Дарвинизм в XX веке - Медников Борис Михайлович (читать полные книги онлайн бесплатно .txt) 📗
Широкого распространения эта точка зрения не получила. К аналогичному выводу пришли лишь в 1924 году А. И. Опарин и в 1927 году английский ученый Дж. Холдейн. Впоследствии Холдейн отошел от проблемы происхождения жизни и занялся генетикой, оставив след во многих ее областях. Иное дело Александр Иванович Опарин — он остался верен этой проблеме всю жизнь и сейчас возглавляет крупнейшую школу советских исследователей, работающих в данном направлении.
Опарин и Холдейн независимо друг от друга пришли к выводу, что первичная атмосфера Земли не имела свободного кислорода. Ее составляли углекислый газ, метан, азот, аммиак, окись углерода, пары воды, водород и, возможно, пары ядовитейшей синильной кислоты. Ничто земное, за исключением некоторых бактерий, не просуществовало бы в такой атмосфере ни одной минуты. Но именно такая Смесь и послужила сырьем для синтеза элементарных «кирпичиков» жизни — аминокислот, нуклеотидных оснований, углеводов, органических кислот и жиров.
Однако для такого синтеза нужна энергия. Опарин и Холдейн предположили, что источником энергии могло быть тепло остывающей земной коры или вулканической лавы, солнечный свет (в первую очередь жесткое ультрафиолетовое излучение), возможно, космические лучи или же энергия радиоактивного распада тяжелых элементов. Возникающая при разнообразных реакциях органика накапливалась в океанах, которые под конец этой фазы развития планеты стали как бы «первичным бульоном» — колыбелью всего сущего.
История науки изобилует совершенно необъяснимыми парадоксами. К числу их относится и тот факт, что экспериментаторы, в принципе благожелательно относившиеся к теории Опарина — Холдейна, не очень спешили воспроизвести процесс возникновения «первичного бульона» в лаборатории. И это несмотря на то что Ж. Лёб еще в 1913 году получил простейшую аминокислоту — глицин, воздействуя электрическим разрядом на смесь окиси углерода и аммиака. Практически к целенаправленному «созданию гомункулюса» приступил лишь в 50-х годах нашего столетия американский ученый С. Миллер. Техника его опытов была настолько простой, что они могут быть воспроизведены в школьной лаборатории.
В колбе из жаростойкого стекла кипела вода; пары конденсировались в верхней части прибора, где в атмосфере из водорода, метана и аммиака между вольфрамовыми электродами непрерывно проскакивала миниатюрная молния от высоковольтной катушки.
Через несколько дней вода в колбе желтела; возникали разнообразные полимерные соединения кремния (от стекла колбы) и ряд органических веществ, в том числе 6 аминокислот, 11 органических кислот — от муравьиной и уксусной до янтарной, мочевина и метил-мочевииа.
Опыты Миллера пробудили в химиках уверенность. Во многих лабораториях мира начали ставить эксперименты — один другого дерзновеннее. Какие только варианты ни испытывались! Смеси газов, одна ядовитее другой: азот и аммиак, окись углерода и углекислый газ, пары воды и метан, формальдегид (водный раствор которого известен под названием формалина) и циан. Всевозможные растворы солей металлов, смеси глин и минералов служили катализаторами. Источники энергии были также разнообразными: электрические искры, свет солнца и ртутной лампы, пучок электронов или протонов из ускорителя элементарных частиц и простая электроплитка.
А результаты? Они оказались весьма обнадеживающими. Удалось воспроизвести синтез практически всех аминокислот, входящих в состав белков (а кроме того таких, какие природа не использует). Попутно были получены разнообразные углеводы и органические кислоты. Многие соединения до сих пор не удается разделить и идентифицировать — слишком уж сложен состав «первичного бульона»!
Большие успехи были достигнуты и при абиогенном (безжизненном) синтезе компонентов нуклеиновых кислот — ДНК и РНК. Американский ученый С. Фокс, о котором мы будем еще говорить, получил из яблочной кислоты и мочевины урацил, а Дж. Оро из цианистого аммония — аденин. Пуриновые основания синтезируются в принципе легко. Условий для надежного синтеза пиримидиновых оснований (цитозина и тимина) пока подобрать не удалось: химики предложили не одну схему синтеза, однако вещества, из которых синтезируются пиримидины, не всегда удается достать и в магазине химических реактивов. Мало вероятно, чтобы на первозданной Земле дело обстояло лучше. Здесь нужно еще немало потрудиться.
Тем не менее общий результат ясен и сейчас: возникновение «первичного бульона» не случайность, а закономерность. На планете с подходящей температурой, достаточным количеством воды и атмосферой, состоящей из самых распространенных во Вселенной газов, «первичный бульон» должен возникать в 100 случаях из 100, причем с достаточно высокой скоростью. Время, потребное для его возникновения, еще более уменьшится, если справедлива гипотеза о «холодном» возникновении Земли из газово-пылевого облака.
В этом нас убеждают анализы метеоритов, падающих на Землю из мирового пространства и, если верна эта гипотеза, являющихся остатками материала, пошедшего на построение нашей планеты. Некоторые из них состоят из углистого вещества, в котором были найдены разнообразные аминокислоты. В последнее время накапливается все больше и больше данных, свидетельствующих о том, что синтез простейших органических веществ идет и в космосе. Какую-то, быть может значительную, часть органики для «первичного бульона» Земля получила как приданое при своем возникновении, что могло свести до минимума первую фазу развития жизни.
Однако аминокислоты, нуклеотиды, сахара и прочая органика — это еще не жизнь. Нам нужно еще обсудить возможность абиогенного синтеза биополимеров — белков и нуклеиновых кислот.
Рассмотрим сначала белки. Белковая молекула — это сложенная соответствующим образом одна или несколько цепочек, именуемых полипептидами и состоящих из соединенных друг с другом аминокислот. Каждая аминокислота имеет по меньшей мере две реакционноспособные группы — аминогруппу (—NH2) и карбоксильную (—СООН). В полипептиде аминогруппы присоединяются к карбоксильным. При этом образуется так называемая пептидная связь и отщепляется молекула воды.
Сразу же возникает весьма неприятное осложнение. Известно, что конечный продукт тормозит прямую реакцию и ускоряет обратную. В водной среде, в растворе с огромным преобладанием воды, конденсация аминокислот в пептиды не пойдет. Будет преобладать обратная реакция гидролиза — расщепления пептида на свободные аминокислоты. Поэтому-то химики предпочитают вести подобные синтезы не в водных растворах, а в обезвоженных органических растворителях. Как же этот процесс шел на заре времен — ведь тогда химиков, несомненно, еще не было?
В предыдущем разделе мы пришли к выводу, что возникновение первичных «кирпичиков» жизни — нуклеиновых оснований, Сахаров, амино- и органических кислот должно происходить при довольно обширном размахе физических условий со 100-процентной вероятностью. Возникновение из них белков и нуклеиновых кислот, а также липидов — основных частей клеточных мембран — дело уже довольно сложное, ибо здесь мешает сама среда — вода.
В клетке нуклеиновые кислоты и белки синтезируются весьма сложными системами, о которых мы говорили в главе «Ген обретает плоть», с затратой энергии аденозинтрифосфата и гуанозинтрифосфата. Вероятность случайного возникновения подобного образования практически равна нулю. Поэтому предположение, что жизнь на Земле возникла в результате некоей сверхслучайности, единичной во Вселенной, мы можем смело отбросить. Вероятность такого события становится уже невероятностью. И люди, полагающие, что возникновение жизни — дело случая, смело могут утверждать, что жизнь и на Земле вообще не возникла (чем и объясняется парадоксальное название раздела).
Но в принципе маловероятные события можно сделать весьма вероятными. Допустим, вам предложат собрать заданную фразу из 100 слов путем случайного выброса одновременно, например, 100 фишек с написанными на них словами. Число попыток неограничено. Я думаю, даже совершенно незнакомый с математикой человек от такой попытки откажется — на это не хватит и 100 жизней [12]. Другой путь проще и быстрей. Надо вынимать фишки из кучи, пусть наугад, прочитывать слово и, если это то, что нужно, откладывать, а если ненужное — возвращать обратно. Труднее всего случайно выбрать первую фишку — вероятность этого события 0,01. Но с каждым новым словом дело пойдет быстрее, наша фраза, строясь случайно, «эволюционирует» с возрастающей скоростью (ведь число выборов убывает!), и последнее слово вы выберете со 100-процентной вероятностью.
