Logo

Гипотезы происхождения жизни

Приветствую вас, путники тропы знаний! Сегодня вас ждёт рассказ, полный отваги, вызовов, тайн и их разгадок. Вас уже ожидают результаты десятков исследований, трудов Ламарка, Опарина, Вёзе. Вам предстоит окунуться в алхимию ранней Земли и проследить эволюцию гипотез про­ис­хож­де­ния жизни. Всё, что вам нужно сделать, это осмелиться заглянуть в туманные грани магического кристалла. Но берегитесь! Его глубины полны обмана, грёз и надежд, рас­сы­паю­щих­ся прахом. Ответы обо­ра­чи­ва­ют­ся загадками. За каждой дверью скрывается лабиринт. Но взор оторвать уже невозможно! Гипотезы про­ис­хож­де­ния жизни рождаются одна за другой, и каждая прекрасней предыдущей.

ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ

Гипотезы происхождения жизни делятся на два больших лагеря: абиогенез и креационизм [1]. Абиогенез рассматривает вопрос про­ис­хож­де­ния жизни в качестве естественного эво­лю­ци­он­но­го процесса, не нуждающегося во вмешательстве сверхъ­ес­тест­вен­ных сил. Креационизм, наоборот, является гипотезой сверхъ­ес­тест­вен­но­го про­ис­хож­де­ния жизни. В этом смысле, креационизм является ненаучной концепцией [2], а абиогенез является частным случаем общей теории эволюции вселенной. И именно потому, что методология креационизма не соответствует принципам научного метода [3], данную гипотезу мы рас­смат­ри­вать и не будем. Креационизм – это вера [2], а мы говорим про науку!

Как говорил Феодосий Григорьевич Добржанский: «Биология приобретает смысл только в свете эволюции» [4]. Тем не менее, надо признать, что, когда гипотеза креационизма только появилась, она была хорошей. Даже Чарльз Дарвин в своём зна­ме­ни­тей­шем труде «Происхождение видов» писал: «Выводя аналогию (из эво­лю­ци­он­но­го принципа), я должен сказать, что, возможно, все ор­га­ни­чес­кие формы жизни, когда-либо жившие на Земле, происходят от единого организма, в который вдохнули жизнь» [5]. Но не следует обвинять Дарвина в малодушии! Он всего-навсего был до конца честным учёным, исходящим в своих раз­мыш­ле­ни­ях из того научного аппарата, который ему был доступен.

В защиту Дарвина

К сожалению, честность присуща не всем! Из этого невинного признания в ги­по­те­ти­чес­кой возможности сверхъ­ес­тест­вен­но­го про­ис­хож­де­ния жизни подлецы вывели, что он «отказался от своей теории эволюции» [6]. Во всяком случае, по всей видимости, это враньё берёт своё начало именно здесь. НО‼ В 1871 году в письме своему другу Хукеру Дарвин писал: «Если бы (О! Насколько огромное если!) мы смогли достичь в каком-то маленьком тёплом пруду со всеми видами аммиака и фосфорных солей, светом, теплом, элек­три­чест­вом и т.д. фор­ми­ро­ва­ния протеина в ходе химических реакций…» [5]. То есть, он не только не отказывался от «своей теории эволюции», он не отказывался даже от надежды доказать возможность абиогенеза!

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ КРЕАЦИОНИСТАМ

Тем не менее, как бы ни были прекрасны естественные гипотезы про­ис­хож­де­ния жизни, следует ещё раз подчеркнуть, что мы ни в коем разе не упрекаем никого в вере в креационизм. Вера – это личное дело каждого! И вера не должна обсуждаться в научных статьях [7]. Это вредит и науке, и вере. Больше того, хотя на это ничего и не указывает, ги­по­те­ти­чес­кая возможность спра­вед­ли­вос­ти сверхъ­ес­тест­вен­но­го вме­ша­тельст­ва существует. Это просто нужно иметь в виду. Даже в отношении про­ис­хож­де­ния жизни пока ещё есть такая вероятность. Стандартной теории абиогенеза не существует [8]. Наиболее стройной моделью на сегодняшний день является «мир РНК» [9], но она, во-первых, не­за­кон­чен­ная, во-вторых, другие гипотезы про­ис­хож­де­ния жизни так же могут оказаться спра­вед­ли­вы­ми.

Естественные гипотезы происхождения жизни

Теории абиогенеза делятся так же на две большие группы: наземного и ино­пла­нет­но­го про­ис­хож­де­ния жизни [5]. Последнее носит название панспермии [10]. Придумал её Герман фон Гельмгольц и дал ей название «cosmozoa» [5]. Суть данной теории заключается в возможности переноса жизни между планетами. И не стоит думать, что панспермия – это простая уловка. Дескать, жизнь на Землю завезли, вопрос закрыт, заседание закончено. Нет, «заседание продолжается, господа присяжные заседатели»! Нам нужно объяснить механизм зарождения жизни на другой планете, но сам факт возможности зарождения жизни не на Земле снимает многие проблемы, связанные с химическим составом планеты.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПЛАНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Здесь следует сказать о том, что вопрос происхождения жизни носит ис­то­ри­чес­кий и тео­ре­ти­чес­кий характер [11]. История про­ис­хож­де­ния жизни на Земле, вероятно, может остаться загадкой. Особенно, если окажется, что жизнь может зарождаться несколькими способами, или разными способами в разных условиях. Слетать и посмотреть, как оно происходило на самом деле, мы не можем. У нас есть данные об атмосфере ранней Земли [12], но данных о процессе про­ис­хож­де­ния жизни на данный момент нет. Мы можем только строить модели. А если в итоге они не совпадут с фак­ти­чес­ки­ми условиями окружающей среды на ранней Земле? Признавать сверхъ­ес­тест­вен­ное про­ис­хож­де­ние жизни? Нет, тогда на помощь приходит панспермия!

ПАНСПЕРМИЯ

Решив теоретически проблему зарождения жизни, то есть, поставив удачный эксперимент в лаборатории, можно говорить о биогенезе, как о доказанном факте. Всё, что останется сделать, это найти место с подходящими условиями. После можно готовиться к Нобелевской премии. Нет, конечно, проблема места зарождения жизни существует [13][15], но в рамках теории панспермии её решение носит очень широкий характер. Правда, пока есть хорошие шансы решить проблему в пределах Земли. В конце концов, химическая и био­ло­ги­чес­кая репликация схожи [16], поэтому био­ло­ги­чес­кая эволюция может быть не только частным случаем химической, но и её логическим продолжением [17].

Гипотезы про­ис­хож­де­ния жизни на Земле

Когда-то, Тимофеев-Ресовский ответил на вопрос про­ис­хож­де­ния жизни так: «Я был тогда очень маленьким, и потому ничего не помню. Спросите-ка лучше у академика Опарина» [18]. И хотя не заметить тут иронии невозможно, академик Опарин попал «под раздачу» не случайно. Пожалуй, что первой по-настоящему научной гипотезой про­ис­хож­де­ния жизни на Земле была именно гипотеза «первичного бульона» Александра Ивановича Опарина [5]. И этот совершенно за­ме­ча­тель­ный учёный не только выдвинул потрясающе интересные гипотезы, но и поставил массу вопросов, на которые стоит ответить и которыми занималось множество учёных, посвятивших свою жизнь изучению абиогенеза [5].

ПЕРВИЧНЫЙ БУЛЬОН

Впервые идею абиогенеза высказал Ламарк в 1809 году: «Спонтанное фор­ми­ро­ва­ние простейших форм жизни каждого вида, является лучшим объяснением их обнаружения» [5]. Сегодня известно, что это не так. На самом деле, мы все произошли от одного простейшего организма [19], но на тот момент гипотеза про­ис­хож­де­ния жизни Ламарка была наиболее релевантной. Он опирался на на­блю­да­тель­ные факты и строил на их основании гипотезы. Это именно то, чем занимаются учёные. Наблюдают → предлагают гипотезы → проверяют их → в зависимости от результатов эксперимента, включают их в теорию или признают не­со­стоя­тель­ны­ми.

ЭТАПЫ ИСТОРИИ ЗЕМЛИ

В 1805 году Лоренц Окен писал: «Все органические существа состоят из клеток» [5]. Позже в «клетках» была найдена странная жидкая субстанция, которую назвали «протоплазмой» [20], и уже в 1861 году Томас Грэм предполагает, что из неё произошла жизнь [5]. В 1828 году Фридрих Вёлер синтезирует органику из неорганики, а именно мочевину из цианата аммония [21]. В начале XX века Леонард Троланд высказывает гипотезу происхождения жизни из эн­зи­мо­по­доб­ной молекулы со способностью к репродукции [5]. И совсем вскоре Герман Мёллер дополняет Троланда, утверждая, что этой молекулой был ген [22]. А в 1923 году выходит книга Александра Ивановича Опарина, в которой он приводит свою модель «первичного бульона» с гетерогенной бактерией [5].

ПРОТОКЛЕТКА

Важно заметить, что на сегодняшний день существуют хорошие модели таких ге­те­ро­ген­ных клеток [23]. Тот факт, что клетка гетерогенная очень важен. Он позволяет ей оставаться очень простой. Такая клетка просто впитывает окружающие её молекулы, в том числе ак­ти­ви­ро­ван­ные нуклеотиды, из которых собирается РНК и ДНК. Таким образом, хотя протоклетка и не способна вос­про­из­во­дить­ся матричным принципом, сам факт вос­про­из­вод­ст­ва становится возможным. Больше того, нуклеотиды, собранные в одном месте и отделённые от окружающей среды, обладают высоким шансом «закрутиться» в РНК, а потом и в ДНК. Хотя стоит заметить, что и гипотеза аутотрофного про­ис­хож­де­ния жизни так же имеет право на жизнь [24].

Современные гипотезы происхождения жизни

Открытие ДНК в 1953 году легло в основание самой вероятной гипотезы происхождения жизни – «мира РНК» [5], [9]. Независимо друг от друга её выдвинули в 1967 году Карл Вёзе, а в 1968 году – Лесли Орджел и Фрэнсис Крик [5]. Суть данной теории заключается в том, что всё началось с РНК. При этом совершенно не обязательно, что РНК была первой реп­ли­ци­руе­мой молекулой [9]. Но в центре всего в данной теории стоит РНК. РНК эво­лю­цио­ни­ро­вал в ДНК и привел к формированию белковых форм жизни [8]. То есть, началось всё не с белков, а с РНК! Напротив, теория «сначала метаболизм» предполагает, что всё началось с белков, у которых уже был какой-то примитивный метаболизм [9].

ГИПОТЕЗЫ АБИОГЕНЕЗА

Как уже можно было догадаться, выдвинул теорию «сначала метаболизм» Александр Иванович Опарин [25]. Но она вполне успешно существует по сей день. Кроме того, есть и другие модели. Есть даже теория «глиняного мира», в которой пред­по­ла­га­ет­ся, что основой жизни являются глиняные минералы [8]. Но двумя наиболее популярными теориями являются «мир РНК» и «сначала метаболизм». Правда, не смотря на все успехи они пока остаются гипотезами. Это факт, следующий из отсутствия стандартной модели. А главное, во что они упираются – это место про­ис­хож­де­ния жизни. Но этот вопрос заслуживает отдельного рассмотрения.

P.S. Магический кристалл неожиданно начал тускнеть, окутывая рас­сказ­чи­ка зловещей тьмой. Какое-то время вам казалось, что вы не можете пошевелиться, но когда вам удалось встать и зажечь свечу, в комнате уже никого не было. На столе, рядом с холодным тёмным шаром, лежала записка. Открыв её, вы прочли: «Возвращайся через какое-то время. Тебе ещё многое предстоит узнать. Расскажи друзьям то, что узнал сегодня, и приводи в следующий раз тех, кому можно доверять. Нам предстоит пу­те­шест­вие». Подняв глаза, вы стре­ми­тель­но устремились прочь. Теперь вам предстояло решиться на новую встречу, или забыть всё произошедшее словно сон. Выбор можете сделать только вы сами!

Источники

[1] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4460864/

[2] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2224205/

[3] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4348421/

[4] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2267227/

[5] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2964185/

[6] creation.com/did-charles-darwin-recant

[7] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4802803/

[8] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5371624/

[9] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3495036/

[10] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4187124/

[11] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3718341/

[12] sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982215004972

[13] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2211548/

[14] science.sciencemag.org/content/314/5799/630

[15] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4683543/

[16] jsystchem.springeropen.com/articles/10.1186/1759-2208-2-1

[17] jsystchem.springeropen.com/articles/10.1186/1759-2208-3-3

[18] biomolecula.ru/articles/k-voprosu-o-proiskhozhdenii-zhizni

[19] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4695844/

[20] onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/joa.12489

[21] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3899854/

[22] nature.com/scitable/topicpage/hybrid-incompatibility-and-speciation-820

[23] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2926753/

[24] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2640990/

[25] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5223774/

[свернуть]
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...

avatar
  Подпишись!  
Уведомлять
Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить