С точки зрения науки



жүктеу 77.34 Kb.

Дата21.01.2017
өлшемі77.34 Kb.

NAKED SCIENCE  

Июль – август,



 2015  

I  


109

108


  

I

 NAKED SCIENCE  



Июль – август,

 2015

depositpho



tos.com/

sergeyNive

Ns

С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ НАУКИ



Сергей Васильев

о происхождении жизни

7

НаУчНых


Теорий

И

5

НеНаУчНых 

верСий

Жизнь на Земле появилась более 3,5 млрд 



лет назад – точнее обозначить момент труд-

но хотя бы потому, что нелегко провести 

грань между «почти живым» и «живым по-на-

стоящему». Однако можно сказать точно, что 

этот волшебный момент растянулся на мно-

гие, длинные миллионы лет. И все равно это 

было настоящее чудо. 


NAKED SCIENCE  

Июль – август,



 2015  

I  


111

110


  

I

 NAKED SCIENCE  



Июль – август,

 2015

depositpho



tos.com/

pa

ulp



aladin

С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ НАУКИ

Чтобы оценить это чудо по достоинству, надо познакомиться с рядом современных тео-

рий, описывающих разные варианты и этапы рождения жизни. От бойкого, но безжизнен-

ного набора несложных органических соединений и до протоорганизмов, познавших смерть 

и вступивших в бесконечную гонку биологической изменчивости. В конце концов, не эти ли 

два слагаемых – изменчивость и смерть – порождают всю сумму жизни?..

Гипотеза о занесении жизни на Землю с других космических тел имеет массу ав-

торитетных защитников. На этой позиции стоял великий немецкий ученый Герман 

Гельмгольц и шведский химик Сванте Аррениус, российский мыслитель Владимир Вер-

надский и британский лорд-физик Кельвин. Однако наука – область фактов, и после 

открытия космической радиации и ее губительного действия на все живое панспермия, 

казалось, умерла.

Но чем глубже ученые погружаются в вопрос, тем больше всплывает нюансов. Так, 

теперь – в том числе и поставив многочисленные эксперименты на космических аппа-

ратах – мы с куда большей серьезностью относимся к способностям живых организмов 

переносить радиацию и холод, отсутствие воды и прочие «прелести» пребывания в 

открытом космосе. Находки всевозможных органических соединений на астероидах и 

кометах, в далеких газопылевых скоплениях и протопланетных облаках многочисленны 

и не вызывают сомнений. А вот заявления об обнаружении в них следов чего-то подо-

зрительно напоминающего микробы остаются недоказанными.

Легко заметить, что при всей своей увлекательности теория панспермии лишь 

переносит вопрос о возникновении жизни в другое место и другое время. Что бы ни 

занесло первые организмы на Землю – случайный ли метеорит или хитрый план вы-

сокоразвитых инопланетян, они должны были где-то и как-то родиться. Пусть не здесь 

и гораздо дальше в прошлом – но жизнь должна была вырасти из безжизненной ма-

терии. Вопрос «Как?» остается.

Панспермия

Это понятие тесно связано с успевшими обрести статус классических эксперимен-

тами, поставленными в 1950-х Стэнли Миллером и Гарольдом Юри. В лаборатории уче-

ные смоделировали условия, которые могли существовать у поверхности молодой Зем-

ли, – смесь метана, угарного газа и молекулярного водорода, многочисленные элек-

трические разряды, ультрафиолет, – и вскоре более 10% углерода из метана перешло 

в форму тех или иных органических молекул. В опытах Миллера – Юри было получено 

больше 20 аминокислот, сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот.

Современные вариации этих классических экспериментов используют куда более 

сложные постановки, которые точнее соответствуют условиям ранней Земли. Имити-

руются воздействия вулканов с их выбросами сероводорода и двуокиси серы, присут-

ствие азота и т. д. Так ученым удается получать огромное и разнообразное количество 

органики – потенциальных кирпичиков потенциальной жизни. Главной проблемой этих 

опытов остается рацемат: изомеры оптически активных молекул (таких как аминокис-

лоты) образуются в смеси в равных количествах, тогда как вся известная нам жизнь (за 

единичными и странными исключениями) включает лишь L-изомеры.

Впрочем, к этой проблеме мы еще вернемся. Здесь же стоит добавить, что уже 

совсем недавно – в 2015 году – кембриджский профессор Джон Сазерленд (John 

Sutherland) со своей командой показал возможность образования всех базовых «мо-

лекул жизни», компонентов ДНК, РНК и белков из весьма нехитрого набора исходных 

компонентов. Главные герои этой смеси – циановодород и сероводород, не столь уж 

редко встречающиеся в космосе. К ним остается добавить некоторые минеральные 

вещества и металлы, в достаточном количестве имеющиеся на Земле, – такие как фос-

фаты, соли меди и железа. Ученые построили детальную схему реакций, которая впол-

не могла создать насыщенный «первичный бульон» для того, чтобы в нем появились 

полимеры и в игру вступила полноценная химическая эволюция.

Первичный бульон

1

2



медаль опарина

Гипотезу абиогенного происхождения жизни из «органического бульона», которую про-

верили эксперименты Миллера и Юри, выдвинул в 1924 году советский биохимик Александр 

Опарин. И хотя в «темные годы» расцвета лысенковщины ученый принял сторону противни-

ков научной генетики, заслуги его велики. В знак признания роли академика имя его носит 

главная награда, вручаемая Международным научным обществом изучения возникновения 

жизни (ISSOL), – Медаль Опарина.

Премия присуждается каждые шесть лет, и в разное время ее удостаивались и Стэнли 

Миллер, и великий исследователь хромосом, Нобелевский лауреат Джек Шостак. Призна-

вая громадный вклад и Гарольда Юри, в промежутках между вручениями Медали Опарина 

ISSOL (тоже каждые шесть лет) присуждает Медаль Юри. Получилась уникальная, настоя-

щая эволюционная премия – с изменчивым названием.



i

NAKED SCIENCE  

Июль – август,



 2015  

I  


113

112


  

I

 NAKED SCIENCE  



Июль – август,

 2015

С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ НАУКИ



Теория пытается описать превращение сравнительно простых органических ве-

ществ в довольно сложные химические системы, предшественницы собственно жизни, 

под влиянием внешних факторов, механизмов селекции и самоорганизации. Базовой 

концепцией этого подхода служит «водно-углеродный шовинизм», представляющий эти 

два компонента (воду и углерод – NS) в качестве абсолютно необходимых и ключевых 

для появления и развития жизни, будь то на Земле или где-то за ее пределами. А глав-

ной проблемой остаются условия, при которых «водно-углеродный шовинизм» может 

развиться в весьма изощренные химические комплексы, способные – прежде всего – к 

саморепликации.

По одной из гипотез, первичная организация молекул могла происходить в микропо-

рах глинистых минералов, которые выполняли структурную роль. Эту идею несколько 

лет назад выдвинул шотландский химик Александер Кейрнс-Смит (Alexander Graham 



Cairns-Smith). На их внутренней поверхности, как на матрице, могли оседать и полиме-

ризоваться сложные биомолекулы: израильские ученые показали, что такие условия 

позволяют выращивать достаточно длинные белковые цепочки. Здесь же могли ска-

пливаться нужные количества солей металлов, играющих важную роль катализаторов 

химических реакций. Глиняные стенки могли выполнять функции клеточных мембран, 

разделяя «внутреннее» пространство, в котором протекают все более сложные химиче-

ские реакции, и отделяя его от внешнего хаоса.

«Матрицами» для роста полимерных молекул могли служить поверхности кри-

сталлических минералов: пространственная структура их кристаллической решетки 

способна вести отбор лишь оптических изомеров одного типа – например, L-аминокис-

лот, – решая проблему, о которой мы говорили выше. Энергию для первичного «обмена 

веществ» могли поставлять неорганические реакции – такие как восстановление ми-

нерала пирита (FeS

2

) водородом (до сульфида железа и сероводорода). В этом случае 



для появления сложных биомолекул не требуется ни молний, ни ультрафиолета, как в 

экспериментах Миллера – Юри. А значит, мы можем избавиться от вредных аспектов их 

действия.

химическая эволюция

3

В самом деле, ультрафиолетовое излучение на молодой Земле, атмосфера ко-



торой еще не содержала кислорода и не имела такой замечательной штуки, как 

озоновый слой, должно было быть убийственным для любой зарождающейся жизни. 

Из этого выросло предположение о том, что хрупкие предки живых организмов были 

вынуждены существовать где-то, скрываясь от непрерывного потока стерилизующих 

все и вся лучей. Например, глубоко под водой – конечно, там, где имеется достаточно 

минеральных веществ, перемешивания, тепла и энергии для химических реакций. И 

такие места нашлись.

Ближе к концу ХХ века стало ясно, что океанское дно никак не может быть при-

станищем средневековых монстров: условия здесь слишком тяжелые, температура 

невелика, излучения нет, а редкая органика способна разве что оседать с поверхности. 

Фактически это обширнейшие полупустыни – за некоторыми примечательными исклю-

чениями: тут же, глубоко под водой, поблизости от выходов геотермальных источников, 

жизнь буквально бьет ключом. Насыщенная сульфидами черная вода горяча, активно 

перемешивается и содержит массу минералов.

Черные курильщики океана – весьма богатые и самобытные экосистемы: питающи-

еся на них бактерии используют железосерные реакции, о которых мы уже говорили. 

Они являются основой для вполне цветущей жизни, включая массу уникальных червей 

и креветок. Возможно, они были основой и зарождения жизни на планете: по крайней 

мере, теоретически такие системы несут в себе все необходимое для этого.

черные курильщики

4

Прочь от Солнца



Молодая Земля не была защищена от вредных – и даже смертельно опасных – компо-

нентов солнечного излучения. Даже современные, испытанные эволюцией организмы были 

бы неспособны выдержать этого жесткого ультрафиолета – притом что само Солнце было 

значительно моложе и не давало достаточно тепла планете.

Из этого возникла гипотеза о том, что в эпоху, когда творилось чудо зарождения 

жизни, вся Земля могла быть покрыта толстым – в сотни метров – слоем льда; и это к 

лучшему. Скрываясь под этим ледяным щитом, жизнь могла чувствовать себя вполне в 

безопасности и от ультрафиолета, и от частых метеоритных ударов, грозивших погубить 

ее еще в зародыше. Относительно прохладная среда могла также стабилизировать 

структуру первых макромолекул.



i

Спонтанное происхождение высокоразвитой живой материи из неживой – как за-

рождение личинок мух в гниющем мясе – можно связать еще с Аристотелем, который 

обобщил мысли множества предшественников и сформировал целостную доктрину о 

самозарождении. Как и прочие элементы философии Аристотеля, самозарождение 

было доминирующей доктриной в Средневековой Европе и пользовалось опреде-

ленной поддержкой вплоть до экспериментов Луи Пастера, который окончательно 

показал, что для появления даже личинок мух нужны мухи-родители. Не стоит путать 

самозарождение с современными теориями абиогенного возникновения жизни: раз-

ница между ними принципиальная.

НеНаУчНо

Самозарождение

1

iLexx, miningfocus.org



NAKED SCIENCE  

Июль – август,



 2015  

I  


115

114


  

I

 NAKED SCIENCE  



Июль – август,

 2015

В соответствии с принципами диалектического материализма жизнь – это «един-



ство и борьба» двух начал: изменяющейся и передающейся по наследству информа-

ции, с одной стороны, и биохимических, структурных функций – с другой. Одно без дру-

гого невозможно – и вопрос о том, с чего жизнь началась, с информации и нуклеиновых 

кислот или с функций и белков, остается одним из самых сложных. А одним из извест-

ных решений этой парадоксальной задачи является гипотеза «мира РНК», появившаяся 

еще в конце 1960-х и окончательно оформившаяся в конце 1980-х.

РНК – макромолекулы, в хранении и передаче информации не столь эффективные, 

как ДНК, а в выполнении ферментативных функций – не столь впечатляющие, как бел-

ки. Зато молекулы РНК способны и на то, и на другое, и до сих пор они служат переда-

точным звеном в информационном обмене клетки, и катализируют целый ряд реакций 

в ней. Белки неспособны реплицироваться без информации ДНК, а ДНК неспособна на 

это без белковых «умений». РНК же может быть полностью автономной: она способна 

катализировать собственное «размножение» – и для начала этого достаточно.

Исследования в рамках гипотезы «мира РНК» показали, что эти макромолекулы 

способны и к полноценной химической эволюции. Взять хотя бы наглядный пример

продемонстрированный калифорнийскими биофизиками во главе с Лесли Оргелом 



(Lesley Orgel): если в раствор способной к саморепликации РНК добавить бромистый 

этидий, служащий для этой системы ядом, блокирующим синтез РНК, то понемногу, со 

сменой поколений макромолекул, в смеси появляются РНК, устойчивые даже к очень 

высоким концентрациям токсина. Примерно так, эволюционируя, первые молекулы РНК 

могли найти способ синтезировать первые инструменты-белки, а затем – в комплексе с 

ними – «открыть» для себя и двойную спираль ДНК, идеальный носитель наследствен-

ной информации.

мир рНК


5

Любые космологические мифы о происхождении мира всегда венчаются антропо-

гоническими – о происхождении человека. И в этих фантазиях можно лишь позави-

довать воображению древних авторов: по вопросу о том, из чего, как и почему возник 

космос, откуда и каким образом появилась жизнь – и люди, – версии звучали самые 

разные и почти всегда красивые. Растения, рыбы и звери вылавливались с морского 

дна громадным вороном, люди выползали червями из тела первопредка Паньгу, ле-

пились из глины и пепла, рождались от браков богов и чудовищ. Все это удивительно 

поэтично, но к науке, конечно, не имеет никакого отношения.

НеНаУчНо


Духи, боги, первопредки

2

Не более научными, нежели истории о первопредках, можно назвать и взгляды, 



носящие громкое имя Теории стационарного состояния. По мнению ее сторонников, 

никакая жизнь вовсе никогда не возникала – как не рождалась и Земля, не появлялся 

и космос: они просто были всегда, всегда и пребудут. Все это не более обосновано, 

нежели черви Паньгу: чтобы всерьез принять такую «теорию», придется забыть о бес-

численных находках палеонтологии, геологии и астрономии. А по сути, отказаться от 

всего грандиозного здания современной науки – но тогда, наверное, стоит отказаться 

и от всего того, что полагается его жителям, включая компьютеры и безболезненное 

лечение зубов.

НеНаУчНо

Неизменность

3

«Фирменное» представление индийской философии, в западной философии свя-



занное с трудами Иммануила Канта, Фридриха Ницше и Мирчи Элиаде. Поэтическая 

картина вечного странствия каждой живой души по бесконечному множеству миров и 

их обитателей, ее перерождения то в ничтожное насекомое, то в возвышенного по-

эта, а то и в существо, неизвестное нам, демона или бога. Несмотря на отсутствие 

идей реинкарнации, Ницше эта идея действительно близка: вечность вечна, а значит, 

любое событие в ней может – и должно повториться вновь. И каждое существо без 

конца вращается на этой карусели всеобщего возвращения, так что только голова 

кружится, а сама проблема первичного происхождения исчезает где-то в калейдоско-

пе бесчисленных повторений.

НеНаУчНо


Вечное возвращение

4

С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ НАУКИ



монстр шпигельмана

«Монстр» необязательно значит «ужасный»; другое значение слова – «нечто создан-

ное искусственно». Так возник и этот монстр: американский профессор Сол Шпигельман 

поместил в пробирку РНК вируса Q

β, предоставив молекуле все необходимое для размно-

жения – белок-репликазу и исходные компоненты-нуклеотиды. Это создало новые условия 

для эволюции вирусной РНК: ей больше не надо было мутировать для противодействия 

механизмам защиты клетки, проникать в них и заражать... выигрывал лишь тот, кто больше и 

быстрее копировался.

Вскоре РНК с 4,5 тыс. нуклеотидов сократилась до 220, заметно ускорив скорость ре-

пликации. Это была наглядная демонстрация эволюции «в пробирке» – более того, эволю-

ция «Монстра Шпигельмана» продолжилась, и спустя некоторое время РНК сократилась уже 

до 50 нуклеотидов. Теоретически, если в исходном «растворе» присутствуют только исход-

ные компоненты и несложный фермент-репликаза, такая реплицирующаяся РНК может воз-

никнуть и спонтанно – начав бесконтрольное размножение и накопление изменений.

i


NAKED SCIENCE  

Июль – август,



 2015  

I  


117

116


  

I

 NAKED SCIENCE  



Июль – август,

 2015

media.hhmi.org



Однако простой репликации для «нормальной жизни» недостаточно: любая 

жизнь – это, прежде всего, пространственно изолированный участок среды, разде-

ляющий процессы обмена, облегчающий течение одних реакций и позволяющий 

исключать другие. Иначе говоря, жизнь – это клетка, ограниченная полупроницаемой 

мембраной, состоящей из липидов. И «протоклетки» должны были появляться уже на 

самых ранних этапах существования жизни на Земле – первую гипотезу об их проис-

хождении высказал хорошо знакомый нам Александр Опарин. В его представлении 

«протомембранами» могли служить капельки гидрофобных липидов, напоминающие 

желтые капли масла, плавающего в воде.

В целом идеи ученого принимаются и современной наукой, занимался этой темой 

и Джек Шостак, получивший за свои работы Медаль Опарина. Вместе с Катаржиной 

Адамалой (Katarzyna Adamala) он сумел создать своего рода модель «протоклетки», 

аналог мембраны которой состоял не из современных липидов, а из еще более простых 

органических молекул, жирных кислот, которые вполне могли накапливаться в местах 

возникновения первых протоорганизмов. Шостаку и Адамале удалось даже «оживить» 

свои структуры, добавив в среду ионы магния (стимулирующие работу РНК-полимераз) 

и лимонную кислоту (стабилизирующую структуру жировых мембран).

В итоге у них получилась совершенно простая, но в чем-то живая система; во вся-

ком случае это была нормальная протоклетка, которая содержала защищенную мем-

браной среду для размножения РНК. С этого момента можно закрыть последнюю главу 

предыстории жизни – и начать первые главы ее истории. Впрочем, это уже совсем 

другая тема, так что мы расскажем лишь об одной, но чрезвычайно важной концепции, 

связанной с первыми шагами эволюции жизни и возникновением громадного разно-

образия организмов.

Протоклетки

Взгляните на себя в зеркало, всмотритесь в глаза: существо, с которым вы перегля-

дываетесь, это сложнейший гибрид, возникший в незапамятные времена. Еще в конце 

XIX века немецко-английский естествоиспытатель Андреас Шимпер (Andreas Schimper) 

заметил, что хлоропласты – органеллы растительной клетки, ответственные за фото-

синтез, – реплицируются отдельно от самой клетки. Вскоре появилась гипотеза о том, 

что хлоропласты – это симбионты, клетки фотосинтезирующих бактерий, когда-то про-

глоченные хозяином – и оставшиеся жить здесь навсегда.

Разумеется, хлоропластов у нас нет, иначе бы мы могли питаться солнечным све-

том, как предлагают некоторые псевдорелигиозные секты. Однако в 1920-е гипотеза 

эндосимбиоза была расширена, включив митохондрии – органеллы, которые потре-

бляют кислород и поставляют энергию всем нашим клеткам. К сегодняшнему дню эта 

гипотеза приобрела статус полновесной, многократно доказанной теории – достаточно 

сказать, что у митохондрий и пластид обнаружился собственный геном, более или ме-

нее независимые от клетки механизмы деления и собственные системы синтеза белка.

В природе обнаружены и другие эндосимбионты, не имеющие за плечами миллиар-

дов лет совместной эволюции и находящиеся на менее глубоком уровне интеграции в 

клетке. Например, у некоторых амеб нет собственных митохондрий, зато есть включен-

ные внутрь и выполняющие их роль бактерии. Есть гипотезы и об эндосимбиотическом 

происхождении других органелл – включая жгутики и реснички, и даже клеточное ядро: 

согласно мнению некоторых исследователей, все мы, эукариоты, стали результатом не-

бывалого слияния между бактериями и археями. Эти версии пока не находят строгого 

подтверждения, однако ясно одно: едва возникнув, жизнь стала поглощать соседей – и 

взаимодействовать с ними, рождая новую жизнь. 

Эндосимбиоз

6

7



Само понятие креационизма возникло в XIX веке, когда этим словом стали называться 

сторонники различных версий появления мира и жизни, предложенных авторами Торы, 

Библии и других священных книг монотеистических религий. Однако по сути ничего но-

вого в сравнении с этими книгами креационисты не предложили, раз за разом пытаясь 

опровергнуть строгие и основательные находки науки – а на самом деле раз за разом 

теряя одну позицию за другой. К сожалению, идеи современных псевдоученых-креаци-

онистов куда легче понять: на осознание теорий настоящей науки требуется-таки потра-

тить немало усилий.

НеНаУчНо

Креационизм

5

С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ НАУКИ



i

«лУКа»


Последний универсальный общий предок (

Last Universal 

Common Ancestor, LUCA) – существо вполне гипотетическое; 

однако наличие его возможно и даже весьма вероятно. Если 

все организмы, существующие сегодня на Земле, от архей 

до космонавтов, действительно имеют одного общего пра-

родителя, можно выделить их самые базовые общие харак-

теристики – и адресовать последние тому самому LUCA.

Получается, что LUCA мог хранить и передавать генети-

ческую информацию с помощью ДНК и при посредничестве 

РНК, а также при помощи белков. Белки он должен был 

синтезировать на основе РНК на рибосомах, состоящих из 

двух субъединиц. ДНК его должна была состоять из аденина, 

гуанина, тимина и цитозина, а РНК – нести урацил вместо 

тимина. И так далее. LUCA вряд ли был единственным жите-

лем своего времени – и уж точно не первым из живых орга-

низмов. Если он существовал, то был уже достаточно развит 

и окружен многочисленными конкурентами. Просто ему 



повезло больше.




©emirb.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

войти | регистрация
    Басты бет


загрузить материал