3.6. Возникновение жизни – случайность или закономерность?

Филогенез мира живых организмов имеет весьма и весьма длительную историю. Палеонтологическая летопись Земли фиксирует существование на ней живых организмов уже в течение 3,2 – 3,5 млрд. лет. Возраст же самой Земли оценивается примерно в 4,6 млрд. лет, причем крупные водоемы (моря и океаны), появились около 3,8 млрд. лет назад, о чем можно судить по образованию осадочных пород. Следовательно, феномен возникновения жизни, качественный скачок к ней от неживой органической материи укладывается в относительно короткий в историческом плане промежуток времени – около 0,4 млрд. лет. Более того, по мнению В. И. Вернадского, переход от неживой материи к простейшим формам жизни «поместился» и в того более короткий интервал времени – не более 200 млн. лет.

Зададимся вопросом: может ли возникновение и развитие жизни на Земле быть случайным для Вселенной явлением, результатом случайного совпадения множества маловероятных событий? Современное научное мировоззрение отвечает на этот вопрос отрицательно.

Прежде всего, высочайший уровень структурной и функциональной сложности живой материи, ее упорядоченности и самоорганизации исключают такую случайность. Каждый из этапов образования живой клетки, затем организмов и их восходящего развития и совершенствования является весьма маловероятным событием, а уж совместное выполнение условий, необходимых для реализации этих этапов, вероятность которого равна произведению крайне малых вероятностей, математика уверенно относит к неосуществимым событиям.

Кроме того, следует признать, что развитие Вселенной носит направленный характер, что проявляется в нарастании со временем сложности и упорядоченности материальных структур. Жизнь, являющаяся проявлением высшей формы упорядоченности вещества, может возникнуть только на определенной стадии эволюции Вселенной, причем в тех ее локальных структурах, где действие законов развития природы подготовило необходимые и достаточные условия для выхода на качественно новый уровень организации материи.

Такие условия могут возникать во Вселенной во многих локальных системах, скорее всего на части планет, образовавшихся вблизи звезд типа нашего Солнца. Однако пока наука не располагает данными о внеземных формах жизни. Это, по всей видимости, означает, что необходимые и достаточные для возникновения жизни условия выполняются в «полном комплекте» лишь в ограниченном количестве случаев. Действительно, крайне малая вероятность обеспечения всех без исключения условий для возникновения живой материи представляет собой произведение достаточно малых вероятностей выполнения каждого из этих условий.

Выше речь шла о химической эволюции на нашей планете, в ходе которой происходил отбор наиболее активных каталитических групп. После достижения определенного стартового количества органических и неорганических соединений катализ стал важнейшим фактором химической эволюции, образования новых соединений, в первую очередь органических, количество которых стремительно нарастало. Эти процессы составили первый из основных этапов, которые рассматриваются в качестве наиболее вероятных при переходе от неживой материи к живой. Выделяется четыре таких этапа:

• синтез из неорганических веществ исходных низкомолекулярных органических соединений в условиях первичной восстановительной атмосферы, лишенной кислорода;

• формирование из образовавшихся органических соединений в первичных водоемах высокомолекулярных соединений – углеводородов, биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов) и липидов (жиров и жироподобных веществ, состоящих из спиртов и жирных кислот);

• образование полимерных агрегатов;

• самосборка и самоорганизация сложных органических соединений, налаживание процессов обмена веществ и воспроизводства структур стабильного состава, приведшие к образованию первичных организмов (протобионтов).

Исходными веществами для химической эволюции ко времени формирования Земли как планеты явились продукты нуклеосинтеза – химические элементы, а также неорганические молекулы, уже содержавшиеся в атмосфере, гидросфере и литосфере. Заметим, что их состав существенно отличался от современного состава этих оболочек нашей планеты.

В качестве источников энергии для химических реакций главным образом могли быть использованы:

– излучение солнца и космическое излучение;

– энергия атмосферы – электрические разряды;

– энергия земных недр – тепло вулканов и источников, а также радиоактивность некоторых минералов.

Для абиогенного образования низкомолекулярных органических соединений кроме наличия исходных веществ и источников энергии необходимы еще два условия:

– отсутствие свободного кислорода во избежание окисления исходных и промежуточных веществ;

– отсутствие живых организмов, которые сразу же разрушали бы органические соединения или использовали их.

Многочисленные исследования, начало которым было положено в 1953 г. экспериментами американского биохимика Стэнли Миллера, выявили большое количество реакций, приводящих к абиогенному образованию органических соединений. В частности, в смеси метана, аммиака, водорода и воды синтезируются аминокислоты, двуокись углерода и вода под воздействием ультрафиолетового излучения образуют формальдегид, водный раствор которого при наличии карбоната кальция (в роли катализатора) образует такие моносахариды, как глюкоза, рибоза и дезоксирибоза, играющие важнейшую роль в жизнедеятельности всей живой материи.

Подчеркнем, что все ранее известные и современные объяснения возникновения живой материи носят гипотетический характер и практически не выходят за рамки предположений: слишком много неясного остается в истории биологической эволюции. В отличие от эволюции ранней Вселенной, о которой можно судить по таким экспериментальным фактам, как космологическое расширение и наличие реликтового излучения, биологическая эволюция не оставила современному наблюдателю никаких действующих процессов. Палеонтологическая летопись тех времен крайне скудна, а переходный период от химической эволюции к биоэволюции окутан полной темнотой. Можно сказать, что в решении этой проблемы затруднено само использование эвристических возможностей научного метода, поскольку достоверность выдвигаемых гипотез практически не поддается эмпирической проверке. Отсюда и крайняя сложность построения непротиворечивой теории.

Потребуется еще немало времени, прежде чем картина прояснится до такой степени, чтобы можно было говорить о том, что человек близок к разгадке самой, пожалуй, удивительной тайны мироздания. Тем не менее, просматривается схема развертывания процесса биохимической эволюции, которая, по мере появления новых научных данных, принимает всё более реальные очертания. Сложился системный подход к рассмотрению феномена возникновения жизни, одним из пионеров которого стал русский биохимик А. И. Опарин. Суть этого подхода состоит в признании единого процесса, включающего химическую, а затем биохимическую эволюцию в неразрывной связи с геологической эволюцией внешних оболочек Земли.