ТЕМА № 2. ПРОБЛЕМА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ
В НАУЧНОЙ КАРТИНЕ МИРА
ЛЕКЦИЯ
Понятия
Панспермия, изомерия, хиральность, биогенез, коацерватные капли, прокариотические клетки, анаэробный метаболизм, фотосинтез, аэробный метаболизм, эукариотические клетки, голобиоз, генобиоз.
Принцип
Принцип Реди.
Ученые
Аристотель, Франческо Реди, Антони ван Левенгук, Луи Пастер, Герман Эбергарт Рихтер, Уильям Томсон (лорд Кельвин), Сванте Аррениус, Майо Гринберг, Фред Хойл, Фрэнсис Крик, Йëнс Якоб Берцелиус, Герман Мëллер, Александр Иванович Опарин, Стэнли Миллер, Джон Холдейн.
План лекции
1. Сущность жизни.
2. Теория самопроизвольного происхождения жизни.
3. Теория панспермии.
4. Теория биохимической эволюции.
Вопрос о происхождении жизни – один из самых трудных в современном естествознании. Прежде всего, потому что в настоящее время невозможно воспроизвести те процессы и те условия, которые миллиарды лет назад привели к возникновению жизни. Проблема жизни лежит в основании всех биологических наук и, в значительной степени, – всего естествознания.
1. Сущность жизни
Существуют признаки, общие и для живой, и для неживой природы. Однако современная наука пока не смогла выделить единственный определяющий признак жизни. Современная биология, определяя жизнь, перечисляет важнейшие свойства живых организмов, признавая, что только совокупность этих свойств и может отличить живое от неживого: наличие белков и нуклеиновых кислот, клеточное строение, способность к воспроизводству себе подобных, способность к получению и использованию информации, обмен веществ, способность к росту и развитию, активная регуляция своего состава и функций, раздражимость, приспособленность к среде, активность и другие свойства.
Первоначально разделение объектов на живые и неживые ученые проводили интуитивно. Они обращали внимание на внешние признаки, например, на способность к воспроизведению, росту, обмену веществ. Впоследствии наиболее важными стали признаваться свойства живых организмов, связанные с передачей информации.
Между живой и неживой природой нет резкой грани. Существуют переходные формы, которые в зависимости от конкретных условий считаются или живыми, или неживыми объектами. Например, вирусы, находясь вне клетки, являются обычными кристаллами и не проявляют ни одного свойства живого организма. У них имеется наследственный аппарат, но отсутствуют ферменты, необходимые для обмена веществ. Однако, попадая в клетку организма-хозяина, вирусы используют его ферментную систему и проявляют способность размножаться, т.е. становятся живыми существами.
Рассмотрим основные теории происхождения жизни.
1. Креационизм: жизнь на Земле возникла в результате Божественного Творения.
2. Теория самопроизвольного зарождения жизни: живые организмы многократно возникали из неживого вещества.
3. Теория панспермии: жизнь занесена на Землю из Космоса.
4. Теория биохимической эволюции: жизнь закономерно возникла в процессе биохимической эволюции.
2. Теория самопроизвольного зарождения жизни
Теория самопроизвольного зарождения жизни была весьма распространенной в Древнем Китае, Вавилоне, Египте. В Древней Греции ее сторонниками были Эмпедокл (ок. 490 – 430 до н.э.) и Аристотель (384 – 322 до н.э.).
Согласно этой теории, в некоторых телах могут находиться «активные зерна», которые дают начало живым существам, если оказываются в благоприятной среде.
Античные мыслители допускали, что живые организмы постоянно возникают из грязи, росы, гниющих тел. На это способны, по крайней мере, растения и низшие животные.
В книге «Магия природы», написанной в XVI веке, назывались магические свойства базилика1. Если его пожевать и оставить на солнце, он превратится в червя, если растереть и положить под камень, появится скорпион.
В Средние века и в эпоху Возрождения мыслители допускали самозарождение не только простых, но и высокоразвитых существ. Средневековые ученые признавали, что рыбы могут зарождаться из ила, мыши ‒ из грязи, мухи ‒ из мяса.
В 1668 году итальянский врач и ученый Франческо Реди (1626 ‒ 1698) поставил опыт. В несколько сосудов он положил кусочки мяса. Одни были открытыми, другие прикрывала материя, пропускающая воздух. Вскоре в открытых сосудах появились личинки мух, а в прикрытых их не оказалось. Реди сделал вывод о том, что белые черви в гниющем мясе ‒ это личинки мух. Таким образом, самозарождение червей из гниющего мяса без мух невозможно. Поразительно, что благодаря такому простому опыту Франческо Реди сумел сформулировать вывод, который стал основополагающим принципом современной биологии: «Все живое происходит только от живого».
Принцип Реди. Живые организмы происходят только от других живых организмов и не способны самозарождаться.
Таким образом, Франческо Реди стал основоположником концепции биогенеза. Она утверждает, что жизнь может возникать только из предшествующей жизни.
Другое важнейшее открытие в биологии в конце XVII века сделал голландский купец Антони ван Левенгук (1632 – 1723). Он интересовался естествознанием. Левенгук усовершенствовал микроскоп, изобретенный голландскими механиками братьями Янсенами, и с его помощью в капле воды впервые наблюдал живые организмы. В 1674 году он написал об этом письмо в Английское Королевское общество. Некоторые ученые заинтересовались этим открытием и пришли к выводу о том, что эти крохотные существа даже умещаются на пылинках и способны передвигаться вместе с ними. Когда они попадают на продукты, то начинают быстро размножаться. Однако если сосуд с такими продуктами прокипятить и плотно закрыть крышкой, то эти существа погибают и больше уже не появляются.
Однако сторонники теории самозарождения жизни не сдавались. По их мнению, живые организмы в прокипяченном сосуде с закрытой крышкой не зарождаются по двум причинам. Во-первых, кипячение убивает «жизненную силу». Во-вторых, без доступа воздуха самозарождение организмов невозможно.
Научные споры о самозарождении живых организмов не утихали вплоть до середины XIX века. В 1862 году знаменитый французский биолог Луи Пастéр (1822 ‒ 1895) поставил решающий эксперимент и окончательно опроверг теорию самопроизвольного зарождения жизни.
Пастеру нужно было доказать два утверждения. Во-первых, кипячение не убивает «жизненную силу». Во-вторых, даже при доступе воздуха самозарождение не происходит. В первой серии опытов Пастер налил в открытую колбу питательный раствор и прокипятил его. Вместе с пылью в колбу попадали бактерии и быстро размножались. Об этом говорил изменившийся цвет раствора. Таким образом, кипячение не убило «жизненную силу». Пастер опять прокипятил раствор в колбе, чтобы уничтожить в ней бактерии. Затем он нагрел ее горлышко и вытянул в виде тонкой трубки с двумя изгибами, которая напоминала «лебединую шею». Доступ воздуха был обеспечен, однако микробы в растворе не появлялись сколь угодно долго. Пастер объяснил это тем, что воздушный слой в тонком и длинном горлышке препятствует движению воздуха, и поэтому пыль с микробами оседает на стенки горлышка раньше, чем попадет в колбу. Как только горлышко укорачивалось до определенной длины, микробы начинали быстро размножаться в питательной среде. Таким образом, даже при доступе воздуха самозарождение не происходит. Теория, господствующая более двух тысяч лет, была окончательно опровергнута.
Когда теория самопроизвольного зарождения жизни была общепризнанной, борьба с микробами считалась бессмысленной и не проводилась даже при операциях. Какой смысл их уничтожать, если они способны самозарождаться! Но после блестящих опытов Пастера эта борьба обрела смысл. Были найдены эффективные средства дезинфекции: карболовая кислота, спирт, – которые уничтожали микробов или подавляли их активность.