Что же происходило с органическими молекулами в период образования планет и как светимость протосолнца влияла на процессы образования органических соединений?
Начнём опять с первичной туманности, из которой родились Солнце и планеты. Она состояла из смеси газа и пыли: частичек силикатов, графита, льдов.
Органические молекулы с самого начала, ещё до разогрева туманности, присутствовали в ней и в газовой фазе, и на поверхности пылинок. Что это за молекулы и как они образовались?
Сейчас известно около 40 типов простых органических молекул, обнаруженных в газопылевых облаках. Для нас наибольший интерес представляют два соединения: сильнейший яд синильная кислота (цианистый водород) и формальдегид, простая молекула, состоящая из атома углерода, атома кислорода и двух атомов водорода.
Всё дело в том, что это, как говорят химики, «ключевые» молекулы для синтеза более сложных соединений. Например, в химии хорошо известен так называемый синтез Штре- кера, когда в водно-аммиачном растворе синильной кислоты и формальдегида просто при лёгком подогреве смеси образуются аминокислоты.
Аминокислоты — основные блоки для создания белковой молекулы. Если подогреть водно-аммиачный раствор синильной кислоты, получается аденин — молекула, без которой невозможно построить ДНК — знаменитую двойную спираль Уотсона — Крика. Американский химик испанского происхождения X. Оро, которому впервые удалось получить аденин из цианистого водорода, показал, что занятия предбиологической химией могут дать хороший промышленным выход.
Сейчас метод Оро очень широко применяется для промышленного производства аденина, молекулы, состоящей из 5 молекул синильной кислоты. Формальдегид очень важен для образования простых сахаров, без которых, в свою очередь, невозможно получить нуклеиновые кислоты.
Реакции усложнения и превращения формальдегида и синильной кислоты идут не только в растворах. Они могли проходить и в нашей туманности, главным образом на поверхности кристаллов льда. Конечно, скорости этих реакций были в сотни тысяч раз меньше, чем при комнатных температурах. Да и концентрации исходных веществ (формальдегида и синильной кислоты) очень малы. Поэтому появления особенно сложных молекул в туманности вряд ли можно ожидать.
Ну а как же образовались «ключевые» соединения (их ещё называют предшественниками)?
Дело в том, что туманность не изолирована от воздействия различных космических факторов. Предположим, что на расстоянии многих световых лет от туманности вспыхнула сверхновая звезда. И мощный поток ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-квантов устремился к туманности. Этот поток и стал тем стимулирующим фактором, который помог образоваться нашим предшественникам из смеси простых газов.
В самой туманности мы не вправе ожидать появления сложных молекул. Максимум, на что можно было бы рассчитывать, — на присутствие простейших аминокислот или же, например, аденина. Но, к сожалению, ни то, ни другое в газопылевых облаках не обнаружено.
Посмотрим теперь, что происходило на последующих этапах истории туманности. Мы помним, что при сжатии туманность прошла высокотемпературную стадию, причём в центральных частях диска температуры были очень высоки. На расстоянии от Земли до Солнца они достигали 2 тысяч градусов. Совершенно ясно, что никаким органическим молекулам не выдержать такой температуры. Но впоследствии, когда образовалось и стабилизировалось Солнце, туманность начала остывать. По времени это совпало с началом образования планет.
Основным газом в туманности был водород. Присутствовали также окись и двуокись углерода, азот и некоторое количество метана. Под воздействием ультрафиолетового излучения молодого Солнца снова начали образовываться предшественники — формальдегид и синильная кислота — и более сложные соединения: аминокислоты, основания нуклеиновых кислот.
«Отпечатки» этих процессов мы находим сегодня в древнейших метеоритах — углистых хондритах, возраст которых составляет 4,5 — 4,6 миллиарда лет, что как раз равно возрасту солнечной системы. Но нужно обязательно подчеркнуть, что и в углистых хондритах нет сложных, абсолютно необходимых для жизни соединений: белков, нуклеиновых кислот, жирных кислот. Есть только их составные части. Вдобавок эти составные части, например аминокислоты, намертво «запечатаны» в неорганическую матрицу метеорита.
Напомним, что на заключительных стадиях образования Земли на зародыш падали крупные тела с линейными размерами в несколько километров. Скорости соударения были порядка десяти километров в секунду. Следы таких ударов сохранились не только на Луне и Марсе, но и на поверхности нашей Земли. Знаменитый Аризонский кратер в Америке, кольцевые структуры на Украине — это следы чудовищных ударов, по сравнению с которыми взрыв атомной бомбы — сущий пустяк. При таких ударах почти всё вещество метеорита превращалось в плазму. При остывании этой плазмы могли образовываться органические молекулы.
Выходит, синтез и распад органических молекул происходил на всех этапах развития прототуманности. И когда сформировались планеты, природе нужно было заново строить соединения углерода уже на поверхности молодой Земли. 4,5 миллиарда лет назад на нашей планете началась эра добиологической эволюции.