Концепции происхождения живого - Сущность живого и проблема его происхождения

Белок обменный живой

Попытки решить вопрос о происхождении жизни были предприняты еще в античности. В истории культуры существовало несколько принципиальных решений данной проблемы. Но прежде, чем говорить о них, надо выделить позицию, исходя из которой, проблемы происхождения просто не существует. Согласно теории стационарного состояния, Вселенная существовала вечно. Она всегда обладала способностью поддерживать жизнь. Живые организмы на Земле обладают в ходе исторического времени только двумя возможностями: изменять численность или вымирать. Этот вывод делается на основании геологических ископаемых останков, появление их в породах интерпретируется в экологическом аспекте - внезапное появление какого-либо вида в геологическом пласте объясняется увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения останков. Эта теория в большей части своих доводов связана с объяснением значения разрывов в палеонтологической летописи. Суть главных теорий происхождения жизни можно выразить в следующих тезисах:

1. жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время (креационизм); 2. жизнь возникала неоднократно из неживого вещества (самопроизвольное зарождение); 3. жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия); 4. жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим, физическим законам (биохимическая эволюция). 1). Согласно теории креационизма, жизнь возникла в результате сверхъестественного события в прошлом. Креационизма придерживаются представители практически всех теистических учений. Традиционно иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в книге Бытия, вызывает споры среди теологов. Процесс божественного сотворения мира и живого мыслится как имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения, этого достаточно, чтобы вынести всю концепцию божественного творения за рамки научного объяснения. Наука занимается по большей части теми явлениями, которые поддаются наблюдению, а потому она никогда не будет в состоянии ни доказать, ни опровергнуть эту концепцию. Это означает, что логически не может быть противоречия между научным и богословским объяснениями происхождения жизни, так как эти сферы мышления взаимоисключают друг друга. Для ученого научная истина всегда содержит элемент гипотезы, предварительности, но для верующего теологическая истина абсолютна. Наука не в состоянии отвергнуть идею о божественном творении Вселенной, так же как теологические взгляды не обязательно отвергают возможность того, что жизнь в процессе своего развития приобрела черты, объяснимые на основе законов природы.

Разновидностью креационизма в биологии является учение о сверхъестественном происхождении всех видов животных и растений. Для объяснения им же открытой последовательности смены фаун в геологическом прошлом в 60 годах Х1Х века Кювье выдвинул теорию катастроф: исчезновение целых фаун - результат геологических переворотов, постигавших время от времени земной шар, причины их, по Кювье, окутаны тайной и ныне не существуют. У самого Кювье не было утверждения, что ныне существующая фауна - была сотворена заново, но откуда же смогли произойти эти формы, если остатков их не найдено в геологических пластах. Измененными потомками более древних форм, по Кювье, они быть не могли, так как виды неизменны. Из сущности теории катастроф следовал вывод, что каждый раз после геологической катастрофы возникала новая фауна, каждый раз все более совершенная. То, чего не сказал прямо Кювье, сказали за него его ученики, определив количество таких катастроф (д"Орбиньи - 27 актов творения).

2). Возникновение теории самопроизвольного (спонтанного) зарождения относится к древнему Китаю, Вавилону и Египту. Мифу свойственен тотальный генетизм: объяснение вещей и мира в целом сводится к рассказу о происхождении и творении. Мифу свойственно резкое разграничение мифологического, раннего (сакрального) и текущего, последующего времени. Происхождение или творение отделены от настоящего времени и воплощают не просто прошлое, но особую форму первотворения, первопредмета, перводействия, предшествующих эмпирическому времени.

Ранние философские взгляды на проблему происхождения во многих пунктах смыкаются с мифологией более раннего времени.

С распространением христианства теория спонтанного зарождения жизни продолжала существовать в тени креационизма. Точки зрения спонтанного зарождения жизни придерживались Св. Августин, Фома Аквинский, далее Парацельс, Гете, Коперник, Галилей, Бэкон, Декарт, Гегель, Шеллинг.

В 16-17 в изучении природы произошел резкий перелом - от философских рассуждений и непосредственного наблюдения к систематическим лабораторным исследованиям. Однако на первых порах развитие экспериментального исследования не поколебало представлений о спонтанном зарождении живого. Критика идей спонтанного зарождения жизни была предпринята из разных философских оснований. Идею самозарождения отрицал Лейбниц - вся живая природа берет начало от семенных животных, возникающих вместе с началом мира. Ничто не возникает заново, но лишь претерпевает изменения через увеличение или уменьшение.

По другим основания концепция спонтанного зарождения жизни не была безоговорочно принимаема естествоиспытателями. В 17 веке господствующей была идея о том, что каждое существо возникает в конечном счете из яйца (Гарвей), сам автор идеи не исключал возможность самопроизвольного зарождения.

В конце ХVII века (1668 год "опыты, касающиеся размножения животных") итальянский биолог Франческо Реди подверг сомнению теорию спонтанного зарождения жизни. Его наблюдения подтверждали мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предсуществующей жизни (концепция биогенеза). "Все живое - от живого".

Применительно к микроорганизмам эту теорию усилили микроскопические наблюдения Антона ван Левенгука. Использование микроскопа заставило вновь зазвучать словам Плиния "Природа велика и в самом малом" (приписывают Галилею, но отец и сын Янсон Голландия 17 век). От Левенгука пошел ряд тех исследователей, которые в течение 18 века усердно занимались микроскопическими наблюдениями, с целью усладить свои глаза и душу.

Эволюция трактовки проблемы происхождения жизни показательно в том отношении, что обнаруживает характерные для биологии с 18 века постепенное расслоение знания о живой природе и собственно биологическое познание. Самой существенной причиной того, что спор по вопросу о самозарождении затянулся так надолго было отсутствие общей теории.

Исследовательский талант Луи Пастера сказался в постановке простого, но чрезвычайно убедительного опыта, доказавшего несостоятельность аргументации защитников теории самозарождения. С помощью S-образной трубки, на изгибах которой оседала пыль и микробы, которые при попадании в бульон вызывали его загнивание. Пастер доказал, что попавшие из вне микробы есть причина заболеваний, а атмосферный воздух лишь способствует размножению микробов, которые в благоприятных для них условиях воспроизводят себе подобных. Выводы Пастера: живое не может возникать из неживого, все живое от живого. В своих работах Пастер решал вопрос только о возможности самозарождения микробов, но не касался вопроса о возникновении жизни в его философском и общебиологическом аспекте (пастеризация).

3). Гипотеза панспермии создана шведским физиком и химиком лауреатом Нобелевской премии С. Аррениусом и немецким физиком и физиологом Гельмгольцем (гипотеза "направленной панспермии" высказана английским биофизиком и генетиком лауреатом Нобелевской премии Ф. Криком). Сущность гипотезы панспермии заключается в том, что жизнь возникла не на Земле, а где-то на других планетах или существует во Вселенной вечно, переносясь с планеты на планету под действием каких-то малопонятных физических факторов, когда споры или бактерии попадают на планету с благоприятными условиями для жизни, они прорастают, давая начало биологической эволюции. Классическая идея панспермии - это идея ненаправленной панспермии, то есть земная жизнь - производная от космической жизни; причина возникновения жизни на нашей планете - случайное попадание в земную среду неких частиц жизни.

Идея ненаправленной панспермии в наше время поддерживается астрономами Ч. Викрамасингхе (Шри-Ланка) и англичанином Ф. Хойла, изучающим природу межзвездной пыли. На основании радиоастрономических исследований они пришли к заключению, что в космическом пространстве, в основном в газовых и пылевых облаках, в большом количестве присутствуют микроорганизмы, где они, согласно мнению этих ученых, и образуются. они выдвинули гипотезу, что облака космической пыли сложены из бактерий и спор, блуждающих в космическом пространстве. Далее такие микроорганизмы захватываются кометами, которые затем, проходя вблизи звезд, "сеют зародыши жизни" на окружающие планеты. Авторы не верят в предопределенность возникновения жизни, но не могут признать и чисто случайный характер ее возникновения. Поэтому ими выдвигается тезис "о вечной и безграничной Вселенной, в которой каким-то естественным путем возник творец жизни - разум, значительно превосходящий наш", то есть материя порождает разум, он - жизнь, а жизнь - снова разум, но уже более слабый.

Хойл и Викрамасингха указывали, что существует высший разум, который является частью космоса. Жизнь на земле и вообще, где-либо во вселенной не может возникнуть случайно. Чтобы объяснить накопленные факты необходимо выбрать одну из двух альтернатив: жизнь предстает как акт преднамеренного творения или для вечной и безграничной вселенной характерно неизменное постоянство картин жизни. Принятие второй альтернативы приводит современные космологические представления к отождествлению с библейскими истинами, и вносит акт творения в царство эмпирической науки. Авторы не приемлют представление о Творце, и свои философские предпочтения отдает вечной и безграничной вселенной, где когда-то естественным путем возник высший разум, значительно превосходящий человеческий, который сотворил жизнь. Эта концепция согласуется с идеей иерархической вселенной: почему невозможна иерархия разумов в соответствии с иерархией вселенной. Высший разум выносится за пределы вселенной - отрицается возможность объяснить генезис жизни естественными причинами, и направлен против концепции химической предбиологической эволюции. Аргументы:

* белки, нуклеиновые кислоты и другие биологические соединения сложной структуры могут быть созданы определенными живыми существами; * они не могут быть результатом взаимодействия простых веществ в первичном океане; * функционирование биологических систем возможно в рамках законов термодинамики, однако, термодинамика открытых систем не может объяснить происхождение жизни.

Эти гипотезы вряд ли могут наметить четкую программу решения проблемы происхождения жизни, поскольку заменяют плохо известные, но все же вероятные условия в период до появления жизни на Земле, на абсолютно неизвестные условиях других миров, то есть практически уходят от решения проблемы. Кстати, длительные поиски цивилизаций в различных участках нашей Галактики пока не дали никаких фактов в пользу существования внеземных цивилизаций.

Таким образом, сложилась такая ситуация, когда концепция самопроизвольного зарождения отвергнута на основании эмпирического материала, концепция панспермии на большом эмпирическом материале построена быть не могла, креационизм не подходит под критерии научности, проблема стала считаться не решаемой средствами естествознания.

4). Биохимическая модель. Однако постепенно в науке накапливались данные о сходстве веществ, входящих в состав растений и животных, а так же о возможности в лабораторных условиях синтезировать органические вещества, ранее рассматриваемые как сугубо естественные. Представление о сущности живого было значительно материализовано, живое стало рассматриваться как вид материи.

В методологическом плане историей должна быть высоко оценена школа химиков, созданная шведским ученым Йенсом Якобом Берцелиусом (1779-1848). Он и большинство его учеников разделяло концепцию о наличии в живом - "жизненной силы", но в ней виделось сугубо специфическое для живого "взаимодействие химических и механических частей тела...", зависимое, главным образом, от действий нервной системы.

В 20х годах XIX века Шеврель показал, что у животных и растений есть одинаковые группы веществ (жиров). Ранее Фуркруа и Бертоле обнаружили сходство растительных и животных белков (наличие азотистых соединений). Этими открытиями в значительной мере был разрушен барьер, резко разделявший животных и растения в отношении веществ, входящих в состав их тел. В начале XIX в Фридрих Велер, ученик Берцелиуса, получил синтетическую мочевину. После тщательного анализа данных Велера Берцелиус безоговорочно принял как истину это величайшее открытие и стал с энтузиазмом его распространять: отказ учителя от своих взглядов под влиянием достижений ученика.

Дальнейшее углубление знаний о молекулярной стороне сущности живой материи было связано с накоплением данных о белке.

В 1745 году профессор университета в Болонье впервые выделил чистый белок из пшеничной муки, дав ему название "клейковина". В 1753 году профессор химии Каспар Нейтман предложил термин "альбумии".

С 1ой четверти 19 века белки стали рассматриваться как вполне определенные вещества, оригинальные по составу, а не смесь веществ. Были получены данные об элементарном составе белка. Азот - непременный компонент.

Дальнейшее развитие знаний о молекулярной структуре живого было связано с накоплением данных о белке. В начале Х1Х века белки стали рассматриваться как вполне определенные вещества, оригинальные по своему химическому составу, а не как смесь различных веществ, были получены сведения об элементарном составе белков. В 30х годах Х1Х века создана теория протеина, основная идея которой состоит в том, что белковые вещества самого различного происхождения едины по наличию в них основного радикала - протеина. Постепенно обнаружились данные, противоречащие основным положениям теории протеина. Возражения впервые были сделаны русским ученым Н. Э. Лясковым в статье "О теории протеина". Идея о наличии у всех белков единого радикала была оставлена.

Другим русским ученым, внесшим существенный вклад в понимание роли и структуры белка, был А. Я. Данилевский, который одним из первых приблизился к пониманию белка как полимера. Физиологический подход к изучению структуры белка позволил ему утверждать, что продукты распада молекулы белка есть видоизменение части его структуры. То, что белки - полимеры, сложенные цепями кислот, доказали в 1901 году немецкие ученые Фишер и Гофмейстер.

С дискуссией о природе белка и его роли в органическом мире связано определение жизни, данное Энгельсом. "Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена прекращается и жизнь". Концепция биохимической эволюции связана с именем Энгельса, без его подхода не было бы конкретных исследований. Он вошел в науку через Дарвина, когда принятие диалектики опосредовалось принятием эволюционной идеи в решении проблемы происхождения. Прямо руководствовался идеями Энгельса А. И. Опарин.

В 20ых годах ХХ века отечественный биохимик А. И. Опарин, исходя из теоретических предположений, высказал убеждение, что жизнь есть закономерный результат эволюции материи во Вселенной и естественного отбора, спонтанно образующихся в ходе химической эволюции веществ обособленных термодинамических открытых многомолекулярных систем - пробионтов. Построена картина была исходя из теоретических соображений.

Опарин доказывал, что органические вещества могли создаваться в океане из более простых соединений в абиогенных условиях, то есть без участия живого, лишь на основе общих физико-химических закономерностей превращения веществ. По мнению Опарина, некоторые условия, существовавшие на первичной Земле, позволяют предположить, что в океанах постепенно накапливались органические вещества, и образовывался тот "первичный бульон", в котором могла возникнуть жизнь. К таким условиям Опарин отнес разнообразие простых соединений в океанах, большую площадь поверхности Земли, доступность энергии и разнообразие ее источников, а также огромные масштабы времени.

Опарин предлагает принять противоречивость отношений "часть-целое". Субстрат жизни - часть, а организм в целом - целое. Следовательно, такая характеристика целостности как совершенство обмена веществ возможна только тогда, когда в рамках целого идет эволюция частей. Тем самым снимается ограниченность механицизма (суммативного подхода к телеологии). Это наиболее интересная для философов часть работы Опарина.

Основная заслуга Опаринам в том, что он указал путь экспериментального решения проблемы происхождения жизни.

Однако первые экспериментальные исследования по проблеме происхождения жизни начались значительно позже. В 1953 году под влиянием идей переведенной на английский язык книги А. И. Опарина американский исследователь С. Миллер подверг воздействию электрического искрового разряда смесь простейших газов (водорода, метана, аммиака и паров воды). В реакционной смеси им были обнаружены аминокислоты и другие органические соединения. С этого времени в различных лабораториях мира стали проводится многочисленные эксперименты, показавшие возможность синтеза практически всех низкомолекулярных биоорганических соединений из простейших органических и неорганических веществ под действием самых различных источников энергии в условиях, моделирующих спектр вероятных условий на Земле до возникновения на ней жизни. С 1957 года регулярно проводятся международные симпозиумы по проблеме происхождения жизни, издаются специальные журналы по эволюционной биохимии и проблеме происхождения жизни. В 1970 году образовалось Международное общество по изучению происхождения жизни, первым президентом которого был избран Опарин. В 1977 году еще при жизни Опарина этим обществом учреждена Международная золотая медаль им. А. И. Опарина за важнейшие работы в области происхождения жизни.

Современные данные позволяют предположить, что первые организмы были гетеротрофами, то есть использовали для своего питания готовые органические вещества. Химические реакции, необходимые для синтеза питательных веществ, слишком сложны, чтобы возникнуть у ранних форм жизни. Предполагается, что по мере образования все более сложных органических веществ, некоторые оказались способны использовать солнечную радиацию как источник энергии для синтеза новых клеточных материалов. Таким клеткам больше не требовалось поглощать органические вещества, и они стали автотрофными (то есть такими, которые синтезируют из неорганических веществ все необходимые для жизни органические вещества). Их появлению способствовала и нарастающая конкуренция между гетеротрофами за пищевые ресурсы. Далее возникли организмы способные к фотосинтезу с выделением кислорода, что приводило к постепенному накоплению кислорода в атмосфере. Увеличение количества кислорода в атмосфере и его ионизация (образование озонового слоя) привело к уменьшению количество солнечной радиации, достигающей Земли. Это послужило фактором, замедляющим синтез новых сложных веществ, но одновременно повысившим устойчивость преуспевающих форм жизни.

За рубежом наиболее распространена и экспериментально фундирована гипотеза, носящая название гипотезы Опарина-Холдейна, по именам ученых, выдвинувших сходные гипотезы, скорее всего, независимо друг от друга. Общность развиваемых учеными взглядов состоит в принятии за исходные тезисы, во-первых, утверждения о том, что все необходимые для возникновения жизни, биологически значимые органические соединения могут образовываться в абиогенных условиях, то есть без участия живого, лишь на основе физико-химических закономерностей. Во-вторых, общим было представление об использовании в предбиологических эволюционных процессах энергии не окисления, а брожения.

Различие состоит в том, что у Холдейна "живыми или полуживыми объектами" назывались большие молекулы, способные к созданию своих копий, а у Опарина - целостные системы (коацерваты). Опарин подходил к данной проблеме, прежде всего, как эволюционист, Холдейн - как генетик, но между их школами нет противоречия, они дополняют друг друга. Дело в том, что основное содержание концепции Опарина - пути становления и эволюции обмена, а Холдейна - эволюция генетического механизма.

Сегодня соединение обоих концепций часто понимают как один из вариантов теории самосборки в единое целое белков и нуклеиновых кислот. И тут встает вопрос, что из составляющих древнее. Ряд исследователей, и в первую очередь генетики, считают, что без передачи наследственности в виде набора генов нет и не может быть никакой жизни.

Концепции происхождения живого - Сущность живого и проблема его происхождения

Похожие статьи