Происхождение жизни
Шрифт:
Первичное возникновение углеводородов как исходных веществ для образования сложных органических соединений.
Превращение этих исходных веществ в сложные органические вещества, в. том числе в белковоподобные вещества.
Возникновение белковых систем, наделенных обменом веществ, т. е. возникновение первичных организмов.
Установление эволюционного пути развития материи открывает широкие возможности для опытной, лабораторной работы по проблеме происхождения жизни. Но теперь уже речь идет не о безнадежных попытках обнаружения самозарождения организмов, а об изучении и искусственном воспроизведении явлений не только возможных, но и вполне закономерных, последовательно возникавших в процессе эволюции. Это создало перелом в сознании естествоиспытателей нашего времени, в их отношении к проблеме происхождения жизни. Если раньше на протяжении значительной части всей первой
В августе 1957 г. в Москве состоялось Международное совещание (так называемый Симпозиум) по проблеме происхождения жизни. В его работе приняли личное участие более сорока ученых различных специальностей из семнадцати зарубежных стран мира. Многие из этих ученых являются крупнейшими исследователями в своей области знания. Их имена широко известны во всем мире. Большое внимание уделяла Симпозиуму и советская научная общественность.
Уже самый факт такого представительного собрания естествоиспытателей показал не только большой интерес к обсуждавшейся на Симпозиуме проблеме, но и то, что с прежним отрицательным отношением к ней в естествознании навсегда покончено, что вопрос о происхождении жизни стал сейчас областью интенсивной научной разработки.
Вместе с тем Симпозиум показал, что, несмотря на некоторые разногласия по отдельным вопросам, все его участники единодушно разделяют эволюционный принцип решения проблемы происхождения жизни и свою задачу видят не только в умозрительном объяснении величайших событий прошлого, но и в получении опытных доказательств правильности этого объяснения.
В дальнейшем изложении мы постараемся нарисовать картину последовательного развития материи, приведшего к возникновению жизни в том виде, как это развитие представляет себе современное естествознание.
ГЛАВА ВТОРАЯ
ПЕРВИЧНОЕ ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПРОСТЕЙШИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ — УГЛЕВОДОРОДОВ И ИХ ПРОИЗВОДНЫХ
'Тела всех животных, растений, микробов в основном построены из так называемых органических веществ. Без этих веществ нельзя себе представить жизни. Поэтому исходным этапом на пути к возникновению жизни должно было явиться первичное образование этих веществ, образование того основного материала, из которого в дальнейшем сформировались все живые существа.
Органические вещества отличаются от других веществ неорганической природы прежде всего тем, что в их основе лежит элемент углерод. Это легко непосредственно показать, нагревая до высокой температуры различные материалы животного или растительного происхождения. Все они при нагревании на воздухе сгорают, а без доступа воздуха обугливаются, тогда как материалы неорганической природы — камни, стекло, металлы — обугливаться не будут, сколько бы мы их ни нагревали.
В органических веществах углерод соединен с другими элементами: с водородом и кислородом (эти два элемента входят в состав воды), с азотом, который в больших количествах находится в воздухе, с серой, фосфором и т. д. Различные органические вещества представляют собой разнообразные соединения этих элементов, но в основе их всех всегда лежит углерод. Простейшими органическими веществами являются углеводороды — соединения углерода и водорода. Природная нефть и такие получаемые из нее продукты, как, например, бензин, керосин и т. д., представляют собою смеси разнообразных углеводородов. Исходя из этих веществ, сочетая их с кислородом воды и азотом аммиака, химики легко создают, синтезируют многочисленные органические соединения, иной раз очень сложные и в ряде случаев вполне подобные тем, которые мы можем выделить из живых существ, как, например, сахар, жиры, эфирные масла и даже белковоподобные соединения. Каким же образом могли первоначально возникнуть органические вещества на нашей планете? Когда я более 30 лет тому назад впервые приступил к исследованию проблемы происхождения жизни, вопрос о первичном образовании органических веществ представлялся весьма загадочным и даже недоступным для понимания и изучения. Основанием для этого служило непосредственное наблюдение над окружающей нас природой, которое показывало, что подавляющая масса органических веществ живого мира возникает сейчас у нас на Земле в результате жизнедеятельности организмов. Живые зеленые растения, поглощая из воздуха неорганический углерод в виде углекислоты, строят из него с использованием энергии солнечного света потребные им органические вещества. Животные, грибы, бактерии и другие не окрашенные в зеленый цвет организмы получают необходимые органические вещества, питаясь растениями или разлагая их остатки. Таким образом, весь современный живой мир существует сейчас за счет органических веществ, образовавшихся в процессе жизнедеятельности зеленых растений, т. е. в результате такого процесса, который мог происходить только после возникновения живых организмов. Мало того, даже все те органические вещества, которые отложены в недрах земной коры в виде торфа, залежей каменного угля и нефти, в основном возникли также в результате жизнедеятельности многочисленных организмов, населявших когда-то Землю и затем погребенных в толще земной коры.
На основании всего сказанного многие ученые конца прошлого и начала настоящего века считали, что органические вещества у нас на Земле в природных условиях вообще не могут возникать иначе, как только через посредство организмов — биогенно. Это мнение господствовало в науке 30 лет тому назад и создавало очень большие трудности для решения проблемы происхождения жизни. Создавался, казалось, непреодолимый порочный круг. Для того чтобы проследить возникновение жизни, необходимо понять, как образуются органические вещества, а они, оказывается, могут синтезироваться только живыми организмами.
Однако убеждение в возможности исключительно биогенного образования органических веществ в природных условиях создается лишь на основании знакомства с тем положением, которое- сложилось у нас на Земле и то только в современную эпоху ее существования, т. е. после возникновения на ней жизни. А если мы подойдем к вопросу с более широких позиций, если мы в своих исследованиях выйдем за пределы нашей планеты и познакомимся с фактами, относящимися к другим небесным телам нашей Вселенной, то это убеждение будет сильно поколеблено.
Спектроскоп позволяет нам изучать химический состав звездных атмосфер и других удаленных от нас небесных объектов иной раз почти с такой же точностью, как если бы мы имели их пробы у себя в лаборатории. Этим путем уже давно было обнаружено очень широкое распространение углерода во Вселенной, его повсеместное присутствие. Этот элемент, как это выяснилось за последнее время, играет исключительно важную роль в самом существовании звезд. Сейчас мы знаем, что источником звездной энергии являются определенные внутриатомные ядерные реакции, происходящие в недрах звезд, где царит температура в несколько десятков миллионов градусов. При этих условиях происходит превращение водорода в гелий, что связано с выделением громадного количества энергии, наподобие того, как это происходит при взрыве водородной бомбы. Однако такого рода превращение может идти лишь в присутствии углерода, создающего так называемый углеродный цикл ядерных реакций. Этот цикл лежит в основе самосвечения звезд. Любое небесное тело, масса которого составляет более чем одну двадцатую массы Солнца, включаясь в этот цикл, превращается в самосветящееся образование — в звезду.
Для нас представляет интерес проследить, в каком виде обнаруживается углерод в различных типах звезд. Углерод удается обнаружить уже в атмосфере наиболее горячих звезд типа О, отличающихся среди других светил своей исключительной яркостью. Даже на поверхности этих звезд царит температура, достигающая 20 000— 28 000°. При этих условиях, конечно, никаких химических соединений существовать еще не может. Материя находится здесь в сравнительно простой форме — в виде свободных разрозненных атомов и других элементарных частиц, составляющих раскаленную атмосферу звезд.
Атмосферы звезд типа В, светящихся ярким голубовато-белым светом и обладающих температурой поверхности 15000—20 000°, также содержат в себе раскаленные пары углерода. Но и здесь этот элемент еще не вступает ни в какие химические соединения и существует в виде отдельных быстро двигающихся атомов.
Лишь в спектре белых звезд типа А с температурой поверхности 12 000° впервые удается обнаружить следы полос, указывающих на возникновение в атмосфере этих звезд первичных химических соединений — углеводородов. Здесь атомы двух элементов — углерода и водорода — соединились между собой, в результате чего возникло более сложное образование — химическая молекула.