Обзор главы

В этой главе мы ставим перед собой тройную цель: 1) познако­мить читателя с современной теорией возникновения жизни из «пер­вичного бульона», основанной на гипотезе Опарина; 2) критически рассмотреть эту теорию в свете как актуальных методологичес­ких, так и общепризнанных теоретических проблем; 3) обсудить альтернативные гипотезы, включая теорию разумного замысла, возникшие в ответ на множество, по-видимому, неразрешимых воп­росов, порождённых теорией «первичного бульона». Для начала мы определим, что мы подразумеваем под необходимыми условиями существования живых систем. Затем рассмотрим связь биологи­ческих функций и трехмерной структуры молекулы. Далее пока­жем, что трехмерная структура молекулы, определяющая функ­ции биополимеров, зависит от особого расположения различных мо­лекулярных компонентов этих биополимеров. Таким образом, чита­тель получит концептуальное представление о загадке возникнове­ния жизни, в основе которой лежит биологическая информация.

Затем мы представим гипотезу Опарина о возникновении жиз­ни на Земле, определившую направление большинства исследова­ний в этой области. Мы рассмотрим этапы развития жизни, имев­шие место согласно этой теории, которую иногда называют теори­ей «первичного бульона» (см. рисунок 5.1). Каждая стрелка на этом рисунке представляет собой важный этап: 1) образование компо­нентов биологических молекул из атмосферы ранней Земли; 2) объединение этих компонентов в различные биополимеры, и 3) орга­низация этих биополимеров в первые клетки, обычно называемые протобионтами, протоклетками или коацерватами. Мы не станем рассматривать в этой главе их последующее развитие в прогеноты (первые формы современной жизни) и дальнейшее возникновение архебактерий, эубактерий и эукариот — предполагаемых предше­ственников растительного и животного царств.

И, наконец, мы рассмотрим возможные альтернативы гипотезе Опарина о «первичном бульоне», в том числе и теорию разумного замысла. Стоит заметить, что утверждение о естественных при­чинах как вероятном источнике возникновения жизни (а это точка зрения большинства исследователей происхождения жизни) ещё не означает натурализма. Никто не может доказать на практике, что за «естественными» процессами не стоит некая высшая сила или разум (Бог?), управляющая ими. Собственно, именно в это ве­рит большинство христиан. А это значит, что мы не можем полу­чить метафизические выводы натурализма из опыта. Ян Барбур утверждал: «Натуралистическая теория все еще жива, но уже оче­видно, что ее стоит рассматривать как философскую точку зре­ния, а не как научное заключение».¹⁶ Аналогично, если кто-то опыт­ным путем делает вывод о том, что разум есть причина возникно­вения жизни, это не обязательно ведёт к заключению о сверхъес­тественном зарождении жизни. С помощью опыта невозможно оп­ределить, находится ли предполагаемая разумная причина в пре­делах Вселенной (натурализм) или вне её. Это ещё одно умозак­лючение, не основанное на опыте.

 

Проблема возникновения жизни

Принято считать, что живые системы отличаются от неживых не столько уникальным химическим составом (который в основ­ном включает широко распространенные элементы, такие, как уг­лерод, азот, кислород, водород), сколько сложной упорядоченнос­тью, определяющей уникальные биологические функции. Живые системы отличаются от неживых способностью к переработке энергии, хранению информации и самовоспроизведению.¹⁷ Приня­то считать, что самая первая живая система была много проще, чем простейшая из современных живых систем — бактерия; но, тем не менее, для обеспечения этих трёх функций необходим опре­делённый базовый уровень сложности. Кроме того, недопустимы простые аналогии между биологической эволюцией, основанной на естественном отборе, и химической эволюцией, поскольку есте­ственный отбор в биологической эволюции предполагает участие систем, способных к воспроизведению. Вопрос о возникновении жизни — это вопрос о появлении именно таких систем. Эту пробле­му очень убедительно сформулировал Берталанфи: «Отбор, то есть выживание «наиболее приспособленных» предвестников жизни, сам по себе уже предполагает существование автономных, сложных, открытых систем, способных к соперничеству; следовательно, от­бор никак не может объяснить возникновение таких систем».¹⁸

На рисунке 5.2 наглядно показано взаимоотношение биологи­ческой активности и молекулярной структуры на примере молеку­лы белка, действующей как катализатор. В водном растворе хи­мическая реакция молекулы АТФ и глюкозы (сахар) протекает очень медленно: маловероятно, что две молекулы смогут удержи­ваться в нужном положении достаточно долго для того, чтобы могла произойти химическая реакция. Однако в присутствии молекулы белка-катализатора АТФ и глюкоза присоединяются к катализато­ру таким образом, что устанавливается их особое взаимное поло­жение, и дальнейшая реакция между глюкозой и АТФ протекает очень быстро. В результате скорость химической реакции возрас­тает в 10 миллионов раз.

Катализаторы такого рода регулируют химические реакции во всех живых организмах. Из рисунка 5.2 становится ясно, что именно строго определённое трехмерное строение и химический состав поверхности молекулы катализатора обеспечивают столь значи­тельное ускорение химической реакции между АТФ и глюкозой.

В наши дни известно, что трёхмерное строение определяется как последовательностью, в которой расположены звенья цепи полиме­ра (в данном случае — белка), так и природой химических связей между этими звеньями.¹⁹ На рисунке 5.3 представлена молекула белка. Она представляет собой последовательность L-аминокислот (их существует 20 видов), особым образом соединенных между со­бой пептидными связями. И хотя для поддержания трёхмерной струк­туры не обязательно, чтобы все аминокислоты в цепи находились на своих местах, около половины таких участков имеют строгий поря­док аминокислот. Если в каком-то из этих так называемых «актив­ных участков» находится «неправильная» аминокислота, это может повлечь за собой самые трагические последствия. Так, причина сер-повидноклеточной анемии — сбой в одном-единственном активном участке цепи аминокислот, образующих молекулу гемоглобина.

Более того, образование трёхмерной структуры, происходящее после начальной полимеризации, возможно при наличии только оп­ределенных видов химических связей. В частности, все аминокис­лоты должны быть соединены пептидными связями (как схемати­чески показано на рисунке 5.4). В экспериментах по воспроизве­дению добиологических условий такие связи удавалось получить лишь в половине случаев.

Наконец, аминокислоты бывают левосторонние и правосторон­ние (L-аминокислоты и D-аминокислоты), как указано на рисунке 5.5, но белки, обладающие биологической функцией, состоят толь­ко из L-кислот. L-аминокислоты и D-аминокислоты в природе встречаются одинаково часто, химические реакции у них протека­ют одинаково, и это — еще одна проблема, возникающая при синте­зе белков, обладающих каталитической активностью. Как и в слу­чае с пептидными связями, полимеризация только L-аминокислот в полипептидную цепь является, вероятно, необходимым условием формирования трехмерной структуры молекулы, которая обеспе­чивает каталитическую активность белка.

Схожая, но еще более серьёзная проблема связана с образовани­ем молекул ДНК и РНК, обладающих биологической функцией. Клю­чевой постулат в этом вопросе состоит в том, что биологическая функция неразрывно связана с особым, строго определённым рас­положением исходных звеньев в молекуле биополимера. Было пока­зано, что с помощью теории информации сложности этой молеку­лярной структуры можно придать и численное выражение.³⁰ Таким образом, тайна возникновения жизни может в конечном итоге быть сведена к следующему вопросу: возможно ли образование молекул-носителей информации из простых исходных звеньев исключитель­но под действием потока энергии, проходящего через систему и, воз­можно, определенного отбора на молекулярном уровне?

В заключение следует сказать, что для выполнения биологи­ческой функции необходимы особые трёхмерные структуры, обра­зующиеся благодаря высоко специфическому молекулярному стро­ению, которое, в свою очередь, предполагает наличие молекул-но-сителеи информации. Вопрос о возникновении таких молекул прин­ципиален для понимания возникновения жизни.