Естественнонаучные гипотезы происхождения жизни и человека на Земле

     «Убежденность была  бы  тщетой,  если  бы  ее   нельзя  было  подтвердить  экспериментом. Поэтому в середине  июля  я  взял  четыре  больших  сосуда  с широким горлом, поместил в один из них землю, в другой  –  немного  рыбы,  в третий – угрей из Арно,  в  четвертый  –  кусок  молочной  телятины,  плотно закрыл их и запечатал. Затем  я поместил то же самое в четыре других  сосуда, оставив их открытыми… Вскоре мясо и рыб в незапечатанных сосудах  зачервили; можно было видеть, как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают  из  них. Но в запечатанных сосудах я не видел ни одного червяка,  хотя  прошло  много дней, после  того как в них была положена дохлая рыба» (Реди).

              Эти эксперименты, однако, не привели  к отказу от идеи  самозарождения,  и хотя эта идея несколько  отошла на задний  план,  она   продолжала  оставаться главной  теорией в неклерикальной среде.

              В то время как эксперименты  Реди,  казалось  бы,  опровергли  спонтанное зарождение мух, первые  микроскопические исследования  Антона  ван  Левенгука усилили  эту теорию применительно к  микроорганизмам. Сам Левенгук  не  вступал в споры между сторонниками биогенеза и спонтанного  зарождения,  однако  его наблюдения под микроскопом давали  пищу  обеим  теориям  и  в  конце  концов побудили  других  ученых  поставить  эксперименты  для  решения  вопроса   о возникновении жизни путем спонтанного зарождения.

              В 1765 году Ладзаро Спалланцани   провел следующий опыт: подвергнув  мясные и в овощные отвары  кипячению в течение  нескольких  часов,  он  сразу  же  их запечатал, после чего снял  с  огня.  Исследовав  жидкости  через  несколько дней, Спалланцани не обнаружил в них никаких признаков жизни.  Из этого  он сделал вывод, что высокая температура уничтожила все формы живых  существ  и что без них ничто живое уже не могло возникнуть.

              В 1860 году проблемой происхождения  жизни занялся  Луи  Пастер.  К  этому времени  он уже  многое сделал в  области   микробиологии  и  сумел   разрешить проблемы,  угрожавшие  шелководству  и  виноделию.  Он  показал  также,  что бактерии  вездесущи и что неживые материалы  легко могут быть заражены  живыми существами, если их не  стерилоизовать должным образом.

             В  результате  ряда  экспериментов,  в  основе  которых   лежали   методы Сплалланцани, Пастер доказал  справедливость  теории  биогенеза   и  окончательно опроверг теорию  спонтанного зарождения.

             Однако подтверждение теории  биогенеза  породило  другую  проблему.  Коль скоро для возникновения  живого организма необходим   другой  живой  организм, то  откуда  же  взялся  самый   первый   живой   организм?   Только   теория стационарного  состояния не требует ответа на этот вопрос, а во всех  других теориях подразумевается, что на  какой-то  стадии  истории  жизни  произошел переход от неживого к живому. Было ли это первичным самозарождением? 

        1.3. Теория стационарного состояния

     Согласно  этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды также существовали всегда.

     Оценки возраста Земли сильно варьировали — от примерно 6 000 лет по расчетам архиепископа Ашера до 5000*10⁶ лет по современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада. Более совершенные методы датирования дают все более высокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонникам теории стационарного состояния полагать, что Земля существовала всегда. Согласно этой теории, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности - либо изменение численности, либо вымирание.

     Сторонники  этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в качестве примера представителя кистеперых рыб - латимерию. По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце мелового периода 70 млн лет назад. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, ее немногочисленные сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков. Большая часть доводов в пользу этой теории связана с такими неясными аспектами эволюции, как значение разрывов в палеонтологической летописи, и она наиболее подробно разработана именно в этом направлении. 

       1.4. Теория панспермии

     Эта теория не предлагает никакого механизма  для объяснения первичного возникновения жизни, а выдвигает идею о ее внезапном происхождении. Поэтому ее нельзя считать теорией возникновения жизни как таковой; она просто переносит проблему возникновения жизни в какое-то другое место Вселенной.

     Теория  панспермии утверждает, что жизнь  могла возникнуть один или несколько раз в разное время и в разных частях Галактики или Вселенной. Для обоснования этой теории используются многократные появления НЛО (неопознанных летающих объектов), наскальные изображения предметов, похожих на ракеты и «космонавтов», а также (пока еще пишем — не подтвержденные) сообщения о встречах с инопланетянами. Советские и американские исследования в космосе позволяют считать, что вероятность обнаружить жизнь в пределах нашей Солнечной системы ничтожна, однако они не дают никаких сведений о возможной жизни вне этой системы. При изучении материала метеоритов и комет в них были обнаружены многие «предшественники живого» - такие вещества, как цианогены, синильная кислота и органические соединения, которые, возможно, сыграли роль «семян», падавших на голую землю. Появился ряд сообщений о нахождении в метеоритах объектов, напоминающих примитивные формы жизни, однако доводы в пользу их биологической природы пока не кажутся ученым убедительными.

     Либих считал, что «атмосферы небесных тел, а также вращающихся космических  туманностей можно считать как  вековечные хранилища оживлённой формы, как вечные плантации органических зародышей», откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной.

          Подобным образом мыслили Кельвин,  Гельмгольц и др. в начале нашего  века с идеей радиопанспермии  выступил Аррениус. Он описывал, как с населённых другими существами  планет уходят в мировое пространство  частички вещества, пылинки и  живые споры микроорганизмов.  Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной  за счёт светового давления. Попадая  на планету с подходящими условиями  для жизни, они начинают новую  жизнь на этой планете. 

     Эту гипотезу поддерживали многие, в том  числе русские учёные академики  Сергей Павлович Костычев (1877-1931), Лев Семёнович Берг (1876-1950) и Пётр Петрович Лазарев (1878-1942).

          Для обоснования панспермии обычно  используют наскальные рисунки  с изображением предметов, похожих  на ракеты или космонавтов,  или появления НЛО. Полёты космических  аппаратов разрушили веру в  существование разумной жизни  на планетах солнечной системы,  которая появилась после открытия  Скиапарелли каналов на Марсе  (1877). Но пока следов жизни на  Марсе не найдено.

           В конце 60-х годов вновь возрос  интерес к гипотезам панспермии. Так, геолог Б.И.Чувашов (Вопросы философии. 1966) писал, что жизнь во Вселенной, по его мнению, существует вечно.

          При изучении вещества метеоритов  и комет были обнаружены многие  «предшественники живого» – органические  соединения, синильная кислота, вода, формальдегит, цианогены. Формальдегид, в частности, обнаружен в 60% случаев в 22 исследованных областях, его облака с концентрацией  примерно 1 тысяча молекул в куб.см  заполняют обширные пространства. В 1975 г. предшественники аминокислот  найдены в лунном грунте и  метеоритах. Сторонники гипотезы  занесения жизни из космоса  считают их «семенами», посеянными  на Земле.

          В представлениях о зарождении  жизни в результате физико-химических  процессов важную роль играет  эволюция живой планеты. По  мнению многих биологов, геологов  и физиков, состояние Земли  за время её существования  всё время изменялось. В очень  давние времена Земля была  горячей планетой, её температура  достигала 5-8 тысяч градусов. По  мере остывания планеты тугоплавкие  металлы и углерод конденсировались  и образовывали земную кору, которая  не была ровной из-за активной  вулканической деятельности и  всевозможных подвижек формирующегося  грунта. Атмосфера первичной Земли  сильно отличалась от современной.  Лёгкие газы – водород, гелий,  азот, кислород, аргон и другие  – не удерживались пока недостаточно  плотной планетой, тогда как их  более тяжёлые соединения оставались (вода, аммиак, двуокись углерода, метан). Вода оставалась в газообразном  состоянии, пока температура не  упала ниже 100^оС.

           Химический состав нашей планеты  сформировался в результате космической  эволюции вещества солнечной  системы, в ходе которой возникли  определённые пропорции количественных  соотношений атомов. Поэтому современные  данные о соотношении атомов  химических элементов оказываются  важными. Космическое обилие кислорода  и водорода выразилось в обилии  воды и её многочисленных окислов.  Относительно более высокая распространённость  углерода явилась одной из  причин, определивших большую вероятность  возникновения жизни. Обилие кремния,  магния и железа способствовало  образованию в земной коре  и метеоритах силикатов. Источниками  сведений о распространённости  элементов служат данные о  составе Солнца, метеоритов, поверхностей Луны и планет. Возраст метеоритов  примерно соответствует возрасту земных пород, поэтому их состав помогает восстановить химический состав Земли в прошлом и выделить изменения, вызванные появлением жизни на Земле.

     Научная постановка проблемы возникновения  жизни принадлежит Энгельсу, считавшему, что жизнь возникла не внезапно, а сформировалась в ходе эволюции материи. В этом же ключе высказался и К.А.Тимирязев: «Мы вынуждены  допустить, что живая материя  осуществлялась так же, как и все  остальные процессы, путём эволюции…  Процесс этот, вероятно, имел место  и при переходе из неорганического  мира в органический» (1912). 

     1.5. Биохимическая эволюция 

     Среди астрономов, геологов и биологов принято считать, что возраст Земли составляет примерно 4,5—5 млрд. лет.

        По мнению многих биологов, в далеком прошлом состояние нашей планеты было мало похоже на нынешнее: по всей вероятности, температура ее поверхности была очень высокой (4 000—8 000 градусов по Цельсию). По мере того как Земля остывала, углерод и более тугоплавкие металлы конденсировались и образовали земную кору; поверхность планеты была, вероятно, голой и неровной, так как на ней в результате вулканической активности, непрерывных подвижек коры и сжатия, вызванного охлаждением, происходило образование складок и разрывов.

     Полагают, что в те времена атмосфера  была совершенно не такой, как теперь. Легкие газы - водород, гелий, азот, кислород и аргон - уходили из атмосферы, так как гравитационное поле нашей еще недостаточно плотной планеты не могло их удержать. Однако другие соединения, содержащие (среди прочих) эти элементы, должны были удерживаться: к ним относятся вода, аммиак, двуокись углерода и метан. До тех пор, пока температура Земли не упала ниже ста градусов по Цельсию, вся вода, вероятно, находилась в парообразном состоянии. Атмосфера была, по-видимому, «восстановительной», о чем свидетельствует наличие в самых древних породах Земли металлов в восстановительной форме, таких как двухвалентное железо. Более молодые горные породы содержат металлы в окисленной форме, например, трехвалентное железо. Отсутствие в атмосфере кислорода было, вероятно, условием для возникновения жизни; лабораторные опыты показывают, что, как это ни парадоксально, органические вещества (основа живых организмов) гораздо легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере, богатой кислородом.

     В 1923 г. А. И. Опарин высказал мнение, что атмосфера первичной Земли была не такой, как сейчас. Исходя из теоретических соображений, он полагал, что органические вещества, возможно, углеводороды, могли создаваться в океане из более простых соединений; энергию для этих реакций синтеза, вероятно, доставляла интенсивная солнечная радиация (главным образом ультрафиолетовая), падавшая на Землю до того, как образовался слой озона, который стал задерживать большую ее часть. По мнению Опарина, разнообразие находившихся в океане простых соединений, площадь поверхности Земли, доступность энергии и масштабы времени позволяют предположить, что в океанах постепенно накопились органические вещества и образовался тот «первичный бульон», в котором могла возникнуть жизнь. Согласно теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа: