Ретроспективный анализ исследований происхождения жизни

Информация и возникновение жизни

Уолтер Л. Брэдли, Чарльз Б. Тэкстон

Глава из книги «ГИПОТЕЗА ТВОРЕНИЯ. Научные свидетельства в пользу Ра­зумного Создателя» / Под ред. Дж. П. Морлэнда — Симферополь, 2000. — 336 с.

В1950 году в Чикагском университете Нобелевский лауреат Гарольд Юри читал курс лекций о происхождении Солнечной сис­темы. Двадцатидвухлетний Стэнли Миллер, студент старшего кур­са, исправно посещал его лекции. Помимо всего прочего, Юри за­метил, что было бы интересно искусственно воссоздать атмосфе­ру ранней Земли, а затем пропустить через нее электрический раз­ряд. Собственно говоря, Юри ссылался на гипотезу, которую в 1924 году выдвинул Опарин, именно так представлявший себе развитие живых систем.¹ Миллер был в восторге от этой идеи и впослед­ствии сделался знаменитым благодаря одному-единственному простому опыту, который, как казалось в те времена, разрешил величайшую из всех проблем, над какими ученым доводилось ло­мать голову. Поместив аммиак, метан и водород в герметичный стеклянный прибор с кипящей водой и подвергнув смесь воздей­ствию искровых электрических разрядов, Миллер через несколько дней заметил, что и в воде, и на стекле появилась вязкая краснова­тая масса. Проведя её химический анализ, Миллер к своему вос­торгу обнаружил, что эта субстанция содержит аминокислоты -строительный материал, из которого состоят белки, основа живой материи. Результаты эксперимента, которые Миллер опубликовал в скромной, всего на две странички, статье в журнале "Science",¹ произвели сенсацию, — казалось, наконец-то найдено безусловное доказательство того, что жизнь могла зародиться вследствие про­стейших химических реакций в «первичном бульоне».

Эксперимент Миллера был с огромным энтузиазмом принят и научным сообществом, и широкой публикой. Карл Саган, астро­ном, возглавляющий программу поисков внеземной жизни, назвал эксперимент «единственным, но самым значительным шагом к убеждению множества ученых в том, что жизнь на Земле — от­нюдь не единственная в космосе».³ По словам химика Уильяма Дея (William Day), это был «эксперимент, который расчистил зава­лы» и продемонстрировал, что первый шаг в зарождении жизни

был не случаен, но неизбежен.⁴ В 1959 году в Чикаго, накануне торжественного празднования столетнего юбилея «Происхожде­ния видов» Дарвина, астроном Харлоу Шегши (Harlow Shapley) в своём выступлении по телевидению сказал, что эксперимент Мил­лера «убеждает нас в том, о чем мы давно догадывались: человек может перекинуть мост от неживого к живому, и появление жиз­ни — это, по сути, автоматический биохимический процесс, возни­кающий естественным образом при определенных физических ус­ловиях».⁵ Собственно, можно сказать, что эксперименты Миллера породили неовитализм, теорию о стремлении к самоорганизации, которое якобы заложено в материи.⁶ Тема биохимической предоп­ределенности попала даже на страницы учебников,⁷ а этапы эво­люции, аналогичные схеме на рисунке 5.1, стали восприниматься как нечто само собой разумеющееся.

Ретроспективный анализ исследований происхождения жизни

Увы, восторги ученых мужей на поверку оказались скороспе­лыми. Через сорок лет Миллер, будучи уже преподавателем хи­мии в университете штата Калифорния в Сан-Диего, сказал (как цитирует "Scientific American "): «Вопрос о происхождении жизни оказался намного сложнее, чем я, да, собственно, и большинство остальных людей, мог себе представить».⁸

Нельзя сказать, что с 1953 года не наблюдалось никакого про­гресса. За те сорок лет, что прошли после первых экспериментов Миллера, было проведено множество схожих и производных опы­тов, которые, как считалось, должны были определить, сколько имен­но «молекулярных кирпичиков» — мономеров, из которых состоят ДНК {дезоксирибонуклеиновой кислоты) и РНК (рибонуклеиновой кисло­ты), а также белков могло образоваться в пребиотических услови­ях. Такие органические составляющие могли бы впоследствии скап­ливаться в различных водоемах, в «маленьких теплых лужицах», как выразился однажды в письме Чарльз Дарвин. С. У Фокс, К. Дозе (К. Dose)⁹ и другие ученые в 1960-е и 70-е годы неоднократно пока­зывали, каким образом подобные «кирпичики» могли бы соединить­ся в биополимерные прототипы современных биологических макро­молекул, таких, как белки и ДНК. Эксперименты начала 80-х, каза­лось, завершили картину, продемонстрировав, что РНК, возможно, способна воспроизводить копии собственной молекулы без помощи ферментов. Это важное открытие, за которое Т. Р. Чек, профессор университета штата Колорадо, получил Нобелевскую премию, пред­полагало возможность существования первичной жизни, состоящей из РНК, и первобытного «мира РНК». Такая форма жизни могла бы стать мостиком между простейшими химическими мономерами -аминокислотами и сахарами, и основанными на ДНК сложнейшими клетками современных организмов.¹⁰

В то время как в учебниках в качестве хрестоматийных приме­ров приводились эксперименты Миллера, демонстрирующие абио­тический синтез мономеров для биополимеров и существование «мира РНК» — переходного периода от этих мономеров к основан­ным на ДНК клеткам, — новые исследования 80-х годов всерьез поколебали достоверность того и другого. Выяснилось, что в тех условиях, которые якобы господствовали на Земле в период за­рождения жизни, синтез РНК был бы крайне затруднителен." Бо­лее того, было установлено, что РНК не может попросту воспро­изводить копии собственных молекул, как считалось поначалу.¹² В довершение всего, даже плодотворные эксперименты Миллера перестали считаться непогрешимыми, поскольку физики, изучаю­щие атмосферу, пришли к выводу, что атмосфера ранней Земли никогда не содержала значительных количеств аммиака, метана и водорода.¹³ К тому же, исследования лунных кратеров показали, что молодая Земля постоянно подвергалась сокрушительным бом­бардировкам огромными метеоритами и кометами. Кристофер П. Маккей (Christopher P. McKay), специалист исследовательского центра Эймс, НАСА, писал по этому поводу в "Scientific American ": «Похоже, что жизнь зародилась не в теплой лужице, а в бушую­щем урагане».¹⁴

Так каков же научный смысл исследований, проводившихся в течение последних сорока лет? Клаус Дозе (Институт биохимии в Майнце, Германия) считает, что общие усилия ученых «скорей при­вели к ясному пониманию неисчерпаемости вопроса о возникнове­нии жизни на Земле, чем дали ответ на него. В настоящее время любое обсуждение основных теорий или экспериментов в этой об­ласти либо заходит в тупик, либо заканчивается признанием учё­ных в собственном бессилии».¹⁵

Обзор главы

В этой главе мы ставим перед собой тройную цель: 1) познако­мить читателя с современной теорией возникновения жизни из «пер­вичного бульона», основанной на гипотезе Опарина; 2) критически рассмотреть эту теорию в свете как актуальных методологичес­ких, так и общепризнанных теоретических проблем; 3) обсудить альтернативные гипотезы, включая теорию разумного замысла, возникшие в ответ на множество, по-видимому, неразрешимых воп­росов, порождённых теорией «первичного бульона». Для начала мы определим, что мы подразумеваем под необходимыми условиями существования живых систем. Затем рассмотрим связь биологи­ческих функций и трехмерной структуры молекулы. Далее пока­жем, что трехмерная структура молекулы, определяющая функ­ции биополимеров, зависит от особого расположения различных мо­лекулярных компонентов этих биополимеров. Таким образом, чита­тель получит концептуальное представление о загадке возникнове­ния жизни, в основе которой лежит биологическая информация.

Затем мы представим гипотезу Опарина о возникновении жиз­ни на Земле, определившую направление большинства исследова­ний в этой области. Мы рассмотрим этапы развития жизни, имев­шие место согласно этой теории, которую иногда называют теори­ей «первичного бульона» (см. рисунок 5.1). Каждая стрелка на этом рисунке представляет собой важный этап: 1) образование компо­нентов биологических молекул из атмосферы ранней Земли; 2) объединение этих компонентов в различные биополимеры, и 3) орга­низация этих биополимеров в первые клетки, обычно называемые протобионтами, протоклетками или коацерватами. Мы не станем рассматривать в этой главе их последующее развитие в прогеноты (первые формы современной жизни) и дальнейшее возникновение архебактерий, эубактерий и эукариот — предполагаемых предше­ственников растительного и животного царств.

И, наконец, мы рассмотрим возможные альтернативы гипотезе Опарина о «первичном бульоне», в том числе и теорию разумного замысла. Стоит заметить, что утверждение о естественных при­чинах как вероятном источнике возникновения жизни (а это точка зрения большинства исследователей происхождения жизни) ещё не означает натурализма. Никто не может доказать на практике, что за «естественными» процессами не стоит некая высшая сила или разум (Бог?), управляющая ими. Собственно, именно в это ве­рит большинство христиан. А это значит, что мы не можем полу­чить метафизические выводы натурализма из опыта. Ян Барбур утверждал: «Натуралистическая теория все еще жива, но уже оче­видно, что ее стоит рассматривать как философскую точку зре­ния, а не как научное заключение».¹⁶ Аналогично, если кто-то опыт­ным путем делает вывод о том, что разум есть причина возникно­вения жизни, это не обязательно ведёт к заключению о сверхъес­тественном зарождении жизни. С помощью опыта невозможно оп­ределить, находится ли предполагаемая разумная причина в пре­делах Вселенной (натурализм) или вне её. Это ещё одно умозак­лючение, не основанное на опыте.