осуществляется по пути возникновения жизни.
За последние 20 лет были получены интересные сведения о наличии органических
соединений во Вселенной. Источники этих сведений естественные посланцы
космоса на Землю, метеориты.
Все ранее рождавшиеся теории идеалистов, сторонников религиозных течений и
даже материалистов были несостоятельными и до конца необоснованными из-за
нехватки знаний тогдашних ученых.
И только с наступлением капитализма, который отличался прогрессом в науке и
технике, когда был накоплен большой научный потенциал, стали зарождаться
научно обоснованные теории о происхождении жизни на земле.
2.2. Зарождение и развитие эволюционной идеи.
Первые проблески эволюционной мысли зарождаются в недрах диалектической
натурфилософии античного времени, рассматривавшей мир в бесконечном
движении, постоянном самообновлении на основе всеобщей связи и
взаимодействия явлений и борьбы противоположностей.
Выразителем стихийного диалектического взгляда на природу был Гераклид,
эфесский мыслитель (около 530-470 гг.. до н. э.) его высказывания о том, что
в природе все течет все изменяется в результате взаимопревращений
первоэлементов космоса - огня, воды, воздуха, земли, содержали в зародыше
идею всеобщего, не имеющего начала и конца развития материи.
Крупнейшие представители ионийской школы философов - Фалес из Милета считал,
что все возникло из первичного материала - воды в ходе естественного
развития. Анаксимандр исходил из того, что жизнь возникла из воды и земли
под действием тепла. Согласно Анаксимену основным элементом является воздух,
способный разрежаться и уплотняться, и этим процессом Анаксимен объяснял
причину различий веществ. Он утверждал, что человек и животное произошли из
земной слизи.
Представителями механистического материализма были философы более позднего
периода (460-370 гг. До н. э. ). По Демокриту мир состоял из бесчисленного
множества неделимых атомов, расположенных в бесконечном пространстве. Атомы
находятся в постоянном процессе случайного соединения и разъединения. Атомы
находятся в случайном движении и различны по величине, массе и форме, то
тела, появившиеся вследствие скопления атомов, могут быть также различными.
Более легкие из них поднялись вверх и образовали огонь и небо, более тяжелые,
опустившись, образовали воду и землю, в которых и зародились различные
живые существа: рыбы, наземные животные, птицы.
Механизм происхождения живых существ первым пытался истолковать древнегреческий
философ Эмпедокл (490-430 гг. до н. э.). Развивая мысль Гераклида о первичных
элементах, он утверждал, что их смешение создает множество комбинаций, одни из
которых - наименее удачные- разрушаются, а другие - гармонирующие сочетания
-сохраняются. Комбинации этих элементов и создают органы животных. Соединение
органов друг с другом порождает целостные организмы. Примечательной была мысль,
что сохранились в природе только жизнеспособные варианты из множества
неудачных комбинаций.
Зарождение биологии как науки связано с деятельностью великого мыслителя из
Греции Аристотеля (387-322 гг. до н. э.). В своих капитальных трудах он
изложил принципы классификации животных, провел сравнение различных животных
по их строению, заложил основы античной эмбриологии.
В работе «О частях животных» приводится мысль о взаимосвязи (корреляции )
органов, о том, что изменение одного органа влечет за собой изменение
другого, связанного с ним функциональными отношениями.
В труде «Возникновение животных» Аристотель разработал сравнительно
анатомический метод и применил его в эмбриологических исследованиях. Он
обратил внимание на то, что у разных организмов эмбриогенез (развитие
эмбриона ) проходит через последовательный ряд: в начале закладываются
наиболее общие признаки, затем видовые и, наконец, индивидуальные. Обнаружив
большое сходство начальных стадий в эмбриогенезе представителей разных
групп животных, Аристотель пришел к мысли о возможности единства их
происхождения. Этим выводом Аристотель предвосхитил идеи зародышевого
сходства и эпигенеза (эмбриональных новообразований ), выдвинутые и
экспериментально обоснованные в середине XVIII в.
Таким образом, воззрения античных философов содержали ряд важных элементов
эволюционизма: во-первых, мысль о естественном возникновении живых существ и
их изменении в результате борьбы противоположностей и выживании удачных
вариантов, во-вторых, идею ступенчатого усложнения организации живой природы;
в-третьих, представление о целостности организма (принцип корреляции) и об
эмбриогенезе как процессе новообразования.
Отмечая значение античных мыслителей в развитии философии, Ф. Энгельс писал:
«... в многообразных формах греческой философии уже имеются в зародыше, и
процессе возникновения почти все позднейшие типы мировоззрений».
Последующий период, вплоть до XVI в., для развития эволюционной мысли почти
ничего не дал. В эпоху Возрождения резко усиливается интерес к античной
науке и начинается накопление знаний, сыгравших значительную роль в
становлении эволюционной идеи.
Исключительной заслугой учения Дарвина явилось то, что оно дало научное,
материалистическое объяснение возникновению высших животных и растений путем
последовательного развития живого мира, что оно привлекло для разрешения
биологических проблем исторический метод исследования. Однако к самой проблеме
происхождения жизни у многих естествоиспытателей и после Дарвина сохранился
прежний метафизический подход. Широко распространенный в научных кругах
Америки и Западной Европы менделизм-морганизм выдвинул положение, согласно
которому наследственностью и всеми другими свойствами жизни обладают частицы
особенного генного вещества, сконцентрированного в
хромосомах клеточного ядра. Эти частицы будто бы когда-то внезапно
возникли на Земле и сохранили свое жизнеопределяющее строение в основном
неизменным в течение всего развития жизни. Таким образом, проблема
происхождения жизни, с точки зрения менделистов-морганистов, сводится к
вопросу, как могла сразу внезапно возникнуть наделенная всеми свойствами
жизни частица генного вещества.
Большинство высказывающихся по этому вопросу зарубежных авторов (например,
Девилье во Франции или Александер в Америке) подходит к нему весьма
упрощенно. По их мнению, генная молекула возникает чисто случайно,
благодаря «счастливому» сочетанию атомов углерода, водорода, кислорода,
азота и фосфора, которые «сами собой» сложились в чрезвычайно сложно
построенную молекулу генного вещества, сразу же получившую все атрибуты
жизни.
Но такого рода «счастливый случай» настолько исключителен и необычен, что он
мог якобы осуществиться всего лишь раз за время существования Земли. В
дальнейшем шло только постоянное размножение этой единожды возникшей, вечной
и неизменной генной субстанции.
Это «объяснение», конечно, ничего по существу не объясняет. Характерной
особенностью всех без исключения живых существ является то, что их
внутренняя организация чрезвычайно хорошо, совершенно приспособлена к
осуществлению определенных жизненных явлений: питания, дыхания, роста и
размножения в данных условиях существования. Как же в результате чистой
случайности могла возникнуть эта внутренняя приспособленность, которая так
характерна для всех, даже наипростейших живых форм?
Антинаучно отрицая закономерность процесса происхождения жизни,
рассматривая это важнейшее в жизни нашей планеты событие как случайное,
сторонники указанных взглядов ничего не могут ответить на этот вопрос и
неизбежно скатываются к самым идеалистическим, мистическим представлениям
о первичной творческой воле божества и об определенном плане создания
жизни.
Так в недавно вышедшей книжке Шредингера «Что такое жизнь с точки зрения
физики», в книге американского биолога Александера «Жизнь, ее природа и
происхождение» и в ряде других произведений буржуазных авторов мы находим
прямое утверждение того, что жизнь могла возникнуть только в результате
творческой воли божества. Менделизм-морганизм пытается идеологически
разоружить ученых биологов в их борьбе с идеализмом. Он стремится доказать,
что вопрос о происхождении жизни—эта важнейшая мировоззренческая проблема —
неразрешим с материалистических позиций. Однако такого рода утверждение
насквозь ложно. Оно легко опровергается, если мы подойдем к интересующему
нас вопросу с позиций единственно правильной, подлинно научной философии — с
позиций диалектического материализма.
Жизнь как особая форма существования материи характеризуется двумя
отличительными свойствами — самовоспроизведением и обменом веществ с
окружающей средой. На свойствах саморепродукции и обмена веществ строятся
все современные гипотезы возникновения жизни. Наиболее широко признанные
гипотезы коацерватная и генетическая.
Коацерватная гипотеза. В 1924 г. А. И. Опарин впервые сформулировал
основные положения концепции предбиологической
эволюции и затем, опираясь на эксперименты Бунгенберга
де Йонга, развил эти положения в
коацерватной гипотезе происхождения жизни. Основу гипотезы составляет
утверждение, что начальные этапы биогенеза были связаны с формированием
белковых структур.
Первые белковые структуры (протобионты, по
терминологии Опарина) появились в период, когда молекулы белков
отграничивались от окружающей среды мембраной. Эти структуры могли возникнуть
из первичного «бульона» благодаря коацервации —
самопроизвольному разделению водного раствора полимеров на фазы с различной их
концентрацией. Процесс коацервации приводил к
образованию микроскопических капелек с высокой концентрацией полимеров. Часть
этих капелек поглощали из среды низкомолекулярные соединения: аминокислоты,
глюкозу, примитивные катализаторы. Взаимодействие молекулярного субстрата и
катализаторов уже означало возникновение простейшего метаболизма внутри
протобионтов.
Обладавшие метаболизмом капельки включали в себя из окружающей среды новые
соединения и увеличивались в объеме. Когда коацерваты
достигали размера, максимально допустимого в данных физических условиях, они
распадались на более мелкие капельки, например, под действием волн, как это
происходит при встряхивании сосуда с эмульсией масла в воде. Мелкие капельки
вновь продолжали расти и затем образовывать новые поколения
коацерватов.
Постепенное усложнение протобионтов осуществлялось отбором таких
коацерватных капель, которые обладали преимуществом в лучшем
использовании вещества и энергии среды. Отбор как основная причина
совершенствования коацерватов до первичных живых существ — центральное
положение в гипотезе Опарина.
Генетическая гипотеза. Согласно этой гипотезе, вначале возникли
нуклеиновые кислоты как матричная основа синтеза белков. Впервые ее выдвинул в
1929 г. Г. Мёллер.
Экспериментально доказано, что несложные нуклеиновые кислоты могут
реплицироваться и без ферментов. Синтез белков на
рибосомах идет при участии транспортной (т-РНК)
и рибосомной РНК (р-РНК). Они способны строить не просто случайные сочетания
аминокислот, а упорядоченные полимеры белков. Возможно, первичные рибосомы
состояли только из РНК. Такие безбелковые рибосомы могли синтезировать
упорядоченные пептиды при участии молекул т-РНК, которые связывались с р-РНК
через спаривание оснований.
На следующей стадии химической эволюции появились матрицы, определявшие
последовательность молекул т-РНК, а тем самым и последовательность
аминокислот, которые связываются молекулами т-РНК.
Способность нуклеиновых кислот служить матрицами при образовании
комплементарных цепей (например, синтез и-РНК на ДНК) — наиболее
убедительный аргумент в пользу представлений о ведущем значении в процессе
биогенеза наследственного аппарата и, следовательно, в пользу генетической
гипотезы происхождения жизни.
Основные этапы биогенеза. Процесс биогенеза включал три основных этапа:
возникновение органических веществ, появление сложных полимеров
(нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов), образование первичных живых
организмов.
Первый этап — возникновение органических веществ. Уже в период
формирования Земли образовался значительный запас абиогенных органических
соединений. Исходными для их синтеза были газообразные продукты докислородной
атмосферы и гидросферы (СН4, СО2, H2О, Н2, NH3, NО2). Именно эти продукты
используются и в искусственном синтезе органических соединений, составляющих
биохимическую основу жизни. Экспериментальный
синтез белковых компонентов — аминокислот в попытках создать живое «в
пробирке» начался с работ С. Миллера (1951—1957). С. Миллер провел серию
опытов по воздействию искровыми электрическими разрядами на смесь газов СН4,
NH3, H2 и паров воды, в результате чего обнаружил аминокислоты аспарагин,
глицин, глутамин. Полученные Миллером данные подтвердили советские и
зарубежные ученые.
Наряду с синтезом белковых компонентов экспериментально синтезированы
нуклеиновые компоненты — пуриновые и пиримидиновые основания и сахара. При
умеренном нагревании смеси цианистого водорода, аммиака и воды Д. Оро
получил аденин. Он же синтезировал урацил при взаимодействии аммиачного
раствора мочевины с соединениями, возникающими из простых газов под
влиянием электрических разрядов. Из смеси метана, аммиака и воды под
действием ионизирующей радиации образовывались углеводные компоненты
нуклеотидов — рибоза и дезоксирибоза. Опыты с применением ультрафиолетового
облучения показали возможность синтеза нуклеотидов из смеси пуриновых
оснований, рибозы или дезоксирибозы и полифосфатов. Нуклеотиды, как
известно, являются мономерами нуклеиновых кислот.
Второй этап — образование сложных полимеров. Этот этап возникновения
жизни характеризовался абиогенным синтезом полимеров, подобных нуклеиновым
кислотам и белкам.
С. Акабюри впервые синтезировал полимеры
протобелков со случайным расположением аминокислотных остатков. Затем на
куске вулканической лавы при нагревании смеси аминокислот до 100°С С. Фок
е получил полимер с молекулярной массой до 10000, содержащий все включенные
в опыт типичные для белков аминокислоты. Этот полимер Фок
е назвал протеиноидом.
Искусственно созданным протеиноидам были характерны
свойства, присущие белкам современных организмов: повторяющаяся
последовательность аминокислотных остатков в первичной структуре и заметная
ферментативная активность.
Полимеры из нуклеотидов, подобные нуклеиновым кислотам организмов, были
синтезированы в лабораторных условиях, не воспроизводимых в природе. Г.
Корнберг показал возможность синтеза нуклеиновых кислот in
vitro; для этого требовались специфические ферменты, которые не могли
присутствовать в условиях примитивной Земли.
В начальных процессах биогенеза большое значение имеет химический отбор,
который является фактором синтеза простых и сложных соединений. Одной из
предпосылок химического синтеза выступает
способность атомов и молекул к избирательности при их взаимодействиях
в реакциях. Например, галоген хлор или неорганические кислоты предпочитают
соединяться с легкими металлами. Свойство избирательности определяет
способность молекул к самосборке, что было показано С.
Фоксом в сложных макромолекул характеризуется строгой упорядоченностью, как
по числу мономеров, так и по их пространственному расположению.
Способность макромолекул к самосборке А. И. Опарин рассматривал в качестве
доказательства выдвинутого им положения, что белковые молекулы коацерватов
могли синтезироваться и без матричного кода.
Третий этап — появление первичных живых организмов. От простых
углеродистых соединений химическая эволюция привела к высокополимерным
молекулам, которые составили основу формирования примитивных живых существ.
Переход от химической эволюции к биологической характеризовался появлением
новых качеств, отсутствующих на химическом уровне развития материи. Главными из
них были внутренняя организация протобионтов, приспособленная к окружающей
среде благодаря устойчивому обмену веществ и энергии, наследование этой
организации на основе репликации генетического аппарата (матричного кода).
А. И. Опарин с сотрудниками показал, что устойчивым обменом веществ с
окружающей средой обладают коацерваты. При определенных условиях
концентрированные водные растворы полипептидов, полисахаридов и РНК образуют
коацерватные капельки объемом от 10-7 до 10-6 см3
, которые имеют границу раздела с водной средой. Эти капельки обладают
способностью ассимилировать из окружающей среды вещества и синтезировать из
них новые соединения.
Так, коацерваты, содержащие фермент гликогенфосфорилазу, впитывали из
раствора глюкозо-1-фосфат и синтезировали полимер, сходный с крахмалом.
Подобные коацерватам самоорганизующиеся структуры описал С. Фоке и назвал их
микросферами. При охлаждении нагретых концентрированных растворов
протеиноидов самопроизвольно возникали сферические капельки диаметром около
2 мкм. При определенных значениях рН среды микросферы образовывали
двухслойную оболочку, напоминающую мембраны обычных клеток. Они обладали
также способностью делиться почкованием.
Хотя микросферы не содержат нуклеиновых кислот и в них отсутствует ярко
