Основные подходы к проблеме происхождения жизни

Загадка появления жизни на Земле с незапамятных времен волнует людей. На протяжении веков менялись взгляды на эту проблему.

Так, допускалась возможность постоянного зарождения живого из неживого. Великий Аристотель (IV в. до н.э.) не сомневался в самозарождении лягушек, мышей. В XVII в. голландский ученый Я.Б. Ван-Гельмонт составлял рецепты получения мышей из пшеницы и загрязненного белья. В. Гарвей, Р. Декарт, Г. Галилей, Ж.Б. Ламарк, Г. Гегель придерживались мысли о постоянно осуществляющемся самопроизвольном зарождении живого из неживого.

Но с XVII в. стали накапливаться данные против такого понимания. В 1668 г. итальянский естествоиспытатель и врач Ф. Реди (1626–1698) доказал, что белые черви в гниющем мясе есть не что иное, как личинки мух. Окончательно же ученые отказались от представлений о самозарождении микроорганизмов лишь во второй половине XIX в. В 1862 г. Луи Пастер убедительными опытами доказал невозможность самопроизвольного зарождения простейших организмов в современных условиях и утвердил принцип "все живое из живого".

После этого одни ученые поставили вопрос об историческом возникновении жизни в первобытных условиях Земли, другие же склонились к тому, что жизнь на нашей планете никогда не зарождалась, а была занесена на нее из Космоса, где она существует вечно. Однако такой подход просто снимает проблему возникновения жизни на Земле и переносит ее в другое место Вселенной. Существует также точка зрения, что жизнь возникла чисто случайно и совершенно внезапно. Так, американский генетик, лауреат Нобелевской премии Г. Меллер (1890–1946) допускал, что живая молекула, способная размножаться, могла возникнуть вдруг, случайно, в результате взаимодействия простейших веществ. Он считал, что элементарная единица наследственности – ген – является и основой жизни, а жизнь в форме гена, по его мнению, возникла путем случайного сочетания атомных группировок и молекул, существовавших в водах первичного океана. Но подсчеты показывают невероятность такого события. Трудно рассчитывать получить одну молекулу РНК вируса табачной мозаики за 10 ⁹ лет даже в том случае, если бы весь Космос представлял собой реагирующую смесь нуклеотидов, входящих в РНК. Большинство ученых отказалось от такого предположения.

Ф. Энгельс одним из первых высказал мысль, что жизнь возникла не внезапно, а сформировалась в ходе длительной эволюции материи. Эволюционная идея положена в основу гипотезы сложного, многоступенчатого пути развития материи, предшествовавшего зарождению жизни на Земле, выдвинутой А.И. Опариным в 1924 г. и английским исследователем Дж. Холдейном в 1929 г.

Химическая эволюция

Двести лет назад сложилось убеждение, что между органическими и неорганическими соединениями лежит непроходимая пропасть. Для подобного мнения были основания: известные тогда органические соединения создавались живыми организмами, и получить их другими способами не удавалось. Свойства органических соединений были иными, чем у неорганических веществ, но после того, как из обычных химических элементов было синтезировано первое органическое соединение, представление о двух разных сущностях органических и неорганических веществ потеряло свою незыблемость. Возникла органическая химия (предмет изучения которой – углерод и его соединения, являющиеся строительным материалом живых организмов) и – биохимия, изучающая химические процессы в живых организмах.

Рассматривая проблему возникновения жизни путем биохимической эволюции, А.И. Опарин выделяет три этапа предположительного перехода от неживой материи к живой:

* этап синтеза исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях первичной атмосферы первобытной Земли;

* этап формирования в первичных водоемах Земли из накопившихся органических соединений биополимеров, липидов, углеводородов;

* самоорганизация сложных органических соединений, возникновение на их основе и эволюционное совершенствование процессов обмена веществом и воспроизводства органических структур, завершающееся образованием простейшей клетки.

На современной Земле процессы образования органических веществ из неорганических наблюдаются очень редко. Однако в условиях первобытной Земли, возраст которой предполагается равным 4,6 млрд. лет, все могло обстоять иначе. Первичная атмосфера Земли, как полагают, состояла из водяных паров, водорода, углекислого газа с небольшой примесью других газов (аммиака, метана, сероводорода) почти при полном отсутствии кислорода (практически весь кислород, содержащийся в современной атмосфере, является продуктом фотосинтеза).

В атмосфере первобытной Земли, содержащей водород и аммиак, подвергнутой действию электрических разрядов и мощного ультрафиолетового излучения, радиоактивных частиц, космических лучей, ударных волн от метеоритов, теплоты от интенсивной вулканической деятельности, могли быть созданы условия, необходимые для синтеза из неорганических веществ простейших органических соединений (мономеров), предшественников биологических макромолекул. Фактором, благоприятствующим этому синтезу, явилось отсутствие кислорода, которой мог бы разрушить эти соединения, и – живых организмов, которые использовали бы их в качестве пищи.

Гипотеза А.И. Опарина положила начало физико-химическому моделированию процессов образования молекул аминокислот, нуклеиновых оснований, углеводородов в условиях предполагаемой первичной атмосферы Земли.

В 1953 г. американский биохимик С. Миллер (р. 1930) в ряде экспериментов моделировал условия, предположительно существовавшие на первобытной Земле. В созданной им установке, снабженной источником энергии, ему удалось синтезировать многие вещества, имеющие важное биологическое значение. Эксперименты Миллера показали, что под воздействием физических излучений эти биоорганические молекулы могут образовываться в самых различных смесях, содержащих водород, азот, аммиак, воду, углекислый газ, метан, синильную кислоту и т.п.