Биохимия и происхождение жизни

Биохимия и происхождение жизни

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 и креационист Луи Пастер в ходе тщательно спланированных и проведенных экспериментов убедительно показал, что самозарождения не происходит, и тогда в биологии стала господствовать доктрина биогенеза (живое рождается только от живого).

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 другого способа сделать это нет. Но как начался весь процесс? Единственный приемлемый ответ - сотворение!

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.

В результате таких подсчетов сэр Фред Хойл, доктор Орджел, доктор Франс Крик (сооткрыватель структуры молекулы ДНК) и другие ученые почувствовали необходимость допустить, что жизнь, должно быть, возникла где-нибудь в другом месте Вселенной, а затем была перенесена на Землю, раз уж она не могла образоваться на Земле.

Это, конечно, свидетельствует об отчаянии поражения, потому что, как обсуждалось в главе 5, у нас нет ни малейшего свидетельства о существовании инопланетной жизни где-либо во Вселенной. Фактически, многочисленные исследования показали, что условия, необходимые для поддержания жизни, так редко встречаются в космосе, что возникнуть они могли максимум однажды. «Большинство людей имеет глубоко укоренившееся убеждение, которое подкрепляется научной фантастикой и собственной фантазией, будто бы Вселенная устроена так, что, если существует возможность для появления гуманоидов, они тут же появляются. Каковы бы ни были основания для такого убеждения, их явно нужно искать вне поля деятельности науки». [104]

Мы можем только с облегчением вздохнуть, когда обращаемся от бесплодности невразумительных домыслов о происхождении жизни к достоверному, ясному, последовательному Слову Бога. Жизнь может произойти лишь благодаря Тому, у Кого есть жизнь, порождающая другую жизнь. Первую жизнь на Земле должен был произвести живой Бог на небе. На пятый день недели творения, сказано в Писании, «сотворил Бог рыб больших и всякую душу животных пресмыкающихся, которых произвела вода, по роду их, и всякую птицу пернатую по роду ее. И увидел Бог, что это хорошо» (Быт. 1:21).

Таков второй акт творения Божьего; первым было сотворение первозданного пространственно-материально-временного космоса (Бытие 1:1). Первые сотворенные сущности были физическими; сотворенные затем существа - биологическими, «душами животных пресмыкающихся» (евр. nephesh обычно переводится как «душа» или «жизнь»). Слово «животных» (евр. chay, живой) здесь, очевидно, синонимично «пресмыкающимся» из Бытия 1:20 и подчеркивает, что эти живые существа были движущимися, или обычными животными.

Итак, по Библии, «жизнь» требует частного акта сотворения, и потому совершенно невозможно, чтобы неживые реагенты когда-либо превратились в живых животных. Неудивительно, что все попытки биохимиков и других ученых породить жизнь в лабораторных условиях оказались бесплодным занятием.

Существа, обладающие сознанием, жизнь, существующая дыханием жизни (Быт. 2:7), и жизнь тела, заключенная в крови (Быт. 9:4), - это особое творение, совершенно несопоставимое с химическими и физическими явлениями. Растения, с другой стороны, не обладают жизнью в этом смысле. Они неодушевлены (хотя растут), не дышат (хотя всасывают воздух), не имеют крови (хотя поглощают воду и питательные вещества через свою корневую систему) и, что самое главное, не обладают сознанием. Это крайне сложные химические системы, запрограммированные на воспроизведение посредством замечательного генетического кода молекул ДНК, но они не живые в библейском смысле. Они были сотворены специально для того, чтобы постоянно пополнять запас пищи для людей и животных. «И сказал Бог: вот, Я дал вам всякую траву сеющую семя, какая есть на всей земле, и всякое дерево, у которого плод древесный, сеющий семя: вам сие будет в пищу; а всем зверям земным, и всем птицам небесным, и всякому пресмыкающемуся по земле, в котором душа живая, дал Я всю зелень травную в пищу. И стало так» (Быт. 1:29,30).

Таким образом, общее отличие растений от животных достаточно ясно, по меньшей мере насколько это касается высших животных, но точную границу провести трудно; здесь необходимы дальнейшие исследования. В любом случае, в Писании отмечено это различие. Растения были сделаны из праха земного и не обладали жизнью nephesh, a nephesh, которой обладают животные, была частным образом сотворена. Тела животных во многих отношениях похожи на тела растений, так как состоят в основном из тех же химических элементов, генетически воспроизводят себе подобных и развиваются по коду молекул ДНК. Но, несмотря на сходство, тела животных гораздо сложнее, чем тела растений, а основное различие поистине громадно: сотворенная душа, или жизнь, - nephesh. He может быть никаких сомнений, что жизнь обладающих мозгом животных произошла не из мертвых химикатов. Это две разные сферы реальности.

Далее. Как мы понимаем, все организмы состоят из тех же химических элементов, «праха земного», но сложность строения Даже простейшей одноклеточной бактерии слишком велика, чтобы изначально возникнуть случайно или благодаря какому-либо из известных природных процессов.

Не только происхождение жизни, но и ее воспроизведение относится к биохимическим процессам. Замечательный процесс порождения потомства и развития зародыша до сих пор не понят до конца, но известно, что в центре его находится, в частности, двуспиральная структура молекулы ДНК и содержащаяся в ней генетическая информация. Двойная спираль служит матрицей, на основе и вокруг которой формируется тело эмбриона, шаг за шагом, клетка за клеткой.

Много лет назад этот процесс описал прекрасным поэтическим языком Давид в псалме 138:

Ибо Ты устроил внутренности мои, и соткал меня во чреве матери моей. Славлю Тебя, потому что я дивно устроен. Дивны дела Твои, и душа моя вполне сознает это. Не сокрыты были от Тебя кости мои, когда я создан был в тайне, образуем был во глубине утробы. Зародыш мой видели очи Твои; в Твоей книге записаны все дни, для меня назначенные, когда ни одного из них еще не было (ст. 13-16).

Чтобы лучше понять этот фрагмент, нужно внимательнее рассмотреть некоторые ключевые слова. Еврейское qanah в стихе 13 (устроил, воздвиг) объясняет, почему Бог есть Господь нашей жизни: Он образовал человеческое тело. Словом kilyah, «внутренности», называли в основном почки, но в Ветхом Завете оно обозначает человеческие внутренности вообще, особенно как место сосредоточения глубоких чувств. Слово «соткал» (евр. sakak) означает «перевязать, обмотать для сохранности». Им передается мысль не только о сокрытии хрупкого плода во чреве, но и о сохранении его на каждом этапе развития, которое происходит по надежному образцу, предусматривающему благополучный рост, совершенствование и усложнение структуры.

Еврейское palah оригинала переводится в стихе 14 двумя словами «дивно устроен» и означает буквально «сделанный неповторимым образом». [105] То есть Бог спланировал удивительную систему воспроизведения и рождения новых людей так, что принципы воспроизведения и образцы (=молекулы ДНК) одинаковы для всех, но генетический код отдельного человека неповторим. Один известный генетик [106] подсчитал, что потенциальные изменения в генах одной человеческой пары настолько велики, что у нее могут родиться 10²⁰¹⁷ детей, не являющихся близнецами. Это число непостижимо велико - понадобилось бы по меньшей мере 100 миллиардов миллиардов Вселенных размером со все космическое пространство, чтобы просто вместить такое огромное количество людей. Неудивительно, что автор псалма пишет: каждый человек дивно устроен - не так, как другие!

Затем в тексте идет речь о «костях». По-еврейски это ostem, и означает оно буквально «вещество тела», вероятно, относясь именно к костной структуре. Еще до того, как новорожденного могут увидеть глаза человека, и даже до того, как мужские и женские клетки соединятся в момент зачатия. Господь видит будущее тело, и не только в пророческом предведении, но уже как неповторимую совокупность всех атомов углерода, кальция, кислорода и других элементов, которые, как Он знает, будут соединены в соответствии с сотворенной Им программой, заложенной в ДНК, и сформируют единое тело.

Одна из самых поразительных особенностей этого процесса - действие генов как матрицы в сложно переплетенной, закрученной по двойной спирали молекуле ДНК, которая каким-то образом соединяет все необходимые атомы, когда они попадают во чрево, и строит из них органы, составляющие растущее тело. Подобным образом на лоскуте тонкого шелка начинает проступать рисунок, когда, стежок за стежком, вышивальщица наносит его яркими нитками по контуру образца, скрытого под тканью. В тексте оригинала использовано еврейское слово raqam, («образуем был»), буквально означающее «вышитый»! Обычно оно переводится именно как «узорчатый», «вышивать».

Фраза «во глубине утробы» звучит загадочно. В Ветхом Завете она встречается еще восемь раз и переводится как «пределы земли», «преисподняя земли» или «преисподняя страна». Во всех этих случаях из контекста ясно, что речь идет об огромной пропасти, уходящей в глубь земли, где находятся души умерших людей - и тех, что умерли верующими, и тех, что умерли нераскаявшимися грешниками. Ее греческий эквивалент мы находим в Ефесянам 4:9, где говорится, что перед Своим вознесением Христос «нисходил прежде в преисподние места земли». Из контекста мы узнаем, что, вознесшись. Он «пленил плен», то есть Своими страданиями на кресте освободил души верующих ветхозаветного периода, позволив им пребывать с Ним в раю.

Но как можно отнести такую фразу к зародышу, который формируется во чреве? По мнению большинства комментаторов, кромешная тьма преисподней в центре земли, скорее всего, образно сравнивается с темнотой и безопасностью чрева. Однако возможно и другое толкование, более соответствующее точности декларативного повествования стиха. Вот оно: хотя зародыш «вышивается» непосредственно во чреве, элементы, которые один за другим добавляются к его структуре, изначально происходят из глубин земли. А также: информация, заложенная в молекуле ДНК зародыша, передавалась от одного поколения к другому, по родословию - от самого Ноя, а тому в конечном счете от Адама и Евы. Ко времени, когда Давид писал этот текст, души всех его собственных предков уже отправились в преисподнюю, но их генетическое наследие (а возможно, и их духовное ходатайство) продолжало влиять на развитие еще не родившихся потомков на земле.

Таким образом. Бог видел развитие зародыша на всех этапах, даже до зачатия. Слова «зародыш мой» (ст. 16) передают одно слово оригинала (евр. golem), означающее «сокрытая бесформенная масса», что вполне соответствует свойствам зародыша. Даже «дни» его сочтены в книге Божией заранее. На месте английского in continuance по переводу короля Иакова в оригинале стоит еврейское слово yamim, дни. В этом же переводе курсивом выделена добавленная фраза ту members: «in thy book all my members were written» («в Твоей книге [мои кости] записаны все») - это значит, что ее можно опустить, но развитие зародыша, несомненно, должно включать в себя развитие всех частей тела. Даже дни человека заранее планируются Богом, и все это неким загадочным образом регулируется биологическими часами, закодированными в генетической системе. Дни, как сказано, действительно «назначаются» (yatsar) заранее. Здесь использовано то же самое еврейское слово, которое встречается в Бытии 2:7: Бог «создал» (yatsar) человека из праха земного.

И хотя эти стихи написаны возвышенным, поэтическим языком, они изумительно гармонируют со всем, что известно науке о замечательном биохимическом процессе, который Бог предназначил для размножения рода человеческого. Сначала Бог сотворил материю («безвидную» землю), потом «прах земной» (основные элементы), потом создал из этих элементов человеческое тело (как и остальные материальные предметы) и, наконец, внедрил в это тело систему воспроизведения и генетический механизм, обеспечивающий людям неограниченную возможность плодиться и размножаться, пока они не наполнят землю. Этот важнейший из всех биохимических процессов до сих пор не понят до конца и еще меньше оценен, но он является восхитительным свидетельством могущества, мудрости и любви нашего Небесного Отца, «от Которого именуется всякое отечество на небесах и на земле» (Еф. 3:15).