Основи еволюції - Корж О.П. - 2006
Частина III.ШЛЯХИ РОЗВИТКУ ЖИТТЯ
Розділ 17. Геохронологія
17.2.Теорії походження життя
Проблему виникнення життя можна вважати до цього часу най- загадковішою в усьому природознавстві.
У запропонованих теоріях походження життя на планеті Земля, принаймні більшості з них, використовується один і той самий фактичний матеріал, але робиться наголос на різних аспектах. При цьому одним із найбільш суперечливих питань є протистояння між науковими та теологічними поглядами.
До нашого часу не вирішено проблему точного визначення самого терміна «життя», що пов'язане з намаганням виокремити у визначенні сутність живого та вказати на носія цієї сутності. Підтвердженням цього є визначення статусу вірусів: одні вчені вважають їх живими організмами, а інші - неживими органічними утвореннями.
Зараз більшість учених дотримується думки, що між живою та неживою матерією немає жодних якісних відмінностей: усі властивості живої матерії в тому чи іншому вигляді властиві й неживій природі (очевидно, спрацьовує закон переходу кількісних змін у якісні). Тому сьогодні живе характеризують, спираючись на п'ять аксіом теоретичної біології:
1. Аксіома А. Вейсмана: усі живі організми є результатом єдності фенотипу та генотипу, який надає програму для його побудови й успадковується з покоління в покоління.
2. Аксіома М.К. Кольцова: генетична програма утворюється матричним шляхом, а як матрицю для генів майбутнього покоління використовують ген попереднього покоління.
3. Перша аксіома Ч. Дарвіна: під час передачі з покоління в покоління генетичні програми з різних причин змінюються випадково та неспрямовано, і лише випадково ці зміни можуть виявитись вдалими в конкретних умовах.
4. Аксіома М.В. Тимофєєва-Ресовського: випадкові зміни генетичних програм при реалізації фенотипу можуть багаторазово посилюватись.
5. Друга аксіома Ч. Дарвіна: багаторазово посилені зміни генетичних програм підпадають добору умовами навколишнього середовища.
Проблеми походження життя слід відрізняти від його подальшої еволюції. Усі теорії походження життя об'єднують у п'ять великих груп.
1. Теорія стаціонарного стану (життя існувало завжди).
За цією теорією Земля ніколи не виникала, а існувала завжди й здатііа була підтримувати життя. Види так само існували завжди і мали тільки дві можливості - зміна чисельності та вимирання. Ця теорія не визнає, що наявність або відсутність викопних решток може вказувати на час появи або вимирання того чи іншого виду.
Так, згідно з палеонтологічними даними, кистепері риби вимерли не менше ніж 70 млн років тому, але в XX столітті поблизу о. Мадагаскар було знайдено їх представника — латимерію. Несподіване знаходження будь-якого викопного в зазначеному шарі прихильники цієї теорії пояснюють не як наслідок еволюційного розвитку, а результат збільшення чисельності його популяцій або переміщення до місць, які сприяли збереженню його залишків. Більшість доказів на користь цієї теорії ґрунтується на розривах у палеонтологічному літописі.
Близькі погляди до наведеного стосовно вічності життя висловлював і наш вітчизняний вчений В.І. Вернадський. Він вважав, що все живе походить виключно від живого. З самого початку життя являло собою складну систему, здатну до саморегулювання. Тому проблема формування життя на Землі насправді повинна розглядатись як проблема формування біосфери. Але вчений при цьому визнавав можливість подальшого еволюційного розвитку живої матерії.
2. Креаціонізм (життя виникло внаслідок певної надприродної події в минулому), якого дотримуються прихильники релігійних учень.
Процес створення світу Богом уявляється таким, що мав місце лише один раз, і тому вважається недоступним для спостереження. Так, архієпископ Ашер у 1650 році вирахував, що Бог створив світ у жовтні 4004 року до нашої ери і закінчив цей акт створенням людини 23 жовтня о 9-й годині ранку. Такі точні дати Ашер отримав шляхом складання віку біблійських людей від Адама до Христа. Зрозуміло, що подібні погляди суперечать археологічним даним: згідно з ними Адам жив у той час, коли на Близькому Сході вже існувала добре розвинена міська цивілізація. Вирішити це протиріччя намагаються шляхом встановлення тривалості «доби»: одні вважають, що світ було створено за шість діб тривалістю 24 години кожна і не сприймають інших поглядів, інші ж визнають Книгу Буття теологічним одкровенням. Спираючись на доступність подання матеріалу для всіх людей усіх часів, Біблію не можна вважати науковою книгою, а тому наведену в ній інформацію слід сприймати філософськи. На думку багатьох теологів, слово «день» слід розуміти не як добу тривалістю в 24 години, а як певний період, упродовж якого відбуваються якісь надзвичайні події.
Зокрема, в Біблії створення світу зображується в кілька певним чином упорядкованих етапів:
1) початок;
2) створення планети, яка знаходилась в темряві та оточувалась газами й водяними парами;
3) досягнення через хмари світла;
4) створення атмосфери; «
5) виникнення материків;
6) поява рослин;
7) очищення атмосфери, формування пори року;
8) виникнення морських тварин та перших птахів;
9) формування ссавців;
10) поява людини.
Питання, яким чином хронологічна послідовність подій у Книзі Буття викладена більш-менш правильно, залишається відкритим.
Богослов'я осягає істину через Божественне одкровення та віру. Наука займається лише тими явищами, які підтверджуються фактами, тому вона ніколи не зможе ні довести, ні спростувати ці концепції.
3. Довільне зародження (життя постійно виникає з неживої речовини).
Ця теорія була поширена в стародавньому Китаї, Вавилоні та Єгипті і виступала як альтернатива креаціонізму, з яким співіснувала упродовж певного часу. Арістотель не лише дотримувався цієї теорії, але й розвинув її, поєднавши всі організми в сходинки природи. Згідно з Арістотелем, певні частки речовини
містять активне начало, яке за відповідних умов започатковує живі організми. Види живих організмів між собою жодним чином не пов'язані, кожний виникає сам по собі і розвивається незалежно від інших. При цьому еволюційно розвинені види виникли дуже давно і мали багато часу для досягнення високих еволюційних щаблів, а примітивні форми (у першу чергу бактерії) тільки-но виникли і знаходяться лише на початковому етапі свого розвитку. Після поширення християнства ця теорія відійшла на другий план, хоча мала своїх прихильників ще й у XVII столітті. Так, Ван Гельмонт (1577-1644) за три тижні «створив» мишей за допомогою темної шафи, брудної білизни та жмені пшениці. Але подальші досліди (Реді, Левенгук, Спаланцані) піддали сумніву теорію спонтанного зародження. Остаточно спростував її Луї Пастер, який експериментально довів справедливість теорії біогенезу (життя може виникнути лише з попереднього життя). В останньому випадку виникає нове запитання: а звідки ж узявся перший організм?
4. Теорія панспермії (життя занесене на нашу планету ззовні).
Ця теорія не пропонує ніякого механізму для пояснення початкового виникнення життя, переносячи саму проблему його походження в інше місце — за межі Землі. Відповідно до цієї теорії життя могло виникати кілька разів у різні часи в різних місцях Всесвіту. Одним із підтверджень цієї теорії можна вважати виявлення в останній час органічних сполук на метеоритах та кометах. Саме ці речовини вважаються «насінням», з якого й розвинулося життя на Землі. Існують і інші, більш екстравагантні гіпотези цієї групи.
Згідно з поглядами Хохла та Вікрамасингха, космічний пил є сумішшю целюлози та інших органічних полімерів і навіть мікроорганізмів. Під час формування нових зірок більшість мікроорганізмів гине через невідповідність умов для їх існування, але живі мікроорганізми разом з метеоритами та кометами можуть заноситись на планети. Експериментально підтверджено, що спори деяких бактерій здатні існувати в міжкосмічному просторі навіть упродовж 45 млн років, що вважається достатнім для досягнення нових планет.
Згідно з гіпотезою В.І. Гольданського, при температурах, близьких до абсолютного нуля, правило Арреніуса не спрацьовує, і під впливом ультрафіолетового випромінювання в космічному просторі утворюються біополімери, у тому числі такі складні молекули, як білки. Підраховано, що при проходженні Землі через космічну пилову хмару впродовж 1-10 млн років на її поверхні могло осісти 10-100 млрд тонн органічної речовини (такі цифри перевищують обсяги сучасної біомаси нашої планети). Другим етапом розвитку життя було порушення дзеркальної симетрії та формування хірально чистого середовища (ліві амінокислоти та праві цукри). Третім етапом було формування полінуклеотидів, що створює передумови для формування самореплікації та подальшого підтримання хоральної чистоти.
Найцікавішим варіантом у цій групі можна вважати теорію інопланетного експерименту. Життя на Землі (можливо, й саму планету) створили істоти, які більш розвинені за нас, постійно контролюють здійснення процесів розвитку та періодично втручаються в загальний хід історії (Біблію ж у цьому випадку пропонується розглядати як літопис спілкування людей з інопланетянами).
5. Біохімічна еволюція - життя виникло внаслідок процесів, які підпорядковані фізичним та хімічним законам.
Згідно з теорією І.О. Опаріна (1923), атмосфера первинної Землі була відновною, а не окиснювальною, як у наш час. У подібних умовах органічні сполуки могли утворюватися з простіших речовин під впливом інтенсивної сонячної радіації (у першу чергу - ультрафіолетової частини спектру) через відсутність на той час озонового шару. Поступове накопичення органічної речовини в океані врешті-решт сприяло формуванню первинного бульйону, з якого поступово й виникло життя. У подальшому експериментально було доведено, що органічні речовини створюються значно легше у відновному середовищі, ніж у присутності кисню. Підтверджено було також можливість отримання амінокислот та інших низькомолекулярних органічних сполук з неорганічних елементів з їх подальшою полімеризацією. Наступним етапом розвитку життя вважається поєднання здатності нуклеотидів до самовідтворення з каталітичною активністю поліпептидів, що після формування первинної клітинної оболонки призвело до появи найпростішого організму, який живився первинним бульйоном.
У цій теорії слабким місцем є необхідність високої концентрації органічної речовини в первинному водоймищі для виникнення коацерватів або інших добіологічних утворень. Протидіяти утворенню подібного бульйону могло кілька факторів: сонячна радіація не лише сприяла створенню органічних речовин, але й їх розпаду; органіка може відфільтровуватись в підземні води, осідати в намуляннях та виноситись на берег.
Згодом було висунуто гіпотезу про вирішальне значення у виникненні життя мулких часток глини. Глина - це тонкодисперсна фракція осадових порід, на окремих частках якоївиникають складні органомінеральні комплекси. Специфічна структура цих комплексів зумовлює відповідну адсорбцію амінокислот і ліпідів частками глини. Таким чином виникає примітивний код, якому підпорядковується абіогенний синтез поліпептидів та утворюються добіологічні системи.
У подальшому з'ясувалося, що глини зовсім не підходять для цієї ролі, оскільки концентрують переважно воду та іонні компоненти. Тому перевагу як біохімічним адсорбентам та каталізаторам віддають сьогодні лужним польовим шпатам, які внаслідок вивітрювання мають мікропористу поверхню й були досить поширені на поверхні Землі понад 3,5 млрд років тому (рис. 17.1). Пори шпатів могли захоплювати органічні речовини і перетворюватись на каталітичні мікрореактори, захищені від ультрафіолету та інших негативних впливів, сприяючи концентрації органіки та здійсненню добіологічної еволюції. Але поки що найменш ґрунтовно розроблено сам перехід від коацерватної краплини (або інших добіологічних утворень) до найпростішого організму.
Рис. 17.1. Зліпок мережі трубок, витравлений у поверхні лужного польового шпату. Вважається, що саме в них і могло виникнути життя (за І. Парсонсом, Р. Мартіном, Дж. Смітом із Я.М. Данько, 2001)