лемента — углерода.
Но в то время, когда формировалась наша планета, эта оболочка была еще не такой мощной. Она сравнительно легко разрывалась, и через эти трещины и разрывы вещества центрального ядра изливались и извергались на земную поверхность. Здесь они приходили в соприкосновение с тогдашней земной атмосферой. Атмосфера Земли того времени существенно отличалась от той, которую мы наблюдаем сейчас. Сейчас наша атмосфера состоит в основном из газообразного кислорода и азота. Тогда же ни свободного кислорода, ни свободного азота в нашей атмосфере быть не могло. В основном она состояла на перегретого водяного пара, вода современных океанов и морей еще входила в состав этой атмосферы, которая одевала наш земной шар.
С этими водяными парами и пришли во взаимодействие извергнутые на земную поверхность вещества, в частности та смесь углерода и железа, которая главным образом и составляет ядро нашей Земли. Нужно сказать, что углерод, находясь в смеси с раскаленным расплавленным металлом, образует соединение, которое в химии носит название «карбид». Образцом карбида является чугун, который как раз представляет соединение углерода и железа. Карбид — соединение углерода с железом, — извергнутый на земную поверхность, пришел во взаимодействие с перегретым водяным паром тогдашней земной атмосферы.
Что при этом случилось? Еще наш великий химик Дмитрий Иванович Менделеев показал, что при взаимодействии карбида-железа с водяным паром происходит образование углеводородов — соединений, состоящих из углерода и водорода. Это то же соединение, о котором я упоминал, когда говорил о первичных соединениях углерода в атмосфере звезд. Подобные соединения углерода и водорода должны были возникнуть и на поверхности нашей Земли. Образование углеводородов в начальный период существования нашей планеты сейчас может считаться вполне доказанным благодаря обнаружению их в атмосфере больших планет — Юпитера и Сатурна.
Изучение атмосферы этих планет является делом очень сложным, очень трудным, и долгое время мы не имели никаких представлений о составе атмосферы больших планет. Но лет десять назад этот вопрос удалось решить, и оказалось, что атмосфера Юпитера и Сатурна содержит значительную часть углеводородов. Они образовались в атмосфере Юпитера и Сатурна так же, как я это описал сейчас в отношении Земли, но на больших планетах вследствие значительной удаленности от Солнца царит очень низкая температура. Так, например, температура поверхности Юпитера равна −135°. При такой температуре не могут происходить никакие химические реакции, и поэтому возникшие здесь углеводороды остались в атмосфере Юпитера и Сатурна и сохранились до наших дней.
У нас на Земле дело пошло несколько иначе вследствие того, что Земля значительно ближе к Солнцу и температура на ее поверхности выше, чем на Юпитере или на Сатурне. Поэтому у нас углеводороды, возникнув на земной поверхности, стали подвергаться дальнейшим химическим изменениям и превращениям. В первую очередь они вошли в соединение с тем водяным паром, который находится в атмосфере Земли. При таком взаимодействии получились соединения — химические вещества, в состав частиц (молекул) которых входили углерод и водород и заимствованный из воды кислород. Свободного кислорода, как я сказал, тогда в атмосфере Земли еще не было. И вот при взаимодействии с водой получились соединения, которые в химии носят название третичных соединений, потому что они состоят из трех, элементов: углерода, водорода и кислорода.
К этим элементам присоединился еще четвертый элемент — азот, который тогда находился в атмосфере Земли в виде аммиака (соединение азота и водорода), точно так же, как он сейчас находится в атмосфере больших планет. Эти соединения, составленные из углерода, водорода, кислорода и азота, представляют собой простейшие органические вещества. В основном они были подобны некоторым из тех веществ, которые и сейчас входят в состав всех животных и растений.
Когда Земля остыла настолько, что явилась возможность для образования жидкой воды, на поверхность нашего земного шара из атмосферы хлынули ливни, которые затопили эту поверхность и образовали первородный сильно нагретый океан. В водах этого океана растворились те соединения углерода, водорода, кислорода и азота, которые, как я сказал, являлись простейшими органическими веществами.
Что же при этом произошло? На основании работ в наших лабораториях мы можем дать на этот вопрос определенный ответ. При этом простейшие органические вещества, находящиеся в водном растворе, усложнялись: их отдельные частички соединялись между собой и образовывали более сложные соединения. Для пояснения этого приведу такой пример: если мы возьмем водный раствор формалина, добавим туда немного извести или мела и оставим такой раствор стоять, то через некоторое время, как это доказал наш знаменитый химик Бутлеров, в этом растворе из формалина образуется сахар. Получается так, что шесть частичек формалина соединяются между собой и образуют одну крупную частицу — сахар.
Другой пример. Старейший член нашей Академии наук Алексей Николаевич Бах в свое время оставлял стоять раствор формалина вместе с раствором цианистого калия. Через некоторое время в этом растворе образуются белковоподобные вещества — не те самые белки, которые можно сейчас выделить из растений или животных, но подобные им вещества. В частности, если эти вещества выделить и очистить, то на них можно разводить гнилостные бактерии, которые обычно могут питаться только белковыми веществами; полученные Бахом вещества заменяли белки при питании бактерий.
Таких примеров можно привести сотни. Они показывают, что и в водах первородного океана находящиеся там сравнительно простые органические вещества должны были постепенно превращаться в более сложные, более громоздкие молекулы. Именно таким путем в первородной водяной оболочке Земли должны были образовываться все те органические вещества, из которых построены тела животных и растений. Однако это был лишь тот строительный материал, то вещество, из которого построены живые существа, но это еще не были сами живые существа. Это был тот камень и цемент, из которого можно построить здание. Но это не было еще само здание, а только его материал. Для того чтобы стать живым существом, организмом, ему нехватало определенного строения, организации.
Посмотрим теперь, как же возникла эта свойственная живым существам организация. Первоначально органические вещества находились в водах тогдашних морей и океанов просто в виде растворов. Их частицы были рассеяны, равномерно распределены в растворителе, полностью слиты с окружающей средой. Но сравнительно недавно удалось показать, что при смешивании водных растворов сложных органических веществ, например белков, эти последние могут выделяться в виде мелких, видимых под микроскопом капелек, так называемых коацерватов.
Мы можем получить коацерваты искусственным путем. Если мы, например, смешаем растворы яичного белка или желатина с гуммиарабиком, у нас растворы замутятся, и из них выделятся капельки коацерватов. Изучая эти капельки, мы увидим, что внутри них частицы органического вещества располагаются уже не беспорядочно, не как-нибудь, а определенным образом по отношению друг к другу. Следовательно, здесь уже появляются зачатки некоторого строения, организации. Конечно, эта организация еще очень простая и неустойчивая.
Но благодаря ей капельки-коацерваты обладают удивительной способностью улавливать из окружающего их раствора различные вещества. При этом происходит не простое механическое присоединение, а химическое взаимодействие между веществами коацервата и веществами, притекающими к нему извне. Вследствие этого коацерватная капелька может увеличиваться в объеме и весе, то есть расти.
Описанные нами коацерватные капельки должны были возникнуть и в водах первородного океана. Ведь они образуются при простом смешивании растворов органических веществ.
Посмотрим теперь, что же произошло дальше с этими образовавшимися в первородном океане Земли коацерватными капельками. Так как они плавали не просто в воде, а в растворе разнообразных веществ и при этом обладали способностью улавливать их и присоединять к своему телу, они, естественно, начинали увеличиваться в объеме и весе. Понятно, что те из них росли скорее, строение которых было более к этому приспособлено, более совершенно.
Но чем дальше росли капельки, тем заметнее делалось различие в их строении, которое изменялось вместе с их ростом. Ведь к капелькам из внешнего мира все время притекали и к ним присоединялись все новые и новые вещества. Эти изменения в строении коацерватных капелек могли способствовать дальнейшему быстрому их росту, но могли, наоборот, и задерживать его. Таким образом, одни из капелек росли все скорее, другие задерживались в своем росте, отставали и даже совсем погибали, растворялись в окружающей среде.
Понятно, что каждая отдельная капелька не могла все время расти, как одна целая масса. Вскоре она под влиянием внутренних сил распадалась на дочерние капельки, которые, в свою очередь, начинали расти дальше. По своему внутреннему строению эти дочерние капельки были вполне сходны с каплей, их породившей — ведь все они представляли собой части этой капли. Но, отделившись, каждая из дочерних капелек стала самостоятельно расти и изменяться дальше. И опять повторилась прежняя история. Одни из сестер-капелек стали обгонять другие в своем росте и развитии. И это зависело от того, что их внутреннее строение было более совершенно, более приспособлено к быстрому улавливанию и усвоению растворенных в окружающей воде веществ. Все менее совершенно устроенные капельки отставали в своем развитии и погибали. То же происходило и с капельками, попавшими в неблагоприятную среду. Право на дальнейшее существование и разрастание получали только те коацерватные капельки, строение которых изменялось к лучшему. Таким путем происходил своеобразный «естественный отбор» капелек. Все «неудачники» погибали, а заключенные в них органические вещества переходили в окружающий раствор и поглощались более совершенными по своему строению капельками. Таким образом, не только количество организованного вещества, но и качество самой организации все время улучшалось, совершенствовалось.