Загадки космоса. Планеты и экзопланеты

Наследственность и изменчивость, те свойства, в силу которых организмы Земли подвержены эволюции, реализуются благодаря одной макромолекуле – дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК)[74]. ДНК представляет собой длинную спираль, состоящую из четырех типов специальных молекул – нуклеотидов: аденина, гуанина, тимина и цитозина. Каждый наследственный признак организма кодируется определенными участками ДНК, которые называют генами. Все разнообразие жизни на Земле и все индивидуальные отличительные признаки обязаны бесчисленным вариациям генов – взаимному расположению нуклеотидов.

Спонтанное изменение, или мутация, генов при размножении обеспечили жизни поразительную приспосабливаемость. Ученые находят живые организмы практически везде, даже в местах с самыми экстремальными условиями: в самой глубокой точке земного шара – на дне Марианской впадины, в самой засушливой пустыне мира – пустыне Атакама, во льдах Антарктики и возле жерл вулканов. Кажется, на Земле не осталось ни одного места, где бы отсутствовала жизнь.

Генетическая информация, закодированная в ДНК, реализуется посредством белков, состоящих, в свою очередь, из аминокислот. Из всех возможных аминокислот, а их насчитывается около 400, в составе белков присутствуют только 20. Почему-то природа из всего разнообразия аминокислот выбрала лишь эти. Отматывая пленку жизни назад, мы видим перед собой все более и более простые организмы, пока в конечном счете не приходим к первой клетке. Именно от нее произошла вся жизнь на Земле. Эту первую клетку ученые называют «последний универсальный общий предок»[75].

Почему ученые уверены, что вся жизнь на Земле произошла от одной клетки, а не от двух, например, появившихся независимо в разных точках планеты? Эта уверенность основана на поразительном наблюдении. Несмотря на кажущиеся различия в формах, которые может принимать жизнь, от плесени до осьминогов, на молекулярном уровне все биологические организмы демонстрируют поразительное биохимическое единство: помимо общего набора аминокислот и использования ДНК в качестве наследственного материала, все они кодируют информацию сходным образом и у каждого из них проявляются вариации одних и тех же энергетических механизмов¹¹¹.

ДНК и белки по большому счету представляют собой длинные углеродные цепочки с включением некоторых других элементов. Углерод не случайно оказался каркасом всей живой материи на Земле. Главной его отличительной чертой является способность образовывать множественные и прочные химические связи. Он это делает эффективнее, чем любой другой элемент во Вселенной (с оговоркой на то, что мы рассматриваем температуры, лежащие недалеко от температур кипения жидкости). Соединения на основе углерода могут быть окислителями, восстановителями, кислотами и основаниями. Кроме того, углерод превосходно образует связи с другими химическими элементами, облегчая метаболизм живых организмов.

Конечно, нельзя отрицать, что где-нибудь во Вселенной есть неуглеродные формы жизни. Самые напряженные дискуссии ведутся относительно возможности существования кремниевой жизни. У кремния и углерода много схожих химических свойств. Как и углерод, кремний способен образовывать длинные молекулярные цепочки и переносить генетическую информацию. Кремниевая жизнь, предположительно, могла бы существовать в условиях, где невозможна жизнь углеродная, например на планетах с экстремально высокими температурами или в среде, богатой серной кислотой. Но все же кремний проигрывает углероду в химической универсальности, в способности образовывать стабильные соединения. Быть может, когда-нибудь кремневая жизнь и станет предметом исследований астробиологов, но пока большинство из них сошлись на том, что если во Вселенной и есть жизнь, то она, скорее всего, углеродная.

Другое важное вещество – вода, которая благодаря своим уникальным химическим свойствам стала основой всей известной нам жизни¹¹². Во-первых, вся сложная химия жизни нуждается в растворителе, чтобы осуществлять транспорт питательных веществ из внешней среды в клетку и внутри клетки. Молекула воды, как известно, состоит из атома кислорода и двух атомов водорода, образующих прочные (ковалентные) связи. Кислород перетягивает на себя общую с водородом пару электронов, приобретая отрицательный заряд, а водород становится заряженным положительно. Молекулы с такой зарядовой асимметрией называются полярными. Так удачно сложилось, что и большинство органических молекул из-за своей сложности и несимметричности являются полярными. Молекулы воды образуют связи с положительно и отрицательно заряженными частями таких молекул и эффективно разбивают их на части. Именно это свойство и позволило воде стать универсальным растворителем для жизни.

Во-вторых, вода участвует в образовании клеточных мембран, протекании многих важнейших реакций внутри клетки. Именно поэтому везде, где мы ищем жизнь, мы ищем условия, при которых вода может находиться в жидкой форме.