Примерно 3 800 миллионов лет назад в результате химических реакций образовалось первое сложное соединение, способное самовоспроизводиться. Так было положено начало жизни на Земле. Зарождение жизни на Земле, в целом, по-прежнему остается загадкой. Но с тех пор как Чарльз Дарвин впервые описал процесс эволюции растительного и животного мира, ученые придерживаются мнения, что все формы жизни находятся в процессе постоянного и непрерывного развития.
http://charles-darwin.narod.ru/origin-content.html
Судя по найденным окаменелостям, ясно: система родственных линий между существующими и исчезнувшими организмами напоминает дерево, на котором с течением времени появляются все новые ветви. Многие из них засыхают и отмирают (например, динозавры), но другие ветви вырастают и расцветают. Если проследить любую из них до основания, то, в конечном итоге, мы придем к единому стволу - прародителю всех когда-либо живших организмов, т. е. источнику происхождения жизни.
К сожалению, это сделать непросто. По современным оценкам, возраст Земли составляет примерно 4 500 млн. лет, а древнейшим окаменелостям, как считают, не более 590 млн. лет, что соответствует началу т. н. кембрийского геологического периода.
Причину этого легко объяснить. Мягкотелые организмы не оставляют окаменелостей, так как, умирая, обычно успевают полностью разложиться прежде, чем окружающие их отложения превратятся в твердую породу. Вероятно, большинство организмов, живших в докембрийский период (составляющий 80% всей истории Земли), были слишком хрупки, чтобы оставить четкие отложения.
Но это не означает, что они совсем не оставили следов. В начале 1950-х годов двое исследователей приступили к тщательному изучению на берегах оз. Верхнего (США) пласта породы, имеющей возраст 2000 млн. лет и известной как кремнистый сланец. В породе находились любопытные белые кольца, каждое диаметром около метра. На первый взгляд, в них не было ничего органического, но, несмотря на это, ученые решили исследовать небольшие образцы колец с помощью сильного микроскопа.
Они обнаружили несомненные признаки древней жизни: останки крошечных организмов, напоминающих микроскопические одноклеточные водоросли и бактерии, которые благополучно живут и поныне. Каким-то чудесным образом эти хрупкие организмы пропитались стекловидным кремнеземом, затвердевшим и превратившимся в кремнистый сланец, где они и сохранились, подобно мухам в янтаре. Белые кольца в породе оказались размытыми останками их колоний (каменистых сферических образований, называемых строматолитами и напоминающих коралловые рифы в водах тропических широт).
Находка содержащих органические останки образцов явилась открытием. Ученые всего мира возобновили изучение пород, которые они ранее считали лишенными окаменелостей. Их усилия были вознаграждены поразительными результатами: древнейшим из обнаруженных на сегодняшний день формам жизни (в западной части Австралии) около 3 500 млн. лет. Между тем, тщательное изучение самых древних из известных нам пород - гнейсов Амитсока на юго-западе Гренландии, возраст которых 3 800 млн. лет, не дало ожидаемых результатов. Биологи не находят ничего удивительного в том, что найденные первобытные останки напоминают современные водоросли и бактерии. Такие одноклеточные организмы всегда считались простейшими формами жизни, и вполне естественно, что они являются и наиболее примитивными ее формами. Благодаря простоте одноклеточных организмов относительно легко выяснить способ их существования. Вместо изучения механизма функционирования органов и мышц, биологи исследуют, каким образом исходные химические вещества превращаются в "кирпичики" жизни - белки, жиры и сахар. Эти исследования особенно важны для раскрытия тайны возникновения жизни, поскольку должно было иметь место, следующее превращение, положившее начало всему процессу - из неорганических химических веществ в живую материю.
Бактерия - сама себя питающая простейшая клетка - студенистая, наполненная жидкостью оболочка, которая перерабатывает простые химические вещества, состоящие из водорода, кислорода, углерода и азота, в сложные органические соединения: необходимые для ее роста белки и дающие ей энергию углеводы (сахар).
Данными процессами, в конечном итоге, управляет органическое вещество - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Кроме того, ДНК обладает еще одним важным свойством: она может воспроизводить самое себя. Каждая молекула ДНК напоминает винтовую лестницу, где цепочки атомов образуют бокс/вые стороны с перемычками ("ступеньками"), расположенными через равные промежутки. Вся молекула, при необходимости, может раздваиваться, при этом "ступеньки" разделяются посередине. После раздвоения спирали укороченные "ступеньки" притягивают другие вещества, которые, присоединяясь, образуют недостающие половинки "лестницы" - таким образом, из одной спирали получаются две. Этот простой прием является сущностью жизни. Благодаря нему одноклеточный организм растет и воспроизводит себя, расщепляясь посередине и копируя при этом свой внутренний химический процесс.
В более сложных формах жизни размножающиеся клетки совместно формируют многоклеточные структуры, при этом каждая структура является лишь частью крайне сложного организма. Всем процессом управляет генетический код, заложенный в молекуле ДНК и отличающийся не только у разных видов, но и у всех особей. Все жизненные процессы (еда, питье, выведение из организма продуктов жизнедеятельности и т. п.) являются механизмами, служащими для обеспечения деятельности ДНК.
ДНК - очень сложная молекула, и чем сложнее форма жизни, тем сложнее ее ДНК. Но даже структура самой простой ДНК (в клетке бактерии) состоит из тысяч атомов, сгруппированных в нуклеотиды - соединения Сахаров, фосфатов и азотистых оснований. Каждый нуклеотид сам по себе также является достаточно сложной структурой, это же относится и к другим органическим молекулам, таким как белки и углеводы. Так, белки состоят из цепей аминокислот (всего их 20 различных видов), расположенных в определенной последовательности. Простая цепь может состоять из 100 звеньев, а сложная - из нескольких тысяч. Вся структура определяется генетическим кодом ДНК данного организма. Самая простая клетка бактерии содержит белки, углеводы и ДНК (и другие подобные нуклеиновые кислоты), без которых она не сможет функционировать. Поскольку эти клетки - наиболее примитивная из известных сегодня форм жизни, напрашивается вывод, что они возникли их неживых структур, синтезировавших эти важнейшие элементы жизни еще до того, как смогли найти им органическое применение. Никто не знает, каким был наш мир 3 800 млн. лет назад, но в 20-е гг. ученые Опарин и Халдейн выдвинули теорию, согласно которой атмосфера Земли в те далекие времена была почти полностью лишена кислорода, а состояла из аммиака, воды, окиси углерода, метана, водорода и ряда других веществ. Они предположили, что большая часть поверхности Земли была покрыта слоем горячей воды, кипение которой поддерживалось магмой, расплавленной породой, находящейся под тонкой океанической земной корой. По их гипотезе, такая смесь газов и горячей воды могла привести к образованию так называемого "первичного бульона", богатого именно теми химическими элементами, которые необходимы для синтеза жизни. Реакция могла быть инициирована вулканической деятельностью, интенсивным ультрафиолетовым излучением, проходящим через тонкий слой атмосферы, или электрическим разрядом молнии. Данная теория была проверена опытным путем в 1953 г. американским ученым Стэнли Миллером(http://elementy.ru/trefil/21169?context=21460). Миллер создал модель первозданного мира, состоящую из двух колб и стеклянных трубок. В одной из колб находился раствор, состав которого теоретически соответствовал морской воде. Пространство над жидкостью он заполнил смесью газов, которая, опять же теоретически, соответствовала предполагаемой атмосфере. Данная колба соединялась трубкой с другой колбой, имеющей два электрода для получения искры - миниатюрной модели молнии. От этой искровой камеры отходила еще одна трубка, ведущая к первой колбе через конденсатор и П-образный коллектор.
Когда Миллер нагрел смесь в нижней колбе, она закипела, превратилась в газ, поступила в искровую камеру, а затем сконденсировалась и стекла обратно в нижнюю колбу. Процесс непрерывно поддерживался в течение недели, после чего жидкость была откачана для анализа. Результаты оказались положительными: полученная смесь содержала три аминокислоты - соединения, из которых образуются белки. Многие исследователи подхватили эту идею, провели подобные эксперименты и получили еще больше аминокислот и даже простые нуклеотиды - строительные блоки ДНК.
Результаты этих экспериментов считаются убедительными и дают основания полагать, что весь белок (и не только он) мог быть синтезирован на протяжении нескольких миллиардов лет. Предположительно, могла быть создана даже ДНК с ее тысячами строго расположенных атомов. Однажды возникнув, она могла репродуцировать себя, создавать свои собственные белки и другие сложные органические вещества и развиться в функционирующую самовоспроизводящуюся форму жизни, такую как клетка бактерии. Нечто подобное могло произойти, но математическая вероятность создания такого сложного вещества, как белок или ДНК, в результате случайного соединения химических элементов в "первичном бульоне" бесконечно мала.Данная теория сегодня признана многими учеными, продолжающими поиск механизма, который способствовал бы соединению аминокислот (подобных полученным в лаборатории Миллера) в белки без управления со стороны ДНК. Если такой механизм будет найден, мы сделаем важный шаг на пути к пониманию загадки образования ДНК и, следовательно, происхождения жизни.Добавлено (07.07.2008, 11:31)
---------------------------------------------
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
«Made in Нeaven»
Как известно, религия не может похвастаться тем, что у нее в распоряжении имеется какое-то неопровержимое доказательство бытия Божия. Так уж получилось, что выпустив из своих рук этот мир, Всевышний не оставил однозначных и достоверных свидетельств, подтверждающих небесное, трансцендентное происхождение его «продукции».
В мире много загадочного. Например, столь различные по своим размерам и астрономическим особенностям два небесных тела - солнце и луна - для землян являются некоторым образом симметричными светилами (одно «для управления днем», другое «для управления ночью» Берешит 1.16). Симметричными в том смысле, что размеры обоих этих тел на небосводе (при одном угле стояния) идеально совпадают. Что значит это совпадение? Кто измерит и осмыслит его вероятность?
В мире много разнообразных таинственных следов, но разные следопыты воспроизводят по ним разные картины. При этом авторские права Бога Израиля на создание этого мира очень часто оспариваются.
Тем не менее поиск ревнителей Бога Израилева никогда не останавливается, и некоторые их доказательства выглядят порой вполне ясными и убедительными. В частности, многим верующим кажется, что целесообразность мироздания и прежде всего сложность живых существ служит тем клеймом «made in heaven» («сделано на небесах»), которое неопровержимо свидетельствует о наличии Творца. Этот аргумент привлекали уже древние еврейские мудрецы.
В Талмуде рассказывается, как к еврейскому мудрецу пришел греческий философ и сказал ему: «Мы, философы, верим, что мир вечен и был таким всегда; вы же, евреи, верите в то, что мир был сотворен. Можешь ли ты доказать это?» - «Да, могу – ответил мудрец, приходи завтра». На следующий день, придя к мудрецу, философ увидел на столе пергамент с написанным на нем текстом. «Как замечателен этот пергамент, - сказал философ – Как интересна выраженная в нем идея! И как искусно написан текст, как красив его почерк! Кто написал его?» - «Да никто не писал этот текст, - ответил мудрец. – Просто стояла на столе чернильница, подул ветер, чернила разлились, и получился этот текст». - «Да ты смеешься надо мной, - воскликнул философ, – не может текст не иметь автора!» - «Но разве мир не гораздо более совершенен и гораздо более сложен, чем этот текст? – ответил мудрец. – Если текст не может не иметь автора, то тем более мир не может не иметь Автора» (привожу этот фрагмент, как он изложен в книге Пинхаса Полонского «Две истории происхождения мира»).
Этот аргумент многократно использовался впоследствии самыми разными полемистами. Если не в отношении всего мироздания, то по крайней мере в отношении живых существ.
Более чем через тысячу лет английский мыслитель Джон Толанд (1670-1722) в споре с одним голландским спинозистом воспроизводит почти такую же аргументацию: «Разве образование животных и растений может быть объяснено одной активностью материи в большей мере, больше чем одним ее протяжением? И разве вы можете представить себе, что действие и противодействие тел, взаимодействие всех частиц материи могло в самом деле заключать столько изобретательности, чтобы создать хотя бы одну из этих изумительных растительных или животных машин? При всех ваших познаниях в механике вы не сумеете, как не сумел и Декарт, изобрести правила и средства для построения человека или мыши. Никакие столкновения атомов ни при каких, даже самых благоприятных, условиях не могли бы объединить части Вселенной в существующий порядок и сохранить их в нем, не смогли бы создать организацию цветка или мухи, как нельзя себе представить, чтобы типографские знаки, даже будучи миллионы раз смешиваемы друг с другом, расположились наконец в таком порядке, при котором получилась бы «Энеида» Виргилия или «Илиада» Гомера».
Джону Толанду вторит Иммануил Кант (1724-1804): «А можно ли похвастаться подобным успехом, когда речь идет о ничтожнейших растениях или насекомых? Можно ли сказать: дайте мне материю, и я покажу вам, как можно создать гусеницу? Не споткнемся ли мы здесь с первого же шага, поскольку неизвестны истинные внутренние свойства объекта и поскольку заключающееся в нем многообразие столь сложно? Поэтому пусть не покажется странным, если я позволю себе сказать, что легче понять образование всех небесных тел и причину их движений, короче говоря, происхождение всего современного устройства мироздания, чем точно выяснить на основании механики возникновение одной только былинки или гусеницы»
Проникновение в «истинные внутренние свойства объекта», открытие «правил и средств построения человека или мыши», осуществленные наукой в ХХ веке, мало что изменили в ситуации, а по сути даже укрепили взгляд «верующих».
Как, в самом деле, могла возникнуть та удивительная фантастическая сложность, при которой одно вещество (нуклеиновая кислота) оказывается кодом для построения другого вещества (белка)? Как такое могло завернуться «само»?
В качестве уже запущенного и действующего этот механизм не возбуждает такого изумления. Перед нами пусть и весьма своеобразная, но все же закономерность. Явного чуда нет. Но вот как этот механизм мог возникнуть? Зарождение жизни, становление ее механизмов выглядит в сотни раз головоломней и чудесней, нежели она сама.
А пока наука не дает ясного ответа, как могла зародиться жизнь, пока не существует вразумительных объяснений возможности ее становления, мы вправе считать возникновение жизни сверх-вероятным событием, или, прибегая к языку религии, «явным чудом», подтверждающим наличие в мире Творца.
Однако важно понимать, что если бы у науки и нашлись какие-либо убедительные объяснения происхождения жизни, это так же не смутило бы религию.
Мы видим, что биологическая жизнь объяснена, что ее механизмы в целом установлены, однако это нисколько не мешает религиозной вере в то, что все живое в первую очередь поддерживает и обеспечивает Господь.
Более того, задним числом мы видим, что какие-то закономерности должны были бы у жизни все равно иметься, что жизнь – это не «явное чудо», а просто «чудо», т.е. нечто существующее в пределах физически возможного, во всяком случае, не противоречащее известным законам физики, химиии и термодинамики.
То же самое могло бы иметь место и с происхождением жизни. Неужели возникновение жизни (в отличие от ее продолжения) - это действительно такое же ясное и ослепительное чудо, как остановка солнца на небосводе или расступление вод? Может быть да, но может быть, и нет.
Дайте мне материю!
Современная наука не отвечает на все возникающие в этой сфере вопросы, но на кое-что она все же дает ответ. Так еще в семидесятых годах ХХ-го века нобелевский лауреат Манфред Эйнген показал возможность зарождения жизни с помощью теории игр.
Если смотреть на проблему «в лоб», то впечатление возникает именно такое, которое складывалось у еврейских мудрецов, а позднее у Толанда и Канта. Так, Эйнген рассчитывает, какова должна быть вероятность самосборки молекулы цитохрома (фермента, переносящего электрон) – одной из самых маленьких белковых молекул, встречающихся в природе, и состоящей из ста аминокислот.
Подсчет прост – стозвенная цепочка из 20 возможных аминокислот предполагает 20 в 100-ой степени число комбинаций, или, что тоже самое, 10 в 130-й степени!
Эйнген обращает внимание, что для того чтобы перебрать столько вариантов, во всей вселенной попросту не хватит вещества (масса всей вселенной равняется 10 в 78-й степени атомов водорода), даже за все время существования вселенной! Так что же? Тем самым вероятность самосборки цитохрома статистически полностью исключается?
По мнению Эйнгеля, нет. Он обращает внимание, что исходно подвергаются отбору далеко не все «статистические» варианты, а лишь какая-то их доля.
Теория игр показывает, каким образом «сбиваются» астрономические степени вероятности самосборки, приближаясь к вероятности, соразмерной реальным условиям. По утверждению Эйнгеля, в химической эволюции участвуют игровые механизмы, которые оптимизируют отбор, делают его направленным. Иными словами, Эйнгель берет материю и пытается показать, как в ней возникает жизнь.
В частности, он пишет, что так как молекулы РНК в водной среде весьма неустойчивы, то исходно сохраняются лишь те их полимерные формы, те «последовательности», которые, спариваясь отдельными звеньями, закручиваются и образуют какой-либо узор. При таком спаривании действуют совершенно другие статистические законы, так что устойчивая молекула РНК из 80 нуклеотидов складывается случайным образом уже на сотом «ходе» (тем самым «лобовая» вероятность сбивается на 17 порядков!).
И все же Эйнгель не отвечает на ряд центральных головокружительных вопросов, связанных прежде всего с необходимостью ферментов. Как «самозародившаяся» ДНК с «осмысленным» кодом могла стать матрицей для белка, если белок синтезируется на этой ДНК исключительно в присутствии двадцати специфических ферментов? Кто синтезировал эти первые ферменты, ведь вероятность их самосборки существенно уступает вероятности самосборки цитохрома?
Игра по правилам
У религии нет никаких серьезных трудностей с теорией «химической эволюции». Религия всегда верила в возможность самозарождения жизни, а в Торе сказано, что по слову Всевышнего земля сама произвела жизнь («И сказал Бог: да произведет земля существа живые по роду их» Берешит 1.24).
Более того, общая логика еврейской религии именно такова, что искупление идет снизу, что мир множественности и разделения («альма депируда») сам должен обнаружить в себе импульс движения к Единому, должен первым двинуться по направлению к Нему. Идея самозарождения исходно созвучна религиозному видению.
Пока человек молод и только осваивает свое «я», ему свойственно приписывать свои добрые качества себе. Но повзрослев, он все доброе приписывает уже не себе, а Богу. То же самое и с эволюцией, с учением о эволюции. Пока мы «молоды», мы может воспринимать эволюцию живого как саморазвитие, мы можем быть убеждены, что жизнь сама так складывается по теории игр и статистическим законам. Но повзрослев, мы все более явственно видим в этом деяние Бога. Внешняя логическая фактура остается прежней, но взгляд кардинально меняется.
Я не слежу за последними достижениями в теории «химической эволюции» и не знаю, нашла ли современная наука ответы на головоломные вопросы «первых ферментов», поэтому я могу согласиться с еврейскими мудрецами, могу согласиться с Толандом и Кантом, и до тех пор пока такая теория не появится, считать возникновение жизни таким же явным чудом, каким признается исход евреев из Египта. Может быть, возникновение жизни – это действительно явное чудо, и у нас в кармане имеется доказательство бытия Божия.
Однако, если это не так, если наука когда-либо предложит стройную и убедительную теорию возникновения жизни, то ничего дурного для религии от этого не случится.
Все будет зависеть от нашего отношения к законам. Вера и неверие состоят главным образом в понимании природы мировых законов. Сами законы, сами правила игры не вызывают принципиальных споров, они ясны и понятны всем - и верующим и неверующим, но для одних существующие законы – это нечто незыблемое и последнее, то, что стоит над всем и всем заправляет, а для других законы порождены Создателем и могут меняться Им совершенно произвольно, как детьми по ходу игры меняются ее правила.
Неверующий подчиняет все живое безличным законам, все нивелирует и выхолащивает. Для него живое – это разновидность мертвого. Верующий, напротив, в законах природы видит лишь условные правила, видит в них средства общения творения с его Творцом. Причем и Творец и Его творение стоят над всеми законами и правилами, определяют их.
То, что для объяснения возникновения жизни наука обратилась к теории игр, знаменательно. Ведь игра в той или иной мере предполагает автора, произвольно устанавливающего правила этой игры.
Об этой проблеме понимания происхождения законов (в том числе моральных) как о центральной религиозной проблеме я надеюсь поговорить в ближайших статьях.
