Карел Пацнер
Търсим космически цивилизации (4)

Експерименти в първичната атмосфера

На масата стои чудновато устройство от две различни по размери колби, свързани със стъклени тръбички. Едната тръбичка преминава през искров разредник, а другата — през охладител. Всичко е затворено херметически. Станли Милър може да бъде доволен. В скромната лаборатория на Чикагския университет започва опитът. Двадесет и две годишният студент по химия започва да пълни по-малката колба първо с вода и веднага след това с метан, амоняк и водород. След това запалва газовата горелка под по-малката колба. Водата бързо започва да ври и нейните пари се смесват с газовете. Парите и газовете се изкачват в по-голямата колба — там ги пронизват светкавици с напрежение 60 хиляди волта. Парата пада на дъното, втечнява се в охладителя и отново пада в колбата, откъдето е започнала своя път. И понеже газовата горелка е непрекъснато запалена, водата отново се превръща в пара. Целият процес се повтаря няколко дни, но без резултат. Милър започва да губи търпение. Той прекратява опита и анализира продуктите. Оказва се, че е на вярна следа. В разтвора открива незначителна част въглероден окис, въглероден двуокис и азот — продуктите, чието съществуване предполагаше Юри. В края на първия ден водата в съда има розов цвят, а за по-малко от седмица, преди края на опита е напълно червена. Резултатът надминава всички очаквания. На дъното на стъклената колба остава и една от най-елементарните аминокиселини — глицин. Едва при третия експеримент през ноември Милър открива и други продукти — аланин, млечна киселина, оцетна киселина, пикочна киселина и голямо количество мравчена киселина. При следващите опити се установява, че в тези продукти се съдържа 15 процента метан.

— Първичният океан много бързо се е обогатил с органични продукти — заключава накрая Юри. — Не е изключено там да е имало по повече от 1 процент от тези вещества.

А както е известно, аминокиселините се свързват в дълги вериги, които са основа на белтъчните молекули — носители на жизнени функции. Макар опитите в Чикаго да стават факли в тъмнината, те са все пак само плахо начало.

Съветските биохимици д-р Т. Павловска и д-р А. Пасински повтарят опитите на Милър. Но според съобщението, публикувано през 1957 г., те не са използували като източник на енергия електрически изпразвания, а ултравиолетово излъчване.

В продължение на 20 часа те облъчват водни разтвори на формалдехид и хлориди или пък азотнокисел амоний. Така те отново получават редица аминокиселини.

Само първичният океан ли е могъл да бъде люлка на живота? Не е ли възможно продуктите, необходими за възникването на живота, да са се появили в изсъхващите блата? Този въпрос си задава през 1958 г. д-р Сидни Фокс, директор на Института за космично-биологически науки към Флоридския държавен университет в Маями. И какво ще стане, ако след това разтворите се изпарят? Нали според разсъжденията на някои геолози първичният океан е възникнал не така, както са си представяли Опарин, Холдейн и техните последователи. Дори не е изключено първичният океан отначало да е бил замръзнал. Всичко това би означавало, че животът не може да се е появил във вода. В лабораторията на Маями загряват определена смес от аминокиселини, получени предимно по изкуствен път, при 150–200° по Целзий. Накрая Фокс и неговият екип получават някакви примитивни белтъчини или техни модели, които наричат протеноиди.

Този опит не успя. Не е изключено обаче животът да е възникнал и да се е развивал при други условия! Не е ли могъл да възникне например във вулканите? Фокс се отправя към Хавайските острови. Там той измерва температурата на почвата в кратерите на вулканите — на някои места те били горещи като кухненска печка. Дали пък тези горещи слоеве, овлажнявани от време на време от тропическите проливни дъждове, не са били лоното, където са се родили молекулите на живота? Следват нови опити в лабораторията. Изследователите от Флорида разтварят протеноиди в гореща вода и когато ги охлаждат бавно, при определени условия откриват в тях много микроскопични капки. Между тези микросфери, както ги нарече Фокс, и коацерватите на Опарин, няма коренни различия. Това показва д-р Властимил Либъл от Микробиологическия институт в Прага независимо от твърдението на Фокс, че микросферите може да са възниквали по-често от коацерватите.

По своята структура, големина и форма микросферите напомнят клетките на някои микроорганизми. Но те не са живи клетки, тъй като не са способни да се саморазмножават.

Носители на наследствеността са нуклеиновите киселини — дезоксирибонуклеиновата (ДНК) и рибонуклеиновата (РНК). И понеже техните съставни части са пиримидините и пурините, специалистите започнаха да търсят веществата, от които те са образувани при анабиоза (когато не е съществувал живот). Първият успех постига Фокс, като получава урацил, една от съставките на РНК. Втори успех регистрира испанският биохимик д-р Хуан Оро от университета в Хюстън, като получава аденин. Скоро д-р Сирил Понамперума и д-р Ричард Йънг от Изследователския център „Еймс“ към НАСА в Мо-фит Фийлд изолират гуанин.

Въпреки всички тези открития и днес не знаем как съвсем точно е изглеждала първичната атмосфера на Земята. Ясно е, че охлаждането на нашата планета е било съпроводено от гигантски геологични промени — изригващите вулкани са ускорили кристализирането на изстиналата земна кора в големи острови — бъдещите континенти, като едновременно с това вулканите са изхвърляли водни пари, метан, сяра, амоняк, въглероден двуокис, непрестанните бури са разкъсвали небето и са обсипвали земната повърхност с ултравиолетови лъчи.

След Фокс и други специалисти изказват мнението, че животът е могъл да възникне не само в първичния океан, а и на сушата. Тази хипотеза поддържат английският философ и математик проф. Джон Бърнал и японският биолог Широ Акабори от университета в Осака. Акабори получава органични вещества с помощта на каолин.

През 1966 г. при изследване производството на изкуствени хранителни продукти д-р Клифорд Матюс и д-р Робърт Моу-зър от американската фирма Монсанто и с-ие откриват нова възможност. Те подлагат сместа от метан и амоняк на въздействието на електрически изпразвания в продължение на 24 ч. и получават циановодород. Към него прибавят остатъци от първоначалната смес и циановодородът се превръща в странно черно вещество, от което при добавянето на вода се получава кафява пяна. Двамата химици откриват в тази каша молекули, подобни на белтъчините. Това означава, че при развитието на живата материя е било прескочено възникването на аминокиселините.

Матюс и Моувър предполагат, че причината на този скок се крие именно в циановодорода.

Проф. Карл Саган продължава пътя на Милър. Саган и неговите трима сътрудници публикуват резултатите от своите изследвания през 1970 г. в сп. „Нейчър“. Но за разлика от Милър те използуват ударни вълни, които съпровождат бурите и прелитанията на метеори в атмосферата. Оказва се, че влиянието на вълните върху възникването на аминокиселините е около хиляда пъти по-силно от електрическите изпразвания. Изчисленията на научния екип показват, че в продължение на първите милиарди години от съществуването на Земята ударните вълни са могли да образуват около 30 килограма органични молекули на всеки квадратен сантиметър от повърхността на планетата. Количеството въглерод, получен при тези реакции, приблизително отговаря на количеството, намерено в земната кора. Това означава, че повечето от въглеродните съединения в недрата на Земята са могли да възникнат по същия начин. Специалистите от университета Корнел смятат, че ако всички органични вещества, получени чрез ударни вълни, бяха оцелели и се разтвореха в сегашните океани, щеше да се получи разтвор, съдържащ около 10 процента от тях. В този разтвор може да са се появили първите организми. И московските специалисти потвърждават ползата от опитите с ударни вълни. Под ръководството на чл.-кор. на АН на СССР В.И. Голдански сътрудници от Института по физико-химия при АН на СССР изследват въздействието на ударните вълни върху течни и твърди вещества. При експерименти с някои аминокиселини те синтезират дълги съединения от пептиди, сложни органични вещества, от които са съставени белтъчините. Според съобщение от 1972 г. при търсенето на аналогични явления в земни условия те откриват единствено ударни вълни, предизвикани от падането на големи метеорити. През седемдесетте години някои съветски и английски учени се връщат към хипотезата на Фокс за възникването на съставните части на „предбиологичната супа“ във вулканите. През 1971 г. групата на проф. Лев Лозин-Лозински, завеждащ лабораторията по космическа биология към Института по цитология при АН на СССР в Ленинград, открива редица органични вещества. В специална камера с моделирана първична атмосфера на Земята няколко елемента се загряват до 150–170° С, температура, подобна на тази в подножието на вулканите, като едновременно с това елементите се облъчват с ултравиолетови лъчи. В началото на дъното на съда се утаяват най-прости-те органични вещества, по-късно от тях се образуват сложни… Най-накрая се образува псевдоуридин, една от специалните съставки на нуклеиновите киселини. При експериментите е установено, че наличието на кислород нарушава синтезата на органичните вещества.

При моделирането на изригване на подводни вулкани се получават сложни органични вещества, включително и пептиди. За това ми разказа през 1973 г. д-р Лев Михайлович Мухин, завеждащ лабораторията по екзобиология към Института за космически изследвания при АН на СССР в Москва.

„Моделът на Фокс за възникването на живота в континенталните вулкани не е реален, понеже изисква наличието на метано-амонячна атмосфера. За разлика от него съставът на атмосферата не оказва никакво влияние върху нашия модел. В басейн, където водата е под голямо налягане, ние загряваме смес от метан, амоняк и още няколко газа и получаваме някои органични вещества. Въпреки че сме още в началото на изследванията, резултатите са многообещаващи.“ Д-р Мухин е бил в тримесечна командировка на Камчатка. „Там изследвахме термична вода и вулкани. Сред газовете, излизащи от вулкана Алоид, който изригна през миналата година, открихме сяроводород. С участието на сяроводород в нашия лабораторен басейн успяхме да синтезираме над 50 вида аминокиселини и вещества, необходими за създаването на нуклеи-новите киселини“ Във връзка с предстоящата експедиции до някои подводни вулкани д-р Мухин отбелязва: „Искам да взема оттам водни проби. Трябва да установя състава на водата в тези области и преди всичко степента на нейната наситеност с органични вещества за разлика от концентрацията им в океаните.“

Докато всички специалисти доскоро смятаха, че наличието на вода е задължително условие за възникването на органични вещества, двама американски химици започват експерименти въз основа на обратното предположение. През 1971 г. д-р Г. Уолин и д-р Д. Ериксън от Геологическата обсерватория Ламонт-Дохърти в Ню Йорк за първи път доказват, че органичните вещества, които са основата на живата материя, могат да възникват дори и в безводна среда. Тези опити имат, както ще видим и по-нататък, принципно значение за теорията за възникването на живота в космическото пространство. Оказва се, че е възможно да се създадат по изкуствен път полимери — полипептиди от аминокиселини и нукленнови киселини от нуклеотиди… Но все пак между изкуствените и естествените продукти има коренна разлика. Животът в природата не е възможен без вода. С този проблем се занимават д-р Лесли Оргъл и д-р Р. Лорман от Института за биологически изследвания „Салк“ в Сан Диего. През 1973 г. те поместват в „Нейчър“ описание на нов метод за подготовка на полимери, като се отказват от обикновеното копиране на природните процеси от далечното минало. Двамата изследователи свързват веригите па желаните полипептиди и нуклеиновите киселини по начин, характерен за реакциите на днешните живи организми. Така те получават полимери, които на пръв поглед по нищо не се различават от живата материя. Но в природата този синтез се ръководи от ензими, благодарение на което се запазва видът на всяко живо същество. А при изкуствения синтез никой не управлява процеса. В това се изразява принципната разлика между живота, сътворен от природата, и лабораторното му подобие, на което досега не можем да вдъхнем живот.

Напоследък стана ясно, че нуклеиновите киселини имат много по-голямо значение за възникването на живота от белтъчините. Чехословашкият учен д-р Вацлав Пачес пише през 1974 г. в сп. „Космос“: „Ако предположим, че при възникването на живота е създадена само една молекула, това или ще бъде белтъчина, която обаче трябва да носи в себе си информация за своя собствен синтез или за синтеза на нуклеинова киселина; или пък ще бъде нуклеинова киселина, която трябва да се дели сама, без помощта на белтъчини (ензими). Съвременните познания за молекулярните механизми на клетката показват, че втората алтернатива с по-вероятна. Засега не са известни белтъчини, които да имат способност да съхраняват генетичната информация, a знаем за нуклеинови киселини, които функционират като средство за регенерация.“

Тази мисъл се опитва да докаже през 1973 г. д-р Сол Спигълман от Колумбийския университет. От молекулата РНК на бактериален вирус се отстраняват всички елементи, които не са необходими за нейното делене. След това остават около 12 процента от молекулата, за които се предполага, че съдържаг цялата информация, необходима за самовъзпроизвеждането на молекулата. Може да се каже, че остава само „мозъкьт“, който е в състояние да възпроизвежда единствено себе си. Опитът показна, че възпроизвеждането на нуклеинови киселини е процес, възможен в природата, макар че протича много бавно и трае дълго.

Пътят от естественото зараждане на първите органични вещества до създаването на организирана жива материя е дълъг и труден. Очевидно животът е възникнал на много места едновременно и под влиянието на различни фактори. Светкавици са обсипвали земното кълбо, вулкани н метеорити са разтърсвали океани и континенти, космическо излъчване е изгаряло повърхността. И може би точно в този ад различни газове са се свързвали с водни пари и са образували органични вещества. Едва когато кръговратът се утвърдил, когато престанал да бъде случаен, тези органични вещества започнали да се съединяват в аминокиселини. Отделните аминокиселини са се свързвали във вериги — в първата фаза са се появили молекули, подобни на белтъчните, например протеноидите, по-късно са се получавали по-сложни, макар и все още примитивни структури, конто днес наричаме микросфери и коацервати.

В днешните условия не е възможно да възникне живот по естествен път. Преди милиарди години около Земята е имало съвсем друга атмосфера, която е подкрепяла процесите, протичащи в природата. Оттогава насам под въздействието на различни организми атмосферата съществено се е променила.