Проблема походження життя: основні концепції та підходив біології та філософії.
Життя - одне з найскладніших явищ природи. З глибокої давнини воно сприймалося як щось таємниче і непізнане - ось чому над питанням його походження завжди йшла гостра боротьба між матеріалістами та ідеалістами. Деякі прихильники ідеалістичних поглядів вважають життя духовним, нематеріальних началом, що виникло в результаті божественного творіння. Матеріалісти ж, навпаки, вважають, що життя на Землі виникло з неживої матерії шляхом самозародження (абіогенезу) або було занесене з інших світів, тобто є породженням інших живих організмів (біогенез).
За сучасними науковими уявленнями, життя - це процес існування складних систем, що складаються з великих органічних молекул і неорганічних речовин і здатних самовідтворюватися, саморозвиватися і підтримувати своє існування в результаті обміну енергією і речовиною з навколишнім середовищем. Таким чином, біологічна наука стоїть на матеріалістичних позиціях. Проте питання про походження життя ще остаточно не вирішене.
Теорія походження життя на землі чи теорія виникнення життя на землі – поняття як такі не зовсім коректні. Існує кілька теорій походження чи виникнення життя і всі вони рівноцінні та розглядаються завжди разом. У різний час і в різних культурах розглядалися наступні ідеї:
перша і головна теорія виникнення життя на землі – креаціонізм (життя було створена Творцем);
друга гіпотеза виникнення життя на землі – мимовільне зародження (самозародження; життя виникало неодноразово з неживої речовини);
третя – гіпотеза стаціонарного стану (життя існувало завжди);
четверта гіпотеза – панспермії (життя занесене на Землю з інших планет);
ще поширені біохімічні гіпотези виникнення життя на землі (життя виникло в земних умовах в ході процесів, що підкоряються фізичним та хімічним законам, тобто в результаті біохімічної еволюції).
На сьогодні біологи визнають як науковий тільки останній варіант. Панспермія також не суперечить, в принципі, науці, проте не є самостійною гіпотезою, оскільки просто переносить процес біохімічного виникнення життя в інші, позаземні умови.
Креаціонізм
Креаціоністська теорія виникнення життя на Землі. Відповідно до цієї релігійної концепції, яка має давнє коріння, все існуюче у Всесвіті, у тому числі життя, було створено єдиною Силою - Творцем в результаті декількох актів надприродного творіння в минулому. Організми, що населяють сьогодні Землю, походять від створених окремо основних типів живих істот. Створені види були з самого початку чудово організовані і наділені здатністю до деякої мінливості в певних межах (мікроеволюція). Подібних поглядів дотримується сьогодні більшість населення планети.
Традиційне іудейсько-християнське уявлення про створення світу, викладене в Книзі Буття, викликало і продовжує викликати суперечки. Однак виявлені в текстах протиріччя не роблять концепцію творіння менш популярною. Релігія, розглядаючи питання про походження життя, шукає відповідь головним чином на питання «з якою метою?», а не на питання «яким чином?». Якщо наука в пошуках істини широко використовує спостереження і експеримент, то богослов'я прагне до осягнення істини через надприродне прозріння і віру. Тому креаціонізм у принципі ненауковий, а спроби зіставляти його з науковими гіпотезами є методологічно некоректними.
Процес божественного створення світу представляється як акт, який мав місце лише раз, і тому недоступний для спостереження. У зв'язку з цим концепція творіння не може бути однозначно ані доведена, ані спростована і існує поряд з науковими гіпотезами походження життя. Разом з тим детальне прочитання релігійних міфів про Творіння змушує залишати без пояснення величезну кількість спостережуваних біологією взаємозв'язків і закономірностей. Тому навіть серед віруючих вчених абсолютна більшість вважає, що Книгу Буття слід сприймати алегорично.
Алегоричний креаціонізм не стверджує, що події, викладені у Священному Писанні, мали місце у фізичному світі. Замість цього пропонується вважати Книгу Буття поетичним виразом співвідношення духовних сутностей. При такому розумінні релігійні ідеї не вступають в протиріччя з науковими даними, оскільки алегоричний креаціонізм не претендує на статус наукової гіпотези і тому в принципі не заперечується з наукою.
Алегоричне трактування явно визнається Римською католицькою церквою. Однак у Православ'ї є течії, які противляться алегоричному тлумаченню Біблії і прагнуть протиставляти християнське віровчення світській науці. Подібний фундаменталізм також властивий багатьом протестантським течіям.
В ісламі немає однозначного ставлення до креаціонізму. Фундаменталістські ісламські центри наполягають на буквальному розумінні легенди про Творіння, більш помірковані ісламські духовні лідери вважають за краще обходити гострі кути і знаходять трактування священних текстів, які не приводять до зіткнення з даними об'єктивної науки.
Фактично сьогодні ставлення до креаціонізму є непоганим маркером релігійного фундаменталізму. Релігійні лідери, які наполягають на прийнятті креаціонізму в якості наукової гіпотези, фактично ведуть боротьбу за визнання релігійних догматів безумовно головуючими над будь-якими даними об'єктивних наукових досліджень. Ця боротьба не має нічого спільного з науковою полемікою і є в чистому вигляді політичною діяльністю, спрямованою на посилення впливу релігійного мислення і проти секуляризації суспільства.
Гіпотеза самозародження
Протягом тисячоліть люди вірили в мимовільне зародження життя, вважаючи його звичайним способом появи живих істот з неживої матерії. Вважали, що джерелом спонтанного зародження служать або неорганічні сполуки, або гнилі органічні залишки (концепція абіогенезу). Ця гіпотеза була поширена в Стародавньому Китаї, Вавилоні та Єгипті в якості альтернативи креаціонізму, з яким вона співіснувала. Ідея самозародження висловлювалася також філософами Давньої Греції і навіть більш ранніми мислителями, тобто вона, мабуть, так само стара, як і саме людство. Протягом такої тривалої історії ця гіпотеза видозмінювалася, але як і раніше залишалася помилковою. Арістотель, якого часто проголошують засновником біології, писав, що жаби і комахи заводяться в сирому ґрунті. У Середні століття багатьом «вдавалося» спостерігати зародження різноманітних живих істот, таких як комахи, черв'яки, вугри, миші, в залишках організмів, які розкладалися або гнили.
Ці «факти» вважалися досить переконливими доти, поки італійський лікар Франческо Реді (1626-1697) не підійшов до проблеми виникнення життя більш суворо і не піддав сумніву теорію спонтанного зародження. У 1668 р. Реді виконав наступний дослід. Він помістив мертвих змій у різні посудини, причому одні посудини накрив, а інші залишив відкритими. Мухи відклали яйця на мертвих зміях у відкритих посудинах; незабаром з яєць вивелися личинки. У накритих посудинах личинок не виявилося. Таким чином Реді довів, що білі черви, які з'являються в м'ясі змій, личинки флорентійської мухи і що якщо м'ясо закрити і запобігти доступу мух, то воно не «наробить» черв'яків. Спростувавши концепцію самозародження, Реді висловив думку про те, що життя може виникнути тільки з попереднього життя (концепція біогенезу).
Подібних поглядів дотримувався і голландський вчений Антоні ван Левенгук (1632-1723), який, використовуючи мікроскоп, відкрив дрібні організми, невидимі неозброєним оком. Це були бактерії і найпростіші. Левенгук висловив думку, що ці крихітні організми, або «анімалькули», як він їх називав, походять від собі подібних.
Думку Левенгука поділяв італійський вчений Ладзаро Спаланцані (1729-1799), який вирішив довести дослідним шляхом, що мікроорганізми, які часто виявляються в м'ясному бульйоні, мимовільно в ньому не зароджуються. З цією метою він поміщав рідину, багату органічними речовинами (м'ясний бульйон), в посудини, кип'ятив цю рідину на вогні, після чого посудини герметично запаювали. У результаті бульйон в посудинах залишався чистим і вільним від мікроорганізмів. Своїми дослідами Спаланцані довів неможливість самовільного зародження мікроорганізмів.
Супротивники цієї точки зору стверджували, що життя в колбах не виникало з тієї причини, що повітря в них під час кип'ятіння псується, тому як і раніше визнавали гіпотезу самозародження.
Нищівний удар по цій гіпотезі було завдано в XIX ст. французьким мікробіологом Луї Пастером (1822-1895) і англійським біологом Джоном Тиндалем (1820-1893). Вони показали, що бактерії поширюються по повітрю і що якщо в повітрі, що попадає в колби з простерилізованим бульйоном, їх немає, то і в самому бульйоні вони не виникнуть. Пастер користувався для цього колбами із зігнутим S-подібним горлом, яке служило для бактерій пасткою, тоді як повітря вільно проникало в колбу і виходило з неї.
Тиндаль стерилізував повітря, що поступає в колби, пропускаючи його крізь полум'я або через вату. До кінця 70-х рр.. XIX ст. практично всі вчені визнали, що живі організми зароджуються тільки від інших живих організмів, що означало повернення до первісного питання: звідки ж узялися перші організми?
Гіпотеза стаціонарного стану
Відповідно до цієї гіпотези Земля ніколи не виникала, а існувала вічно, вона завжди була здатна підтримувати життя, а якщо і змінювалася, то дуже мало; види також існували завжди. Цю гіпотезу називають іноді гіпотезою етернізму (від лат. Eternus - вічний). Це уявлення відповідає концепції вічного нествореного Всесвіту, характерної для східних релігій, таких як індуїзм і буддизм. У контексті сучасних астрономічних знань ця гіпотеза не розглядається як наукова.
Гіпотеза панспермії
Гіпотеза походження життя на Землі в результаті перенесення з інших планет якихось зародків життя отримала назву панспермії (від грец. Pan - весь, всякий і sperma - сім'я). Ця гіпотеза примикає до гіпотези стаціонарного стану. Її прихильники підтримують думку про вічне існування життя і висувають ідею про неземне її походження. Одним з перших ідею про космічне (неземне) походження життя висловив німецький учений Г. Ріхтер в 1865 р. Згідно з Ріхтером життя на Землі не виникло з неорганічних речовин, а було занесене з інших планет. У зв'язку з цим виникали питання, наскільки можливе таке перенесення з однієї планети на іншу і як це могло бути здійснено. Відповіді шукали в першу чергу у фізиці, і не дивно, що першими захисниками цих поглядів виступили представники цієї науки, видатні вчені Г. Гельмгольц, С. Арреніус, Дж. Томсон, П.П. Лазарєв та ін.
Згідно з уявленнями Томсона і Гельмгольца, спори бактерій та інших організмів могли бути занесені на Землю з метеоритами. Лабораторні дослідження підтверджують високу стійкість живих організмів до несприятливих впливів, зокрема до низьких температур. Наприклад, спори і насіння рослин не гинули навіть при тривалому витримуванні в рідкому кисні або азоті.
Сучасні прихильники концепції панспермії (в числі яких - лауреат Нобелівської премії англійський біофізик Ф. Крік) вважають, що життя на Землю занесене випадково або навмисно космічними прибульцями. До гіпотези панспермії примикає точка зору астрономів Ч. Вікрамасінгха (Шрі-Ланка) і Ф. Хойла (Великобританія). Вони вважають, що в космічному просторі, в основному в газових і пилових хмарах, у великій кількості присутні мікроорганізми, де вони, на думку вчених, і утворюються. Далі ці мікроорганізми захоплюються кометами, які потім, проходячи поблизу планет, «сіють зародки життя».
Біохімічна теорія
Першу наукову теорію походження життя на Землі створив радянський біохімік А.І. Опарін (1894-1980). У 1924 р. він опублікував роботи, в яких виклав уявлення про те, як могло виникнути життя на Землі. Відповідно до цієї теорії, життя виникло в специфічних умовах стародавньої Землі і розглядається Опаріним як закономірний результат хімічної еволюції сполук вуглецю у Всесвіті.
За Опаріним, процес, який призвів до виникнення життя на Землі, може бути розділений на три етапи:
Виникнення органічних речовин.
Утворення з найпростіших органічних речовин біополімерів (білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпідів та ін.).
Виникнення примітивних організмів, здатних до самовідтворювання.
Теорія біохімічної еволюції має найбільшу кількість прихильників серед сучасних вчених. Земля виникла близько п'яти мільярдів років тому; спочатку температура на поверхні була дуже високою (до декількох тисяч градусів). У міру її остигання утворилася тверда поверхня (земна кора - літосфера).
Атмосфера, яка спочатку складалася з легких газів (водень, гелій), не могла ефективно утримуватися недостатньо щільною Землею, і ці гази замінювалися важкими: водяною парою, вуглекислим газом, аміаком і метаном. Коли температура Землі опустилася нижче 100 оС, водяна пара почала конденсуватися, утворюючи світовий океан. У цей час, відповідно до уявлень А.І. Опаріна, відбувся абіогенний синтез, тобто в первинних земних океанах, насичених різними простими хімічними сполуками, «в первинному бульйоні» під впливом вулканічного тепла, розрядів блискавок, інтенсивної ультрафіолетової радіації та інших факторів середовища почався синтез більш складних органічних сполук, а потім і біополімерів . Утворенню органічних речовин сприяла відсутність живих організмів - споживачів органіки - і головного окислювача - кисню. Складні молекули амінокислот випадково об'єднувалися в пептиди, які, у свою чергу, створили початкові білки. З цих білків синтезувалися первинні живі істоти мікроскопічних розмірів.
Найбільш складною проблемою в сучасній теорії еволюції є перетворення складних органічних речовин на прості живі організми. Опарін вважав, що вирішальна роль в перетворенні неживого в живе належить білкам. Мабуть, білкові молекули, притягаючи молекули води, утворювали колоїдні гідрофільні комплекси. Подальше злиття таких комплексів один з одним призводило до відділення колоїдів від водного середовища (коацервації). На кордоні між коацерватом (від лат. Coacervus - згусток, купа) і середовищем шикувалися молекули ліпідів - примітивна клітинна мембрана. Передбачається, що колоїди могли обмінюватися молекулами з навколишнім середовищем (прообраз гетеротрофного живлення) та накопичувати певні речовини. Ще один тип молекул забезпечував здатність до самовідтворення. Система поглядів А.І. Опаріна отримала назву «коацерватна гіпотеза».
Гіпотеза Опаріна була лише першим кроком у розвитку біохімічних уявлень про виникнення життя. Наступним кроком стали експерименти Л.С. Міллера, який в 1953 році показав, як з неорганічних складових первинної земної атмосфери під впливом електричних розрядів і ультрафіолетового випромінювання можуть утворюватися амінокислоти та інші органічні молекули.
Академік РАН В.М. Пармон і ряд інших вчених пропонують різні моделі, що дозволяють пояснити, як в середовищі, насиченому органічними молекулами, можуть протікати автокаталітичні процеси, що продукують деякі з цих молекул. Одні молекули продукуються успішніше, інші - гірше. Так запускається процес хімічної еволюції, яка передує еволюції біологічній.
На сьогоднішній день серед біологів переважає гіпотеза РНК-світу, яка каже, що між хімічною еволюцією, в якій розмножувалися і конкурували окремі молекули і повноцінним життям, основаного на моделі ДНК-РНК-білок, був проміжний етап, на якому розмножувалися і конкурували між собою окремі молекули РНК. Вже є дослідження, які показують, що деякі молекули РНК володіють автокаталітичними властивостями і можуть забезпечувати самовідтворення без участі складних білкових молекул.
Сучасна наука ще далека від вичерпного пояснення, як конкретно неорганічна речовина досягла високого рівня організації, характерного для процесів життєдіяльності. Тим не менше, ясно, що це був багатоступінчастий процес, в ході якого рівень організації речовини крок за кроком підвищувався. Відновити конкретні механізми цього ступеневого ускладнення - завдання майбутніх наукових досліджень. Ці дослідження йдуть за двома основними напрямками:
зверху вниз: аналіз біооб'єктів та вивчення можливих механізмів утворення їх окремих елементів;
знизу вгору: ускладнення «хімії» - вивчення все більш складних хімічних сполук.
Поки домогтися повноцінного поєднання цих двох підходів не вдалося. Тим не менше, біоінженери вже зуміли «по кресленнях», тобто, за відомим генетичним кодом і структурою білкової оболонки зібрати з біологічних молекул найпростіший живий організм - вірус. Тим самим доведено, що для створення живого організму з неживої матерії не потрібно надприродного впливу. Так що необхідно лише відповісти на питання, як цей процес міг пройти без участі людини, у природному середовищі.
Широкого поширене «статистичне» заперечення проти абіогенного механізму виникнення життя. Наприклад, у 1966 р. німецький біохімік Шрамм підрахував, що ймовірність випадкового поєднання 6000 нуклеотидів в РНК-вірус тютюнової мозаїки: 1 шанс з 102000. Це надзвичайно низька ймовірність, що вказує на повну неможливість випадкового утворення подібної РНК. Проте насправді це заперечення побудовано некоректно. Воно виходить з припущення, що вірусна молекула РНК повинна утворитися «з нуля» з розрізнених амінокислот. У разі ступінчастого ускладнення хімічних і біохімічних систем ймовірність розраховується зовсім інакше. Крім того, немає ніякої необхідності отримати саме такий вірус, а не якийсь інший. З урахуванням цих заперечень виходить, що оцінки ймовірності виникнення вірусної РНК занижені до повної неадекватності і не можуть розглядатися як переконливе заперечення проти абіогенної теорії виникнення життя.
|