Исторически сформированные концепции происхождения жизни

Эволюция жизни предполагает ее истоки, начало. Про­блема происхождения жизни является одной из важнейших не только в биологии, но и во всем естествознании и имеет большое мировоззренческое значение.

Концепция сверхъестественного (божественного) про­исхождения живого — креационизм — основана на вере и по­этому не относится к области науки. Не вдаваясь в по­дробности, заметим лишь, что в познавательном плане она принципиально бесплодна.

Концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества появилась в древности; ее при­держивался еще Аристотель.

В XVII в. биолог Ф. Реди противопоставил ей принцип: живое возникает только из живого (так называемый принцип Реди, или концепция биогенеза). Уже в XIX в. Л. Пастер окон­чательно опроверг концепцию самопроизвольного зарожде­ния, показав, что эффект неоднократного появления жизни там, где она не существовала, связан с бактериями. Методи­ка избавления от бактерий получила название пастеризация (по имени своего разработчика).

Концепция стационарного состояния предполагает, что Зем­ля и жизнь на ней существовали всегда, причем в неизменном виде. Эта концепция носит абсолютно умозрительный харак­тер и не согласуется с перечисленными выше свидетельствами эволюционности живого.

Концепция панспермии связывает появление жизни на Зем­ле с ее занесением из космического пространства. Теоре­тическая возможность панспермии подтверждается обнаружением следов органических соединений в метеоритном и кометном веществе. В 1975 г. предшественники аминокислот найдены в лунном грунте. Эта концепция разделялась многими учеными, и интерес к ней периодически возрастает. Но нужно отметить, что на основе этих взглядов во второй половине XX в. возникло множество разнообразных псевдонаучных гипотез и совсем уж примитивных фантазий на тему космических пришельцев — «сеятелей жизни».

Общепринятой в естествознании в настоящее время можно считать концепцию биохимической эволюции. Согласно совре­менному варианту концепции, жизнь зародилась на Земле ес­тественным путем в результате химических, а затем — биохи­мических процессов. Причем это явилось не маловероятной случайностью, а достаточно вероятным результатом самоор­ганизации.

Научная постановка проблемы происхождения жизни при­надлежит Ф. Энгельсу, считавшему, что жизнь возникла не внезапно, а сформировалась в ходе эволюции материи. Совре­менные представления о жизни восходят к гипотезам Опарина и Холдейна. А.И. Опарин в России и Дж. Холдейн в Англии в 1920-е гг. утверждали, что данные химии и геохимии, полу­ченные к тому времени, достаточны для того, чтобы предста­вить естественный процесс развития систем, имеющих при­знаки живого. В концепции биохимической эволюции важ­ную роль играет эволюция самой планеты Земля.

 

66. Особенность условий на раннейЗемле

Образовавшись из протоплазменного облака примерно 4 6 млрд лет назад, Земля была космическим объектом с тем­пературой в несколько тысяч градусов. По мере остывания планеты образовалась земная кора, нестабильная из-за высо­кой вулканической активности и глобальных подвижек. Со­гласно гипотезе Опарина, атмосферу ранней Земли составляли в основном тяжелые газы (аммиак, двуокись углерода, метан, пары воды). Отсутствие в атмосфере кислорода было, вероят­но, необходимым условием возникновения предбиологических образований, так как органические вещества гораздо лег­че синтезируются в восстановительной среде, чем в окисли­тельной. Вода оставалась в газообразном состоянии до тех пор, пока изменение совокупности параметров «температура — давление» не привело к ее конденсации.

По современным представлениям появление жизни тесно связано с возникновением земных океанов. Первые осадоч­ные породы, свидетельствующие о появлении крупных водо­емов, датируются временем 3,8 млрд лет назад. Опарин пола­гал, что сложные органические вещества могли синтезировать­ся из более простых при активационном воздействии мощного солнечного коротковолнового излучения, существовавшего в тот период без фильтрующего слоя современной атмосферы. Для построения любого сложного органического соединения, необходимого живой материи, достаточно небольшого набора мономеров.

Разнообразие находящихся в древнем океане простых соеди­нений, громадная площадь поверхности, высокие температуры ^и интенсивные потоки активирующего излучения, атмосферные электрические разряды, а также большая длительность про­цессов химической эволюции позволяют предположить, что в водной среде синтезировались, а в поверхностном водном слое и первичном фунте постепенно накопились органические ве­щества. Они стали тем «первичным питательным бульоном», в котором могли сформироваться системы органических веществ необходимых для последующего возникновения предбиологических структур — белки и нуклеиновые кислоты. В лаборатории Опарина моделировались условия, напоминающие описанные и в этих условиях выполнялись эксперименты по синтезу орга­нических веществ. В результате были синтезированы не только аминокислоты, но и другие сложные соединения. Подобного рода эксперименты с успехом были проведены и во многих дру­гих исследовательских центрах.

Возраст древнейших организмов, следы которых обнаруже­ны в геологических отложениях, оценен в 3,2—3,5 млрд лет. Это минерализовавшиеся микроорганизмы, похожие на про­стейшие бактерии и микроводоросли. Данные организмы стоят на гораздо более высоком уровне организации, чем самые сложные из известных органических соединений. Но нет со­мнений, что это не самые древние формы простейших организ­мов. Истоки жизни уходят в первый миллиард лет су­ществования Земли, не оставивший следов в ее геологической летописи. Центральным вопросом концепции биохимичес­кой эволюции является вопрос о характере предбиологичес-кой системы, появившейся в результате химической эволю­ции в тот «темный» миллиард лет земной истории. Этот воп­рос решается приверженцами данной концепции на основе двух разных подходов.

Первый подход реализован в гипотезах, построенных на идее голобиоза, то есть первичности структуры типа клеточ­ной, наделенной способностью к элементарному обмену ве­ществ. Такого подхода придерживался и Опарин. Реконстру­ируя возможный ход биохимической эволюции, Опарин опи­рался на установленную экспериментально возможность получения коллоидных гелей (студнеобразных смесей), обра­зующихся при смешении белков и других высокомолекуляр­ных соединений. Этот процесс был назван коацервацией. Со гласно гипотезе Опарина, образование поверхностно обособ­ленных гелевых структур (коацерватов) и было тем центральным событием, которое предшествовало началу биогенеза, то есть подлинной биологической эволюции на уровне пер­вичной клеточной структуры.

Альтернативный подход к данной проблеме использован в группе гипотез, утверждающих первичность возникновения в результате химической эволюции молекулярной системы со свойствами генетического кода. Это идея генобиоза, полу­чившая наибольшее признание на современном этапе разви­тия концепции биохимической эволюции. В рамках такого подхода возник вопрос о первичности одной из двух типов информационных молекул ДНК и РНК и установлена пер­вичность РНК.

Скачок эволюции «аминокислоты — живая клетка» до сих пор остается непознанным. Весь этот скачок с помощью ряда гипотез разбивается на цепочку шагов, но каждый шаг — во многом загадка, а вся схема — комплексная гипотеза.

Первоначально допускалась возможность случайной «сбор­ки»: в результате многократных актов взаимодействия простых органических веществ случайно образовалась молекула, способная нести и передавать генетическую информацию. Одна­ко подсчеты показали, что вероятность подобного процесса имеет порядок 1/10²⁰⁰⁰, и за время, отведенное геологической историей для синтеза простейших организмов, осуществить его случайным перебором практически невозможно. Поэто­му гипотеза случайного соединения не пользуется признанием. Английский астрофизик Ф. Хойл высказался по этому по­воду столь красочно, что его слова вошли в фольклор: эта идея «столь же нелепа и неправдоподобна, как утверждение, что ураган, пронесшийся над мусорной свалкой, может при­вести к сборке «Боинга-747».

Современная точка зрения на биохимическую эволюцию базируется на идеях о самоорганизации в открытых сильнонеравновесных системах.

Итак, при рассмотрении проблемы возникновения жизни естественным путем, то есть в рамках концепции биохимической эволюции, можно выделить три основных этапа предположительного сценария перехода от живого к неживому:

1) этап синтеза исходных органических соединений из не­ органических веществ в условиях первичной атмосферы и со­ стояния поверхности ранней Земли;

2) этап синтеза биополимеров из накопившихся орга­нических соединений;

3) самоорганизация сложных органических соединений, воз­никновение на их основе и эволюционное совершенствование процессов обмена веществ и воспроизводства органических структур, завершающееся образованием простейшей клетки. Не все пока ясно с первыми двумя этапами, а в отношении третьего этапа некоторое прояснение наметилось лишь в самые последние годы.

В связи с данной концепцией возникает естественный во­прос об исключительности условий биохимической эволюции на планете Земля и, соответственно, об уникальности извест­ной нам формы жизни. Постулируя, что в условиях, сход­ных с теми, которые имелись на молодой Земле, развитие живого вполне вероятно, можно прийти к естественному вы­воду о том, что в каких-то местах громадной Вселенной дол­жны встречаться формы жизни, сходные с земными. На этой принципиальной позиции стоят многие ученые. Тем самым подхватывается мысль Джордано Бруно о множественности обитаемых миров.

Исходя из данных астрономии можно однозначно заклю­чить, что в ближайших к нам звездных системах условий для образования цивилизаций не существует. Но не исключается существование примитивных форм жизни. Так, группа аме­риканских ученых считает, что ею обнаружены свидетельства примитивной одноклеточной жизни, существовавшей на Мар­се в далеком прошлом. Ввиду скудности подобного материа­ла сейчас нельзя сделать однозначных выводов по данной про­блеме. Возможно, что в этом помогут будущие марсианские экспедиции.