Происхождение жизни

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ Введение В таинственной глубине очень далекого от нас прошлого , около 3,5 млрд . назад , на Земле абиогенно образовали сь клетки . В них тогда начались процессы упорядоченного обмена веществ . Вспыхнула жиз нь . Шло время . Почти 3 млрд . лет жизнь пр одержалась только в одноклеточных организмах . Около 600 млн . лет назад некоторые клетки сформировали многоклеточные организмы. Когда живые клетки специфически собираютс я воедино , из них образуется быстроногая к расавица лошадь , тучная корова , огневой тигр , безобидная морковь , злая крапива и верх совершенства - ч еловек . Откуда мы и в се живое , что нас окружает ? На этот вопрос отвечает теория эволюц ии . Считается почти доказанным , что “все ж ивотные и все растения происходят от како го-нибудь одного прототипа” . “Из такого просто го начала возникли и продолжают развивать ся несметные формы , изумительно совершенн ые и прекрасные” [1]. Вопрос о происхождении жизни , о возникновении на Земле первых живых существ принадлежит к числу величайших , основ ных проблем естествознания . Каждый человек , на каком бы уровне развития он не ст оял , сознательно или бессознательно , задае т себе вопрос и худо ли , хорошо ли на него отвечает , так как без этого ответа не может быть создано никакое , даж е самое примитивное мировоззрение [2]. История учит нас , что проблема происхо ждения жизни привлекала к себе человече ский ум уже с незапамятных времен . Нет такой религиозной или философской системы , нет такого крупного мыслителя , которые не уделяли бы этой проблеме самого пристального внимания . В разные эпохи и на разных ступенях культуры вопрос о происхож д ении жизни решался по разному. 1. Философские основания ранних концепций происхождения живого В своей книге Первичное зарожден ие и жизненная сила Э.Липпманн дает обширный м ате риал , показывающий , насколько широко бы ла распространена вера в самозарождение в продолжении всей истории человечества . Так , например , в Китае уже с древнейших времен существовало поверие , что тли самозарождаютс я на бамбуке , если его черенки высаживать в т еплую и влажную погоду . В священных книгах Индии имеются указания на внезапное возникновение различных паразитов , мух и жуков из пота и навоза . В вавилонских клинописях можно прочесть , что из ила каналов образуются черви и другие животные. В древнем Египте господствовало убе ждение , что слой гумуса , оставленный Нилом при его разливе , может порождать живые су щества , когда он прогревается Солнцем ; так возникают лягушки , жабы , змеи и мыши . В этом будто бы легко можно было убедить ся , наблюдая , что их передняя ч а сть является уже готовой и живой , а задняя представляет еще неизменную влажную землю. Повторение этой сказки мы находим и у древних греков (например , у Диогена Ап оллонийского ) и в сочинениях знаменитого римс кого ученого Плиния . Она пользовалась широким рас пространением и на Востоке и на Западе как в средние века , так и в более позднее время . Недаром даже в трагедии Шекспира Антоний и Клеопатра Лепид уверяет , что в Египте крокоди лы выводятся и з грязи Нила под действием южного , жаркого солнца. Вообще для истории проблемы самозарождени я весьма характерным является то , что у самых разнообразных народов , живших в разно е время и стоявших на разных ступенях культуры , мы находим указания о самоп роизвольном возникновении почти всегда одних и тех же организмов - это черви , зарождающи еся в навозе и гниющем мясе , вши , образ ующиеся из человеческого пота , светляки , родящ иеся из искр костров , наконец , это лягушки и мыши , возникающие из росы и в л ажной земли . Всюду , где человек сталкивался с внезапным и массовым появлен ием живых существ , он рассматривал его как самозарождение жизни . Вера в самозарождение у древних народов не являлась поэтому выводом из того или иного миропонимания . Самозарождение ж ивых существ было для них просто очевидным , эмпирически устан овленным фактом , под который уже в дальней шем подводилось то или иное теоретическое обоснование. Раннее христианство черпало ру ководящий материал о самозарождении из библии , которая в свою очеред ь заимствовала данные по этому вопросу из мистических сказаний Египта и Вавилона . Богословские ав торитеты конца IV и начала V в., отцы христиан ской церкви , сочетали эти сказания с учением неоплатоников и разработали на этой осно ве свою мистическую концепцию происхождения ж изни . Живший в середине IV в . Василий Великий я влялся и является до настоящего времени о дним из главных богословских авторитетов вост очной христианской церкви . Именно под ег о влиянием формировались у руководителей прав ославия их представления о живой природе . Его книга Беседа на шестоднев сохранилась в церковной литературе , в частност и , на русском языке , и до наших дней . В ней мы можем прочесть по интересующему нас вопросу следующее : Одно производится через преемство с уществовавшего прежде , другое даже и ныне является живородящимся из самой земли . И бо не только она производит кузнечиков в дождливое время и тысячи других пород пернатых , носящихся по воздуху , из которых большая часть , по малости своей , не им еет и имени , но из себя же дает мы шей и жаб . Около Египетских Фив , когда в жары идет много д о ждя , вся страна наполняется вокруг 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 свое происхождение . Все эти случ аи самозарождения жив ых существ происходят , согласно Василию Велик ому , по божьему повелению , которое не прек ращает действовать с неослабевающей силой от сотворения мира до наших дней. В течении всех средних век ов вера в самопроизвольное зарождение неразде л ьно господствовала над умами людей . В средние века философская мысль могла сущ ествовать только как богословская мысль , в оболочке той или иной доктрины церкви . Всякий философский вопрос мог получить права гражданства только при условии , если он связывался с той или иной бог ословской проблемой . Философия была служанкой богослов ия ( ancilla theologiae ). Вопросы естествознания были отодвинуты на зад ний план. Поворотным путем в этом отношении спр аведливо считаются опыты итальянского естествоис пытателя и врача Франческо Реди (1626-1698). На его долю выпала честь впервые выступить с экспериментальными опрове ржениями веры в самозарождение , нераздельно господствовавшей многи е столетия . В 1668 году он опубликовал свою работу Опыты по размножению насекомых , где эксперимент ально опрове рг представления о возможност и самозарождения организмов . Суть этих исслед ований выражаются в известном “принципе Реди” : “Живое зарождается только из живого” [3]. Дальнейшее развитие биологии не только не прояснило механизма зарождения жизни , но и поставил о и продолжает ставить новые и все более сложные вопросы . Уже в прошлом веке сложилось понимание всей грандиозности и колоссальной сложности стоящ ей перед биологической наукой задачи . Даже Ч.Дарвин , один из основоположников теории эв олюции , понимая все сл о жность этой задачи , писал : “Рассуждать в настоящее вр емя о происхождении жизни просто нелепо . С таким же успехом можно говорить о во зникновении материи”. Кратко суть этой проблемы можно опред елить как поиск механизма , который мог бы обеспечить образование хотя бы простей шей живой клетки из имеющегося набора ато мов при условии , существовавших на древней Земле . Причем образования самопроизвольного… [4]. 2. Современные представления о “происхождени и живого” 2.1. Методологические принципы концепции А.И . Опарина Диалектико-материалистический подход к решению проблемы происхождения жизни наш ел конкретное воплощение в естествознании пре жде всего в гипотезе А.И . Опарина , который в 1924 г . изложил основы своей концепции в книге “Происхождение жизни” . Им впервые была разработана конкретно-научная программа экспериментальных исследований данной проблемы. Обобщив достижения космологии , органической химии , геофизики , биохимии , геоморфологии , астроф изики и др ., он предложил гипотезу , объясня ющую закономерный характер химич еской эво люции в направлении усложнения ее продуктов вплоть до образования простейших живых с уществ . А.И . Опарин теоретически предположил и экспериментально доказал возможность образовани я абиогенным путем органических соединений , к оторые возникают при де й ствии эле ктрических разрядов , тепловой энергии , ультрафиоле товых лучей на газовые смеси , содержащие п ары воды , аммиака , циана , метана , и др . П од влиянием различных факторов внешней среды эволюция углеводородов привела к образованию аминокислот , нуклеотидо в и их п олимеров , которые по мере увеличения концентр ации органических веществ в “первичном бульон е” гидросферы Земли способствовали возникновению коллоидных систем , так называемых коацерватн ых капель . Последние , выделяясь из окружающей среды и имея неодин а ковую вн утреннюю структуру , по-разному реагировали на внешнюю среду. Исходным пунктом анализа А.И . Опарина является материалистический подход к пониманию сущности живого . “Жизнь , - писал он , - материал ьна по своей природе… Это особая , качестве нно отличная от неорганического мира фо рма движения материи” [5]. Говоря о достоинствах методологии А.И . Опарина , следует подчеркнуть его умение рассм атривать в развитии наиболее сложные аспекты этой кардинальной мировоззренческой проблемы. Эта методология помогла сдел ать А. И . Опарину предположение о том , что услови я , в которых происходил процесс зарождения и эволюции жизни , также претерпевали качест венные изменения . Было установлено , что превра щениям углеродистых соединений в химический п ериод эволюции соответствовала атмосфера с восстановительными свойствами . После того как возникли простые анаэробные формы жи зни и увеличивалось количество кислорода , она постепенно стала приобретать окислительные х арактеристики , что в наибольшей мере свойстве нно земной атмосфере в нас т оящее время. Исходя из диалектической теории развития и обобщив богатый материал из биофизики и биохимии , А.И . Опарин предложил программ у оригинальных модельных опытов с фазово-обос обленными системами , или пробионтами (коацерватным и каплями ), для объяснени я возникновения и совершенствования обмена веществ живых о рганизмов и таких важных его составляющих , как белки (ферменты и строительный материал для морфологических структур ), нуклеиновые ки слоты (носители генетической информации ), полисахар иды и липиды ( и сточник энергии б иохимических реакций ). Однако самое интересное в данном подходе заключается в том , что “на модели коацерватных капель удается э кспериментально продемонстрировать зачатки естествен ного отбора , той закономерности , которая в дальнейшем легла в основу всей по следующей эволюции такого рода открытых , фазо во-обособленных , целостных систем , на пути к возникновению простейших организмов” [6]. Сегодня проблема происхождения жизни иссл едуется широким фронтом различных наук . Основ а такого конкретно-нау чного подхода залож ена А.И . Опариным , которому удалось наметить главные пути исследования конкретных механизмо в перехода химической эволюции в биологическу ю . Вместе с тем велика заслуга А.И . Опа рина в постановке и разработке мировоззренчес ких и методологи ч еских проблем в решении вопроса о сущности жизни и е е происхождения . Последовательное применение прин ципов диалектического материализма в процессе конкретного научного познания позволили А.И . Опарину прийти к выводу , что “возникновение жизни отнюдь не явл я ется как ой-то “счастливой случайностью” , а представляет собой вполне закономерное событие , неотъемлемую часть общей эволюции Вселенной . С этой точки зрения познание процесса возникновения жизни вполне доступно объективному , научному изучению , не требующем у постулировани я какого-то предшествующего плана творения” [7]. 2.2. Философские аспекты основных современных решений проблемы происхождения ж ивого В зависимости от того , како е наиболее фундаментальное свойство живого из учается в данном исследовании преимущ еств енно (вещество , энергия , информация ), все соврем енные концепции происхождения жизни можно усл овно разделить на три направления : субстратно е (биохимики во главе с А.И . Опариным ), э нергетическое (И . Пригожин , Л.И . Блюменфельд , М.В . Волькенштейн , К.С . Тр и нчер , П.Г . Кузнецов , Л.А . Николаев и др .) и информацион ное (А.Н . Колмогоров , А.А . Ляпунов , М . Эйген , Ф . Крик , Д.С . Чернавский и др .) [6]. Из кон кретных концепций , получивших сегодня широкое признание , можно указать , кроме гипотезы Опари на о путях эволюции обмена веществ и Холдейна о становлении механизма перед ачи наследственной информации , на гипотезу Ка стлера об эволюции молекулы полинуклеотида со свойствами репликации ; идею Кальвина о мо лекулярной эволюции свойства автокатализа некото рых биополимеров ; ко н цепцию Бернала о химической эволюции в адсорбционных плен ках ; гипотезу Фокса и Дозе об эволюции протеиноидных микросфер ; теорию Эйгена об э волюции самовоспроизводящегося гиперцикла систем синтеза белков и полинуклеотидов ; концепцию М еклера о перекрестной с тереокомплемента рности (механизм воспроизводства генетической инф ормации и кода ) и др . [8]. При всем многообразии данных точек зр ения их объединяет общий методологический под ход , сутью которого является историческая экс траполяция , т.е . объяснение истории р азвити я живого из знания субстратных , энергетически х и информационных характеристик современных живых систем . В данном случае направление процесса познания противоположно естественному х оду возникновения живого и начальные и ко нечные пункты их не совпадаю т . Э то накладывает определенные ограничения на во зможности актуалистического , или , как его еще называет А.П . Руденко , биологического , подхода , самый главный недостаток которого состоит в том , что он не способен в принцип е вскрыть законы химической эволюции, оп ределяющие ее условия , возможность , причины и направленность . “Из-за незнания законов химич еской эволюции в актуалистических гипотезах и теориях остается непонятным механизм естеств енного отбора эволюционных изменений ; неясно , почему вообще происходит х имическая эволюция и чем она отличается от неорг анизованных химических процессов , почему эволюция направлена от простого к сложному , от неорганических веществ к органическим , от о рганических веществ к биополимерам и т.д.” [9]. В спорах о проблеме возникнов ения живого подчас раздаются и весьма скептич еские голоса по поводу возможности научного решения данной проблемы . Например П . Мора указывает на неприменимость в этом вопро се ссылок на законы экспериментальной науки . И тогда , чтобы остаться в рамках прич ин н ого объяснения , необходимо предпол ожить , что будут открыты какие-то новые фи зико-химические законы , неизвестные современной на уке . В противном случае ничего не остается , как признать несостоятельность причинного о бъяснения и необходимость телеологии , с че м , естественно , ученые вряд ли со гласятся [8]. 2.3. Критические воззрения на теорию о самозарождении жизни на Земле В то же самое время , ко гда проводились многочисленные эксперименты , долж енствующие дока зать возможность самопроизвольного зарождения жи зни , многими учеными были проделаны теор етические расчеты , оценивающие вероятность этого события . Насколько реально появление любого живого , в нашем понимании , существа - Биоло гического существа , способного к самопроизводству , самообучению , самообеспечению ? Аст роном Ловелл в свое время подчеркивал : “Вероятность случайного события . Кото рое могло бы привести к образованию мельч айшей молекулы протеина , невообразимо мала . Ср еди пространственно-временных соотношений , о котор ых идет речь , эта вероятность равна нулю”. Так , американский биохимик Г.Кастлер , исход я из определенного объема “пробирки” - Мировог о океана , в котором должны были происходит ь искомые реакции , времени химической эволюци и , оцениваемой им в 2 миллиарда лет и д ругих достаточно приемлемых начальных усл о вий , пришел к выводу , что природа могла в этих условиях предпринять не боле е 10 46 попыток самосборки простейшей бактерии из мономолекуля рных блоков. С другой стороны , структура простейшей живой бактериальной клетки , о которой говор илось выше ,- это всего ли шь одна ре ализованная возможность из 10 301 потенциальных конфигураций , кото рые можно было бы получить из имеющихся в ней молекулярных блоков , то есть прир ода располагала в 10 225 раз меньшим числом попыток , чем было необходимо. Столь малая вероятность случа йного возникновения жизни заставляет исследователей искать альтернативные варианты решения этой п роблемы . Одной из древнейших гипотез , объясняю щих зарождение жизни на Земле , является ги потеза панспермии , согласно которой Вселенная насыщена спорами жизни , п ереносимыми на планеты метеоритами , кометами , или космич еской пылью , движущейся под действием давлени я света . Эта гипотеза , современную форму к оторой придал еще в конце прошлого века Сванте Аррениус , и сегодня пользуется попул ярностью у некоторой части уч е ных . Однако идея посева жизни не решает , а лишь отодвигает проблему возникновения жизни куда-то в космос . К тому же , подставля я в расчеты Кастлера вместо земных “вселе нские” параметры , мы получим вероятность случ айного образования жизни , равную 10 -242 , что никак не может служить источником для оптимизма . Отсюд а мы вынуждены признать , что жизнь относит ся к космическим феноменам” [ 10] . Гипотеза о самозарождении жизни , помимо указанных , содержит в себе еще ряд весь ма серьезных затруднений одно из которых было довольно-таки ехидно сформулировано сле дующим образом : если бы в условиях первобы тной Земли самопроизвольно возник даже слон , то у него не было бы никаких шан сов на дальнейшее существование. Можно также отметить сложности , связанные с объяснением отмеченно й еще Пастеро м “асимметрии живого” , заключающееся в том , что все белковые соединения , входящие в состав живого вещества , имеют левую асиммет рию . Это означает , что хотя большинство ор ганических соединений может существовать в дв ух пространственных формах , я вляющихся зеркально симметричными относительно друг др уга , для живого земной биосферы совершенно не безразлично использование той или иной формы : все белковые соединения , входящие в состав живых организмов , имеют левую аси мметрию . Уже Пастер обратил внима н ие на то , что асимметричный синтез должен происходить под воздействием какого-то внешн его асимметричного фактора. Этот аспект природы земной биосферы д о настоящего времени не имеет сколь-нибудь приемлемого объяснения [11]. Еще одну , и все более усугубляющу юся , трудность вносят палеонтологические открытия , все более сокращающие предполагаемый срок химической эволюции . Если Кастлер в своих расчетах отводил на предбиологическую эволюцию 2 миллиарда лет назад , то открытия древнейших протоорганизмов - бактерий с ине-зеленых водорослей , появившихся не поз днее 3,5-3,8 миллиарда лет назад , сокращают время , отпущенное на самозарождение жизни до всег о лишь сотен миллионов лет [12]. Но так или иначе , однажды возникнув , жизнь стала развиваться , и развиваясь , усло жняться и этот рост сложности живой материи , ее приспособительных , адаптивных возможно стей таит в себе не меньше вопросов , ч ем загадка зарождения жизни. Заключение Известное определение Ф . Энгель са : “Жизнь есть способ существования белковых тел , и этот способ сущ ествования состоит по своему существу в постоянном с амообновлении химических составных частей этих тел” , акцентирует космический аспект жизни . Рождаются , живут и умирают звезды , туманности , планеты , кометы и другие космические тел а , и в этом смысле не исч е зает никто и ничто . Данный аспект наиболее разработан в восточной философии и мисти ческих учениях , исходящих из принципиальной н евозможности только разумом понять смысл этог о вселенского круговорота . Материалистические кон цепции строятся на феномене самоп о рождения жизни и самопричинения , когда , по словам Ф . Энгельса , “с железной необх одимостью” порождаются жизнь и мыслящий дух в одном месте Вселенной , если в друго м он исчезает [13]. Осознание единства жизни человека и ч еловечества со всем живым на планете , с ее биосферой , равно как и потенц иально возможными формами жизни во Вселенной имеет огромное мировоззренческое значение. Эта идея святости жизни , права на жизнь для любого живого существа уже в силу самого факта рождения принадлежит к числу вечных идеалов человечества . В пределе , вся Вселенная и Земля рассматриваютс я как живые существа , а вмешательство в еще плохо познанные законы их жизни чр евато экологическим кризисом . Человек предстает как малая частица этой живой Вселенной , микрокосмос , вобравший в се б я все богатство макрокосмоса . Чувство “благоговения перед жизнью” [14], ощущение своей причастности к удивительному миру живого в той или иной степени присуще любой мировоззренческой системе. Толкование самоценности жизни , данной нам в нашем единственном м ире , отнюдь не приглашает сожрать ближнего своего ради повышения своей мощи . Это хорошо показал А . Швейцер , проповедуя благоговение перед жизнью , которое выражается в глубоком уважени и к существованию любого одушествленному сожд анья , будб то человек , жук и ли ромашка . “Жизнь – это космический альтруиз м , - вторит ему Х . Ортега-и-Гассет , - она сущест вует лишь как постоянное перемещение от ж изненного Я к Другому” [15]. Тезис “жизнь самоценна” ориентиру ет человека на последовательное , порой терпел ивое переживани е разных этапов жизни и разных ее проявлений . Он исключает самоу бийство как способ разрешения жизненных пробл ем . Утеряв одни жизненные смыслы , испытав некий ценностный крах , человек ищет другие и находит их , ибо последним и главным смыслом является сама ж и знь : во зможность видеть небо и землю , слушать щеб ет птиц и журчание воды , радоваться другом у человеку и радовать его собой . Тогда каждый прожитый день воспринимается как по дарок . Острое переживание самоценности жизни очень точно выразил А . Вознесенский : “ В ечером , ночью , днем и с утра благо дарю , что не умер вчера !” И эта бл агодарность не только за наличные и гряду щие плотские радости , но и за духовные открытия , творческие озарения , душевную гармони ю , нераздельно связанные в обычной жизни с материальным быти е м.