Читать книгу Божественный отбор - Валерий Стерх - Страница 11

Существует две основных точки зрения на происхождение жизни.

Креационизм утверждает, что первоначальная жизнь создана Богом-Творцом. В дальнейшем, по теории биогенеза, живое может происходить только от живого.

Теория абиогенеза постулирует возможность самопроизвольного возникновения жизни из неживой материи.

Биогенез креационизма не нуждается в доказательствах, поскольку это религиозная концепция. Атеистический абиогенез претендует на научность, поэтому рассмотрим, насколько его претензии обоснованы.

Возникновение жизни абиогенным путем обычно представляют в виде трехэтапного процесса.

Первый этап. Образование органических веществ из неорганических под воздействием физических факторов среды.

В 1950-х годах Стенли Миллер и Гарольд Юри провели серию экспериментов на установке, воспроизводящей гипотетические условия древней Земли. Одна из колб установки содержала смесь предполагаемых атмосферных газов, через которую пропускали электрические разряды, имитирующие молнии. В другой колбе содержалась подогреваемая вода, имитирующая океан. Колбы соединялись трубками, обеспечивающими отвод испарений воды в «атмосферу» и их возврат в «океан» в виде конденсата.

«По прошествии нескольких суток Стенли Миллер вскрыл установку и обнаружил в воде разнообразные органические молекулы, в том числе простейшие аминокислоты (глицин, аланин), сахара (глицеральдегид, гликолевый альдегид) и органические кислоты (уксусную, молочную), характерные для живых организмов. Последующие экспериментаторы, варьируя условия и совершенствуя методы анализа, расширили набор продуктов в таком синтезе. Были получены многие аминокислоты, пуриновые основания – аденин и гуанин (они появляются, если в смесь газов добавить синильную кислоту), четырех- и пятиуглеродные сахара. В целом можно было считать, что большинство необходимых для жизни молекул синтезируются абиогенно в условиях древней Земли» (Никитин М., Происхождение жизни, 5).

Органические вещества – это вещества, относящиеся к углеводородам или их производным. Название органические вещества появилось на ранней стадии развития химии во времена господства виталистических воззрений, продолжавших традицию Аристотеля и Плиния Старшего о разделении мира на живое и неживое. В 1807 году шведский химик Якоб Берцелиус предложил назвать вещества, получаемые из организмов, органическими, а науку, изучающую их, – органической химией. Считалось, что для синтеза органических веществ необходима особая «жизненная сила» (лат. vis vitalis), присущая только живому, и поэтому синтез органических веществ из неорганических невозможен.

Это представление было поставлено под сомнение Фридрихом Велером. В 1824 году он синтезировал щавелевую кислоту из дициана. Затем в 1828 году Велер осуществил синтез мочевины из неорганических солей цианата калия и сульфата аммония. Щавелевая кислота и мочевина долгое время считались органическими соединениями, встречающимися только в живых организмах. За экспериментами Велера последовало множество других, в которых все более сложные органические вещества производились из неорганических без участия какого-либо живого организма. Однако деление веществ на органические и неорганические сохранилось в химической терминологии по сей день.

Что же касается опыта Миллера-Юри, то в нем изначально использовались органические соединения. Например, в качестве основы, составляющей «атмосферу», применялся метан, одно из простейших органических веществ. Поэтому и результат эксперимента в виде производных органических соединений не является чем-то удивительным. Достаточно ли подобной смеси органических веществ для возникновения жизни? Ответ скорее отрицательный.

По этой причине ученые продолжают поиск альтернативных реакций для получения на выходе более адекватного набора органики. Наиболее перспективным в этом отношении считается цианосульфидный протометаболизм, заявленный в 2009 году Джоном Сазерлендом. Командой Сазерленда разрабатывается механизм каскада химических реакций с участием синильной кислоты, сероводорода, цианамида и ацетилена под переменным воздействием света, в результате чего синтезируется большой набор биологических молекул, включая четыре нуклеотида (A, G, C, T) и ряд аминокислот. Химики еще не до конца выяснили все ключевые этапы этой сложной сети реакций. Поиск решений продолжается.

Второй этап. Образование сложных биополимеров из простых органических соединений.

В 1920-х годах советский биолог Александр Опарин (сторонник лжеученого Трофима Лысенко) выдвинул гипотезу, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней. Он назвал их коацерватные капли, или просто коацерваты. Это собранные вместе органические вещества, которые условно отделяются от внешней среды и начинают поддерживать с ней обмен веществ. Процесс коацервации – расслоения раствора с образованием коацерватов – является предшествующей стадией коагуляции, т.е. слипания мелких частиц. По мнению Опарина, именно в результате этих процессов из «первичного бульона» появились аминокислоты – основа живых организмов.

Примерно в то же время Джон Холдейн предложил идею, что вместо коацерватов образовывались макромолекулярные вещества, способные к воспроизводству. Холдейн считал, что первыми такими веществами были не белки, а нуклеиновые кислоты.

Британский биолог Ричард Докинз предположил, что «органические вещества стали концентрироваться в отдельных участках, вероятно в высыхающей пене по берегам, или же в крошечных суспендированных капельках. В результате дальнейшего воздействия энергии, такой, как ультрафиолетовое излучение Солнца, они объединялись в более крупные молекулы. В наши дни большие органические молекулы не могли бы сохраняться достаточно долго, чтобы оказаться замеченными: они были бы быстро поглощены или разрушены бактериями или другими живыми существами. Но бактерии и прочие организмы появились гораздо позднее, а в то далекое время большие органические молекулы могли в целости и сохранности дрейфовать в густеющем бульоне» (Докинз Р. Эгоистичный ген, 2).

Позднее было установлено, что водная среда «первичного бульона» не подходит для реакций образования белков из аминокислот или РНК и ДНК из нуклеотидов. Эти реакции протекают с выделением воды, которая настолько сильно разбавляет «бульон», что химическое равновесие сдвигается в сторону распада длинных полимерных молекул. Кроме того, отсутствие границ в «бульоне» мешает процессу кооперации РНК. Для устранения этой проблемы ученые выдвинули два варианта решения: модель «первичной пиццы», в которой предполагается возникновение биополимеров на поверхности глины, а также модель «первичного майонеза», в которой предполагается возникновение биополимеров внутри жировых пузырьков (Никитин М. Происхождение жизни. От туманности до клетки, 6).

Поскольку ДНК невозможно получить без белка, а белок невозможно получить без ДНК, то в современном научном сообществе получила признание гипотеза мира РНК, согласно которой из первичного органического вещества сначала возникает набор РНК, способных копировать друг друга. Далее предполагается, что РНК-рибозимы способны стать катализатором возникновения белка, а затем и синтеза ДНК.

На настоящий момент проблемы абиогенного синтеза РНК и ДНК экспериментально не решены, хотя есть определенные успехи по химическому получению некоторых их составляющих.

В любом случае, на этом этапе не идет речь о возникновении жизни. Коацерваты не могут обладать генетической информацией, обеспечивающей их воспроизводство и копирование, поэтому не являются живыми организмами.

Третий этап. Возникновение в коацерватах липопротеидных мембранных структур и избирательного обмена веществ и формирование пробионтов — первых примитивных гетеротрофных живых организмов, способных к самовоспроизведению; начало биологической эволюции и естественного отбора.

Ричард Докинз представляет это себе так:

«В какой-то момент случайно образовалась особенно замечательная молекула. Мы назовем ее Репликатором. Это не обязательно была самая большая или самая сложная из всех существовавших тогда молекул, но она обладала необыкновенным свойством – способностью создавать копии самой себя. Может показаться, что такое событие вряд ли могло произойти. И в самом деле, оно было крайне маловероятным. В масштабах времени, отпущенного каждому человеку, события, вероятность которых так мала, следует считать практически невозможными. Именно поэтому вам никогда не удастся получить большой выигрыш в футбольной лотерее. Но мы, люди, в своих оценках вероятного и невероятного не привыкли оперировать сотнями миллионов лет. Если бы вы заполняли карточки спортлото еженедельно на протяжении ста миллионов лет, вы, по всей вероятности, сорвали бы несколько больших кушей» (Докинз Р. Эгоистичный ген, 2).

Однако реальность не так примитивна, как в мечтах некоторых атеистов. Михаил Никитин более правдив и более пессимистичен:

«Через несколько лет после опытов Миллера была открыта двухспиральная структура ДНК, и началось бурное развитие молекулярной биологии. За 10—15 лет был расшифрован генетический код (таблица соответствия между последовательностями ДНК и белков), изучены механизмы копирования ДНК и обмена ее участками. Стал понятен путь передачи наследственной информации в клетках (ДНК → РНК → белки), носящий название „центральная догма молекулярной биологии“, и открыты многие другие детали функционирования клеток. Стало понятно, что живые клетки не так просты, как казалось во времена Опарина, и пропасть между живым и неживым стала казаться совсем непреодолимой» (Никитин М. Происхождение жизни, 5).

Далее Никитин выделяет три крупных затруднения абиогенеза:

– клетка, способная к размножению, имеет неупрощаемую сложность. Для случайного образования такой клетки, даже чисто теоретически, требуется гигантское время, на много порядков больше возраста Вселенной;

– живая материя состоит из оптических изомеров определенного типа, тогда как во всех абиогенных синтезах получаются левые и правые изомеры в равных долях, а сделанные из такой смеси цепочки белков и РНК имеют беспорядочную укладку и не способны выполнять никакие биологические функции. Для получения чистых оптических изомеров в клетках нужны ферменты из хотя бы 50—100 аминокислот одной оптической формы, которые невозможно получить из смеси двух оптических форм аминокислот;

– анализируя состав атмосферы Венеры и Марса, ученые сделали вывод о составе древней атмосферы Земли (95—98% углекислого газа, 2—4% азота и малые доли других газов). Используя подобную газовую смесь в опытах с аппаратом Миллера, не удалось получить никакой органики.

Нас пытаются уверить, что самопроизвольное возникновение жизни из неживой природы хотя и маловероятное, но реальное событие. Загвоздка в том, что нет никаких оснований считать эту вероятность выше нуля. Многочисленные научные опыты оказались неэффективны – получить живую материю из неживой не получается.

Но раз этого не смогли достичь за много лет множество ученых в целенаправленных опытах, то могло ли это произойти само по себе и случайно?