Версии учёных о происхождении жизни на Земле


Жизнь является одним из удивительных и загадочных явлений природы, поэтому она издавна привлекала к себе внимание человечества, которое безуспешно на протяжении многих веков стремилось разгадать ее сущность и тайну происхождения. Отсутствие необходимых знаний не позволяло подойти к решению этой проблемы с научных позиций, поэтому все попытки оставались на уровне догадок.

Быстрое развитие науки в девятнадцатом и начале двадцатого столетия создало предпосылки для формирования научно обоснованных представлений о происхождении жизни на Земле.

Первые представления, определившие главные направления в решении этой проблемы, были высказаны А.И. Опариным в 1924 г. и Дж. Холдейном и Г. Мёллером в 1929 г.

Идея гипотезы А.И. Опарина, заключается в том, что жизнь на Земле возникла благодаря естественному развитию процессов последовательного химического усложнения углеродистых соединений, которые, попадая в первородный океан, образовывали коллоидные растворы в воде. Рано или поздно из коллоидного раствора выпадали кусочки геля, в результате чего бесструктурное вещество обрело структуру, совершился переход органического соединения в организованное тело. Эти кусочки геля и послужили затем предшественниками первичных организмов. Но прежде чем кусочки геля стали примитивными организмами, им понадобилось пройти сложный и длительный эволюционный путь, в результате которого у них должны были развиваться свойства, присущие живым организмам.

Опарин возникновение жизни связывал непосредственно с возникновением организмов, имеющих четкую границу раздела с окружающей средой. Основанием для такого подхода служило общепризнанное в биологии мнение, что минимальным уровнем живого, в котором проявляются все признаки жизни, является клетка.

В основу модели, происхождения жизни на Земле, выдвинутой М.Д. Нусиновым и К.Б. Серебровской, положена каталитическая функция реголитного зерна, которая в сочетании с капельножидкой водой может приводить к возникновению сначала «обращенной» мицеллы, а затем и структуры, окруженной двухслойной мембраной, – «липосомы», с включенной внутрь каталитически активной реголитной частицей.

К. Симионеску и Ф. Денет считают, что макромолекулярные предшественники живой материи появились путем аккумулирования и рекомбинации активных частиц, возникших под влиянием плазмы в газообразной фазе (первичной атмосфере) на холодных поверхностях суши или в атмосфере.

Л. Лозина-Лозинский считает, что жизнь возникла в наземных условиях, среди частиц грунта или в пещерах, в горных породах, где присутствовали минералы-катализаторы, ускорявшие синтез органических соединений.

Представления о происхождении жизни, высказанные Дж. Холдейном, существенно отличаются от представлений А.И. Опарина. Дж. Холдейн допускал существование жизни до возникновения первых живых клеток. Он считал, что первые живые или полуживые объекты представляли собой, вероятно, большие молекулы, синтезировавшиеся под действием солнечных лучей и способные размножаться лишь в той исключительно благоприятной среде, в которой они возникли. Дж. Холдейн так представлял возникновение первой клетки; «Клетка состоит из многочисленных полуживых химических молекул, взвешенных в воде и заключенных в маслянистую пленку. В те времена, когда весь океан представляя собой огромную химическую лабораторию, условия для образования таких пленок были относительно благоприятными, и тем не менее, жизнь, возможно, находилась на «вирусной» стадии на протяжении многих миллионов лет, прежде чем подходящий набор элементарных единиц оказался собранным в первой клетке.

Спустя почти 30 лет Дж. Холдейн несколько конкретизировал механизм добиологических процессов возникновения простейшего живого организма, однако взгляды его принципиально не изменились.

В 1929 г. Г. Мёллер выдвинул аналогичную гипотезу, в которой начало жизни связывал с особыми молекулами, способными к саморазмножению – генами, т.е. в основе появления жизни лежало возникновение «голого» гена.

Дж. Прингл также предполагал, что жизнь первоначально существовала как некая начальная химическая активность и не имела четких границ в морском «бульоне». Эта активность была сходна с процессами, происходящими в живых клетках. Затем постепенно жизнь локализовалась в ограниченных объемах и сформировалась в виде отдельных организмов.

А. Игнатов в своей работе развивает идеи о первоначальном зарождении жизни на доклеточном уровне: «Капельки, пленки и целые протоплазматические слои, существовавшие благодаря обмену веществ белковых тел, и явились первыми живыми телами, появившимися на Земле. Они обладали самой наипростейшей биологической организацией, какая только возможна при осуществлении жизненных процессов, живое тело развивалось, прежде всего, в направлении создания наиболее благоприятных условий для обмена веществ белковых тел.

Таким образом, выдвинутые Опариным и Холдейном представления послужили базой для формирования двух направлений в решении проблемы происхождения жизни. Свидетельством этого служат последующие работы, в которых основное внимание уделялось развитию конкретных механизмов происхождения жизни по той или иной схеме.

Необходимо отметить, что появление большого количества работ, посвященных происхождению жизни на Земле, привлекло внимание ученых различных специальностей, которые, с позиции накопленных в своей области знаний подвергли основные положения выдвигаемых гипотез критическому анализу. Это позволило выявить сильные и слабые стороны химической эволюции органических веществ, а также всесторонне оценитьеероль в решении проблемы происхождения жизни на Земле.

Привлечение внимания широкого круга исследователей к столь сложной проблеме позволило отчетливо осознать, что точка зрения на происхождение жизни совершенно недостаточна: «…в каких бы количествах ни образовывались органические продукты от каких-либо планетарных катаклизмов и атмосферных разрядов, – указывает П.К. Анохин, – только на этой основе никогда не смогла бы создаться даже самая примитивная жизнь.

Жизнь – это самоорганизующееся образование, пусть на первых порах примитивное, но включающее в себя все необходимые узловые механизмы, свойственные функциональной системе». Здесь же Анохин пишет, что формирование системы, обладающей динамической самоорганизацией, было критическим моментом возникновения живого на нашей планете.

К.С. Тринчер придерживается аналогичного мнения; «Химические синтезы сложных соединений, какими бы путями они не совершались, не представляют собой биологического развития материи, на основании которого можно былобы объяснить физическую суть живой системы».

У.Р. Эшби на основании теории информации отмечает: «Ученые пытались доказать, что имеется какой-то путь перехода от двуокиси углерода к аминокислоте, от нее – к белку, а затем, через естественный отбор и эволюцию, – к разумным существам. Я утверждаю, что такие поиски специфических условий совершенно ошибочны. Справедливо как раз обратное – каждая динамическая система дает начало своей собственной форме разумной жизни и является в этом смысле самоорганизующейся».

А.П. Руденко также считает, что самоорганизоваться могут не молекулы вещества сами по себе, а только сложные целостные многомолекулярные каталитические системы.

Н.П. Дубинин отмечает, что современные теории происхождения жизни, имеющие большое значение для выяснения условий, в которых могла возникнуть жизнь, исходят из редукционистских идей, уделяя главное внимание нарастанию физико-химической усложненности неорганического вещества. «Исходным актом происхождения жизни как качественно нового явления не могло служить исходное появление только белков или только нуклеиновых кислот, необходимо было появление структурированной системы, функционирующей при взаимодействии специфических веществ, энергии и генетической информации».

А.М. Уголев, анализируя современное состояние проблемы происхождения жизни, указывает, что одна из ошибок, допускаемых структуралистами, заключается в том, что свойства структур, появляющихся на предбиологической стадии, они стремились приблизить к основным характеристикам жизни.

Дж. Кеосиан в своей работе «Кризис в проблеме происхождения жизни» отмечает, что «химическая эволюция нашла свой конец в самой себе. Во многих случаях она представляет собой надуманный или искусственный лабораторный синтез».

Таким образом, субстратные гипотезы, основанные на химической эволюции, оказались неспособными даже наметить правильный путь в решении проблемы происхождения жизни.

В последние годы выяснилось, что решение проблемы происхождения жизни связано не столько с решением вопроса возникновения материального субстрата жизни, сколько с решением вопроса возникновения упорядоченности структуры и процессов как во времени, так и в пространстве.

Н.П. Дубинин отмечает: «…центральными при анализе природы скачка от неживого к живому на Земле являются две проблемы. Первая – разъяснение тех путей, которые обеспечили возможность синтеза молекул ДНК в естественных условиях первобытной Земли. Вторая – анализ того, как белковые соединения стали обязательной средой для размножения молекул нуклеиновых кислот и приняли на себя (под управлением генетического кода ДНК) роль субъекта всех главных проявлений жизнедеятельности организмов».

В.И. Гольданский с соавторами показывают,что возникновение жизни, и как главного ее свойства самовоспроизведения, непосредственно связано с возникновением чистой среды, т.е. в «первобытном бульоне» в течение нескольких миллионов лет должно произойти нарушение зеркальной симметрии и формирование чистоты органической среды, в которой остались только левые аминокислоты и правые сахара, использованные затем в процессе формирования коротких цепочек блоков будущих ДНК и РНК и цепочек для будущих белков.

Познание механизма возникновения генетического кода и упорядоченной структуры ДНК или ДНК-подобных макромолекул признается многими исследователями решающим моментом, понимании того, как произошла жизнь.

Ф. Крик и Л. Оргел, не находя возможности представить механизм возникновения ДНК, вновь возвращаются к мысли о занесении на Землю примитивной формы жизни с других планет Вселенной. Однако, как неоднократно отмечалось в литературе, такой подход к решению вопроса только переносит проблему зарождения жизни на другую планету.

За последние двадцать-тридцать лет была накоплена вполне достаточная научная информация в различных областях знания, а формирование метода подхода к решению поставленной проблемы было начато значительно раньше.

Еще в 1931 г. В.И. Вернадским была опубликована статья «Об условиях появления жизни на Земле», в которой он научно обосновал, что вопрос о происхождении жизни на Земле сводится к вопросу о происхождении на ней биосферы: что жизнь вне биосферы не существует – есть нереальная абстракция; что морфологический состав живой природы в биосфере изначала должен был быть сложным и жизнь всегда исполняла одновременно разнородные биогеохимическке функции (газовая, кислородная, окислительная, восстановительная, кальциевая, концентрационная, функция сгорания органических соединений и др.), поэтому должен был одновременно появиться сложный комплекс живых форм, развернувшийся затем в современную живую природу; что живые организмы, обладая преимущественно свойством правого вращения плоскости поляризации света, могли создаться в такой дисимметричной правой среде, отличной от обычной среды биосферы. В.И. Вернадский считал, что жизнь при возникновении биосферы должна появиться не в виде одного какого-либо организма, а в виде их совокупности, отвечающей геохимическим функциям жизни, или она появилась с одной простейшей формы, которая затем так быстро раздробилась на формы, имеющие разные геохимические функции что этот период не оставил никаких следов в земной коре.

С сожалением приходится отметить, что эти фундаментальные положения не были использованы исследователями при разработке различных гипотез о происхождении жизни.

Подытоживая приведенный краткий обзор, можно сказать, что в настоящее время непрерывно расширяются исследования как в направлении создания целостной достоверной картины возникновения жизни, так и в направлении разработки отдельных конкретных механизмов, которые могли происходить на предбиологической стадии. Однако, несмотря на предпринимающиеся попытки, проблема происхождения жизни еще далека от своего разрешения и представляет пока большую сложность.

Видео: Теории происхождения жизни на Земле


Реклама