Книга: Естествознание. Базовый уровень. 11 класс

§ 44 Теории происхождения жизни: от XIX в. к настоящему времени

§ 44 Теории происхождения жизни: от XIX в. к настоящему времени

После того как опыты Пастера, казалось бы, поставили точку в вопросе о самозарождении жизни, естественным образом возникла теория стационарного состояния, или теория непрерывности жизни. Одним из главных её создателей считают В. Прейера, который в 1880 г. предложил вопрос: «Не основана ли проблема происхождения жизни на неправильном утверждении, что живое вещество должно было когда-то возникнуть из безжизненного? Не должен ли вопрос звучать как раз наоборот: не возникло ли безжизненное вещество из живого? Все организмы происходят только из других живых организмов. Напротив, неорганическое безжизненное вещество постоянно возникает не только из другого безжизненного вещества, но и из живых организмов, которыми оно выделяется в виде мёртвой массы или от которых оно остаётся после их смерти».

Но если жизнь на Земле никогда не возникала, она должна была либо существовать на ней, когда наша планета ещё представляла собой раскалённый шар, либо попасть на неё после того, как здесь возникли условия для существования живых организмов. Во втором случае мы приходим к теории панспермии, что в переводе с греческого означает «всеобщее осеменение».

Первой точки зрения придерживался Пастер. Согласно его представлениям, когда-то вся огненно-жидкая Земля была огромным единственным организмом, жизнь которого проявлялась в движениях его вещества. Трудно, конечно, представить себе жизнь в виде раскалённого огненно-жидкого шара. Но важно другое: теория непрерывности жизни строго соответствует экспериментам, неопровержимо доказывающим невозможность самозарождения. Об этом же говорил другой крупнейший учёный – немецкий физик и физиолог Г. Гельмгольц: «Мне кажется, что если все наши попытки создать организмы из безжизненного вещества терпят неудачи, то является вполне научным способом рассуждения задать вопрос: да возникла ли вообще когда-нибудь жизнь, не так ли она стара, как и материя, и не переносятся ли зародыши с одного небесного тела на другое, развиваясь повсюду, где они находят себе благоприятную почву?»

Теория панспермии, выдвинутая в 1865 г. немецким учёным Г. Рихтером и поддержанная Г. Гельмгольцем, С. Аррениусом и В. И. Вернадским, является более мягким вариантом теории стационарного состояния. Она не настаивает на вечности существования жизни, но утверждает, что если зарождение жизни на Земле невозможно, то у нас нет строгих оснований утверждать, что оно также невозможно в других областях Вселенной, о которых нам ничего неизвестно. Вполне возможно, что жизнь возникла где-то в отдалённом уголке Вселенной, а затем была принесена на Землю посредством метеоритов или под влиянием давления света. Считается, что некоторые споры могут переносить вакуум и температуры, близкие к абсолютному нулю, оставаясь при этом жизнеспособными. Создатель теории двойной спирали ДНК, лауреат Нобелевской премии Ф. Крик полагает даже, что более древние космические цивилизации создали специальную ракету для того, чтобы направить на Землю примитивные формы жизни.

Однако все попытки обнаружить нечто похожее на живое вещество на прилетающих из космоса телах не дали положительного результата. Некоторые исследователи полагают, что, даже если зародыши способны переносить холод и вакуум, они всё равно погибнут под действием ультрафиолетового излучения. Поэтому попытки создать теорию, объясняющую происхождение жизни на самой Земле, никогда не прекращались, несмотря на полное отсутствие их экспериментального подтверждения.

В 1924 г. вышла книга Александра Ивановича Опарина (1894–1980) «Происхождение жизни», которая вновь оживила интерес к уже почти забытой теории самозарождения. Опарин обратил внимание на то, что в определённых условиях молекулы белка могут образовывать сгустки – так называемые коацерваты. Эти коацерваты могут обмениваться с окружающей средой органическими веществами, расти и делиться, хотя сам процесс их роста и деления ни в коей мере не схож с ростом и делением клеток. Через несколько лет английский биохимик Джон Холдейн (1892–1964) предложил теорию, во многом схожую с теорией Опарина, с той лишь разницей, что в основу происхождения жизни были положены уже не белки, а нуклеиновые кислоты.

Принятая в настоящее время теория биохимической эволюции названа в честь её первооткрывателей – Опарина и Холдейна. Суть этой теории сводится к следующим основным положениям. Когда температура Земли опустилась ниже 100 °C, находящиеся в атмосфере пары воды сконденсировались, образовав моря и океаны. Состав атмосферы Земли в то время (а это было около 3,5 млрд лет назад) был совсем не таким, как на современной Земле. Современная атмосфера, как вы знаете, почти целиком состоит из азота и кислорода. В древней атмосфере эти газы отсутствовали, она состояла из аммиака, метана, водорода и хлора. После того как эти газы растворились в морской воде, из них стали образовываться простые органические вещества. Надо учесть, что температура и атмосферное давление на нашей планете в то время были очень высокими и, кроме того, постоянно ударяли молнии. Всё это способствовало синтезу органических соединений.

Рис. 137. Опыт С. Миллера

В 1955 г. английский исследователь С. Миллер собрал экспериментальную установку, где попытался воспроизвести условия, существовавшие на Земле 3,5 млрд лет назад (рис. 137). Он воссоздал на основании анализа вулканических газов первобытную атмосферу при большом давлении в колбе с водой, нагрел колбу до температуры около 80 °C и пропускал через колбу электрические разряды напряжением до 60 тыс. вольт. В результате в колбе образовался раствор нескольких простых органических соединений – уксусной и муравьиной кислоты, мочевины, простых сахаров и нескольких аминокислот. Это доказывало, что на молодой Земле мог происходить синтез органических соединений без участия живых организмов, который был назван абиогенным синтезом органических веществ.

Растворившись в воде, органические вещества образовали, по выражению Холдейна, «первичный бульон». В этом бульоне органические молекулы постепенно усложнялись и укрупнялись, складываясь в простые белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты, и в конце концов могли образовать коацерваты. Так как атмосфера того времени не содержала кислорода, коацерваты не окислялись, а, напротив, происходило их постепенное усложнение, и в определённый момент из них могли образоваться примитивные живые организмы – пробионты.

Рис. 138. Схема образования мембранных структур

Самая сложная проблема заключается в том, как могли возникнуть самовоспроизводящиеся клетки. Считается, что первыми нуклеиновыми кислотами были РНК, которые каким-то образом стали кодировать синтез белков. Позже появились двухцепочечные ДНК, которые оказались способными к самокопированию и стали главным носителем генетической информации. Но мы знаем, что для осуществления процессов транскрипции и трансляции, т. е. для производства белков, необходимо наличие ферментов. А все ферменты – белки! Что же тогда возникло раньше – нуклеиновые кислоты, деятельность которых невозможна без белков, или белки, которые не могут возникнуть без нуклеиновых кислот?

Заключительным этапом появления на Земле живых клеток явилось образование у коацерватов клеточных мембран, без которых невозможна нормальная жизнедеятельность клетки (рис. 138). Мембраны, которые, как вы знаете, состоят из липидов и белков, могли образоваться из липидных плёнок, появляющихся на поверхности первичного бульона. Сюда могли поступать образующиеся в этом бульоне пептиды. Во время волнения воды липидные мембраны могли замыкаться в пузырьки, в которых оказывались нуклеиновые кислоты (скорее всего, РНК) и белки-ферменты. Дальнейшее усложнение процессов биохимической регуляции привело к появлению первых живых, способных к размножению клеток.

1. В чём заключается теория панспермии?

2. Чем отличалась атмосфера времени зарождения жизни от современной?

3. Какие результаты получил в своих экспериментах Миллер?

4. Каким образом могли образоваться клеточные мембраны?