Земной океан – колыбель живых существ. Это настолько общеизвестно, что даже странно, как можно думать иначе. Однако группа ученых из Великобритании и Германии утверждают, что жизнь на нашей планете могла возникнуть вовсе не в океане, а в трещинах горных пород.Гипотеза «первичного бульона», который дал начало первым живым клеткам водного раствора, может быть неверна. Как говорится в статье, которая будет опубликована в следующем номере журнала BioEssays, первые организмы возникли в трещинах горных пород, и ключевую роль в их появлении сыграли как тепло недр, так и смесь различных газов, поднимающаяся на поверхность из глубины.
Вообще-то, гипотеза о том, что первые клетки зародились не в морях, а где-то в разломах земной коры, сама по себе не нова. Геологи давно уже знают, что недра планеты состоят не из сплошного слоя гранита или базальта: в них вплоть до глубин в несколько километров повсеместно находят признаки активных процессов. По трещинам горных пород перемещаются насыщенные минеральными солями растворы, там можно обнаружить различные газы, а некоторые исследователи даже склонны считать, что на больших глубинах может формироваться нефть: из выделяемых мантией Земли газов.
Пятьдесят лет назад, в годы расцвета советской науки, наши ученые выдвинули гипотезу о глубинной нефти. Затем, в 1970-х биологи открыли уникальные экосистемы на морском дне вблизи горячих источников, и, наконец, американский геофизик Томас Гольд в 1990-х описал подземные бактериальные сообщества. Таким образом прямых свидетельств того, что недра вполне обитаемы, ученым хватает. Но вот вопрос о том, где зародилась жизнь, остается открытым.
Откуда взялись молекулы РНК, несущие наследственную информацию и способные выступать в качестве катализатора химических реакций? Долгое время это считалось одной из загадок возникновения жизни. Однако в 2009 году ученые смогли воспроизвести синтез строительных блоков РНК и синтезировать РНК в горячем и приближенном по составу к древнему океану растворе.
В настоящее время в пользу точки зрения о том, что именно недра стали источником жизни, появился новый аргумент. Уильям Мартин, один из авторов исследования, говорит, что по расчетам ученых насыщенный органическими веществами «бульон» в океане попросту не позволил бы первым клеткам получать достаточно энергии. Энергия, необходимая для жизни, имеется только в недрах – точнее там имеется необходимый градиент энергии.
Специалисты по термодинамике знают, что какая-то полезная работа совершается вовсе не там, где много энергии или необходимых для "сборки" чего-либо веществ. Для совершения работы необходимо, чтобы в одном месте энергии или вещества было больше, а в другом – меньше, на языке ученых такая разница в количестве чего-либо между соседними точками называется градиентом.
Градиент энергии – это то, что необходимо не просто для протекания химических реакций, но и для формирования мембран. Он велик вблизи поверхности жидкости (так как сверху может быть атмосфера с другой температурой), но еще больше в тонком слое горных пород вблизи различных пустот. Если добавить сюда то, что по этим пустотам снизу поднимаются разные газы, от сероводорода до углекислого, то получится, что условия там для синтеза органических веществ и формирования первых клеток лучше чем, в «бульоне». По крайней мере это подтверждается расчетами ученых.
Джон Аллен, соавтор Мартина, обращает внимание на сходство химических свойств живых клеток и тех гипотетических пузырьков, из которых они могли возникнуть в недрах планеты. «Величина градиента концентрации протонов, и, что особенно важно, его направление, – говорит Аллен, – в современных клетках совпадают с тем, что должно было быть в тех еще неживых образованиях, из которых они возникли».
Внутри клеток сейчас накапливается отрицательный электрический заряд, а снаружи, напротив, положительный: именно за счет создания градиента концентрации протонов, ионов водорода. Этот градиент играет важнейшую роль в самых разных процессах, от получения клеткой энергии до передачи нервных импульсов, а его величина, как считают ученые, была определена условиями на большой глубине, где-то под поверхностью Земли свыше 3 млрд лет назад.
