Как началась жизнь на планете Земля? Благодаря случайному стечению обстоятельств? Или же она является неизбежным следствием существующих законов природы? Всегда ли она возникает на вновь образованной планете? Или это практически невозможный результат длинной серии маловероятных событий? Современные достижения в науках, таких как астрономия, планетарная наука и химия, дают надежду, что ответы на такие серьезные и интересные вопросы где-то совсем рядом. Если жизнь в нашей Галактике проявилась много раз, найти ее будет не так уж и сложно. Более того, если переход от химии к биологии окажется простым для осуществления, Вселенная будет изобиловать жизнью.
Как началась жизнь?
Открытие тысяч экзопланет породило новый интерес к исследованиям о происхождении жизни. Для ученых стало настоящим сюрпризом то, почти все вновь открытые планетные системы очень сильно отличаются от нашей. Означает ли это, что только наша, очень странная система, способствует возникновению жизни? Обнаружить признаки жизни на планете, вращающейся вокруг далекой звезды будет нелегко. Но технологии обнаружения едва заметных «биосигналов» развиваются настолько быстро, что если нам повезет, мы сможем увидеть признаки существования другой жизни в течение одного-двух десятилетий.
Чтобы понять, как может возникнуть жизнь, нам нужно выяснить, как формируются планеты. И какой они имеют состав. Новое поколение радиотелескопов, в частности массивный миллиметровый/субмиллиметровый телескоп, расположенный в пустыне Атакама, Чили, предоставил астрономам прекрасные изображения протопланетных дисков и проанализировал их химический состав. Эта информация подтверждает современные представления о том, как именно планеты собираются из пылевых и газовых дисков. В нашей Солнечной системе миссия «Rosetta» посетила комету. А проект OSIRIS-REX, который совершил свой старт 8 сентября 2016 года, постарается посетить объект (101955) Бенну. И даже попытается вернуть образцы этого астероида. Что, несомненно, пополнит знания ученых о том, как возникла наша Земля.
Может быть где-то еще?
Ученых давно занимает вопрос – если планета похожа на нашу Землю, и она не слишком горячая и не слишком холодная, не слишком сухая и не слишком влажная, как именно химия этой планеты должна эволюционировать для того, чтобы возникли строительные блоки жизни? В 1950-х годах культовый эксперимент Миллера-Юри, в котором смесь воды и простых химических веществ подвергалась воздействиям электрических импульсов (для имитации удара молнии), продемонстрировал, что аминокислоты, составляющие основу белков, получить достаточно просто. Однако другие молекулы, необходимы для возникновения жизни, синтезировать оказалось гораздо сложнее. И ученым стало очевидно, что нужно полностью переосмыслить путь от химии к биологии. Основная причина возникшей проблемы возникла в очевидной сложности РНК. Это очень длинная молекула, которая играет множество важных ролей во всех существующих формах жизни. РНК может не только действовать как фермент. Но также может хранить и передавать информацию.
Примечательно, что весь белок во всех организмах производится посредством каталитической активности РНК-компоненты рибосомы. Это клеточная машина, которая считывает генетическую информацию и создает молекулы белка. Это наблюдение говорит о том, что РНК доминировала на ранних стадиях эволюции жизни.
Как появились первые клетки?
Вопрос о том, как именно химия молодой Земли породила РНК и клетки на основе РНК, является сегодня основным вопросом исследований о происхождения жизни. Некоторые ученые считают, что изначально для функционирования первой жизни использовались более простые молекулы. Которые впоследствии эволюционировали в РНК. Другие исследователи, однако, занимаются вопросами о непосредственном происхождении РНК. И периодически озвучивают новые идеи о том, как именно это могло произойти. Благоприятные, с их точки зрения геохимические сценарии включают в качестве прародителей жизни вулканические районы. Или ударные кратеры. А еще сложную органическую химию, многочисленные источники энергии и динамические светло-темные, горяче-холодные и мокрые-сухие циклы. Удивительно, но многие промежуточные химические соединения на пути к РНК кристаллизуются из реакционных смесей. Они потенциально накапливались на ранней Земле как органические минералы. И являлись резервуарами материала, ожидающего оживления при изменении условий.
Предположим, что ключевая проблема возникновения РНК решена. Но нам все равно нужно понять, как РНК была реплицирована в первых примитивных клетках. Исследователи только начинают идентифицировать источники химической энергии, которые могут позволить РНК копировать себя. И многое еще предстоит узнать. Если эти вопросы будут решены, мы сможем создать реплицирующиеся, развивающиеся клетки в лаборатории. Повторив, таким образом возможный путь к происхождению жизни.
Что дальше? Химики уже задаются вопросом, может ли жизнь, которую мы видим вокруг себя, возникнуть только по одному единственному сценарию? Или могут существовать множественные маршруты от простой химии к жизни на основе РНК? Другие ученые исследуют вариации химии жизни. И ищут подсказки относительно возможного разнообразия жизни «там», во Вселенной. Если все получиться, мы, в конце концов, узнаем, насколько распространенным является переход от химии к биологии. И, следовательно, насколько распространена жизнь во Вселенной. Или напротив, то, что мы во Вселенной уникальны и одиноки.