Происхождение жизни

Происхождение жизни

КНИГА БЫТИЯ, ГЛАВА 1

²⁰ И сказал Бог: да произведет вода живые существа; и крылатые да полетят над землею, по тверди небесной. ²¹И сотворил Бог большие существа морские и всяких животных ползающих, которые живут в воде, по роду их, и всякую живность крылатую по роду ее. И увидел Бог, что это хорошо. ²²И благословил их Бог, говоря: плодитесь и размножайтесь, и наполняйте воды в морях, и птицы да размножаются на земле. ²³И был вечер, и было утро: день пятый.

ВОПРОСЫ

Пятый день творения описывает первоначальные этапы возникновения животного мира. Когда речь заходит о происхождении жизни, возникает вопрос о видимом противоречием между библейским текстом и данными современной науки. Вопрос этот обычно формулируется так:

За последние несколько десятилетий наши познания в области молекулярной биологии невероятно расширились. Расшифрован генетический код. Изучен механизм образования белков. Доказано, что все исходные молекулы, необходимые для возникновения жизни, могли бы постепенно образоваться из простых химических элементов, существующих в природе. Более того, недавно ученые сумели проследить все стадии постепенной эволюции неживой материи в те сложные биологические системы, которые мы называем жизнью. Таким образом, с точки зрения науки, загадка происхождения жизни может считаться решенной.

В полном противоречии с наукой, Библия провозглашает (1:21), что живые организмы возникли внезапно, в результате божественного акта творения. Значит, библейский текст несовместим с научной концепцией постепенного возникновения жизни из простейших химических элементов.

В данной главе мы покажем, что этот распространенный взгляд на вещи неверен в трех своих основных положениях. Во-первых, данные современных раскопок говорят о том, что живые организмы появились внезапно, без малейших признаков "постепенной эволюции жизни". Во-вторых, недавние открытия в области молекулярной биологии ставят перед любой предложенной теорией происхождения жизни некую проблему, которая представляется неразрешимой. В-третьих, при внимательном прочтении библейского текста становится очевидным, что он, в сущности, не противоречит представлению о зарождении живых организмов из неживой материи. Давайте теперь рассмотрим эти три положения.

ПЕРВЫЕ ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ

В момент образования Земли температура ее была так высока, что вся планета находилась в расплавленном состоянии.¹ Лишь с течением времени ее поверхность охладилась настолько, что на ней смогли сформироваться скалистые породы. Геологи находят древнейшие на Земле камни в самых различных местах планеты — от Гренландии и западной Австралии до Свазиленда в южной Африке.

Когда же появились на Земле первые живые организмы? До недавнего времени была широко распространена идея постепенной эволюции жизни на протяжении миллиардов лет. Новейшие открытия палеонтологов заставили отбросить эту идею. "Поразительнее всего в [первоначальном появлении] жизни на Земле то, что оно совершилось так быстро... Скачок к жизни оказался, видимо, легче, чем того можно было ожидать."²

К этому новому пониманию вещей привели исследования древнейших горных пород. "Начиная с пятидесятых годов выяснилось, что окаменелости живых организмов можно обнаружить даже в самых древних осадочных породах."³ Вторые по древности известные человеку скальные формации (в западной Австралии) содержат "несомненные остатки живых организмов".⁴ Такое заключение вытекает из "геологических и палеонтологических данных, указывающих на то, что в австралийских скалах обитали древнейшие живые существа на Земле".⁵ А в самых древних известных нам камнях (из Исуи в Гренландии) "имеются следы биосферической активности. Это говорит о том, что жизнь, возможно (хотя и не обязательно), существовала даже в столь отдаленные времена".⁶

Таким образом, результаты современных раскопок противоречат представлению о "постепенной эволюции жизни". Древние скалы, содержащие окаменелые остатки ранних форм жизни, образовались почти одновременно с затвердеванием поверхности Земли. Это показывает внезапное появление живых организмов на Земле, как только она охладилась настолько, чтобы жизнь на ней могла существовать.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ И БЕЛКИ

Все живые организмы состоят из клеток. Важнейшие молекулы живой клетки — это белки и нуклеиновые кислоты.⁷ Обсуждая происхождение жизни, необходимо остановиться на основных свойствах этих двух типов молекул.

Одной из характерных черт живого организма является его способность к размножению. Живые существа размножаются, в отличие от неживых предметов.⁸ Размножение организма зависит, в конечном счете, от размножения отдельных клеток. Механизм воспроизводства клеток одинаков у всех живых организмов. Он основан на уникальных свойствах нуклеиновых кислот, называемых обычно ДНК и РНК. (В научной литературе иногда употребляют понятие "хромосома", которая является длинной цепью ДНК; ген представляет собой сегмент хромосомы). Молекула нуклеиновой кислоты делится, образуя из первоначальной молекулы две тождественные дочерние молекулы. Кроме того, нуклеиновые кислоты регулируют производство всех белков в клетке. Таким образом, нуклеиновые кислоты вызывают воспроизводство клеток. Сложные процессы, происходящие в клетке, в настоящее время поняты.

Одной из важнейших составных частей живой клетки является группа крупных молекул — белков. Они составляют до 70-80% "сухого веса" типичной клетки. Живая клетка содержит сотни различных типов белков, каждый из которых выполняет особую функцию, необходимую для существования клетки как живого комплекса. Белки служат катализаторами химических реакций, происходящих в клетке, контролируют клеточный обмен веществ и вырабатывают всевозможную "продукцию" клетки. Они регулируют и контролируют почти все процессы, происходящие в клетке. Без белков ни одна живая клетка не смогла бы существовать.

Откуда же взялись белки? Все белки производятся нуклеиновыми кислотами. Никакого иного механизма для производства белков нет. Такова общеизвестная "центральная аксиома молекулярной биологии".

А что регулирует деление нуклеиновых кислот? Этот процесс может происходить только в присутствии белков определенного типа, называемых ферментами. По сути дела, без ферментов нуклеиновые кислоты не могли бы существовать вообще. Нс будь стабилизирующего действия белков, крупные молекулы нуклеиновых кислот разложились бы в воде, которая содержится в каждой живой клетке.

ПАРАДОКС ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ

На основании сказанного в предыдущем разделе, мы можем критически подойти к предположению о самозарождении жизни из неживой материи. Рассуждение строится на четырех пунктах:

1.      Для воспроизводства все живые клетки нуждаются в нуклеиновых кислотах. Следовательно, без нуклеиновых кислот не может быть жизни.

2.      Все живые клетки нуждаются в белках, необходимых для множества процессов, с помощью которых поддерживается жизнь клетки. Следовательно, без белков не может быть жизни.

3.      Белки производятся только нуклеиновыми кислотами. Значит, без нуклеиновых кислот не может быть белков.

4.      Нуклеиновые кислоты могут воспроизводиться только в присутствии белков. Следовательно, без белков не может быть нуклеиновых кислот.

Теперь мы можем четко сформулировать парадокс, связанный с идеей о самопроизвольном зарождении жизни. Из пунктов (1) и (2) следует, что живым клеткам необходимы как белки, так и нуклеиновые кислоты. Из пунктов (3) и (4) следует, что ни один из этих сложных типов молекул не может быть воспроизведен без другого. Вывод: жизнь не могла развиться из неживой материи, ибо неживая материя не содержит в себе ни белков, ни нуклеиновых кислот.

Этот парадокс хорошо известен биологам, часто сравнивающим его со знаменитой загадкой: "что было сначала, яйцо или курица?" Аналогия ясна. Для иллюстрации нашей мысли приведем несколько цитат:

Нуклеиновые кислоты не могут ни воспроизводиться, ни регулировать синтез белков без помощи уже существующих белков; белки же не могут быть синтезированы без информации, заложенной в уже существующих нуклеиновых кислотах. Одна из наших важнейших проблем заключается в том, чтобы понять, каким образом могла возникнуть эта ситуация "яйца и курицы".⁹

Вот задача, которую до сих пор не могут решить теории происхождения жизни: что было раньше — только не яйцо или курица, а нуклеиновые кислоты или белки?¹⁰

Одной из многих важных нерешенных проблем в науке о происхождении жизни является исходное функциональное соотношение между белками и нуклеиновыми кислотами — что из них появилось раньше?¹¹

Конечная стадия процесса [зарождения жизни] по-прежнему остается совершенно непонятой, вследствие чего она и стала предметом интенсивных лабораторных изысканий.¹²

Нуклеиновые кислоты не могут воспроизводиться без ферментов [белков], а ферменты не могут образовываться без нуклеиновых кислот.¹³

Профессор Калифорнийского университета Фрэнк Шу очень удачно использовал известную литографию М.С. Эшера "Рисующие руки " для иллюстрации парадокса "яйца и курицы".¹⁴ Литография воспроизведена ниже.

"Рисующие руки", по литографии М.С. Эшера

Пусть одна рука представляет собой нуклеиновые кислоты, а вторая — белки, что возникло раньше?

И, наконец, упомянем предположение, сделанное недавно профессором университета в Глазго Грэмом Керне-Смитом, который убежден, что парадокс происхождения жизни неразрешим, ибо "белки больше всего необходимы для производства белков".¹⁵ Взамен он предлагает рассмотреть гипотезу о неизвестной нам форме жизни, к которой известный парадокс, возможно, будет неприложим. В качестве конкретного предложения он допускает, что первые организмы "могли представлять собой кристаллы глины".¹⁶

Подробное описание всех проблем, связанных с происхождением жизни, было опубликовано недавно (1991) в журнале Scientific American¹⁷ Десятилетия исследований в области молекулярной биологии (говорится в статье под названием "В начале...") подчеркивают, на какие невероятные трудности наталкиваются все попытки объяснить пути спонтанного превращения неживого материала в живую систему. Профессор Кембриджского университета Френсис Крик, мировой авторитет по молекулярной биологии, получивший Нобелевскую премию за открытие структуры ДНК (знаменитая "двойная спираль"), обобщает существующее положение в следующих словах:

Зарождение жизни представляется почти чудом, столь велико количество условий, соблюдение которых необходимо для того, чтобы это произошло.¹⁸

Отметим, что Нобелевский лауреат, известный, как человек, лишенный каких бы то ни было религиозных чувств, счел необходимым, говоря о происхождении жизни, употребить выражение "почти чудо". Из вышесказанного ясно следует, что подлинно научной концепции происхождения жизни из неживой материи не существует.

"ЭВОЛЮЦИЯ"

Как уже говорилось, первые живые клетки появились на Земле почти сразу, как только поверхность Земли охладилась настолько, что на ней могла существовать жизнь. Принимая во внимание долгую историю Земли, ученые предполагали, что основные механизмы работы клетки должны были развиться постепенно, на протяжение многих лет. Чтобы проверить это предположение, биологи исследовали изменения, происходившие со временем в механизмах воспроизведения нуклеиновых кислот и производства белков.

Как ни удивительно, ни в том, ни в другом механизме не было обнаружено никаких изменений. Иными словами, не найдено никаких признаков эволюционного развития ни в процессе воспроизводства нуклеиновых кислот, ни в процессе производства белков. Уже в самых ранних известных нам живых организмах наличествуют оба эти сложнейших механизма, причем во вполне законченном виде. Как подчеркивает профессор Калифорнийского университета Хайман Хартман, "при рассмотрении вопроса о происхождении жизни, сложность первых живых организмов ставит перед нами наиболее трудные концептуальные проблемы".¹⁹

Разнообразие живых организмов чрезвычайно велико -от микроскопических одноклеточных бактерий до крупных млекопитающих, которые обладают специализированными органами, построенными из миллиардов клеток. Бактерии — древнейшие обитатели Земли, тогда как млекопитающие появились сравнительно недавно. Следовательно, сравнивая нуклеиновые кислоты и белки таких бактерий с кислотами и белками млекопитающих, можно было бы заметить любое эволюционное изменение, произошедшее в прошлом.²⁰

Тщательные исследования показали, однако, что механизмы воспроизводства нуклеиновых кислот и производства белков одинаковы у всех живых организмов, без малейших признаков постепенного эволюционного развития. Все живые клетки, от простейшей бактерии до сложнейшего млекопитающего, содержат те же две нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК. Точно так же, воспроизведение нуклеиновых кислот и производство белков происходят у всех видов совершенно одинаковым образом. Это универсальное свойство известно под названием "биохимического единства". Как поясняет профессор Кернс-Смит: Любопытное подобие скрывается в кажущемся разнообразии форм жизни, наблюдаемых сегодня на Земле: самые важные молекулярные механизмы у всех современных организмов по существу одинаковы. Это биохимическое единство несомненно является одним из величайших открытий последних ста лет.²¹

БИБЛЕЙСКИЙ ТЕКСТ

В библейском рассказе о возникновении животного мира мы читаем, что "Бог сотворил" первых животных (1:21). В данном контексте глагол "творить" не следует понимать в чисто физическом смысле ("нечто из ничего"). "Творение" подразумевает образование чего-либо фундаментально нового — физически нового (сотворение ex nihilo), или концептуально нового. Живой организм безусловно следует рассматривать как нечто концептуально новое по сравнению с неживой материей.

Из аргументации, приведенной в предыдущих разделах, вытекает предположение, что библейские слова "Бог сотворил", в приложении к первым живым существам, означает трансформацию неживой материи в живые организмы. В самом деле, сила божественной трансформации привела к возникновению сущности, качественно столь отличной от исходной неживой материи, что никакой другой глагол, кроме "сотворил", не в состоянии адекватно описать произошедшее изменение.

Такая интерпретация библейского текста соответствует толкованиям многих традиционных еврейских комментаторов Библии. В частности, Мальбим в своих комментариях к Книге Бытия 1:21-25, дает именно такой анализ слова "сотворил". Точно так же и Радак (Давид Кимхи), и Рамбан (Мозес Нахманид) поясняют, что слова "Бог сотворил" относятся исключительно к акту, посредством которого Бог дал животным жизнь, а не к созданию их физических компонентов. А потому идея о происхождении живых организмов из неживой материи никак не противоречит библейскому рассказу о появлении первых животных.

"СЛУЧАЙНОЕ СТЕЧЕНИЕ ОБСТОЯТЕЛЬСТВ"

Завершая наш разговор о происхождении жизни, нельзя не упомянуть о том, что самим своим существованием на этой планете живые организмы обязаны замечательной "случайности". Жизнь на Земле зависит от Солнца, чей свет и тепло являются основным источником всей земной энергии. Не будь Солнца, не было бы не только условий, пригодных для жизни на Земле — не было бы Земли вообще. Рассмотрим поэтому вкратце механизм возникновения солнечной энергии. Две самые важные частицы в природе - это протон и нейтрон. Вновь образовавшееся Солнце состояло, в основном, из протонов. Благодаря особым условиям, имеющимся на Солнце, протон иногда может превратиться в нейтрон (плюс ряд других частиц, которые в данном случае нас не интересуют). Получившийся нейтрон может соединиться с другим протоном, образуя комбинированную частицу, так называемый дейтрон. Имеющиеся на Солнце дейтроны "сгорают", производя термоядерную реакцию. Термоядерная реакция, происходящая на Солнце, является колоссальным источником тепла. Эта тепловая энергия Солнца и делает возможным существование жизни на Земле.

Чтобы лучше понять условия, необходимые для возникновения термоядерной реакции на Солнце, рассмотрим аналогию с костром. Костер греет, пока горит. Горение, однако, требует топлива — в данном случае дров, и кроме того, огонь необходимо разжечь. Мы можем зажечь дрова с помощью керосина, бумаги, или просто чиркнув спичкой. Как только дрова разгораются, они становятся главным источником тепла, и материалы, употребленные для разжигания костра, не играют больше никакой роли. Если, однако, дрова не загораются, все эти материалы быстро сгорают и костер гаснет.

Вернемся к Солнцу. Здесь топливом являются дейтроны, а "зажглось" это топливо при посредстве гравитационной энергии. Итак, термоядерная реакция ("сгорание") будет продолжаться, пока имеется достаточный запас дейтронов. Для того, однако, чтобы на Солнце происходила термоядерная реакция, должно соблюдаться еще одно требование: невозможность соединения одного протона с другим. Если бы протоны могли соединяться друг с другом, произошел бы "взрыв", и постепенное "сгорание" дейтронов стало бы невозможным. Представьте себе костер, где топливом служат не дрова, а динамит. Разжигание такого костра приведет к взрыву, а не к постепенному горению.

Итак, для того, чтобы на Солнце происходила термоядерная реакция, необходимы два условия. Во-первых, протон должен быть способен соединяться с нейтроном, образуя дейтрон (чтобы получилось нужное топливо). Во-вторых, протон должен быть неспособен соединяться с другим протоном (чтобы не получился взрывчатый материал). Как способность протона соединяться с нейтроном, так и его способность соединяться с другим протоном зависят от энергии ядерного поля. Тщательные расчеты энергии ядерного поля дали следующие результаты:²²

1.      Будь ядерное поле всего на несколько процентов слабее, протон не соединялся бы с нейтроном и не образовывал бы дейтрона. На Солнце не было бы дейтронов, то есть не было бы топлива для солнечной термоядерной реакции.²³ В результате, "запальная энергия" Солнца быстро истощилась бы, и вскоре Солнце перестало бы светить на небе.

2.      Будь ядерное поле всего на несколько процентов сильнее, протон соединялся бы с другим протоном. Тогда все протоны Солнца соединились бы друг с другом и взорвались — как взорвался бы костер, в который положили динамит. И в этом случае на Солнце вскоре не осталось бы "горючих материалов", и оно перестало бы светить.

Разве не поразительно, что энергия ядерного поля именно такова, не больше и не меньше, чем требуется, чтобы не допустить ни той, ни другой катастрофы? Благодаря этому, на Солнце идет термоядерная реакция, дающая тепло и свет, абсолютно необходимые для существования жизни на Земле.

Это "случайное стечение обстоятельств" привлекает к себе внимание многих ученых. Профессор Принстонского университета Ф.Дж. Дайсон замечает, что "природа гораздо добрее к нам, чем мы вправе на то рассчитывать".²⁴ Профессор М.Дж. Риз из Кембриджа подчеркивает, что "возможность жизни в том виде, как мы ее знаем, зависит от величины немногих основных физических констант и в некоторых отношениях чрезвычайно чувствительна к их численному значению... поистине, в природе случаются поразительные совпадения".²⁵

Термоядерную реакцию, благодаря которой Солнце сияет в небе и согревает Землю, можно добавить к длинному списку "стечении обстоятельств", которые необходимы для существования и благополучия человека - и произошли случайно. Светский ученый изумляется такому обилию "случайных стечении обстоятельств". Изумление, однако, быстро проходит, если усматривать в законах природы не произвольную игру случая, а божественную цель.

ПРИМЕЧАНИЯ

1. D.G. Smith, chief ed., Cambridge Encyclopedia of Earth Sciences (Cambridge University Press, 1981), стр. 260.

2. R.E. Dickerson, Scientific American, т. 239, сентябрь 1978,стр. 62.

3. J.W. Schopf, Scientific American, т. 239, сентябрь 1978,стр. 86.

4. Smith, стр. 357.

5. D.I. Groves et al., Scientific American, т. 245, октябрь 1981,стр. 56.

6. P. Cloud, Scientific American, т. 249, сентябрь 1983,стр.137.

7. Есть в природе организмы, которые биологи классифицируют как существующие на границе между живой и неживой материей. Это — вирусы, вызывающие, как было доказано, множество болезней и у растений, и у животных. Вирусы не обладают клеточной структурой. Поэтому сами по себе они неспособны к воспроизводству, что является фундаментальным свойством живого организма. Однако, вторгаясь в живую клетку, они захватывают репродуктивный механизм клетки и приспосабливают его к производству новых вирусов, в процессе чего клетка обычно погибает. Хотя у вирусов нет клеточной структуры, они, тем не менее, состоят из белков и нуклеиновых кислот.

8. Читатель может не согласиться с этим определением, ибо оно исключает, например, мулов и виноград без косточек, которые, хотя и не размножаются, безусловно суть живые организмы. Возражение это легко снимается, если немного изменить определение и включить в него все существа, которые либо размножаются сами, либо произведены на свет существами, которые размножаются.

9. L.E. Orgel, The Origins of Life (London: Chapman & Hall, 1973), стр. 49.

10. F.H. Shu, The Physical Universe (МШ Valley, Calif.: University Science Books, 1982), стр. 533.

11. Smith, стр. 352.

12. J. Audouze et al., eds., The Cambridge Atlas of Astronomy (Cambridge University Press, 1985), стр. 389.

13. Dickerson, стр. 65.

14. Shu, стр. 534.

15. A.G. Caims-Smith, Scientific American, т. 252, июнь 1985,стр. 74.

16. Там же.

17. J. Horgan, Scientific American, т. 264, февраль 1991, стр. 100-109.

18. Там же, стр. 101.

19. Н. Hartman, Journal of Molecular Evolution, т. 4, 1975, стр. 359.

20. Это составляет также основу так называемых "белковых часов" или "молекулярных часов" ДНК. Информация, получаемая благодаря этим "часам", помогает изучать историю современных животных и существовавшие между ними в прошлом взаимоотношения.

21. Cairns-Smith, стр. 74.

22. P.C.W. Davies, Journal of Physics, т. 5, 1972, стр. 1296-1304.

23. Уточним, что существует также термоядерная реакция иного типа, так называемая реакция углеродо-нитрогенного цикла, которая не зависит от присутствия дейтронов. Реакции этого второго типа, однако, происходит лишь в звездах с гораздо более высокой температурой, где жизнь возникнуть не может. С дискуссией по этому вопросу можно ознакомиться в журнале Scientific American (декабрь 1981, стр. 114-122).

24. F.J. Dyson, Scientific American, т. 225, сентябрь 1971.стр. 59.

25. B.J. Carr and M. J. Rees, Nature, т. 278, март 1979, стр. 612.