Текст книги "Вопрос жизни. Энергия, эволюция и происхождение сложности"

Как важно быть щелочью

Щелочные гидротермальные источники обеспечивают точно те условия, которые требуются для возникновения жизни: мощный приток углерода и энергии, проходящий над неорганическими катализаторами, и специфические ограничения этого потока, которые позволяют добиться высоких концентраций органики. Гидротермальные жидкости насыщены растворенным водородом и, в меньших количествах, другими восстановленными газами, включая метан, аммиак и сероводород (который в щелочной среде превращается в сульфид-ион). Гидротермальные источники Затерянного города и другие известные щелочные источники имеют микропористую структуру: у них нет главного “жерла”. Составляющая их порода похожа на минерализованную губку, где крошечные, от микрометров до миллиметров в диаметре, поры разделены тонкими стенками, вместе образуя огромный лабиринт, сквозь ходы которого просачиваются наружу гидротермальные жидкости. Из-за того, что эти жидкости не перегреваются, контактируя с магмой, их температура способствует не только синтезу органических молекул, но и тому, что жидкости вытекают медленно. Вместо того чтобы неистово извергаться, жидкости спокойно протекают над каталитическими поверхностями. И гидротермальные источники существуют тысячелетиями – как Затерянный город, которому минимум 100 тыс. лет. Рассел указывает, что если перевести в более подходящие для химических процессов единицы времени, получится 10¹⁷ микросекунд. Неимоверно долго!

Теплые течения по лабиринту крошечных пор способствуют концентрированию органических молекул (в том числе аминокислот, жирных кислот и нуклеотидов), обеспечивая возрастание концентраций до значений, в миллионы раз превышающих изначальные. Это становится возможным благодаря термофорезу. Принцип примерно такой же, как в стирке: в стиральной машине мелкое белье нередко скапливается внутри большого пододеяльника. Оба этих явления зависят от кинетической энергии. При высоких температурах маленькие молекулы (и белье) кружатся и танцуют, вольные двигаться в любом направлении. А по мере того как гидротермальные жидкости смешиваются друг с другом и остывают, кинетическая энергия органических молекул падает, и они уже вовсе не так свободны (это и происходит с носками, когда их окутывает одеяло). Это означает, что они, скорее всего, уже не покинут место, где оказались. Так органические молекулы скапливаются в областях с более низкой кинетической энергией (рис. 13). Эффективность термофореза отчасти зависит от размера молекул: крупные, вроде нуклеотидов, концентрируются сильнее, чем молекулы меньшего размера. Низкомолекулярные конечные продукты, например метан, легко покидают гидротермальный источник.

Итак, постоянное гидротермальное течение сквозь микропористые стенки источников должно концентрировать органику путем активного динамического процесса, который не изменяет равновесное состояние (как, например, вымораживание или упаривание), а, напротив, сам является равновесным состоянием. Более того, термофорез обеспечивает химические взаимодействия органических молекул, благодаря чему внутри пор источника могут возникать диссипативные структуры.

Рис. 13. Термофорез позволяет добиться очень высоких концентраций органики.

А. Щелочной гидротермальный источник из Затерянного города (в разрезе). Заметна пористая структура стенок: здесь нет центрального жерла, вместо него – лабиринт пор (от микрометров до миллиметров в диаметре).

Б. Органические вещества, например нуклеотиды, теоретически могут достигать концентраций, более чем в 1 тыс. раз превышающих первоначальные, путем термофореза за счет конвекционных токов и тепловой диффузии в порах источника.

Г. Пример экспериментального термофореза, осуществленного в нашем реакторе в Университетском колледже Лондона. Здесь показан флуоресцентный органический краситель (флуоресцеин) в пятитысячекратной концентрации на пористой керамической пене (диаметр 9 см).

Д. Другое флуоресцентное вещество, хинин, концентрируется еще сильнее, минимум в миллион раз.

Возможно, это звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой. Вблизи щелочных гидротермальных источников Затерянного города цветет жизнь, пусть и представленная в основном бактериями и археями. В этих источниках в небольших количествах образуется органика: метан и следы других углеводородов. Но новых форм жизни там определенно не возникает, и даже среды, богатой органикой, в результате термофореза не образуется. Конечно, уже живущие там бактерии подчищают ресурсы, но есть и более фундаментальные причины.

“Черные курильщики” 4 млрд лет назад отличались от сегодняшних. И химия щелочных гидротермальных источников в то время была иной. Конечно, в чем-то они очень похожи. Сам процесс серпентинизации не должен был измениться: теплые, насыщенные водородом щелочные потоки, по всей видимости, растекались по морскому дну и тогда. Но химия океана была совсем другой, а это должно было сказаться на минеральном составе щелочных источников. Сейчас “курильщики” Затерянного города сложены в основном из карбонатов (арагонита), а другие похожие источники, открытые позднее (например Стритан в Исландии), состоят из глин. Что творилось в катархейских океанах 4 млрд лет назад, мы не можем точно сказать. Неизвестно, какие именно структуры должны были тогда формироваться, но ясно, что двумя ключевыми факторами, определяющими их тип, являлось отсутствие кислорода и гораздо более высокая, чем сейчас, концентрация CO₂ в воздухе и океане. Из-за этих отличий древние щелочные источники в роли потоковых реакторов должны были быть гораздо эффективнее.

В отсутствие кислорода железо переходит в раствор в виде двухвалентного иона. Мы знаем, что в древних океанах было много ионов железа: они выпали в осадок, образовав огромные слоистые железные формации (гл. 1). Большая часть этих растворенных ионов попала в воду из “черных курильщиков”. Также мы знаем, что железо должно было осаждаться, формируя щелочные гидротермальные источники – не потому, что мы это наблюдали, а потому, что это должно быть обусловлено химическими закономерностями (и мы можем воссоздать этот процесс в лабораторных условиях). Железо будет выпадать в осадок в виде гидроксидов и сульфидов, которые образуют каталитические кластеры. Такие кластеры входят в состав ферментов, контролирующих метаболизм углерода и энергии (например в составе белка ферредоксина). Когда кислорода не было, минеральные стенки щелочных источников должны были содержать каталитически активные железные минералы – скорее всего с примесями других активных металлов, например никеля и молибдена (который растворяется в щелочных жидкостях). А это очень похоже на настоящий потоковый реактор: насыщенные водородом жидкости циркулируют в лабиринте микроскопических пор, стенки которых каталитически активны и где удерживаются и концентрируются продукты, а отходы – удаляются.

Но что именно вступает в реакцию? Вот мы и подобрались к сути: роли высоких концентраций CO₂. В щелочных гидротермальных источниках в наше время углерода относительно мало, потому что большая часть доступного неорганического углерода осаждается на стенах источника в виде карбоната (арагонита). По всей видимости, в катархее, 4 млрд лет назад, концентрация CO₂ была существенно выше (в 100–1000 раз), чем сейчас. Высокие концентрации CO₂ не только обеспечивали источники углеродом, но и делали воду океанов кислее, что препятствовало осаждению карбоната кальция. (В наши дни возрастающая концентрация CO₂ – и, как следствие, закисление океанов – представляет угрозу для коралловых рифов.) Уровень pH современных океанов – около 8, это слабощелочная среда. В катархее же океаны, скорее всего, были нейтральными или слабокислыми, с pH = 5–7 (геохимические данные не дают точные значения). Благодаря сочетанию высокой концентрации CO₂, слабокислых вод океанов, щелочных потоков и тонких стенок, содержащих FeS, стали возможными химические процессы, которые в иных условиях было непросто осуществить.

Химическими процессами управляют термодинамика и кинетика. Законы термодинамики предопределяют, какие из состояний материи более стабильны – иными словами, какие молекулы будут получаться в результате реакции при условии неограниченного времени. Законы кинетики указывают скорость реакций и позволяют понять, какие продукты образуются при реакции за фиксированный срок. Исходя из термодинамических закономерностей, CO₂ будет реагировать с водородом (H₂) с образованием метана (CH₄). Это экзотермическая реакция, она протекает с выделением тепла. За счет этого повышается энтропия окружающей среды – по крайней мере в определенных условиях, благоприятствующих протеканию реакции. Реакция пойдет самопроизвольно, если предоставить ей такие условия (в данном случае это умеренная температура и отсутствие кислорода). Если температура слишком высока, CO₂ становится стабильнее метана. А в присутствии кислорода водород будет реагировать преимущественно с ним, образуя воду. Четыре миллиарда лет назад умеренная температура и бескислородная среда щелочных источников должны были способствовать реакции CO₂ с H₂ с образованием CH₄. Даже сейчас, в присутствии кислорода, Затерянный город производит немного метана. Геохимики Ян Аменд и Том Макколлом рассчитали, что в условиях щелочного гидротермального источника образование органических веществ из H₂ и CO₂ остается термодинамически выгодным до тех пор, пока в среде нет кислорода. Это впечатляет. В таких условиях, при 25–125 °C, формирование тотальной клеточной биомассы (аминокислот, жирных кислот, углеводов, нуклеотидов и т. д.) из H₂ и CO₂ действительно экзергонично. Это значит, что органическая материя при таких условиях должна самопроизвольно формироваться из H₂ и CO₂. В результате образования клеток выделяется энергия и повышается общая энтропия.

Но (и это сильное возражение) заставить реагировать H₂ и CO₂ очень непросто: препятствует кинетический барьер. Хотя термодинамика и утверждает, что они должны самопроизвольно реагировать, некое препятствие не дает этому случиться. H₂ и CO₂ почти безразличны друг к другу. Чтобы заставить их вступить в реакцию, нужно много энергии: бомба, которая проломит барьер. Тогда H₂ и CO₂ вступят в реакцию. Вначале будут образовываться частично восстановленные вещества. CO₂ может принимать электроны только парами. Приобретая пару электронов, CO₂ превращается в формиат (HCOO^–). Приняв еще два электрона – в формальдегид (CH₂O), а следующие два – в метанол (CH₃OH). Наконец, последняя пара дает полностью восстановленный метан (CH₄). Конечно, живые организмы состоят не из метана – основой жизни служит частично восстановленный углерод, в грубом приближении представляющий собой нечто среднее между углеродом в формальдегиде и углеродом в метане. Это означает, что на пути возникновения жизни из CO₂ и H₂ стоят два кинетических барьера. Первый нужно преодолеть, чтобы получить формальдегид или метанол. А второй не должен быть преодолен! Приняв H₂ и CO₂ в свои теплые объятия, клетка в последнюю очередь желала бы, чтобы реакция пошла до конца и образовался метан. В этом случае ее содержимое разлетелось бы, рассеялось, улетучилось. Похоже, жизнь точно знает, как сделать первый барьер ниже и как поддерживать второй (опуская его лишь при необходимости энергии). Но что случилось в самом начале?

Если бы существовал простой и экономичный способ заставить CO₂ реагировать с H₂, затрачивая на это не более энергии, чем получается на выходе, мы немедленно им воспользовались бы. Это был бы огромный шаг на пути к решению глобальной энергетической проблемы. Представьте себе: искусственный фотосинтез, с помощью которого можно расщепить воду на H₂ и O₂! И это уже реальность. Но у водородной энергетики есть свои недостатки. Гораздо лучше заставить реагировать H₂ и CO₂ из воздуха, получая природный газ – или даже синтетический бензин! Тогда можно сразу сжигать этот газ на электростанциях. При этом выброс CO₂ уравновешивался бы его забором. Мы смогли бы остановить повышение концентрации CO₂ в атмосфере, избавиться от зависимости от ископаемого топлива. Энергетический кризис нам точно не грозил бы. Пока мы не преуспели в поиске экономичного осуществления этой реакции. Вряд ли можно добиться более высокого выхода. А вот клетки, даже самые простые, делают это постоянно. Так, метаногены получают нужные им для роста углерод и энергию в результате реакции H₂ с CO₂. Но вот еще более сложный вопрос: как эта реакция могла идти до возникновения живых клеток? Вехтерсхойзер отверг такую возможность. Он решил, что жизнь не могла начаться с реакции CO₂ и H₂, потому что те просто не стали бы реагировать[47]47
  Этот взгляд разделяет и Майк Рассел. Он пытался заставить реагировать CO₂ и H₂ с образованием формальдегида и метанола. Это не удалось, и он уже не верит, что это возможно. Сейчас он вместе с Вольфгангом Ничке приписывает роль возможных двигателей происхождения жизни другим молекулам, главным образом метану (который образуется в источниках) и оксиду азота(II), который, вероятно, присутствовал в ранних океанах. Предполагается, что при этом осуществлялся процесс, аналогичный тому, который используют современные метанотрофные бактерии. Билл Мартин и я не согласны с ними по причинам, которые я не хотел бы здесь обсуждать, но если вам интересно, можете посмотреть статьи Саузы и др. из библиографического списка. Это неочевидный вопрос, потому что ответ зависит от степени закисленности древних океанов. Но его можно изучить экспериментально. Главное достижение последнего десятилетия, несомненно, состоит в том, что теперь теория происхождения жизни в щелочных гидротермальных источниках очень серьезно рассматривается все более широкой группой ученых, которые предлагают гипотезы, а затем проверяют их. Так и устроена наука, и я не сомневаюсь, что каждый будет счастлив, если будет выявлена (и подтверждена) какая-то его ошибка в деталях. И все же любому хочется надеяться (и это естественно), что в целом его концепция верна.


[Закрыть]. Даже высокое давление, как на дне океана, где находятся гидротермальные источники, не заставило бы H₂ вступить в реакцию с CO₂. Вот почему Вехтерсхойзер отстаивал идею пиритного пуллинга. Но один способ все же есть.

Протонная сила

Окислительно-восстановительные реакции предполагают перенос электронов от донора (в данном случае H₂) к акцептору (CO₂). Готовность молекулы отдавать свои электроны называют восстановительным потенциалом. Это не слишком правильная аналогия, но она довольно проста для понимания. Если молекула “хочет” избавиться от своих электронов, восстановительный потенциал принимает отрицательное значение. Чем сильнее она хочет это сделать, тем отрицательнее потенциал. Напротив, если атом или молекула жаждут электронов и готовы их отрывать почти отовсюду, то восстановительный потенциал положителен (можно рассматривать это как притягивание отрицательно заряженных электронов). Кислород “хочет” захватывать электроны (окисляя любое вещество, у которого он их забирает), демонстрируя свой очень высокий положительный восстановительный потенциал. Все эти понятия на самом деле относятся к так называемому стандартному водородному электроду, но сейчас не стоит об этом беспокоиться[48]48
  Восстановительный потенциал измеряется в милливольтах. Представьте себе магниевый электрод, помещенный в сосуд с раствором сульфата магния. Магний легко переходит в раствор в виде ионов Mg²⁺, а отданные им электроны переходят на электрод. Электрод приобретает отрицательный заряд, величина которого может быть рассчитана относительно стандартного водородного электрода – инертного платинового электрода в атмосфере водорода, который погружен в раствор с высокой концентрацией протонов (pH = 0, 1 г протонов на 1 л) при 25 °C. Если магниевый электрод и стандартный водородный электрод соединить проволокой, электроны потекут от отрицательного магниевого электрода к относительно положительному (на самом деле просто менее отрицательному) водородному электроду, в результате чего протоны из кислого раствора будут восстанавливаться с образованием водорода. Магний обладает сильно отрицательным восстановительным потенциалом (–2,37 В) по сравнению со стандартным водородным электродом. Заметьте, что все эти величины верны для pH = 0. В тексте я указываю, что восстановительный потенциал водорода равен –414 мВ при pH = 7. Это потому, что с каждым повышением pH на единицу восстановительный потенциал становится отрицательнее на 59 мВ.


[Закрыть]. Важно, что молекула с отрицательным восстановительным потенциалом склонна избавляться от электронов, передавая их любой молекуле с более высоким восстановительным потенциалом, но не куда-либо еще.

В этом и проблема H₂ и CO₂. При нейтральном pH = 7 восстановительный потенциал H₂ составляет –414 мВ. Если H₂ отдаст свои два электрона, от него останется два протона: 2H⁺. Восстановительный потенциал водорода отражает этот динамический баланс – склонность H₂ терять электроны, превращаясь в H⁺, и склонность 2H⁺ захватывать электроны, образуя H₂. Если бы CO₂ приобрел эти электроны, он превратился бы в формиат. Но восстановительный потенциал формиата равен –430 мВ. Это означает, что он склонен отдавать электроны на H⁺ с образованием H₂ и CO₂: фактически это обратная реакция. Формальдегид и того хуже. Его восстановительный потенциал примерно равен –580 мВ. Он крайне неохотно удерживает собственные электроны и с легкостью отдаст их протонам (с образованием H₂). Таким образом, если рассматривать реакцию при pH = 7, Вехтерсхойзер прав: H₂ никоим образом не сможет восстановить CO₂[49]49
  На самом деле чуть-чуть может. Просто равновесие реакции будет сдвинуто в сторону СО₂ и водорода, а равновесная концентрация муравьиной кислоты будет примерно в 1000 раз ниже, чем СО₂. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]. Но некоторые бактерии и археи живут именно благодаря этой реакции, а значит, она возможна. Мы подробно рассмотрим, как они это делают, в следующей главе. А сейчас все, что нам нужно знать: что бактерии, живущие на H₂ и CO₂, могут расти, лишь получая энергию за счет трансмембранного протонного градиента. Это и есть ключ.

Восстановительный потенциал молекулы часто зависит от pH – иначе говоря, от концентрации протонов. Причина достаточно проста. При переносе электрона переносится и отрицательный заряд. Если молекула, которая восстанавливается, может принять еще и протон, продукт получается более стабильным, потому что положительный заряд протона компенсирует отрицательный заряд электрона. Чем больше протонов доступно для компенсации заряда, тем проще осуществить перенос электрона. Веществу становится легче принять пару электронов. Действительно, восстановительный потенциал повышается при закислении среды примерно на 59 мВ с каждой единицей pH. Чем кислее раствор, тем проще передать электроны на CO₂ и получить формиат или формальдегид. К сожалению, то же самое относится и к водороду. Чем раствор кислее, тем проще перенести электроны на протоны с образованием водорода H₂. И если просто изменить pH, это не возымеет эффекта. Восстановить CO₂ при помощи H₂ по-прежнему будет невозможно.

А теперь подумайте о протонном трансмембранном градиенте. Концентрация протонов – кислотность – по разные стороны мембраны различается. Точно такое же различие наблюдается в щелочных источниках. Щелочные гидротермальные потоки держат путь через лабиринт микропор. Сквозь них же течет слабокислая океанская вода. В некоторых местах потоки соприкасаются: при этом океанская вода, насыщенная CO₂, отделяется от щелочных потоков тонкой неорганической стенкой, содержащей FeS минералы с полупроводниковыми свойствами. Восстановительный потенциал H₂ в щелочных условиях становится ниже: водород в такой среде отчаянно желает отринуть свои электроны, а оставшийся после этого H⁺ может спариться с OH^– в щелочных потоках, порождая стабильную воду. При pH = 10 восстановительный потенциал H₂ равен –584 мВ: это сильный восстановитель. А при pH = 6 восстановительный потенциал для формиата равен –370 мВ, для формальдегида он равен –520 мВ. Иными словами, при такой разнице водороду довольно легко восстановить CO₂ с образованием формальдегида[50]50
  По Лейну, органика накапливалась на кислой стороне древней мембраны, и эта кислая сторона должна была дать начало клеткам. Однако современные клетки откачивают протоны через мембрану наружу, то есть пытаются поддержать внутреннюю среду более щелочной, чем наружная. Выходит, что теория Лейна предсказывает клетки “наизнанку” по сравнению с реальными. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]. Единственный вопрос: как именно электроны переносятся с H₂ на CO₂? Дело в том, что железосерные минералы в тонких неорганических перегородках микропористых источников проводят электроны – пусть не так хорошо, как медная проволока. Теоретически физическое строение щелочных источников могло обеспечить восстановление CO₂ водородом, в результате чего могла получиться органика (рис. 14). Фантастика!

Но так ли это? Вот она, красота науки: это простой вопрос, который можно проверить. Не то чтобы это было просто. Некоторое время я уже пытаюсь это сделать в лаборатории вместе с химиком Барри Херши и аспирантами Александрой Уичер и Элоем Кампруби. На деньги фонда “Леверхульм траст” мы построили настольный реактор, чтобы попробовать провести эти реакции. Осаждение в лаборатории тонких полупроводниковых стенок из сульфида железа – дело не слишком простое. Еще одна проблема – формальдегид нестабилен и он “хочет” вернуть свои электроны протонам, а при этом вновь образуются H₂ и CO₂. Легче это происходит в кислотной среде. Определенный pH и точная концентрация водорода критически важны. И в лаборатории, разумеется, затруднительно воспроизвести размеры настоящих источников (десятки метров в высоту), а тем более обеспечить высокое давление (это позволяет добиться гораздо более высокой концентрации газов, например водорода). Эксперимент прост в том смысле, что вопрос четко сформулирован и проверяем, а ответ поможет многое узнать о происхождении жизни. Нам удалось получить формиат, формальдегид и другие простые органические вещества (включая рибозу и дезоксирибозу)[51]51
  Автор вводит читателя в заблуждение. В статье, о которой идет речь (Herschy et al. 2014), сообщается о получении из СО₂ муравьиной кислоты и формальдегида. Причем концентрация муравьиной кислоты была в 1000 раз ниже, чем СО₂, а формальдегида – в миллион. Чтобы получить рибозу, Лейн и его коллеги искусственно вводили в щелочную воду высокую концентрацию формальдегида (в 100 млн раз выше, чем у них получалось из СО₂). Даже термофорез не поможет сконцентрировать формальдегид: его молекулы слишком малы для этого. – Прим. науч. ред.


[Закрыть].

Пока примем теорию такой, какова она есть, и предположим, что реакция пойдет именно так, как предсказано. Что произойдет? Медленный, но устойчивый синтез органических молекул. (Каких именно молекул, разберем в следующей главе. Пока лишь отметим, что это предположение проверяемо.) После образования органики ее концентрация будет увеличиваться в тысячи раз по сравнению с изначальной за счет термофореза, обеспечивая формирование везикул и, возможно, таких полимеров, как белки. (И это предположение можно проверить в лаборатории.) Первые шаги вдохновляют: флуоресцентный краситель флуоресцеин, по размеру такой же, как нуклеотид, в нашем потоковом реакторе увеличивает свою концентрацию минимум в 5 тыс. раз, а хинин может концентрироваться еще сильнее (рис. 13).

Итак, что означают рассуждения о восстановительных потенциалах? Они одновременно и ограничивают спектр, и выявляют широкий диапазон условий, при которых во Вселенной могла возникнуть жизнь. Да, из-за подобных вещей ученые часто выглядят так, как будто они живут в изолированном мирке, потерявшись среди абстрактных размышлений. Может ли тот факт, что восстановительный потенциал водорода падает вместе с pH, приблизить нас к разрешению проблемы? Да. В условиях щелочных гидротермальных источников H₂ будет реагировать с CO₂ с образованием органических молекул. Почти в любых иных условиях этого не случится. Выше я успел отвергнуть почти все остальные среды, которые могли обеспечить происхождение жизни. Исходя из законов термодинамики, мы установили, что для того, чтобы построить живую клетку с нуля, требуется непрерывный поток активного углерода и химической энергии, проходящей над примитивными катализаторами в системе, которая ограничивает и направляет движение потока. Лишь гидротермальные источники могут обеспечить необходимые условия, и лишь единственная их разновидность – щелочные гидротермальные источники – обладает абсолютно всеми необходимыми свойствами. Но идея щелочных источников одновременно порождает серьезную проблему – и дает красивое ее решение. Серьезная проблема состоит в том, что хотя эти источники богаты водородом, водород не будет просто так вступать в реакцию с CO₂ с образованием органики. А красивое решение – это физическое строение щелочных источников: естественные протонные градиенты на тонких полупроводниковых стенках в теории могут инициировать образование органических веществ. А затем обеспечить их концентрирование. На мой взгляд, все это имеет смысл! Учтите при этом, что жизнь использует (до сих пор) трансмембранные протонные градиенты, чтобы обеспечивать энергией и углеродный, и энергетический метаболизм, и мне хочется стенать вместе с Джоном Арчибальдом Уилером: “О, могло ли быть иначе! Как мы все могли так долго оставаться слепы?!”

Рис. 14. Как получить органику из H₂ и CO₂.

А. Зависимость потенциала восстановления от водородного показателя (pH). Чем более отрицателен потенциал восстановления, тем выше вероятность, что вещество отдаст один или более своих электронов. Чем он положительнее, тем вероятней, что вещество примет электроны. Обратите внимание, что значения на шкале y становятся отрицательнее с увеличением высоты. При pH = 7 H₂ не способен отдавать электроны на CO₂ с образованием формальдегида (CH₂O). Реакция будет идти преимущественно в противоположном направлении. Однако если H₂ окажется в среде с pH = 10 (как в гидротермальных щелочных источниках), а CO₂ – при pH = 6 (как в древнем океане), теоретически возможно восстановление CO₂ до CH₂O.

Б. В пористом источнике жидкости с pH = 10 и pH = 6 могли находиться в соседних порах и отделяться друг от друга тонкой полупроницаемой стенкой, в составе которой имелся сульфид железа (FeS), ускоряющий реакцию восстановления CO₂ до CH₂O. FeS выступает в роли катализатора, как и в процессе нашего дыхания перемещая электроны H₂ к CO₂.

Но – давайте успокоимся. Восстановительный потенциал ограничивает и одновременно выявляет набор условий, при которых должна была возникнуть жизнь. Мы выяснили, что условия, которые в наибольшей мере способствовали бы возникновению жизни, реализуются в щелочных источниках… Что, и это все? Должны быть другие варианты! О’кей, может быть. В бесконечной Вселенной возможно все, но не все вероятно. Возникновение жизни в щелочных источниках вероятно. Такие источники формируются в результате химической реакции между водой и оливином – одним из самых распространенных минералов во Вселенной, главной составляющей космической пыли и аккреционных дисков, из которых формируются планеты, включая Землю. Серпентинизация оливина может происходить даже в космосе – при насыщении водой космической пыли. Согласно некоторым гипотезам, когда образовалась наша планета, вода при возрастании температуры и давления дала начало океанам. Как бы то ни было, оливин и вода – одни из самых широко распространенных веществ во Вселенной. Другой необходимый компонент – газ CO₂. Он входит в состав атмосферы большинства планет Солнечной системы и найден в атмосфере экзопланет.

Определенный минерал, вода и газ: вот список необходимого для жизни. Мы найдем все это почти на любой влажной каменистой планете. В соответствии с законами химии и геологии, эти вещества будут формировать теплые щелочные гидротермальные источники с протонными градиентами между тонкостенными каталитическими микропорами. Мы можем на это рассчитывать. Возможно, особенности их химии не всегда будут способствовать жизни. Этот эксперимент идет прямо сейчас на каждой из 40 млрд подобных Земле планет одного только Млечного Пути. Мы живем в чашке Петри вселенского масштаба. Как часто прекрасные условия дают начало жизни, зависит от того, что происходит дальше.