Гипотезы о происхождении жизни 2

Абиогенез, или возникновение жизни, – в широком смысле это процесс, в ходе которого неживая материя каким-то образом превращается в живую. Если сузить понятие «абиогенез», то речь пойдет о спонтанном создании в природе органических соединений из неорганических. И противоположным процессом здесь будет панспермия – «прибытие» на Землю (или на другую молодую, безжизненную планету) органических соединений и даже живых организмов из коcмического пространства, из других миров. Панспермия соответствует биогенезу (живое появилось из другого живого).

Конечно, человека издавна интересовало – как появляется живое, жизнь? Если не по воле божества, то каким образом? Можно выделить следующие основные гипотезы происхождения жизни:

1.      Креационизм.

2.      Гипотеза стационарного состояния жизни.

3.      Гипотеза самозарождения жизни.

4.      Гипотеза панспермии.

5.      Гипотеза биохимической эволюции или «первичного бульона».

Креационизм – гипотеза религиозная, философская, но никак не научная (несмотря на то, что в некоторых школах США, например, предпринимаются решительные попытки заменить преподавание теории Дарвина «научным» креационизмом). Сторонники креационизма верят в то, что Земля и всё живое на Земле были созданы одномоментно Творцом. Они даже согласны признать эволюцию – но уже для «готовых» существ, как стадии их развития.

Гипотеза стационарного состояния жизни, или же этернизм, столь же далека от научности. Ее выдвинул немецкий физиолог Тьерри Уильям Прейер в 1880 году. Адепты этернизма верили в то, что Вселенная, планета Земля и живые организмы в том виде, в котором мы их наблюдаем, существовали всегда. Ни первая, ни вторая теория никак не соотносятся с данными археологии, геологии, генетики и прочих наук – но их защитникам это никогда не мешало.

Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни

Гипотеза эта предполагала, что внезапно где-то могли зародиться уже готовые живые существа, сложные организмы: рыбы из ила, черви из почвы, мыши из старых тряпок, мухи из гнилого мяса, птицы и животные из плодов. Эта гипотеза была очень распространена в древнем мире от Китая до Греции, ее разделял Аристотель, основатель биологии. Он считал, что есть некое «активное начало», которое способно из ничего создать живой организм. Оно может действовать и в оплодотворенном яйце, и в тине, и в гниющем мясе. Например, Аристотель выяснил, что угри не имеют икры или молок и сделал вывод, что угри образуются из ила, который возникает от трения взрослой рыбы о дно. Конечно, ученый ошибался – в реальности угорь несколько лет проводит в реке (без икры и созревших молок), а потом, во время нереста, мигрирует в море, на дне откладывает свою икру и погибает.

Гипотеза «продержалась» до середины XVII века, до начала эпохи скептиков-естествоиспытателей. Зашаталась она под грузом открытия голландца Антони ван Левенгука, который с помощью линз обнаружил крошечных «животных» (микроорганизмы) в дождевой воде. Задумавшись, откуда они там берутся, Левенгук провел опыт – набрал в чистую посуду дождевую воду, в которой не увидел никаких «животных», дал ей какое-то время постоять… И обнаружил, что вода кишит организмами. Получается, они не упали с неба, но откуда они взялись, было непонятно. А наука между тем все еще верила Аристотелю.

Итальянский врач Франческо Реди был старшим современником Левенгука. Его опыт (в 1668 году) нанес первый удар по гипотезе самозарождения жизни. Он затянул сосуд с сырым мясом кисеей и дал мясу испортиться, сгнить. Мухи там не самозародились – как мы понимаем, потому что насекомые не могли проникнуть к мясу и отложить личинки. Во второй, открытый сосуд, мухи залетели и отложили яйца, из которых вышли личинки. По сути, опыт Реди подтвердил концепцию биогенеза. Но сторонники гипотезы самозарождения считали такой опыт неубедительным – ведь в сосуд, защищенный тканью, не может пробраться «жизненная сила», нужная для самозарождения жизни!

Следующим на «бой» вышел итальянский ученый Ладзаро Спалланцани. Во второй половине XVIII века он взялся доказать, что в тщательно прокипяченной и помещенной в накрепко закрытый сосуд, микробы зародиться не могут. Спалланцани поместил в чистые сосуды различные семена, залил их водой, запаял горлышки сосудов, прокипятил содержимое в течение часа и оставил в покое на несколько дней. Кстати, Спалланцани подготовил и другую партию сосудов, недолго прокипяченных, горлышки которых были просто заткнуты пробками. В результате, в первой партии он не обнаружил никаких микроорганизмов, а во второй они кишели, – попав из воздуха через плохо притертые пробки. Похожие опыты примерно в то же время проводил русский ученый, врач Мартын Матвеевич Тереховский, работавший над стерилизацией.

Однако верные сторонники гипотезы самозарождения вновь были не согласны – дескать, герметичное закупоривание сосудов мешает проникновению в них «жизненной силы», а кипячение даже может ее уничтожить. Гипотеза просуществовала до середины XIX века, до открытия Луи Пастера, который дал возможность «жизненной силе» проникнуть в сосуд и все-таки окончательно опроверг идею самозарождения!

В начале 1860-х годов Пастер проделал красивый опыт. Он поместил прокипяченную, стерильную питательную среду в сосуды с очень узким и сложно изогнутым (но все-таки открытым вовне) горлышком. Никакие микроорганизмы в этой среде не «зарождались», потому что бактерии, имеющиеся в окружающем воздухе, не могли преодолеть изгиб горлышка, так как оседали в нем. Если же горлышко удаляли, внутри очень быстро появлялись микробы. Наконец на примере колбы с изогнутым горлышком было доказано, что никакого самозарождения нет, и Луи Пастер получил высокую академическую премию.

Впрочем, решение этой проблемы (и пришедшее понимание необходимости стерилизации) не отменяло другого вопроса – не было ли первичного самозарождения жизни на планете? Если для новой жизни уже требуется живое (Пастер, как и Реди был сторонником биогенеза), и каждая клетка происходит от другой клетки (клеточная теория, 1838 год), как тогда появилась эта исходная клетка?

Гипотеза панспермии

Главная ее идея – жизнь на планету была как-то занесена из космоса: из других планетарных систем, вместе с космической пылью и метеоритами. Эта гипотеза была выдвинута в начале XX века шведским физиком Сванте Августом Аррениусом, ее сторонником также был Владимир Вернадский (который, впрочем, склонялся и к гипотезе стационарного состояния, поскольку верил, что жизнь как базовое свойство существовала всегда). Доказательств возможности панспермии немало, например, в 1996 году было опубликовано исследование о метеорите, прилетевшем к нам с Марса. В нем найдены структуры, похожие на колонии бактерий и следы жизнедеятельности этих бактерий. Да, гипотеза эта может объяснить, как жизнь пришла на Землю, но не способна ответить на вопрос, как вообще она возникла.

Гипотеза биохимической эволюции

Эта гипотеза разрабатывается и корректируется уже практически столетие. Ее основоположниками независимо друг от друга стали биохимик Александр Иванович Опарин (СССР) и биолог Джон Холдейн (Великобритания).

Согласно гипотезе, на ранних этапах существования нашей планеты (и очень долго, бесконечные миллионы лет) имел место абиогенез – процесс создания органических веществ из неорганических.

В тогдашней атмосфере было много газов, ультрафиолетовое излучение и радиация буквально обжигали Землю, не защищенную озоновым слоем, били страшнейшие молнии. В океане под воздействием этих факторов образовались органические вещества – так называемый «первичный бульон».

Опарин отдавал первенство белкам, входящих в состав коацерватов. Коацерваты – это сгустки, образованные в растворах органических веществ из белков, нуклеиновых кислот, липидов. Они не разрушались, наоборот, к ним «приклеивались» новые соединения, они росли и усложнялись. Холдейн же считал, что первична макромолекулярная система, способная к воспроизводству – нуклеиновые кислоты.

Пробионты – белковые коацерваты, предшественники живых организмов, ставшие первыми клетками. На каком-то этапе белковые пробионты «вобрали» нуклеиновые кислоты. Это создало базовые свойства живого: способность к самовоспроизведению, сохранению и передаче наследственной информации. Поэтому пробионты теперь стали примитивными протоклетками.

Стэнли Миллер, американский химик, экспериментально подтвердил гипотезу Опарина-Холдейна. Он получил аминокислоты в смоделированных условиях. Далее во многих лабораториях абиогенно были синтезированы полипептиды, полнуклеотиды, полисахариды, липиды.

Впрочем, гипотеза Опарина-Холдейна все-таки не совершенна в глобальном отношении – пока непонятно, как в целом произошел качественный скачок от неживой материи к живой. Когда и почему во Вселенной началась химическая эволюция?