Происхождение жизни

Владимир Воронцов

В книге вы найдёте исчерпывающую информацию о зарождении и развитии эволюционных взглядов на происхождение жизни; узнаете о достижениях и проблемах теории абиогенеза, а также тех задачах, которые ставит перед ней современная наука. Издание будет полезно преподавателям и учащимся средних и высших учебных заведений, а также всем интересующимся вопросами мироздания.Полный вариант книги размещён на научно-образовательном сайте «Мир глазами современной науки».

1. ЗАРОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ЭВОЛЮЦИОННЫХ ВЗГЛЯДОВ

НА ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ

1.1 Теории быстрого самозарождения

Начиная ещё с древних времён в мире было весьма широко распространено представление о том, что различные формы жизни постоянно самозарождаются из неживой материи. «Таковы факты, — писал Аристотель, — живое может возникать в результате не только спаривания животных, но и разложения почвы… Так же обстоит дело и у растений: некоторые развиваются из семян, а другие как бы самозарождаются под действием сил природы, возникая из разлагающейся земли, отбросов или из определённых частей растений».

Множество описаний спонтанного возникновения живых организмов мы находим у авторов времён позднего Рима, а также в работах, относящихся к Средневековью, в творениях выдающихся богословов и философов, в частности, Василия Великого и Альберта Великого. Василий Великий в своём «Шестодневе» утверждает, что насекомые, лягушки, угри и мыши возникают самопроизвольно, прямо из Земли, в жаркую влажную погоду: «…она [земля] производит кузнечиков в дождливое время, и тысячи других пород пернатых, носящихся по воздуху, из которых большая часть, по малости своей, не имеют и имени, но из себя же даёт мышей и жаб. Около Египетских Фив, когда в жару идёт много дождя, вся страна наполняется вдруг полевыми мышами. Видим, что угри не иначе образуются, как из тины. Они размножаются не из яйца и не другим каким-либо способом, но из земли получают своё происхождение» (Василий Великий, 2010).

В большинстве описаний спонтанного зарождения речь идет о животных, но Альберт Великий описывает также самопроизвольное зарождение различных грибов, кустарников и даже деревьев.

В XVI и XVII вв. в изучении природы произошёл резкий перелом — от философских рассуждений и непосредственного наблюдения к обдуманным систематическим исследованиям в лаборатории. Такое развитие экспериментального подхода на первых порах ничуть не поколебало представлений о спонтанном зарождении живого. Более того, помимо сообщений о случаях спонтанного зарождения, наблюдавшихся в природе, «научная» литература обогатилась прописями, иногда весьма детальными, искусственного получения различного рода живых организмов. Так, голландский учёный Ян ван Гельмонт (1579—1644) демонстрировал простой и надёжный способ получения мышей. Для этого он набивал кувшин потным бельём, добавлял туда немного пшеницы и приблизительно через три недели получал живых мышей.

Другой натуралист — Гриндель фон Ах — стал очевидцем удивительного явления самозарождения лягушки: «Хочу описать появление на свет лягушки, которое мне удалось наблюдать при помощи микроскопа. Однажды я взял каплю майской росы и, тщательно наблюдая за ней под микроскопом, заметил, что у меня сформировывается какое-то существо. Прилежно наблюдая на второй день, я заметил, что появилось уже туловище, но голова ещё казалась не ясно сформированной; продолжая свои наблюдения на третий день, я убедился, что наблюдаемое мною существо есть не что иное, как лягушка с головой и ногами. Прилагаемый рисунок всё поясняет».

Ряд сочинений XVI и XVII веков подробно описывает превращение воды, камней и других неодушевлённых предметов в пресмыкающихся, птиц и зверей.

По мнению учёных того времени, зарождение жизни происходило под действием «активного начала», или «жизненной силы» (лат. «vis vitalis»), присутствующей в воздухе, солнечном свете, речном иле и т. д. Ван Гельмонт, поясняя свои опыты по получению мышей, говорил, что активное начало содержится в человеческом поте, который проходит через пшеничную шелуху и превращает зёрна в животных¹.

Против теории самозарождения в XVII в. выступил итальянский биолог и врач Франческо Реди (1626—1697). В 1688 году он доказал, что «черви» (личинки мух) не могут зарождаться в мясе, как считали ранее. «В середине июля, — писал Реди, — я взял четыре больших сосуда с широким горлом, поместил в один из них змею, в другой — немного рыбы, в третий — угрей, в четвертый — кусок молочной телятины, плотно закрыл их и запечатал. Затем я поместил то же самое в четыре других сосуда, оставив их открытыми… Вскоре мясо и рыба в незапечатанных сосудах зачервивели; можно было видеть, как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают из них. Но в запечатанных сосудах я не видел ни одного червяка, хотя прошло много дней, после того как в них была положена мёртвая рыба».

Опыты Реди серьёзно поколебали господствовавшую идею самозарождения, однако к полному отказу от неё не привели. После открытия в 1676 г. А. ван Левенгуком микроорганизмов именно они стали основным объектом спора о зарождении жизни, поскольку логичным представлялось, что в первую очередь к самозарождению способны наиболее примитивно устроенные живые существа.

Разрешить этот вопрос попытался английский натуралист Джон Нидхем (1713—1781). В стеклянных колбах он готовил различные бульоны, затем кипятил их в течение нескольких минут и плотно закрывал пробками. Вскоре во всех сосудах появлялись микроорганизмы. Это привело его к заключению, что микроорганизмы способны спонтанно возникать из неживого органического вещества.

Опыты Нидхема повторил итальянский естествоиспытатель Ладзаро Спалланцани (1729—1799). Его опыты внешне не отличались от таковых Нидхема, за исключением того, что Спалланцани закрывал сосуд пробкой не после, а до кипячения, а само кипячение длилось не несколько минут, а значительно дольше — от 30 мин. до 1 ч. В таких сосудах после выдерживания в течение нескольких дней не было обнаружено никаких микроорганизмов. Спалланцани сделал вывод, что эксперименты Нидхема были недостоверными. Микроорганизмы в его настои могли попасть из воздуха (поскольку сосуды закрывали пробками после кипячения), либо погибали не все первоначально содержавшиеся клетки из-за недостаточно длительного кипячения. Спалланцани под микроскопом удалось наблюдать деление микроба на две одинаковые дочерние клетки, каждая из которых также делилась надвое. Всё сказанное позволило итальянскому учёному утверждать, что микроорганизмы возникают не в результате самозарождения, а происходят от себе подобных. Выводы Спалланцани, однако, не поколебали веры Нидхема и его сторонников в самозарождение. Нидхем объяснил отрицательные результаты, полученные Спалланцани, тем, что тот подвергал свои настои слишком жесткой обработке, в результате которой разрушалась их «жизненная сила» (Кеньон, 1972).

1.2 Крах теории быстрого самозарождения

Принимая во внимание огромный интерес к проблеме самозарождения, Французская академия наук в 1859 г. назначила специальную премию за её решение. В 1862 г. эту премию получил французский учёный Луи Пастер (1822—1895). Серией четко поставленных опытов он доказал, что микроорганизмы не возникают самопроизвольно. Особенно изящными были его опыты, проведённые в колбах с S-образными горлами. В такие колбы наливали подсахаренную дрожжевую воду. Если колбы прокипятить, а затем осторожно охладить, то они остаются стерильными неопределённо долгое время, несмотря на то, что не закрыты пробками. Если же удалить S-образный участок горла, то спустя несколько дней в такой колбе будет наблюдаться бурное развитие микроорганизмов. Через S-образное горло воздух может легко поступать в колбу, но содержащиеся в воздухе микроорганизмы задерживаются в изгибах горла, оседая на его стенках. После удаления S-образной части горла микроорганизмы прямо попадают в колбу и начинают быстро развиваться. Этим простым опытом Пастер опроверг возражение о разрушении при нагревании таинственной «жизненной силы», содержащейся в питательной среде и в обычном (непрогретом) воздухе. Он доказал, что «самозарождение» в большинстве опытов происходит в результате попадания в стерилизованные питательные среды микроорганизмов из воздуха. В присущем ему пышном стиле Пастер провозгласил: «Доктрина о самозарождении жизни никогда не оправится от смертельного удара, нанесённого этим простым экспериментом!».

Опыты Пастера произвели огромное впечатление на научную общественность того времени. Стало ясно, что живые организмы, какими бы простыми они ни были, не могут возникнуть путём самозарождения. Для многих это открытие стало своего рода доказательством существования Высшего разума. Однако поиски источника жизни на этом не прекратились².

В 1865 г. немецкий учёный Герман Рихтер предпринял попытку возродить идею космического посева, высказанную ещё в V в. до н. э. греческим философом Анаксагором. Согласно этой гипотезе, жизнь существует вечно и рассеяна в космическом пространстве в виде спор. Попадая на планеты, пригодные для жизни, они начинают прорастать и развиваться. На нашу планету семена жизни могли попасть с частичками пыли или метеоритами. Теория Рихтера получила название панспермии (греч. «pan» — всюду, «sperma» — семя) и, несмотря на то, что по сути не отвечала на вопрос первоначального происхождения жизни, сразу же завоевала большую популярность, особенно в атеистической среде.

1.3 Теория постепенного самозарождения (абиогенеза)

Примерно в это же время английский естествоиспытатель Томас Гексли (1825—1895) выдвинул другую теорию появления жизни на Земле. По Гексли, существование жизни зависит от определённых молекул, таких как молекулы углекислоты, воды и соединений азота. Эти вещества, являющиеся строительными блоками жизни, сами по себе мертвы, однако, если их собрать воедино, они дают начало протоплазме. Такое событие могло произойти в далёком прошлом, «когда Земля находилась в таких физических и химических условиях, которые нельзя увидеть снова». Теория Гексли получила название абиогенеза (греч. «a» — отрицательная приставка, «bios» — жизнь, «genesis» — происхождение).

Первоначально этой теории придерживались лишь немногие учёные³. Однако на неё обратил внимание Ч. Дарвин. В 1871 г. он писал: «Часто говорят, что все необходимые для создания живого организма условия, которые могли когда-то существовать, имеются и в настоящее время. Но если даже представить себе (а это весьма большое „если“! ), что в каком-нибудь небольшом тёплом водоёме, содержащем всевозможные аммонийные и фосфорные соли, при наличии света, тепла, электричества образовался бы химическим путём белок, готовый претерпеть ещё более сложные превращения, то в наши дни такой материал непрерывно пожирался бы или поглощался, чего не могло случиться до того, как появились живые существа».

В 1924 г. к теории абиогенеза обратился советский учёный Александр Опарин (1894—1980), который в своей небольшой брошюре под названием «Происхождение жизни» высказал предположение, что необходимые для жизни органические вещества могли синтезироваться в первичной атмосфере Земли из составляющих её газов под действием электрических разрядов, тепловых и ультрафиолетовых лучей и накопиться в первичном океане, превратив его в «органический бульон». В дальнейшем из этих веществ могли образоваться основные компоненты живых клеток — биополимеры (белки и нуклеиновые кислоты) и, в конечном итоге, — примитивные живые организмы. Работа Опарина по абиогенному происхождению жизни по сути мало чем отличалась от таковой Т. Гексли и не привлекла особого внимания. Весьма слабый отклик получила и аналогичная работа английского биохимика и генетика Джона Холдейна

Конец ознакомительного фрагмента.

Примечания

1

ДРЕВНИЕ БОГОСЛОВЫ И САМОЗАРОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ Может показаться странным, что средневековые учёные, в том числе и богословы, будучи сторонниками библейского учения о творении мира, могли верить в самопроизвольное зарождение жизни, ведь, согласно Библии, Бог сотворил жизнь однажды, а затем повелел ей размножаться и таким образом (и никак иначе!) наполнять землю. Однако ничего удивительного в этом не было. Самопроизвольное появление живых организмов из мёртвой материи казалось настолько очевидным, что средневековые богословы научились обходить это противоречие. В библейском описании творения указано, что различные виды живых существ по воле Бога производила мёртвая материя: земля и вода. Следовательно, полагали они, после сотворения первых форм жизни Бог как бы придал природе самодвижение: отныне земля начала производить растения, а вода — «душу живую». Таким образом, самозарождение жизни рассматривалось уже как вторичное явление, нисколько не противоречащее Библии (Шустова, 2009).

2

Как справедливо отметил Ф. Энгельс, «опыты Пастера в этом отношении бесполезны: тем, кто верит в возможность самозарождения, он никогда не докажет одними этими опытами невозможность его» (Энгельс, 1953).

3

НЕМНОГО ИСТОРИИ: Эрнст Геккель и монеры Одним из приверженцев абиогенеза был влиятельный немецкий учёный, профессор зоологии Э. Геккель (1834—1919). В своё время он высказал идею о существовании примитивных живых организмов — «бесформенных комочков протоплазмы без ядер, размножавшихся путём деления» и представляющих собой нечто среднее между неживой материей и известными науке формами одноклеточных организмов. Геккель назвал эти предполагаемые существа монерами и даже поместил в одной из своих книг рисунки с теми деталями строения монер, которые, по его мнению, у них должны присутствовать. В 1868 г., как раз в год опубликования этих рисунков, Т. Гексли изучал образцы ила, поднятого со дна Атлантического океана десятью годами ранее. Когда Гексли рассматривал пробы в первый раз, то выявил там лишь известные формы жизни. Однако теперь, просматривая эти же образцы, только зафиксированные спиртом, он обнаружил некие «слизистые капельки». Гексли решил, что он нашёл те самые комочки протоплазмы — монеры, о которых говорил Геккель, и назвал их Bathybius haeckelii (в честь автора). Он писал, что монеры представляют собой жизнь в процессе возникновения, которая «непрерывно образует пену из живой материи… на морском дне… опоясывающем всю поверхность Земли». Эту весть растиражировали многие научные и научно-популярные издания. Геккель был чрезвычайно рад находке и часто упоминал о ней в своих работах. Однако следующая экспедиция, исследовавшая дно Мирового океана в течение 3-х лет, не смогла обнаружить пресловутых монер ни в одной из отобранных проб, что было весьма странно. В 1875 г. выяснилось, что монеры являются не чем иным, как комочками гипса (сульфатом кальция), образующимися при смешивании морской воды со спиртом, которым фиксировались пробы. Узнав об этом, Гексли тотчас признал свою ошибку и извинился перед научной общественностью. Геккель же, напротив, продолжил утверждать, что монеры были найдены в Атлантике (Тейлор, 2001). Как и многие эволюционисты того времени, он полагал, что в живой материи нет ничего сложного. На одном из заседаний Немецкого общества естествоиспытателей Геккель заявил: «Когда вы, химики, создадите истинный белок, то он закопошится!». На протяжении всей жизни он ждал доказательств абиогенного происхождения жизни, но так их и не дождался.