CC BY
142
ARBOR VITAE / ДРЕВО ЖИЗНИ
Силурийское дно. Худ. Зденек Буриан. 1930-е-1940-е гг.
УДК 552.6: 573.5
Маракушев А.А.
Астробиология - иллюзорная наука1
Маракушев Алексей Александрович, доктор геолого-минералогических наук, профессор, главный научный сотрудник Института экспериментальной минералогии РАН, академик РАН, почётный профессор МГУ им. М.В.Ломоносова
E-mail: marak@cat.icp.ac.ru
В статье доказывается ошибочность представлений о происхождении и развитии жизни в космосе за пределами Земли. Они основываются на неверной интерпретации сложных биоморфных текстур в метеоритах.
Ключевые слова: метеориты, углистые хондриты, изотопы, биоморфные текстуры, углеводороды, бактериальная палеонтология, происхождение жизни.
Выраженное в названии статьи сомнение в правомерности существования астробиологии (синонимы - биоастрономия, экзобиология) на первый взгляд выглядит малооправданным и несвоевременным: в 1999 г. в США организован крупный астробиологический институт с ассигнованиями 9 млн. долл. на первый год и перспективой расширения годовых ассигнований до 20-100 млн. долл. Широкий разворот астробиологических исследований в США санкционировал президент Б.Клинтон, поздравивший американских ученых с открытием жизни на Марсе. Толчком к этому стало обнаружение профессором ДМаккеем (НАСА) углеводородных выделений сложной морфологии в найденном во льдах Антарктиды метеорите АЬИ-84001, который был отнесен им к «пришельцам» с Марса. Углеводородное вещество метеорита представлено Д.Маккеем в качестве доказательства проявлений жизни на этой планете, и такая точка зрения широко распространилась в научных и научно-популярных публикациях .
Однако в нашей лаборатории на кафедре петрологии геологического факультета МГУ, занимающейся микро-
1 Статья является дополненным вариантом публикации: Маракушев А.А. Астробиология - иллюзорная наука // Вестник РАН. 2000. Т. 70. № 3. С 225-226.
2C1ayton R.N., Mayeda Т.К. Oxygen isotope studies of achondrites // Geochim. et Cosmochim. Acta. 1996. V. 60. №11.; Gibson E.K., McKay D.S., Thomas Keprta K., Romanek Ch.S. The Case for relict life of Mars // Sci. Amer. 1997. December.
зондовым изучением метеоритов1, утверждение о возможности внеземной жизни сразу же вызвало скептическое отношение. Дело в том, что углеводородные выделения аналогичной сложной морфологии вообще свойственны метеоритам и с давних времен им давалось описание, которое не связывалось с проявлениями жизни, но только в хондритах, а не в таких типах метеоритов, для которых можно предположить связь с марсианской системой. К предположительно марсианским SNC-меIеоритам относятся шерготтиты, наклиты, шассиньиты. Хондриты же, представляющие наиболее распространенный тип метеоритов, ничего общего не имеют с системой Марса, источником их служит пояс астероидов, расположенный между орбитами Марса и Юпитера .
Углеродное вещество в хондритах образует очень сложные волокнистые и стебельчатые, нередко многочленные, выделения. Они описаны в работах академика А.П.Виноградова4, в обстоятельной монографии его ученика Г.П.Вдовыкина и многих последующих публикациях. В них приводится детальный анализ особенностей углеводородного вещества хондритов и доказывается его абиогенная природа. Современная электронная микроскопия с высокой разрешающей способностью окончательно подтвердила этот вывод, определив ничтожные размеры структурных элементов углеводородных выделений в хондритах, измеряемых всего десятками нанометров. Нано-метровому размеру не соответствуют даже простейшие из известных в биологии микроорганизмов, которые несравнимо крупнее; поэтому продолжающие публиковаться представления о наличии минерализованных бактерий в хондритах мне кажутся иллюзорными.
В докладе, представленном на XXIII конференцию по антарктическим метеоритам в Токио, нами была доказана принадлежность к семейству обыкновенных хондритов (класса Н) и антарктического метеорита АШ-84001 . Он соответствует Н-хондритам по ряду петрологических особенностей, изотопии кислорода и древнему возрасту - 4.56 млрд. лет, тогда как SNC-метеориты несравнимо более молодые образования, возраст которых 1.2 млрд. лет . Таким образом, отнесение метеорита АШ-84001 к марсианским - простое недоразумение.
Г.П.Вдовыкин и другие исследователи выявили большое разнообразие углеводородов в хондритах, представленных газообразными их типами, алканами, ароматическими углеводородами, аминокислотами, жирными кислотами, полимерным веществом и т.д. (хондрит Мигеи и др.). Распространенность углеводородного вещества в хондритах прямо коррелирует с содержанием в них воды. Абиогенное водно-углеводородное вещество хондритов принципиально отличается от вещества органического происхождения, содержащегося в осадочных породах на Земле, по изотопному составу водорода и кислорода. Углеводород в хондритах сильно обогащен дейтерием (НЮ) = 52І0-6520) по сравнению с углеводородом биологического происхождения (НЮ = 6879-12060)8.
Примечательна специфика хондритов и по изотопному составу кислорода содержащейся в них воды, богатой тяжелыми изотопами 170 и 180 (рис. 1). Космическая вода более тяжелая, чем вода на земной поверхности, что наряду с высокой распространенностью в метеоритном веществе дейтерия относится к неблагоприятным факторам для зарождения и развития жизни. Земля в этом отношении выглядит уникальным объектом, зарождение и развитие биосферы на ней было обусловлено появлением и эволюцией специфической гидросферы. Возникновение океанов, фиксируемое морскими отложениями в эмбриональных континентальных структурах, датируется 3.8 млрд. лет назад . В неразрывной связи с развитием гидросферы на Земле последовательно прослеживается эволюция жизни, начинавшаяся 3.5 млрд. лет назад с анаэробных и фотосинтезирующих бактерий и прокариотов. Об этом прямо свидетельствуют данные бактериальной палеонтологии - нового раздела палеонтологии10, созданного на основе электронно-микроскопического изучения углеводородного вещества древнейших пород.
Вначале жизнь развивалась исключительно в подводных условиях. В силуре (около 430 млн. лет назад) стало возможным наземное развитие жизни благодаря появлению озонной защиты Земли от губительного коротковолнового излучения Солнца11. Изотопная специфика гидросферы Земли (см. рис. 1) обусловлена ее автономным развитием в результате восходящих из земного ядра флюидных потоков, в которых происходили реакции диспропорционирования компонентов: Н2 + СО = С + Н20, Н2 + ЗСО = СО2 + Н20 + 2С, ЗН2 + СО = СН4 + Н20, СН2 + Н2 = СН4, 2СН2 = СН4 + С и др. Согласно этим реакциям, одновременно с образованием воды на земную
1Маракушев А. А., Грановский Л.Б., Зиновьева Н.Г., Митрейкина ОБ., Чаплыгин О.В. Космическая петрология. М.: Наука, 2003. 387 с.
2 Marakushev А.А. Cosmic petrology and the planetary evolution of the Solar system // Astronomical and Astrophysical Transactions. 2005. V. 24. №6. pp. 507-519.
3 Оаухт R.N., Мауеda Т.К. Oxygen isotope studies of achondrites.
4 Виноградов А.П. Химическая эволюция Земли. М.: Изд-во АН СССР, 1959.
Вдовыкин Г.П. Углеродистое вещество метеоритов. М: Наука, 1967.
6 Marakushev А.А., Bobrov A.V. Origin of ALH-84001 Antarctic meteorite // Antarctic meteorites XXIII. Tokyo, 1998. P. 66-68.
7 Wood С.А., Ashwal L.D. SNC-meteorites: Igneous rocks from Mars? // Proc. Twelfth Lunar Planet Sci. 1981. V. 12. № 1.
8 Войткевич Г.В. Геохимия и космохимия изотопов. М.: Наука, 1983.
9 Маракушев А.А. Происхождение Земли и природа ее эндогенной активности. М.: Наука, 1999.
10 Розанов А.Ю., Заварзин Г.А. Бактериальная палеонтология // Вестник РАН. 1997. № 3.
11 Сывороткин В.Л. Дегазация Земли и разрушение озонового слоя //Природа. 1993. № 9.
8170, %с
5180, %о
Рис. 1. Диаграмма изотопного состава кислорода в морской воде на Земле и в космической воде - в хондритах3
8 7О соответствует отношению 17О/16О, 818О - отношению 18О/16О
ARBOR VITAE / ДРЕВО ЖИЗНИ
поверхность поступала масса углеродного вещества, причем импульсно, как можно судить по дискретному формированию горизонтов черносланцевых формаций в осадочной оболочке нашей планеты . Этими горизонтами фиксируются катастрофические рубежи геологической истории, разделяющие периоды стратиграфической летописи, когда происходили массовые вымирания животных и растений, обусловленные импульсами водородной дегазации жидкого земного ядра .
Генерация воды в восходящих потоках глубинных флюидов приводит к эффективному понижению температуры плавления пород, поэтому с ней связаны плавление земной коры и мантии, а также развитие магматизма. В магматические породы закономерно вплетается и углеводородное вещество, где оно фиксируется в своеобразных, свойственных только ему причудливых формах кристаллизации. Их выявили академик Н.П.Юшкин с сотрудниками, которыми создано новое направление электронно-микроскопического изучения магматических пород и получены замечательные результаты. При увеличении примерно в 10 тыс. раз раскрылся удивительный мир структурного своеобразия углеводородного вещества глубинных изверженных пород (рис. 2). В шлировых пегматитах Волыни (Украина) оно представлено сложным соединением углерода с водородом, кислородом, серой и азотом типа керита и содержит примесь многих рудных металлов в количестве 10" - 10" мас. %. Абиогенная природа подобного рода углеводородных выделений в пегматитах, как и во всех других изверженных породах, не вызывает сомнений. В то же время в них прослеживаются элементы сходства по структуре и составу с углеродными выделениями в хондритах.
Эта аналогия могла бы служить дополнительным аргументом в пользу абиогенной природы и космического углеродного вещества.
Однако Н.П.Юшкин, признавая его абиогенную природу, подчеркивает сходство со структурами органического вещества: «Фибровидный керит очень похож на живые организмы по свойствам и струк-туре»4. На данной аналогии основывается и генетическая интерпретация абиогенных кристаллических выделений углеводородного вещества в пегматитах, рассматриваемых в качестве «модели пред-биологических организмов» в ходе предполагаемой «углеводородной кристаллизации жизни».
Такой трактовке придается не только земной, но и космический аспект: "Углеводородная жизнь может кристаллизоваться в широком диапазоне условий на Земле и в космосе».5. С этим нельзя согласиться в принципе, так как жизнь - это не вещество или его структура, а особое качество материи. Обладающая этим качеством материя не может "кристаллизоваться" подобно неорганическому веществу в широком диапазоне условий. Весь накопленный к настоящему времени фактический материал с несомненностью свидетельствует о крайне ограниченных условиях возникновения и развития жизни, свойственных только нашей планете. Эти условия связаны прежде всего с оптимальным расстоянием Земли от Солнца, определившим среднюю температуру на ее поверхности около 15°С, что обеспечило существование стабильной специфической гидросферы (см. рис. 1), без которой на Земле было бы невозможно зарождение и развитие жизни. На ближайших к ней планетах температура поверхности либо слишком низка (-60°С на Марсе), либо слишком высока (+460°С на Венере) для зарождения на них микроорганизмов. К фактору, стабилизирующему климатическую обстановку и благоприятствующему развитию жизни на Земле, относится невозможный на других планетах карбонатно-силикатный цикл, обусловленный взаимодействием гидросферы и атмосферы. Древнейшие осадочные формации на нашей планете (возраст 3.8 млрд. лет) относятся к геосинклинальным морским отложениям, что и определило раннее появление океанов и жизни, фиксируемой методами бактериальной палеонтологии6.
Однако дальнейшее развитие жизни периодически осложнялось вариациями климатической обстановки, связанными с ледниковыми периодами, следующими за ними разрушениями озоновой радиационной защиты Земли и многими другими факторами, угрожавшими жизни и приводившими к биологическим кризисам. В связи с этим уместно заметить, что у А.Эйнштейна удивление вызывало то, что столь невероятно сложный механизм, как жизнь, вообще работает.
Жизнь на Земле зародилась и развивается благодаря протекции множества обстоятельств. Возникновение в космосе такого уникального сочетания благоприятных факторов, как на Земле, кажется невозможным, что исключает образование жизни в космосе, несмотря на наличие в нем огромных масс углеводородного вещества и воды. Помимо простых углеводородов (СН4 и др.) в плотных молекулярных облаках выявлено около 60 углеводородных
1 Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимия черных сланцев. Л.: Наука, 1988.
Маракушев Л.Л. Происхождение Земли и природа ее эндогенной активности. М.: Наука, 1999.; Сывороткин В.Л. Дегазация Земли и разрушение озонового слоя // Природа. 1993. № 9
3 Yushkin N.P. Hydrocarbon crystallization of life // Earth Sci. Frontiers (China Univ. of Geosciences, Beijing). 1999. V. 6. № 1.
4 Yushkin N.P. Hydrocarbon crystallization of life // Earth Sci. Frontiers (China Univ. of Geosciences, Beijing). 1999. V. 6. №1, С. 75.
5 Там же. С. 77.
6 Розанов Л.Ю., Заварзин Г.Л. Бактериальная палеонтология // Вестник РЛН. 1997. № 3.
Рис. 2. Причудливые волокнистые и спиралевидные кристаллы и агрегаты керита С49Н3909(Б, N3 в пегматитах Волыни . Средний диаметр волокон 15 мкм
молекул различной сложности: цианпентацетилен (НС^), муравьиная кислота (НСООН), формальдегид (Н2СО), этанол (С2Н60), цианооктатетрин (НС9N), цианистый водород (CHN) и др.
Самое примитивное ледяное вещество комет в Солнечной системе имеет азотно-углеводородноводный состав, в котором углеводородные молекулы представлены очень разнообразно: СН4, HCN, СН2С^ СН3С^ С2Н2, С4Н2 и др. Однако это особенное примитивное вещество, богатое дейтерием, содержание которого в метаново-водяном льду кометы Галлея на 50-10% выше, чем в межзвездной среде.
В состав многих спутников планет-гигантов Солнечной системы входит метаново-водяной лед, углеводороды регистрируются и в атмосферах спутников. Плотная атмосфера Титана (диаметр 5150 км) - самого массивного спутника Сатурна - состоит из молекулярного азота с примесью метана (10% вблизи поверхности). Помимо метана (СН) в атмосфере Титана выявлены этан (С2Н6), ацетилен (С2Н2), этилен (С2Щ), цианистый водород (НС№), этилцианид (СН3СН2С№), винилцианид (СН2СНС№), цианоацетилен (НССС№) и др. Углеводородное вещество закономерно вплетается в процессы образования планет, первоначально концентрируясь в ледяных водноводородных планетезималях, с аккрецией которых связано их формирование .
Старая идея привноса живого вещества из космоса (панспермия) всегда существовала в науках о Земле, но благодаря высокому современному уровню исследования вещества даже крайние ее сторонники вынуждены признать «огромный разрыв между наиболее сложными привносимыми углеводородными компонентами и генетическим кодом, метаболизмом и саморепродуцированием, которые являются решающими в определении жизни» .
В заключение подчеркнем важность тщательных исследований углеводородного вещества как в изверженных породах на Земле, так и в космических объектах, но их не следует относить к работам биологического плана. Широко распространенная иллюзия прямого отношения процессов образования углеводородных соединений к происхождению и развитию жизни ведет к неправильным методическим подходам. Так, решение проблемы происхождения жизни предлагается «довести до уровня экспериментального моделирования» . В этом усматриваются неоправданные представления о существовании непосредственных связей между абиогенными углеводородными веществами сложной структуры, которые можно создавать и исследовать экспериментально, и особым, во многом еще непостижимым качеством живого вещества, которое экспериментально получить нельзя. Его формирование в уникальных условиях земной поверхности продолжалось миллионы лет. Черносланцевые формации, периодически возникающие в осадочной оболочке Земли, характеризуются накоплением огромных масс углеводородного вещества и, несмотря на связь с ними биотических кризисов, представляются наиболее оптимальной средой для зарождения на нашей планете бактериальной жизни.
Таким образом, сложные колломорфные текстуры в метеоритах, имеющих нередко очень древний возраст - 4-5 млрд. лет, - могут ошибочно интерпретироваться как биогенные образования и приводить к совершенно фантастическим представлениям о происхождении и развитии жизни: «Жизнь возникла гораздо раньше происхождения Земли» , «Вероятность возникновения жизни на Земле крайне мала».
Углеводороды и органические соединения, в изобилии содержащиеся в углистых хондритах, имеют исключительно абиогенное происхождение. Земля является единственной колыбелью жизни в обозримой Вселенной.
ЛИТЕРАТУРА
1. Виноградов А.П. Химическая эволюция Земли. М.: Изд-во АН СССР, 1959.
2. Вдовыкин Г.П. Углеродистое вещество метеоритов. М: Наука, 1967.
3. Войткевич Г.В. Геохимия и космохимия изотопов. М.: Наука, 1983.
4. Маракушев А.А., Грановский Л.Б., Зиновьева Н.Г., Митрейкина О.Б., Чаплыгин О.В. Космическая петрология. М.: Наука, 2003. 387 с.
5. Маракушев А.А. Астробиология - иллюзорная наука // Вестник РАН. Т. 70. № 3 . 2000. С. 225-226.
6. Маракушев А.А. Происхождение Земли и природа ее эндогенной активности. М.: Наука, 1999.
7. Розанов А.Ю. Когда появилась жизнь на Земле? // Вестник РАН Т. 80. № 5-6. 2010. С. 533-541.
8. Розанов А.Ю., Заварзин Г.А. Бактериальная палеонтология // Вестник РАН. Т. № 3. 1997. С.
9. Сывороткин В.Л. Дегазация Земли и разрушение озонового слоя // Природа. 1993. № 9.
10. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимия черных сланцев. Л.: Наука, 1988.
11. Bеrnstein М.Р., Sanford S.A., Allamandola L.J. Life’s farflang raw materials // Sci. Amer. 1999. № 7.
12. Оаут R.N., Мауеda Т.К. Oxygen isotope studies of achondrites // Geochim. et Cosmochim. Acta. 1996. V. 60. № 11.
13. Gibson E.K., McKay D.S., Thomas Keprta K., Romanek Ch.S. The Case for relict life of Mars // Sci. Amer. 1997. December.
14. Marakushev А.А. Cosmic petrology and the planetary evolution of the Solar system. // Astronomical and Astrophysical Transactioons. 2005. V. 24. №6. pp. 507-519.
15. Marakushev А.А., Bobrov A.V. Origin of ALH-84001 Antarctic meteorite // Antarctic meteorites XXIII. Tokyo, 1998. P. 66-68.
16. Wood С.А., Ashwal L.D. SNC-meteorites: Igneous rocks from Mars? // Proc. Twelfth Lunar Planet Sci. 1981. V. 12. № 1.
17. Yushkin N.P. Hydrocarbon crystallization of life // Earth Sci. Frontiers (China Univ. of Geosciences, Beijing). 1999. V. 6. №1.
1 Маракушев Л.Л. Происхождение Земли и природа ее эндогенной активности. М.: Наука, 1999.
2 Вєг^єіп М.Р., Sanford S.A., Allamandola L.J. Life’s farflang raw materials //Sci. Amer. 1999. № 7. (стр. 33).
3 Yushkin N.P. Hydrocarbon crystallization of life // Earth Sci. Frontiers (China Univ. of Geosciences, Beijing). 1999. V. 6. №1.
4 Розанов Л.Ю. Когда появилась жизнь на Земле? //Вестник РЛН Т. 80. № 5-6. 2010. С. 533-541, стр. 539.
5 Там же. С 540.
