В.И. Вернадский подчеркивает, что все живое вещество обладает «диссимметрией» — свойством, благодаря которому во всех связанных с жизнью проявлениях существуют только оси простой симметрии, но эти оси необычны, ибо отсутствует равенство правых и левых сторон.
Этой особенностью живое вещество отличается от вещества кристаллического с осями простой симметрии. В живом веществе преобладает лишь одна сторона — правая или левая. Впервые это явление было изучено Л. Пастером. Как в строении вещества, так и в физиологических проявлениях живые организмы обладают резко выраженной диссимметрией с преобладанием правых явлений. Правый характер диссимметрии живых организмов выражается рядом явлений, начиная с правого вращения плоскости поляризации при прохождении луча света через биологические препараты и кончая усваиванием организмами правых антиподов кристаллических веществ и инертным отношением организмов к левым антиподам и т. д.
Однако имеются данные о существовании не только правых, но и левых форм жизни. Так, например, среди раковин моллюсков с правой диссимметрией известны, хотя и чрезвычайно редки, левые формы.
Дальнейшим шагом в развитии эмпирического обобщения Л. Пастера явился принцип, установленный П. Кюри: «диссимметрия может возникнуть только под влиянием причины, обладающей такой же диссимметрией» (с. 639). Еще до принципа Кюри Пастер пришел к выводу, что абигенез мог произойти только в диссимметричной правой среде. Он считал, что именно в этом направлении надо вести опыты по синтезу живых организмов из неорганических соединений.
Таким образом, живое вещество биосферы глубоко отличается от веществ других геосфер. Лишь живое вещество диссимметрично и может образоваться только путем размножения из такого же диссимметричного вещества. Поскольку все неорганические процессы и образования на Земле обладают обычной симметрией, диссимметричные процессы, послужившие причиной появления жизни, следует искать вне Земли (достаточно напомнить хотя бы о спиральной форме туманностей).
Итак, согласно гипотезе В.И. Вернадского, жизнь на Земле могла зародиться лишь при соблюдении следующих основных условий.
1. При образовании биосферы на земной коре происходили физико-химические явления и процессы, которые сейчас в ней отсутствуют, но которые были необходимы для самопроизвольного возникновения жизни. Однако к ним не могут относиться обычные физические, химические и геохимические процессы.
2. Жизнь не могла возникнуть и длительно существовать как один какой-либо вид организмов, из которого в дальнейшем обычным эволюционным путем появились все остальные. Имеющиеся данные о постоянстве биогеохимических функций живого вещества в биосфере заставляют предполагать одновременное или почти одновременное образование группы простейших одноклеточных организмов. Эти простейшие организмы могли выполнять различные биогеохимические функции и сформировали биосферу. Из них впоследствии путем эволюции возникли все остальные организмы, существовавшие в дальнейшем только в пределах биосферы.
3. В соответствии с выводами, сделанными Пастером, и принципом Кюри этот необычный процесс, не укладывающийся в рамки обычных физико-химических явлений, должен обладать правой диссимметрией.
Какое же уникальное явление в истории Земли удовлетворяло бы всем поставленным условиям и служило бы причиной зарождения жизни на земной поверхности? По мнению В.И. Вернадского, им могла быть грандиозная космическая катастрофа, например, отделение Луны от Земли и возникновение впадины Тихого океана. Вернадский указывает, что в результате этого земная кора приобрела своеобразную диссимметрию.
Сейчас известно, что Луна образовалась не путем отрыва ее от Земли. Но значит ли это, что в истории нашей планеты гигантские катастрофы отсутствовали? Выше мы писали, что согласно теории происхождения планет, разработанной О.Ю. Шмидтом, Земля образовалась путем аккумуляции рассеянных в межзвездной среде частиц и тел различных размеров.
Падавшие астероиды по химическому составу могли несколько отличаться от среднего состава Земли и приводить к образованию неоднородностей в ее теле. Возможно, что именно вследствие таких первичных неоднородно стей возникла известная всем геологам диссимметрия в строении нашей планеты. Таким образом, в результате падения в область Тихого океана крупного астероида создались условия, необходимые для соблюдения принципов Реди и Кюри. Последние данные палеонтологии указывают на необычайную древность зарождения жизни — более 3 млрд. лет назад. Следовательно, время возникновения жизни и окончания формирования Земли как планеты (4,5–3,5 млрд. лет) примерно совпадает. Геологические данные показывают, что диссимметрия нашей планеты с разделением, на Атлантический и Тихоокеанский сегменты также возникла очень давно. Она существует, по крайней мере, с рифейской эры, т. е. 1,5 млрд. лет.
Сейчас, когда стало доказанным огромное влияние процессов, происходящих в космосе, на эволюцию жизни на Земле, когда образование ее мы объясняем путем аккумуляции астероидов, а наклон оси вращения Земли связываем с падением одного из наиболее крупных космических пришельцев, гипотеза Вернадского становится более актуальной. Быть может, недалеко то время, когда к ней придется еще вернуться, и проблема образования Земли и возникновения жизни будет выражена лаконичной формулой — жизнь на Земле возникла одновременно с образованием планеты.
Магнитная броня Земли
Обнаружение с помощью спутников радиационных поясов вокруг Земли в корне изменило наше представление о значении магнитного поля в эволюции органической жизни.
Солнце, в недрах которого царит температура порядка 13 000 000 °C, а на поверхности — около 6000 °C, каждую секунду излучает 3,8·1026 Дж энергии. На Землю попадает лишь одна двухмиллиардная доля энергии Солнца, но ее достаточно для возникновения и развития жизни. Солнце посылает на Землю два типа излучения: электромагнитные волны длиной от миллионных долей миллиметра до десятков километров и потоки заряженных частиц — корпускул, движущихся со скоростью около 1000 км/с и через одни-двое суток достигающих Земли. Часть космического излучения приходит из-за пределов Солнечной системы.
От большей части космического излучения жители Земли надежно защищены сложной системой различных физических оболочек, через которые проникает только видимый свет, небольшая доля прилегающих к нему ультрафиолетовых и инфракрасных лучей и узкий участок радиоволн. На подступах к Земле задерживаются и корпускулы, представляющие главным образом ядра водорода (протоны) и ядра гелия (альфа-частицы), а также незначительное количество ядер тяжелых элементов.
Спасительным экраном прежде всего является земная атмосфера. Однако, задерживая одну часть космической радиации, земная атмосфера достаточно свободно пропускает другую. Существенно помогает атмосфере магнитное поле Земли, вызвавшее образование ионосферы и двух поясов заряженных частиц вокруг Земли. Внутренний экваториальный пояс с наибольшей плотностью частиц расположен на расстоянии около 3600 км от поверхности планеты. Он опоясывает Землю кольцом от 35° ю.ш. до 35° с.ш. Внешний пояс, состоящий в основном из электронов, распространяется до широт 65°. Положение в пространстве, объем и плотность частиц в нем сильно меняются, расстояние от Земли колеблется в пределах 25–50 тыс. км. Главное защитное свойство этих поясов в том, что они выполняют роль ловушек для идущих от Солнца частиц с большими энергиями. Магнитное поле, отклоняя их от направления на Землю, вовлекает в кругооборот вокруг планеты. Замечено, что если двигаться от экватора к полюсу, то число попадающих на Землю заряженных частиц несколько возрастает (примерно на 10 %). В стратосфере широтный эффект в несколько раз больше, чем на уровне моря. На верхней границе атмосферы интенсивность космических лучей в районе экватора в 5 раз меньше, чем в полярных областях. В этом сказывается отсутствие постоянных поясов заряженных частиц над полярными областями. Однако это увеличение интенсивности корпускулярного потока в приполярных районах сравнительно невелико и не представляет опасности для жизни.