Содержание:
Что такое абиогенез
Абиогенез — это теория возникновения жизни от неживой «основы». В широком смысле идея абиогенеза касается возникновения жизни на Земле в целом, в узком — появления живых существ из неорганических соединений. Проще говоря: согласно этой гипотезе, различные живые организмы (например, животные) могут образоваться спонтанно из чего угодно: из грязи, пыли или земли [1].
До конца XVII века эта теория имела широкое распространение и не вызывала сомнений. Но в 1668 году итальянец Франческо Реди провел эксперимент. Он разложил по банкам мясо. Одну он плотно закрыл крышкой, другую — марлей, а третья осталась открытая. Запах гниющего мяса из открытой банки привлек мух, они стали размножаться, и скоро там появились личинки. Личинки также появились на марле, которая пропускала запах мяса. В плотно закрытой банке ни мух, ни личинок не оказалось. Таким образом Франческо Реди доказал, что возникновение новой жизни возможно только от предшествующей: личинки появлялись только там, где были мухи [2].
Впоследствии теорию абиогенеза опровергали также Антони ван Левенгук [3], Луи Пастер [4] и Ладзаро Спалланцани [5]. Но ни одно опровержение этой теории не доказывало, что в прежние геологические эпохи такого случиться не могло.
Доказательства теории абиогенеза
В XX веке случился в некотором роде ренессанс теории абиогенеза. Ученые начали строить гипотезы и проводить различные эксперименты, чтобы доказать «неживое» начало жизни на Земле.
Гипотеза Опарина — Холдейна
В 1924 году советский биолог Александр Опарин опубликовал работу «Происхождение жизни», в которой предположил: 4,5 млрд лет назад органические соединения, нужные для появления жизни, могли появиться из-за эволюции молекул. По мнению ученого, солнечное излучение, электрические разряды от молний и извержения вулканов заставили неорганические вещества, находящиеся в «первичном бульоне», превратиться в самые простые органические соединения, затем в сгустки, а после — в примитивных одноклеточных [6]. В науке изначальные простые соединения называют коацерватными каплями (или коацерватами). Одновременно то же самое предположил английский биолог Джон Холдейн.
Эксперимент Миллера — Юри
В 1953 году гипотезу абиогенеза решили проверить экспериментально. Американские химик Стэнли Миллер и физик Гарольд Юри собрали аппарат с двумя колбами, внутри которого они попытались воспроизвести условия раннего периода развития Земли. Два сосуда соединили стеклянными трубками, замкнув систему. В системе находился газ, включающий в себя метан, аммиак, водород и монооксид углерода, одну колбу заполнили водой, а под ней расположили нагревательный элемент. Вода испарялась, пар шел в другую колбу, на которую воздействовали электрическими разрядами. После этого конденсирующийся пар по охлажденной трубке спускался в ловушку, где и обнаружили пять органических веществ: глицин, сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот [7].
В 1976 году британский биолог Ричард Докинс выпустил книгу «Эгоистичный ген». В ней он предложил несколько другую точку зрения, близкую к гипотезе Опарина — Холдейна. Он предположил, что в «первичном бульоне» образовывались совсем не коацерваты, а молекулы, которые могли себя копировать, пользуясь при этом органическими соединениями из того же «бульона». То есть эти молекулы копировались, распространялись, более мелких строительных клеток становилось все меньше, и клеткам приходилось бороться за них. Так они и начали эволюционировать [8].
Гипотеза мира РНК
В XXI веке на первое место у последователей и исследователей теории абиогенеза вышла гипотеза «мира РНК», хотя понятие это появилось еще в 80-х годах прошлого столетия [9]. Эта теория основана на том, что рибонуклеиновые кислоты способны как хранить генетическую информацию, так и самостоятельно развивать ее: копировать, мутировать и так далее. РНК для воспроизведения себя не нужно больше ничего, в отличие от ДНК, которой для копирования необходим белок [10]. Таким образом, РНК, по мнению части ученых, из таких «первопредков» постепенно, под воздействием окружающей среды, мутировали и развили жизнь на планете.
Концепцию «мира РНК» высказал в 1968 году американский микробиолог Карл Везе [11]: он предположил, что именно РНК стала первой молекулой жизни. Эта идея привлекла внимание британского химика Лесли Орджела, и он развил ее до той концепции, в которой рибонуклеиновые кислоты, которые были первыми организмами, населяющими Землю, могли самостоятельно самовоспроизводиться [12].
Частично доказал это, открыв некоторые свойства РНК, американский биохимик Томас Чек — он выяснил, что молекулы РНК действительно могут самостоятельно разрезаться и сращиваться — за счет фермента, который выполнял функцию катализатора (рибозим) [13].
Другие гипотезы
В 1970-х российский физик и математик Лев Мухин предположил, что жизнь могла зародиться на планете в горячей воде [14] (например, в условиях гейзеров и горячих источников). Этот взгляд на абиогенез расходился с общепринятым, согласно которому море стало колыбелью жизни на Земле. Позже доктору биологических наук Юрию Наточину удалось аргументировать гипотезу о том, что протоклетки возникали в воде, где преобладали ионы калия (что характерно для гейзеров), а не натрия (в море) [15].
В чем различие абиогенеза и биогенеза
Биогенез — в противовес абиогенезу (а — отрицательная частица) — это теория, согласно которой все живое на Земле возникло благодаря живым же организмам [16]. Такая гипотеза полностью противопоставлена основным постулатам абиогенеза [17]. Она имеет в своей основе предположение о «вечности жизни». Чтобы проверить обоснованность этой идеи, в 1865 году Луи Пастер взял S-образную колбу с горлышком с двумя изгибами, куда налил прокипяченный бульон. По мнению исследователя, пыль и микробы должны были осесть на изгибах горлышка, а та самая «сила вечности жизни» проникла бы даже через самый узкий и извилистый проход. Однако через сутки он выяснил, что микробов в колбе не появилось. Если бы «сила вечности жизни» существовала, считал Пастер, бульон не остался бы стерильным. Отсюда и вывод: ни вечности жизни, ни ее силы, согласно эксперименту Пастера, не существует [18].
Чаще всего к теории биогенеза относят идею создания жизни на планете (и самой планеты) неким высшим разумом, концепцию того, что Земля существовала вечно и почти не менялась, а также теорию, что первые организмы на планету попали из космоса с метеоритом — теорию панспермии. Еще в 1865 году ученые задумались о том, что жизнь на Землю могла быть принесена из космоса. Причем как случайно, так и специально. При первом варианте жизнь на Землю могли занести метеориты или космическая пыль. Согласно второму — предложенному в 1973 году — это было спланированное «заражение» планеты инопланетной цивилизацией [13].
Можно ли верить теории абиогенеза
Современные исследователи продолжают проводить исследования, касающиеся теории абиогенеза. При этом ученые отделяют такое явление, как самозарождение (которое тоже относится к этой гипотезе) от идеи о химической эволюции. Первое опроверг Реди еще в XVII веке. Второе же ученые изучают до сих пор, проводя все новые исследования.
Среди них, например, повторение эксперимента Миллера — Юри. Эта работа показала, что в результате реакции возникло не 5, как было обнаружено в оригинальном исследовании, а 22 вида соединений [19].
Однако спор о возникновении жизни — органическом или неорганическом — настолько же сложный, как вопрос о «курице и яйце», и единого мнения об этом в исследовательском мире нет.