Простые химические реакции происходят так: разные молекулы сталкиваются друг с другом и обмениваются атомами, в результате чего из двух простых веществ – например, кислоты и щелочи – получаются два других простых вещества – соль и вода.

Однако для того, чтобы из простых молекул образовались более сложные, одного только столкновения и взаимообмена уже недостаточно – необходимы затраты энергии, причем немалые.

Дешевые и мощные источники энергии – это проблема, которая волнует человечество, можно сказать, с момента его появления. Ради получения энергии люди строят тепло- и гидроэлектростанции, создают термоядерные реакторы, изобретают солнечные батареи и т. п.

Но новорожденная Земля таких проблем не знала: энергии было в изобилии. Во-первых, ультрафиолетовые лучи, испускаемые Солнцем. Сейчас они лишь в небольшом количестве доходят до поверхности Земли, то есть до нас, потому что «застревают» в озоновом слое атмосферы. Озон – это газ, состоящий из тех же атомов, что и кислород, которым мы дышим, – то есть из атомов кислорода, только не из двух, а из трех. Озоновый слой висит над Землей на высоте 25 км.

Вторым источником энергии на первозданной Земле были вулканы, которые имелись в изобилии и извергались, по-видимому, непрерывно, давая тепловую энергию.

Третьим источником энергии являлась, собственно говоря, погода, которая в те времена на всем земном шаре оставляла желать лучшего; иными словами, это была нескончаемая гроза. Грозовые разряды – молнии – обеспечивали Землю электрической энергией.

Четвертым видом энергии была радиация, интенсивность которой в те времена была гораздо выше, чем теперь. Ведь значительная часть первоначального запаса радиоактивных веществ распалась за миллиарды лет, прошедшие с момента образования Земли.

Таким образом, энергии на молодой Земле было с избытком. Поэтому на ней могли происходить сложные химические реакции: простые молекулы атмосферных газов и воды в какой-то момент, в каком-то месте случайно сплетались между собой таким образом, что в результате получались более сложные вещества – органические, из которых состоит все живое. К таким веществам относятся углеводы, жиры, белки и нуклеиновые кислоты.

Углеводы и жиры устроены попроще, чем белки и нуклеиновые кислоты, и могли получиться, так сказать, с одного захода. Белки и нуклеиновые кислоты так просто образоваться не могли, потому что это очень большие молекулы, состоящие из многих звеньев. Так что сначала, на первом этапе химической эволюции должны были образоваться эти звенья – «кирпичики». Для белков такими кирпичиками являются аминокислоты; для нуклеиновых кислот – нуклеотиды.

Некоторым ученым удалось отчасти воспроизвести этот этап в лабораторных опытах. В 1952 году американский химик Стэнли Миллер добавил в стерилизованную воду смесь газов: водорода, водяного пара, аммиака и метана (то есть возможную «атмосферу» первозданной Земли). Все вместе Миллер в течение недели подвергал воздействию электрических разрядов, имитируя грозовые разряды, которые происходят в природе. Через неделю он исследовал, что у него получилось, и обнаружил, что в этом водном растворе образовались новые органические соединения, в основном очень простые, но среди них оказалось несколько аминокислот – «кирпичиков», из которых сложены белки – основное вещество живой ткани.

Жизнь существует даже в кратере вулкана…

Опыт Миллера

Другие ученые проводили подобные эксперименты со смесью углекислого газа, азота и водяного пара и подвергали эту смесь воздействию ультрафиолетовых лучей. И тоже в результате получали более сложные, чем исходные, органические соединения. Американский биохимик С. Поннамперума получил нуклеотиды – «кирпичики», из которых состоят нуклеиновые кислоты, еще один основной компонент живой ткани, не менее важный и не менее (а может быть, и более) сложный, чем белки. А кроме того, ему удалось получить АТФ – аденозинтрифосфорную кислоту, которая в живом организме является главным аккумулятором энергии.

На втором этапе химической эволюции кирпичики-аминокислоты должны были «построиться» так, чтобы получились белки. Без этого на Земле не могла бы возникнуть жизнь.