Невероятные галактические приключения биомассы

Мария Рагульская: «Оказывается, наши ДНК – одни из самых устойчивых к ультрафиолету молекул, которые только можно придумать». Фото из архива автора

Как на нашей планете возникла жизнь? Исходная биомасса синтезирована в «автоклаве» Земли или была занесена сюда из далеких космических глубин? Правда ли, что на нас непрерывно воздействуют различные космические факторы, а в результате могут случаться инфаркты, инсульты и даже пандемии, аналогичные COVID-19? А самое главное – что с этим делать? Об этом в беседе с журналистом Наталией ЛЕСКОВОЙ размышляет доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Института земного магнетизма и распространения радиоволн, ученый секретарь Научного совета Президиума РАН по астробиологии Мария РАГУЛЬСКАЯ.

– Мария Валерьевна, как вы думаете, жизнь – это чисто земное или космическое явление?

– Космическое. Я здесь поддерживаю Валерия Николаевича Снытникова из Новосибирского института катализа. Он, как хороший химик, прикинул: если взять даже самые интенсивные каталитические химические процессы, посчитать, сколько итераций нужно сделать, чтобы из неживого вещества произвести живое, посчитать выход продукта, который будет в каждой из этих итераций, то получится, что для возникновения хотя бы небольшого количества биомассы не хватит всей массы Земли, чтобы получить первоначальную биосферу.

Из этого он делает очень логичный вывод: для химических процессов происхождения жизни, для встраивания этой цепочки химического производства объемы, в которых это должно было происходить, должны были существенно превышать по массе, протяженности и, возможно, по временам то, что могут предоставить возможности Земли.

Более того, как показано в работах прекрасного микробиолога, академика РАН Георгия Заварзина, для возникновения устойчивой жизни нужно было одновременное существование разных специализаций и структур производимой в результате синтеза биомассы. И эти структуры должны были бы находиться в симбиозе, в метаболическом сообществе. Одна случайно возникшая мембрана, клетка или группа идентичных про-клеток, возникнув, практически тут же разрушалась бы.

То есть «физико-химическое производство» будущих устойчивых форм жизни должно было происходить в огромных автоклавах с разными условиями. Эти условия на Земле мы не можем создать – ни по давлению, ни по объему, ни по длительности реакции. Для меня все это, пожалуй, один из самых веских доводов к тому, что изначально жизнь должна была возникать даже не в межпланетном, а межзвездном пространстве. Например, в молекулярных облаках.

– Какие там создались условия, благоприятные для возникновения жизни?

– Думаю, там не было большой плотности вещества, которое мы имеем на сформировавшихся планетах. Все процессы могли происходить быстрее, свободнее и спокойнее, поскольку кроме обычных каналов производства химического вещества там могли происходить еще и радиационные процессы.

По современным представлениям, жизнь невозможно получить из одной фазы агрегатного состояния вещества. Должно быть соединение трех фаз – жидкого, твердого и газообразного. Изначально предполагалось, что хватит одной фазы, например жидкой воды, в которой происходит абиотическое зарождение жизни. К концу ХХ века стали предполагать, что, по-видимому, должна быть еще газовая фаза. И на поверхности между газовой и жидкой фазами, на пленочном натяжении, создается эта разность энтропий, через которую можно каким-то образом запустить «двигатель жизни».

Но потом стало понятно, что двух фаз тоже недостаточно, где-то должна быть «подложка», достаточно твердая – пылинки в молекулярных облаках, пористые глины или, как некоторые ученые предполагают, черные курильщики в океанах Земли. Но это – три фазы исходных материалов, которые взаимодействуют между собой. Между ними должен быть активный градиент вещества и энергии.

В таком варианте, пожалуй, можно придумать схему, в которой из органических молекул будет идти сборка того, что потом условно можно назвать жизнью. Надо отметить, что органического вещества достаточно много в молекулярных облаках, это сложные конструкции. Эксперименты сотрудников Объединенного института ядерных исследований в Дубне, которые были недавно сделаны на формамиде, показали, что методами современной радиационной химии действительно можно получить нужные аминокислоты.

– То есть сам процесс превращения органического вещества в живые молекулы происходит где-то в молекулярных облаках, не на Земле?

– Мне бы очень хотелось верить, что это можно сделать на Земле в отдельно взятой луже. Но все последние исследования – и вообще концепция научного знания – говорят о том, что скорее всего та совокупность признаков, которую мы зовем жизнью, появлялась не на планетах твердой фазы. Может быть, это были аккреционные диски еще до той стадии, когда они конденсируются в планетное вещество. А потом то, что там получалось, попадало в твердой фазе на планету, и для жизни это был некий кризис. Оставался один процент «живого», который мог к этим условиям приспособиться. А дальше начиналось вторичное развитие биосферы планеты, которое мы и наблюдаем.

– То, что произошло на Земле, – это нечто уникальное или подобные картины можно наблюдать на многих планетах во Вселенной?

– Давайте поделим вопрос на две части. Уникальное ли это явление – происхождение жизни? Нет, скорее всего не уникальное. Можем ли мы его сейчас наблюдать на других планетах? Из-за очень короткого промежутка времени, когда человечество придумало науку, и очень маленького в масштабах Вселенной доступного нам пространства, которое мы можем изучать, такая вероятность крайне мала. Возраст Вселенной 13,75 млрд лет, а Солнечной системе – около 4,6 млрд; размер наблюдаемой нами Вселенной – 15,7 млрд световых лет, от Солнца до Земли свет доходит всего за восемь минут.

Наша планета для гипотетических инопланетян может выступать только в качестве источника ресурсов, которые еще и не жалко тратить и уничтожать. Иллюстрация сгенерирована нейронной сетью Kandinsky 2.1

Но если мы при такой маленькой вероятности все же найдем следы бактериальной жизни на Марсе, спутниках Юпитера или экзопланетах, это будет означать, что жизнь является неотъемлемым свойством современной материи.

– Почему именно современной материи?

– Вряд ли жизнь появилась в самом начале происхождения Вселенной: для того чтобы жизнь начала собираться, надо было, чтобы появились химические «кирпичики», из которых ее можно собирать. То есть мы должны были получить ту самую таблицу Менделеева, которую сейчас имеем. А вот элементы в этой таблице появилась далеко не сразу. Нужно было время, чтобы возникли более тяжелые элементы, должны были прогореть изначальные звезды.

– А когда могла появиться жизнь?

– Можно предположить, что необходимый для формирования привычного нам типа жизни элементный состав Вселенной сложился примерно 7–8 миллиардов лет назад. Стало достаточно химического материала для того, чтобы «производить» жизнь. И в молекулярных облаках началась «сборка» из органического материала более сложных структур, аминокислот, которые каким-то образом соединялись между собой и начинали взаимодействовать, воспроизводиться, конкурировать.

Но вполне возможно, что в промежуток существования человечества, которому всего-то 2 миллиона лет, в окрестностях нашей Солнечной системы может не найтись ни одной планеты, на которой была бы жизнь. Это совсем не значит, что за время существования Вселенной ее не было. Возможно, была, но мы ее просто не застали.

– Выходит, мы никогда не встретимся…

– Если вы говорите о разумной форме высокоорганизованной жизни, которую так любят фантасты, то, может быть, и хорошо, что не встретимся! Задача любой жизни – распространение. И наша планета для гипотетических инопланетян может выступать только в качестве источника ресурсов, которые еще и не жалко невосполнимо тратить и уничтожать.

Что касается поисков жизни в бактериальной форме, у меня прогноз все же более оптимистичный. В настоящее время ищут следы бактериальной жизни даже на самых ближайших к нам планетах. Ничего не мешало ей там зародиться, потому что первые полмиллиарда лет объемы океанов на том же Марсе были больше, чем сейчас на Земле. В принципе условия там не противоречили тому, чтобы эти полмиллиарда лет там была бы какая-то жизнь, которая, возможно, в дальнейшем осталась, но где-то под поверхностью. Этому тоже ничего не мешает, потому что основной лимитирующий фактор там – радиационное излучение, которое разбивает биологические молекулы и клетки. И под поверхностью, в пределах метра вглубь, жизнь была бы защищена.

– Земная жизнь могла быть занесена с Марса? Мы – потомки марсиан?

– В принципе Земля могла бы получить жизнь с марсианскими метеоритами, потому что практически все метеориты, которые к нам прилетают, «родом» с Красной планеты.

– И все-таки, почему ученые так упорно хотят найти жизнь на других планетах?

– Есть анекдот: ученого спрашивают: «Почему вы ищете разумную внеземную жизнь?» На что он отвечает: «Знаете, на Земле я ее уже искал!»

– Все, о чем мы с вами говорили, насколько мне известно, вы как-то связываете с пандемией COVID-19. Как?

– Это направление, с которого мы начинали свои исследования. Речь идет об исследовании жизни, которая была на ранней Земле, когда галактические космические лучи оказывали очень сильное влияние – гораздо большее, чем сейчас. Тогда работали древние адаптационные механизмы: у молодого Солнца, с одной стороны, была ниже на треть светимость, чем сейчас, а с другой стороны, оно было очень агрессивно, потому что шли очень активные вспышечные процессы. Бомбардировка Земли космическими лучами и ультрафиолетом была интенсивнее, чем сейчас. Жизни приходилось подстраиваться.

Возможно, наш единый генетический код на Земле сформировался именно под интенсивным ультрафиолетом молодого Солнца: оказывается, наши ДНК – одни из самых устойчивых к ультрафиолету молекул, которые только можно придумать. Более того, они ухитряются не только выстоять сами, но и сбросить эту излишнюю энергию ультрафиолета соседних молекул.

Возможно, это «кучкование» клеток в общие многоклеточные структуры тоже было выгодно в смысле выживания под таким интенсивным излучением. Даже если погибнет какая-то часть наружной оболочки, те, которые будут внутри, выживут и смогут продолжить эту функцию.

Но со временем эти факторы перестали быть такими опасными для нас – таких больших, многоклеточных и сложных структур. Однако эволюция никогда не выкидывает то, что один раз нашла. Она всегда это использует. Из тех времен мы взяли внешнюю синхронизацию, стали ее использовать.

Но все эти внешние факторы не перестали быть опасными для более мелких структур – бактерий и вирусов. Если посмотреть на графики числа инфекционных заболеваний, например, по России и сопоставить с графиками циклов солнечной активности, то совершенно четко видно, что все начало ХХ века кривая числа солнечных пятен 23–24-летнего цикла и кривая числа инфекционных заболеваний практически идентичны друг другу.

Пик магнитных бурь смещен примерно на два года. Если максимум солнечной активности, двугорбый пик, наблюдался в 2000–2001 году, то максимум количественной интенсивности магнитных бурь – в 2003-м. Кривая инфекционных заболеваний дублирует именно кривую солнечной активности. В 2001 году число заболеваний в России 53 миллиона на 150 миллионов человек, а в минимуме солнечной активности 2006 года – 27 миллионов. Иначе говоря, при максимуме солнечной активности треть страны страдала инфекционными заболеваниями.

Так вот, если эту кривую сопоставить с общим числом заболеваний, окажется, что такой бешеной разницы нет. Общее число заболеваний еле-еле меняется в пределах 10–15%. Его скорее можно сопоставить с социальными процессами, еще с чем-то, но не с солнечной активностью. А это означает, что мутируют вирусы или бактерии, которые эти заболевания вызывают.

– Что же их активирует?

– Для них в максимуме солнечной активности активаторами являются ультрафиолет и солнечные космические лучи, а в минимуме – галактические космические лучи. Мы привыкли, что все интересные вещи происходят в максимуме солнечной активности. А про минимум забыли. Но дело в том, что последние 150 лет, вся середина ХХ века, были максимумом квазистолетнего цикла солнечной активности. И вся медицина, которую мы развивали, все лекарства, которые были придуманы, – все это создано на уровне очень высокой солнечной активности.

И вот начиная примерно с 2005–2006 годов мы попадаем одновременно в два минимума солнечной активности. Начинает резко спадать квазистолетний цикл солнечной активности, и одновременно к 2019 году мы попадаем еще и в минимум 11-летнего цикла солнечной активности. Галактические космические лучи находятся в противофазе с циклом солнечной активности, и в 2019 году был зарегистрирован самый большой их уровень за всю историю наблюдения. Временами у датчиков не хватало шкалы для их измерения...

– И в это время начинается пандемия COVID-19?

– Именно в этот момент появляется ковид. Все так удивляются: как же, это же не максимум солнечной активности. Но если посмотреть на то, когда возникали пандемии, то окажется, что самые тяжелые возникали именно в минимуме 11-летних циклов, когда они одновременно совпадали еще и с фазой спада или с минимумом квазистолетнего цикла. То есть в этом смысле нет ничего удивительного.

– Почему так?

– Потому что галактические космические лучи по энергетике существенно превосходят солнечные космические лучи. В этом смысле у ковида были все условия, чтобы из локальной эпидемии развиться в пандемию. Повторяю: если смотреть с точки зрения сочетания циклов солнечной активности.

У пандемий, которые находятся в минимуме солнечной активности, есть очень интересная особенность. Если во время пандемии гриппа, к которому мы привыкли при высоких уровнях солнечной активности в ХХ веке, разница между этническими группами и странами составляла не больше двойки, то в пандемию ковида оказалось, что эта разница больше 10. Для биологического процесса это запредельный коэффициент: все биологические процессы обычно укладываются в коэффициент 2, самое большое – 3. Самый вариабельный параметр – частота сердечного пульса, и то она укладывается максимум в 5. А тут было удивительное разнообразие относительного коэффициента смертности.

Это удивительно, но самый высокий уровень смертности был в европейских странах с прекрасно отлаженной медициной. Пандемия COVID-19 не уникальна и протекает по закономерностям вирусных пандемий глобального минимума солнечной активности. Для них характерны существенные геногеографические различия локальных эпидемий.

В частности, уровень заболеваемости, смертности и эффективности вакцинации в основном определяется не медицинскими или карантинными мерами, а доминирующей гаплогруппой населения страны (гаплоид – клетка (ее ядро) или особь с одинарным набором непарных хромосом; у большинства животных и человека гаплоидны только половые клетки. – «НГН»). Пандемия COVID-19 наиболее серьезна в странах с доминирующей гаплогруппой R1b. В первые две волны коронавируса разница в относительной смертности между странами с гаплогруппой R1b и R1a различалась в 5–7 раз (значения 16–30 в Португалии, Бельгии, Великобритании, Италии, Испании, Франции, Швейцарии против значений 3–6 в России, Иране, Индии).

– Это как-то влияет на эффективность вакцинации?

– Эффективность массовой вакцинации от коронавируса более существенно зависит от генетического состава популяции в каждой из стран, чем от количества вакцинированного населения. Максимальное снижение относительной смертности после массовой вакцинации наблюдается в странах с гаплогруппой R1b (снижение в 5–8 раз) к середине 2021 года. Однако в странах с гаплогруппой N и N + R1a относительная смертность к 2022 году, наоборот, увеличилась в 2–4 раза (Финляндия, Россия). При этом проценты вакцинированного населения в странах Западной Европы с гаплогруппой R1b и Финляндии с гаплогруппой N идентичны более чем на 80%.

– Итак, пандемия коронавируса случилась в минимуме солнечной активности. Какие были еще аналогичные пандемии в истории человечества?

– Например, в 1889–1890 годах так называемый русский грипп. Тогда члены императорской фамилии теряли своих родственников, а у них были все возможности для лучшего лечения. Весь конец XIX века изобилует вирусными пандемиями, и они по смертности были гораздо сильнее, чем нынешний ковид.

– Я так поняла, что вы не сторонница вмешательства в эти процессы. Но хочется понять: что же делать? Неужели просто сидеть и ждать, когда нас накроет очередная пандемия?

– Нам до сих пор сложно сказать, какая из магнитных бурь или вспышек на Солнце окажется эффективной, а какая нет. С другой стороны, мы четко понимаем, что условно здоровые люди реагируют на эти внешние факторы на 2–3 дня раньше, чем начинаются сломы организма у больных людей.

Есть уже ставшие классическими работы Юрия Ильича Гурфинкеля, медика, заведующего реанимацией, доктора медицинских наук. Он совершенно четко показал, что в основном это происходит из-за повышения свертываемости крови. У людей, которые находятся на антикоагулянтах, эти обострения проходят значительно легче. А с другой стороны, полтаблетки аспирина, принятые вовремя, могут кому-то жизнь спасти – предотвратить инфаркт или инсульт.

На данный момент, кроме предупреждения, придумать еще что-то сложно. Ведь это общемировое и общепланетарное явление. Более того, солнечные вспышки влияют на всю Солнечную систему, и с этим надо просто научиться жить.

– Вы сказали, что сейчас солнечная активность опять начала расти. Это как-то сказалось на нашем состоянии?

– Если вернуться к пандемии ковида, то она, как мы уже поняли, началась в минимуме солнечной активности, а с середины 2021 года кривая солнечной активности пошла вверх. В то же самое время резко изменилась динамика смертности при ковиде. И это, по всей видимости, нельзя связать только с вакцинацией, хотя она сыграла большую роль. Поначалу вакцинация резко уменьшила количество смертей, особенно в западных странах. А потом смертность опять начала расти и осталась приблизительно на одном уровне. Причем показатели смертности в разных странах и этнических группах сравнялись, как и должно быть при более высокой солнечной активности. Но до максимума нам еще далеко. Низкая солнечная активность будет сохраняться еще лет 30.

– То есть эпидемии и пандемии, подобные нынешней, могут продолжиться?

– К сожалению, да. Мы можем ожидать новых вспышек инфекционных заболеваний чаще, чем они происходили в ХХ веке.