Тем временем фрагменты пыли, вращающиеся вокруг ядра, начали уплотняться, превращаясь в небольшие камни. Затем, разрастаясь, как снежные комья, они образовывали большие валуны, которые со временем выросли в глыбы диаметром в несколько километров. Эти глыбы называются планетезималями. Последние, сталкиваясь, в конечном итоге образовали четыре внутренние каменные планеты – Меркурий, Венеру, Землю и Марс, а также каменные ядра «газовых гигантов» - Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна. Энергия, выделяемая Солнцем (солнечный ветер), сорвала с внутренних планет окружающую их газовую оболочку. Гигантские же планеты находились вне пределов мощного потока солнечного ветра и поэтому сумели сохранить свои плотные атмосферы до наших дней.
На ранней стадии своего существования Земля была такой же бесплодной планетой, какой в наши дни является Луна. Не защищенная атмосферой, она постоянно подвергалась бомбардировкам метеоритами – миллионами каменных обломков, носившихся по молодой Солнечной системе. Они врезались в Землю, «выбивая» на ее поверхности огромные кратеры. Постоянные бомбардировки Земли метеоритами, возможно, стали причиной того, что ее каменная поверхность расплавилась: планета превратилась в один сплошной океан раскаленных, расплавленных горных пород. Со временем бомбардировки ослабли, и поверхность Земли охладилась. Под затвердевшей поверхностью остались пузыри сжатых газов.
Под действием все возрастающего давления водород, углекислый газ, водяной пар и азот прорывались через земную кору на поверхность в виде вулканов. Тысячи извержений бушевали по всему земному шару. Накопленные газы сформировали вокруг Земли новую атмосферу. Из поднимавшегося вверх водяного пара образовались облака, окутавшие планету.
Сначала никакой жизни на Земле не было вовсе, были одни минеральные, газообразные и жидкие вещества, подвергавшиеся разнообразным геохимическим процессам*. Вслед за этим в самых своих простейших формах появилась жизнь со своими уже биохимическими процессами, протекающими в клетках. Некоторые полагают, правда, что какие-то «споры жизни» могли быть занесены на нашу планету из космоса – но там то они откуда взялись? Но как геохимические процессы «превратились» в биохимические, то есть как на основе круговорота минеральных веществ возник круговорот веществ органических? Это и будет ответом на самый важный вопрос: как неживое стало живым.
Обстановка была на Земле сравнима с сущим адом: скалистые горы серо-черного цвета с острейшими вершинами, еще не затронутыми эрозией*, вздымаются над волнующейся морской пучиной. Небо покрыто сплошной пеленой вулканического пепла и тяжелыми черными тучами, между которыми то и дело с треском проскакивают молнии. Из космоса изливаются потоки ультрафиолетовых лучей, убивающих все живое, только вода задерживает их своей толщей.
Именно в таких странных и совершенно не пригодных для жизни (с точки зрения современного наблюдателя) условиях на Земле начали образовываться простейшие органические соединения – небольшие молекулы сахаров, аминокислоты и некоторые другие. Вся обстановка этому способствовала: и высокое содержание особых газообразных веществ, между которыми прямо в атмосфере протекали химические реакции; и отсутствие кислорода – этот химический элемент попросту разрушал бы, окисляя, все получающиеся вещества. И это не просто домыслы: когда подобные условия воспроизвели в лаборатории, были действительно получены многие молекулы, входящие в состав живых организмов.
Потихоньку таких веществ становилось все больше и больше, они из атмосферы попадали в воду. Так в морях образовывался своеобразный «первичный бульон» из простых органических веществ, особенно «густой» у мелких берегов, хорошо подогреваемых солнцем. Многие из молекул содержали определенные количества энергии, «запасенной» в форме химических связей между их атомами. И это было очень важно: ведь появились «неосвоенные» запасы вещества и энергии, которые нужно было как-то «концентрировать», собирать в какие-то более сложные комплексы. Таким способом, образно говоря, природа «приводила в порядок» протекающие через «бульон» энергетические «потоки» - таков один из законов синергетики*. Вследствие этого происходило нарастание сложности круговорота веществ – пока еще геохимического, но уже содержащего в «зачатке» некоторую толику и живого вещества.
Как же это достигалось? Сначала небольшие молекулы собирались в виде так называемых макромолекул, то есть состоящих из очень большого числа атомов, - тех же сахаров, белково-подобных соединений, липидов и так далее. Мало-помалу из них стали формироваться крошечные, в несколько десятков микрон, капельки – коацерваты, которые во множестве стали плавать в том самом «бульоне». Одни из них состояли из одинаковых молекул, другие из разных, в том числе белковых и нуклеиновых; те кому «повезло», оказывались окруженными чем-то вроде мембраны из липидов, что придавало всей капле дополнительную устойчивость. Коацерваты образовывались и распадались, росли и делились; при этом они «питались» другими молекулами, поглощая их через свою поверхность и расщепляя на мелкие составные части – это был прообраз будущего брожения, освоенного позже в полной мере бактериями. И все подобные процессы ученые, среди них наш соотечественник А.И. Опарин, тоже наблюдали в своих лабораториях.
И вот среди коацерватов, этих прообразов будущих живых клеток, началась… биохимическая эволюция. Те капельки «преджизни», которые могли с помощью катализаторов* (из которых потом получились ферменты) более эффективно «питаться» и накапливать больше энергии, получали преимущество. А среди них в особом выигрыше оказывались, несомненно, те, которые были способны передавать свои свойства «потомкам», то есть другим капелькам, на которые распадалась родительская. Такими оказывались коацерватные капли, включавшие в себя молекулы белков и нуклеиновых кислот: белки обеспечивали все процессы «питания», а нуклеиновые кислоты – процессы сохранения и передачи информации от родительских капелек дочерним. То есть у них возникли уже какие-то зачатки наследственности.
Это напоминает примитивнейшие живые организмы, которые нельзя получить, но можно наблюдать в пробирке, - бактерии.
Разумеется, многое из «предбиологической» эволюции пока еще остается непонятным. Например, разных аминокислот в лабораторных условиях получены сотни, а в построении белков у нынешних живых организмов их участвует только 20 – почему? Эти аминокислоты существуют в двух конфигурациях, химики их называют «левыми» и «правыми»: в химических реакциях они получаются в разных соотношениях, а в белках обнаруживаются только «правые» - почему? Роль «записывающего устройства» для генетической информации была закреплена за одной из многих возможных нуклеиновых кислот, знаменитой ДНК (то есть дезоксирибонуклеиновой кислотой) – каким образом и почему? А сложнейший механизм синтеза белков, в который вовлечены молекулы еще одной нуклеиновой кислоты, не менее знаменитой РНК (то есть рибонуклеиновой кислоты) – как он сложился? Вопросы, вопросы, вопросы…
И все-таки ответ на главный из них получен: именно таким образом и при таких условиях на Земле, скорее всего, образовались самые первые простейшие организмы. С них то и началась биологическая эволюция.
Образование живого организма стало действительно ключевым событием в развитие земной биоты. Именно на него выпала функция упорядочения тех потомков энергии, запасенных в органическом веществе, которые вовлечены во всеобщий круговорот на Земле.
Самыми первыми были одноклеточные организмы, очень похожие на бактерий. Эти микроскопические существа сохранились с тех древнейших времен до наших дней, так что мы можем воочию наблюдать, какова была жизнь на самых первых этапах ее становления. От коацервата бактерию отличает более сложное строение: есть цитоплазма, в которой протекают все процессы метаболизма; есть окружающие цитоплазму клеточные стенки; в цитоплазме есть особые тельца рибосомы – своеобразные внутриклеточные «фабрики белка»; наконец, есть свернутая в кольцо тоненькая ниточка ДНК, в которой записана вся генетическая информация об этом организме – так называемый генотип. Не менее важно было «изобретение» ферментов: эти органические молекулы, вне живой клетки неизвестные, служат катализаторами внутриклеточного метаболизма*. С их участием биохимические реакции протекают в доли секунды, а без ферментов они длились бы годами.
Эти первые организмы овладели и настоящим бесполым размножением: они не просто стали «распадаться» на части (у одних – вдоль, у других – поперек), но благодаря ниточке ДНК родительская клетка все свои свойства теперь передавала потомкам без потерь. Наконец, благодаря способности запасать энергию микроорганизмы научились двигаться не по воле стихий, а по своему усмотрению, у некоторых даже образовались для этого специальные «органы движения» - жгутики.
Самые примитивные из этих одноклеточных существ (оказывается, и среди первых есть примитивные), подобно коацерватным каплям, просто поглощали из «первичного бульона» сложные органические соединения и расщепляли их до более простых. Эти организмы были неспособны обходиться без веществ, созданных не ими самими, их называют гетеротрофами. Все они жили в среде без кислорода; напротив, как это не трудно себе представить, для таких организмов свободный кислород был бы настоящим «ядом», поскольку разрушал бы их ферменты.
По мере того как организмы плодились и захватывали жизненное пространство, пищи для них становилось все меньше и меньше: скорости геохимического круговорота было недостаточно, чтобы производить нужные им сложные вещества в достаточном количестве. Тогда-то, наверное, впервые и возникла «борьба за существование» - та самая борьба за пищевой ресурс, которая во многом определила пути всей последующей биологической эволюции.