Самозарождение

Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей.

Самозарождение — спонтанное зарождение живых существ из неживых материалов; в общем случае, самопроизвольное возникновение живого вещества из неживого. В настоящее время общепризнано, что зарождение живых организмов невозможно, а возникновение живого вещества из неживого практически невозможно в современных природных условиях. Однако в науке активно обсуждаются возможные сценарии возникновения жизни на ранних этапах существования Земли^[1].

Развитие теории самозарождения

Древний мир

С древних времён человечество решало вопросы происхождения жизни довольно однозначно. В том, что живое или, по крайней мере, низшие его представители, способны зарождаться сами по себе буквально из ничего, не было никаких сомнений. Сведения о том, как различные живые существа появляются из воды, грязи и гниющих остатков, можно найти в древних китайских и индийских рукописях, об этом также рассказывают египетские иероглифы и клинописи Древнего Вавилона. К примеру, народ Древнего Египта свято верил в существовавшее тогда убеждение о том, что лягушки, жабы, змеи и даже более крупные животные, такие как, например, крокодилы, рождаются не иначе как из слоя ила, остающегося на берегах Нила после его сезонных разливов. А в Древнем Китае люди полагали, что тля возникает сама по себе на молодых побегах бамбука. Причём немаловажное значение в этом процессе придавалось теплу, влаге и солнечному свету. В Вавилоне же люди верили, что черви появляются сами по себе в каналах.

Античность

Убеждения в спонтанном зарождении живых существ из неживых материалов было воспринято философами Древней Греции и Рима, как нечто само собой разумеющееся. Очевидно, что в отличие от восточных цивилизаций, для которых характерным было теологическое толкование происхождения жизни, в Древней Греции наблюдается эмпиризм доэволюционных научных теорий и практически полное отсутствие религиозного подтекста. В какой-то момент под идею о самозарождении стали подводить определённую теоретическую основу, толкуя её с материалистических или идеалистических позиций.

К примеру, древнегреческий философ — Фалес Милетский (конец VII-начало VI в. до н. э.), придерживавшийся стихийно-материалистических позиций, полагал, что жизнь есть свойство, присущее материи. Подобным материальным первоначалом, из которого естественным образом возник мир, по мнению Фалеса Милетского, была вода. Также придерживался материалистических принципов толкования самозарождения жизни другой древнегреческий философ Демокрит (460—370 гг. до н. э.), основатель атомистической теории. Он полагал, что всё на свете состоит из множества мельчайших неделимых частиц — атомов, а жизнь зарождается за счёт взаимодействия между собой сил природы — к примеру, за счёт взаимодействия атомов огня и влажной земли.

А древнегреческий философ-материалист Эмпедокл (485—425 гг. до н. э.) считал, что первые в мире живые организмы (а это, как он полагал, были растения), зародились в речном иле под влиянием внутреннего тепла Земли. Вслед за растениями появляются части животных: «„головы выходили без шей, двигались руки без ног, очи блуждали без лбов“, из соединения которых впоследствии появились первые животные организмы». Само же соединение происходило так: «Влекомые силой Любви эти части искали друг друга и слагались в целые живые существа, причём соединения частей происходили случайно, так что образовались чудовища в виде животных с человеческими головами, многоголовые создания и т. д. Но эти уродливые твари, по учению Эмпедокла, были неспособны к продолжительному существованию и волею Вражды должны были погибнуть, уступив место более гармонично устроенным организмам. С течением времени по законам Любви и Вражды получились формы, приспособленные к среде и способные к размножению». Примерно об этом же (только в форме художественного произведения) писал древнеримский поэт Лукреций Кар (ок. 98—55 гг. до н. э.) в поэме «О природе вещей».

Противоположного, идеалистического подхода к теории самозарождения жизни придерживался Платон (428—347 гг. до н. э.). Он полагал, что сама по себе животная и растительная материя ни в коем случае не является живой. Живой же она становится только после того как до неё снисходит бессмертная душа, «психея». Эта идея Платона оказалась более чем жизнеспособной, и после него оказалась воспринята его учеником Аристотелем, учение которого легло в основу всей средневековой научной культуры и просуществовало более 2-х тысяч лет. В своих трудах Аристотель приводит бесчисленное множество «фактов» самозарождения живых существ — растений, насекомых, червей, лягушек, мышей, некоторых морских животных — с указанием необходимых для этого условий — наличия разлагающихся органических остатков, навоза, испорченного мяса, различных отбросов, грязи. Под эти «факты» Аристотель даже подводил определённое теоретическое обоснование — он утверждал, что внезапное зарождение живых существ вызвано ни чем иным как воздействием некоего духовного начала на до того безжизненную материю. Но в то же время Аристотель выражает и вполне здравые мысли, близкие по своей сути к эволюционной теории: «Кроме того, возможно, что одни тела время от времени превращаются в другие, а те в свою очередь, распадаясь, претерпевают новые превращения, и таким образом развитие и распад уравновешивают друг друга». Также непременно стоит отметить, что Аристотель был первым учёным, высказавшим идею «лестницы существ» (от менее развитых и более примитивных к наиболее развитым, а в более широком понимании — от неживой природы к живой). Вот как выглядела «лестница» Аристотеля: 1) Человек; 2) Животные; 3) Зоофиты; 4) Растения; 5) Неорганическая материя.

При этом развитие живых существ происходит путём их восхождения по ступенькам лестницы от низших к высшим и осуществляется за счёт присущей материи склонности к самосовершенствованию. Как ни смешно это прозвучит, подобные идеи действительно были передовыми для V в. до н. э., прогрессивными по сравнению с ненаучным религиозным подходом. В отличие от прежних религиозных воззрений, теория самозарождения жизни носила уже не тео-, а космогеничный, светский характер. Роль бога в процессе зарождения жизни уже не казалась такой однозначной, что положило границу между религией и наукой и определило дальнейший путь развития науки вне религиозных догматов. А некоторые исследователи даже полагают, что в идеях Эмпедокла о зарождении жизни можно углядеть зачатки теории эволюции и естественного отбора с её идеями борьбы за существования и сохранения сильнейших видов.

Средние века

Для Средних веков характерен значительный регресс научного знания, связанный, в основном, с колоссальной властью церкви над всеми отраслями человеческой деятельности, а также с развитием христианской философии и формированием соответствующего, религиозного образа жизни и мышления. Ещё в III в. н. э. Плотин (глава философской школы неоплатоников) говорил о том, «что живые существа могли возникать из земли не только в прошлом, но возникают и сейчас в процессе гниения» под воздействием «животворящего духа» («vivere facit»), то уже в V веке н. э. идеи «живородящего духа» и «животворящей силы» оказались невостребованными, так как во главу угла встало христианство, предполагающее единый акт творения. Ко всему прочему, вся научная деятельность находилась под контролем церкви, что отнюдь не способствовало продуктивному научному творчеству и появлению новых достижений в области органического мира.

В Европе очень надолго воцарилось мнение о том, что всех живых существ создал Бог в процессе единого акта творения (creatio). Также, как считал злейший враг науки Августин (354—430 гг.н. э.), «подобно тому как Бог в виде исключения создал вино прямо из воды, Бог так же в виде исключения может заставить рождаться организмы прямо из земли», а точнее «Он может заставить их рождаться от семени или происходить из неживой материи, где заложены невидимые „духовные семена“ („occulta semina“)». Таким образом Августин разработал теологизированное учение о «зарождающей силе» («anima vegetativa»). Однако стоит отметить, что приобретя религиозный подтекст и без того неверная идея о самозарождении жизни потеряла всякий смысл. Хотя она продолжала развиваться и подкреплялась всё новыми и новыми «фактами». К примеру, Ян Баптиста ван Гельмонт, голландский учёный, предложил вот такой рецепт получения мышей: открытый кувшин нужно набить нижним бельём, загрязнённым по́том и добавить туда некоторое кол-во пшеницы, и приблизительно через 3 недели появится мышь, «поскольку закваска, находившаяся в белье, проникает через пшеничную шелуху и превращает пшеницу в мышь». А Фома Аквинский (1225—1274 гг.), будучи известным средневековым демонологом, полагал, что большинство паразитов и других животных, вредных для сельского хозяйства, зарождаются по воле дьявола, который стремится таким изощрённым образом нанести вред человеку. «Даже те черви, которые в аду мучают грешников, возникают там в результате гниения их грехов.»

Эпоха Возрождения

К XVI веку теория самозарождения живых организмов достигла своего апогея. В эпоху Возрождения в научном мире активно распространилась заимствованная из иудаизма легенда о големе или гомункулюсе-искусственно созданном из глины, земли или другой неживой материи при помощи магических заклинаний и обрядов человека. Парацельс (1493—1541 гг.) предлагал вот такой рецепт изготовления гомункула: взять «известную человеческую жидкость» (сперму) и заставить её гнить сначала 7 суток в запечатанной тыкве, а затем в течение сорока недель в лошадином желудке, ежедневно добавляя человеческую кровь. И в результате «произойдёт настоящий живой ребёнок, имеющий все члены, как дитя, родившееся от женщины, но только весьма маленького роста.»

Опровержение теории самозарождения

Опыты Франческо Реди

Иллюстрация из «Опытов по происхождению насекомых» Франческо Реди (1668)

Тосканский врач Франческо Реди (1626—1698 гг.) был первым человеком, документально доказавшим ошибочность теории самозарождения. Он произвёл ряд опытов, доказывавших, что мухи, вопреки бытовавшему в ту пору мнению, не могут зарождаться сами по себе в гниющем мясе. Реди брал два куска мяса, раскладывал их в глиняные горшочки, и один из них накрывал тончайшей неаполитанской кисеёй. Через какое-то время он снимал кисею, но ни мух, ни их личинок в мясе не было. Из этого учёный сделал вполне закономерный вывод: мухи садятся на гниющее мясо и откладывают в него личинки, в результате чего рождаются новые мухи. Рождаются, а не появляются сами по себе. Следовательно, «большинство насекомых и червей не самозарождается».

Опыты Реди серьёзно поколебали господствовавшую идею о самозарождении жизни. Однако его выводы не были сразу приняты наукой и обществом. Это был только первый шаг на долгом и трудном пути опровержения теории самозарождения — ведь даже сам Реди «…в отношение других случаев вполне допускал возможность самозарождения; так, например, он считал, что кишечные и древесные черви возникают сами собой из гниющих материалов».

После открытия А. ван Левенгуком микроорганизмов не удивительно, что именно они стали основным предметом научных споров о возможности самозарождения — казалось вполне закономерным, что если самозарождение вообще имеет место, то оно непременно должно быть характерно именно для этих «ничтожных зверушек» Левенгука.

Опыты Ладзаро Спалланцани

Итальянский учёный и священник Ладзаро Спалланцани (1729—1799 гг.) ещё в самом начале своей научной деятельности был убеждён в абсурдности теории самозарождения. Он полагал, что в рождении каждого живого существа, пусть даже речь шла о «ничтожных зверюшках», должен быть определённый закон и порядок, определённая мера и смысл. Спалланцани тщательно изучил труды Реди и, придя в восторг от его опытов, вознамерился во что бы то ни стало повторить их, но только не на примере личинок мух, а на примере микроскопических зверюшек. И он приступил к воплощению в жизнь своего замысла.

А тем временем другой священник и натуралист Дж. Нидхем, родом из Англии (1713—1781 гг.) был удостоен внимания Королевского общества за свои опыты с бараньей подливкой, в которой, как он утверждал, сами по себе могут зарождаться микроскопический организмы. Он кипятил баранью подливку, сливал её в бутылку, закрывал её пробкой и для верности нагревал ещё раз (ведь многократное нагревание совершенно точно должно было уничтожить все попавшие в подливку из воздуха микроорганизмы и их споры), выжидал несколько дней, а затем изучал подливку под микроскопом. К его величайшей радости подливка кишела микробами. Значит, зарождение живой материи из неживой всё-таки возможно!

Спалланцани, узнав об этих опытах, пришёл в негодование — он долго искал ошибку в действиях Нидхема и в конце концов пришёл к выводу, что тот просто недостаточно плотно закупоривает бутылку с подливкой и недостаточно долго её кипятит, таким образом, в подливке вполне могут сохраниться маленькие животные. Тогда Спалланцани провёл целый ряд опытов, доказывающих, что Нидхем был неправ. Он брал множество склянок с семенным отваром, некоторые из которых закрывал пробкой. другие же запаивал на огне горелки. Одни он кипятил по целому часу, другие же нагревал только несколько минут. По прошествии нескольких дней Спалланцани обнаружил, что в тех склянках, которые были плотно запаяны и хорошо нагреты, никаких маленьких животных нет — они появились только в тех бутылках, которые были неплотно закрыты и недостаточно долго прокипячены, причём вероятнее всего, проникли туда из воздуха или же сохранились после кипячения, а вовсе не зародились сами по себе. Таким образом, Спалланцани не только доказал несостоятельность концепции самозарождения, но также выявил существование мельчайших организмов, способных переносить непродолжительное — в течение нескольких минут — кипячение.

Между тем, Нидхем не пожелал признавать поражение в споре. Он объединился с графом Бюффоном, и вместе они выдвинули гипотезу о Производящей силе — некоем животворящем элементе, который содержится в бараньем бульоне и семенном отваре и способен создать живые организмы из неживой материи. Спалланцани убивает Производящую силу когда кипятит целыми часами свои склянки, утверждали они, и совершенно естественно, что маленькие зверюшки не могут возникнуть там, где нет этой силы. Научный мир вполне устроила эта новая концепция — ведь она помогла реабилитироваться пошатнувшейся, но такой близкой и знакомой теории самозарождения.

Но Спалланцани был в ярости — ведь Нидхем и Бюффон ничего не доказывали экспериментально, они вообще не предоставляли никаких доказательств в защиту своей теории, они попросту занимались словоблудием и бесполезными философскими рассуждениями. И, самое ужасное, весь научный мир поддерживал их! Но Спалланцани не сдавался. Он решил оспорить гипотезу Нидхема и Бюффона. Взяв за основу своих экспериментов их идею о том, что Производящая сила содержится именно в семенах, он набрал в склянки побольше разных семян и, едва прикрыв пробками, прокипятил эти семена в течение нескольких часов. Согласно доводам Нидхема, эта процедура должна была убить Производящую силу, но Спалланцани, естественно, обнаружил в отваре великое множество микроорганизмов, проникших туда из воздуха. Для пущей верности он повторил эксперимент, предварительно обжарив свои семена. Результат повторился — следовательно, ни о какой Производящей силе не могло быть и речи! О результатах своих опытов Спалланцани заявил на всю Европу, и к нему стали серьёзно прислушиваться.

Но Нидхем и Бюффон не желали покидать поле боя. Они объявили, что Производящая сила способна сопротивляться высоким температурам, но ей необходим эластический воздух, которого лишает её Спалланцани при запаивании склянок.

В ответ на это Спалланцани провёл ещё один блестящий эксперимент — он выплавил специальную склянку с очень узким горлышком — чтобы затрачиваемое на её запаивание тепло не «выгоняло» упругий воздух и давление внутри склянки и за её пределами оставалось одинаковым. Убедившись, что даже несмотря на присутствие большого количества упругого воздуха микроскопические животные всё же не появляются в отваре, Спалланцани праздновал победу, а Нидхем и Бюффон канули в Лету вместе с обломками своей несостоявшейся теории.

Но Спалланцани не желал останавливаться на достигнутом. Он тратил много сил и времени на изучение микроскопических животных — к примеру, подвергал их действию табачного дыма и электрического разряда. Он уже почти пришёл к выводу, что эти «ничтожные зверюшки» ничем не отличаются от всех остальных живых существ, но разуверился в этом после собственного эксперимента, доказывающего тот факт, что многие микроорганизмы могут продолжать свою жизнедеятельность без воздуха, столь необходимого всем остальным живым организмам. Фактически, он совершил важнейшее открытие в микробиологии — выявил существование анаэробных микроорганизмов.

Спалланцани продолжал волновать вопрос о размножении микроорганизмов. Наблюдая за ними в микроскоп, он не раз видел маленьких зверюшек, слипшихся между собой, но ему ни разу не удалось разглядеть сам процесс деления. Чуть позже этот процесс открыл другой учёный, де Соссюр, и Спалланцани пришёл в восторг от этого открытия.

В это же время англичанин Эллис выдвинул гипотезу о том, что микроорганизмы вовсе не делятся пополам, а размножаются как и всё живое — живорождением, утверждая даже что собственными глазами видел новых микробов, зарождающихся в теле старых. А так называемое деление — не что иное как раскол зверька надвое за счёт столкновения его с другим микроорганизмом.

Спалланцани и тут не растерялся — с помощью щёточки из верблюжьей шерсти он сумел отделить одного микроба от армии его собратьев и, путём непродолжительных наблюдений подтвердить открытие де Соссюра — на месте одного микроба на предметном стекле Спалланцани обнаружил четверых, хотя ни о каких столкновениях не могло быть и речи.

Таким образом, Ладзаро Спалланцани совершил ряд важнейших открытий, послуживших крупной вехой на пути развенчания теории самозарождения и на пути развития микробиологии вообще.

Опыты Луи Пастера

К тому моменту, когда французский учёный Луи Пастер (1822—1895) приступил к решению вопроса о происхождении микроорганизмов, он уже успел совершить ряд открытий в химии и микробиологии. В частности, ему принадлежит открытие пространственной изомерии, процесса брожения и пастеризации. На протяжении всей жизни его научная деятельность была так или иначе связана с промышленным производством, и именно ему Пастер был обязан большинством своих достижений.

Пастера, как и большинство учёных того времени, волновал вопрос о происхождении живых существ, изучению деятельности которых он отдал столько времени и сил. Он повторял опыты Спалланцани, но сторонники теории самозарождения утверждали, что для самозарождения микроскопических животных необходим натуральный, не нагретый воздух, т. к. по мнению виталистов нагревание убивало «животворящую» или «плодотворную» силу. Ко всему прочему они утверждали (впрочем, Пастер и сам это понимал), что для чистоты эксперимента необходимо, чтобы в сосуд, содержащий не нагретый воздух, не проникли дрожжевые грибки и вибрионы. Задача показалась Пастеру невыполнимой.

Но вскоре, заручившись помощью французского учёного Антуана Балара, известного на весь мир открытием брома, он сумел найти выход из этой затруднительной ситуации. Пастер поручил своим помощникам приготовить весьма необычные колбы — их горлышки были вытянуты и загнуты книзу наподобие лебединых шей (S-образно), Балар подсказал эту идею и выдул на огне первый экземпляр. В эти колбы он наливал отвар, кипятил его, не закупоривая сосуд, и оставлял в таком виде на несколько дней. По прошествии этого времени в отваре не оказывалось ни одного живого микроорганизма, несмотря на то, что не нагретый воздух свободно проникал в открытое горлышко колбы. Пастер объяснял это тем, что все микробы, содержащиеся в воздухе, просто-напросто оседают на стенках узкого горлышка и не добираются до питательной среды. Свои слова он подтвердил, хорошенько встряхнув колбу, так чтобы бульон ополоснул стенки изогнутого горлышка, и обнаружив на этот раз в капле отвара микроскопических животных.^[2]

Абиогенез

Основные статьи: Абиогенез, Химическая эволюция

Теория Опарина—Холдейна

В середине ХХ столетия внимание к проблеме самозарождения жизни вновь было привлечено советским биохимиком А. И. Опариным и английским учёным Дж. Холдейном. Они выдвинули предположение, что жизнь возникла в результате взаимодействия взвеси органических соединений («первичного бульона»^[3]), образовавшихся в бескислородных условиях на первобытной Земле. Тогда, 4 млрд лет назад, атмосфера на Земле состояла из аммиака, паров воды и углекислого газа. Под воздействием атмосферного электричества образовались органические соединения^[4], которые положили начало нуклеиновым кислотам и белкам, генам и клеткам. Наибольшим успехом теории Опарина—Холдейна стал эксперимент, проведенный в 1953 году американским аспирантом Стэнли Миллером.

Теория РНК-мира

Основная статья: Гипотеза мира РНК

К XXI веку теория Опарина—Холдейна, предполагающая изначальное возникновение белков, практически уступила место более современной. Толчком к её разработке послужило открытие рибозимов — молекул РНК, обладающих ферментативной активностью и поэтому способных соединять в себе функции, которые в настоящих клетках в основном выполняют по отдельности белки и ДНК, то есть катализирование биохимических реакций и хранение наследственной информации. Таким образом, предполагается, что первые живые существа были РНК-организмами без белков и ДНК, а праобразом их мог стать автокаталитический цикл, образованный теми самыми рибозимами, способными катализировать синтез своих собственных копий.^[5]

Примечания

1. ↑ К. Ю. Еськов. История Земли и жизни на ней. - Гл. 4.
2. ↑ Яновская М. И. Пастер. ЖЗЛ. − 1960. − 368 с.
3. ↑ Происхождение жизни
4. ↑ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ
5. ↑ Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы / А. В. Марков. — М.: Астрель: CORPUS, 2010. — С. 60.

Литература

1. Поль де Крюи Охотники за микробами. — СПб., Амфора, 2006. — 359 с.
2. www.erefiya.front.ru/evolution.htm
3. www.evolution.powernet.ru/library/micro/12.html