Но как всё-таки удалось экспериментально подтвердить предположение о том, что вулканы могут «генерировать» органику?
Здесь были сделаны две вещи.
Во-первых, мы «смоделировали» в лаборатории вулкан. Причём не просто вулкан, а целых два вулкана — наземный и подводный. Конечно, всё полностью воссоздать не удалось. Но мы сделали самое главное: смоделировали состав газовой смеси и жерло вулкана с лавой.
В качестве жерла нам служила толстостенная кварцевая трубка, заполненная вулканической лавой и помещённая в печку, которая нагревала эту трубку до тысячи с лишним градусов. А через трубку пропускали воду, метан и аммиак.
В случае нашего наземного лабораторного вулкана мы сразу анализировали продукты, выходящие из трубки, а в случае подводного направляли «извержение» в колбу с водой и потом уже анализировали эту воду. Для анализа использовалась очень чувствительная аппаратура, которая могла обнаружить 0,00 000 000 001 грамма органических соединений. Такие приборы называются газовыми хроматографами и хроматомасс-спектрометрами.
В результате этих работ нам удалось доказать, что при вулканических извержениях должны образовываться и синильная кислота, и альдегиды, и аминокислоты. Из синильной кислоты и альдегидов (вообще говоря даже только из синильной кислоты) можно получить наиболее важные для биологии молекулы.
Но одно дело провести лабораторные опыты, а иное — попытаться обнаружить эти молекулы в районах действующего вулканизма. Именно для этой цели вместе со своим товарищем, заведующим лабораторией вулканохимии Института вулканологии В. Пономарёвым я отправился на остров Атласова, самый северный остров Курильской гряды.
Остров этот необитаемый. Когда подплываешь к нему на корабле и ещё не видишь берегов, кажется, что прямо из Охотского моря вырастает огромный ослепительно белый снежный конус. Это вулкан Алаид. В 1972 году он взорвался боковым извержением, у подножия вулкана вырос новый конус, и огромный поток лавы, напоминающий издали доисторическое чудовище, сполз в море. Спустя год из трещин на вершине конуса ещё шёл горячий газ. Именно этот газ мы и хотели проанализировать на месте.
Не проще ли было отобрать пробы, привезти их в Москву и исследовать на хорошем лабораторном оборудовании? Но дело в том, что хотелось найти именно синильную кислоту, тот самый цианистый водород, который может давать начало многим биологически важным соединениям, в то же время убивая всё живое. И, хотя молекула цианистого водорода устойчива по отношению к теплу, она слишком охотно вступает в химические реакции (особенно с водой). Именно поэтому её нужно ловить «на месте», потом уже будет поздно.
Есть реактив, который реагирует только на цианистый водород. Если этот реактив поместить в небольшую стеклянную трубочку и пропустить через неё газ, в котором есть хотя бы следы цианистого водорода, трубочка с реактивом покраснеет (вернее, покраснеет реактив). Вот на эту «застенчивость» реактива мы очень надеялись, когда высадились с корабля на остров Атласова.
Для начала нужно было выбрать наиболее подходящую для экспериментов трещину, из которой выходят вулканические газы. Вообще-то вулканических трещин на Алаиде превеликое множество, но вся беда в том, что большинство из них низкотемпературные. Понятие «низкотемпературная» имеет здесь, конечно, весьма относительный смысл, поскольку даже у самых низкотемпературных трещин она около 300 — 400 градусов.
Но это нам не подходило, потому что при таких температурах синильная кислота быстро реагирует с водой. Пришлось искать более горячие трещины. Две мы нашли на самой вершине молодого вулкана. Они представляли собой глубокие разрывы в лавовой корке. Внутри трещин лава меняла цвет от ярко-красного до ослепительно бело-розового. Это нам и было нужно.
Из обеих трещин вырывался раскалённый газ. Мы взяли титановые трубки длиной около двух метров, погрузили их в трещину и стали прокачивать газ через трубочку с реактивом. Они мгновенно покраснели. Сейчас, много лет спустя, уже трудно вспомнить, какую радость мне довелось пережить. Ведь за два года до эксперимента на Алаиде я теоретически предсказал наличие синильной кислоты в вулканических газах.
Мы провели на конусе вулкана несколько дней, и каждый раз результаты наших опытов были положительными. Более того, в следующем году я снова попал на Алаид. Трещины ещё «работали», и мы опять стали проверять наш реактив. Он покраснел. Всё было в порядке. Вулканы действительно могут генерировать органические соединения.
Позже мы исследовали также на органические молекулы выходы парогазовых струй, связанных обычно с магматическим очагом. Здесь эксперименты были сложнее, так как все выходы обычно загрязнены микроорганизмами и существует опасность открыть органику чисто поверхностного, микробного происхождения. Эта тонкость не всегда учитывается геологами в их работах.
Поэтому мы проводили тщательное микробиологическое исследование проб, взятых из парогазовых струй. В одной из скважин в районе Кошелевского вулкана в стерильной пробе была обнаружена простейшая аминокислота — глицин. Теперь окончательно стало ясно, что вулканизм был одним из решающих факторов, которые на ранних стадиях развития Земли играл главную роль в процессах химической эволюции.
Теперь остаётся ответить на вопрос: почему, если вулканы выделяют метан и аммиак в течение долгого времени, мы не видим этих газов в атмосфере? Почему же сейчас не накапливается органика в районах активного вулканизма?
Ответ прост. Сейчас на Земле есть жизнь, и она очень быстро уничтожает органические молекулы, которые являются хорошей пищей, например, для микроорганизмов. Более того, в Петропавловске-Камчатском в филиале Тихоокеанского института рыбного хозяйства мне говорили, что экспедиции института заметили в южных морях интересное явление. Там, где на дне моря есть подводные вулканы, рыб и водорослей всегда больше. Это, конечно, весьма косвенное, но всё-таки доказательство.
Теперь по поводу атмосферы. В ней могут накапливаться только малоактивные с точки зрения химии газы. Поэтому аммиак и другие реакционноспособные газы очень быстро исчезают из атмосферы. Вот почему образование органики интенсивнее идёт в локальных вулканических районах, где эти самые газы не успевают рассеяться в атмосфере.
Итак, из смеси простых газов можно получить и аминокислоты, и аденин, и даже более сложные молекулы. Означает ли это, что мы вплотную подошли к решению задачи о создании первого живого организма in vitro, в пробирке?
Чтобы ответить на этот вопрос, нам надо посмотреть, как построена живая клетка и как она работает.
Л. МУХИН ПЛАНЕТЫ И ЖИЗНЬ