Феномен жизни

До недавнего времени было принято считать, что жизнь на нашей планете представляет собой локальный феномен, который рассматривался в лучшем случае в масштабах Солнечной системы.

Библия определяла Землю как Богом избранную планету. Потом с большим трудом и ценой многочисленных человеческих жертв, свое место под солнцем заняла система Николаса Коперника, согласно которой Земле отведено стандартное положение в ряду планет, каковых во Вселенной - не один миллион.

Астрономические данные последнего времени дают ученым основание полагать, что появление жизни на Земле стало возможным вследствие эволюционного процесса всей Вселенной. Если принять гипотезу Большого Взрыва как начальную точку отсчета, то вся двадцатимиллиардная история Вселенной может быть рассмотрена как подготовительный этап возникновения жизни во Вселенной и, в частности, на Земле. Жизнь в этом контексте следует рассматривать как один из закономерных этапов самоорганизации космоса. Согласно современным представлениям Землю нельзя рассматривать как некий изолированный объект, условия которого способствовали возникновению живых организмов.

Земля, как космическое тело, находится под воздействием вещества и физических полей самого различного свойства. Высокоэнергетические частицы и электромагнитное излучение широкого спектра длин волн и энергий, приходящие из дальнего космоса, взаимодействуя с ядрами атомов земной атмосферы и поверхности, рождают вторичные частицы и дополнительные виды излучения. Радиофизикам известно, что мощность излучения в радиодиапазоне галактики Лебедь-А превышает аналогичный параметр Солнца, несмотря на то что находится от Земли на расстоянии 600 млн.

Как отмечалось ранее, в период ранней Земли, когда ее атмосфера только формировалась, уровень радиации Солнца и других космических объектов был существенно выше нынешнего, что тоже внесло свою лепту в формирование условий возникновения жизни. По мнению академика И. С. Шкловского, при взрыве сверхновых звезд синтезируется и выбрасывается в космос огромное по массе количество атомов тяжелых элементов, которые, взаимодействуя с водородом, рождали новые химические элементы, явившиеся строительным материалом планет.

Наша Солнечная система движется вокруг оси, перпендикулярной галактической плоскости, по траектории, в области которой маловероятно активное образование новых звезд и вспышек сверхновых. Если бы такая вспышка произошла на сравнительно малом расстоянии от Солнечной системы, то живые организмы любой организации были бы уничтожены.

Немаловажное значение на возникновение и развитие жизни имеет ритмичность космических процессов, периоды которых исчисляются сутками, месяцами, годами, столетиями, тысячелетиями и даже миллионами и миллиардами лет. Все живые организмы - от простейшей клетки до биосферы в целом - существуют благодаря синхронизации биологических процессов с процессами в неживой природе, включая космические.

Современные данные ученых дают основание считать, что процессы преобразования веществ и энергии в биологических системах любого известного уровня сложности протекают в колебательных, ритмичных процессах, синхронизированных с внешней средой. Исследования изменения во времени различных функций живых организмов показали, что можно выделить многочисленные периодические процессы, которые синхронизированы с ритмами более высокого уровня.

Некоторые колебательные процессы в биологических системах имеют автоколебательный и параметрический характер. В том и другом случае наблюдаются процессы как внутренней, так и внешней синхронизации.

Оно являлось предметом исследований Леонардо да Винчи, Галилео Галилея и многих других классиков естествознания. Галилей в своих экспериментах использовал в качестве отметчика времени собственное сердце. При измерении периода колебаний маятника он устанавливал его величину по частоте своих сердечных сокращений - другого «секундомера» не существовало.

Если рядом с лежащим в спокойном состоянии человеком, сердце которого сокращается с частотой 60 раз в минуту, поставить метроном с частотой колебаний 55 колебаний в минуту, то через некоторое время сердце человека подстроится под ритм метронома.

Галилей за единицу времени принял период между сокращениями своего собственного сердца, и эта единица странным образом вписалась в наши минуты, часы, месяцы и годы, короче - в солнечный календарь. Естественно, что такие многофакторные совпадения маловероятны.

Исследователям к настоящему времени удалось установить, что клетки и макромолекулы находятся в зависимости от внешних и внутренних электромагнитных полей. Зарегистрированы циклические изменения распределения поверхностных зарядов и дипольных моментов на уровне клеток и макромолекул. Организмы в целом периодически изменяют свой электрический потенциал.

В лабораториях установлено, что живые организмы разных видов могут обмениваться электромагнитными сигналами и реагировать на внешние электромагнитные воздействия. Мы уже говорили о влиянии солнечного излучения на состояние человека. Вполне вероятно, что есть и другие космические объекты, воздействующие на живые организмы. Человеческая жизнь в целом циклична. Проходят часы, сутки, недели, годы - мы спим, едим, работаем, отдыхаем, рождаемся и умираем в соответствии с этими естественными циклами. Можно считать, что живые организмы упорядочены во времени, поскольку колебательные и волновые процессы с достаточной степенью точности можно прогнозировать на длительные промежутки времени.

Наряду с упорядоченностью во времени живые организмы обнаруживают свойства пространственной симметрии на разных уровнях своей внутренней структуры. Это симметрия атомов, молекул, кристаллических и аморфных структур, которая следует из свойств симметрии основных физических законов, в частности второго и третьего законов термодинамики, которые в сочетании с законом сохранения энергии предписывают всем физическим системам пребывать в состояниях с минимально возможным значением собственной энергии и энергии, обусловленной взаимодействием. Следует упомянуть также о симметрии электрических зарядов в объеме, занимаемом живыми организмами.

В зарождении и развитии живых организмов большую роль играют величины физических констант: гравитационной постоянной, постоянной Планка, массы и заряда элементарных частиц, которые определяют масштабы физических явлений.

Жизнь может возникнуть только на планетах, обладающих вполне определенными астрономическими, физическими и химическими характеристиками. Существует несколько объективных ограничений. Прежде всего следует указать ограничение по массе планеты. Планеты, обладающие малой массой, не могут своим гравитационным полем удержать газовую оболочку - атмосферу. В качестве примера можно взять Меркурий и Луну, хотя последняя и не является планетой в полном смысле этого слова.

Планеты с массой, превышающей 1/20 массы Солнца (Мс = 2-1030 кг), не могут рассматриваться как планеты, способные генерировать жизнь, потому что в их недрах вследствие гравитационного сжатия протекают термоядерные реакции, приводящие к высоким поверхностным температурам, при которых маловероятно существование живой материи.

Кроме того, на удаленных от Солнца массивных планетах с массами, большими МС/1000, атмосфера вследствие гравитации настолько плотная, что солнечные лучи, по крайней мере в видимом и ультрафиолетовом диапазоне, не проникают на поверхность в должных количествах. К таким планетам относятся Юпитер и Сатурн. В благоприятный массовый диапазон попадают Земля, Марс и Венера.

Температурные ограничения зависят от того, какая форма жизни предполагается к рассмотрению. Если речь идет об углеродной основе, как на нашей планете, то температура не должна превышать предела температурной стабильности органических молекул, которые разрушаются при температуре +250°С. На поверхности Земли температурный предел составляет +100°С. В области низких температур предельные значения имеют более широкий диапазон. Некоторые простейшие микроорганизмы в состоянии анабиоза могут длительное время находиться при температурах, близких к абсолютному нулю (-273°С).

Температура на поверхности планеты определяется прежде всего параметрами светимости ближайшей звезды и расстоянием до нее. Так, например, в нашей Солнечной системе на поверхности близких к Солнцу планет температура несовместима с известными человеку формами жизни. На Меркурии температура поверхности превышает температуру плавления свинца. Такая же ситуация складывается и на дальних планетах (Уран, Нептун), где температуры поверхности опускаются ниже -200°С. В области благоприятных температур помимо Земли находятся Марс и Венера.

Помимо температурных ограничений существуют так называемые траектор- ные ограничения. В соответствии с гелиоцентрической моделью Коперника и законам Кеплера планеты вращаются вокруг солнца по эллиптическим траекториям. Если эллипсы имеют большой эксцентриситет, т. е. орбиты планет вытянуты, то на участках максимального приближения к звезде температуры на их поверхности будут выше «жизненного» интервала температур, а на участках максимального удаления - наоборот, температуры опустятся ниже допустимого для жизни значений. Чем ближе по форме траектория планеты к окружности (при соответствующем расстоянии от светила), тем наиболее вероятен на ней процесс зарождения жизни. Эксцентриситет земной орбиты равен 0,017, т.

Существуют еще ограничения по возрасту звезды. Если считать, что земная жизнь развивается примерно в течение 3,5-4 млрд. лет, то возраст звезды, в окрестностях которой возможна планета с живыми формами, должен превосходить это значение.

Для возникновения живых организмов необходим вполне определенный набор химических элементов, который складывается из звездной и солнечной компонент.

Живые организмы и растения состоят из тех же химических элементов, что и космические объекты, что указывает на единство физического и химического устройства Вселенной. Самым распространенным во Вселенной химическим элементом является водород, на втором месте - гелий. В составе живых организмов и растений лидирующее место занимает кислород, затем - азот и элементы с более тяжелыми ядрами. Живая природа на 92-96% состоит из атомов водорода, углерода, азота и кислорода. Другими словами, живые организмы и растения построены из комбинаций наиболее распространенных во Вселенной атомов.

Водород, кислород и азот в таблице Д.И. Менделеева расположены в первых двух периодах. Атомы этих элементов обладают свойствами образовывать устойчивые кратные связи с другими элементами, что характеризует их высокую реакционную способность. Углерод, входящий в состав живых организмов и растений, обладает способностью создания протяженных цепных структур, что послужило причиной возникновения сложных полимеров, которые сыграли решающую роль при трансформации неживой материи в живую. К биогенным элементам принято относить серу и фосфор. Несмотря на незначительное удельное содержание в организмах и растениях, их роль в протекании сложных биохимических реакций неоспоримо велика.

На протяжении длительного времени, насколько это можно судить по оставленным рукописным и рукотворным памятникам, человечество интересуется обстоятельствами своего появления на Земле. Подтверждением такого неугасающего интереса могут служить построения религиозных теорий - как языческих, так и современных. Во все времена одной из центральных тем религиозной догматики было описание сотворения живых организмов вообще и человека в частности.

К настоящему времени можно выделить несколько основных гипотез, которые особенно интенсивно обсуждаются в научной и популярной литературе, а также во всех средствах массовой информации. Эта тема является своеобразной палочкой- выручалочкой в информационных игрищах современной цивилизации.

Темой происхождения можно легко отвлечь от насущных проблем миллионы верующих и неверующих людей и вызвать заинтересованную ответную реакцию, причем не прибегая к применению глубоких знаний в области естественных наук. Ввиду давности произошедшего и неосведомленности в тонкостях большинства заинтересованной аудитории можно без зазрения совести лоббировать любую из гипотез, приводя «весомые» аргументы против остальных.

Первая гипотеза, по крайней мере по популярности среди основной массы читателей и телезрителей, основывается на религиозном течении, носящем название креационизм. Термин образовался от латинского слова creatio - творение, созидание. Эта гипотеза, как отмечено выше, активно эксплуатируется всеми религиями мира.

Так, например, христианство, ислам и буддизм предполагают в разных формах существование некого высшего создания - Бога, собственно, создавшего весь сущий мир и управляющий его «работой». По религиозным представлениям, Вселенная, созданная Творцом, имеет недопустимо младенческий, не соответствующий даже приближенно действительности, возраст, составляющий в лучшем варианте несколько тысяч лет. Эта гипотеза, по мнению ее сторонников, наиболее логична по сравнению с остальными. Концепция Творца позволяет все заботы о доказательствах возложить на него же, отметя все вопросы одной сакраментальной фразой: «Такова воля Божья!».

В последнее время, правда, церковь несколько изменила свои взгляды, они стали не так категоричны и всеобъемлющи. В 1996 г. папа Иоанн Павел II в апостольском послании уведомил паству, что католическая церковь частично признает справедливость эволюционной теории в части формирования плоти. За Божьим промыслом оставлена только душа.

Эта гипотеза имеет право на дальнейшее изучение и обсуждение на соответствующем научном уровне хотя бы потому, что факт возникновения жизни на Земле является результатом большого числа маловероятных событий, в организации которых могли помочь «высшие силы».

Вторая гипотеза основывается на возможности возникновения живой материи самопроизвольно из неживой субстанции. Эта гипотеза превалировала над остальными в периоды средневековья и эпохи Возрождения. В 1862 г. Луи Пастер провел серию опытов, показавших несостоятельность этой гипотезы.

Третья гипотеза, в основе которой лежит теория панспермии, т. е. внесение на Землю жизни из необъятных просторов космоса. У этой теории, теории панспермии, на протяжении ее существования с конца XIX в. было много сторонников среди ученых. В разной степени ее поддерживали Кельвин, Гельмгольц, Томсон и др. Несмотря на принципиальную возможность такого факта, есть некоторые серьезные противоречия, такие как длительность путешествия, высокая радиационная и термическая опасность гибели живых образований.

Есть у этой гипотезы и неоспоримые положительные моменты. В живых организмах содержится молибден, которого на Земле слишком мало, чтобы природа решилась его использовать в своих живых конструкциях. Кроме того, универсальность генетического кода всех живых организмов дает некоторые основания предположить, что начало жизни произошло от одного «зародыша». Если принять это предположение, то вопрос о самом изначальном месте возникновения жизни по- прежнему остается открытым.