Новоженов В.А. Концепции современного естествознания

Подождите немного. Документ загружается.

257

ные к дальнейшему усложнению, а весь длительный путь к жизни

шел под влиянием конкретных условий окружающей среды.

Для построения любого сложного органического соединения

живых организмов нужен весьма небольшой набор слагающих

блоков-мономеров (низкомолекулярных соединений). Например,

имея всего 29 не очень сложных мономеров, можно описать

биохимическое строение любого живого организма. В число их

входят 20 аминокислот, из которых построены все белки, 5

азотистых, т.е. содержащих азот, оснований (из них в комбина-

циях с дру гими веществами образуются носители наследствен-

ности – нуклеиновые кислоты), а также глюкоза – важнейший

источник энергии, необходимой для жизнедеятельности, жиры –

структурный материал, иду щий на построение в клетке мембран

и запасающий энергию. Такое сравнительно небольшое число

соединений – результат действия в течение почти миллиарда

лет естественного отбора, выделившего их из огромного количе-

ства некогда возникших веществ и определившего их пригод-

ность для существования при определенном уровне температу-

ры, влажности, радиации, давлении и т.д. Этот процесс протекал

в соответствии с законами астрофизики и химии. Без всякого

вмешательства «надприродных» сил совершалось и дальней-

шее усложнение органических веществ. На этой стадии, по-

видимому, уже начал действовать предварительный отбор тех

соединений, которые позднее явились составными частями пер-

вых организмов. Другими словами: из множества образовавших-

ся веществ сохранялись лишь наиболее устойчивые и способ-

ные к дальнейшему усложнению, а весь длительный путь к жизни

шел под влиянием конкретных условий окружающей среды.

Соединения, возникшие на основе углерода, образовали

«первичный бульон» гидросферы. Существует научная гипотеза,

согласно которой содержащие углерод и азот вещества возника-

ли в расплавленных глубинах Земли и выносились на поверх-

ность при вулканической деятельности. Размываясь водой, они

могли попасть в океан, где участвовали в образовании «первич-

ного бульона».

Второй важнейший шаг в образовании живых организмов

заключался в том, что из множества различных отдельных моле-

ку л органических веществ, существовавших в первичном океане

Земли, возникли упорядоченные сложные веществабиополиме-

ры – белки и нуклеиновые кислоты. Они уже обладали важней-

258

шим биологическим свойством – вполне воспроизводить анало-

гичные себе молекулы.

Каким же образом осуществлялось формирование биопо-

лимеров? В рассматриваемый период все органические соеди-

нения находились в первичном океане Земли. Для того чтобы

между соединениями могли произойти реакции, ведущие к обра-

зованию сложных биологически важных молекул, концентрация

органических соединений должна была быть сравнительно вы-

сокой. Такая концентрация веществ могла образоваться в ре-

зультате осаждения соединений на различных минеральных

частицах, например, на частичках глины или гидроокиси железа,

образующих ил прогреваемого солнцем мелководья. Кроме того,

органические вещества могли образовать на поверхности океана

тонкую пленку, которую ветер и волны гнали к берегу. Здесь она

собиралась в толстые слои, в результате чего концентрация

органических веществ повышалась в тысячи раз.

Возможно также, что концентрация веществ происходила на

органических частицах, обособившихся от «первичного бульона»

океана. Этот процесс известен в химии: в разбавленных раство-

рах родственные молекулы объединяются друг с другом. Такое

объединение молекул помогает им перейти в более устойчивое

энергетическое состояние.

Итак, отдельные похожие и сравнительно несложные орга-

нические соединения начали объединяться в крупные биологи-

ческие молекулы. Образовались ферменты – белковые вещест-

ва-катализаторы, которые способствуют возникновению или рас-

паду молекул. В результате деятельности первичных ферментов

возникли одни из важнейших органических соединений – нуклеи-

новые кислоты, сложные полимерные (т.е. состоящие из многих

блоков-мономеров) вещества. Мономеры в нуклеиновых кисло-

тах расположены таким образом, что несут определенную ин-

формацию, код, заключающийся в том, что каждой аминокисло-

те, входящей в белок, соответствует определенный набор из

трех мономеров, так называемый триплет нуклеиновой кислоты.

Таким образом, на основе «планов» нуклеиновых кислот строят-

ся белки и происходит обмен с внешней средой веществом и

энергией. Затем возникают и другие сложные органические со-

единения.

Эта стадия была ключевой, переломной в возникновении

жизни на Земле. Молекулы нуклеиновых кислот приобрели свой-

259

ство самовоспроизведения себе подобных; заключенная в ки-

слотах информация вела к строгой упорядоченности отдельных

составляющих их мономеров. Молекулы нуклеиновых кислот

стали управлять всем процессом образования белковых ве-

ществ.

Таким образом, в первичном океане Земли возникли хими-

ческие соединения, которые, черпая энергию из внешней среды,

могли поддерживать свое существование и воспроизводить себе

подобных. Можно считать, что с этого момента на Земле возник-

ла жизнь. Зарождение живого, очевидно, происходило в наибо-

лее благоприятных участках океана.

Что же такое жизнь, какое ее определение будет наиболее

полным и точным? Жизнь – это особая форма существования

материи, особая форма ее движения. Она невозможна без су-

ществования и функционирования белков и нуклеиновых кислот;

жизнь – производное водной оболочки Земли, ее гидросферы;

она – часть нескончаемого движения Вселенной. Характерные

особенности жизни – обмен с внешней средой, воспроизведение

себе подобных, постоянное развитие.

Химическая эволюция возникших на Земле органических

соединений неизбежно вела к последовательному усложнению

этих соединений и процессов их образования. В результате при-

способления органических соединений к внеш ней среде остава-

лись лишь те из них, которые могли дать еще более сложные

образования. Последовательность объединения простых соеди-

нений в сложные вначале была случайной; однако в процессе

эволюции отбирались только участки, если можно так сказать, с

наиболее удачной упорядоченностью. Постепенно возникли вы-

сокомолекулярные соединения с высокой степенью упорядочен-

ности и способностью воспроизводить себе подобных.

Но можно ли говорить, что именно на этом этапе возникла

жизнь? Ведь организмов, с их обменом веществ, раздражимо-

стью, способностью приспособления к изменяющимся внешним

условиям, к росту и размножению, еще не существовало.

С точки зрения современной науки, да, можно.

Возникновению первых организмов, как мы говорили, пред-

шествовала необходимая биохимическая стадия возникновения

жизни. На этой стадии в удобных, например, мелководных,

заиленных, участках океана образовались сложные биологиче-

ские молекулы-биополимеры, о которых мы уже упоминали. Вна-

чале их существование поддерживалось чисто химическими

260

процессами. А к концу биохимической стадии появились первич-

ные структурные образования – так называемые мембраны. Они

отграничили смеси органических веществ от внешней среды.

Впоследствии мембраны сыграли главную роль в построе-

нии всех живых клеток.

Клетки как основные структурные элементы живого стали

объектом научного исследования более 300 лет назад. Их впер-

вые обнаружил английский ученый Р. Гук. В XIX в. немецкие био-

логи Шлейден и Шванн сформу лировали клеточную теорию,

которая лежит в основе современной биологической науки. В

нескольких словах ее суть можно определить так: тела всех рас-

тений и животных состоят из основных единиц жизни – клеток.

Живое содержимое клетки получило название протоплазмы (в

настоящее время чаще называется цитоплазмой). Виды клеток

животного и растительного организма приведены на рис. 4.2 и

4.3.

Рис. 4.2. Обобщенная схема клетки животного организма

261

Ученые считают, что первые организмы на Земле были од-

ноклеточными прокариотами. По своему строению они напоми-

нали, например, существующие ныне бактерии или сине-

зеленые водоросли. Для «сборки» одноклеточных организмов

«использовались» сложные самовоспроизводящиеся молекулы

нуклеиновых кислот, белковые вещества, мембраны.

Первые клетки – прокариоты (рис.4.1)– представляли собой

«живые» молекулы, окруженные мембраной. Постепенно прока-

риоты усложнялись, присоединяя к себе дру гие «живые» моле-

ку лы или их комплексы.

Итак, каким же требованиям должны отвечать зарождаю-

щиеся клетки живого?

Во-первых, соединения жизни, т.е. разнообразные и много-

численные соединения углерода, должны быть активны при

сравнительно невысоких температурах поверхности Земли. При

этом скорость протекания жизненных процессов должна значи-

262

тельно меняться при сравнительно небольших изменениях тем-

пературы.

В результате многочисленных исследований ученые пришли

к выводу, что скорость и последовательность жизненных реак-

ций клеток определяется характером надмолекулярных структур,

т.е. закономерностью расположения больших молекул в угле-

родных соединениях.

Во-вторых, для жизни абсолютно необходим приток энергии

извне, из окружающей среды. Энергию клетка получает с пищей.

Для жизни важным является, однако, не только получение энер-

гии, но и способность запасать и хранить ее. В противном случае

организм мог бы существовать, лишь непрерывно поглощая пи-

щу .

В-третьих, поскольку живой организм неразрывно связан с

окружающей средой, он должен реагировать на ее изменения

определенными комплексами реакций, ослабляющих или устра-

няющих нежелательные воздействия внешних условий. Иными

словами, клетка должна располагать определенным «запасом

прочности», авторегулироваться.

В-четвертых, все живое должно постоянно и с большой точ-

ностью воспроизводить себя. Значит, целый ряд внутриклеточ-

ных процессов должен обеспечивать размножение клетки. За

хранение наследственной информации и ее реализацию в клет-

ке отвечают прежде всего нуклеиновые кислоты: они служат

своеобразными матрицами, с которых делается множество ко-

пий живого. Благодаря тем данным, которые заключены в струк-

турах нуклеиновых кислот, осуществляется жизненно необходи-

мый синтез белка, самих нуклеиновых кислот и т.п.

В-пятых, так как в каждой клетке ежеминутно протекает

множество химических реакций под контролем ферментов-

катализаторов, то эти катализаторы должны быть достаточно

универсальны и должны воспроизводиться на тех же матрицах,

что и другие вещества, состоять из блоков синтезируемых и рас-

пространенных в клетке веществ. В своей работе ферменты-

катализаторы избирательно ускоряют то одни, то другие реак-

ции, обеспечивая тем самым жизнедеятельность клетки.

С образованием первых клеток был сделан величайший шаг

в зарождении жизни на нашей планете. У читателя может воз-

никнуть вполне законный вопрос: а может ли жизнь возникать в

наше время? Ученые считают, что возникновение живого прин-

ципиально осуществимо и сегодня. Но сможет ли оно существо-

263

вать и развиваться? Нет, отвечает наука, не сможет: имеющиеся

на Земле организмы мгновенно бы уничтожили новообразова-

ние.

Предметом длительных споров являлся вопрос о том, воз-

ник ли на земле сначала какой-то один вид организма, от которо-

го пошли все остальные, или появилось сразу множество разно-

образных? Скорее всего, по данным современных наук, из

большого количества высокомолекулярных органических соеди-

нений первичного океана более или менее одновременно воз-

никло великое множество первых комочков живой протоплаз-

мы. Они гибли в морских прибоях, в горячих водоворотах, высы-

хали при отливах, замерзали в холодных глубинных слоях океа-

на. Но огонек жизни уже загорелся, и ему суждено было гореть

вечно.

Многие из появившихся организмов стали хищниками: они

строили вещество своих клеток за счет других организмов. Дру-

гие успешно развивались в содружестве с окружающими.

Проходили сотни миллионов, даже миллиарды лет. За это

долгое время из первых прокариотов возникли эукариоты. Про-

кариотам, таким образом, пришлось существенно потесниться,

многие их виды, по-видимому, исчезли. У эукариотов в клетке

существует уже оформленное ядро с веществами, содержащими

код синтеза белка, и ядрышко, находящееся в ядре.

Приблизительно в это же время у эукариотов намечается

«выбор» растительного или животного образа жизни. Основное

различие этих двух образов жизни заключается в способе пита-

ния и связано с возникновением такого важного для всего живого

на Земле процесса, как фотосинтез.

Фотосинтез заключается в создании органического вещест-

ва, например сахаров, из углекислоты и воды при использовании

энергии солнечного света. Фотосинтез складывается из быстрых,

зависящих от света «световых реакций» и более медленных,

способны х протекать в темноте, «темновых реакций». Такой

процесс зеленые растения могут осуществлять благодаря осо-

бым свойствам содержащегося в них вещества – хлорофилла,

зеленого пигмента. Ежегодно растения Земли создают при по-

мощи фотосинтеза около 200 миллиардов тонн органического

вещества, причем 90% этого количества вырабатывают водо-

росли и только 10% – наземные растения.

264

С возникновением фотосинтеза в атмосферу Земли начал

поступать кислород. Подсчитано, что благодаря фотосинтезу вся

углекислота планеты – и в атмосфере, и растворенная в воде –

обновляется примерно за 300 лет, а весь кислород – за 2 тысячи

лет. Теперешнее содержание кислорода в атмосфере (21%) бы-

ло достигну то около 250 миллионов лет назад в результате ин-

тенсивного развития наземных растений.

Итак, мы видим, что в результате фотосинтеза образова-

лась так называемая вторичная атмосфера Земли с высоким

содержанием кислорода. Первичная была наполнена ядовитыми

газами, в частности, углекислым. В дальнейшем развитие жизни

шло по пути совершенствования кислородного обмена, ибо ки-

слород – очень активный газ. Он быстро окисляет многие веще-

ства, а значит, и ускоряет биохимические реакции, происходя-

щие в живых организмах.

Возникшие одноклеточные организмы продолжали совер-

шенствоваться. Некоторые из них, объединяясь, стали жить ко-

лониями. Объединение давало возможность успешно осуществ-

лять различные жизненные фу нкции. В колонии как прообразе

многоклеточного организма клетки начинают специализировать-

ся: одни реагируют на свет, другие отвечают за процессы раз-

множения.

Первые многоклеточные организмы возникли путем объе-

динения одноклеточных. Это был следующий великий этап в

развитии жизни. Многоклеточные морские организмы развива-

лись и совершенствовались дальше. Одни из них осели на дно и

прикрепились к нему (первые водоросли и кораллы). Другие по-

строили себе домик-раковину, которую стали всюду таскать за

собой для защиты от врагов. Третьи стали совершенствоваться

в плавании, ползании по дну (первые медузы)... Жизнь бурно

развивалась и совершенствовалась. Далее начинается ее па-

леонтологическая летопись, многие каменные страницы которой

уже прочтены учеными.

Концепции возникновения жизни

Концепции, касающиеся возникновения Земли, да и всей

Вселенной, разнообразны и далеко не достоверны. Согласно

коцепции стационарного состояния, Вселенная существовала

извечно. Согласно другим гипотезам, Вселенная могла возник-

265

нуть из сгустка нейтронов в результате Большого взрыва, роди-

лась в одной из черных дыр или же была создана Творцом. Во-

преки бытующим представлениям, наука не в состоянии опро-

вергнуть идею о божественном сотворении первозданной Все-

ленной, так же как теологические взгляды не обязательно отвер-

гают возможность того, что жизнь в процессе своего развития

приобрела черты, объяснимые на основе законов природы.

Среди главных концепций возникновения жизни на Земле

следует упомянуть следующие:

1) жизнь была создана сверхъестественным существом в

определенное время (креационизм);

2) жизнь возникала неоднократно из неживого вещества

(самопроизвольное зарождение);

3) жизнь существовала всегда (теория стационарного со-

стояния);

4) жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия);

5) жизнь на нашей планете возникла случайно;

6) жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся

химическим и физическим законам (биохимическая эволюция).

Креационизм

Согласно этой концепции, жизнь возникла в результате како-

го-то сверхъестественного события в прошлом; ее придержива-

ются последователи почти всех наиболее распространенных

религиозных учений. В 1650 г. архиепископ Ашер из г. Арма (Ир-

ландия) вычислил, что бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н.э.

и закончил свой труд 23 октября в 9 часов утра, создав человека.

Ашер получил эту дату, сложив возрасты всех людей, упоми-

нающихся в библейской генеалогии, – от Адама до Христа («кто

кого родил»). С точки зрения арифметики это разумно, однако

при этом получается, что Адам жил в то время, когда, как пока-

зывают археологические находки, на Ближнем Востоке сущест-

вовала хорошо развитая городская (шумерская) цивилизация,

которая имела свою письменность, развитое хозяйство, имела

разносторонние торговые связи с соседними государствами.

Очень близкие легенды о сотворении мира и живых существ

каким-то сверхестественным существом присутствуют в мифах и

сказаниях очень многих народов на Земле. Эти мифы и сказания

появились значительно раньше, чем Библия. Например, пред-

266

ставления шумеров о возникновении мира, о появлении челове-

ка нашли отражение в Библии. Главными богами шумеров были

Ан (небо) и Ки (земля), которые были неразрывно связаны. Ан

практически не вмешивался в дела на Земле, передав эти функ-

ции богам, родившимся от него. Так, родившийся от этого союза

бог воздуха Энлиль разделил небо и землю и практически гос-

подствовал над Вселенной. Мифы древнейших народов, религи-

озные убеждения современных людей указывают на сходство

попыток объяснить как появление природы, так и различные

природные явления.

Традиционное иудейско-христианское представление о со-

творении мира, изложенное в Книге Бытия, 1.1.-26, вызывало и

продолжает вызывать споры. Хотя все христиане признают, что

Библия – завет господа людям, по вопросу о длине «дня», упо-

минающегося в Книге Бытия, существуют разногласия. Некото-

рые считают, что мир и все населяющие его организмы были

созданы за шесть дней продолжительностью по 24 часа. Они

отвергают любые другие точки зрения и целиком полагаются на

вдохновение, созерцание и божественное откровение. Другие

христиане не относятся к Библии как к научной книге и считают,

что в Книге Бытия изложено в понятной для людей всех времен

форме теологическое откровение о сотворении всех живых су-

ществ всемогущ им творцом. Для них описание сотворения жи-

вых существ скорей относится к ответу на вопрос «почему?», а

не «каким образом?». Если наука в поисках истины широко ис-

пользует наблюдение и эксперимент, то богословие постигает

истину через божественное откровение и веру.

«Вера же есть осуществление ожидаемого и уверенность в

невидимом ... Верою осознаем, что вещи устроены словом

Божьим, так что из невидимого произошло видимое» (Послание к

евреям, 11, 1-3).

Вера признает вещи, которым нет доказательств в научном

смысле слова. Это означает, что логически не может быть про-

тиворечия между научным и богословским объяснением сотво-

рения мира, так как эти две сферы мышления взаимно исключа-

ют одна другую. Для ученого научная истина всегда содержит

элемент гипотезы, предварительности, но для верующего теоло-

гическая картина абсолютна.

Процесс божественного сотворения мира мыслится как

имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для на-

блюдения; этого достаточно, чтобы вынести всю концепцию бо-