволюционное время. А на самом деле похоже на то, что фотосинтез на Земле возник фактически в тот самый момент, когда температуры опустились до такого уровня, при котором фотосинтезирующие цианобактерии могут существовать. Как это можно понять? Это можно понять таким образом, что не только жизнь появилась на Земле благодаря процессам панспермии, но и после того, как жизнь первый раз появилась, Земля все равно продолжала оставаться под постоянным давлением инфицирования из космоса, а температура земной поверхности постепенно падала. И как только она достигла подходящих условий, подходящих для существования фотосинтезирующих бактерий, вот эти самые споры, которые заносились из космоса, немедленно дали всходы и тут же в биосфере появились фотосинтезирующие бактерии. Вот о том, что процесс возникновения жизни, процесс возникновения синтеза были почти одновременны, говорят, в частности, работы школы Заварзина.
Александр Марков: Это все большой вопрос, когда появились цианобактерии с кислородным фотосинтезом. То есть западные ученые считают, что не раньше чем 2,7 миллиарда лет назад появились цианобактерии, а до этого появился аноксигенный фотосинтез, более примитивный, то, что сейчас делают зеленые бактерии и пурпурные бактерии - это более простой биохимический процесс, который мог появиться три с половиной миллиарда лет назад.
Александр Панов: Если действительно это правильно, а это чисто эвристическая гипотеза, то процесс эволюции на Земле мог выглядеть таким образом, что как бы сначала она имела не совсем самостоятельный характер и новые формы жизни могли заноситься из космоса, но в какой-то момент биосфера земная достигла такой сложности, что земная эволюция оторвалась от космической и пошла самостоятельно. В частности, эвкариотические организмы вполне могли возникнуть на Земле в результате вполне естественной земной эволюции и это может означать, что эвкариоты в процессе панспермии переноситься не могут, что, скажем, они слишком сложные и недостаточно устойчивые для этого живые существа.
Александр Марков: Проблема в том, что у всех живых организмов на Земле один и тот же генетический код, одни и те же рибосомы, одна и та же система синтеза белка, кодирования наследственной информации, что указывает на единое происхождение, если эти споры заносились, они как бы все из одного источника должны проходить.
Александр Панов: Вот я как раз сейчас хочу сказать о том, что может быть это не совсем так. И это следующий логический шаг моих рассуждений. Если мы предполагаем, что панспермия жизни возможна, то тогда тем более мы должны предполагать, что возможна панспермия каких-то более простых образований, предбиологических форм существования материи. Потому что в силу того, что они более простые, они могут оказаться более устойчивыми к неудобствам космического перелета, к жесткому космическому излучению, к низким температурам и так далее. Хорошо известно, что земная жизнь, например, она чем более примитивна, тем более устойчива к радиации. Так что есть некоторые основания для такого предположения. А теперь предположим, что действительно возможна не только панспермия жизни, но и панспермия каких-то предбиологических систем. Во-первых, как все это должно выглядеть. Мы предполагаем, что панспермия происходит в результате того, что с поверхности планет какие-то тяжелые метеориты выбивают породы, в них оказываются какие-то кусочки жизни или преджизни, все это выносится в звездную систему, а потом может ее и покинуть.
Ольга Орлова: Это предполагается, что это носит случайный характер?
Александр Панов: С определенной вероятностью эти процессы постоянно происходят.
