Гипотезы о происхождении жизни на Земле
С древности и до нашего времени было высказано множество гипотез о происхождении жизни на Земле. Однако все их многообразие сводится к двум взаимоисключающим точкам зрения.
Сторонники теории биогенеза (от греч. био - жизнь и генезис - происхождение) полагали, что все живое происходит только от живого. Их противники защищали теорию абиогенеза (а - лат. отрицательная приставка); они считали возможным происхождением живого от неживого, т. е. в той или иной мере допускали самозарождение жизни.
После открытия А. ван Левенгуком микроорганизмов именно они стали основным объектом спора о зарождении жизни, поскольку логичным представлялось, что в первую очередь к самозарождению способны наиболее примитивно устроенные живые существа. Сам ученый отрицательно относился к возможности зарождения микроорганизмов из неживой материи. Английский натуралист Дж.Нидхем (J.Needham, 1713-1781) попытался экспериментально ответить на этот вопрос. Ученый поставил серию опытов, которые сводились к тому, что он готовил в стеклянных колбах разные настои, кипятил их в течение нескольких минут, затем закрывал обычными пробками. Через несколько дней в сосудах появлялись микроорганизмы. Это привело Нидхема к заключению о спонтанном возникновении микроорганизмов из неживого органического вещества, т.е. о возможности самопроизвольного зарождения на уровне низших живых существ. Опыты Дж.Нидхема повторил итальянский естествоиспытатель Л.Спалланцани (L. Spallanzani, 1729-1799). Его опыты внешне не отличались от опытов Нидхема, за исключением того, что Спалланцани закрывал сосуд пробкой не после, а до кипячения, а само кипячение длилось не несколько минут, как в опытах Нидхема, а значительно дольше - от 30 мин до 1 ч. В таких сосудах после выдерживания в течение нескольких дней не было обнаружено никаких микроорганизмов. Л.Спалланцани сделал вывод, что в опытах Дж.Нидхема микроорганизмы в настоях появлялись, или попадая туда из воздуха (поскольку сосуды закрывали обычными пробками после кипячения), или погибали не все первоначально содержавшиеся в настоях клетки из-за недостаточно длительного кипячения. (В первую очередь это относится к наиболее термоустойчивым формам бактерий - спорам.) Л.Спалланцани под микроскопом удалось наблюдать деление микроба на две одинаковые дочерние клетки, каждая из которых также делилась на две клетки. Все сказанное позволило итальянскому ученому утверждать, что и микроорганизмы возникают не в результате самозарождения, а происходят от себе подобных. Выводы Л.Спалланцани, однако, не поколебали веры Дж.Нидхема и его сторонников в самозарождение. Дж.Нидхем объяснил отрицательные результаты, полученные Л.Спалланцани, тем, что тот подвергал свои настои слишком жесткой обработке, в результате которой разрушалась их "жизненная сила". Окончательный конец спору о самозарождении микроорганизмов положил Л.Пастер. Серией четко поставленных опытов он доказал, что микроорганизмы не возникают самопроизвольно. Особенно изящными были его опыты, проведенные в колбах с S-образными горлами (Рис. 48(микр)). Опыт Л.Пастера в колбах с S-образными горлами). В такие колбы наливали подсахаренную дрожжевую воду. Если колбы прокипятить, а затем осторожно охладить, то они остаются стерильными неопределенно долгое время, несмотря на то, что не закрыты пробками. Если же удалить S-образный участок горла, то спустя несколько дней в такой колбе будет наблюдаться бурное развитие микроорганизмов. Через S-образное горло непрогретый воздух может легко поступать в колбу, но содержащиеся в воздухе микроорганизмы задерживаются в изгибах горла, оседая в его нижнем колене. После удаления S-образной части горла микроорганизмы прямо попадают в колбу, начинается их быстрый рост. Этим простым опытом Л.Пастер опроверг возражение о разрушении при нагревании таинственной "жизненной силы", содержащейся в питательной среде и в обычном (непрогретом) воздухе. Он неопровержимо доказал, что "самозарождение" в большинстве опытов происходит в результате попадания в стерилизованные питательные среды микроорганизмов из воздуха. Позднее идеи о самозарождении возникли уже в XX в. по отношению к субмикроскопическим живым частицам - вирусам. Однако и в этом случае было доказано, что вирусы не зарождаются из невирусного материала, а происходят только от себе подобных частиц, т.е. вирусов. Таким образом, хотя теория самозарождения была убедительно опровергнута на разных уровнях организации живых организмов, вопрос о происхождении жизни оставался открытым. Основной вывод, который можно сделать из рассмотренного выше материала, заключается в том, что в настоящее время (имеется в виду отрезок времени достаточной исторической протяженности) спонтанное возникновение жизни невозможно. Однако это не ответ на вопрос о происхождении жизни. Точно так же не является ответом на вопрос и гипотеза о внеземном происхождении жизни и занесении ее на Землю в виде спор или зародышей с другой планеты. В конце XIX - начале XX в. большой популярностью пользовалась гипотеза панспермии, согласно которой живые организмы были занесены на Землю из космического пространства. Особенно привлекательно выглядела идея занесения их с метеоритами или космической пылью. Гипотеза панспермии была сформулирована в 1865 г. немецким исследователем Г.Рихтером (G.Richter) и поддержана С.Аррениусом (S.Arrhenius) и Г.Гельмгольцем (H.Helmholtz). В наше время эту идею с учетом достижений науки и техники, и в первую очередь освоения человеком космического пространства, модернизировали Ф.Крик (F. Crick) и Л.Оргелл (L.Orgel), предположившие доставку зародышей жизни (микроорганизмов) на Землю из другой, более развитой цивилизации на космическом корабле. Эта гипотеза не объясняет первоначального возникновения этих спор или зародышей, а просто истоки жизни выносит в просторы Вселенной. В настоящее время ни у кого не вызывает сомнения возможность существования жизни в других частях Вселенной, однако вероятность занесения на Землю живых организмов из космического пространства не имеет пока никаких подтверждений. Итак, на вопрос о возможности самозарождения в наше время живых существ из неживой материи был получен отрицательный ответ, и в этом огромная заслуга Л.Пастера. Однако многими современниками Пастера его опыты, опровергавшие возникновение живых существ (микроорганизмов) из неживой материи, были восприняты как абсолютное доказательство полной невозможности зарождения живых организмов из неорганической природы. Это поставило в тупик тех исследователей, которые видели в самозарождении единственный путь возникновения жизни. Надо сказать, что Л.Пастер допускал возможность существования каких-то неизвестных условий, при которых могло произойти спонтанное зарождение жизни. В 1878 г. он писал, что не считает самозарождение в принципе невозможным. В XX в. внимание к этой проблеме было привлечено советским биохимиком А.И.Опариным и английским исследователем Дж.Холдейном (J.Haldane), которые выдвинули предположение, что жизнь возникла в результате взаимодействия органических соединений, образовавшихся в бескислородных условиях на первобытной Земле. Согласно этой гипотезе, биологический синтез органических веществ происходит только на современном этапе существования Земли. На первобытной безжизненной Земле могли происходить химические (абиогенные) синтезы углеродистых соединений и их последующая предбиологическая эволюция. В результате этой эволюции имело место постепенное усложнение органических соединений, формирование из них пространственно обособленных систем и превращение последних в предшественников жизни, а затем и в первичные живые организмы. В последующие годы эти идеи получили широкое признание. Конечно, вопрос о происхождении жизни - проблема общебиологическая. Более того, плодотворное его решение возможно только в комплексе с другими науками, такими как химия, геология, палеонтология, физика. Почему же этому вопросу так много внимания уделяется в курсе микробиологии? На это можно ответить словами К. ван Ниля: "...он (микробиолог) имеет дело с биологическим материалом, по- видимому, достаточно близкими "истокам жизни", и в то же время несет прямую ответственность за тупик, создавшийся вследствие того, что ему не удалось доказать самопроизвольное зарождение". Согласно современным представлениям жизнь есть результат эволюции материи. Взгляды на происхождение жизни, ее развитие и сущность имеют длинную историю, но обсуждение этих вопросов до недавнего времени было предметом философских размышлений. Лишь в последние десятилетия решение этих вопросов было поставлено на экспериментальную основу и ответ на многие из них получен в лаборатории. Попытки ответить на вопрос, что такое жизнь, вероятно, следует отнести ко времени появления человека (Homo sapiens). В самых ранних дошедших до нас памятниках культуры древнейших цивилизаций в художественной форме отразились существовавшие тогда представления о возникновении живых существ. При раскопках в Уруке, городе, существовавшем в середине IV тыс. до н.э., была обнаружена ваза, на которой изображено, как из морских волн появляются растения, над растениями располагаются животные, затем - люди, а над людьми - богиня жизни и плодородия. Сведения о том, как различные живые существа возникают из воды и гниющих остатков, можно найти в древних китайских и индийских рукописях, об этом рассказывают египетские иероглифы и клинописи Древнего Вавилона. В Древнем Египте существовало убеждение, что лягушки, жабы, змеи и даже крокодилы рождаются из слоя ила, который остается после разливов Нила. В Древнем Китае считали, что тля возникает на молодых побегах бамбука. Большое значение при этом придавалось теплу, влаге и солнечному свету. Убеждение в спонтанном зарождении живых существ из неживых материалов было воспринято философами Древней Греции и Рима как нечто само собой разумеющееся. Первоначально вера в самозарождение не связывалась с определенным миропониманием. Самозарождение воспринимали как очевидный, постоянно наблюдаемый в природе факт. И только значительно позднее под самозарождение стали подводить определенную теоретическую основу, толкуя его с материалистических или идеалистических позиций. Древнегреческий философ Фалес Милетский (конец VII-начало VI в. до н.э.) подходил к пониманию происхождения жизни со стихийно- материалистических позиций, считая, что жизнь есть свойство, присущее материи. Для Фалеса Милетского материальным первоначалом, из которого естественным путем возник мир, была вода. На позициях материалистического толкования самозарождения жизни стоял и другой древнегреческий философ Демокрит (460-370 гг. до н. э.). Согласно его теории, материя построена из атомов, мельчайших, неделимых, вечных и неизменных частиц, находящихся в движении, а жизнь возникла в результате взаимодействия сил природы, в особенности действия атомов огня на атомы влажной земли. Противоположное идеалистическое толкование идеи самозарождения жизни связано с именем Платона (428/427-347 гг. до н.э.), считавшего, что сама по себе растительная и животная материя не является живой. Живой она становится только тогда, когда в нее вселяется бессмертная душа . "психея". Эта идея Платона оказалась очень жизнеспособной. Ее воспринял и Аристотель (384-322 гг. до н.э.), учение которого легло в основу всей средневековой научной культуры и господствовало около двух тысяч лет. В работах Аристотеля приводятся многочисленные "факты" самозарождения живых существ: растений, насекомых, червей, лягушек, мышей, некоторых морских животных. Необходимые условия для этого - наличие разлагающихся органических остатков, навоза, испорченного мяса, различных отбросов, грязи. Аристотель подвел под эти "факты" определенное теоретическое толкование, рассматривая внезапное появление живых существ как результат воздействия некоего духовного начала на безжизненную, косную материю. В средние века идеи о возникновении живых существ из неживой материи подкреплялись новыми "фактами". Я. ван Гельмонт, голландский естествоиспытатель, известный своими исследованиями по питанию растений, предложил способ получения мышей, согласно которому, если открытый кувшин набить нижним бельем, загрязненным потом, и добавить туда некоторое количество пшеницы, то приблизительно через три недели появляется мышь, "поскольку закваска, находившаяся в белье, проникает через пшеничную шелуху и превращает пшеницу в мышь". Развитие науки в эпоху Возрождения с ее экспериментальным подходом к изучению явлений природы поставило на повестку дня пересмотр с новых позиций идеи самозарождения живых существ. Итальянский врач Ф.Реди (F.Redi, 1626-1698) решил проверить, действительно ли, как это всеми считалось, "черви" (личинки мух) зарождаются из гниющего мяса. Для этого он уложил мясо в три банки, одну из которых оставил открытой, вторую накрыл тонкой марлей, а третью - пергаментом. Все три куска мяса начали гнить, но "черви" появились только в открытой банке. Этим простым экспериментом Реди показал, что "черви" не возникли из гниющего мяса, а появились лишь там, где мухи могли откладывать яйца непосредственно на мясо. Опыты Ф.Реди впервые серьезно поколебали господствовавшую идею самозарождения макроскопических организмов.
Появление книги Ч. Дарвина вновь поставило вопрос о том, как возникла жизнь на Земле. Французская академия наук в 1859 г. назначила специальную премию за попытку осветить по-новому вопрос о самопроизвольном зарождении. Эту премию спустя три года (в 1862 г.) получил знаменитый французский ученый Луи Пастер. Пастер (1822-1895) провел эксперимент, по простоте соперничавший со знаменитым опытом Реди. Он кипятил в колбе различные питательные среды, в которых могли развиваться микроорганизмы. При длительном кипячении в колбе погибали не только микроорганизмы, но и их споры. Помня о возражении виталистов против опытов Спалланцани, что "жизненная сила" не может проникнуть в запаянную колбу, Пастер соединил колбу с наружным воздухом длинной s- образной трубкой. Споры микроорганизмов оседали на внутренней поверхности тонкой изогнутой трубки и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипяченная питательная среда оставалась стерильной, в ней не наблюдалось самозарождения микроорганизмов, хотя доступ воздуха (а с ним и пресловутой "жизненной силы") был обеспечен. Виталистам был нанесен сокрушительный удар.
