Анализ и оценка гипотез происхождения жизни

От бойкого, но безжизненного набора несложных органических соединений до протоорганизмов, познавших смерть и вступивших в бесконечную гонку биологической изменчивости. В конце концов, разве не эти два слагаемых - изменчивость и смерть - порождают сумму всей жизни?

С научной точки зрения: Панспермия Гипотеза о занесении жизни на Землю из других космических тел имеет множество авторитетных защитников. На этой позиции стояли великий немецкий ученый Герман Гельмгольц и шведский химик Сванте Аррениус, русский мыслитель Владимир Вернадский и британский физик-лорд Кельвин.

Однако она оказалась единственной, которая была принята.

Но наука - это область фактов, и после открытия космической радиации и ее разрушительного воздействия на все живое, панспермия, казалось, умерла.

Как бы то ни было, после открытия космической радиации и ее разрушительного воздействия на все живое, панспермия умерла.

Но чем глубже ученые погружаются в этот вопрос, тем больше нюансов обнаруживается. Поэтому теперь - в том числе благодаря проведению многочисленных экспериментов на космических кораблях - мы гораздо серьезнее относимся к способности живых организмов переносить радиацию и холод, отсутствие воды и другие "удобства" пребывания в космосе.

Находки всевозможных органических соединений на астероидах и кометах, в далеких газопылевых скоплениях и протопланетных облаках многочисленны и однозначны. Но утверждения об обнаружении в них следов чего-то подозрительно похожего на микробы остаются бездоказательными. Легко понять, что при всей своей увлекательности теория панспермии просто переносит вопрос о происхождении жизни в другое место и другое время. Что бы ни принесло первые организмы на Землю - случайный метеорит или хитроумный план высокоразвитых инопланетян, - они должны были где-то и как-то зародиться. <Пусть не здесь и гораздо дальше в прошлом - но жизнь должна была вырасти из безжизненной материи. Вопрос "Как?" ненаучен: спонтанное происхождение высокоразвитой живой материи из неживой - как происхождение личинок мух в гниющем мясе - можно проследить до Аристотеля, который обобщил мысли многих предшественников и сформировал последовательную доктрину самозарождения.

Как и другие элементы философии Аристотеля, самозарождение было доминирующей доктриной в средневековой Европе и пользовалось определенной поддержкой до экспериментов Луи Пастера, который, наконец, показал, что даже личинкам мух для появления на свет нужны мухи-родители. Самозарождение не следует путать с современными теориями абиогенного происхождения жизни: разница между ними фундаментальна.

В экспериментах Миллера-Юри было получено более 20 аминокислот, сахаров, липидов и предшественников нуклеиновых кислот. Современные вариации этих классических экспериментов используют гораздо более сложные установки, которые более точно соответствуют условиям ранней Земли.

Симулируется воздействие вулканов с их выбросами сероводорода и диоксида серы, присутствие азота и т.д. Таким образом, ученым удается получить огромное и разнообразное количество органики - потенциальных строительных блоков потенциальной жизни. Главной проблемой этих экспериментов остается рацемат: изомеры оптически активных молекул, таких как аминокислоты, образуются в смеси в равных количествах, тогда как вся известная нам жизнь за редкими и странными исключениями включает только L-изомеры.

Впрочем, к этой проблеме мы еще вернемся. Здесь стоит добавить, что недавно - через год - кембриджский профессор Джон Сазерленд и его команда показали возможность формирования всех основных "молекул жизни", составляющих ДНК, РНК и белков из довольно нехитрого набора исходных компонентов. Главные герои этой смеси - цианистый водород и сероводород, которые не так уж редко встречаются в космосе. <Добавьте к этому некоторые минералы и металлы, которые в изобилии встречаются на Земле, например, фосфаты, соли меди и железа. Ученые составили подробную схему реакции, которая вполне могла создать насыщенный "первичный бульон" для возникновения полимеров и полноценной химической эволюции. Гипотеза абиогенного происхождения жизни из "органического бульона", которую подтвердили эксперименты Миллера и Ури, была выдвинута в году советским биохимиком Александром Опариным.

Хотя ученый встал на сторону противников научной генетики в "темные годы" расцвета лысенковщины, его заслуги велики. В знак признания его роли как академика его имя носит главная награда Международного научного общества по изучению происхождения жизни ISSOL - медаль Опарина. Она вручается каждые шесть лет, и в разное время ее получали Стэнли Миллер и великий исследователь хромосом, нобелевский лауреат Джек Шостак. В результате получилась уникальная, настоящая эволюционная премия - с меняющимся названием.

С научной точки зрения: Химическая эволюция Теория пытается описать превращение относительно простых органических веществ в достаточно сложные химические системы, предшественники самой жизни, под воздействием внешних факторов, отбора и механизмов самоорганизации. Основной концепцией данного подхода является "водно-углеродный шовинизм", который представляет эти два компонента воду и углерод - НС как абсолютно необходимые и ключевые для возникновения и развития жизни, будь то на Земле или где-то за ее пределами.

Основной проблемой остаются условия, при которых "водно-углеродный шовинизм" может развиться в сложнейшие химические комплексы, способные - прежде всего - к самовоспроизведению. Согласно одной из гипотез, первичная организация молекул могла произойти в микропорах глинистых минералов, которые играли структурную роль. <На их внутренней поверхности, в качестве матрицы, могли оседать и полимеризоваться сложные биомолекулы>: Израильские ученые показали, что такие условия позволяют выращивать достаточно длинные белковые цепи.

Также здесь могло накапливаться нужное количество солей металлов, которые играют важную роль в качестве катализаторов химических реакций. Глиняные стенки могут действовать как клеточные мембраны, разделяя "внутреннее" пространство, в котором происходят все более сложные химические реакции, и отделяя его от внешнего хаоса. Неорганические реакции - например, восстановление минерала пирита FeS2 водородом до сульфида железа и сероводорода - могут обеспечивать энергией первичный "метаболизм".

В этом случае для возникновения сложных биомолекул не требуется ни молния, ни ультрафиолетовый свет, как в экспериментах Миллера-Юри. А значит, мы можем избавиться от вредных аспектов их действия. Молодая Земля не была застрахована от вредных - и даже смертельных - компонентов солнечной радиации. Даже современные, проверенные эволюцией организмы не смогли бы противостоять этому жесткому ультрафиолетовому излучению - хотя само Солнце было гораздо моложе и не обеспечивало планету достаточным количеством тепла.

Из этого возникла гипотеза, что в то время, когда совершалось чудо зарождения жизни, вся Земля могла быть покрыта толстым - в сотни метров - слоем льда, и это было к лучшему.

Спрятавшись под этим ледяным покровом, жизнь могла чувствовать себя в полной безопасности как от ультрафиолетового излучения, так и от частых ударов метеоритов, которые угрожали убить ее в зародыше. Относительно прохладная среда могла также стабилизировать структуру первых макромолекул. Научно: Черные курильщики Действительно, ультрафиолетовое излучение на молодой Земле, атмосфера которой еще не содержала кислорода и не имела такой замечательной вещи, как озоновый слой, должно было быть убийственным для любой зарождающейся жизни.

На самом деле, ультрафиолетовое излучение на молодой Земле, атмосфера которой еще не содержала кислорода и не имела такой замечательной вещи, как озоновый слой, должно было быть убийственным для любой зарождающейся жизни.

Из этого выросло предположение, что хрупкие предки живых организмов были вынуждены существовать где-то, скрываясь от непрерывного потока лучей, стерилизующих все и вся. Например, глубоко под водой - там, где было достаточно минералов, волнения, тепла и энергии для химических реакций, разумеется. И такие места были найдены. К концу двадцатого века стало ясно, что дно океана не может быть обителью средневековых монстров: условия здесь слишком суровые, температуры низкие, радиации нет, а редкая органика может быть отложена только с поверхности.

На самом деле, это огромные полупустыни, за некоторыми заметными исключениями: здесь, глубоко под водой, вблизи геотермальных выходов, жизнь буквально бурлит. Богатая сульфидами черная вода горячая, энергично перемешивается и полна минералов.

Черные курильщики океана - очень богатые и своеобразные экосистемы: бактерии, питающиеся ими, используют железо-серные реакции, о которых мы уже говорили. Они являются основой для довольно цветущей жизни, включая множество уникальных червей и креветок. Возможно, они также послужили основой для зарождения жизни на планете: по крайней мере теоретически, такие системы несут в себе все необходимое для этого.

И в этих фантазиях можно только позавидовать воображению древних авторов: на вопрос о том, что, как и почему возникло в космосе, откуда и как появилась жизнь - и люди - версии были разнообразны и почти всегда красивы. Растения, рыбы и животные были выловлены со дна моря огромным вороном, люди выползли из тела первозданного Пангу в виде червей, были слеплены из глины и пепла, родились от браков богов и чудовищ. Все это замечательно поэтично, но к науке, конечно, не имеет никакого отношения. Наука: Мир РНК Согласно принципам диалектического материализма, жизнь - это "единство и борьба" двух начал: изменяющейся и передаваемой информации, с одной стороны, и биохимических, структурных функций - с другой.

Одно без другого невозможно - и вопрос о том, с чего началась жизнь: с информации и нуклеиновых кислот или с функций и белков, остается одним из самых сложных. И одним из известных решений этой парадоксальной проблемы является гипотеза "мира РНК", которая появилась в конце х и окончательно оформилась в конце х. РНК - это макромолекулы, которые не так эффективны, как ДНК, в хранении и передаче информации и не так впечатляющи, как белки, в выполнении ферментативных функций.

Но молекулы РНК способны и на то, и на другое, и до сих пор они служат передаточным звеном в информационном обмене клетки и катализируют ряд реакций в клетке. РНК, с другой стороны, может быть полностью автономной: она способна катализировать собственное "размножение" - и этого достаточно для начала. Исследования в рамках гипотезы "мира РНК" показали, что эти макромолекулы также способны к полномасштабной химической эволюции. Взять хотя бы яркий пример, продемонстрированный калифорнийскими биофизиками под руководством Лесли Оргела: если в раствор РНК, способной к самовоспроизведению, добавить бромистый этидий, который служит для блокировки синтеза РНК в этой системе, то мало-помалу, со сменой поколений макромолекул, в смеси появляется РНК, устойчивая даже к очень высоким концентрациям токсина.

Приблизительно таким же образом, эволюционируя, первые молекулы РНК могли найти способ синтезировать первые инструменты-белки, а затем, совместно с ними, "открыть" двойную спираль ДНК, идеальный носитель наследственной информации.

По мнению ее сторонников, никакой жизни вообще никогда не возникало - так же, как не рождалась Земля и не появлялся космос: они просто были всегда, всегда и всегда будут.

Это не более обоснованно, чем черви Пангу: чтобы воспринимать такую "теорию" всерьез, придется забыть бесчисленные выводы палеонтологии, геологии и астрономии.

И, фактически, отказаться от всего грандиозного здания современной науки - но тогда мы, вероятно, должны отказаться и от всего, на что имеют право ее обитатели, включая компьютеры и безболезненное лечение зубов.

С точки зрения науки: Протоклетки Однако простой репликации недостаточно для "нормальной жизни": любая жизнь - это, прежде всего, пространственно изолированная область среды, разделяющая процессы обмена, облегчающая протекание одних реакций и допускающая исключение других.

По сути, жизнь - это не что иное, как пространственная изоляция.

Иными словами, жизнь - это клетка, ограниченная полупроницаемой мембраной, состоящей из липидов. А "протоклетки" должны были появиться на самых ранних стадиях жизни на Земле - первую гипотезу их происхождения высказал хорошо известный нам Александр Опарин. По его мнению, "протомембраны" могли быть капельками гидрофобных липидов, напоминающими желтые капли масла, плавающие в воде.

В целом идеи ученого приняты и современной наукой; Джек Шостак, получивший за свою работу медаль Опарина, также занимался этой темой. Вместе с Катажиной Адамалой он смог создать своеобразную модель "протоклетки", аналог мембраны которой состоял не из современных липидов, а из еще более простых органических молекул, жирных кислот, которые вполне могли накопиться в местах зарождения первых протоорганизмов. <Шостак и Адамале даже сумели "оживить" их структуры, добавив в среду ионы магния, стимулирующие РНК-полимеразы, и лимонную кислоту, стабилизирующую структуру жировых мембран. В итоге они получили совершенно простую, но в какой-то степени живую систему; по крайней мере, это была нормальная протоклетка, содержащая защищенную мембраной среду для размножения РНК.

С этого момента мы можем закрыть последнюю главу предыстории жизни - и начать первые главы ее истории. Поэтическая картина вечного блуждания каждой живой души по бесконечному разнообразию миров и их обитателей, ее перерождения в ничтожное насекомое, в возвышенного поэта или в неизвестное нам существо, демона или бога. Несмотря на отсутствие идеи реинкарнации, идея Ницше действительно близка к этой: вечность вечна, а значит, каждое событие в ней может - и должно - повториться вновь.

И каждое существо бесконечно вращается на этой карусели всеобщего возвращения, так что крутится только голова, а сама проблема первичного происхождения исчезает где-то в калейдоскопе бесчисленных повторений. Научный: Эндосимбиоз Посмотрите на себя в зеркало, загляните в свои глаза: существо, на которое вы оглядываетесь, - сложнейший гибрид, возникший в незапамятные времена.

Еще в конце XIX века немецко-английский натуралист Андреас Шимпер заметил, что хлоропласты, органеллы растительной клетки, отвечающие за фотосинтез, размножаются отдельно от самой клетки. Вскоре возникла гипотеза, что хлоропласты - это симбионты, клетки фотосинтезирующих бактерий, которые однажды были проглочены хозяином - и остались там навсегда.

Конечно, у нас нет хлоропластов, иначе мы могли бы питаться солнечным светом, как предполагают некоторые псевдорелигиозные секты. Однако в е годы гипотеза эндосимбиоза была расширена и теперь включает митохондрии - органеллы, которые потребляют кислород и обеспечивают энергией все наши клетки. К сегодняшнему дню эта гипотеза приобрела статус полноценной, многократно доказанной теории - достаточно сказать, что у митохондрий и пластид обнаружен собственный геном, более или менее независимые от клетки механизмы деления и собственные системы синтеза белка.

В природе встречаются и другие эндосимбионты, которые не имеют миллиардов лет коэволюции и находятся на менее глубоком уровне интеграции в клетку. Например, некоторые амебы не имеют собственных митохондрий, но имеют бактерии, которые включены внутрь и выполняют их роль.

Также существуют гипотезы об эндосимбиотическом происхождении других органелл - включая жгутики и реснички, и даже клеточного ядра: по мнению некоторых исследователей, все мы, эукариоты, появились в результате беспрецедентного слияния бактерий и архей. Эти теории пока не получили строгого подтверждения, но ясно одно: как только возникла жизнь, она начала поглощать своих соседей - и взаимодействовать с ними, порождая новую жизнь.

Ненаучно: Креационизм Само понятие креационизма появилось в XIX веке, когда оно было придумано Торой, Библией и другими священными книгами монотеистических религий для обозначения различных версий того, как появился мир и жизнь.

Но, по сути, креационисты не предложили ничего нового по сравнению с этими книгами, раз за разом пытаясь опровергнуть строгие и основательные выводы науки - и, по сути, раз за разом теряя одну позицию за другой.

По сути, они теряли одну позицию за другой.

К сожалению, идеи современных псевдокреационистов гораздо проще для понимания: чтобы постичь теории настоящей науки, нужно приложить немало усилий. Вы нашли опечатку?

Навигация

Comments

  1. Вы абсолютно правы. В этом что-то есть и мне кажется это отличная идея. Я согласен с Вами.