Здравствуй уважаемый читатель, с Вами снова бывший аспирант и младший научный сотрудник ВНИВИПа . Сегодня я хочу разобрать различные теории зарождения жизни. Но не подумайте, я был бы не я если бы не предложил вам разобраться, а почему все они имеют право на существование. Да они имеют это право, ИМЕЮТ, и мы сейчас постараемся разобраться почему.
Как мной заведено, для начала пару слов в свое оправдание. Я честно опубликовал в свое время пост на канале, где просил читателей, сказать публиковаться мне на эту тему или нет. К сожалению у меня пока мало читателей и не кто не откликнулся в каментах, что грустно :((. Но при разговоре с людьми я понял, что мало кто может толком объяснить, почему та, или иная теория, имеет большее право на существование. Поэтому я решил опубликовать эту статью, где постараюсь показать как связана биология, астрономия и теория вероятности.
И так пожалуй начнем.
Человек разумный, есть человек любознательный, он всегда пытается докопаться до сути. Эта черта которая и мешает и в то же время выделяет нас из окружающей природы. Многие люди за свою любознательность поплатились жизнью. Я сейчас говорю не только о святой инквизиции, которая именем бога выжигала просвещение, но и о банальных ошибках первопроходцев, которые по незнанию, или случайно, подвергали себя смертельным опасностям (к примеру можно взять того же Амундсена). Они тыкались, как слепые котята в острые углы, допускали ужасные ошибки, которые мы их потомки уже не допустим. Но благодаря им человечество приобрело колоссальный опыт, их жизни и переживания являются фундаментом нашего знания.
Знание - высший придел эволюции, но для его возникновения необходима жизнь. И как только появляется знание, человек пытается разобраться, а как именно это самая жизнь появилась на свет? И с этого момента появляются различные толкования этого явления.
Разберём наиболее распространённые теории, теорий очень много и я устану их описывать, а Вы устанете читать, поэтому только четыре.
Начнем с самого древнего, креационизм.
И всех их создал Бог, так говорил довольно известный писатель Джеймс Хэрриот. Да это теория создательства, которая так или иначе встречается во всех религиях мира. В чём она заключается, в том, что некий высший разум создает все живое и неживое в нашей вселенной. И если верить этой теории, то мир существует веками таким, каким его создает в самом начале бог. Но спустя определённое время эта теория начинает трещать по швам. Люди спускаются под землю и находят там окаменелости животных и растений, которые не как не вписываются в существующею картину мира. Теория требует совершенствования.
На нее начинают наступать великие умы Галилео Галилей, Николай Коперник и пр. начинают опровергать общепринятую геоцентрическую картину мира. И в итоге начинается новая ветвь развития знания. Появляется учение где центром становиться не земля, а солнце. Всё человеческое мировоззрение, начинает потихоньку преображаться.
Хотя сейчас давайте остановимся и обратимся к одной весьма известной книге, весьма известного человека. Я говорю о Стивене Хокинге и его книге, краткая история времени. В первой главе мы найдём весьма интересные строки, там рассказывается, что один учёный, читал публичную лекцию на тему строения солнечной системы и вращения солнца вокруг центра галактики. Одна из слушательниц ему возразила сказав, что такой образованный человек, должен знать, что земля это блюдце которое стоит на черепахе. Учёный ухмыльнувшись спросил: "Но мадам, на чём стоит эта черепаха?". Женщина не растерялась и ответила: "Вы образованный человек и должны понимать, что эта черепаха стоит на другой черепахе, а та на третей и так до бесконечности". Сейчас можно улыбаться её невежеству, но позвольте, так ли она неправа? Немного погодя мы это разберём, а сейчас пойдём дальше.
Следующая теория, которая сделала весьма много шума, это теория о самозарождении жизни.
Эта теория довольно долго питала человеческие умы. Со времён Аристотеля люди свято верили в самозарождение это самой жизни. Много трактатов написано на эту тему. В XVII столетии уже началось противостояние между учёными которые считали, что эта теория неопровержима и противниками оной. Активным сторонником теории выступал Джон Нидхем, его оппонентами были врач Франческо Реди и Ладзаро Спалланцани (более подробно о этих событиях у меня написано в этой статье). А сейчас разберем опыт Франческо.
Опыт Франческо был очень прост, он закрыл марлей стаканчики с мясом и в результате в них не появились личинки мух. В стаканчиках с лёгким доступом для насекомых, личинки с успехом появились. Ладзаро пошел дальше и ставил подобные опыты уже на микробах в питательной среде, где получил точно такие же результаты.
Но всё равно, не смотря на явлый успех Спалланцани и Реди, периодически находились люди которые так или иначе увлекались теорией самозарождения. И окончательную точку в этом споре ставит уже Луи Пастер при помощи опыта с S образным изгибом колбы.
Здесь я приведу слова весьма известного учёного, астронома Фреда Хойла, благодаря которому появилась теория большого взрыва. Он говорил следующее: "Вероятность, самозарождения жизни, равна вероятности того, что смерч проносясь по свалке соберёт из хлама боинг-747". По словам Хойла, поняв эту истину он уверовал в бога. Разбором его заблуждения, или правоты мы займемся ниже.
Теперь я предлагаю рассмотреть теорию Опарина - Холдейна или теория коацерватных каплей.
Эта теория была выдвинута нашим соотечественником Опарином Александром Ивановичем. Чуть позже она была дополнена британским учёным Холдейном. Суть теории заключается в том, что в момент образования на нашей планете атмосферы, океанов и земной коры, начинают образовываться органические соединения, которые затем образуют биологические мембраны, белки и прочие строительные материалы.
Теория Опарина объясняла возникновение капель, которые в дальнейшем, могли путём отбора более стабильных капель, преобразоваться в модель клетки. Но теория не давала ответа на вопрос о самовоспроизведение жизни и наличия молекул нуклеиновых кислот в природе. Вот тут на сцену и выходит Холден, который делает предположение, что первично возникает молекула ДНК или РНК. Эти теории неплохо друг-друга дополняют и получили лабораторное подтверждение, в экспериментах американских биохимиков Стенли Миллера и Гарольда Юри в 1953 году. Создав похожую атмосферу, которая была на поверхности молодой земли, добавив воду, которая уже естественно находилась на нашей планете, пропуская электрические разряды через полученную газовую смесь, они получили небольшие цепи нуклеиновых кислот, сахара, аминокислоты, вообще всё то из чего действительно может собраться жизнь (помойка, над которой может пронестись смерч ¯\_(ツ)_/¯ ).
Эта теория, в научных кругах, дополнялась и развивалась. К примеру более вероятно, что это не был мировой океан, а скорее более мелкие водоемы. Тогда это повышает вероятность встретиться и прореагировать этим веществам. Дополнялась и модель ранней атмосферы, что приносило больше нюансов. Но суть предложенная Опарином и Холденом остаётся той же. Эти два учёных положили новое начало в науке под названием, биохимической эволюции. А главное, теория подтверждается экспериментально. Немного ниже мы постараемся подвергнуть её сомнению и попробовать определиться, в её праве на существование.
Следующая теория, которую я хочу Вам предложить, это теория панспермии.
Эта теория о внеземном происхождении жизни. Основная её суть, жизнь на нашу планету была принесена извне, на каком-то носителе. Она подтверждается тем, что многие одноклеточные организмы могут продолжительное время находиться в состоянии космического вакуума, а после попав в благоприятные условия, продолжить свою жизнедеятельность. Эта теория безусловно не дает ответ о том как зарождалась жизнь во вселенной, но поясняет как она попала на нашу планету.
Я изложил три наиболее распространённые, на сегодняшний день, теории возникновения жизни на нашей планете. Теперь давайте попытаемся разобраться в том, какова вероятность возникновения жизни в предлагаемых сценариях. И не будем опираться только на мнение ученых, а попытаемся, имея элементарные знания математической вероятности, предположить насколько это всё реально.
В этой части статьи нам не обойтись без формул и элементарных вычислений. И для начала нам необходимо определиться, что есть вероятность. Вероятность - возможность наступления ожидаемого события, выраженная в количественной оценке. Значение этой вероятности, выражается в основном в долях от целого, т.е. обычно в дробях. Формула вероятности проста и элементарна
Р(A)= M/N.
Где Р - это собственно вероятность возникновения события А, М - число благоприятных исходов, N - число всех возможных исходов. На простейшем примере разберем как она работает, а для примера возьмём как всегда обычную монету ;-).
Пример этот довольно заезженный, но наглядный. И так когда мы подбрасываем монетку, то ожидаемо возникают два события, выпадение орла или решки, соответственно N = 2. В случае подкидывания монеты один раз, то число благоприятных исходов всегда равно единице (так как мы можем загадать только орла или решку), соответственно М = 1. Тогда вероятность равна Р(A) = 1/2. Это логично и довольно просто.
Можно усложнить задачу. Как пример, подбросить монетку два раза. Тогда мы получим четыре возможных исходов, приведённых ниже на картинке.
Попробуем узнать вероятность возникновения события, что выпадет два раза подряд решка. Данная вероятность будет равна 0,25. Ттак как есть одно ожидаемое событие М = 1, А общее количество возможных событий N = 4, соответственно P(A) = 1÷4. Но если мы просчитаем вероятность того, что выпадет хотя бы один, или более раз, орёл то число благоприятных событий у нас уже будет три, а общее количество событий так и останется четыре. В итоге получаем 3÷4=0,75 или 3/4.
И всё вот это вот работает только в одном случае, а именно если человек, который подбрасывает монетку, не мухлюет. К примеру, подкидывает её так что бы она не переворачивалась в воздухе. Конечно в это случае вероятность того что скажем выпадет только решка довольно высока, а вероятность выпадения орла близка к нулю. Данный пример, является одним из случаев смещения вероятности возникновения события, когда мы вводим в эксперимент условия, для возникновения только одного из ожидаемых результатов.
Для продолжения наших рассуждений по теме статьи, потребуется ввести ещё один термин, произведение вероятностей. Дадим ему определение.
Произведением событий А и В называется событие, состоящее в том, что произошло и событие А, и событие В. Аналогично произведением нескольких событий называется событие, заключающееся в том, что произошли все эти события.
P(AB) = P(A)·P(B)
Наглядно это изображено на картинке ниже.
Лучшим примером, для иллюстрации вычислений, является пара игральных костей. Предположим, что подкинули две игральные кости, вычислим вероятность возникновения события, что выпадут две шестёрки.
Как нам известно на одной кости шесть граней, значит вероятность выпадения шестёрки равна 1/6, а если подбрасываем две кости, то вероятность соответственно равна:
Р(АВ) = Р(А)·Р(В) = 1/6·1/6 = 1/36
И так мы видим, что одновременное выпадение двух шестёрок на двух игральных костях равна 1/36. Вероятность небольшая, но все же есть (а по существу значительно больше, чем то что мы будем считать дальше).
Вот теперь введя в рассуждения эти простые формулы, мы можем посчитать приблизительную вероятность возникновения жизни на земле.
И разберём какова вероятность попадания астероида, с живыми простейшими, в нашу галактику. Почему именно в галактику? А почему бы и нет ведь для того, что бы этот астероид упал на землю, ему для начала в галактику Млечный путь попасть надо. А упрощать ему жизнь мы не будем и поэтому предположим, что он выбрал свой путь таким образом, что должен выбрать одну галактику из множеств во вселенной. Сколько всего галактик некто точно вам не скажет, но предположительно в наблюдаемой части вселенной их около двух триллионов 2·10¹².
Теперь необхлдимо применить нашу простую формулу: Р(A)= M/N и подставить в неё известные нам значения М =1, а N = 2·10¹². Почему M = 1, а потому, что у нас есть только один вариант, астероид должен попасть исключительно в галактику млечный путь. Почему N = 2·10¹², ну тут всё просто это общее количество возможных событий (ведь угодить он может в любую из двух триллионов галактик).
И вот результат наших вычислений Р(А) = 1÷2·10¹² = 5·10⁻¹³, т.е. двенадцать знаков после запятой. А дальше, мы ещё должны добавить вероятность, что после прилёта в галактику млечный путь, наш с вами астеройд выберет исключительно планету Земля. Да вероятность которая была и без того мала становиться ещё меньше.
Что касается теории Опарина - Холдейна или теория коацерватных каплей. Давайте с Вами вспомним, что там рассматривается возможность возникновения огромного количества событий. Необходимо достаточное количество начального химического материала для образования капель, соответствующий состав атмосферы, наличие определённой температуры и пр. В этом случае нам будет необходимо перемножить вероятности возникновения этих событий, что опять искомую величину будет приближать к нулю.
Помните про боинг-747? Так вот теперь понятно, что имел ввиду Френд Хойл.
Вероятность теории креационизма, мне честно говоря и вычислять не хочется. Нет, не только потому, что я атеист но и ещё потому, что с трудом себе представляю, как подобную теорию загнать в математические рамки.
Да как видно из наших раскладок, жизнь маловероятна, но факт остаётся фактом, жизнь зародилась и жизнь, ну во всяком случае на нашей планете, бьёт ключом.
Если подключить логику, то выводу будут немного парадоксальны. Все теории, как тут показано, имеют незначительную вероятность, которая так или иначе приближается к нулю. Значит нельзя сказать, что даже теория креационизма не имеет право на существование. Я в пример приводил высказывание женщины про блюдце и черепах. Так вот и тот. её странный аргумент можно было-бы считать правдой. Но человек уже летал вокруг земли, черепах с блюдцем не найдено. ¯\_(ツ)_/¯
Да безусловно все расчёты тут весьма примитивны и не включают в себя множества факторов, которые так или иначе влияют на возможность зарождения жизни. Но я просто хотел показать общие принципы логических суждений и разрешения задач. Показать насколько важна правильно выбранная теория, и как математика позволяет нам практически любую задачу показать наглядно.
В момент написания материала были использованы следующие источники:
"Теория вероятности и математическая статистика" Л.Н. Губарь и А.В. Ермоленко
"Общая Биология" под редакцией профессора Рувинского
"Краткая история времени" Стивен Хокинг.
И напоследок, если статья вам понравилась, то пожалуйста ставьте лайки, оставляйте комментарии. Я буду благодарен за обратную связь.