10. Происхождение и эволюция жизни

10.1. Основные отличия живого вещества от неживого

Вопрос о происхождении жизни является одним из наиболее трудных и наиболее интересных вопросов современного естествознания. Возникновение жизни, переход от неживого к живому является наиболее впечатляющим примером качественного скачка в процессах эволюции. Ученые не оставляют попыток найти и воспроизвести условия, при которых на Земле возникла жизнь. Необходимо отметить, что по космическим меркам планета Земля и жизнь на ней возникли практически одновременно (возраст Земли - 4 - 4,5 млрд. лет, “возраст” живого - не менее 3,8 млрд. лет).

Отличать живое вещество от неживого ученые научились еще в XIX в., когда было обнаружено, что живое вещество оптически активно (это важное открытие было сделано Луи Пастером), т. е. обладает способностью поворачивать плоскость поляризации проходящего светового пучка вокруг его оси. Сложные пространственные структуры с выделенными направлениями можно условно делить на “правые” и “левые”, простым и понятным примером таких структур являются правая и левая перчатки. Другие примеры: правая и левая тройка векторов, правый и левый винт (штопор). Пример со штопором в рассматриваемом случае наиболее удачен, т. к. пространственная структура макромолекул белков и нуклеиновых кислот, из которых и состоит живое вещество, является спиральной. Не вдаваясь в физические подробности, отметим, что оптической активностью обладают те вещества, которые состоят только из правых (или только из левых) молекул, что и имеет место в живых системах. В неживом веществе, в отличие от живого, правые и левые структуры (в том числе и спирального типа) представлены в равной мере.

Существует целый ряд других фундаментальных отличий живого от неживого: вещественный состав, структура, функциональные особенности и многие другие характеристики живого и неживого вещества существенно различны.

В вещественный состав живого вещества, как уже отмечалось, входят белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), представляющие собой высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения. В качестве строительного материала и тех и других макромолекул используются в основном всего четыре химических элемента - кислород, углерод, водород и азот (перечислены в порядке убывания содержания). Атомы других химических элементов (в первую очередь, это калий, фосфор, сера, железо, медь, цинк - всего их около 50) присутствуют в живых организмах в весьма незначительных количествах.

Несмотря на то, что углерода (по массе) в составе живого вещества примерно в 4 раза меньше, чем кислорода, именно углерод по праву считается вещественной основой жизни на Земле. Легко соединяясь с другими элементами, углерод способен создавать разнообразные (числом порядка нескольких десятков миллионов) соединения, обладающие не менее разнообразными свойствами - строительными, каталитическими, энергетическими, информационными и др.

В структурном плане живое вещество характеризуется клеточным строением. Как любая молекула состоит из атомов, имеющих сходное строение (в центре - ядро, снаружи - электронные оболочки), так и любой живой организм состоит из клеток. Клетки самых различных организмов также весьма похожи друг на друга. Внутри каждой клетки имеется относительно плотное ядро, окруженное цитоплазмой. Правда, в отличие от атомов, имеются и безядерные клетки. Однако нельзя не отметить, что и устройство клетки, и процессы в ней неизмеримо сложнее устройства и процессов в атоме. Достаточно отметить лишь две ее способности - клетка сама производит необходимую для жизнедеятельности энергию и, что особенно впечатляет, может воспроизводить самое себя.

Именно самовоспроизводство, которое характерно для всех живых тел, является наиболее существенной отличительной особенностью живого от неживого в функциональном плане. К другим функциональным особенностям живых организмов следует отнести наличие обмена веществ, способность к росту и развитию, раздражимость и др.

В целом живые организмы в сравнении с неживыми системами характеризуются существенно большим разнообразием, более сложной и упорядоченной структурой, более высоким уровнем организации. В основе этого лежит способность живых систем во много крат более эффективно поглощать и использовать энергию окружающей среды, в том числе непосредственно солнечную энергию. Следствием этого является существенно более высокая скорость эволюции живого вещества в сравнении с неживым.

Из вышеизложенного можно сделать заключение, что между живым и неживым существует резкая граница. Этот вопрос, важный и сам по себе, играет ключевую роль при обсуждении гипотез о происхождении жизни. Древние мыслители (и в Греции, и в других очагах цивилизации) не только допускали, но и аргументировали идеи о спонтанном, естественном происхождении жизни, однако с распространением христианства эти идеи были объявлены еретическими. В конце XVII Ф. Редди на основе своих опытов с открытыми и закрытыми сосудами (внутри которых в мясе появлялись или не появлялись черви), сформулировал принцип: «все живое из живого». Свой вклад в доказательство справедливости этого принципа внесли затем и другие ученые, в их числе был и знаменитый Л. Пастер. Суть противоположной точки зрения заключается в том, что граница между живым и неживым не является резкой и допускает существование переходных форм. К подобным переходным формам ряд ученых считают возможным отнести и известные образования - вирусы - на том основании, что, находясь вне клеток других организмов, вирусы не обладают ни одним из свойств живого вещества.