ЗАРОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ

Чтобы научно смоделировать зарождение жизни в полном масштабе, нужно быть… Богом



Есть ли жизнь на Марсе или нет — науке до сих пор неизвестно. Как неизвестно и то, каким образом вообще могла возникнуть жизнь во Вселенной и на Земле в частности. Но на этот счет существует множество гипотез. 

Например, британские ученые недавно объявили, что жизнь появилась из газов, а первую энергию для первой жизни дала химическая реакция гидротермальных источников на дне первых земных океанов. 

Но не унимаются и сторонники теории космического происхождения жизни на Земле. 

Так, группа ученых под руководством Филиппа Шмитт-Копплина (Philippe Schmitt-Kopplin) из немецкого Института экологической химии (Institute for Ecological Chemistry), обнародовала сенсационные результаты своих исследований, согласно которым так называемый Мерчисонский метеорит, упавший на Землю в 1970 году, содержит миллионы различного рода органических молекул. А поскольку возраст Мерчисона равен 4,65 миллиарда лет, то можно сделать вывод, что предшествовавшая жизни на Земле химическая эволюция началась задолго до появления нашей планеты. 

Третья категория ученых не делит теорию происхождения жизни на земную и космическую — их очень интересует ответ на вопрос: а собственно говоря, каков механизм появления жизни во Вселенной?
 

С одним из апологетов таких исследований побеседовал наш корреспондент. Знакомьтесь — Михаил Крицкий, заведующий лабораторией эволюционной биохимии Института биохимии имени А. Н. Баха РАН, профессор, доктор биологических наук. 

— Михаил Сергеевич, давайте начнем с того, о чем многие слышали, — о теории панспермии. Так что же это такое? 



— Теория панспермии — это возможности переноса органических соединений, спор микроорганизмов с одного космического тела на другое. Но она совершенно не дает ответа на вопрос, как зародилась жизнь во Вселенной? Возникает необходимость обоснования возникновения жизни в той точке Вселенной, возраст которой, согласно теории Большого взрыва, ограничен 12-14 миллиардами лет. До этого времени не было даже элементарных частиц. А если нет ядер и электронов, нет и химических веществ. Потом в течение нескольких минут возникли протоны, нейтроны, электроны, и материя вступила на путь эволюции. 

— Наверняка здесь не обошлось без вмешательства Творца? 

— В принципе, идея Бога не противоречит теории зарождения жизни. Если, конечно, под Богом понимать некую организующую систему, а не старца с бородой, как его представляют в настенной росписи храмов. Кстати, с основоположником абиогенеза академиком Александром Ивановичем Опариным однажды произошел курьезный случай, в 1950-х годах. Он читал лекции в Италии по проблеме происхождения жизни. После доклада ему сказали, что с ним хочет поговорить президент Папской академии наук Ватикана. Александр Иванович был убежденным атеистом и материалистом, считал, что его теория абиогенеза не оставляет камня на камне от божественной версии и приготовился к спору. Но вместо этого священник пожал Опарину руку, поблагодарил за лекцию и воскликнул: «Профессор, я восхищен тем, как прекрасно вы вскрыли промысел Божий!». 

Впрочем, католики терпимее к науке, и в отличие от наших православных батюшек давно официально признали возможность дарвиновской эволюции. 

— Сегодня теория Опарина подвергается серьезным нападкам естествоиспытателей... 

— Честно говоря, Опарин разработал не теорию, а концепцию, ключевые моменты которой и составили основу современных представлений о происхождении жизни. Его работа «О происхождении жизни» была напечатана еще в 1924 году, а чуть позже свою теорию, очень похожую на опаринскую, обосновал английский биолог Джон Холден. Но и сегодня на Западе теорию абиогенеза часто называют теорией Опарина-Холдена. Но следует учитывать, что с точки зрения современной науки представления ученых 20-х годов были иногда весьма наивны. 

— Например? 

— В отличие от других биологов начала XX века, считавших, что самые первые примитивные живые организмы обладали фотосинтетическим аппаратом, Опарин пришел к выводу, что это невозможно, поскольку процесс фотосинтеза очень сложен, и вначале должны были возникнуть хищники, которые поедали какую-то органику. Органика, в свою очередь, должна была возникнуть абиогенно — из неживых соединений. При этом синтез должен был идти в отсутствие кислорода, который мешает возникновению такой органики. А тот уровень кислорода в атмосфере, который есть сейчас, был достигнут много позднее — лишь после возникновения фотосинтеза... 



Теория Опарина 

В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория биогенеза — происхождение живого только от живого. Но многие считают ее несостоятельной, поскольку она принципиально противопоставляет живое неживому и утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни. Абиогенез — идея о происхождении живого из неживого — исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. В 1924 г. известный биохимик А. И. Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предсказаниеакадемика Опарина оправдалось. В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом, в середине XX века был экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и других органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли. 

- Михаил Сергеевич, какой-то замкнутый круг получается. Тем не менее в СМИ часто появляются сообщения о все новых и новых гипотезах зарождения жизни. Одни ученые утверждают, что необходимые процессы протекали где-то в космосе, а потом жизнь была занесена на Землю, другие, как Опарин, говорят о первичном бульоне, образовавшемся в ходе постепенной химической эволюции, третьи — о «живородящей» глине… 

Чарльз Дарвин и его современники полагали, что жизнь могла возникнуть в водоеме— В воде, точнее в растворе, мало что могло произойти, потому что процессы в растворе идут абсолютно хаотично, а все соединения очень неустойчивы. Глина современной наукой — точнее, поверхность частиц глинистых минералов — рассматривается как матрица, на которой могли образовываться первичные полимеры. Но это тоже только одна из многих гипотез, каждая из которых имеет свои сильные и слабые стороны. Но чтобы смоделировать зарождение жизни в полном масштабе, нужно действительно быть Богом. Хотя на Западе сегодня уже появляются статьи с названиями «Конструирование клетки» или «Моделирование клетки». Например, один из последних нобелевских лауреатов Джеймс Шостак сейчас активно предпринимает попытки создания эффективных клеточных моделей, которые размножаются сами по себе, воспроизводя себе подобных. 







Ошибка Дарвина 

Чарльз Дарвин и его современники полагали, что жизнь могла возникнуть в водоеме. Этой точки зрения многие ученые придерживаются и в настоящее время. В замкнутом и сравнительно небольшом водоеме органические вещества, приносимые впадающими в него водами, могли накапливаться в необходимых количествах. Затем эти соединения еще больше концентрировались на внутренних поверхностях слоистых минералов, которые могли быть катализаторами реакций. Современные ученые считают, что отец теории эволюции очень заблуждался. 


— Но всегда есть теория, которой серьезные ученые отдают наибольшее предпочтение. 

— Сейчас одной из доминирующих гипотез является теория РНК, которые предшествовали сегодняшнему клеточному миру. Чтобы ее понять, давайте для начала рассмотрим, как функционирует современная клетка. Ее основу составляют ДНК, РНК и белки. ДНК и РНК хранят и передают генетическую информацию, а белки ферменты катализируют химические реакции, которые поддерживают всю систему в рабочем состоянии. Структура всех белков-катализаторов записана в гене. Это очень сложная система. Поэтому возникла идея того, что у клетки был прародитель. В конце XX века выяснилось, что молекула РНК сама может служить катализатором, то есть избирательно ускорять химические реакции, например, соединять между собой аминокислоты и самовоспроизводиться. И сейчас ученые склоняются к тому, что живой мир изначально состоял из молекул РНК и представлял собой множество колоний. В этих колониях происходил своеобразный естественный отбор, который привел к тому, что молекулы, связанные между собой родством, превратились в липидную (жировую) оболочку. И такая протоклетка могла получиться совершенно случайно. Но, например, я не могу отнести себя к сторонникам какой-то определенной теории. Моя лаборатория занимается моделированием тех или иных этапов эволюции органического вещества. Мы исследуем, как могло происходить изменение и усложнение органических молекул в примитивных, добиологических условиях. 

— Каковы результаты ваших исследований? 

— Наши модели, конечно же, еще не живые, но они показывают, что до появления клетки, могли сформироваться довольно сложные системы. Это искусственные модели, рукотворные, но их образование легко могло происходить на Земле до появления жизни. Одна из наших моделей, например, вообще не требует никакой органики. Все процессы проходят как раз на глине. Но эта система может использовать только ультрафиолетовый свет, в отличие от другой, которая способна работать и при видимом свете. По природе такая модель состоит из абиогенных полимеров аминокислот, а ведь аминокислоты (это сегодня известно) могут быть образованы без участия живых организмов из простых соединений вроде аммиака, метана... 

— Однако, эти системы, как вы сказали, искусственные, и их нет в естественной природе? 

— Да, хлорофилл оказался эффективнее, он, например, лучше поглощает фотоны, чем те пигменты, которые работают в нашей модели. Но здесь важно вот что. Аденозинтрифосорная кислота (АТФ) — это одно из самых важных, самых необходимых веществ любой клетки. Это вещество постоянно работает, участвуя в обмене веществ, и очень быстро обновляется. У человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее минуты. Человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в день. Причем никакого запаса не создается, а без АТФ жизнедеятельность невозможна. То есть это универсальный источник энергии для всех биохимических процессов. И вот это соединение в значительных количествах могло образовываться в условиях, когда еще и в помине не было ни клеток, ни настоящих ферментов! 

название изображения, автор

— Получается, что ученые, выдвигая свои гипотезы о происхождении жизни, спорят скорее об отдельных механизмах длинной цепочки преобразования неживой материи в живую? Может быть, когда-то удастся из этих «механизмов» собрать «единый конвейер»? 

— Академик Опарин говорил, что даже если ученые смогут воспроизвести искусственную модель зарождения жизни, то это отнюдь не будет означать, что жизнь произошла именно таким образом, а не каким-то иным. Существует множество вопросов, которые поначалу кажутся ясными и абсолютно доказанными, но вскоре все они подвергаются сомнениям. Это как Евклидова геометрия — считалось, что сумма всех углов треугольника равна 180 градусам. А потом появился Лобачевский и доказал, что это не обязательно так, а все зависит от пространства. Так что наука — это такая вещь, где все подвергается сомнению, в отличие от религии, где все принимается на веру. 

Этапы большого пути 

Катархей — геологическая эра Земли, длившаяся от ее образования до зарождения жизни. В те далекие времена, когда безжизненная Земля была окутана ядовитой для живых существ атмосферой, лишенной кислорода, сверкали молнии, извергались вулканы и жесткое ультрафиолетовое излучение пронизывало атмосферу и верхние слои воды, из окутавшей Землю смеси паров сероводорода, аммиака, угарного газа начинают синтезироваться первые органические соединения, возникают свойства, характерные для жизни. Такую картину эры катархея, длившуюся от 5 до 3,5 млрд лет до н.э., представляют некоторые гипотезы. Но, например, Вернадский считал, что биосфера геологически вечна, т.е. жизнь на Земле существует столько же времени, сколько и сама Земля как планета. 

название изображения, авторСледующий этап назван Архей, 3,5-2,6 млрд лет назад. К о времени архея относится возникновение первых прокариот (бактерий) — которые не обладали оформленным клеточным ядром и хромосомным аппаратом. В отложениях архея найдены также остатки нитчатых водорослей. В этот период образуется почва, в атмосфере снижается содержание метана, аммиака, водорода и начинается накопление углекислого газа и кислорода. 

Протерозой, 2,6 млрд — 570 млн лет назад. Возникновение многоклеточных. Конец протерозоя называют веком медуз. 

Палеозой, 570-230 млн лет. Характерно интенсивное развитие наземных растений и выход на сушу животных. 

Мезозой, 230-67 млн лет. Эра пресмыкающихся — их расцвет и вымирание. 

Кайнозой, 67 млн лет — наше время. Расцвет цветковых растений, насекомых, птиц и млекопитающих.