Возникновение жизни на Земле

Предполагается, что 15—20 млрд. лет назад произошел «Большой Взрыв», который дал начало Вселенной. Земля сформировалась примерно 4.5 млрд. лет назад; вид «человек разумный» (Homo sapiens) не старше ~200 тыс. лет. Если весь возраст Земли принять за шесть дней (по метафорической аналогии с божественным творением в Библии, см. рис. 5), то на долю H. sapiens придутся лишь последние. Какие эволюционные вехи предшествовали этому событию? Первейшей стадией биологической эволюции было само возникновение жизни на планете Земля.

Первые достоверные следы жизни (Варравун, Западная Австралия; Онфервахт и Фиг Три, Южная Африка) имеют возраст около 3,5 млрд лет: найдены отпечатки микроорганизмов – тонкие несептированные (не разделенные поперечными перегородками) нити, напоминающие цианобактерий[18] (группу способных к фотосинтезу бактерий), а также следы образуемых ими многослойных матов (строматолиты). Именно точка «3,5 млрд. лет» – 8 утра во вторник в нашей схеме «шестоднева» – отражена в прилагаемой таблице. Однако, судя по соотношению изотопов углерода в графите юго-западной Гренландии (Исуа), фотосинтез и, стало быть, жизнь, могли существовать еще ранее – 3,8 млрд. лет назад. Жизнь вряд ли могла существовать на Земле в первый период ее истории, пока не прекратилась метеоритная бомбардировка и связанные с ней высокие температуры. Соответственно, она не могла сформироваться ранее 3,9 млрд. лет назад (Schopf, 2002). Итак, жизнь возникла -- в геохронологическом масштабе времени – практически сразу, как только сложились приемлемые для нее условия. Для нашего понимания человека как продукта биологической эволюции небезразлично, каким путем возникла жизнь на планете Земля.

3.1.1. Абиогенез. До сих пор в научном мире популярна предложенная в 20е—30е годы ХХ века концепция русского биолога А.Опарина и его английского коллеги Дж.Б.С. Холдейна о постепенном возникновении живого в результате спонтанного абиогенного (происходящего без участия живых организмов или их структур) синтеза органических молекул. Эта концепция в ее современном варианте постулирует следующие этапы (Schopf, 2002):

1. Спонтанный синтез малых, простых органических молекул, вероятно, происходивший в океане (Schopf, 2002). Предложен также альтернативный сценарий «возникновения жизни в облаках» (Harold, 1986): мельчайшие дождевые капли, озаренные ультрафиолетовым излучением первобытного Солнца и поглощающие частицы соединений металлов и неметаллов во время пыльных бурь, создали условия для светозависимого каталитического синтеза органических молекул, поступавших с дождевыми потоками в океан, где осуществлялись последующие стадии абиогенеза (см. след. пункт).

2. Объединение малых органических молекул в сложные биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и др.) – пример эволюции на основе самосборки целого из ранее независимых частей (Jantsch, 1992; Corning, 1983, 2001a,b, 2002, 2003a,b; Франчук, 2005а, б), которая, по всей вероятности, играет важную роль в последующей эволюции живых организмов, а также человеческого социума.Высказана гипотеза, что на предбиологическом этапе эволюции также путем самосборки из поверхностно-активных липидов (липозимов) возникли первые биомембраны (Segre et al., 2001).

3. Возникновение информационных молекул – по существу этап второго порядка в рамках этапа синтеза биополимеров, ибо самые различные типы биополимеров могут выступать в роли носителей информации в живых системах. Однако важнейшими носителями информации в живой клетке являются нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК. В современных живых системах считывание и копирование нуклеиновых кислот (матричный синтез) требует участия сложных комплексов белков-ферментов, однако в реликтовых условиях это могло быть не так. Даже некоторые современные молекулы РНК могут выступать в роли рибозимов («РНК-ферментов») – синтезировать другие молекулы РНК из нуклеотидов. Есть данные о способности подобных рибозимов синтезировать в растворе копии самих себя, т.е. размножаться (Audesirk, Audesirk, 1989). Представлены также сведения о спонтанном формировании полипептидов в растворе, содержащем свободные аминокислоты и короткий пептид-затравка (Baskakov, Voeikov, 1996).
Говоря об информационной роли биополимеров, не будем забывать и о сигнальных функциях малых органических молекул (отдельных аминокислот, аминов, сахаров и др.), переносящих информацию между клетками внутри организма (цитокины, нейромедиаторы, гистогормоны, гормоны) и между целыми организмами как индивидами (феромоны). Получены данные о важной информационной роли также некоторых неорганических молекул (окиси азота, окиси углерода, свободных радикалов кислорода и др.). Целый ряд неорганических ионов (Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺ и др.) входят в состав активных центров ферментов, служат их кофакторами, служат неотъемлемой составной частью важнейших эволюционно-консервативных биологических молекул (хлорофиллов, цитохромов, гемоглобина и др.). В частности, на базе сульфида железа на заре эволюции могли сформироваться коллоидные структуре, на поверхности которых мог эффективно протекать синтез органических соединений (Russell, Hall, 1997). Возможно, что даже функция наследственной матрицы первоначально выполнялась не нуклеиновыми кислотами, а «неорганическими генами», построенными из алюмосиликатов (Mader, 1985). В современных клетках до сих пор протекают реликтовые процессы: неферментативные взаимодействия малых молекул, а белки-ферменты в некоторых случаях не столько ускоряют, сколько регулируют и даже тормозят эти процессы (что показано на примере неферментативных реакций хинонов с цитохромами типа с, Митрофанов и др., 1991). Не возникла ли жизнь первоначально на базе малых молекул, и тогда биополимеры могли войти в состав живых систем позднее, как тонкие регуляторы процессов, и так протекающих в предбиологических системах?

4. Самосборка живых систем (пребионтов, «первоклеток»). А. Опарин указывал в этой связи на способные расти и размножаться коацерватные капли, которые формируются в белковых растворах. Впоследствие интерес исследователей привлекли возникающие в смесях липидов и белков микросферы (полые шарики), которые, подобно живым клеткам, одеты мембраной (липидной плёнкой), конкурируют между собой за поглощаемые из раствора компоненты, причем наиболее успешные микросферы растут и делятся (Audesirk, Audesirk, 1989).

Существенное возражение против концепции абиогенеза связано с малой вероятностью спонтанной реализации всех его стадий (1—4) за сравнительно короткий в геохронологическом масштабе (и еще более сокращающийся по мере появления новых данных) промежуток, остающийся между возникновением приемлемых для жизни условий и появлением живого на Земле. Некоторые надежды могут быть возложены на закономерности неравновесной термодинамики и синергетики. Была предложена идея об биогенезе посредством каталитических циклов химических реакций (идея гиперциклов М. Эйгена). Эти циклы химических процессов уже обладают многими эволюционно важными свойствами: конкурируют между собой, кооперируют с объединением в более сложные системы, генерируют и сохраняют при своем функционировании информацию (Еськов, 2000, 2004). Не возникла ли жизнь как процесс на Земле – и вообще в мироздании – раньше, чем появились конкретные живые организмы?

3.1.2. Панспермия. Жесткие в геохронологическом масштабе сроки возникновения жизни на Земле дали новые стимулы альтернативной концепции панспермии, согласно которой жизнь была занесена из Космоса (точка зрения Г. Гельмгольца, У. Томпсона, Л. Пастера, С. Аррениуса, В.И. Вернадского). Спектры межзвездной пыли напоминают спектры лиофилизированных (высушенных в вакууме) бактерий, а бактериальные споры не гибнут при длительных космических перелетах (см. Козинец и др., 2001). Обнаружение следов ранее существовавшей воды на Марсе совместимо с предположением о том, что на этой планете была жизнь, которая вполне могла достигнуть Земли в составе метеоритов. Концепция панспермии подразумевает идею вечности жизни как свойства Вселенной, напоминая нам вновь о доктрине витацентризма (глава вторая), рассматривающей жизнь как вселенскую стихию. Однако на сегодняшний день в литературе не представлено достоверных данных о внеземной жизни.

3.1.3. Неокреационизм. Трудности с концепцией абиогенеза периодически порождают оживление интереса к религиозной точке зрения, которая интерпретирует Библию более буквально, чем предложенная в этом разделе метафорическая схема «шестоднева». Постулируются та или иная степень вмешательства Творца (Логоса, Высшего разума) как если не создавшего мир и отправившегося на выходной день Яхве, то по крайней мере внутреннего движителя эволюции, отвечающего за творчество новых жизненных форм. П. Тейяр де Шарден (1965) связывал божественный элемент с «внутренним» началом материи, нарастающим в ходе биологической и далее социокультурной эволюции, устремленной в конечном итоге к «точке Омега», где достигается слияние с божеством. Идеи неокреационизма весьма созвучны основным положениям биотеологии и «христианской биополитики» К. Котена, рассмотренным в конце главы второй выше.

Поиск по сайту: