Палеоэкология: учебное пособие - Богданов Игорь Алексеевич (книги без сокращений TXT) 📗
К этому же времени относится и появление первых соединений органических веществ. Когда же эти первичные органические вещества стали образовывать комплексы, способные поглощать такие же органические вещества из воды Первичного
Океана и возвращать в нее другие соединения, возникает явление метаболизма – обмена веществ. С этого момента их можно рассматривать как простейшие живые организмы. Их появление означает, что преджизнь перешла в жизнь, а химическая эволюция закончилась, уступив место биологической.
Глава 3
Теории возникновения жизни
Современная наука рассматривает два возможных пути появления жизни на Земле: занос ее из космического пространства и возникновение непосредственно на нашей планете.
3.1. Великий шведский ученый, один из основателей современной физической химии, С. Аррениус в 1918 г. выдвинул теорию, впоследствии названную теорией панспермии («всюдности» зародышей). Он предположил, что жизнь так же вечна, как Вселенная, и постоянно в ней существует. Мельчайшие «зародыши жизни» (молекулы органических веществ, их комплексы и даже простейшие организмы) странствуют в Космосе под действием давления световых лучей (давление света было открыто и измерено в 1901 г. русским физиком А. Лебедевым). Попадая на пригодную для жизни планету, они начинают эволюционировать, давая самые разнообразные формы живых существ.
Теорию панспермии принял и развил В. И. Вернадский. Считая Вселенную вечной во времени и безграничной в пространстве, он выдвинул тезис о том, что жизнь является непременным атрибутом Вселенной. Возникновение жизни на определенном этапе развития планеты он считал закономерным явлением, а причиной этого возникновения – занос жизни из Космоса. В своих ранних работах (1918–1929 гг.) он вообще не считал возможным зарождение жизни непосредственно на Земле из неживого вещества (абиогенез) и даже говорил, что признать абиогенез – все равно, что признать сотворение жизни Высшей Силой. Позднее, в работах 1938–1945 гг., он с осторожностью признавал возможность абиогенеза на начальных этапах геологической истории Земли (экспериментальные подтверждения возможности абиогенеза были получены уже после смерти В. И. Вернадского, см. ниже).
Прямым подтверждением возможности пребывания органического вещества в космическом пространстве стали работы английского астрофизика Ф. Хойла и индийского астронома Ч. Викрамасингха в 1960-х гг. Методом спектрального анализа они обнаружили в межзвездном веществе («космическом газе») аммиак (NH3), водяной пар, угарный газ (СО), цианацетилен (CHC2N), метанол (СН3ОН), муравьиную кислоту (СНООН), ацетальдегид (СН3СОН), метилацетилен (CHC2N) и некоторые другие вещества, вплоть до порфиринов (например, C15H31N3O5), с более чем 50 атомами в молекуле. Число молекул органических веществ определено ими в наблюдаемой с Земли части Вселенной в 10. Также подтверждается наличие органического вещества во Вселенной вышеприведенными данными о химическом составе углистых хондритов.
Косвенным подтверждением является способность различных болезнетворных бактерий и вирусов переживать длительное время в условиях крайне низких температур. Так, в вирусологических и бактериологических исследовательских лабораториях в жидком азоте (-196 °C) по много лет сохраняются возбудители различных заболеваний, не теряя при этом своей патогенности. Даже такой генетически сложный материал, как сперма крупного рогатого скота, хранится в жидком азоте многие годы, а затем, при искусственном осеменении, дает полноценное потомство.
Получено и прямое подтверждение сохранения жизни в Космосе. В опытах, проводимых на международной космической станции «Альфа», микроорганизмы в специальных контейнерах, расположенных за бортом станции, выносили колебания температуры от -90 до +90 °C.
Противники теории панспермии считают, что находки органических веществ в метеоритах и в «космическом газе» – это остатки погибшей жизни, существовавшей на планетах, разрушившихся по каким‑либо причинам. Они ссылаются также на современные, принятые в космологии и астрофизике теории происхождения Вселенной (или, по крайней мере, той ее части, где находится наша Солнечная Система) в сравнительно недавнем прошлом (порядка 15 млрд лет назад), в результате так называемого Большого Взрыва и замкнутости Вселенной вследствие кривизны пространства.
Если Вселенная имела начало, то и жизнь должна была иметь его, причем отдаленное от времени начала Вселенной. Не отрицая в принципе возможность заноса жизни на какую‑нибудь планету, противники теории панспермии считают, что все же зарождение жизни первоначально происходит на какой‑либо планете, и уже с нее живое вещество разносится в Космосе. Так что теория панспермии, считают они, только отодвигает в пространство и время решение вопроса‑как же все‑таки появилась жизнь? Таким образом, они неизбежно приходят к идеям абиогенеза.
3.2. Первую глубоко аргументированную теорию абиогенеза сформулировал в 1920-е гг. советский биохимик А. И. Опарин. В его теории главным было признание того, что при определенных условиях, которые могли существовать на Земле на ранних этапах ее геологической истории, мог происходить естественный синтез простейших органических веществ и последующее их усложнение, завершившееся образованием каплевидных конкреций, которые в воде Первичного Океана вели себя как живые существа: обменивались различными веществами с окружающей водой, поглощали другие, меньшие по размерам, каплевидные конкреции, а также отдельные молекулы белков, Сахаров и других органических веществ. Наиболее крупные из них могли делиться. А. И. Опарин назвал такие образования коацерватами («накопленными»).
Теория А. И. Опарина не встретила сколько‑нибудь серьезных возражений со стороны ученых, но на долгие годы осталась чисто умозрительным построением, демонстрируя лишь один из возможных путей возникновения жизни.
Подтверждение пришло лишь в начале 1950-х гг. в экспериментах американского биохимика С. Миллера, ученика знаменитого биохимика Г. Юри и под влиянием его идей. Смесь метана, аммиака, водорода и водяного пара подвергалась воздействию электрических разрядов, что имитировало состав первичной атмосферы Земли и наличие в ней мощных гроз. В результате образовалось несколько аминокислот из числа тех двадцати, что входят в состав белков, а также аденин и рибоза (компоненты нуклеиновых кислот).
Вскоре после С. Миллера советские исследователи Т. Павловская и А. Пасынков получили ряд аминокислот, облучая коротковолновыми ультрафиолетовыми лучами водные растворы формальдегида и солей аммония, имитируя условия, существовавшие в Первичном Океане, когда атмосфера, не содержащая кислорода, свободно пропускала ультрафиолетовое излучение Солнца. Позднее японский ученый К. Харада и американский – С. Фокс получали аминокислоты, нагревая смесь тех же газов, что использовал в своем эксперименте С. Миллер, на нагретой до 150–180 °C затвердевшей лаве, имитируя условия, существовавшие на Земле в период активной вулканической деятельности. Наконец, все основные компоненты нуклеиновых кислот – пуриновые, пиримидиновые основания и сахара – рибозу и дезоксирибозу – получали испанец Дж. Оро (путем использования инфракрасных лучей) и американец С. Поннамперума (используя радиоактивное облучение).
Таким образом, было экспериментально подтверждена возможность возникновения жизни путем абиогенеза непосредственно на Земле, без заноса из Космоса.
В настоящее время ни теория панспермии, ни теория абиогенеза окончательно не подтверждены и не опровергнуты. Надо только отметить, что, если мы остановимся на точке зрения заноса жизни из Космоса, то должны признать наличие во Вселенной очень большого числа биосфер (астрономы подтвердили наличие в непосредственной близости от Солнечной Системы по крайней мере 20 звезд, имеющих планетные системы). Если же примем теорию образования жизни непосредственно на Земле, то может оказаться, что биосфера Земли – явление уникальное.
