Представлений о зарождении жизни на Земле великое множество. Самые основные из них: теория стационарного состояния, теория креационизма, теория самопроизвольного зарождения жизни, теория панспермии, теория случайного однократного происхождения жизни, теория биохимической эволюции. Существуют и современные представления о зарождении жизни на Земле.
Теория стационарного состояния.
Согласно этой концепции Земля никогда не возникала и существует вечно и всегда способна поддержать жизнь. Если и происходили изменения Земли, то очень незначительные.
В качестве главного аргумента сторонники этой концепции выдвигают существующие неопределенности в физических, химических, геологических теориях при определении возраста Земли и Вселенной в целом.
Виды, согласно этой концепции, существовали всегда и для них есть только две возможности: выживать за счет численности либо вымирать.
Сторонники этой концепции ставят под сомнение и результаты палеонтологических исследований об изменении живых организмов во времени. Например, по палеонтологическим данным, кистеперые рыбы вымерли 70 млн. лет назад. Однако представители этого вида были обнаружены в районе Мадагаскара в наше время.
Сравнение палеонтологических данных с современными видами может иметь, по мнению сторонников этой концепции, лишь экологический смысл: перемещение вида, увеличение его численности или вымирание в неблагоприятных условиях.
Существующие разрывы в палеонтологической летописи видов, на которые обратил внимание французский ученый Ж. Кювье (1769 - 1832), и объяснение их возникновения периодически случающимися катастрофами на Земле используются сторонниками этой концепции в качестве аргументов в пользу вечного, не возникающего и не исчезающего феномена жизни.
Теория креационизма.
Она имеет самую древнюю историю, так как практически во всех политеистических религиях возникновение жизни рассматривается как акт божественного творения, свидетельством чего служит наличие в живых организмах особой силы, которая управляет всеми биологическими процессами. Эти взгляды разделяют многие религиозные учения европейской цивилизации. Процесс божественного сотворения мира и живого недоступен для наблюдения, и божественный замысел недоступен человеческому пониманию.
Интересно был решен в креационизме вопрос о продолжительности акта творения мира. В Библии сказано, что бог сотворил мир в шесть дней. Некоторые христианские теологи верят, что это были обычные дни по 24 часа. Другие богословы относятся к библейским текстам как к аллегориям и считают, что день творения занимал тысячу лет.
Но во всех случаях все рассуждения базируются лишь на вере в библейские откровения, сомневаться в истинности которых, в отличие от научных истин, нельзя.
Таким образом, концепция креационизма, по существу, научной не является - ведь она возникла в рамках религиозного мировоззрения. Она утверждает, что жизнь такова, какова она есть, потому что такой ее сотворил бог [3]. Тем самым практически снимается вопрос о научном решении проблемы происхождения жизни, так как все религии требуют принимать это положение на веру, без доказательств.
Тем не менее, эта концепция продолжала и продолжает пользоваться довольно большой популярностью.
Теория самопроизвольного зарождения жизни.
Эта теория также зародилась давно, и долгое время была единственной альтернативой креационизму. Появилась она в результате повседневных наблюдений над тем, как в мусорных кучах, гниющих отбросах постоянно появляются личинки, черви, мухи. Поскольку о существовании микроорганизмов в далекие времена не было ничего известно, то считалось, что все низшие организмы появляются путем самозарождения. Ученые Средневековья допускали, что, например, рыбы могли зародиться из ила, мыши - из грязи, мухи - из мяса. Этих взглядов придерживались многие известные ученые (Аристотель, Парацельс, Коперник, Галилей, Декарт и др.), благодаря авторитету которых эта теория смогла существовать длительный срок.
Однако, начиная с XVII в. стали накапливаться данные против такого понимания происхождения жизни. В 1668 г. итальянский естествоиспытатель и врач Франческо Реди провел серию опытов, которыми доказал, что белые черви в гниющем мясе суть не что иное, как личинки мух. В результате своих опытов он сформулировал знаменитый принцип: "Все живое - от живого". Реди стал основоположником концепции биогенеза, утверждающей, что жизнь возникает только из предшествующей жизни.
Опыты Реди были простыми и убедительными. В несколько сосудов он положил кусочки мяса. Часть этих сосудов он оставил открытыми, а часть прикрыл материей, пропускающей воздух. Вскоре в первых сосудах появились личинки мух, а в прикрытых сосудах их не было. Тем самым он доказал невозможность самозарождения червей из гниющего мяса при отсутствии мух.
Несмотря на убедительность опытов Реди, споры вокруг этой теории продолжались вплоть до середины XIX в., когда французский ученый Лиу Пастер простыми и оригинальными опытами окончательно доказал невозможность самозарождения простых организмов. Опыты Пастера продемонстрировали, что микроорганизмы появляются в органических растворах в силу того, что туда ранее были занесены их зародыши. Если же сосуд с питательной средой стерилизовать (пастеризовать), оградив тем самым от попадания в него микробов, то никакого самозарождения не произойдет. Опыты Пастера подтвердили принцип Реди и показали научную несостоятельность концепции спонтанного самозарождения организмов.
Но, опровергнув эту концепцию, Пастер, к сожалению, не предложил никакой новой идеи. Поэтому в середине XIX в. наука не смогла ответить на вопрос, как возникла жизнь на Земле.
Концепция самозарождения жизни, несмотря на свою ошибочность, сыграла позитивную роль в развитии естествознания, поскольку опыты, призванные ее подтвердить, помогли получить богатый эмпирический материал для развивающейся биологической науки.
Теория панспермии.
Практически одновременно с опытами Пастера немецкий ученый Георг Рихтер предложил гипотезу о занесении живых существ на Землю из космоса, которая позднее была названа концепцией панспермии (от греч. pan - весь, sperma - семя) [6]. Согласно этой гипотезе, зародыши простых организмов могли попасть в земные условия вместе с метеоритами и космической пылью и затем в ходе эволюции породить все многообразие земной жизни.
Иными словами, допускалась возможность возникновения жизни в разное время в разных частях галактики и перенесения ее на Землю те или иным способом. Основную идею этой концепции разделяли крупнейшие ученые конца XIX в. Кельвин, Гельмгольц, В.И. Вернадский и др., что способствовало ее широкому распространению.
В 1908 г. шведский химик Сванте Аррениус выдвинул схожую гипотезу. Он высказал мысль, что зародыши жизни существуют во Вселенной вечно, движутся в космическом пространстве под влиянием световых лучей и, оседая на поверхности планет, в частности Земли, дают там начало жизни.
Довольно большое число сторонников имеет эта концепция и в наши дни. Так, американские астрономы, изучая газовую туманность, отстоящую от Земли на 25 тыс. световых лет, обнаружили в ее спектре следы аминокислот и других органических веществ.
В начале 1980-х годов американские исследователи нашли на Антарктиде осколок породы, выбитой когда-то с поверхности Марса крупным метеоритом. В этом камне были обнаружены окаменевшие останки микроорганизмов, похожих на земные бактерии. Это может свидетельствовать, что в прошлом на Марсе существовала примитивная жизнь, может быть она есть там и сегодня.
Тем не менее, серьезных аргументов в пользу концепции панспермии нет. Но есть серьезные доводы против нее. Дело в том, что, хотя диапазон условий для возможного существования живых организмов достаточно широк, все же читается, что они (эти организмы) должны погибнуть в космосе под действием ультрафиолетовых и космических лучей.
Были попытки опровергнуть это положение. Так, голландский ученый М. Гринберг считал, что на нашу планету жизнь была занесена кометами. По его мнению, живые клетки зародились в газовых хвостах комет. Поэтому он попытался воспроизвести в лабораторных условиях кометную среду. Для этого Гринберг охладил смесь метана, окиси углерода и воды до температуры 269 ºС и подверг ультрафиолетовому облучению. В результате он получил сложные органические соединения. Но опыты Гринберга не изменили мнения большинства ученых. А.Ф. Хойл, например, предположил, что микроорганизмы образуются в космическом пространстве, захватываются кометами и рассеиваются в атмосфере планет, мимо которых они пролетают. Но предопределенность такого возникновения жизни чрезвычайно мала, а одна только возможность - не самое главное условие для зарождения живого в космосе или на Земле.
Основной недостаток теории панспермии заключается в том, что она не позволяет определить причину и механизм возникновения жизни, поскольку не дает ответа на основной вопрос о возникновении живого, а просто утверждает, что живое возникло не на Земле, а в другом месте, перенося тем самым проблему в космос. При всей широте диапазона возможных условий существования живых организмов считается, что вероятность обнаружить жизнь в пределах Солнечной системы очень мала. Доводы в пользу нахождения в метеоритах объектов, напоминающих примитивные формы жизни, пока выглядят малоубедительными.
Теория случайного однократного происхождения жизни.
Суть ее заключается в гипотезе о случайном характере возникновения на Земле первичной живой молекулы, которая появилась лишь раз за все время существования нашей планеты. В силу этого обстоятельства экспериментальную проверку данной гипотезы провести невозможно.
Эта гипотеза получила широкое распространение среди генетиков в связи с открытием роли ДНК в явлениях наследственности. Г. Меллер развивал мысль, что чисто случайно на Земле возникла единичная "живая генная молекула", обладающая внутримолекулярным жизнеопределяющим строением, которое она пронесла неизменным через все развитие земной жизни.
Долгое время моделью такой "живой молекулы" считали частицу нуклеопротеида вируса табачной мозаики. Но сейчас стало очевидным, что вирусы нельзя рассматривать как промежуточный этап на пути возникновения жизни. Дело в том, что вирусы являются организмами, паразитирующими на других живых организмах, внутри которых они только и могут жить. Поэтому вначале должна была возникнуть жизнь, а потом вирусы.
Тем не менее, идея случайного возникновения ДНК до сих пор широко распространена в научной литературе, хотя вероятность такого события очень мала. И при всей своей внешней наукообразности эта концепция по степени доказательности мало отличается от концепции креационизма.
Теория биохимической эволюции.
До середины XX в. многие ученые полагали, что органические соединения могут возникать только в живом организме. Именно поэтому их назвали органическими соединениями в противоположность веществам неживой природы - минералам, которые получили название неорганических соединений. Считалось, что органические вещества возникают только биогенно, а природа неорганических веществ совершенно иная, поэтому возникновение даже простейших организмов из неорганических веществ совершенно невозможно. Однако после того как из обычных химических элементов было синтезировано первое органическое соединение, представление о двух разных сущностях органических и неорганических веществ оказалось несостоятельным. В результате этого открытия возникли органическая химия и биохимия, изучающие химические процессы в живых организмах.
Кроме того, данное научное открытие позволило создать концепцию биохимической эволюции, согласно которой жизнь на Земле возникла в результате физических и химических процессов. В основу этой гипотезы были положены данные о сходстве веществ, входящих в состав растений и животных, о возможности в лабораторных условиях синтезировать органические вещества, составляющие белок.
Академик А.И. Опарин опубликовал в 1924 г. свой труд "Происхождение жизни", где была изложена принципиально новая гипотеза происхождения жизни. Суть гипотезы сводилась к следующему: зарождение жизни на Земле - длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой. И произошло это путем химической эволюции, в результате которой простейшие органические вещества образовались из неорганических под влиянием сильнодействующих физико-химических факторов, и тем самым химическая эволюция постепенно поднялась на качественно новый уровень и перешла в биохимическую эволюцию.
Рассматривая проблему возникновения жизни путем биохимической эволюции, Опарин выделяет три этапа перехода от неживой материи к живой:
ü синтез исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях первичной атмосферы первобытной Земли;
ü формирование в первичных водоемах Земли из накопившихся органических соединений биополимеров, липидов, углеводородов;
ü самоорганизация сложных органических соединений, возникновение на их основе и эволюционное совершенствование процесса обмена веществ и воспроизводства органических структур, завершающееся образованием простейшей клетки [7].
Несмотря на всю экспериментальную обоснованность и теоретическую убедительность, концепция Опарина имеет как сильные, так и слабые стороны.
Сильной стороной концепции является достаточно точное соответствие ее химической эволюции, согласно которой зарождение жизни есть закономерный результат добиологической эволюции материи. Убедительным аргументом в пользу этой концепции выступает также возможность экспериментальной проверки ее основных положений. Это касается лабораторного воспроизведения не только предполагаемых физико-химических условий первичной Земли, но и коацерватов, имитирующих доклеточного предка и его функциональное особенности.
Слабая сторона концепции - это невозможность объяснить сам момент скачка от сложных органических соединений к живым организмам - ведь ни в одном из поставленных экспериментов получить жизнь так и не удалось. Кроме того, Опарин допускает возможность самовоспроизведения коацерватов при отсутствии молекулярных систем с функциями генетического кода. Иными словами, без реконструкции эволюции механизма наследственности объяснить процесс скачка от неживого к живому невозможно. Поэтому сегодня считается, что решить эту сложнейшую проблему биологии без привлечения концепции открытых каталитических систем, молекулярной биологии, а также кибернетики не получится.