Основные этапы развития биосферы на Земле

Землю занесена с других планет. Однако для происхождения генетического кода

возможно и «земное» объяснение. На ранних этапах химической эволюции, когда

формируются сложные молекулы, в результате химического отбора, очевидно,

создается и универсальный механизм передачи наследственных черт земными

организмами.

Третий довод в пользу рассматриваемой гипотезы: «Присутствие крайне редких

элементов в земных организмах означает, что они имеют внеземное

происхождение». Крик и Оргел указывают, что молибден содержится в земной коре

в незначительном количестве, а его роль в обмене веществ (метаболизме) земных

организмов значительна. Одновременно отмечается, что известны так называемые

«молибденовые звезды» с высоким содержанием молибдена, которые и являются

исходными «плантациями» микроорганизмов, занесенных на Землю! Приведение

факта о низком содержании молибдена в земной коре и его большой роли в

метаболизме земных организмов было бы ловким приемом в устной дискуссии,

чтобы смутить противника. Но написанное остается и может быть проверено.

Впрочем, в этом случае проверка не нужна. Подобного типа несоответствие

является правилом для целого ряда химических элементов, которые принимают

участие в составе и метаболизме организмов. Это правило объясняется с позиций

эволюционной биохимии. В связи с этим можно привести еще более яркий пример о

низком содержании фосфора в земной коре и его исключительной роли для земных

организмов: фосфор — обязательная составная часть нуклеиновых кислот, которые

наряду с белками имеют важнейшее значение для жизни; кроме того, высшая

нервная деятельность также очень тесно связана с фосфором. Следовательно, для

объяснения некоторых химических особенностей земной жизни не обязательно

привлекать другие звездные миры вроде «молибденовых звезд».

Интересно отметить, что риторический трюк Крика и Оргела с молибденом был

быстро раскрыт японским ученым Ф. Егани. Через год после статьи Крика и

Оргела Егани опубликовал свои исследования содержания металлов в составе

Земли. Суммарное содержание молибдена на Земле оказалось действительно

низким, но его процентное содержание в морской воде в два раза выше, чем

хрома. По этому поводу Егани пишет: «Относительное обилие этого элемента

(молибдена) в морской воде  подтверждает широко принятую  точку зрения о

происхождении жизни на Земле в первичном океане».

Как в целом, так и в своих отдельных вариантах гипотеза панспермии — мираж.

Независимо от того объясняет ли она историю распространения жизни, она не

объясняет возникновения самой жизни. По выражению Дж. Бернала, эта гипотеза

только «лукавая уловка ума», которая отвлекает его от решения проблемы. По

мнению Бернала, «одинаково бессодержательны и утверждения, что жизнь была

создана со специальной целью, и утверждение, что она пришла откуда-то из

другого места, где была всегда». Так как если даже и допустить, что жизнь

принесена с других космических тел, то подобное допущение ничем не помогает в

решении проблемы происхождения жизни. «Все-таки жизнь, — пишет Опарин, —

когда-то и где-то должна была возникнуть на эволюционном пути, а Земля, как

показывают современные научные данные, была для этого вполне подходящим

местом». Вот почему нет необходимости  привлекать другие созвездия, удаленные

от нас на миллионы световых лет, чтобы узнать тайну жизни. Эти тайны скрыты

здесь — на Земле, где люди открывают горизонты науки, любят фантастику, но

уже перестали верить в призраки.

                                      * * *                                     

Уже установлено достаточно фактов, которые показывают, что физико-химические

условия океана не противоречат идее земного происхождения жизни. Процентное

содержание отдельных металлов одинаково у бактерий, губок, растений, животных

и в океанской воде.

Однако вернемся к началу XX в. Все большее число ученых склонно признать, что

проблема возникновения жизни не может быть решена наукой. Основания для

такого мнения налицо: тысячелетнее господство религиозных мифов о сотворении

мира и наивные представления о самозарождении заменяются умозрительными

гипотезами и новыми мифами о космическом посеве. В научной среде в начале

века остро реагировали на всякую умозрительную попытку объяснить мир вокруг

нас. Знаменитый английский физик Резерфорд часто говорил: «Только бездельник

говорит о Вселенной в моей лаборатории!» Но человечество (за исключением,

может быть, представителей традиционного британского эмпиризма) не только с

помощью поэтов и философов, но и добросовестных ученых стремилось познать

Вселенную и жизнь как ее детище.

Есть нечто символичное в том, что основы современной теории происхождения

жизни заложены в один прекрасный майский день. 3 мая 1924 г. на собрании

Русского ботанического общества молодой советский ученый А. И. Опарин с

дерзостью, присущей молодости, позволил себе с новой точки зрения рассмотреть

проблему возникновения жизни. Его доклад «О возникновении жизни» стал

исходной точкой нового взгляда на вечную проблему «откуда мы пришли?». Пять

лет спустя независимо от Опарина сходные идеи были развиты английским ученым

Дж. Холдейном. Общим во взглядах Опарина и Холдейна является попытка

объяснить возникновение жизни в результате химической эволюции на первичной

Земле. Оба они подчеркивают огромную роль первичного океана как огромной

химической лаборатории, в которой образовался «первичный бульон», а, кроме

того, и роль энзимов — органических молекул, которые многократно ускоряют

нормальный ход химических процессов. В дополнение к этому Холдейн впервые

высказывает идею, что первичная атмосфера на Земле, «вероятно, содержала

очень мало или вообще не содержала кислорода».

Согласно Дж. Берналу, «труд Опарина содержит в себе основы новой программы

химических и биологических исследований». Идеи Опарина вдохновили многих

ученых на новые целенаправленные исследования, результаты которых начинают

открывать тайну жизни — эту мучительную и сладкую загадку для человека.

                          Глава 2. Возникновение жизни.                         

              2.1. Предпосылки возникновения жизни  на земле.             

Большинство современных специалистов убеждены, что возникновение жизни в

условиях первичной Земли есть естественный результат эволюции материи. Это

убеждение основано на доказанном единстве химической основы жизни,

построенной из  нескольких  простых и самых распространенных во Вселенной

атомов.

Исключительное морфологическое разнообразие жизни (микроорганизмы, растения,

животные) осуществляется на достаточно единообразной биохимической основе:

нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, жиры и несколько более редких

соединений типа фосфатов.

Основные химические элементы, из которых построена жизнь, — это углерод,

водород, кислород, азот, сера и фосфор. Очевидно, организмы используют для

своего строения простейшие и наиболее распространенные во Вселенной элементы,

что обусловлено самой природой этих элементов. Например, атомы водорода,

углерода, «кислорода и азота имеют небольшие размеры и способны образовывать

устойчивые соединения с двух- и трехкратными связями, что повышает их

реакционную способность. Образование сложных полимеров, без которых

возникновение и развитие жизни вообще невозможны, связано со специфическими.

Другие два биогенных элемента — сера и фосфор — присутствуют в относительно

малых количествах, но их роль для жизни особенно важна. Химические свойства

этих элементов также дают возможность образования кратных химических связей.

Сера входит в состав белков, а фосфор — составная часть нуклеиновых кислот.

Кроме этих шести основных химических элементов в построении организмов в

малых количествах участвуют натрий, калий, магний, кальций, хлор, а также

микроэлементы: железо, марганец, кобальт, медь, цинк и небольшие следы

алюминия, бора, ванадия, йода и молибдена; следует отметить и некоторые

исключительно редкие атомы, которые встречаются случайно и в ничтожных

количествах.

Следовательно, химическая основа жизни разнообразится еще 15 химическими

элементами,   которые   вместе с шестью основными биогенными элементами

участвуют в различных соотношениях в строении и осуществлении функций живых

организмов. Этот факт особенно показателен в двух отношениях: 1) как

доказательство единства происхождения жизни и 2) в том, что сама жизнь,

являющаяся результатом самоорганизации материи, включила в эволюцию

биологических макромолекул не только все самые распространенные элементы, но

и все атомы, которые особенно пригодны для осуществления жизненных функций

(например, фосфор, железо, йод  и др.). Как отмечает советский  ученый М.

Камшилов, «для осуществления функций жизни важны химические свойства ее

атомов, к которым, в частности, относятся квантовые особенности». Не только

структура, обмен веществ, но даже и механические действия живых организмов

зависят от составляющих их молекул. Это, однако, не означает, что жизнь может

быть сведена просто к химическим закономерностям.

Жизнь — одно из сложнейших, если не самое сложное явление природы. Для нее

особенно характерны обмен веществ и воспроизведение, а особенности более

высоких уровней ее организации обусловлены строением более низких уровней.

Современная теория происхождения жизни основана на идее о том, что

биологические молекулы могли возникнуть в далеком геологическом прошлом

неорганическим путем. Сложную химическую эволюцию обычно выражают следующей

обобщенной схемой: атомы → простые соединения → простые

биоорганические   соединения → макромолекулы → организованные

системы. Начало этой эволюции положено нуклеосинтезом в Солнечной системе,

когда образовались основные элементы, в том числе и биогенные. Начальное

состояние — нуклеосинтез — быстро переходит в процесс образования химических

соединений. Этот процесс протекает в условиях первичной Земли с все

нарастающей сложностью, обусловленной общекосмическими и конкретными

планетарными предпосылками.

Первое необходимое условие имеет общекосмический характер. Оно связано с

единой химической основой Вселенной. Жизнь развивается на этой единой основе,

отражающей как количественные, так и качественные особенности отдельных

химических элементов. Это допущение приводит к заключению, что на любой

планете во Вселенной, которая похожа на нашу по массе и расположению

относительно центральной звезды, может возникнуть жизнь. Согласно

представлениям видного американского астронома X. Шепли, во Вселенной имеется

108 космических тел (планет  или звезд-лилипутов), на которых  может возникнуть

и существовать жизнь.

Главное условие возникновения жизни имеет планетарную причину и определяется

массой планеты. Такое утверждение, быть может, имеет несколько

геоцентрический и антропоцентрический характер, но жизнь, подобная земной,

могла возникнуть и развиться на планете, масса которой имеет строго

определенную величину. Если масса планеты больше чем 1/20 массы Солнца, на

ней начинаются интенсивные ядерные реакции, что повышает ее температуру, и

она светится, как звезда. Таковы планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Планеты с малой массой (Меркурий) имеют слабое гравитационное поле и не могут

продолжительное время удерживать атмосферу, которая необходима для развития

жизни. Здесь интересно отметить, что по ряду подсчетов Земля приобрела 80%

своей массы в первые 100 млн. лет своего существования.

Из планет Солнечной системы кроме Земли подходящую массу имеют Венера и Марс,

но там отсутствуют другие условия. По мнению советского астрофизика В. Г.

Фесенкова, во Вселенной 1% планет имеет подходящую массу.

Особенно важной предпосылкой возникновения и развития жизни является

относительно постоянная и оптимальная радиация, получаемая планетой от

центральной звезды. Обычно оптимальную радиацию получают планеты имеющие

орбиту, близкую к круговой, и подвергающиеся поэтому относительно постоянному

облучению.

Обязательным условием возникновения жизни является наличие воды.

Парадоксально, что, хотя вода — чуть ли не самая распространенная молекула во

Вселенной, поразительно мало планет имеют гидросферу: в нашей Солнечной

системе только Земля имеет гидросферу, а на Марсе имеется лишь незначительное

количество воды.

Значение воды для жизни исключительно. Это обусловлено ее специфическими

термическими особенностями: огромной теплоемкостью, слабой теплопроводностью,

расширением при замерзании, хорошими свойствами как растворителя и др. Эти

особенности обусловливают круговорот воды в природе, который играет

исключительную роль в геологической истории Земли.

Из сказанного выше можно сделать следующий вывод: возникновение жизни на

Земле есть часть общей эволюции материи во Вселенной, а не некий

сверхъестественный акт. Налицо были исходные органические соединения,

оптимальная масса Земли, оптимальная солнечная радиация, наличие гидросферы.

В этих условиях эволюция материи с высокой степенью вероятности