Происхождение биосферы

Долгое время сотворение мира (биосферы) связывалось с «творческим актом» бога, что является методологической основой всех религий.

Библия: « ...день четвертый ... Да произведет вода обильное множество одушевленных гадов, и птицы да летают над землею в небесном просторе.., и создал бог человека по своему образу и подобию».

Несмотря на большое количество существующих в настоящее время гипотез о происхождении на жизни на Земле, все их многообразие можно свести к двум основным направлениям:

- «земному», обусловленному воздействием естественных природных сил и процессов;

- «внеземному», как акта творения внешних космических, а также мистических, потусторонних сил.

Причем, возникновение обоих направлений совпало с началом формирования основ естественных наук. Еще академик А. И. Опарин отме­чал, что философские взгляды древнегреческой Милет­ской школы (VIII-VI вв. до н. э.) «содержат зачатки всех кон­цепций по вопросу происхождения жиз­ни, которые впоследствии будут развиты более детально».

В частности, одна часть древнегреческих философов при­нимала идею естественного возникновения живых су­ществ из воды либо из различных влажных или гниющих материалов. Так Фалес (624-547 гг. до н. э.), оспаривая ми­фологические представления, утверждал, что возник­новение живых существ из воды про­изошло без какого-либо вмешательства духовных сил, а жизнь есть свойство мате­рии. Яркое развитие идеи самозарождения живых существ осуществляется позже в трудах Демокри­та (460-370 гг. до н. э.) и Эпикура (341-270 гг. до н. э.). По мнению этих фи­лософов, возникновение живых существ – это естественный процесс, результат при­родных сил, а не «акта творения» внеш­них сил.

Но в Древней Греции были и сторонники божественного, мистического происхождения жизни. К ним относится Платон (427-347 гг. до н.э.) с его идеей о двойственности мира: первичном мире идей и вторичном, материальном мире. Другой самобытный фи­лософ - Аристотель (384-322 гг. до н. э.) также колебался между идеализ­мом и материализмом, признавал бога за высшую форму и перводвигатель. Со­гласно Аристотелю, организмы могут происходить от организмов, но вместе с тем могут возникать и от неживой мате­рии. Он считает, что материя лишь пас­сивное начало, возможность, которая может осуществиться только через опре­деленную форму. Бытие содержит вну­треннюю цель развития - энтелехию. Именно энтелехия как це­леустремленная внутренняя сущность вдыхает жизнь в материю. Взгляды Ари­стотеля почти на 2000 лет определили судьбу идеи о мистическом происхождении жизни, которая становится предметом ряда идеалистических тракта­тов.

Только в середине XVII в. тосканский врач Франческо Реди (1626-1698) пред­принимает первые опыты по самозаро­ждению. Опыты Реди представляли собой первый прорыв фронта мистических представлений о возникновении живых существ. В 1668 г. он доказал, что белые черви, которые встречаются в мясе, являются личинками мух; если мясо или рыбу закрыть, пока они свежие, и предот­вратить доступ мух, то они, хотя и сгниют, но не произведут червей.

Опыты по самозарождению жизни проводит и шотландский ученый Т. Ниидам (1713-1781), но их опровергает итальянец Л. Спалланцани (1729-1799) как нечисто поставленные. Сам Спалланцани проводит опыты, ко­торые подтверждают выводы Реди о ро­ли стерильности при подобных экспери­ментах.

Почти через двести лет после Реди в 1862 г. великий французский ученый Луи Пастер (1822-1895) публикует свои на­блюдения по проблеме произвольного самозарождения. Он доказывает, что вне­запное возникновение («спонтанное само­зарождение») микробов в различных ви­дах гниющих настоек или экстрактов не есть возникновение жизни. Гниение и брожение - это результат жизнедея­тельности микроорганизмов, чьи заро­дыши внесены извне, т.е. живое происходит от живого. Сам Па­стер никогда не утверждал, что жизнь не может возникнуть первично. Но боль­шинство его современников именно так истолковали его опыты, принимая их за доказательство того, что жизнь не может возникнуть из неживой материи.

Однако, в это же время (вторая половина XIX в.) Т. Гексли, Дж. Тиндал и др. высказывают предположение, что жизнь возникла в первичном океане из неорганического ве­щества в результате природного процес­са.

Одновременно возрождается и идея кос­мического посева (панспермии), выска­занная еще в V в. до н. э. греческим фи­лософом Анаксагором. По его учению, жизнь возникла из семени, которое суще­ствует «всегда и везде». Возрождение этой идеи является естественной реакцией на кри­зис в вопросе происхождения жизни, в который попало естествознание в середи­не XIX в. Тогда этот вопрос выглядел принципиально неразрешимым. И снова выход ищут в самозарождении или при­внесении зародышей жизни с других кос­мических тел. После многовекового сна идея Анак­сагора о «вечных семенах» была разбуже­на X. Рихтером в 1865 г. Согласно по­следнему, зародыши жизни занесены на Землю метеоритами или космической пылью. В развитом и видоизмененном виде гипотеза о космическом посеве (панспермии) разработана шведским фи-зико-химиком С. Авенариусом в 1884 г. По Авенариусу, жизнь на Земле произошла от спор растений или ми­кроорганизмов, которые перенесены с других планет под действием светового давления или, возможно, метеоритами.

Но уже в то время П. Беккерель, а позже и ряд других ученых доказали невозмож­ность переноса в жизнеспособном со­стоянии (активном или поддающемся ак­тивизации) зародышей жизни. На них губительно действуют космические лучи, особенно коротковолновое ультрафиоле­товое излучение, которым пронизана Вселенная. Идея панспермии жива и сегодня, она предстает в постоянно изменяющихся формах. Согласно одному из новейших вариантов этой гипотезы (называемому еще «инфекционной теорией»), жизнь на Землю была занесена обитателями дру­гих планет, которые совершали межпла­нетные и межзвездные перелеты. Однако этому нет никаких доказательств.

Ни один серьезный ученый сегодня не считает, что жизнь на Земле – это исключи­тельное явление во Вселенной. Однако некоторые допускают, что это действи­тельно так и что земная жизнь - един­ственное счастливое исключение. Но тот факт, что до сегодняшнего дня не установлен контакт с другими (внеземными) цивилизациями, еще не доказательство, что жизнь имеет место только на Земле.

Вместе с тем при­знание возможности существования жиз­ни на других планетах вовсе не означает, что «зародыши жизни» с таких вне­земных «плантаций» могут беспрепят­ственно переноситься с одного космиче­ского тела на другое. Несмотря на то, что проведено и проводится множество целе­направленных исследований, до сих пор не установлено никаких фактов, которые показывали бы, что живые существа принесены на Землю метеоритами или с космической пылью. Все опыты в этом направлении оказываются напрасными даже сейчас, когда человек проник в ближай­ший космос. В частности, опубликованные данные Б. Нада о микроорганизмах в метеоритах Оргюэй и Ивонна (Франция) оказались результатом ошибочного определения минеральных зерен в каче­стве окаменелого микроорганиз­ма и вторичного загрязнения поверхно­сти метеорита. Очевидно, что идея «посева» жизни на Земле из космоса не решает проблемы. Действительно, космос имеет особен­но привлекательную силу для современного человека. Вероятно, поэто­му идея космического «посева» волнует многих.

Одним из современных апостолов ги­потезы внеземного происхождения жиз­ниявляется известный английский ученый, лауреат Нобелевской премии Ф.Крик. Вместе с американским исследователем Л.Оргелом Крик опубликовал статью, озаглавленную «Управляемая панспермия». По мнению авторов, «некая примитивная форма жизни была сознательно занесена на Зем­лю другой цивилизацией». Если люди на Земле способны занести жизнь на другие планеты, почему бы не допустить, что са­ма жизнь на Земле есть продукт транс­порта другой развитой цивилизации, ко­торая существовала до нас за 4 млрд. лет. Каковы другие предположения и доводы в пользу этой новой вариации на старую тему «посева извне?»

Во-первых, на борту космического ко­рабля внеземной цивилизации «должны были быть» микроорганизмы многих ви­дов. Радиус нашей Галактики составляет около 10⁵ световых лет, так что, по Кри­ку и Оргелу, космический корабль, дви­жущийся со скоростью 0,001 скорости света, мог занести жизнь на все планеты нашей Галактики. В этом случае научно доказано только одно: под защитой кос­мического аппарата микроорганизмы действительно могут сохраняться мил­лионы лет и при температурах, близких к абсолютному нулю. Остальные предпо­ложения, как и поиски призраков, не рас­сматривает даже фантастика.

Вторым доводом Крика и Оргела в пользу «космического посева» является универсальный характер генетического кода - единого механизма передачи на­следственных свойств у всех живых орга­низмов. Если предположить, что жизнь возникла на Земле самостоятельно и одновременно в раз­ных местах, то остается неясным, как сформировался единый для всех земных организмов генетический код. Единый механизм наследственности у земных ор­ганизмов легко объясним согласно Кри­ку и Оргелу, если принять, что жизнь на Землю занесена с других планет. Однако для происхождения генетического кода возможно и «земное» объяснение. На ранних этапах химической эволюции, когда формируются сложные молекулы, в результате химического отбора, оче­видно, создается и универсальный меха­низм передачи наследственных черт земными организмами.

Третий довод в пользу рассматривае­мой гипотезы: «Присутствие крайне ред­ких элементов в земных организмах оз­начает, что они имеют внеземное проис­хождение». Крик и Оргел указывают, что молибден содержится в земной коре в не­значительном количестве, а его роль в обмене веществ (метаболизме) земных организмов значительна. Одновременно отмечается, что известны так назы­ваемые «молибденовые звезды» с высо­ким содержанием молибдена, которые и являются исходными «плантациями» ми­кроорганизмов, занесенных на Землю. Но подобного типа несоответ­ствие является правилом для целого ряда химических элементов, которые при­нимают участие в составе и метаболизме организмов. Это правило можно объяснить с позиций эволюционной биохимии. В связи с этим можно привести еще более яр­кий пример о низком содержании фосфо­ра в земной коре и его исключительной роли для земных организмов: фосфор - обязательная составная часть нуклеи­новых кислот, которые наряду с белками имеют важнейшее значение для жизни; кроме того, высшая нервная деятель­ность также очень тесно связана с фосфо­ром. Следовательно, для объяснения не­которых химических особенностей зем­ной жизни не обязательно привлекать другие звездные миры вроде «молибде­новых звезд». Японский ученый Ф. Егани через год после статьи Крика и Оргела опубликовал свои иссле­дования содержания металлов в составе Земли. Суммарное содержание молибде­на на Земле оказалось действительно низким, но его процентное содержание в морской воде в два раза выше, чем хро­ма. По этому поводу Егани пишет: «От­носительное обилие этого элемента (мо­либдена) в морской воде подтверждает широко принятую точку зрения о проис­хождении жизни на Земле в первичном океане». Процентное содержание отдельных ме­таллов одинаково у бактерий, губок, рас­тений, животных и в океанской воде. Уже установлено достаточно фактов, которые показывают, что физико-хими­ческие условия океана не противоречат идее земного происхождения жизни.

В мае 1924 г. на собрании Русского ботанического общества А. И. Опарин с новой точки зрения рассмо­трел проблему возникновения жизни. Его доклад «О возникновении жизни» стал исходной точкой нового взгляда на вечную проблему «откуда мы пришли?». В его основе лежит создание при определенных возможностях (на первых этапах формирования Земли как планеты) органических молекул из неорганических минеральных компонентов, то есть неорганическим путем. При этом упрощенно сложную химико-биологическую эволюцию выражают следующей схемой (рис.7.1):

Рис. 7.1 Общая схема химико-биологической эволюции.

Начало этой эволюции положено нуклеосинте­зом в Солнечной системе, когда образо­вались основные элементы, в том числе и биогенные. Этот про­цесс протекает в условиях первичной Земли со все нарастающей слож­ностью, обусловленной общекосмически­ми и планетарными пред­посылками.

Пять лет спустя независимо от Опарина сходные идеи были развиты английским ученым Дж. Холдейном. Общим во взглядах Опарина и Холдейна является попытка объяснить возникновение жизни в результате химической эволюции на первичной Земле. Оба они подчеркивают огромную роль первичного океана как огромной химической лаборатории, в ко­торой образовался «первичный бульон», а кроме того, и роль энзимов - органиче­ских молекул, которые многократно ускоряют нормальный ход химических процессов. В дополнение к этому Холдейн впервые высказывает идею, что пер­вичная атмосфера на Земле, «вероятно, содержала очень мало или вообще не со­держала кислорода».

Большинство современных специали­стов убеждены, что возникновение жизни в условиях первичной Земли есть есте­ственный результат эволюции материи. Это убеждение основано на доказанном единстве химической основы жизни, по­строенной из нескольких простых и самых распространенных во Вселенной атомов (табл. 7.1). Разнообразие жизни (микроорганизмы, растения, животные) осуществляется на достаточно единообразной биохимиче­ской основе: нуклеиновые кислоты, бел­ки, углеводы, жиры и несколько более редких соединений типа фосфатов.

Основные химические элементы, из которых построена жизнь - это углерод, водород, кислород, азот, сера и фосфор. Очевидно, организмы используют для своего строения простейшие и наиболее распространенные во Вселенной эле­менты, что обусловлено самой природой этих элементов.

Другие два биогенных элемента - сера и фосфор - присутствуют в относительно малых количествах, но их роль для жиз­ни особенно важна. Химические свойства этих элементов также дают возможность образования кратных химических связей. Сера входит в состав белков, а фосфор - составная часть нуклеиновых кислот.

Кроме этих шести основных химиче­ских элементов в построении организмов в малых количествах участвуют натрий, калий, магний, кальций, хлор, а также микроэлементы: железо, марганец, ко­бальт, медь, цинк и небольшие следы алюминия, бора, ванадия, йода и молиб­дена. Химическая основа жизни разнообразится еще 15 химически­ми элементами, которые вместе с шестью основными биогенными эле­ментами участвуют в различных соотно­шениях в строении и осуществлении функций живых организмов. Это, однако, не означает, что жизнь может быть сведена просто к хи­мическим закономерностям.

Вопрос строгого научного объяснения происхождения жизни на Земле все еще остается открытым. На сегодняшний день имеют строгое научное подтверждение только следующие основные факты:

1). При исследовании метеоритного вещества, возраст которого близок возрасту Солнечной системы (исследованы метеориты, упавшие в противоположных частях света с промежутком в 19 лет: 1950 г. - около Мори, США и 1969г. - около Мерчисона, Австралия), в их составе обнаружены аминокислоты - основа белков и жирные кислоты - основа жиров.

Причем в метеоритном веществе присутствуют аминокислоты обоих известных науке форм: L и D, которые по своему строению являются зеркальным отображением друг друга. В метеоритах ( в отличие от Земли) обе формы аминокислот представлены в равном количестве, что говорит об их абиогенном происхождении ( без участия белковых катализаторов - энзимов). Кроме того в метеоритном веществе встречаются амино- и жирные кислоты, которые не встречаются в земных живых тканях.

2). При исследовании образцов лунного грунта («Аполло-11, 12, 14» автоматическая станция «Луна») в его составе также обнаружены аминокислоты.

Правда речь идет скорее об их предшественниках (более примитивных формах).

3). Изучение межзвездной среды (начиная с 1930г.) показало, что она преимущественно состоит из атомов водорода и небольших количеств гелия, углерода, азота и кислорода. В конце 60-ых годов с помощью радиоспектометрии было открытомежзвездное органическое вещество и его исходные компоненты:

- вода;

- формальдегид (Н₂СО₃);

- аммиак (NH₃);

- оксид углерода (СО).

Установлено также, что в туманностях при образовании звезд и планет возникают молекулы аминокислот, жирных кислот и т. п.