Отшумел последний Большой импакт в Гадее и Земля начала постепенно успокаиваться. Но до условий, которые мы зовем "нормальными" еще пока что очень далеко. Примерно 4-3,9 миллиарда лет назад начался эон Криптозоя. эон скрытой жизни. Мы живем в эон Фанерозоя - эон "явной жизни". И наш эон весьма молодой. Ему всего примерно 540 миллионов лет. По сравнению с 4 миллиардами лет это "капля в море". Криптозой делится на две эры - Архей и Протерозой. Первая эра Архея начинается с периода Эоархей, который обозначает "время первого рассвета" и длился он примерно 400 миллионов лет.
Вся планета была одной гигантской физико-химической лабораторией, которая была оснащена завидными аппаратами из "ретор" тысяч молодых вулканов, "экстракторами" гидро- и геотермальных источников, а так же всеми видами природных реакторов, дефлегматоров, дистилляторов, холодильников и испарителей. Кое-что конечно сохранилось и сегодня, однако интенсивность последовательных химических и физических соитий в миллионы раз меньше, чем тогда. Откуда нам это известно?
1. Вездесущий кислород, который может испачкать и отупить любой эксперимент через окисление, еще не получил своей безграничной власти. Он имелся на Земле как исключительное добавление в состав тех или иных химических соединений и минералов. Соответственно ни о каком Озоновом или другом защитном слое тогда еще речь не шла. Была сочная смесь радиоактивных паров и раскаленных газов, захваченная и удерживаемая гравитацией Земли, а все виды космической радиации творили с ней (а заодно и с литосферой) все, что им только вздумалось. Например вышибая валентности из одних химических элементов, меняя их физические свойства в таблице Менделеева, создавала тем самым другие.
2. Палитра энергетических связей и воздействий на элементы была намного богаче. А ритм, в котором эти связи оказывали свои действия на элементы, был гораздо чаще.
3. К концу Гадея - началу Эоархея данная "лаборатория" включала в себя все виды излучений, взрывную и разрядную энергию, любые виды нагревов, охлаждения и давления. Все радиоактивные элементы были полны сил, молоды и даже не помышляли ни о каких распадах или полураспадах. По самым грубым подсчетам Тория было на четверть больше, чем сейчас, а 238 и 235 Урана - больше в три раза. Содержание Плутония и Кюрия могло в отдельных местах достигать одного процента. Из недр шел раскалённый водород, вовлекая трансураны в локальные ядерные реакции, а взрывные излияния лав из вулканов поднимали вверх и радиогенного происхождения аргон, который лишь добавлял свою порцию пикантности к этой химической оргии.
Стоит упомянуть и про значительную электроразрядную (молнийную) активность, атакующую миллионами вольт адскую смесь свободного водорода, сероводорода, углекислоты, паров серы, хлора, фтора, и воды. В этом коктейле конденсировались и трансмутировались кислоты.
Уникальность заключалась в том, что этот адский круговорот веществ в природе, был настолько интенсивным, что не все успевалось перейти в фундаментальную неорганику. В прошлой статье я уже говорил о появлении некоторых предпосылок углеродистых соединений, которые могли (и должны) были начать реплицировать себя. Но где-то примерно в начале Эоархея появляется примитивная рибонуклеиновая кислота (РНК).
Стоит так же напомнить, что интенсивность всех физико-химических событий была в миллион раз выше современной, так как Солнечная Система еще окончательно не сложилась, и космос был переполнен отходами планетообразования. И эти отходы в немалом количестве поставлялись из космоса, порождая бесконечные взрывы, сотрясения, ударные волны, разломы тонкой коры и всплески температур. Астероиды и метеориты приносили все больше и больше новых химических элементов. Попадая внутрь они поглощались мантией и распылялись по поверхности Земли вулканами и магматическими излияниями. Вулканические пеплы и золы, как известно, богаты (в том числе) азотом, что в сочетании с массой других факторов просто не могло не запустить синтез азотистых соединений.
Однако не стоит забывать про магматогенный метан, который расщеплялся на составные элементы высвобождая водород, фактически в чистом виде.
Известно, что выбитая одна и более валентность в химической элементе - меняется свойство самого элемента. Таким образом, например, углерод может играть различные функции в одинаковых химических соединениях. И если в одних он становится "тяжелым кирпичом" в кристалле алмаза, то в других он может стать ключевой основой для органической химии. Хотя полисахориды и другие органические углеродные соединения так же могли "прибыть" из космоса в метеоритах и астероидах.
И вот теперь о самом главном. Имея некоторое представление о мощностях "лаборатории" Земля, в которой всего лишь требовалось окислить несколько фосфатов и через энергетическое воздействие получить рибозу, а затем синтезировать азотистую кислоту, наполнив ею гликозидную связь, можно понять, что всего несколько шагов осталось до той самой РНК. И да, но нет!
Образование аминокислот, считаю, все-таки запустилось именно в процессе обработки простейших углеродистых соединений. Я уже говорил как-то об эксперименте Мюллера-Юри, о гидролизе нитрилов и превращении их в карбоксильные кислоты. Т.е. кислоты, кислоты, кислоты!
К началу Эоархея в морях по сути скопилось огромное количество био-химического шлака. Вот каким-то образом из этого шлака и появилась наша родная РНК. Но почему именно она, а не ее "четвероюродная сестра по линии двоюродной тетки"? Вопрос на миллион.
В научной среде этот вопрос вызвал бурю эмоций. И все чаще спор о том, что на другой экзопланете могла появиться другая молекула, которая дала иные формы жизни или все-таки везде жизнь начинается только с той самой РНК? И если второе верно, то какие именно это условия для образования той самой РНК?
Эти вопросы были поставлены около 30 лет назад и прорыв в мире РНК свершили два химика - Лесли Орджел и Джеральд Джойс. И первый "подводный камень" - как перейти от запутанной органической мешанины аминокислот и нитрилов к тщательно контролируемой химии.
Это казалось непреодалимой проблемой! однако целая череда открытий за последние десятилетия показали, почему именно РНК, а не что-то другое. Ответ сформировался неожиданно просто: потому что РНК всегда побеждает!
Первичный бульон - это смесь веществ, которые не всегда предшественники для создания РНК. А теперь представим, что эти вещества, разбросанные в кратерном озерце в раннем Эоархее, устойчивы (что научно вполне доказано) к ультрафиолетовому излучению молодого Солнца. В то время как другие молекулы-кузины - разрушаются. Остается добавить полимеризацию коротких соединений этих веществ... И вот мы имеем короткие одноцепочные обрывки генетического материала. Что еще нужно? Ах, да - реакция репликации!
Команда Шостака начала подробно изучать этот процесс. Нуклеотиды всегда реагируют быстрее любых конкурентов. Происходит синтез РНК. Конкуренты либо строятся медленнее, либо процесс сей вовсе стопорится.
И вот собственно мы и имеем три основные биологические функции: устойчивость к ультрафиолету, ускоренная полимеризация и эффективное копирование самого себя. Конечно, есть множество вопросов связанные с этим и постепенно эти вопросы поднимают жаркие споры в научной среде. Но эти споры и цель решения этих проблем лишь подогревают желание у ученых участвовать в экспериментах и исследованиях.