3. Возникновение и развитие жизни на Земле

Проблема происхождения жизни является одной из важнейших для современного естествознания; решение ее имеет непосредственное отношение к вопросу о сущности жизни - одному из труднейших в познании окружающего мира и самого человека. Актуальность решения данной проблемы в первую очередь обусловлена тем, что знание сущности жизненных процессов растительных и животных организмов, микроорганизмов позволяет целенаправленно управлять ими в интересах человека.

С незапамятных времен вопросы возникновения живых существ привлекали внимание человека. Во многих древних памятниках культуры запечатлено представление о возникновении живого из воды и тины, ила, оставленного разливами рек. Человек времен античности не сомневался в самозарождении жизни. Его убеждение строилось на основе наблюдаемых фактов развития многих организмов. Это убеждение еще не определялось характером мировоззрения в целом.

Когда же люди стали задумываться над природой "самозарождения", появилось много различных теорий и взглядов. И вот тут обнаружилась противоположность материализма и идеализма в понимании истока жизни.

Материалистические концепции самозарождения живого строились на основе признания определенных начал - воды, ила, тины и т. д. как исходных. Например, материалисты Древней Греции считали, что жизнь есть продолжение этих начал, содержит в себе их свойства, а самозарождение выступает естественным процессом самоформирования живых существ из этих материальных начал.

Определилось и мистическое истолкование самозарождения живого, явившегося якобы результатом вхождения в материальные образования какого-то бессмертного фактора - "души", "психики" и т. д. Все последующие идеалистические представления повторяли первоначальную мысль.

Великий французский ученый Л. Пастер своими блестящими опытами доказал невозможность образования микроорганизмов из растворов органических веществ и различных настоев, т. е. невозможность самозарождения жизни. Гниение же и брожение этих жидкостей происходит в результате деятельности микроорганизмов, которые находятся в окружающей среде (воздухе).

Однако опыты Пастера не могли служить основой для решения вопроса о происхождении живых существ. Вот почему последователи идеалистической философии и приверженцы религиозных трактовок сущности жизни использовали их для обоснования положений о вмешательстве творца в происхождение жизни.

Миф о божественном творении жизни лежит в основе всех современных религиозных учений. Как свидетельствует голландский геолог А. Руттен, на Западе многие люди верят библейским учениям о сотворении жизни богом. Для подтверждения этого мифа используются и данные современной науки. Так, астроном Ч. Викрамасингхе, исходя из наличия органических соединений в космосе, пытается доказать, что жизнь на Земле произошла из внеземных источников. Земная жизнь обязана своим происхождением "всепроникающей общегалактической живой системе". Определенные формы жизни были якобы занесены из космоса, да и сейчас поддержание жизни на Земле происходит благодаря вторжению оттуда вирусов. Идеалистическое содержание этой теории вытекает из понимания "общегалактической живой системы", возникшей и существующей якобы в силу того, что имеется "творец" жизни, "вселенский разум", имя которому может быть только одно - бог.

Попытки некоторых ученых строить концепции возникновения жизни на основе представлений о существовании космического разума, бога и т. д. несовместимы с данными современного естествознания, научными теориями происхождения жизни на Земле.

В авангарде исследований происхождения жизни оказались русские ученые во главе с академиком А. И. Опариным. В его теории становление жизни (биопоэз) рассматривается как длительный исторический процесс химической эволюции простейших соединений углерода до сложных органических молекул, характерных для современных организмов, их способности к взаимодействию и образованию многомолекулярных открытых систем.

Теория Опарина получила широкое признание в научном мире и была подкреплена экспериментальными исследованиями, которые показали, что в космическом пространстве имеют место самые различные соединения углерода. Причем их многообразие является следствием абиогенного синтеза (путем постепенного усложнения неорганических веществ и возникновения белков, которым присущи свойства живого). Можно считать, что и Земля при своем формировании имела значительное количество абиогенного органического вещества, которое в последующем послужило материалом для появления жизни. Современные исследования радиоастрономии, космохимии, анализы лунного грунта и вещества метеоритов дают убедительные данные в пользу идеи единства состава углеродистых соединений космоса, их абиогенного происхождения. Совокупность данных современного естествознания свидетельствует и о том, что эволюция химической формы движения материи ведет к становлению органических соединений нынешних живых систем.

Положения теории происхождения жизни А. И. Опарина ориентируют исследователей на моделирование процесса синтеза исходных молекул аминокислот, нуклеиновых оснований, углеводов в условиях первичной атмосферы Земли. Эксперименты М. Кальвина, С. Миллера, А. Г. Пасынского, С. Фокса и других исследователей показали, что эти важные биоорганические молекулы могут образовываться из простейших химических соединений под воздействием высоких температур, ионизирующих излучений, ультрафиолетовых лучей и электрических разрядов. Так, при действии искровых разрядов на смесь, состоящую из метана, аммиака, водорода и паров воды, образуются различные аминокислоты. При температурных воздействиях на смеси аминокислот удается осуществить их полимеризацию и получать белковоподобные соединения с определенной последовательностью аминокислотных остатков. В модельных опытах осуществлен синтез и нуклеотидных компонентов.

Современные экспериментальные данные позволяют сделать убедительный вывод, что в условиях, существовавших на нашей планете 4-4,5 миллиарда лет назад, мог происходить интенсивный абиогенный синтез органических соединений. Возможность такого синтеза предшественников нуклеиновых кислот (пурины, пиримидины, рибоза), белков (аминокислоты) и молекул других жизненно важных структур ныне является общепризнанным фактом. Поскольку синтез происходил в водной среде, то за многие миллионы лет на нашей планете образовалось то, что принято сейчас называть первородным "органическим бульоном". В отдельных местах планеты концентрация органических соединений могла быть весьма значительной. Активное изменение земной коры, выделение участков суши и водоемов, значительно меньших, чем моря и океаны, способствовало этому процессу. Создавалась возможность полимеризации простых молекул и образования сложных органических соединений.

Следующим этапом эволюции материи явилось объединение сложных полимерных молекул органических веществ в фазово-обособленные системы - пробионты, отграниченные от своего окружения и способные к взаимодействию с ним. Этот путь эволюции химических соединений непосредственно предшествовал биологической форме движения материи и должен был выработать такие качества у пробионтов, которые присущи и современным организмам. Среди этих качеств А. И. Опарин выделил следующие: способность к преодолению нарастания энтропии; целесообразность организации систем, т. е. их приспособленность к существованию в определенных условиях внешней среды; наличие специфической формы передачи информации (наследственности).

Естественный отбор способствовал сохранению тех систем, которые обладали способностью к взаимодействию с внешней средой, росту и воспроизведению своей организации. Данное положение имеет важное мировоззренческое значение. Дело в том, что современные исследователи проблемы происхождения жизни при объяснении механизмов перехода от неживого к живому сталкиваются с двумя трудными вопросами, решение которых зависит от философских позиций исследователя.

Первый связан с объяснением возможных путей усложнения отдельных нуклеотидов в структуру молекул ДНК в период становления жизни, появления организованных и упорядоченных структур из хаотических и неорганизованных. И вот здесь некоторые исследователи отходят от материализма. Так, поборники "теологического мышления" становление порядка из хаоса, беспорядка пытаются связать с деятельностью некоего "упорядочивающего начала", в качестве которого выступает бог, идея или дух. Признанием духовной управляющей субстанции в явлениях усложнения органических структур и наследственности рекомендуют решать проблемы происхождения жизни биохимик Г. Шрамм, цитолог И. Хаас и др.

Второй вопрос касается соотношения случайного и необходимого в упорядоченности структур и процессов при переходе от неживого к живому. В современной научной литературе имеют место высказывания будто переход связан со случайным образованием молекул ДНК. Эти молекулы, или "голые гены" (В. Грант), считаются первыми "живыми молекулами". Они положили и начало жизни, так как обусловили упорядоченный синтез других жизненно важных молекул. Конкуренция генов за наличные ресурсы среды положила, по мнению авторов таких положений, начало естественному отбору и процессу органической эволюции.

Однако расчеты случайного, спонтанного образования даже одной из ныне существующих на Земле молекул ДНК находятся за пределами разумной возможности. Советский биофизик Л. А. Блюменфельд подсчитал вероятность такого случая - 10-800. Бессмысленность такой величины очевидна. Не лучше обстоит дело и с утверждением о случайном синтезе полипептидов, обладающих заданной последовательностью аминокислот. Абсолютизация случайности синтезов упорядоченных молекул не объясняет причин таких явлений.

Качественно иную позицию занимал А. И. Опарин. Он считал, что химическая эволюция углеродистых соединений привела к формированию двух независимых друг от друга систем синтеза полипептидов и полинуклеотидов. В последующем объединение этих структур могло протекать независимо. Но уже само их сближение должно было привести и к функциональному объединению. В таких системах с необходимостью должны были сложиться и определенные кодовые отношения. Роль нуклеотидов в этом случае состояла в том, что они закрепляли постоянство синтеза таких комбинаций белковых структур, которые способствовали приспособлению и сохранению всей системы.

Возникновение кодовых отношений между молекулами ДНК и белков явилось, по мнению А. И. Опарина, очень важным этапом на пути эволюции пробион-тов и формирования из них примитивных живых существ. На основе действия естественного отбора происходило эволюционное совершенствование генетического кода до тех пор, пока он не приобрел существующую ныне форму. При этом действию естественного отбора подвергались не отдельные молекулы ДНК и возникшие под их влиянием белки, а целостные системы - пробионты, а затем и первичные живые организмы.

А. И. Опарин считал, что пути формирования генетического кода можно понять только в свете действия естественного отбора на целостные белково-нуклеино-вые системы. В свете сказанного спор о том, что возникло раньше - белки или нуклеиновые кислоты теряет свой смысл. Только при сочетании этих соединений в сложных системах - пробионтах - они приобрели и биологические функции, становление которых происходило на протяжении длительной эволюции. На этом пути произошла и специализация нуклеиновых кислот и белков. Молекулы белковоподобных полимеров положили начало возникновению ферментов. Эволюция нуклеотидов непосредственно связана с процессом совершенствования белоксинтезирующего аппарата. Основные принципы его работы ныне являются общими для всех живых существ. Молекулярная биология вскрыла поразительное единообразие химической, молекулярной структуры и молекулярных механизмов всего живого. Установление универсальности молекулярных основ жизни, определяющих коренное отличие живого от неживого, представляет аргументированное доказательство единства строения и организации всего живого. Эта универсальность нынешних живых систем является следствием их связи с первичными формами жизни, унаследования их генетического кода.

Выводы, сделанные об особенностях эволюции пробионтов в первичные организмы, подтверждаются экспериментальными исследованиями искусственно полученных систем, состоящих из полимерных органических молекул, характерных и для живой клетки. В качестве таких систем выступают: коацерватные капли (А. И. Опарин), микросферы (С. Фокс), сульфобы (А. Эррера) и др. Эти системы активно поглощают вещества из внешней среды. Они могут расти, дробиться, вступать в контакты с себе подобными системами. Им присущи и многие другие свойства. В процессе естественной эволюции ими могли обладать и пробионты.

С образованием первичных примитивных организмов - пробионтов - закончилась химическая эволюция материи и история возникновения жизни. После этого начался биологический этап развития, началась эволюция живых существ от наиболее примитивных до современных высокоорганизованных растений и животных. На этом этапе, длившемся многие миллионы лет, произошло формирование клеточной структуры и основ биологического обмена веществ. С возникновением клетки, а затем и многоклеточных организмов начинается расцвет жизни, вершиной которого является возникновение человека. С появлением человека и человеческого общества на Земле возникает и самая высокая из всех известных форм движения материи - социальная.

Вопрос о происхождении ныне существующего многообразия форм живого имеет большое мировоззренческое значение. В истории человеческой мысли по этому вопросу имели место и соответствующие концепции, среди которых особенно живучей была креационистская. Она строилась на утверждениях о неизменности существующих видов живого и их создании творцом. Многие крупные натуралисты прошлого придерживались такого мнения. Несостоятельность этой и других метафизических и идеалистических концепций была показана Ч. Дарвиным. Созданная им теория развития органического мира с диалектико-материалистических позиций дала объяснение происхождения и эволюции органических форм.

Эволюционная теория Дарвина явилась первым блестящим примером решения важнейшей научной проблемы с последовательно материалистических позиций. Эта теория сыграла огромную роль в становлении биологии и переходе всех ее областей на научные рельсы, подрыве идеализма и механической методологии в биологии, утверждении диалектико-материалистической методологии. На эту особенность теории Дарвина обращали внимание классики марксизма-ленинизма. В. И. Ленин, например, писал: "...Дарвин положил конец воззрению на виды животных и растений, как на ничем не связанные, случайные, "богом созданные" и неизменяемые, и впервые поставил биологию на вполне научную почву, установив изменяемость видов и преемственность между ними...".

Отмечая глубоко научное содержание дарвинизма, В. И. Ленин вскрыл и то, что учение Дарвина вызвало острую идейную борьбу. Он показал, что борьба вокруг дарвинизма связана с мировоззренческим содержанием последнего. Именно в том, что дарвинизм материалистически обосновал основные закономерности развития органического мира и ниспроверг тем самым "старые предрассудки теологии", и заключается, по В. И. Ленину, причина, вызвавшая "самую бешеную борьбу" идей вокруг этого учения. Идейная борьба вокруг дарвинизма происходит и в наши дни. Причем поход возглавляет многочисленное воинство религиозного мракобесия и политической реакции.

Дарвин показал, что ныне существующие формы живого не были сотворены сверхъестественными силами. Только из возникших естественным путем самых низших форм живой материи, по его мнению, появилось все необозримое многообразие форм живого. Причем их становление обусловлено действием естественных законов, среди которых Дарвин особое место отводил наследственности организмов, их изменчивости и естественному отбору наиболее приспособленных организмов. Эти законы он называл важнейшими факторами эволюции.

Для понимания механизма эволюции органического мира важно вскрыть биологическое содержание первого фактора - наследственности. С ней связана такая существенная особенность живого, как его дискретность (особи, популяции, виды). При воспроизведении живого происходит и передача основных свойств последующим поколениям. Явление наследственности - одно из важнейших свойств живого. Оно составляет основу для поддержания многообразия живых форм, их длительного сохранения. Современной биологией установлено, что явление наследственности связано с матричным воспроизведением молекул ДНК, протекающим при делении клетки.

Но в процессах воспроизведения наследственных структур клетки имеет место и передача изменений, которые происходят в этих структурах при воздействии факторов внешней среды. Все живые системы - это открытые системы. Они постоянно обмениваются веществом и энергией с внешней средой. В процессе функционирования клетки, организма возможно изменение качества нуклеотидов в молекулах ДНК, порядка их расположения. Данное явление получило название генных мутаций.

Современной биологией установлено, что мутации являются источником наследственной изменчивости, а мутационный процесс - поставщиком материала для естественного отбора. Являясь случайным процессом, мутации изменяют исходные признаки и свойства организмов в различных направлениях. Они представляют собой тот процесс, который в эволюционной теории Дарвина выражался понятием "неопределенная изменчивость". Дарвин считал наследственную изменчивость предпосылкой эволюции. Современные представления о процессах мутаций и их роли в эволюции живого позволили вскрыть ее сущность.

Важнейшим фактором эволюции, по Дарвину, является естественный отбор. Под ним ученый подразумевал процесс выживания наиболее приспособленных и гибель менее приспособленных организмов. Дарвин показал, что естественный отбор действует через сохранение и накопление мелких, но полезных наследственных изменений. Так, им впервые дано материалистическое объяснение приспособленности организмов к окружающей среде, которая определяется не мистической целью, к которой стремятся организмы, не волей творца, а постоянно действующими материальными причинами.

Естественный отбор сводится к следующему. В связи с постоянными процессами изменчивости появляются особи с новыми признаками. Они отличаются от типичных особей данного вида и своими потребностями. Внутри вида создается неоднородность его состава. В борьбе за существование выживают наиболее приспособленные организмы. Они образуют разновидности, из которых затем образуются новые виды. Так, естественный отбор приводит к образованию новых органических форм, увеличению их многообразия.