Билейские основы современной науки
Шрифт:
Сфера биологической химии, или химии живых систем, находится на границе физических наук и наук естественных. Изучение происхождения живых систем на первозданной Земле касается также и наук о Земле, так что возникновение жизни - проблема явно междисциплинарная. В лабораторных исследованиях по этому вопросу, однако, используются химические и физические методы, так как все должно было начинаться по меньшей мере с неорганических веществ в энергий.
Вера в самозарождение жизни - мысль, что живые организмы могли возникнуть из неживой материи, - очень древняя. Греческий философ Аристотель, как и большинство других древних философов, верил в спонтанное зарождение живого, и человечество продолжало в это верить вплоть до конца XIX века. Однако великий химик, биолог
Биологи-эволюционисты, которых не устраивал этот явно креационистский вывод, тут же принялись разыскивать другие способы натуралистического объяснения жизни. Если такие сложные существа, как мыши и личинки (или даже бактерии), не развиваются в настоящее время из неживых субстанций, тогда, может быть, из последних появились какие-нибудь очень простые протоструктуры в какую-нибудь древнюю эпоху. И впоследствии было предпринято множество теоретических и экспериментальных попыток разыграть какой-либо воображаемый сценарий в первозданном мире.
Наибольшей популярностью за последние полвека пользовалась выдвинутая советским химиком А. И. Опариным в 1938 году теория абиогенеза, по которой первые формы жизни развились в первозданном «бульоне» из сложных химических соединений под действием электрических разрядов в условиях предполагаемой редуцирующей (не кислородной) первозданной атмосферы. [100]Знаменитый эксперимент Стэнли Миллера, результаты которого были опубликованы в 1953 году, казалось, подтвердил, что такое могло произойти, и с тех пор это объяснение стало традиционным, когда в учебниках надо было что-то сказать о зарождении жизни. В лабораторном опыте Миллера смесь подогретых газов (водяного пара, метана, аммиака и водорода) неоднократно пропускалась через электрический коронный разряд. Каждый цикл приводил к образованию ничтожного количества жидкости, содержащей аминокислоты и другие соединения, которая сохранялась в накопителе внизу аппарата. Потребовалась неделя опытов, чтобы собрать достаточно жидкости для анализа с достоверной точностью, и, поскольку аминокислоты - составная часть белков, результат был широко разрекламирован как наконец-то полученное экспериментальное подтверждение возможности первозданного абиогенеза, теоретически предположенного Опариным.
Разумеется, в тексте учебников почти всегда упускается, что Миллер использовал накопитель, а также что такого накопителя не могло существовать в первозданной атмосфере и ничто не сохраняло бы там аминокислоты от немедленного разложения под действием тех же самых электрических разрядов, которые, как предполагают, их породили. Предается забвению и то, что многие простые аминокислоты - неизмеримо менее сложная система, чем простейшая из белковых молекул, и что даже известные нам живые системы самого низкого уровня, простейшие, состоят из огромного количества высокоорганизованных, специфически функционирующих ферментов и других белков разнообразных сложных форм.
В последние годы в результате проведенных исследований, по крайней мере, частично стали понятны система кодирования информации в живой клетке, заключенная в двойной спиральной структуре молекулы ДНК, и функции связанных с ней систем, так что ученые начали сознавать крайнюю сложность «генетического кода». Если жизнь даже на простейшем уровне зависит от системы ДНК, любое предполагаемое эволюционное происхождение жизни требует развития всей этой системы каким-либо образом в ходе естественных процессов из гипотетического «первозданного бульона», а такое попросту невозможно представить. Один из ведущих американских ученых в этой области заключил: «Мы до сих пор не понимаем даже в общих чертах, как образовался генетический код… Происхождение генетического кода - самый непостижимый аспект происхождения жизни, и для сколько-нибудь существенного прогресса в этом вопросе необходим глубочайший прорыв в концептуальной и экспериментальной области». [101] В настоящее время каждый организм получает генетическую информацию от своих родителей, и
У живых существ есть много других свойств, которые невозможно объяснить случайностью. Один из самых непонятных вопросов - это присутствие исключительно «левых» изомеров аминокислот в живых организмах, в то время как в неживой материи содержатся и «левые», и «правые» по оптической активности изомеры аминокислот. У нас нет никаких объяснений тому, как могла возникнуть эта удивительная система.
Со времен Луи Пастера возникновение оптической активности в биологических системах привлекало к себе огромное внимание. Нужно дать ответ на два разных вопроса. Во-первых, почему все аминокислоты в белках и все нуклеотиды в нуклеиновых кислотах имеют одинаковую оптическую активность? Во-вторых, почему все аминокислоты представлены (изомерами, а все нуклеотиды - d-изомерами? Мы не знаем ответа ни на один из этих вопросов… [102]
Когда организм умирает, его аминокислоты постепенно «рацемизируются», то есть постепенно утрачивают свою строгую l– изомерность, пока не остается равное количество l- и d-изомеров молекул, как во всех неживых субстанциях, где содержатся аминокислоты. Аминокислоты, полученные Стэнли Миллером в лабораторных условиях, были, конечно же, рацематом. Но вот вопрос, почему во всех живых организмах встречаются только изомеры аминокислот, тогда как породившие якобы их неорганические прародители, а также их разлагающиеся останки (после смерти) имеют одинаковое количество и «левых», и «правых» изомеров аминокислот? Опять же, единственный ответ, кажется, тот, что такими они были сотворены.
Даже воображаемая простейшая воспроизводящаяся молекула белка, если бы она существовала, должна быть столь невероятно сложной - чтобы кодировать и управлять воспроизведением подобных себе из элементов окружающего «бульона», что возможность случайного образования исключается полностью. Сэр Фред Хойл, бывший ученый-агностик, склонился к креационизму, когда попытался высчитать вероятность такого случайного соединения. «На Земле могло бы произойти очень немногое из биохимической эволюции. Если посчитать, сколько комбинаций аминокислот вообще возможны при образовании ферментов, вероятность их случайного появления путем беспорядочного перебора оказывается меньше чем 1 на 1040000». [103]
Это число столь мало, что почти равно нулю. То есть нет никаких шансов, чтобы это произошло случайно. Подобные расчеты были произведены исследователем информатики Марселем Голэ. Для возникновения такой системы, считает Голэ, должны были в строгом порядке произойти 1.500 случайных событий, вероятность каждого из которых полшанса. И вероятность того, что последовательность 1.500 случайных событий породила жизнь на простейшем уровне, будет равна 0,51500, или один шанс из 10450.
Предположим, что Вселенной три триллиона лет, то есть 1020 секунд. Предположим также, что радиус Вселенной - 5 миллиардов световых лет, то есть она вмещает максимум 10130 частиц размером с электрон. Предположим, что каждая частица может взаимодействовать 1020 раз в секунду. Тогда максимальное количество взаимодействий частиц, возможное за всю историю Вселенной, будет равно:
1020х10130х1020 = 10170.
Максимальное число последовательностей из 1.500 событий будет равно:
10170: 103 = 10167.
А вероятность, что одна из необходимых 1.500 последовательностей будет той единственно правильной, которая породит жизнь, равна:
10167:10450 = 1 из 10288 = 0! [так как это меньше, чем 1 из 10170].
Вероятность, что простейшая из предполагаемых воспроизводящихся систем могла сформироваться естественным образом из неживых химических веществ, даже при самых больших допущениях оказывается по сути равной нулю. Жизнь может произойти только от жизни.