Беседы о жизни
Шрифт:
Иными словами, оказалось неизбежным разделить процесс происхождения живых существ на два этапа: более ранний — предбиологическую (или химическую) и собственно биологическую эволюцию. Основные положения теории предбиологической эволюции впервые сформулированы советским биохимиком А. Опариным в 1924 году. Согласно развиваемым им представлениям, получившим впоследствии солидное теоретическое и экспериментальное обоснование в работах многих исследователей, в добиологический период в земной гидросфере могли самопроизвольно образовываться сравнительно простые органические вещества. На их основе формировались студнеобразные капельки — коацерваты, внутри которых происходили некоторые химические процессы, в той или иной мере влияющие
Интересно отметить, что идеи химической эволюции с энтузиазмом восприняли не только ученые, но и… писатели-фантасты. Страницы из повестей и рассказов заполнили повествования о самых различных проявлениях «первичной жизни» и на Земле, и на других планетах. А уж некоторые из них (скажем, «Солярис», известный нам по роману С. Лема и фильму А. Тарковского, с его «живым» океаном) кажутся почти непосредственно связанными с «коацерватной» гипотезой А. Опарина.
Герой другого научно-фантастического сочинения, уже упоминавшийся нами академик Брайнин, тот прямо-таки и получил свой пресловутый «живой белок» по рецептам предбиологической эволюции. Очень просто: взял он ванну с водой да и набросал туда «…огромное количество реактивов, органических и неорганических, содержащих атомы водорода, кислорода, азота, серы, железа, никеля, цинка и других элементов.
— Не думайте, что я делал это без всякой системы, — с гордостью продолжает академик. — Химические реактивы я вводил примерно в тех соотношениях, которые бы обеспечивали приблизительный элементный состав белков. Однако я не утруждал себя излишне точными взвешиваниями. Ведь природа, создавая живой белок, не пользовалась аналитическими весами! Мощные электрические мешалки непрерывно перемешивали содержимое ванны. Под ней стояли электрические печки, которые нагревали воду до кипения. Над моим первобытным океаном яростно светили четыре мощные ртутные лампы сверхвысокого давления, излучавшие потоки ультрафиолетовых лучей. Две рентгеновские установки облучали море потоками жесткого излучения, а помещенные в разных местах радиоактивные изотопы обрушивали на находящиеся в ванне вещества потоки альфа-, бета- и гамма-лучей, пронизывали бульон мощным потоком нейтронов».
Ну что же, кое-какой звон бравый академик, несомненно, слышал.
Исследование проблем химической эволюции оказалось связанным с выяснением двух важнейших вопросов: возможности образования в предбиологических условиях определенных классов органических соединений и определения путей создания в возникших на их основе коацерватах основных молекулярных механизмов самовоспроизведения.
В настоящее время конкретный и однозначный ответ на второй вопрос еще не может быть, по-видимому, сформулирован, хотя наиболее общие положения будущей теории химической эволюции уже заложены. Веским подтверждением правильности гипотезы А. Опарина может служить весьма значительный материал, накопленный в связи с исследованием первой проблемы: образования органического вещества в условиях, близких существовавшим на Земле в добиологический период. Здесь мы ограничимся лишь краткой сводкой именно данных такого рода ввиду большей их конкретности.
В условиях, близких существовавшим на Земле в предбиологический период (практическое отсутствие в атмосфере кислорода при значительном содержании метана, аммиака, водорода), под воздействием разнообразных факторов — электрический разряд, радиация и т. п. — происходит образование многих органических веществ. Начиная с пионерских работ американца С. Миллера, наблюдавшего синтез в смеси аммиака, метана и воды под действием электрических разрядов сравнительно сложных соединений (аминокислот, сахаров, органических кислот), были выполнены многочисленные исследования, показавшие возможность образования в столь же, казалось бы, примитивных смесях также некоторых нуклеотидов и даже порфиринов — соединений весьма сложной структуры, играющих важную роль в биохимических процессах.
Было также показано, что при более длительном выдерживании этих смесей наблюдается полимеризация аминокислот с образованием полипептидов — соединений той же химической природы, что и белки. Аналогично в ряде опытов обнаружили также самопроизвольное образование полинуклеотидов — полимеров, подобных нуклеиновым кислотам. Более того, в опытах со смесями, содержащими синильную кислоту (HCN), наличие которой также предполагается в первичной атмосфере Земли, было показано, что полипептиды могут образовываться в неорганических смесях непосредственно, минуя стадию аминокислот.
Самопроизвольное возникновение в описанных экспериментах систем, близких по химическому составу живым организмам, по крайней мере в ряде существенных деталей, позволяет утверждать с очень значительной долей уверенности, что именно на их основе и произошло формирование неких первоначальных примитивных образований, из которых впоследствии развились простейшие формы жизни. При формировании аппарата самовоспроизведения — центральной особенности этих систем, несомненно, существенную роль сыграли процессы типа естественного отбора.
Тем не менее конечный результат опыта академика Брайнина — появление «хищных» амебоподобных существ — увы, не вызывает ни малейшего доверия.
Все эти «мощные ртутные лампы», «потоки альфа-, бета- и гамма-лучей» и т. д. могли лишь ускорить появление в смеси исходных, сравнительно простых веществ. Но для образования более сложных органических структур все эти воздействия (не забудем еще про кипячение), мягко говоря, совершенно излишни. И уж конечно, три недели — срок опыта, поставленного академиком, — совершенно недостаточны для развития процессов, протекающих по механизму естественного отбора среди молекулярных систем, в которых намечаются лишь первичные зачатки способности к самовоспроизведению.
Таким образом, нельзя провести абсолютно четкую границу между этапами химической и биологической эволюции. В связи с темой разговора, предпринятого в этой книге, нам хочется лишь подчеркнуть, что элементарные механизмы, лежащие в основе обоих этапов эволюционного процесса, могут описываться и обсуждаться на языке физико-химических понятий.
Опять напрашивается все тот же вопрос: не означает ли это очередной попытки упразднения биологических наук? Ведь в начале главы мы в качестве основного резона их сохранения приводили именно то обстоятельство, что с помощью точных наук не удается полностью объяснить образование и строение биологических систем.
И на этот раз существованию биологии ничто не угрожает. Дж. Бернал, упоминая о своем разговоре с А. Эйнштейном о проблемах редукционизма, пишет: «Из этой беседы я вынес заключение, что жизни присущ еще один элемент, хотя логически и отличный от элементов физики, но ни в коем случае не мистический — это элемент истории. Все явления, изучаемые биологией, образуют непрерывную цепь событий, и каждое последующее звено нельзя объяснить, не принимая в расчет предыдущие».
Каждый живой организм является выражением истории всех без исключения поколений своих предков. Эта история воплощена в последовательности оснований ДНК, и хотя физика и химия в состоянии составить каталог большинства типов отдельных событий, из которых слагается эта история, они не могут предугадать ни их последовательности и комбинаций, ни тем более отношения к ним решающей силыбиологического развития — естественного отбора. Нет, биология сохранит свою самостоятельность, хотя процесс проникновения в эту науку методов точных наук — физики, химии, математики — наверняка является процессом необратимым и — позволим себе чисто личное замечание — очень, очень отрадным.