На главную

    

Поиски жизни в Солнечной системе

 

Хоровиц Н.

 

Пер. с англ./Под ред. и с предисл. М.С. Крицкого.-М.:

Мир, 1988.- 187 с., ил.-(В мире науки и техники).

 

 

Предисловие редактора перевода

 

Современная наука располагает богатым материалом о

физико-химической основе жизни, о путях, которые могли

несколько миллиардов лет назад привести к возникновению

примитивных организмов. В то же время нельзя забывать,

что мы судим о принципах структурной и функциональной

организации живых существ в общем-то на основании одной

модели: хорошо известного нам земного варианта жизни.

Несмотря на огромное разнообразие видов, населяющих

Землю, все они основаны на "углеродной биохимии". Обмен

веществ всех земных организмов-от простейших до че-

ловека-катализируют белки-ферменты, состоящие из одних

и тех же двадцати аминокислот: универсальны принципы

хранения и передачи наследственной информации и меха-

низм биосинтеза белка; существует глубокое сходство в

работе мембранных энергопреобразующих систем различ-

ных организмов. Единственна ли такая "углеродная модель"

или где-нибудь вне Земли, возможно, существуют иные

формы жизни? Обнаружение таких форм имело бы огромное

значение для понимания принципов организации живой ма-

терии. Вместе с тем открытие инопланетных организмов,

принципиально не отличающихся от земных, скажем, своим

генетическим кодом, в корне изменило бы наши представ-

ления о месте и характере процессов, приведших к воз-

никновению и распространению жизни во Вселенной.

 

Сегодня наука рассматривает проблему существования

внеземной жизни в очень широком плане; обсуждаются даже

возможности установления связи с гипотетическими циви-

лизациями иных звездных миров. Однако первоочередной и

наиболее важной задачей ныне стало исследование вопроса

об обитаемости планет Солнечной системы. Если не считать

наивных с сегодняшней точки зрения суждений о присутст-

вии живых существ на планетах и даже на Солнце (вы-

 

сказывавшихся в прошлом после признания гелиоцентри-

ческой системы Коперника), то можно утверждать, что

действительно научный интерес к проблеме жизни на пла-

нетах Солнечной системы пробудился лишь на рубеже на-

шего столетия. Развитие астрономии и биологии достигло к

тому времени такого уровня, что стало возможным реально

оценить крут небесных тел. где наличие жизни практически

исключено, и выделить наиболее вероятных "претендентов" -

ближайшие к Земле планеты, прежде всего Марс.

 

Наблюдения с Земли не позволяли сколько-нибудь досто-

верно судить не только о присутствии на этой планете живых

организмов, но и просто о реально существующих там

климатических условиях. А различные косвенные данные.

полученные в ходе наблюдений, подогревали фантазию и

заставляли строить увлекательные, но. как мы теперь знаем.

фантастические гипотезы. Сейчас даже трудно сказать, на

что эти гипотезы повлияли больше-на научное мышление

или на художественное творчество. Во всяком случае, именно

под их влиянием появились такие произведения, как "Война

миров" Г. Уэллса, "Аэлита" А. Толстого. "Марсианские

хроники" Р. Брэдбери. Среди исследователей проблемы бы-

ли энтузиасты, например американский астроном П. Ловелл

или советский ученый Г. А. Тихов. были и скептики. Однако

читатели старшего поколения, наверное, помнят, что в

40-50-х годах в научно-популярной литературе широко об-

суждалась перспектива обнаружить на Марсе если не мар-

сиан или леса тянь-шаньских елей, то уж во всяком случае

лишайники, что в общем отражало и взгляды специалистов.

 

Ситуация изменилась коренным образом в 1957 г. Запуск

в СССР первого спутника ознаменовал выход человечества в

космическое пространство, и вопрос о возможной встрече с

внеземной жизнью перешел в разряд реальных. Прежде всего

появилась техническая возможность прямого исследования

планет и других объектов Солнечной системы. Помимо

чисто фундаментальной, общебиологической стороны проб-

лемы существенным был признан и ее другой аспект: контакт

человека с ранее неизвестными видами патогенных микро-

организмов и перенос их на Землю могли представлять

серьезную угрозу. Поэтому поиск внеземной жизни стал

практической задачей космических исследований.

 

При этом чрезвычайно важно было определить пределы

поиска, т. е. свести довольно расплывчатую проблему к

конкретному кругу вопросов, на которые можно получить

убедительный ответ с помощью современной аппаратуры.

 

Потребовалась своеобразная инвентаризация, а в чем-то и

ревизия существующих представлений о природе жизни и

физико-химических пределах ее распространения. Но глав-

ное, была необходима широкая мировоззренческая концеп-

ция. позволяющая осмыслить феномен жизни в плане общей

эволюции материи во Вселенной.

 

Такой концептуальной основой для экзобиологического

обследования планет и других космических объектов стали

представления, разработанные еще в 30-х годах нашим

выдающимся соотечественником академиком А. И. Опари-

ным. Согласно его взглядам, возникновение жизни нераз-

рывно связано с химической эволюцией соединений угле-

рода, происходящей как на Земле, так и в космическом

пространстве. Подчас приходится слышать, что при всей

философской ценности теоретических воззрений А. И. Опа-

рина они чрезвычайно далеки от практики. Опыт становле-

ния экзобиологических исследований свидетельствует об об-

ратном. Именно с началом космической эры пробудился

широкий научный интерес к проблеме происхождения жизни.

По-видимому, это не просто совпадение, что в 1957 г.,

незадолго до запуска первого в мире искусственного кос-

мического тела, в нашей стране состоялся и первый Между-

народный симпозиум по проблеме происхождения жизни,

т. е. проблема из чисто умозрительных построений энту-

зиастов-одиночек превратилась в активно разрабатываемую

отрасль экспериментальной науки.

 

Среди участников исторического московскою симпози-

ума был и американский ученый Норман Хоровиц, книгу

которого мы представляем вниманию советского читателя.

Его имя хорошо известно биологам разных специальностей.

Еще в 40-х годах, начав работать в области генетики микро-

организмов (результаты этих исследований легли в основу

современной молекулярной генетики), он первым попытался

использовать генетико-биохимические подходы для анализа

процесса эволюционного становления жизни. Позднее, в

60-70-х годах, возглавив биологический отдел Лаборатории

реактивного движения, Н. Хоровиц участвовал в разработке

и осуществлении программы "Викинг", основной задачей

которой был поиск следов жизни на Марсе. О результатах

этих исследований и их значении в общем контексте пробле-

мы происхождения жизни и ее распространения в Солнечной

системе он и рассказывает в своей книге.

 

Эксперименты, проведенные на поверхности Марса с

помощью научной аппаратуры "Викингов", интересны не

только с чисто технической точки зрения, т. е. как измерение

определенных запланированных ранее параметров, имеющих

отношение к жизнедеятельности возможных обитателей

Марса. Любопытен и другой аспект исследований. Любой

ученый мечтает об эксперименте, дающем однозначный и

четкий ответ на поставленный вопрос. Вместе с тем, по

крайней мере в биологических исследованиях, приходится

сталкиваться и с результатами, допускающими неоднознач-

ную трактовку. ("Теория должна быть разумной, а факты не

всегда таковы",-это высказывание видного американского

генетика Дж. Бидла автор взял в качестве эпиграфа к одной

из глав книги.) И дело здесь не в каком-то дефекте методик

измерения, а в том, что наша исходная информация об

изучаемом объекте не всегда достаточна для того, чтобы

однозначно и четко спланировать эксперимент.

 

С подобной ситуацией ученым пришлось столкнуться и

при анализе результатов измерений, проведенных прибо-

рами "Викингов" на "красной планете". Три эксперимента

были нацелены на выявление продуктов обмена веществ

возможной микрофлоры Марса: газообмен, выделение ра-

диоактивной метки и выделение продуктов пиролиза. Если

бы спускаемые аппараты "Викингов" не были укомплекто-

ваны еще и высокочувствительным газовым хроматографом

в комбинации с масс-спектрометром для обнаружения ор-

ганических соединений в грунте, то на основании резуль-

татов трех названных ранее экспериментов, мы, возможно,

склонились бы к мысли, что Марс обитаем. Однако от-

сутствие органических соединений в образцах грунта сыгра-

ло решающую роль и заставило ученых искать объяснение

полученных результатов не в метаболизме мифических оби-

тателей Марса, а в своеобразных химических свойствах

неорганических компонентов поверхности планеты.

 

Так можно ли считать вопрос о жизни на Марсе окон-

чательно и бесповоротно решенным? Расстаться с полными

своеобразного очарования иллюзиями об обитаемом Марсе,

конечно, нелегко. Закрадывается мысль, что получить ис-

черпывающий ответ на этот вопрос можно лишь при не-

посредственном исследовании планеты космонавтами, вы-

садившимися на ее поверхности, или хотя бы при лабо-

раторном анализе образцов грунта, доставленных в назем-

ную лабораторию. Высказываются предположения (подчас

не имеющие убедительных экспериментальных оснований),

что под грунтом Марса могут существовать огромные массы

жидкой воды и обитать живые организмы. Иными словами,

нужно еще попробовать, еще постараться, и тогда...

 

Но, строго говоря, вся совокупность данных современной

науки не дает основания верить в существование марсиан-

ской биосферы. Читатель убедится в этом, ознакомившись с

книгой Н. Хоровица, где дан подробный, логичный, но

вместе с тем понятный для неспециалиста анализ научных

представлений об адаптационных возможностях земных ор-

ганизмов и реальных условиях, существующих на поверхнос-

ти Марса. Тем не менее экзобиологические исследования

этой планеты нельзя считать завершенными. Теперь их

целью должен быть не поиск ныне живущих организмов, а

выяснение вопроса о существовании там жизни в более

ранние эпохи, когда на поверхности планеты присутствовала

жидкая вода. На повестку дня встают палеобиологические,

особенно микропалеобиологические, исследования Марса,

что, по-видимому, станет возможным лишь при непосред-

ственном изучении исследователями образцов грунта. Время

покажет, будут ли эти образцы отбираться автоматическими

станциями и доставляться на Землю или их соберут и

исследуют космонавты в ходе пилотируемых экспедиций. В

любом случае научно-инженерное и технологическое обес-

печение таких исследований потребует огромных материаль-

ных средств и, быть может, совместных действий ученых

различных стран мира. И тогда, возможно, образцы мар-

сианского грунта лягут на лабораторные столы исследо-

вателей-землян .

 

Книга Н. Хоровица побуждает нас еще раз задуматься об

уникальности Земли как планеты жизни и необходимости

объединить свои усилия во имя ее сохранения. Хочется

надеяться, что умная, увлекательная книга американского

ученого будет с интересом встречена советскими читателями.

 

М. С. Крицкий

 

Предисловие автора

к русскому изданию

 

Запуск в 1957 г. первого искусственного спутника Земли

(советский "Спутник-1") возвестил наступление космической

эры. Наблюдая холодными октябрьскими вечерами за дви-

жением в небе маленького космического корабля, люди

стали осознавать, что человечество находится на пороге

новой эпохи исследований. Отныне мы не были привязаны

к Земле силой гравитации, перед нами открывалась возмож-

ность посетить другие миры Солнечной системы: сначала

Луну, затем планеты. Что же должен был сделать человек,

высадившись в иных мирах? Ответ не вызывал сомнений:

прежде всего выяснить, существует ли там жизнь.

 

Эта книга написана почти 30 лет спустя после полета

первого спутника. Ее цель-рассказать о том, что известно

сегодня о жизни на других планетах Солнечной системы. Но

прежде, чем отправиться на эти планеты, следует задать себе

несколько фундаментальных вопросов, касающихся природы

жизни, ее химических основ и происхождения. Лишь разоб-

равшись в них, можно судить о возможности жизни в иных

мирах. Как мы узнаем из книги, к 1971 г. ученым стало ясно,

что только на Марсе можно было с некоторой вероятностью

ожидать наличия жизни.

 

Итак, поиски сосредоточились на Марсе, загадочном

Марсе, планете, породившей бесчисленные романтические

сказки и не менее фантастические наблюдения многих уче-

ных. Аппараты "Викинг", выведенные на орбиту вокруг

Марса и совершившие в 1976 г. посадку на его поверхность,

не обнаружили там ни самой жизни, ни условий благоприят-

ных для ее существования. На равнинах Хриса и Утопия

угасла давняя мечта человечества: мы оказались одиноки

в Солнечной системе.

 

Ученым предстоит еще проделать огромную работу по

исследованию Марса. Остается, например, неясным, сущест-

 

вовала ли там жизнь в прошлом, когда на поверхности

планеты была вода. Удастся ли в глубине марсианской коры

обнаружить останки микроорганизмов или органические ве-

щества? И этим не исчерпываются все вопросы. Тем не менее

первые исследования, о которых рассказывается в книге,

особенно интересны. Причем не только потому, что они дали

четкий ответ па очень старый вопрос. В них. как никогда

ибо в Солнечной системе нет другого тела, подобного

Марсу, переплелись жажда научного поиска, технические

достижения и общественный энтузиазм.

 

В свежей книге я попытался языком, доступным широкой

аудитории, поведать о событиях, непосредственным участ-

ником которых являлся. Я чрезвычайно рад возможности

лично представить книгу советскому читателю и глубоко

признателен за это издательству "Мир".

 

Июль 1987 г.

 

Норман X. Хоровиц

 

Посвящается Перл

Критик и болельщица, стилист, редактор,

вдохновитель-она сделала бы это лучше

 

Вступление

 

Проведенные в 1960-1970-х годах исследования планеты

Марс, кульминацией которых явилась посадка (1976) на

поверхность планеты двух космических аппаратов "Викинг"

с приборами на борту, воплотили давнюю мечту чело-

веческой цивилизации. Поскольку эти исследования дали

отрицательный ответ на самый волнующий вопрос отно-

сительно жизни на Марсе, многие люди склонны рассматри-

вать полученные результаты как бесспорную неудачу. В

действительности же это блестящий успех. Серия прекрасно

спланированных и проведенных космических полетов за

десятилетие превратила Марс из загадочной планеты с

долгой романтической судьбой в один из наиболее изу-

ченных объектов Солнечной системы. Для ученого, которому

довелось участвовать в осуществлении "марсианской про-

граммы", она была и остается выдающимся научным пред-

приятием, как и любое другое первое исследование нового,

неведомого мира. По широте научных интересов, необычай-

ной сложности приборов, размаху и многообразию (а также

эффективности) организационной структуры, волнениям как

участников, так и наблюдателей, по своей исторической

значимости исследование Марса заняло уникальное место в

истории науки нашего времени.

 

Отсутствие следов жизни в местах посадки обоих ап-

паратов "Викинг" и данные, неоспоримо свидетельствую-

щие, что все другие районы Марса столь же безжизненны,

достаточно убедительно говорят о том, что жизнь в пределах

Солнечной системы существует лишь на Земле. Это заклю-

чение вызывает непреходящий интерес. Все, кто внимательно

следил за ходом исследований Марса, начавшихся в 1965 г. с

полета аппарата "Маринер-4", не были удивлены таким

концом. Однако у многих, особенно у людей, далеких от

науки, это вызвало такое разочарование, с которым они до

сих пор не могут примириться.

 

Представление об обитаемости Марса занимает особое

место в нашем восприятии действительности, оно оказало

сильное влияние на весь ход и методы исследования планеты.

Этим объясняется тот примечательный факт, что вся серия

полетов, связанных с изучением Марса, была завершена

всего за 20 лет-начиная с запуска первого советского спут-

ника ("Спутник-1", октябрь 1957 г.), открывшего космичес-

кую эру. Предположение, что Марс-это просто "вариант"

Земли, но только с более суровыми условиями, которое

бытовало, несмотря на обилие фактов, свидетельствовавших

в пользу иной точки зрения, заметно повлияло на выбор

программы биологических экспериментов, проведенных ап-

паратами "Викинг". Подобные взгляды нашли свое отра-

жение и в международном соглашении о необходимости

строгой стерилизации всех космических аппаратов, пред-

назначенных для исследования этой планеты. Укоренившие-

ся представления о Марсе оказались столь сильными, что

подействовали даже на обычно здравые суждения ученых. Об

этом свидетельствуют, в частности, те полуфантастические

идеи. которые были в ходу еще совсем недавно. Их проверка

и последующее уточнение (главным образом в период

1965-1976 гг.) представляют собой выдающуюся главу в

истории современной науки.

 

Моя книга-это своеобразный отчет о тех событиях.

увиденных глазами одного из участников, который, хочу

надеяться, будет понятен и интересен неспециалистам. Ничего

подобного марсианскому проекту с его уникальной смесью

фантастики, научных устремлений, технических возможнос-

тей и всеобщего энтузиазма не предвидится в ближайшем

будущем хотя бы потому, что в Солнечной системе нет

другого столь же привлекательного объекта, как старый

Марс. Я попытался также объяснить непосвященному чи-

тателю научные основы поиска внеземных форм жизни и

условия, необходимые для существования жизни, связав все

"по с выбором Марса как единственно подходящего объекта

для таких исследований. Я надеюсь также доказать, почему

эти исследования теперь можно считать завершенными.

 

Мне хотелось бы сердечно поблагодарить моих коллег за

важные замечания, сделанные к различным главам рукописи;

в этой работе принимали участие Элизабет Бертэни,

Дж. Б. Фамер. Джесси Гринстейн, Дэвид Хоровиц, Джерри

Хаббард. Эндрю Ингерсолл, Роберт Лейтон. Линн Мар-

 

i-улис, Сгенли Миллер. Брус Мюррей. Лесли Оргел, Маартин

Шмидт и ныне покойный Ральф Робин. Кроме того, в

изложении некоторых вопросов мне оказали помощь Бентон

Кларк, Джон Эдмонд, Клиффорд М оран. Конуэй Снайдер,

Дэвид Стивенсон, Стивен Вогель и Юк Янг. И я глубоко

признателен всем моим друзьям. Однако никто из них ни в

коей мере не несет ответственность за какие-либо упущения

книги все изложенные в ней взгляды отражают только мою

точку зрения.

 

Я особенно благодарен Харди Мартелю. который помог

мне ярче выразить внутренний "настрой", присущий моему

повествованию. Я признателен Джениджой Ла Белле, обра-

тившей мое внимание на стихотворение Теодора Ретке,

строки которого взяты эпиграфом к гл. ?. а также Шерил

Коппер-за умелое редактирование и Джерри Ван-дер-Вуду-

за помощь в подготовке иллюстраций.

 

 

Глава 1

Что такое жизнь?

 

Не так уж много времени прошло с тех пор,

как генетика и биохимия стали самостоятель-

ными науками, каждая из которых . . . пытает-

ся подобрать ключ к феномену жизни. Биохи-

мики обнаружили ферменты, а генетики-

гены.

 

Уильям Хеш`, "Генетика бактерий и бакте-

риофагов" (1968)

 

Год 1958. Эпоха бурного развития космических иссле-

дований, и вам предложили принять участие в подготовке

исследований по обнаружению жизни на Марсе. Предло-

жение принято (разве откажешься?)-и вскоре вы замечаете,

что поглощены мыслями о том, как искать жизнь в другом

мире. Как опознать живые объекты другой планеты? Что мы

имеем в виду, когда называем что-либо "живым"? Впрочем,

подобные вопросы занимали философов еще со времен

Аристотеля.

 

Обычно не трудно решить, живой объект перед нами или

пет. Мы связываем "состояние жизни" с определенным

внешним видом и поведением, а отсутствие таковых, как

правило, приводит к совершенно справедливому заключе-

нию, 410 данный объект не является живым. В особо инте-

ресных или важных случаях, например когда нужно уста-

новить, живы или нет семена, найденные в древнеегипетских

гробницах, или наступила ли смерть данного человека,

используются определенные тесты. Но пригодны ли по-

добные критерии для обнаружения жизни на Марсе? По-

видимому, нет. Наша концепция "живого" должна быть

достаточно широкой, чтобы мы могли распознать жизнь в

любом ее проявлении и с достаточной точностью и вместе с

гем не обнаружить ее там, где она отсутствует. Для этого

нужно глубоко проникнуть в сущность природы живой

материи, как это и делает современная биология.

 

Жизнь и генетический механизм

 

Живые системы отличаются от неживых двумя важными

особенностями. Прежде всего, даже самый простой организм

по своему составу и строению гораздо сложнее любого

 

сравнимого с ним по размеру объекта неживой природы. Мы

до сих пор еще не знаем полностью, какова структурная

организация живой клетки, ибо обнаруживаются все новые

ее компоненты-и конца этому не видно. Следует помнить,

что при этом не принимается во внимание сложность ор-

ганизации многоклеточных организмов, где огромные по-

пуляции клеток, специализированных на выполнении опре-

деленных функций, должны взаимодействовать по согла-

сованной и взаимовыгодной программе. Данное обстоя-

тельство влечет за собой вторую отличительную особен-

ность живых организмов: оказывается, структура и орга-

низация клетки, по-видимому, обусловлены ее предназна-

чением, конечной целью которого является выживание ор-

ганизма. В прошлом эти уникальные свойства живых ор-

ганизмов привели к убеждению, что они обладают некой

"жизненной силой"-таинственным, нефизическим началом,

которым обусловлены особенности, отделяющие живой мир

от неживого непроходимой пропастью. Сейчас подобные

рассуждения кажутся нелепыми. Мы знаем, что живая ма-

терия по своему химическому составу принципиально не

отличается от неживой: живые существа состоят из тех же

атомов и молекул и ничего более в себе не заключают. Что

отличает их от всего остального мира, так это способ.

которым их атомы и молекулы соединены друг с другом.

Таким образом, жизнь есть проявление определенных ком-

бинаций молекул.

 

На нашей планете, как известно, основные жизненные

процессы обеспечиваются молекулами только двух типов:

белками и нуклеиновыми кислотами. Белки образуют фер-

менты-высокоэффективные катализаторы*, способствую-

щие протеканию в живых системах самых разнообразных

химических реакций. Те или иные химические изменения и

характеризуют всю жизнедеятельность живых существ; усво-

ение пищи, образование новых клеток и клеточных компо-

нентов, сокращение мышц и передача нервных импульсов-

вот лишь несколько функций, при осуществлении которых

происходит химическое превращение молекул одного типа в

другой. Эти и множество других специфических реакций,

происходящих в организме, "отбираются" и возбуждаются

при непосредственном участии ферментов; последние, таким

образом, определяют направление и выход конечного про-

 

* Смысл используемых в книге специальных понятий разъясня-

ется в "Словаре терминов".

 

дукта всего сложного комплекса процессов, называемого

обменом веществ, или метаболизмом, который характерен

только для живого организма.

 

Живые клетки синтезируют белки, которые обладают и

другими функциями. К неферментативным белкам относятся

гемоглобин, инсулин, различные антитела. Наиболее распро-

страненным белком, синтезируемым в организме млекопи-

тающих, является коллаген-своего рода строительный ма-

териал для костей, кожи или зубов.

 

Нуклеиновые кислоты выполняют совершенно иную

функцию. Они образуют гены - носители всех видов гене-

гической (наследственной) информации. Имеются два типа

нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и ри-

бонуклеиновая (РНК), и обе они обнаружены во всех клет-

ках. Несмотря на большое сходство в их химическом строе-

нии, во всех известных нам организмах (за исключением

некоторых вирусов) генетическую функцию несет ДНК. Ге-

нетическая информация, по-видимому, целиком связана с

синтезом белковых молекул: их химическим строением, вре-

менем и скоростью синтеза.

 

Как нуклеиновые кислоты, так и белки образованы очень

большими молекулами, состоящими из линейно располо-

женных маленьких субъединиц-"строительных блоков". У

нуклеиновых кислот эти строительные блоки называются

нуклеотидами. Четыре различных типа нуклеотидов состав-

ляют молекулы ДНК и РНК (их строение показано на

рис. 1). Генетическая информация кодируется последова-

тельностью нуклеотидов, так же, как информация, содер-

жащаяся в напечатанной странице, кодируется последова-

тельностью букв. Строительными блоками белков являются

аминокислоты. В природе их существует великое множество,

но только 20 одни и те же 20 аминокислот во всех известных

видах-используются при образовании белков (строение

аминокислот показано на рис. 2).

 

Важной характеристикой аминокислот является оптиче-

ская изомерия. Все они (за исключением самой простой-

глицина) могут существовать в двух формах, которые от-

личаются одна от другой так же, как левая рука отличается

от правой, т. е. являются зеркальным отражением друг друга

(рис. 3). Два оптических изомера идентичны по своим хи-

мическим свойствам, но поскольку их невозможно совмес-

тить (перчатку с правой руки нельзя надеть на левую), они не

могут заменять друг друга при построении белковых мо-

лекул или каких-либо иных трехмерных родственных струк-

тур. Интересно, что аминокислоты всех известных белков

относятся к левовращающим, L(/e()), изомерам. В принципе

в каком-то ином живом мире все аминокислоты могли бы

быть и правовращающими. или D {dextro), изомерами, и этот

мир (функционировал бы так же, как и земной. Тот факт, что

в нашем мире L-аминокислоты оказались предпочтительнее.

чем D, вероятно, следует рассматривать как историческую

случайность. На какой-то другой планете, где аминокислоты

1акже играли бы определенную роль в биохимии орга-

низмов. с равной вероятностью возможны как L-. так и

D-формы.

 

Типичная молекула белка образована одной или несколь-

кими непочками, называемыми полипептидами, каждая из

которых в свою очередь состоит из нескольких сотен сое-

диненных друг с другом аминокислот. Обычно все их 20

типов представлены в каждой такой цепочке (рис. 4). Це-

почки свернуты в сложные трехмерные структуры, или кон-

формации. нередко напоминающие спутанный клубок ниток.

Особые свойства белковых молекул-как ферментов, так и

неферментов -завися) от их конформации. Когда конфор-

мация нарушена (в результате процесса, называемого де-

натурацией). белок перестает функционировать, даже если

его аминокислотные цепочки остаются неповрежденными.

При соответствующих условиях денатурированные белки

могут самопроизвольно ренатурировать-при этом их функ-

ции восстанавливаются. Подобное восстагговление свиде-

тельствует о том. что трехмерная конфигурация молекулы

определяется только последовательностью аминокислот, ко-

торая, как известно, кодируется генами.

 

Правила, которые определяют последовательность ами-

нокислот. просты, но доказательство их существования по

нраву считается одггим из величайших достижеггий биологии

XX в. Говоря кратко, последовательность аминокислот, ха-

рактеризующая ту или иную полипептидггую цепь, опре-

деляется отдельным геном, и этот ген нс выполняет более

никаких других функций. Белок, состоящий из одной цепи

(или нескольких, но идентичных по последовательности),

кодируется единственным геном: белок, состоящий из двух

цепей, отличающихся по структуре, кодируется двумя раз-

личными генами и т.д. Кодирование осуществляется сле-

дующим образом: каждой амиггокислоте соответствует ком-

бинация грех нуклеотидов из четырех типов, составляющих

ДНК. Из четырех различных нуклеотидов можно составить

64 комбинации по три нуклеотида: ААА, ААГ, АГА и т.д..

 

1дс буквы соответствуют азотистым основаниям нуклеи-

новых кисло 1. изображенным на рис. 1. Каждый триплет

колирует одну аминокислоту, за исключением трех бессмыс-

ленных ("нонсенс") триплетов, которые обозначают окон-

чание считывания кода. Таким образом. 20 аминокислотам

соо1ве1ствует 61 триплет, и следовательно, в [енетическом

коде большинству аминокислот соответствукл два или три

триплета (см. табл. 1).

 

Итак. генетическая информация каждого организма со-

стоит из закодированной в его ДНК комбинации программ.

 

Таблица 1. Генетический код

Аминокислота Триплеты оснований

Глицин ГГТ. ГГЦ, ГГА. ГГГ

Аланин ГЦТ, ГЦЦ, ГЦА. ГЦГ

Валин ГТТ, ГТЦ, ГТА, ГТГ

Лейцин ТТА, ТТГ. ЦТТ, ЦТЦ, ЦТА,

  ЦТГ

Изолейцин АТТ. АТЦ. АТА

Серии ТЦТ, ТЦЦ, ТЦА, ТЦГ. АГТ,

  АГЦ

Треонин АЦТ, АЦЦ, АЦА, АЦГ

Аспарагиновая кислота ГАТ, ГА Ц

Глутаминовая кислота ГАА, ГАГ

Лизин ААА, ААГ

Аргинин ЦГТ, ЦГЦ, ЦГА, ЦГГ, АГА,

  АГГ

Аспарагин ААТ. ААЦ

Глутамин ЦАА, ЦАГ

Цистеин ТГТ, ТГЦ

Метионин АТГ

Фенилаланин ТТТ, ТТЦ

Тирозин ТАТ, ТА Ц

Триптофан ТГГ

Гистидин ЦАТ, ЦАЦ

П роли и ЦЦТ. ЦЦЦ. ЦЦА, ЦЦГ

"Нонсенс" (бессмысленные ТАА, ТАГ, ТГА

колоны)

 

которые и управляют синтезом большого числа ферментов и

других белковых молекул. Этим основным положением

обусловлены все другие особенности жизнедеятельности ор-

ганизма: его развитие, структура, тип обмена веществ и поведе-

ние, так как все они генетически предопределены. Таким

образом, нуклеиновые кислоты и белки образуют сцеплен-

ную, взаимозависимую систему: синтез молекул обоих типов

 

зависит от активности множества ферментов, для синтеза

которых необходима информация, содержащаяся в ДНК.

Именно в такой самоподдерживающейся генетической систе-

ме и закодированы все уникальные свойства живой материи.

 

Связь между генами и белками весьма непроста, но

вполне понятна. Чтобы выжить, организм должен синте-

зировать великое множество разнообразных типов белков.

Но белковые молекулы-это огромные и чрезвычайно упо-

рядоченные структуры, которые построены из отдельных

аминокислот, и если бы каждому организму приходилось

заново выбирать, в какой последовательности соединить

аминокислоты, чтобы наилучшим образом синтезировать

необходимые белки, он бы не смог выжить. Поэтому ин-

 

формация-необходимое для жизни и незаменимое генети-

ческое наследство-должна передаваться от родителей к

потомкам. Если бы нужные последовательности аминокис-

лот могли быть скопированы с уже существующих белковых

молекул, то нуклеиновые кислоты оказались бы ненужными.

Однако по своему строению белковые молекулы не годятся

для копирования. В то же время последовательность нуклео-

тидов, образующих полинуклеотидные молекулы, может

быть легко скопирована. Поэтому программы "сборки"

белковых молекул закодированы в нуклеиновых кислотах, и

именно они копируются в каждом поколении и передаются

по наследству.

 

Разумеется, сами по себе белки и нуклеиновые кислоты

еще не образуют организма. Чтобы ферменты могли син-

тезировать все новые молекулы нуклеиновых кислот, фер-

ментов и других веществ, необходимых для построения

организма, им нужно исходное сырье, а также источник

энергии и растворитель. Растворитель (вода) фактически

представляет собой основной компонент большинства жи-

вых существ. (Более подробно об источниках энергии и воде

мы будем говорить дальше.) Имея в своем распоряжении

исходное сырье, энергию и воду, генетическая система по-

лучает возможность сформировать организм, включая все те

структуры, которые сами по себе лишены генетических

свойств, например мембраны, окружающие каждую клетку.

 

Помимо этих основных условий для создания организма

в генетической информации должна содержаться программа,

определяющая порядок "работы". Ведь тысячи генов, в

которых записана программа построения живой системы, не

существуют все одновременно в активном состоянии. В ходе

сложных стереотипных изменений, составляющих основу

индивидуального развития организмов, особенно у много-

клеточных растений и животных, различные гены активи-

руются не одновременно и в разных клетках. Рассмотрим

простой пример. Гемоглобин вырабатывают только опре-

деленные клетки организма, и гены, несущие информацию,

необходимую для синтеза двух аминокислотных цепей, обра-

зующих этот белок, активны только в тех клетках, которые

производят гемоглобин, хотя присутствуют во всех. Более

того, гемоглобин, синтезируемый в клетках эмбриона мле-

копитающих, отличен от того, который синтезируется в

клетках взрослых особей. Это означает, что разные гены

гемоглобина вступают в действие на различных стадиях

развития организма. Закономерности такого рода, присущие

 

всем генам и клеткам организма, обеспечивают формиро-

вание отдельной особи-будь то животное или растение,-

начиная с момента оплодотворения. Программа управления

этим процессом генетически закодирована. Природа управ-

ляющих сигналов и различных механизмов, включаемых в

ходе развития, еще не совсем понятна-это предмет многих

современных биологических исследований.

 

Откуда же информация поступает в гены? Непосредствен-

ный источник ее-гены родителей. Первичным же источни-

ком этой информации являются случайные мутации-произ-

вольные изменения отдельных нуклеотидов, а иногда более

значительные перестройки ДНК, отобранные и закрепленные

в процессе естественного отбора. Мутантные гены репли-

цируются* так же, как и все другие, но при трансляции ** они

дают начало белкам с новой последовательностью ами-

нокислот и новыми свойствами или вызывают образование

измененных генетических программ развития. В большинст-

ве случаев возникшие мутации либо вредны, либо беспо-

лезны и поэтому отсеиваются в процессе естественного

отбора. Однако иногда мутация приводит к синтезу нового

полезного белка или изменению процесса индивидуального

развития, что дает то или иное преимущество особи, обла-

дающей им. Такая мутация сохраняется и распространяется

благодаря естественному отбору, так как несущие ее особи

оставляют в среднем больше потомства, чем не имеющие ее.

В конце концов мутантный тип может стать доминирующим

в популяции.

 

Возникновение у насекомых и клещей вновь приобре-

тенной устойчивости к инсектицидам - явление, наблюдаемое

во всем мире,-объясняется именно такой эволюцией белка и

последующим распространением новой формы. У некоторых

видов насекомых синтезируется мутантная форма ацетил-

холинэстеразы (фермента, необходимого для жизнедеятель-

ности нервных клеток), которая нечувствительна к орга-

ническим фосфатам, специально предназначенным для ее

уничтожения. Недавно у них возник новый мутантный фер-

мент дегидрохлориназа, который разрушает ДДТ, что обес-

печило устойчивость мух и москитов к этому химическому

препарату. Вполне естественно, что новые белки создаются

 

* Репликация синтез дочерней молекулы на родительской,

подобный получению реплики на матрице.- Прим. перев.

 

** Трансляция процесс, с помощью которого генетическая ин-

формация переводится из нуклеиновой кислоты в белок. -Прим.

перев.

 

не только у насекомых, но и у бактерий, у которых ус-

тойчивость к антибиотикам вырабатывается настолько час-

то, что это ставит серьезные проблемы перед здравоохра-

нением. Исследования показали, что инсектициды и анти-

биотики сами по себе не вызывают мутаций, приводящих к

возникновению устойчивости. Очевидно, что подобные му-

тации присутствуют в популяциях, еще не подвергавшихся

воздействию препаратов, однако там они встречаются до-

вольно редко. Неоднократное воздействие токсического ве-

щества уничтожает особей, чувствительных к этому вещест-

ву, тогда как устойчивые мутанты, размножаясь, приходят

на смену исходному типу.

 

Приведенные примеры касаются случаев небольших эво-

люционных изменений, которые произошли сравнительно

недавно. Вся же генетическая информация, заложенная в

организмах того или иного вида, является результатом очень

длительной истории таких изменений. Таким образом, всю

совокупность генов можно рассматривать как "летопись"

случаев полезных мутаций, идущую из далекого прошлого.

 

Теперь мы можем ответить на вопрос: "Что такое

жизнь?". Характерным генетическим признаком живых су-

ществ является способность к саморепликации и мутациям,

лежащая в основе эволюционного развития всех структур и

функций, которыми и отличаются живые объекты от не-

живых. В таком случае на наш вопрос можно ответить

примерно так: жизнь равнозначна наличию генетических

свойств. Любая система, способная к свободным мутациям и

их последующему воспроизведению, почти неизбежно долж-

на развиваться по пути, обеспечивающему ее выживание. За

свою долгую эволюцию она достигает той степени слож-

ности, разнообразия и целесообразности в своем строении,

которую и принято обозначать словом "живое". Таким

образом, тот "творец", следы деятельности которого мы

находим повсюду в живом мире, есть не что иное, как

естественный отбор, влияющий на спонтанные мутации на

протяжении длительного времени.

 

Взгляд на природу жизни в генетическом аспекте был

впервые изложен одним из основателей современной ге-

нетики американским ученым Г.Дж. Меллером (1890-1967),

открывшим мутагенное воздействие рентгеновского излу-

чения. Задолго до того, как была выяснена химическая

природа генов и их связи с белками, Меллер написал работу

"Ген как основа жизни", которую представил на между-

народном конгрессе, состоявшемся в 1926 г. В ней отме-

 

чалось, что в основе феномена жизни лежат саморепликация

и мутабильность. Мы не можем здесь подробно излагать его

тщательно аргументированные доводы, но приведем хотя бы

небольшой отрывок из резюме статьи, где отражены логика

и стиль автора.

 

Замечено, что процесс роста включает в себя механизм

"специфического аутокатализа". без которого существование

жизни невозможно. Известно, что ген. находясь в окружении

протоплазмы, обладает подобным свойством. Еще более уди-

вительно, что iCH может мутировать, нс теряя своей специ-

фической аутокаталитичсской способности. Благодаря такому

исключительному свойству его возможности превышают уро-

вень. соответствующий простому функционированию, а это

вызывает невероятные предположения, что любая другая часть

протоплазмы независимо от юна также обладает аутоката-

литической активностью, ибо в действительности "рост" ос-

тальной части протоплазмы, вероятно, следует рассматривать

как побочный результат генной активности. Точно так же

невероятно трудно предположить, что за аутокатализ ответ-

ci венна основная часть простейшей живой материи, высоко-

организованного ("протоплазменного" по своей природе) ве-

щества. связанного с геном. Следуя этой логике, приходим к

выводу, что простые по своей структуре гены. по-видимому, и

сформировали основу первичной живой материи. Возможность

мутировать без потери способности к росту, присущая только

живым организмам, позволила им эволюционировать в более

сложные формы с образованием таких побочных продуктов, как

протоплазма, сома и т.д., которые в наибольшей степени

способствовали их выживаемости. Таким образом, вероятно.

именно гены и составляю] основу жизни.

 

Подобный генетический подход признается сейчас прак-

тически всеми учеными. Негенетические определения жизни

обычно выглядят слишком расплывчатыми либо чересчур

ограниченными. Например, если пользоваться ими, то крис-

таллы или пламя трудно исключить из разряда "живого".

Ведь кристаллы обладают высокой степенью упорядочения и

способностью к росту, так как зародыши кристаллизации

могут воспроизводить самих себя. Пламя способно не толь-

ко к росту и самовоспроизведению в виде искр благодаря

активному "метаболизму" оно может поддерживаться.

 

Генетическое определение жизни позволяет нам сделать

чрезвычайно важное заключение общего характера: посколь-

ку все гены и белки построены из одних и тех же нуклеотидов

и аминокислот, а генетический код (за небольшими исклю-

чениями) также универсален, все земные организмы в своей

основе одинаковы. Несмотря на всю загадочность феномена

жизни, на Земле существует только одна ее форма, и она

должна была зародиться лишь однажды.

 

Жизнь и химия углерода

 

Генетический подход к эволюции подразумевает, что

жизнь связана с химическим составом живой материи. Об

этой связи и пойдет речь. Вопрос о химическом строении

биологических форм, безусловно, интересен сам по себе, но

представление о химической структуре внеземных организ-

мов особенно важно для каждого, кто занимается поисками

жизни на Марсе. Жизнь на нашей планете определяется

химическими свойствами углерода. Компоненты генетиче-

ской системы образованы соединениями углерода с неболь-

шим числом других, главным образом легких элементов:

водорода, азота, кислорода (см. табл. 2). А может ли

какой-то другой химический элемент заменить углерод в

биохимических процессах? Хотя писатели-фантасты нередко

отвечают на этот вопрос утвердительно, это отнюдь не

означает, что подобная замена действительно возможна.

 

Химики не раз отмечали, что характерной особенностью

атомов углерода является способность к формированию,

по-видимому, безграничного числа больших, сложных, но

вместе с тем достаточно стабильных молекул. Прежде всего

атом углерода обладает уникальной способностью обра-

зовывать четыре сильные химические связи-называемые

ковалентными-с другими атомами, включая атомы самого

углерода. Поскольку ковалентные связи имеют пространст-

венную ориентацию, атомы углерода могут создавать ске-

леты гигантских трехмерных структур определенной архи-

тектуры, подобные белкам и нуклеиновым кислотам.

 

Другая важная особенность соединений углерода - их хи-

мическая инертность. В условиях, господствующих на зем-

ной поверхности, органические соединения термодинамиче-

ски нестабильны. Они не находятся в равновесии с окру-

жающей средой, а подобно камню, лежащему на склоне

юры, под действием любого достаточно сильного внешнего

толчка "скатываются" вниз к равновесному состоянию. Так.

при нагревании или в присутствии катализаторов активи-

рованные органические вещества соединяются с кислородом

атмосферы: многие органические соединения взаимодейству-

ют также с водой или испытывают ряд других изменений.

Но, несмотря на свою термодинамическую нестабильность.

соединения углерода химически инертны, т. е. с трудом

вступают в реакции. Достижению термодинамического рав-

новесия препятствует то обстоятельство, что четырехвалент-

ные атомы углерода обладают слабой реакционной спо-

 

Тио.шца 2. Элемента .рный состав белков и ДНК (число атомов на

100)

Элемент В среднем по 314 ДНК человека

  белкам*

Углерод (С) 31.6 29.8

Водород (Н)** 49.6 37.5

Кислород (0) 9,7 18.3

Азот (N) 8,8 11,3

Сера (S) 0,3 -

Фосфор (Р) - 3,1

* Рассчитано заново по данным Дайхофф (1972).

 

** В этих молекулах атомов водорода больше, чем в молекулах других

1И110В. Но водород не может служи ть структурной основой молекулы,

поскольку он образует лишь одну ковалентную связь.

 

собностью, т. е. если воспользоваться прежней аналогией,

камень, лежащий на склоне горы, находится в этом случае в

глубокой яме. Подобная инертность, обусловленная элект-

ронной структурой атомов углерода, и обеспечивает обра-

зование молекулярных систем чрезвычайно сложной струк-

туры, но вместе с тем очень стабильных. В процессе обмена

веществ ферменты в соответствующий момент соединяются

с молекулами и, видоизменяя их, обеспечивают тем самым

протекание необходимых реакций.

 

Благодаря этим уникальным свойствам углерод служит

основным материалом для построения диетических систем.

Эти же свойства объясняют способность углерода создавать

1 ораздо больше соединений, чем все другие элементы вместе

взятые. В силу тех же своих особенностей углерод, состав-

ляющий лишь 0.5% 01 общего состава земной коры, яв-

ляется элементом, более характерным для живой материи.

чем. например, близкий к нему но химическим свойствам

кремний. На земной поверхности на каждый атом углерода

приходится 25 атомов кремния, однако роль кремния и

OHOXHMHH очень незначительна. Кик и углерод, кремний

oopasci четыре кова.юшныс связи, но сила этих связей

ра^шчна: связь крсмний-кремииН слабая, кремний-кисло-

род сильная. По )i()U причине кремний существует на Земле

и виде силикатов инертных соединений, в больших мо-

.[скулах которых каждый атом кремния связан с четырьмя

ai омами кислорода, а соединения, состоящие из цепочек.

 

содержащих шесть и более атомов кремния, вообще не

обнаружены. Это резко контрастирует с разнообразием

больших структур, основанных на углероде. Соединения

кремния и водорода, так называемые силаны (или кремне-

водороды), также принципиально отличаются от их угле-

родсодержащих гомологов (углеводородов). В то время как

углеводороды инертны, силаны загораются при простом

контакте с воздухом, разрушаются в воде. Они настолько

реакционноспособны. что. как говорят, самым необходимым

качеством химика, занимающегося синтезом наиболее слож-

ных по строению силанов, является мужество. И опять же все

эти особенности силанов обусловлены электронной струк-

турой атомов кремния: именно благодаря своим свойствам

кремний является основным компонентом горных пород, а

не живой материи.

 

Если говорить о построении сложных молекул, то

свойства углерода настолько уникальны, что возможность

образования генетических систем на основе других элемен-

тов серьезно даже не обсуждается. Отмечалось. 410 цепоч-

ки. образованные без участия углерода (например, со-

стоящие из чередующихся атомов кремния и кислорода:

-Si-О-Si- О-). потенциально также способны к хра-

нению информации, но ведь это только одна из функций,

которые должна выполнять живая система. В числе других ее

функций-способность к мутациям, репликациям и исполь-

зованию заложенной в ней информации. И пока не удастся

доказать, что подобные функции может выполнять какой-то

другой элемент, нам остается рассматривать углерод как

единственный в своем роде. Это, конечно, не означает, что

генетические системы внеземных форм жизни должны быть

химически идентичны нашим, однако построены они должны

быть обязательно на основе соединений углерода. Как мы

увидим, с точки зрения возможности существования жизни

на других планетах это заключение имеет далеко идущие

последствия.

 

Возможно, кого-то разочарует и даже приведет в уныние

то обстоятельство, что самый надежный путь к обнару-

жению жизни в другом мире это поиск сложных химических

систем, в основе которых лежит углерод. Ведь это то же

самое, что мы имеем на Земле. Разве нет надежды найти

экзотические существа, построенные, например, на основе

ванадия, молибдена или празеодима? По-моему, нет. Наз-

ванные элементы, во-первых, химически непригодны в ка-

честве основы жизни, а во-вторых, редко встречаются в

 

природе, тогда как углерод-один из наиболее распростра-

ненных во Вселенной элементов. В той мере, в какой случай-

ность может вторгаться в происхождение жизни, более

вероятно, что при прочих равных условиях в этом процессе

скорее всего должны участвовать более распространенные в

природе элементы: однако об этом речь пойдет в после-

дующих двух главах. Структуры, возникшие на основе дру-

гих элементов, могут оказаться в таком случае в неравных

условиях. Благодаря своей "разносторонности" атом углеро-

да предпочтителен и как основа для образования раство-

ров-даже самых экзотических,-что связано с возможностью

жизни на других планетах.

 

Глава 2

 

Возникновение жизни:

самозарождение и панспермия

 

Трудно создать хорошую теорию, теория

должна быть разумной, а факты не всегда

таковы.

 

Джордж У. Бидл. генетик, лауреат Нобе-

левской премии 1958 г. в области физиологии и

медицины

 

Физик Филипп Моррисон как-то заметил, что в случае

обнаружения жизни на других планетах она превратится из

чуда в статистику. Открытие жизни за пределами Земли,

несомненно, расширило бы наши представления о ее про-

исхождении. Оно помогло бы нам ответить на целый ряд

вопросов, которые нельзя решить другим путем, позволило

бы проверить наше убеждение в том, что жизнь должна быть

основана именно на химии углерода. И если бы в основе

новых форм жизни, как и предполагается, находился угле-

род, то это помогло бы выяснить, могут ли генетические

системы строиться из каких-либо иных молекул, чем из-

вестные нам нуклеиновые кислоты и белки. Это позволило

бы также ответить на вечный вопрос, может ли какой-то

другой растворитель заменить воду в живой системе. И так

далее-по всему длинному списку загадок, связанных с

проблемой происхождения жизни.

 

Если бы обнаруженные за пределами Земли организмы

коренным образом отличались от нас по своему хими-

ческому составу, то это свидетельствовало бы о том, что

жизнь в различных частях Солнечной системы зародилась

независимо, по крайней мере дважды. Но если бы внеземные

организмы оказались в своей основе похожими на нас-со

сходными белками и нуклеиновыми кислотами, с той же

оптической изомерией и с таким же генетическим кодом,- то

мы столкнулись бы с новой проблемой. В этом случае

пришлось бы заключить, что жизнь либо зародилась не-

зависимо дважды, либо один раз, но затем живые организмы

были перенесены с одной планеты на другую. Причем

последнее предположение кажется более вероятным. Но

какими бы ни были в действительности эти открытия,

очевидно, что обнаружение внеземных форм жизни пред-

ставляет огромный интерес с точки зрения фундаментальной

биологии.

 

Со времен Аристотеля только три естественно-научные

теории о происхождении жизни смогли овладеть умами

людей. Это теория самозарождения, панспермия и теория

химической эволюции. В историческом и научном планах

они составляют важную основу, на которой строятся поиски

жизни в Солнечной системе. Современная теория химической

эволюции находится еще в стадии развития, и о ней речь

пойдет в следующей главе.

 

Самозарождение

 

Сущность гипотезы самозарождения заключается в том,

что живые предметы непрерывно и самопроизвольно воз-

никают из неживой материи, скажем из грязи, росы или

гниющего органического вещества. Она же рассматривает

случаи, когда одна форма жизни трансформируется непо-

средственно в другую, например зерно превращается в

мышь. Эта теория господствовала со времен Аристотеля

(384-322 г. до н.э.) и до середины XVII в., самозарождение

растений и животных обычно принималось как реальность. В

последующие два столетия высшие формы жизни были

исключены из списка предполагаемых продуктов самозарож-

дения-он ограничился микроорганизмами.

 

Литература того времени изобиловала рецептами по-

лучения червей, мышей, скорпионов, угрей и т.д., а позднее-

микроорганизмов. В большинстве случаев все "рекоменда-

ции" сводились к цитатам из работ древнегреческих и араб-

ских авторов: значительно реже встречались подробные опи-

сания экспериментов.

 

Как говорят историки, науку создали древние греки, а

отцом биологии был Аристотель. Действительно, он внес в

биологию рациональное начало, свойственное древнегречес-

ким мыслителям, сущность которого состояла в том, что

человек, опираясь на силу своего разума, способен понять

явления живой природы. В своих философских трудах Арис-

тотель уделил много внимания методам логического до-

казательства: создал формальную логику, в частности ввел

понятие силлогизма. Он также занимался наблюдениями

явлений природы, в особенности живой. Но в этой области

его умозаключения ненадежны. И хотя некоторые описания

Аристотеля, в частности относящиеся к поведению живот-

ных, весьма любопытны, его биологические наблюдения

 

полны ошибок и неточностей. Многое из того, о чем он

писал, основано, вероятно, только на слухах.

 

Например, в своей "Истории животных" Аристотель так

описывает процесс самозарождения:

 

Вот одно свойство, присущее как животным, так и рас-

тениям. Некоторые растения возникают из семян, а другие

самозарождаются благодаря образованию некой природной

основы, сходной с семенем; при этом одни из них получают

питание непосредственно из земли, тогда как другие вырастают

внутри других растений, что между прочим было отмечено

мною в трактате по ботанике. Так же и с животными, среди

которых одни в соответствии со своей природой происходят от

родителей, тогда как другие образуются не от родительскою

корня, а возникают из гниющей земли или растительной ткани,

подобно некоторым насекомым; другие самозарождаются внут-

ри животных вследствие секреции их собственных органов.

 

... Но как бы ни самозарождались живые существа-в

других ли животных, в почве, в растениях или их частях,

результатом спаривания появившихся таким образом мужских

и женских особей всегда является нечто дефектное, непохожее на

своих родителей. Например, при спаривании вшей возникают

гниды, у мух-личинки, у блох-яйцевидные по форме личинки.

и такое потомство не порождает особей родительского типа или

каких-либо других животных вообще, а лишь нечто неопи-

суемое.

 

Аристотель хорошо знал, что многие насекомые имеют

сложный цикл развития и, прежде чем стать взрослыми,

проходят через стадии личинки и куколки. Но хотя в своем

описании генезиса двух видов насекомых он допускает явные

ошибки, его суждения строго логичны. Самозарождение не

отвечало бы здравому смыслу,` его существование было бы

сомнительным, если бы возникшие в результате этого про-

цесса виды могли нормально воспроизводиться. Следова-

тельно, говорит Аристотель, эти существа при своем спа-

ривании производят нечто "неописуемое", что и обусловли-

вает постоянную необходимость самозарождения.

 

Разумеется, сейчас все это выглядит бессмыслицей, но

наука, созданная Аристотелем, уже была наукой, хотя и в

младенческом состоянии. Достаточно сказать, что исследо-

вание насекомых он считал занятием, достойным внимания.

Как ни трудно в это поверить, развитые им представления

сохранялись практически неизменными на протяжении почти

2000 лет. Даже средневековая церковь признавала авторитет

Аристотеля в вопросах самозарождения, и сам святой Фома

Аквинский (1225-1274) связывал его взгляды с христианским

учением, утверждая, что самозарождение осуществляется

ангелами, которые используют для этого солнечные лучи.

 

На XVI в.. эпоху господства религиозных суеверий, при-

ходится расцвет классического учения о самозарождении.

Его очень активно развивал в это время врач и естество-

испытатель Парацельс (1493 1541) и его последователь Ян

Баптист ван Гельмонт (1579-1644). Последний предложил

"метод производства" мышей из пшеничных зерен, поме-

щенных в кувшин вместе с грязным бельем, на который

многократно ссылались в дальнейшем. Двумя веками позже

Пастер, комментируя "метод" ван Гельмонта, писал: "Это

доказывает лишь то, что ставить эксперименты легко, но

грудно ставить их безупречно".

 

В своей работе, впервые опубликованной в 1558 г. под

названием "Магия природы", Джамбатиста делла Порта

приводит еще больше сведений о самозарождении, кото-

рыми было столь богато его время. Этот неаполитанский

ученый-любитель был основателем и вице-президентом Ака-

демии деи Линчей* - одного из самых первых в мире научных

обществ. Его книга, содержавшая популярное описание не-

которых технических диковин, чудес природы и всяких ро-

зыгрышей, была переведена на несколько языков. Вот от-

рывки из ее английского издания, опубликованного в Лон-

доне в 1658 г.:

 

В Дариене. расположенном в одной из провинций Нового

света, очень нездоровый воздух, место грязное, полное зло-

вонных болот, более того. сама деревня представляет собой

болото, где, по описанию Петера Мартира. жабы выводятся из

капель жидкости. Кроме того. они рождаются из гниющих в

грязи утиных трупов: есть даже стихи, где утка говорит: "Когда

меня гноят в земле, я жаб произвожу на свет..."

 

Грек Флорентинус утверждал, что если пожевать базилик, а

затем положить его на солнце, то из него появятся змеи. А

Плиний при этом добавлял, что если базилик потереть и

положить под камень, то он превратится в скорпиона, а если

пожевать и положить на солнце то в червяка.

 

Саламандры рождаются из воды: сами они никого не

производят, потому что у них. как и у угрей, нет ни мужских, ни

женских особей...

 

Рыбы под названием ортика. бабочки-нимфалины, мидии.

1 ребешки. морские улитки, другие брюхоногие моллюски и

ракообразные рождаются из грязи, поскольку они не способны

спариваться и по своему образу жизни напоминают растения.

Замечено, что разная грязь производит на свет различных

животных: темная грязь порождает устриц, красноватая-

морских улиток, грязь, образовавшаяся из горных пород,-

голотурий, гусей и т.п. Как показал опыт, брюхоногие за-

рождаются в гниющих деревянных загородках, что служат для

лова рыбы, и как только исчезают загородки, пропадают и эти

моллюски.

 

Современному читателю, привыкшему рассматривать

происхождение жизни как однократное и самое значительное

в истории Земли событие, подобные описания кажутся сказ-

ками. И все же не следует считать их просто чьими-то

выдумками. Скорее всего, столь уверенные сообщения в

какой-то степени основывались на действительных наблю-

дениях широко известных явлений, но их неправильно объяс-

няли, стремясь согласовывать наблюдаемое с древними ав-

торитетами, да и с обычной житейской практикой. Клас-

сическое учение о самозарождении вместе со многими дру-

гими освященными веками фантастическими представления-

ми было похоронено в эпоху Возрождения. Его ниспровер-

гателем стал Франческо Реди (1626-1697), физик-экспери-

ментатор, известный поэт и один из первых ученых-биологов

современной формации, он был фигурой, типичной для

эпохи позднего Возрождения. Книгу Реди "Опыты по само-

зарождению насекомых" (1668), которая в основном и созда-

ла ему научную репутацию, отличают здоровый скептицизм,

тонкая наблюдательность, прекрасная манера изложения

результатов. Хотя главным объектом его исследований были

насекомые, он изучал также зарождение скорпионов, жаб,

лягушек, пауков и перепелов. Реди не только не подтвердил

распространенное тогда мнение о самозарождении перечис-

ленных животных, а, напротив, в большинстве случаев про-

демонстрировал, что на самом деле они рождаются из

оплодотворенных яиц. Таким образом, результаты его тща-

тельно проведенных опытов опровергли представления,

сформировавшиеся в течение 20 столетий.

 

Реди построил эту работу в виде письма к своему другу

Карло Дати. Начав с истории вопроса, он далее писал:

 

Как я уже говорил, суть рассуждений древних и совре-

менных ученых и широко распространенный взгляд на эту

проблему в наши дни сводятся к тому, что гниение мертвого

тела или отбросов, представляющих собой разлагающуюся

материю, порождает червей. Стремясь хотя бы отчасти убе-

диться в справедливости такого взгляда, я проделал следующий

эксперимент.

В начале июня я приказал убить трех змей из тех, что

 

зовутся эскулаповыми угрями. Их трупы я оставил разлагаться

в открытой коробке и через некоторое время заметил, что они

покрылись червями конической формы, по-видимому, не имею-

щими ног. Эти черви жадно пожирали мясо, увеличиваясь день

ото дня как в размерах, так и в числе...

 

Далее следует подробное описание "червей", их превра-

щения в куколок и наконец во взрослых мух. Реди тщательно

описывает результаты повторных наблюдений, при которых

он использовал различные сорта мяса.

 

Я продолжал сходные эксперименты с сырым и вареным

мясом быка, оленя, буйвола, льва, тигра, собаки, ягненка,

козленка, кролика; иногда с мясом уток, гусей, куриц, ласточек и

т. д. и. наконец, с мясом различных рыб... В каждом случае

выводились мухи того или иного из упомянутых типов, а иногда

на мясе одного животного обнаруживались мухи обоих типов. . .

и почти всегда я замечал, что само разлагающееся мясо и щели

в коробках, где оно лежало, были покрыты не только червями.

но и яйцами, из которых, как я уже говорил, выводились черви.

Эти яйца заставили меня подумать о тех отложениях, которые

мухи оставляют на мясе и которые в конце концов становятся

червями,-факт, отмеченный составителем словаря нашей Ака-

демии, а также хорошо известный охотникам и мясникам,

которые летом защищают мясо от мух, завертывая его в белую

материю...

 

Рассмотрев эти факты, я убедился, что все черви, об-

наруженные в мясе, произошли непосредственно из отложений.

сделанных мухами, а не из-за его гниения, и я еще более

утвердился в этом предположении, заметив, что мухи, кру-

жившиеся над мясом перед тем, как оно зачервивело, относятся

к тому же типу, что и те, которые вывелись на нем впоследст-

вии. Это суждение требовало, однако, экспериментального под-

тверждения, и в середине июля я положил мертвую змею,

некоторое количество рыбы, угрей и ломтик телятины в четыре

большие широкогорлые бутыли; хорошо закрыв их и запечатав,

я подобным же образом заполнил затем еще столько же

бутылей, но оставил их открытыми. Вскоре мясо и рыба в

открытых сосудах покрылись червями, и было видно, как туда

свободно влетают мухи, тогда как в закрытых бутылях я не

заметил червей даже по прошествии многих дней. . .

 

Оставив это длинное отступление и возвращаясь к моим

доводам, должен сказать Вам, что, несмотря на эти факты.

доказывающие невозможность возникновения червей в мясе

мертвых животных, если в него не отложено семя других живых

существ, чтобы разрешить последние сомнения, я провел новый

эксперимент. На этот раз я положил мясо и рыбу в большой

сосуд, покрытый тонкой и гладкой сеткой, обеспечивавшей

свободный доступ воздуха. В целях более полной защиты от мух

сосуд был помещен в специальную клетку, покрытую такой же

сеткой. В этих условиях я никогда не видел на мясе червей, хотя

нетрудно было заметить, как много их ползает по сетке,

покрывающей клетку. Привлеченные запахом мяса, они в конце

концов сумели бы, наверное, проникнуть в сосуд через мелкие

ячейки сетки, если бы я быстро не удалил их.

 

Подобная постановка опытов очень современна. Послед-

ние два эксперимента Реди стали классическими и послужили

моделями для будущих исследований процесса самозарожде-

ния. В других главах книги Реди описывает свои дальнейшие

эксперименты, последовательно и убедительно критикуя ши-

роко распространенные домыслы и заблуждения, связанные

с самозарождением животных. По ходу повествования Реди

дает верное истолкование и наблюдениям делла Порты:

 

Появилась благоприятная возможность для проверки

утверждения Батиста Порты относительно зарождения жаб из

гниющего мяса, валяющегося в навозной куче. Три опыта с этим

материалом нс дали никаких результатов, и это убедило меня в

том, что Порта проявлял здесь излишнюю доверчивость, бу-

дучи в других случаях очень интересным и глубоким писателем.

 

Книга Реди в течение 20 лет переиздавалась пять раз. и в

результате знакомства с ней все более широкого круга

образованных людей вера в возможность самозарождения

животных постепенно исчезла. Однако этот вопрос снова

возник, хотя уже на другом уровне, примерно в 1675 г.. вслед

за открытием микроорганизмов голландцем Антони ван

Левенгуком (1632-1723). Это открытие стало возможным

благодаря усовершенствованию в XVII в. техники изготов-

ления линз. Сам Левенгук был одновременно и опытным

мастером по изготовлению линз, и исследователем, увле-

ченно работающим с микроскопом. Ряд важных открытий,

сделанных Левенгуком в течение его долгой жизни, создали

ему известность, и он по праву считается одним из осново-

положников научной микроскопии.

 

Микроорганизмы настолько малы и, кажется, так просто

организованы, что с самого их открытия широко распро-

странилось мнение, будто они представляют собой продукты

распада, принадлежащие к нечетко обозначенной промежу-

точной области между живым и неживым. Таким образом,

вопрос о самозарождении вновь оказался в центре внимания

в знаменитой полемике XVIII в.. разгоревшейся между

английским священником Дж.Т.Нидхемом (17131781) и

итальянским натуралистом аббатом Ладзаро Спаллаппани

(1729-1799). Нидхем утверждал, что если баранью подливку

и подобные ей настои сначала нагреть, а затем герметически

закрыть в сосуде с небольшим количеством воздуха, то в

течение нескольких дней они обязательно порождают микро-

организмы и разлагаются. Он полагал, что раз нагревание

исследуемого объекта убивает все ранее существовавшие в

нем организмы, то, следовательно, полученный результат

 

служит доказательством самозарождения. Повторяя экспе-

рименты Нидхема, Спалланцани показал, что если колбы

нагреть после закупоривания, то в них не возникает никаких

организмов и не происходит гниения, как долго бы они ни

хранились. (В одном из своих опытов Спалланцани герме-

тично закупорил в стеклянном сосуде зеленый горох с водой,

после чего в течение 45 мин держал его в кипящей воде.

Позже, в 1804 г., парижский шеф-повар Франсуа Аппер

использовал этот метод для получения первых консерви-

рованных продуктов. Таким образом, консервная промыш-

ленность явилась одним из побочных результатов дискуссии

о самозарождении.)

 

Нидхем заявил в ответ, что чрезмерное нагревание разру-

шило внутри закрытого сосуда содержащийся в воздухе

жизненно важный элемент, без которого самозарождение

невозможно. Методы газового анализа в то время были еще

недостаточно развиты, чтобы разрешить этот спор. В дейст-

вительности оказалось, что результат, полученный Нидхе-

мом, был следствием скрытой ошибки, обнаружить которую

не удалось в течение целого столетия. Известнейшие ученые

XIX в., включая Жозефа Луи Гей-Люссака, Теодора Шванна.

Германа фон Гельмгольца, Луи Пастера и Джона Тиндаля,

были вовлечены в этот спор. Великий французский химик

Гей-Люссак поддержал точку зрения Нидхема, обнаружив,

что из нагретого в присутствии органического вещества

воздуха кислород исчезает, а его отсутствие, как показали

дальнейшие опыты,-необходимое условие консервирования

продуктов. Однако решающий эксперимент, т. е. экспери-

мент Реди, по проделанный с микроорганизмами, остался

невыполненным.

 

Вопрос, казалось бы, прост: будут ли расти в стери-

лизованном органическом настое микроорганизмы в при-

сутствии воздуха, из которого удалены все микробы? Не-

смотря на кажущуюся простоту вопроса, существовавшая в

то время экспериментальная техника не позволяла дать на

него убедительный ответ. Было поставлено множество

хитроумных экспериментов, но каждый раз исследователи

давали неточные или лишь отчасти правильные и проти-

воречивые объяснения наблюдаемого. Поскольку проблема

самозарождения имела большое общемировоззренческое и

практическое значение, разгорелись бурные дискуссии.

 

Страсти достигли кульминации в 1859 г., когда Феликс

Пуше (1800-1872), директор Музея естественной истории в

Руане, опубликовал книгу, где вновь сообщалось об экспе-

 

риментальном подтверждении самозарождения. Свое пре-

дисловие Пуше начал так: "Когда в результате размышлений

мне стало ясно, что самозарождение представляет собой еще

один способ, который природа использует для воспроиз-

ведения живых существ, я сосредоточил все внимание на том,

чтобы экспериментально продемонстрировать соответству-

ющее явление. Английский физик Джон Тиндаль (1820-

1893), принимавший активное участие в дискуссии, так про-

комментировал появление на арене Пуше:

 

Никогда еще ни один предмет спора не требовал столь

холодного и критического ума, как этот, спокойствия в позна-

нии столь сложного явления, тщательности в постановке и

исполнении опытов, умелого подбора условий и постоянного

сомнения в результатах, пока строгая повторяемость не убедит

вас в их безупречности. Для человека с темпераментом Пуше

подобный предмет таил в себе опасность, которую еще более

усиливало его предвзятое отношение к проблеме.

 

В это время в исследования включился Луи Пастер

(1822-1895). Изучая с точки зрения химии процесс спир-

тового брожения, он вопреки многочисленным возражениям

пришел к выводу, что этот процесс вызывается живыми

организмами. Проведенные эксперименты послужили хоро-

шей подготовкой для решения последующей задачи. Ис-

следования Пастера-это в методическом отношении без-

упречно поставленная серия опытов, ознаменовавших собой

одно из величайших достижений экспериментальной био-

логии. В сущности они привели к закрытию долгого спора о

самозарождении. Пастер разрешил все трудности, пугавшие

его предшественников. Он недвусмысленно показал, что

загадочной "первопричиной", витавшей в воздухе и вызы-

вающей в стерильном бульоне рост микроорганизмов, яв-

ляются те же самые микроорганизмы, которые переносятся

частицами пыли.

 

Рассмотрим вкратце один из самых простых и изящных

экспериментов Пастера, убедительность которого поразила

даже самого ученого. Нужную питательную среду, например

дрожжевой экстракт с сахаром, Пастер помещал в колбы:

затем, нагревая их горло в пламени, оттягивал его так, что

получились узкие, но тем не менее открытые трубки, изогну-

тые различным образом (рис. 5). Далее он доводил пи-

тательную среду в колбе до кипения и поддерживал ее в

таком состоянии в течение нескольких минут, после чего

давал ей остыть. Обработанная таким образом среда оста-

валась в колбах стерильной неограниченно долго даже при

контакте с воздухом. К удивлению Пастера, колбы можно

 

было даже перемещать с места на место, не опасаясь

заражения среды. Пытаясь объяснить этот эффект, ученый

предположил, что воздушный столб в длинном горле

действует как своего рода подушка, препятствуя быстрому

движению воздуха; в результате проникающая в горло кол-

бы пыль оседает на его стенках раньше, чем достигает

питательной среды. Чтобы доказать, что заключенная в

колбе питательная среда, будучи инфицированной, способна

поддерживать рост микроорганизмов, Пастер обрезал у

некоторых колб горло-и вскоре процесс размножения

действительно начинался.

 

Таким образом, Пастеру удалось повторить опыты Реди

на уровне одноклеточных организмов. Он продемонстри-

ровал, что в мире микробов, как и среди высших видов,

любая форма жизни ведет свое существование от "роди-

тельской". Результаты, полученные Пастером, не вызывали

сомнений, но тем не менее в течение ряда лет высказывались

 

различного рода контрдоводы и возражения. Особенно ин-

тересный случай произошел в 1870-х годах в Англии, когда

Джон Тиндаль защищал точку зрения Пастера от нападок

одного врача по имени Г. Чарлтон Бастиан. Исследования

Тиндаля по рассеянию света на частицах пыли в атмосфере

позволили ему осуществить новые опыты, свидетельствую-

щие о роли пыли в переносе инфекции. Он показал, что

способная к гниению среда, заключенная в открытых

(контрольных) пробирках, остается стерильной, пока воздух

над ними свободен от пыли. Далее рассказывается, каким

способом Тиндалю удалось обнаружить присутствие пыли в

воздухе. Его изобретательность создала ему славу выдаю-

щегося популяризатора науки викторианской эпохи.

 

Вернемся в Лондон времен королевы Виктории и обратим

внимание на плавающую в воздухе пыль. Представим себе

комнату, где только что произведена уборка. Окна в ней плотно

закрыты, и лишь через узкое отверстие в ставне проникает

пересекающий комнату солнечный луч. Плавающая в воздухе

пыль позволяет увидеть путь света. Чтобы сфокусировать пучок

параллельных световых лучей, поместим в отверстие линзу.

Теперь лучи образуют конус, в вершине которого освещенность

настолько велика, что пыль кажется почти белой. В темноте

глаз особенно чувствителен к такому освещению. Пыль, на-

сыщающая лондонский воздух,-это органическое вещество, ко-

торое можно сжечь без остатка. Действие пламени спиртовки на

плавающее в воздухе вещество Тиндаль описывал следующим

образом:

 

"В интенсивный параллельный пучок света, освещавший

пыль в воздухе нашей лаборатории, я поместил зажженную

спиртовку. В самом пламени и по его краям были видны

странные темные завихрения, похожие на густой черный дым.

Такие же темные вихри, устремленные вверх, можно было

заметить, поместив пламя чуть ниже пучка света. Они выгля-

дели чернее самого черного дыма, выходящего из пароходной

трубы: их сходство с дымом было столь велико, что невольно

возникала мысль, что для обнаружения таких облаков сво-

бодного углерода в чистом пламени спиртовки, по-видимому,

необходим лишь пучок света достаточной интенсивности.

 

Но действительно ли эти темные завихрения являются

дымом? Ответ на этот мгновенно возникший вопрос нам уда-

лось найти следующим образом. Под пучком лучей мы по-

местили раскаленную докрасна кочергу, и от нее тоже стали

подниматься черные вихри; затем мы наблюдали за сильным

пламенем водородной горелки, которое само по себе не дает

дыма, но и горение водорода сопровождалось мощным вихре-

вым движением темной массы. Если это не дым, то что же она

собой представляет? Как и в межзвездном пространстве, тем-

нота здесь объясняется отсутствием на пути пучка света какого-

либо вещества, вызывающего его рассеяние. Когда пламя на-

ходилось под пучком лучей, имеющееся в воздухе вещество

разрушалось, и очищенный от него горячий воздух, поднимаясь,

 

пересекал пучок света, унося прочь освещенные частицы и тем

самым-благодаря собственной абсолютной прозрачное ти вы-

зывая образование темных вихрей. Ничто не могло бы убе-

дительнее продемонстрировать невидимость того, что делает

все вещи видимыми. Световой пучок пересекал невидимое чер-

ное пространство, образованное прозрачным воздухом, в то

время как по обе стороны от него сияли плотные массы частиц

пыли, подобно тому как светятся любые тела, освещенные

сильным светом".

 

Тиндаль изобрел также метод стерилизации растворов,

содержащих споры бактерий, способные выживать в ки-

пящей воде: этот метод до сих пор известен под названием

"тиндализация". Суть его заключается в том, что стери-

лизуемый раствор несколько раз нагревается в течение ряда

дней: непроросшие споры выдерживают нагревание, а про-

росшие гибнут. Таким образом, после нескольких после-

довательных нагреваний раствор становится стерильным.

Опыты Тиндаля были столь оригинальными, а его под-

держка взглядов Пастера столь энергичной, что он по праву

разделяет с Пастером славу ниспровергателя учения о са-

мозарождении.

 

Исследования Пастера и Тиндаля нашли еще одно прак-

тическое применение. Его предложил их современник хирург

Листер (1827-1912), хорошо знакомый с работами этих

ученых. Листер высказал мысль, что если бы операционное

поле на теле больного удалось изолировать от микроор-

ганизмов, попадающих из воздуха, то это спасло бы жизнь

многим оперируемым. В те времена в английских больницах

смертность при ампутации достигала 25-50%-главным об-

разом вследствие заражения. При операциях в полевых

условиях во время военных кампаний дело обстояло еще

хуже. Так, в ходе франко-прусской войны из 13 тыс. ам-

путаций. проведенных французскими хирургами, не менее

10 тыс. имело смертельный исход! Пока сохранялась вера в

самозарождение микробов, не было причин удалять их из

раны. Однако после открытия Пастера Листер понял, что

носителей инфекции необходимо уничтожать прежде, чем

они попадут на операционное поле. И Листер добился

успеха, применив карболовую кислоту (фенол) в качестве

антибактериальною средства. Он стерилизовал инструмен-

ты, опрыскивал кабинет и даже пропитывал одежду боль-

ного раствором фенола. Принятые меры дали отличные

результаты, что привело к рождению антисептической

хирургии.

 

Панспермия

 

Учение о самозарождении постепенно умирало на про-

тяжении столетий, и то, что оно было окончательно по-

хоронено Пастером и Тиндалем, вряд ли может удивить

современных ученых. Однако не существовало теории, спо-

собной занять его место. Нетрудно представить, что в XIX в.

при чрезвычайно низком уровне знаний о химической ор-

ганизации живой материи, всякий, кто попытался бы думать

о происхождении жизни, был обречен на неудачу. Как за-

метил в 1863 г. Дарвин в письме Гукеру, "сущий вздор-

рассуждать сейчас о происхождении жизни; с тем же успехом

можно было бы рассуждать о происхождении материи".

 

Дарвин был прав. Слишком мало было в то время

известно о природе жизни и истории Земли, чтобы про-

дуктивно рассуждать о происхождении жизни. Однако кру-

шение учения о самозарождении привело некоторых из-

вестных ученых к мысли, что жизнь никогда не возникала, а,

как материя или энергия, существовала вечно. Согласно

этому представлению, "зародыши жизни" блуждают в кос-

мическом пространстве до тех пор, пока не попадают на

подходящую по своим условиям планету-там они и дают

начало биологической эволюции. Эту идею поддерживали

Герман ван Гельмгольц (1821-1894) и Уильям Томсон

(позднее лорд Кельвин; 1824-1907)-самые знаменитые фи-

зики XIX в. Гельмгольц, лично ставивший опыты по изу-

чению самозарождения бактерий, в лекции, прочитанной в

1871 г., говорил:

 

Я не смогу возразить, если кто-нибудь будет считать

данную гипотезу в большой или даже очень большой степени

неправдоподобной. Но мне кажется, что в случае, если все наши

попытки получить живые организмы из неживой материи про-

валятся, с научной точки зрения правомочно задать вопрос:

возникала ли жизнь когда-нибудь вообще или же ее зародыши

переносятся из одного мира в другой и развиваются повсюду,

где есть подходящие условия?

 

Гельмгольц и Томсон были близкими друзьями и, вполне

вероятно, не раз обсуждали этот вопрос. Как бы там ни

было, несколькими месяцами позже Томсон высказал очень

похожую мысль в своем президентском обращении к Бри-

танской ассоциации развития науки:

 

Достаточно точными экспериментами, проведенными к на-

стоящему времени, показано, что любой форме жизни всегда

предшествует жизнь. Мертвая материя не способна превра-

титься в живую, не испытав предварительно воздействия живой

 

материи. Мне это представляется такой же несомненной науч-

ной истиной, как закон всемирного тяготения. Я готов принять

в качестве научного постулата, справедливого всегда и повсюду,

утверждение, что жизнь порождается только жизнью и ничем,

кроме жизни. Но как же тогда произошла жизнь на Земле?

 

Далее он говорил о том, что во Вселенной должно

существовать много других миров, несущих жизнь, которые

время от времени разрушаются при столкновении с другими

космическими телами, а их обломки с живыми растениями и

животными рассеиваются в пространстве.

 

Следовательно, в высшей степени вероятно, что в космосе

движется бесчисленное множество метеоритных камней, несу-

щих семена жизни. Если бы в настоящее время жизни на Земле

не существовало, то один такой упавший на нее камень мог бы

стать так называемой естественной причиной возникновения

жизни, в результате чего Земля покрылась бы растительно-

стью. .. Гипотеза о том, что жизнь на Земле произошла благодаря

таким обломкам более древних миров, может показаться

дикой и фантастичной; однако по этому поводу я могу лишь

утверждать, что она не является ненаучной.

 

Эта идея была тщательно разработана в 1908 г. шведс-

ким химиком Сванте Аррениусом (1859-1927), который на-

звал свою теорию панспермией. Развивая идеи Гельмгольца

и Кельвина, он высказал несколько собственных сообра-

жений, предположив, что бактериальные споры и вирусы

могут уноситься с планеты, где они существовали, под

действием электростатических сил, а затем перемещаться в

космическое пространство под давлением света звезд. На-

ходясь в космическом пространстве, спора может осесть на

частицу пыли; увеличив тем самым свою массу и преодолев

давление света, она может попасть в окрестности ближайшей

звезды и будет захвачена одной из планет этой звезды.

Таким образом, живая материя способна переноситься с

планеты на планету, из одной звездной системы в другую.

Как указывал Аррениус, из этой теории, в частности, сле-

дует, что все живые существа во Вселенной должны быть

химически родственны.

 

Теория панспермии опирается на два утверждения, ко-

торые следует рассмотреть отдельно. Первое из них заклю-

чается в том, что жизнь существовала всегда, т. е. она

неразрывно связана с материей. Сейчас мы можем с уве-

ренностью сказать, что эта мысль ошибочна. Жизнь в

отличие от материи и энергии не относится к числу фун-

даментальных свойств Вселенной; она скорее представляет

собой проявление определенных комбинаций молекул, ко

торые не могли существовать вечно, поскольку не всегда

существовали даже элементы, из которых они состоят. Кос-

мологи считают, что Вселенная первоначально состояла из

самого легкого элемента водорода или из нейтронов-фун-

даментальных частиц, имеющих примерно такую же массу,

как атом водорода. Все элементы тяжелее водорода об-

разовались (и образуются в звездах до сих пор) из водорода

в реакциях ядерного синтеза. Эти реакции служат главным

источником звездной энергии. Хотя за время существования

наблюдаемой Вселенной (по оценкам 10-15 млрд. лет) часть

водорода была израсходована, он до сих пор остается

наиболее распространенным элементом. Около 90% атомов

наблюдаемой Вселенной (что составляет около 60% ее мас-

сы) приходится на водород, остальная часть - это в основном

гелий, элемент, следующий по массе за водородом. Но

поскольку кроме водорода для организации живой материи

необходимы и другие элементы, жизнь не может быть

"ровесницей" Вселенной-она должна была возникнуть го-

раздо позднее.

 

Второе утверждение теории панспермии, согласно ко-

торому споры могут и должны переноситься через кос-

мическое пространство, в наши дни представляется гораздо

менее правдоподобным, чем это казалось Аррениусу. Сов-

местное воздействие ультрафиолетового и рентгеновского

излучений, а также космических лучей, которым организмы

неизбежно должны подвергаться в космосе, намного опаснее,

а межзвездные расстояния и, следовательно, время, необ-

ходимое для перемещения, значительно больше, чем пред-

полагал Аррениус. Но сейчас мы располагаем также эм-

пирическими данными, свидетельствующими о том, что

споры, которые бы могли засеивать Вселенную, не способны

ни покидать Землю, ни проникать в ее окрестности. В

образцах грунта, доставленных с Луны американскими

астронавтами во время полетов кораблей "Аполлон", не

обнаружено микроорганизмов, хотя предполагалось, что

Луна может "улавливать" значительное число частиц, по-

кидающих Землю или попадающих в ее окрестности из

других областей космического пространства. Биологические

анализы образцов лунного грунта не выявили никаких ор-

ганизмов, способных выжить в долгих космических путе-

шествиях, и до сих пор все подобные исследования дают

лишь отрицательные результаты. За время существования

Солнечной системы (около 4,5 млрд. лет) споры-если они

существуют-должны были попасть и на Марс; но к до-

 

казательствам наличия жизни на Марсе мы обратимся не-

сколько позже.

 

Однако, несмотря на факты, свидетельствующие против

теории панспермии, она продолжает жить. В последние годы

известный американский астрофизик и писатель-фантаст

Фред Хойл вместе со своим сотрудником Чандром Вик-

рамасингхом пришли к невероятному заключению, что не

менее 80% частиц межзвездной пыли состоят из клеток

бактерий и морских водорослей. Их предположение осно-

вано на изучении оптических свойств частиц межзвездной

пыли. Согласно оценкам, ее масса в нашей Галактике при-

мерно в 5 млн. раз превосходит массу Солнца. С этой точки

зрения Земля почти безжизненна по сравнению с межзвезд-

ным пространством. Вслед за Аррениусом Хойл и Викра-

масингх называют эти клетки межпланетными "прыгунами".

Но если такие "прыгуны" действительно существовали, то

они, наверное, давно бы добрались и до Луны, и до Марса.

 

Совсем недавно некоторые ученые предложили обновлен-

ный вариант теории панспермии. Согласно ему, жизнь на

Землю опять-таки занесена из космического пространства,

но не случайно, как предполагает классическая теория

панспермии, а "доставлена" на межзвездном космическом

корабле, отправленном разумными существами с какой-то

обитаемой планеты, принадлежащей другой звездной систе-

ме. Эта теория предполагает, что жизнь не существовала

вечно, как считали Гельмгольц. Кельвин и Аррениус, а

зародилась в результате сложной цепи химических превра-

щений (мы расскажем об этом в гл. 3). На примитивной

Земле не было подходящих условий для зарождения жизни:

поэтому жизнь, существующая ныне на нашей планете,

изначально возникла где-то в другом месте Галактики, где

условия были благоприятными. Наиболее детально эта ги-

потеза, получившая название направленной панспермии, бы-

ла разработана Фрэнсисом Криком и Лесли Оргелом. Крик и

Оргел доказывают, что с момента образования Вселенной

прошло достаточно времени, чтобы в Галактике могла

сформироваться технически развитая цивилизация, которая

по неведомым нам причинам около 4 млрд. лет назад

сознательно заселила Землю микроорганизмами, доставлен-

ными автоматическим космическим аппаратом.

 

Поначалу я расценивал эту гипотезу как чистую мисти-

фикацию, целью которой было показать несовершенство

наших представлений о происхождении жизни. Но, озна-

комившись с книгой Крика, где гипотеза направленной

 

панспермии рассматривается как серьезная альтернатива

теории о возможности самостоятельного возникновения

жизни на нашей планете (см. [4]), я изменил свое мнение.

Хотя нет никаких доказательств в пользу этой гипотезы по

сравнению с общепринятой, мы не располагаем и данными,

которые позволили бы опровергнуть ее. Обнаружение жизни

на какой-то другой планете нашей Галактики, вероятно,

могли бы стать проверкой этой гипотезы, поскольку все ее

варианты-в отличие от гипотезы локального происхожде-

ния-обязательно предполагают идентичность всех сущест-

вующих генетических систем.

 

Теория направленной панспермии входит составной

частью в развернувшуюся ныне широкую дискуссию о воз-

можности существования в нашей Галактике внеземных

цивилизаций. На теоретические исследования этого вопроса,

как и на реальные поиски радиосигналов от иных циви-

лизаций, направлены все возрастающие усилия многих ис-

следователей. Но хотя в этой проблеме остается еще много

неясного, в последние годы наблюдается заметный отход от

упрощенного представления, бытовавшего на заре косми-

ческой эры, согласно которому Галактика просто "кишит"

технологически развитыми обществами, которые существу-

ют на планетах земного типа в иных звездных мирах. Как

теоретические доводы, так и результаты последних иссле-

дований Солнечной системы показали, что пригодные для

жизни планеты, видимо, достаточно редки. Другие сообра-

жения приводят к выводу, что любая цивилизация, обретя

способность к межзвездным полетам, должна быстро (в

масштабе геологического времени) распространяться по всей

Галактике. Если действительно существуют более древние,

чем земная, цивилизации, способные совершать космические

полеты, то где же они? Мы явно не обнаруживаем при-

сутствия внеземных цивилизаций в Солнечной системе. Эта

захватывающая тема довольно подробно изложена в сбор-

нике под редакцией Харта и Цуккермана [7].

 

Вероятно, самое мудрое-это продолжить попытки выяс-

нения, какие условия существовали на примитивной Земле, и

найти хотя бы один правдоподобный путь "самосборки"

элементарной генетической системы. Наши достижения на

пути к этой цели рассматриваются в следующей главе.

 

Глава 3

 

Происхождение жизни:

химическая эволюция

 

Ничтожное ничто-начало всех начал.

Теодор Ретке, "Вожделение"

 

Теория химической эволюции-современная теория про-

исхождения жизни-также опирается на идею самозарожде-

ния. Однако в основе ее лежит не внезапное (de noo)

возникновение живых существ на Земле, а образование хи-

мических соединений и систем, которые составляют живую

материю. Она рассматривает химию древнейшей Земли,

прежде всего химические реакции, протекавшие в прими-

тивной атмосфере и в поверхностном слое воды, где, по всей

вероятности, концентрировались легкие элементы, составля-

ющие основу живой материи, и поглощалось огромное

количество солнечной энергии. Эта теория пытается от-

ветить на вопрос: каким образом в ту далекую эпоху могли

самопроизвольно возникнуть и сформироваться в живую

систему органические соединения?

 

Теория Опарина Юрия

 

Общий подход к химической эволюции первым сфор-

мулировал советский биохимик А. И. Опарин (1894-1980). В

19241. в СССР была опубликована его небольшая книга,

посвященная этому вопросу: в 1936 г. вышло в свет ее новое.

дополненное издание (в 1938 г. она была переведена на

английский язык). Опарин обратил внимание на то. что

современные условия на поверхности Земли препятствуют

 

 

 

 

 

 

 

На главную

 

 

 

Используются технологии uCoz





АКВАВАСИЯ - аквариумный сайт котёнка Васи. Сайт посвящён самым красивым рыбкам на свете - икромечющим карпозубым, они же килли – единственные рыбки, которых можно купить по почте. Уникальные фотографии, статьи, советы, ссылки, адреса разводчиков