Есть три основные теории зарождения жизни на Земле – божественная, метеоритная и химическая. Впрочем, божественная теория – это всего лишь утрированная чисто научная версия химическая, которая сегодня, в отличие от версии метеоритной, как минимум косвенно подтверждена многочисленными научными опытами. И выдвинул эту химическую версию в практически законченном виде советский ученый-биохимик Александр Иванович Опарин еще в далеком 1936 году, однако к этой версии тотчас же решили присовокупиться еще некоторые зарубежные ученые. Публикация также содержит очерк американского химика Мелвина Кальвина «О происхождении жизни», опубликованный еще в 1958 году в старом советском журнале «Наука и жизнь».
Как-то недавно мне довелось посмотреть один французский научно-популярный фильм про зарождение жизни на Земле. В нем вовсю пропагандировалась идея, что живые клетки были в доисторические времена занесены на нашу планету откуда-то из глубин Космоса. Переждав сложные времена физического и химического обустройства Земли, эти биологически активные, хоть и замороженные, клетки дождались, пока на планете не появится вода, и вот в ней они ожили и начали размножаться.
Ну, а дальше пошло и поехало – так и появилась у нас жизнь во всем своем многообразии, которое мы наблюдаем сегодня.
Короче, произошла эволюция, как и говорил Дарвин, и неважно, что она заняла миллионы и даже миллиарды дет – во Вселенной не существует проблемы времени, его в ней всегда достаточно.
Ну, вроде бы эта теория была изложена достаточно понятно. Она доказывала, что на Земле жизнь – «импортированная», так как самозародиться она не может, то есть, из мертвого вещества превратиться в живую субстанцию у нее нет никакой возможности. А так – появилась Земля, прилетели на нее живые организмы и имплантировались в ее «организм».
И какие возражения?
Правда, тут возникает другой вопрос – а где же тогда вообще зародились те живые микроорганизмы, которые когда-то прилетели на Землю? Ведь где-то они должны были появиться впервые в истории Вселенной?
Можно, конечно, поверить в то, что жизнь во Вселенной породил Бог, но эта гипотеза способна только всё запутать, но никак не прояснить. Божественная теория происхождения мира и теория материалистическая никак друг с другом не взаимодействуют, но материалистическую теорию хоть можно «потрогать», то есть объяснить, тогда как божественная не поддается вообще никакому анализу.
Короче, мое знакомство с происхождением жизни на Земле не ограничилось только лишь просмотром французского фильма. Был еще фильм английский, в котором была запущена идея, что Вселенная была создана из одного единого вещества, которое впоследствии под воздействием гравитационных и тепловых сил расщепилось на множество более сложных веществ. То есть в этом «прото-веществе» изначально была заложена способность изменяться, создавая различные формы – как неживые, так и живые.
Другими словами – в природе нет разницы между «жизнью» и «не жизнью». Любое мертвое вещество под воздействием физических и химических сил может превращаться в живое, как живое может превращаться обратно в мертвое. То есть в природе Вселенной постоянно происходят взаимообразующие процессы, но так как «живые» вещества более сложные и требуют взаимодействия с другими веществами и силами, то для них и требуется более насыщенная среда.
Вот, например, камень гранит может существовать в любых условиях, когда на него не действуют такие силы, как высокая температура – хоть в безвоздушном Космосе, хоть в безводной пустыне, хоть на дне глубокого океана. А вот дерево без воздействия на него излучений (например, солнечных) функционировать не может. Также оно не может функционировать и в условиях высоких температур, и даже если солнечное излучение превысит мощность, необходимую дереву, то оно погибнет.
Таким образом дерево во Вселенной распространено гораздо меньше, чем гранит, потому что ему нужны особые условия. Но такие подходящие условия во Вселенной все же встречаются, например, на Земле. Невозможно представить себе, что Земля оказалась единственной с подходящими для жизни условиями, потому что жизнь может существовать в условиях и гораздо более жестких, причем в таких, какие мы себе и представить не можем.
Поэтому думается, что Вселенная просто переполнена жизнью, которая могла быть разбросана не только первым импульсом при образовании Вселенной, но и появиться в процессе физического взаимодействия миров. Например, в какую-то наполненную жизнью планету ударил метеорит, и в результате взрыва какие-то живые частицы выбросило в космическое пространство. Не все погибли в холодном Космосе, какие-то оказались запечатаны в расплавившемся камне, и, преодолев в спячке за тысячи или миллионы лет громадные пространства, достигли других миров, где они могли начать снова функционировать.
Ясно, что такие благоприятные миры – редкость, но только относительная. Вселенная безразмерна, безразмерны и процессы, происходящие в ней, и миры, в которых эти процессы могут проистекать. А раз так, то и спорить не о чем.
Но снова поднимаем вопрос – где-то же должно было произойти первичное появление живого вещества из неживого. Причем процесс этот не единоразовый, то есть он не мог произойти только один раз на какой-то планете, а потом разлететься по Вселенной в виде частиц живой жизни. Если жизнь зародилась на одной планете, то запросто могла зародиться и не всех остальных. Ведь набор веществ, из которых состоят твердые тела Вселенной, один и тот же, то есть, по всему Космосу мы можем обнаружить и железо, и золото, и кислород, и аммиак, и вообще всё. Для того чтобы пополнить периодическую таблицу Менделеева, не надо летать за тридевять земель, достаточно просто покопаться на Земле. Ничего нового мы в Космосе не найдем, чего бы не было на нашей перенасыщенной космическими веществами планете.
А раз так, то жизнь запросто могла зародиться и на земле из «неживых» элементов, главное тут – их наличие в одном месте и энергия, которая запустит процесс. Но на Земле энергии хоть отбавляй – как от Солнца, так и от земных недр, до и не только Солнце может служить источником энергии, но и излучения триллионов других близких и далеких звезд.
В общем, всё то, что я вам сейчас рассказал, люди знали еще чуть ли не со времен Вавилона, то есть первых цивилизаций, которые начали изучать звезды и быстро пришли к вопросу появления жизни на Земле. Эти две темы не просто близки друг к другу, но и связаны одним узлом. Люди были умными уже тогда, просто не имели средств проверять свои умозаключения. И некоторые из них, не принявшие теорию божественного происхождения Человека, понимали, что если есть на других звездах жизнь, то она обязательно будет другая, непохожая на земную.
Древние ученые знали наверняка, что в разных условиях и жизнь развивается по-другому. За доказательствами им ходить далеко было не надо, они прекрасно видели, что рыбы не живут на суше, а слоны – в воде, и устроены они по-разному. Условия совершенно разные, а раз на одной планете есть такие разные условия, то между мирами, разделенными огромными расстояниями, условия будут различаться еще больше.
И вот, кто-то когда-то додумался до того, что жизнь зародилась уже на Земле, а не где-то на звездах. И теория эта в полностью завершенном своем виде впервые в истории вылилась в труде советского биохимика, впоследствии академика - А. И. Опарина (1894-1980 гг.). Труд так и назывался – «Возникновение жизни на Земле», издан он был в 1936 году, и позже неоднократно переиздавался с дополнениями.
Эта книга представляла собой теорию возникновения жизни на Земле из абиотических компонентов, то есть «из мертвого – в живое». Правда, тогда это была всего лишь теория, но впоследствии ряд проведенных в этом направлении экспериментов как в СССР, так и за рубежом подтвердил возможность химической эволюции веществ, которые способны привести к возникновению жизни без всяких божественных воздействий.
Ясно, что теория Опарина базировалась не на пустом месте, но именно он выдвинул ее в законченном виде на основе изучения растворов высокомолекулярных соединений. Согласно его наблюдениям выяснилось, что в таких растворах могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней. А это – стартовый этап в процессе появления жизни путем самопроизвольного превращения неорганических элементов в органические вещества.
То есть, это и есть самое настоящее зарождение жизни, и не надо ей носиться от планеты к планете в метеоритах миллионы лет и преодолевать миллиарды километров.
Однако за последние 100 лет эта теория, несмотря на постоянные попытки ее подтвердить физическими и химическими опытами, так и осталась теорией, хоть и самой сильной из всех. Зарождение жизни – процесс очень долгий, и его невозможно воспроизвести в лабораториях, даже искусственно ускорив изучаемые процессы. Хотя, возможно, в будущем ученые и смогут этого добиться, но сегодня мы должны довольствоваться только умозаключениями, хоть и подтверждаемыми частично научными изысканиями.
Однако не в этом дело, а в том, что история зарождения земной жизни непосредственно на Земле вполне научна. Интересно, что она подтверждена также и Библией, потому что Бог, как известно, зародил жизнь именно на Земле, а про другие планеты в этой книге в данном контексте не упоминается. Ученые к этому факту относятся очень серьезно, потому что в лице Бога они видят исключительно природную силу, а то, чем эта сила заселила планету – это последствия ее действия.
И если этот факт из Библии понять правильно, то это и есть отправная точка, на которой и появилась теория А. И. Опарина о возникновение жизни на Земле в чистом виде.
Но я все же не стану ссылаться на Библию, а сошлюсь на одну статью по этой теме, которая появилась в старом советском журнале «Наука и жизнь» в 1958 году, и автор ее – американский химик М. Кальвин, который в какой-то момент своей научной карьеры заинтересовался теорией Опарина и стал ее посильно разрабатывать со своими коллегами-биохимиками. Правда, он откопал откуда-то еще двух «разработчиков» теории о химическом происхождении жизни на земле, но, как известно, упомянутые им в очерке англичанин Дж. Б. С. Холдейн и американец Гарольд Юрии не являлись «соавторами» Опарина. Их имена появились в контексте этой темы только в 1940-50-х годах, тогда как будущий советский академик занимался этим довольно серьезным вопросом еще с середины 20-х годов.
Тем не менее, с очерком Кальвина обязательно нужно ознакомиться всем, кому тема химического возникновения жизни на Земле интересна хоть в каком-то виде, потому что черпать современные сведения из Википедии, написанные неизвестно кем – это одно, а вот узнать мнение вполне авторитетного американского академика более чем 60-летней давности – это совсем другое.
Журнал «Наука и жизнь», 1958 г., №3
О ПРОИСХОЖДЕНИИ ЖИЗНИ
Мелвин КАЛЬВИН, профессор химии Калифорнийского университета (США).
Мелвин Кальвин родился в 1911 году в Соединенных Штатах Америки в городе Сент-Поле (штат Миннесота). Готовясь к профессорской деятельности, он Несколько лет работал в Англии. Сейчас профессор Кальвин возглавляет биоорганический отдел радиационной лаборатории Калифорнийского университета (город Беркли). Его научные исследования относятся к области изучения структур молекул, теории органической химии, гетерогенного и гомогенного катализов, фотосинтеза и биохимии.
В августе 1957 года профессор Кальвин приезжал в Москву для участия в Международном симпозиуме по происхождению жизни, созванном Академией наук СССР и Международным биохимическим союзом. Редакция обратилась к нему с просьбой рассказать на страницах журнала о его последних работах.
Все мы живые существа, и вполне понятен большой интерес к вопросу о нашем происхождении. Здесь есть элемент философской и научной любознательности и надежда на то, что решение этой проблемы приоткроет завесу над будущим человечества.
Очевидно, каждый достаточно ясно представляет себе, что такое жизнь, и не затрудняется в отличии живого от неживого. Мне хочется изложить вопрос о происхождении жизни с научных позиций, дать нечто вроде единой рациональной схемы.
Надо сказать, что, несмотря на огромные успехи, достигнутые за последние годы в некоторых разделах естествознания, в области этой проблемы очень трудно выдвинуть какую-либо новую мысль. Я придерживаюсь общеизвестной гипотезы происхождения жизни, разработанной такими учеными, как британский биолог Дж. Б. С. Холдейн, русский академик А. И. Опарин, американский химик Гарольд Юри. Предложенная ими схема и будет изложена в этой статье с точки зрения тех фактов и данных, которые мне удалось получить в процессе проведенных мною и моими коллегами исследований.
Сущность принятой нами теории состоит в том, что первым шагом на пути к возникновению жизни было создание сложных химических молекул под воздействием мощных излучений, падающих на земную поверхность. Роль таких излучений сыграли либо космические лучи Вселенной, либо лучи ультрафиолетовые, посылаемые на планету Солнцем.
Активность действия этих лучей определяется содержанием относительно больших запасов энергии в виде сильно концентрированных сгущений. Такие сгущения, если бы мы могли получить их путем нагревания, должны были бы обладать температурой по меньшей мере в 50 тысяч градусов (для ультрафиолета).
Эти концентраты энергии можно представить себе в виде частиц, обладающих огромными скоростями (фотоны, электроны и подобные им). Попадая на земную поверхность и адсорбируясь на ней, они способны разбивать различные молекулы на части. Подобные осколки, сохраняя какую-то часть энергии породивших их лучей, могут затем вступать в реакции в самых различных комбинациях и образовывать более крупные молекулы.
В результате испарения воды эти молекулы, в свою очередь, концентрируются в приливных лагунах. В итоге создавались довольно крупные агрегаты весьма сложных молекул, вплоть до таких, как простые белки или нуклеиновые кислоты.
До последних лет все эти рассуждения можно было считать чисто умозрительными. У нас возникла мысль поставить несколько опытов, чтобы решить вопрос о том, возможно ли это в действительности, могут ли таким путем создаваться сложные молекулы из простых. Провести необходимые исследования не представляло большого труда.
Изготовив растворы углекислого газа, аммиака и других веществ, состоящих из простых молекул (все они считаются первичными на нашей планете), мы подвергли их облучению на циклотроне. С уверенностью можно заявить, что после этого в растворах оказались вещества с более крупными молекулами, чем были прежде.
Например, углекислый газ под влиянием мощной радиации превратился в формальдегид и муравьиную кислоту. А формальдегид дал молекулы, содержащие более одного атома углерода. Получив таким образом молекулы с двумя углеродными атомами, мы использовали их для создания молекул, содержащих уже четыре атома углерода.
В самое последнее время удалось получить молекулы с шестью и восемью углеродными атомами, и я уверен, что это не предел.
Эти опыты экспериментально доказали возможность создания больших молекул из более мелких под воздействием мощной радиации.
Однако не надо думать, что только в этих превращениях смысл зарождения жизни. Накопление энергии в химических веществах настолько незначительно, что для концентрации сложного органического материала потребовалось бы гораздо более длительное время, чем то, которое отводит наука этому процессу сейчас.
Можно предположить, что некоторые молекулы действовали в качестве сенсибилизаторов (с аналогичным фактом мы встречаемся, имея дело с современными фотографическими эмульсиями), и у них эффективность захвата и превращения лучей, несущих энергию, была гораздо более высокой. Возможно, это представляло собой первичную форму фотосинтеза. Постепенно шли отбор и совершенствование таких молекул.
Следующим этапом надо считать появление такой единицы, которая уже обладала способностью выбирать из гомогенной среды молекулы и строить себя из них. Этот процесс подобен образованию кристаллов-двойников в концентрированном растворе, когда получаются два кристалла, один - копия другого. Так возникли вместо одной две идентичные единицы. С подобным саморазмножением начинается именно то, что некоторые называют жизнью.
Первичные живые организмы могли использовать самые разнообразные молекулы, так как в тот период процессов разрушения, вызываемых сейчас разного рода бактериями или другими живыми существами, естественно, не было. Именно поэтому и продукты, создаваемые радиацией, оставались нетронутыми и могли свободно накапливаться.
Мало-помалу эти саморазмножающиеся элементы начинали все активнее использовать обломки молекул для своего воспроизведения. В определенный период наступил такой момент, когда в окружающей смеси веществ стало не хватать тех или иных компонентов. Это привело к тому, что те первичные живые организмы, которые оказались неспособными размножаться без этих компонентов, отмирали, в то время как другие, сумевшие образовать структуру из более простых составных частей, продолжали жить.
Цикл исчерпания более сложных молекул, сменяемый образованием их из достаточного количества более простых, повторялся вновь и вновь. Таким образом постепенно сложились те биохимические процессы, которые мы сейчас усердно исследуем в современных организмах.
Очень важен вопрос о переходе от состояния, при котором все химическое сырье, используемое саморазмножающимися элементами, имелось в готовом виде, к состоянию, когда во внешней среде присутствуют лишь углекислый газ, воздух и вода. Сейчас, используя солнечную энергию, зеленое растение в процессе фотосинтеза строит из этих веществ органические соединения, являющиеся пищей животных и человека.
Как же произошел этот важнейший для утверждения жизни на Земле переход? Очевидно, существовала какая-то промежуточная фаза.
Наблюдения, проведенные в Беркли над глубокими молекулярными механизмами фотосинтеза, могут быть полезными для понимания этого процесса.
Многочисленные исследования привели нас к заключению, что при поглощении световой энергии хлорофиллом зеленого растения и превращении ее в химическую энергию большую роль играет одно широко распространенное соединение, содержащее серу. Этому соединению давались различные названия, я предпочитаю термин «протоген», так как он был предложен одним из первых.
Вещество это найдено во всех живых организмах, как растительных, так и животных.
Очевидно, специфический и единственный в своем роде процесс превращения энергии (типичный для современного фотосинтеза) осуществляется благодаря объединению двух довольно широко распространенных типов молекул. Каждый из этих типов несет свои особые биологические функции.
Несомненно, эти типы молекул создались независимо друг от друга для осуществления различных задач: порфириновые родственники хлорофилла (гемоглобин, цитохром) - для окисления и переноса кислорода, а протоген (и вещества, близкие ему) - для проведения сходных биосинтетических процессов.
Возможно, что подобные содержащие серу соединения принимали сами участие в первичном фотосинтезе благодаря своей способности поглощать лучи, расположенные в спектре ближе к ультрафиолетовой области.
Современные зеленые растения возникли лишь позднее, когда определилось взаимодействие стабильных высокоэффективных поглощающих свет порфириновых соединений (хлорофилл) с веществом, превращающим энергию, протогеном.
Принимая все это во внимание, можно сказать, что зеленое растение занимает в эволюционной схеме живых существ гораздо менее обособленное место, чем это считалось раньше. Его преимущество заключается в обладании эффективной системой для улавливания солнечной энергии. Затем она передается специфическому, содержащему серу соединению, которое, как я уже говорил, встречается у всех живых организмов и лишь по-разному используется. Здесь лежит грань перехода между миром животных и растений.
Возникновение эффективных фотосинтезирующих организмов послужило толчком к развитию и большей дифференцировке мира животных, так как теперь в распоряжении животных благодаря деятельности растений всегда имелся постоянный источник питания.
Сейчас перед химиками, биологами и физиками стоит задача: экспериментально проверить подобные соображения, не один раз высказывавшиеся за последние 15 лет. Умозрительные рассуждения могут содержать истину, если они базируются на большом многообразии твердо установленных научных фактов. Лишь этим путем мы можем получить более определенные и значимые представления о нашем происхождении и, возможно, также о нашем будущем.
МОЖЕТ БЫТЬ, ВАМ ПОНРАВЯТСЯ И ЭТИ МОИ ПУБЛИКАЦИИ:
Первый самолет над Арктикой был российским, а не американским или немецким
