Не отставая от астрономии 70-х и 80-х годов двадцатого века, биохимия раскрыла многие секреты земной жизни. Ученые проникли в самые глубинные структуры живых клеток, расшифровали генетический код, отвечающий за воспроизведение организма, синтезировали многие тончайшие структуры, содержащиеся как в одноклеточных организмах, так и в клетках самых сложных живых существ. Стенли Миллер, продолжавший исследования в Калифорнийском университете в Сан-Диего, отмечал, что «теперь мы научились получать органические соединения из неорганических элементов; следующий шаг — узнать, как они организуются в воспроизводящую себя клетку».
Гипотеза «первичного бульона» предполагает, что множество этих первых органических молекул, растворенных в океане, сталкивались друг с другом в результате воздействия волн, течений и изменения температуры и в конечном итоге соединялись, образуя ячеистые структуры, из которых затем образовались полимеры — длинные цепные молекулы, составляющие основу живых организмов. Но откуда у этих структур генетическая память, которая позволяет им не только объединяться, но и воспроизводить себя, а также обеспечивать рост целого организма? Необходимость генетического кода в процессе преобразования неживой органической материи в живую привела к появлению гипотезы «глины».
Первое упоминание об этой теории связывают со сделанным в апреле 1985 года заявлением ученых из исследовательского центра в Эймсе, который являлся одним из подразделений NASA в Калифорнии, однако идея о том, что глина с берегов древних морей Земли играла важную роль в происхождении жизни, впервые была озвучена в октябре 1977 года на Тихоокеанской химической конференции. Там Джеймс А. Лоулес, возглавлявший коллектив исследователей отделения NASA в Эймсе, сообщил об экспериментах, в которых простые аминокислоты (кирпичики, из которых состоит белок) и нуклеотиды (химический строительный материал для генов) — предполагалось, что они уже образовались в густом «первичном бульоне» моря — начали соединяться в цепочки, когда осаждались на глине, в состав которой входили такие металлы, как никель или цинк, а затем высыхали.
Исследователи считали важным тот факт, что присутствие никеля приводило к образованию лишь двадцати типов аминокислот, общих для всех живых организмов Земли, тогда как содержащийся в глине цинк помогает образованию цепочек нуклеотидов, в результате чего формировался аналог очень важного энзима (он называется ДНК-полимеразой), который связывает части генетического материала во всех живых клетках.
В 1985 году ученые из исследовательского центра в Эймсе сообщили о существенном прогрессе в понимании роли глины в процессах, которые привели к возникновению жизни на Земле. Как выяснилось, глина обладает двумя важными для жизни свойствами: способностью накапливать и передавать энергию. В древности среди прочих источников важную роль могла играть энергия радиоактивного распада. Используя накопленную энергию, глина могла действовать как химическая лаборатория, где неорганическое сырье превращалось в более сложные молекулы. Более того, Армии Вейсс из Мюнхенского университета сообщил об экспериментах, в которых кристаллы глины как бы «воспроизводились» из «родительского» кристалла — пример примитивной репликации. Грэм Кейрнс-Смит из Университета Глазго утверждал, что неорганические «протоорганизмы» в глине играли роль «образцов», из которых в конечном итоге развились живые организмы.
Объясняя эти удивительные свойства глины — даже обычной глины — Лелия Койн, возглавлявшая группу исследователей, утверждала, что способность глины накапливать и передавать энергию обусловлена «ошибками» в строении ее кристаллов. Эти дефекты микроструктуры глины действовали как области накопления энергии, откуда затем поступали химические «указания» для формирования протоорганизмов.
«Если эта теория подтвердится, — говорилось в комментарии „The New York Times“ — то жизнь на Земле своим возникновением обязана накоплению химических ошибок». Таким образом, теория происхождения жизни из глины, несмотря на все ее преимущества, точно так же, как и теория «первичного бульона», опиралась на случайности — ошибки микроструктуры в одном случае, удары молний и столкновения молекул в другом — в попытках объяснить процесс превращения химических элементов сначала в простые органические молекулы, затем в сложные органические молекулы, а в конечном итоге и живую материю.
«По всей видимости, обычная глина обладает двумя свойствами, очень важными с точки зрения жизни. Она способна накапливать энергию и передавать ее. Таким образом, утверждают ученые, глина может играть роль „химического завода“, превращая неорганическое сырье в более сложные молекулы. Из этих сложных молекул развилась жизнь — и в конечном итоге мы с вами.
Совершенно очевидно, что „прах земной“, о котором говорится в Книге Бытия и из которого был сотворен человек, представлял собой глину. Странно то, что мы так часто повторяли эти слова, но не понимали их».
Немногие осознали, что объединение теорий «первичного бульона» и «глины» еще больше подтверждало представления древних. Чтобы служить катализатором в процессе образования коротких цепочек аминокислот, глина должна пройти несколько циклов увлажнения и высыхания. Этот процесс требует окружающей среды, где влажные периоды чередуются с сухими — либо на суше, где периодически идут дожди, либо в приливных зонах, где море то подступает к берегу, то отступает. В результате был сделан вывод — похоже, в его пользу говорят и результаты экспериментов, выполненных в Институте молекулярной и клеточной эволюции Университета Майами и направленных на поиск протоклеток — о том, что первым одноклеточным организмом на Земле была примитивная водоросль. Эта водоросль, которую и сегодня можно обнаружить в прудах и влажной почве, за прошедшие несколько миллиардов лет практически не изменилась.
Еще совсем недавно у нас не было доказательств того, что на суше живые организмы существовали более 500 миллионов лет назад, и поэтому предполагалось, что развившаяся из одноклеточных водорослей жизнь ограничивалась океанами. «В океанах были водоросли, но суша оставалась безжизненной», — так писали в учебниках. Однако в 1977 году группа ученых из Гарварда под руководством Элсо С. Баргхорна обнаружила в осадочных породах в Южной Африке остатки микроскопических одноклеточных организмов, возраст которых оценивается в 3,1 миллиарда лет (возможно, даже 3,4 миллиарда). Эти организмы похожи на современные сине-зеленые водоросли и почти на миллиард лет отодвигают назад период, когда на Земле появились эти предшественники более сложных форм жизни.
До этого открытия считалось, что процесс эволюции протекал преимущественно в океанах, а сухопутные живые организмы развились из морских — с амфибийными формами в качестве промежуточной стадии. Однако присутствие зеленых водорослей в таких древних осадочных породах требовало пересмотра теории. Среди ученых нет единого мнения, чем считать сине-зеленую водоросль — растением или животным. Дело в том, что этот организм имеет сходство с бактериями и самой первой фауной и в то же время, вне всякого сомнения, является предшественником хлорофилловых растений — растений, которые используют солнечный свет для превращения питательных веществ в органические соединения, выделяя при этом кислород. Зеленая водоросль, не имевшая ни корней, ни стебля, ни листьев, стала родоначальником всех растений, покрывающих сегодня нашу Землю.
