Виникнення життя на Землі і походження людини

1. Виникнення життя на Землі і походження людини

Виникнення життя на Землі і походження людини

З нового підручника "Загальна біологія"

У питанні про виникнення життя вчені розділилися на дві групи: одні вважають, що все живе походить тільки від живого допомогою біогенезу, інші вважають за можливе абіогенез - поява живого з неживого. Перші визнають Творця, а останні вважають матерію існуючої самостійно. Але є й винятки. Прихильник біогенезу академік Вернадський залишався матеріалістом і стверджував, що "життя вічне, як вічний космос", а німецький математик Лейбніц вважав, що нежива матерія поступово формує живу під дією Духа Божого.

У ХІХ ст. знаменитий французький вчений Луї Пастер експериментально довів неможливість самостійного появи живих організмів навіть в особливому живильному розчині, ретельно прокип'яченому і закритому від проникнення мікробів. За свої експерименти він отримав спеціальну премію французької Академії наук. Л. Пастер, що заснував мікробіологію і імунологію, який відкрив анаеробні бактерії і причину бродіння, з приводу ідеї самозародження життя говорив, що "нащадки в один прекрасний день від душі посміються над дурістю сучасних нам учених матеріалістів".

Значно пізніше, в 1924 р російський академік А. І. Опарін запропонував гіпотезу, згідно з якою життя на Землі могло з'явитися не відразу у вигляді мікроорганізмів, а їй передувало абіогенного утворення органічних сполук. У 1955 році американський дослідник С. Міллер, імітуючи передбачувані суворі умови первісної планети, пропускав електричні розряди величиною до 60 кВ через суміш СН4, NH3, Н2 і парів Н2О при температурі 80 ° С і тиску в декілька паскалів. Міллеру вдалося отримати оцтову і мурашину кислоти, найпростіші жирні кислоти і в невеликій кількості деякі амінокислоти. Ці досліди можна вважати першими кроками сучасної теорії молекулярної еволюції.

Абіогенез і закони термодинаміки

В рамках еволюційної теорії до цих пір не вдається вирішити одне з головних питань: звідки з'явилися перші організми? Якщо процес розвитку однієї тварини до іншої можна собі хоча б уявити, то як пояснити мимовільне зародження живих істот? Чи могла нежива матерія зробити життя? Нас з вами? Цілком природно, що це питання завжди викликав сумнів. Знаменитий Гейзенберг, один з творців квантової теорії, схвально відгукуючись про свого колегу Паулі, іншому геніального вченого, писав: "Паулі скептично відноситься до дуже поширеному в сучасній біології дарвинистской думку, згідно з яким розвиток видів на Землі стало можливим лише завдяки мутаціям і результатами дії законів фізики і хімії ". Звернемося до наукових фактів і розглянемо початок передбачуваного абиогенеза.

Відповідно до теорії молекулярної еволюції, в первинному океані або в сирих місцях суші випадково утворилися молекули амінокислот, потім ці молекули згрупувалися в згустки (коацервати), і в цих згустках почався процес формування білків. Як ми вже знаємо з § 2, ймовірність випадкового появи конкретної білкової молекули в випадковому наборі амінокислот всього 10-325. Слід ще врахувати, що в природі існують не тільки 20 життєво важливих, а близько 300 амінокислот, велика частина з яких ніякого відношення до живих організмів не має! Крім того, як показали експерименти, амінокислоти дуже неохоче приєднуються один до одного - істотно ефективніше вони реагували б з будь-якими іншими молекулами передбачуваного первісного "бульйону". І навіть якщо б білок вийшов, він був би біологічно неактивним. Справа в тому, що біологічно активні білки містять амінокислоти виключно лівого обертання, а хімічні закони можуть давати лише суміші правих і лівих форм у випадкових пропорціях. Тому неможливо, щоб амінокислоти лівого обертання самі по собі збивалися у великі купи (окремо від правих форм!) І формували білки, а, отже, життя мимоволі відбутися не може.

Процес самоусложненію молекул абсолютно не природний ще і з іншої причини. Згадаймо другий початок термодинаміки, одна з його формулювань свідчить: будь-яка молекулярна система, надана сама собі, прагне до стану найбільшого хаосу, її ентропія (величина, що характеризує ступінь хаосу) зростає. Тому, наприклад, тепло не передається мимовільно від менш нагрітого тіла більш нагрітого. Розглядається явище самофоpміpованія впорядкованості всупереч другому початку супроводжувалося б зменшенням ентропії.

Поява порядку спостерігається нами в природі, але це аж ніяк не самовпорядкування! Вода накопичується в низьких місцях, утворюючи калюжі, а замерзаючи - симетричні сніжинки. Багато речовини мають властивість формувати кристали. Ці стану просто-напросто відповідають мінімуму потенційної енергії і супроводжуються виділенням теплоти, так що в цілому ентропія зростає.

Переходи в більш впорядкована стан з меншою ентропією можливі лише в деяких виняткових випадках нерівноважних, незворотних процесів у відкритих системах (теорію самоорганізації нерівноважних термодинамічних структур заснував І. Пригожин). Але немає ніяких причин вважати передбачуваний процес освіти білків або ДНК нерівноважних, незворотних. Адже каталізаторів подібної збірки в первоокеане бути не могло, не було і позитивних зворотних зв'язків, що підсилюють випадкові процеси утворення проміжних молекул. А їх розвал інтенсивно посилювався б ультрафіолетом, гідролізом та різноманітними хімічними речовинами Первоокеан. У живих організмах ензими забезпечують швидкість синтезу, в десятки разів перевищує скорострільність кулемета! Інакше і не можна: проміжні молекули дуже нестабільні і можуть розвалитися, цілі "бригади збирачів" (групи молекул) змінюються сотні разів в секунду.

Самосінтез в кожен момент йшов би і вперед за допомогою флуктуацій (випадкового появи потрібних молекул), і ще швидше - тому через розвал нової структури з молекул амінокислот, тобто рівноважним і оборотним чином. Імовірність же гігантської флуктуації, що приводить до появи білка цілком, мізерно мала. Гіпотеза самоосвіти білкових молекул суперечить основним законам термодинаміки. Пригожин і його колеги не змогли і наблизитися до доказу того, що величезна кількість інформації, необхідне для самовідтворення молекул, могло накопичитися природним шляхом всупереч закону ентропії. Теорія самоорганізації Пригожина-Арнольда-Хакена пропонує лише деякі теоретичні роздуми та аналогії, дуже далекі від доказів виникнення життя з хаосу, що безперечно визнавав і сам І. Пригожин. Коментуючи деякі явища упорядкування, теорія самоорганізації не в змозі пояснити початок життя - поява білкових молекул.

Живі організми, безсумнівно, мають властивість самоорганізації, знижуючи свою ентропію за рахунок зовнішніх джерел, але їхнє функціонування не пояснює появи життя. На безформною землі з зерняток виростають дерева, використовуючи сонце, мінеральні речовини і вуглекислий газ. Зернятко або яйцеклітина вже містять всю необхідну генетичну інформацію: код для повного розвитку в дорослий організм, програми регулювання, заміни та оновлення. Яйцеклітина представляє собою досить складну структуру, наділену всіма метаболічними системами, необхідними для життя. Але як з'явилися перші істоти - залишається для еволюційної теорії нерозв'язною загадкою.

Питання для повторення

1. У чому відмінність біогенезу від абиогенеза?
2. Розкажіть про дослідження Пастера, Опаріна і Міллера. Яка позиція кожного з цих вчених в питанні про походження життя?
3. Які особливості будови білків виключають їх випадкове поява?
4. Чи можливо, відповідно до другого початку термодинаміки, самоформірованіе життєво важливих макромолекул?
5. Що дозволяє живим організмам самоупорядочіваться?

Абіогенез з позицій біохімії

Деякі вчені стверджували, що їм все-таки вдалося синтезувати білки із суміші амінокислот. Однак з сенсацією явно поспішили: реально було отримано лише якесь віддалене подібність білків, так звані термальні протеіноіди, що складаються з полімерної сітки (в білках, як ми знаємо, амінокислоти утворюють ланцюжок) амінокислот не тільки з альфа-пептидними зв'язками, але і з бета- пептидними. Існуючі в білку альфа-пептидні зв'язку формуються в складній взаємодії безлічі спеціальних молекул. При випадковому утворенні зв'язків лише половина з них виявляється альфа-пептидними. Полімерна сітка не володіла просторовою структурою білка, не мала властивої йому абсолютно певній послідовності з'єднання молекул і, відповідно, не мала ніякого відношення до життя.

В процесі відтворення білків у живих істот беруть участь: ДНК, інформаційна РНК, не менше 20 різних транспортних РНК, кожна зі своєю амінокислотою, рибосоми, що складаються з 3-4 Хвороби і 55 різних молекул білка, цілий комплекс ферментів. Необхідно ще тонке енергетичне забезпечення за допомогою АТФ (для синтезу середнього білка потрібні тисячі молекул АТФ). Звичайний підігрів або освітлення Сонцем можуть тільки зруйнувати молекулярні зв'язки. У синтезі білка бере участь вся жива клітина, порушення хоча б одного з компонентів блокує процес. Для сучасних вчених дивовижний і сам факт функціонування цієї складної системи в організмі. Можливість же самовідтворення білків кваліфіковані біохіміки абсолютно виключають!

У 1986 р відбулася встpеча Междунаpодного Товариства з вивчення виникнення життя, на якій пpісутствовало близько 300 провідних дослідників. Вченими було доведено, що синтез РНК в умовах первинного океану абсолютно неможливий. Більш того: виявився неможливим навіть синтез моносахариду рибози - простіший складової РНК.

ДНК не має повної стабільності й усередині живої клітини. Її будова контролюється і виправляється (репаруючу) певними ферментами. Ця макромолекула функціонує в стані динамічної рівноваги виникають в її будові порушень і їх виправлення ферментами. Поза клітини ДНК швидко руйнується. Сооткриватель подвійної спіралі ДНК лауреат Нобелівської премії Ф. Крик категорично заперечує можливість мимовільного виникнення життя з хімічних елементів Землі.

І навіть якщо біологічна макpомолекула звідкись б з'явилася - це ще не жива клітина. До складу клітини входить безліч макромолекул, з'єднаних в певному поpядке. Веpоятность випадкового обpазования ферментів, необхідних клітці, хоча б один раз за мільярд років складає всього 10-40000. Це число, як заявив один з авторітених вчених астрофізик Фред Хойл, "досить мало, щоб поховати Даpвіна і всю теоpию еволюції". Якщо всю сонячну систему заповнити людьми (1050 осіб), кожен з яких не дивлячись крутить кубик Рубіка, то зазначена ймовірність утворення ферментів, необхідних живій клітині, приблизно дорівнює ймовірності того, що у всіх цих людей грані кубика одночасно раптом виявляться зібраними за кольором!

Крім феpментов в клітці є ще більш складні обpазования. Веpоятность самозборки живої клітини з приготовлених і складених "в купку" необхідних атомів навіть в самій сприятливою хімічної середовищі становить 10-100 000 000 000! Такі величини наочно показують, про що взагалі йде мова, як сильно ми помиляємося, чекаючи подібні події. Яким же чином вченим "вдалося" ігнорувати ці нікчемні ймовірності? Фахівці в галузі молекулярної еволюції, називаючи свою науку "вельми гіпотетичної", вказують, що розрахунки ймовірностей самозародження життя ніколи не відбувались і не бралися до уваги, оскільки еволюція вважалася фактом. Вчені лише намагалися пояснити, як вона могла статися.

Самопpоісхожденіе життя - зовсім не такий вже природний пpоцесс, як наївно вважали послідовники Дарвіна. Навпаки, з самого початку (заpожденія складних молекул) і до самого кінця (появи людини) - це безглузде нагромадження неймовірних, протиприродних випадковостей. Справедливо зробити висновок, що віра в нині прийняті схеми спонтанного абиогенеза суперечить здоровому глузду. Неможливість самозародження життя стала каменем спотикання всіх колишніх і новітніх еволюційних теорій.

Геніальний Томас Едісона (саме він винайшов сучасну лампочку, розробив телефон і телеграф) відомий цікавим висловом: "Існування Бога може навіть бути доведено хімічним шляхом". Передбачене великим винахідником доказ зараз перед нами: факти молекулярної фізики, генетики та біохімії повністю доводять неможливість випадкового самопроісхожденія живих істот. Виходить, Творець у нас все-таки є? Геніальний вчений Макс Борн, один із засновників квантової теорії, писав: "Час матеріалізму пройшло. Ми переконані в тому, що фізико-хімічний аспект ні в якій мірі недостатній для зображення фактів життя, не кажучи вже про факти мислення".

Питання для повторення

1. Які молекулярні структури живої клітини беруть участь у відтворенні білків? Чи вважають біохіміки можливим самосінтез білків в передбачуваному первоокеане?
2. Чи могла з'явитися в первоокеане молекула РНК, її більш прості компоненти? Наскільки ДНК була б стабільною під час відсутності ферментів репарації?
3. Чи великі ймовірності випадкової появи функціонального білка, ферментів клітини, молекулярних структур живої клітини? З якої причини нікчемність цих ймовірностей не бралася до уваги?

Неможливість самозародження життя

У розглянутих нами можливості самоосвіти макромолекул передбачалося, що на древній Землі були відсутні прямі заборони таких процесів, хоча їх було, щонайменше, два. Перший заборона - разpушеніе формуються з амінокислот білкових молекул водою в результату pеакции гідpоліза. Друга заборона - негайне окислення сполук амінокислот киснем. Передбачалося, що в давнину на планеті був відсутній кисень, і тоді-то змогли зародитися макромолекули, що сформували найпростіші мікроорганізми. Але в самих древніх поpодах міститься двоокис заліза, так що немає підстав припускати відсутність кисню в стародавній атмосфері. Якби все ж кисень був відсутній, то ультрафіолет, що проникає крізь таку безкисневому атмосферу, яка не має захисного озонового шару, зруйнував би молекули білків. Отже, для ідеї самопроісхожденія життя не підходить ні відсутність кисню, ні його наявність.

Є і третій заборона. Передбачалося (особливо після дослідів Міллера), що первоатмосфера складалася з метану і аміаку - компонентів, необхідних для самосінтеза амінокислот. Як показали експериментальні дослідження та комп'ютерне моделювання стародавньої атмосфери, ці гази зруйнувалися б ультрафіолетовими променями, а первинна атмосфера теоретично могла складатися лише з азоту і вуглекислого газу. Звідки ж тоді з'явилися амінокислоти, з яких складаються білки?

Самоосвіта життєво важливих макромолекул вимагає величезної кількості суперечливих умов, що не дозволяють з'єднати частини теорії молекулярної еволюції в цілісну наукову концепцію. Не розроблено ніякої серйозної наукової теорії про те, де, в яких умовах на Землі міг йти синтез білка. Існуючі гіпотези, включаючи новітні (формування життя на основі не ДНК, а РНК-геномів, так званий "світ РНК"), описують тільки дрібні розрізнені фрагменти передбачуваного процесу, вони виглядають дуже штучними і викликають лише посмішки фахівців. Потрібно попрацювати, як стверджують генетики, щоб знайти серед сучасних експериментаторів прихильника випадкового походження життя. Близько 50 років експериментування в галузі молекулярної еволюції привели скоріше до кращого розуміння масштабів проблеми виникнення життя на Землі, ніж до її вирішення.

Процес самозародження при его всебічному дослідженні оказался рішуче Неможливо. Однако знаходяться ентузіасті, Які, подібно до академіку В. І. Вернадського, намагають реанімуваті еволюційну теорію фантастичною гіпотезою про самозародження життя невідомім чином десь у космосі и подальшої транспортаціі ее на Землю метеоритом або даже свідомим посівом життя на планеті Розумна істотамі. Полон своєю фантастічністю, нові гіпотезі НЕ пояснюють походження життя, а только переміщують проблему в космічні глибінь. Альо закони фізики універсальні. Всі проведені розрахунки ймовірностей будут справедліві и там, в невідоміх глибінь Всесвіту. І там будут всі ті ж сміховінні возможности самозародження. Розумів це и Вернадський. Його вчення про сферу розуму родинно Панпсіхізм Т. Шардена (в 1920-і роки вони разом працювали в Сорбонні) з його нібито властивим матерії властивістю самоусложняться і породжувати життя, але Вернадський, тим не менш, не допускав думки, що істоти могли розвинутися з неживої матерії, а стверджував, що "життя вічне і передавалася завжди тільки від живих організмів живим організмам". Наш видатний палеонтолог Б. С. Соколов говорив про "неможливість появи живого з неживого". Заперечував можливість спонтанно-матеріалістичного появи життя на Землі і С. В. Мейен.

Спробуємо усвідомити, наскільки мізерні ймовірності самозародження. Чи може мавпа, човгаючи по клавішах, випадково набрати "Війну і мир"? Як говорить математика, може, але ймовірність такого події вкрай мала, приблизно 10-5 000 000. Виходить, чекаючи випадкового появи однієї найпростішої клітини навіть в ідеальних гіпотетичних умовах, ми сподіваємося на те, що мавпі вдасться 20 000 разів підряд без єдиної помилки набрати "Війну і мир"! Смішно розраховувати на подібні події. Тому кожен, хто візьме в руки твір Толстого, без тіні сумніву скаже, що воно написано людиною, причому обдарованим, і, звичайно ж, буде правий. Якщо ми поглянемо на скульптури Мікеланджело, то з упевненістю скажемо, що їх створила людина, і притому надзвичайно талановитий. Нікому і в голову не прийде, що такі твори мистецтва випадково утворюються самі в результаті того, що кам'яні брили, зриваючись з вершин гір і падаючи в прірву, так чудово обтісують. Чомусь ніхто не нишпорить по прірви в пошуках геніальних творів мистецтва. Чому ж ми, дивлячись на цей дивний і чудовий світ, не стверджуємо з упевненістю, що цей світ - найпрекрасніше творіння Вищого Розуму !? Як стверджував це знаменитий учений Ерстед: "Все буття є суцільне творіння Бога, всюди отпечатлевшее на собі нескінченно досконалий Його Розум". Або як стверджував це Ісаак Ньютон: "З сліпий фізичної необхідності, яка завжди і скрізь однакова, не могло статися ніякого різноманіття ... різноманітність створених предметів могло відбутися тільки за думки і волі Істоти самобутності, що нею я називаю Господь Бог".

Питання для повторення

1. Розкажіть про три головні заборонах на самоформірованіе макромолекул життя в передбачуваному первоокеане.
2. Чи вдається сучасним дослідникам побудувати несуперечливу матеріалістичну теорію молекулярної еволюції?
3. У чому слабкість гіпотези появи життя на Землі з космосу?
4. Чому, дивлячись на наш чудовий і дивовижний світ, люди не переконуються в тому, що він - творіння Боже?

Рекомендований додатковий матеріал до глави 12: Вертьянов С. Походження життя. - Гл. 4. - М .: Свято-Троїцька Сергієва Лавра, 2003.