«Происхождение жизни»

одна из центральных проблем естествознания. Теологи и философы-идеалисты (финалисты, холисты, органицисты и др.) утверждают, что возникновение жизни есть результат творческого акта духовного начала, «высшего интеллекта», бога. В противоположность этому материалисты считают, что Жизнь по своему происхождению материальна и возникла естественным путём на основе общих законов природы. Однако господствовавший в естествознании в конце 19 — начале 20 вв. механистический материализм, пытавшийся познать жизнь на основе уподобления организма машине (см. Механицизм), оказался бессильным рационально разрешить проблему П. ж. Только диалектико-материалистический подход к этой проблеме открыл путь к её разрешению, на что указывал Ф. Энгельс в «Диалектике природы».

В течение первых двух десятилетий 20 в. господствовали два представления о П. ж. на Земле. Согласно одному из них, жизнь была занесена на Землю извне (см. Панспермия); согласно другому, П. ж. — результат случайного образования единичной «живой молекулы», в строении которой был заложен весь план дальнейшего развития жизни. Оба эти представления исключали возможность научного подхода к решению проблемы П. ж., будучи, по меткому выражению англ. учёного Дж. Бернала, лишь «лукавыми уловками ума», стремящегося уклониться от разрешения этой проблемы.

Начало систематической разработке проблемы П. ж. было положено в 1924 в связи с выходом в свет работы А. И. Опарина «Происхождение жизни», в которой впервые была сформулирована естественненаучная концепция П. ж. на Земле, согласно которой возникновение жизни — результат длительной эволюции материи. Обобщив накопленный естествознанием фактический материал, Опарин проследил в естественноисторическом аспекте образование и последующую эволюцию органических соединений, простейших структур, энергетических процессов и биохимических функций, которые могли иметь место на Земле в период возникновения и становления жизни. Как отмечает Дж. Бернал (1967), эта теория легла в основу почти всех современных представлений о П. ж.

На основе накопившегося за 50 лет фактического материала возникновение жизни на Земле следует рассматривать как закономерный процесс эволюции углеродистых соединений. Современные радиоастрономические данные о наличии углеродистых соединений в межзвёздной среде, изучение кометных спектров и химического состава метеоритов показывают, что органические вещества возникали не только до появления жизни (что категорически отрицалось прежде), но и до формирования нашей планеты. Следовательно, органические вещества абиогенного происхождения (см. Абиогенез) присутствовали на Земле уже при её образовании. Химические и палеонтологические исследования древнейших докембрийских отложений и особенно многочисленные модельные эксперименты, воспроизводящие условия, которые господствовали на поверхности первобытной Земли, позволили понять, как в этих условиях происходило образование все более и более сложных органических веществ, в том числе полипептидов и полинуклеотидов. Т. о., абиогенное образование простейших углеводородов — первая ступень в развитии органической материи — не вызывает сомнений. Крупнейшим вкладом в развитие теории П. ж. явились предположения А. И. Опарина и амер. учёного Г. Юрио том, что первичная атмосфера Земли имела восстановительные свойства и на определённом этапе своего развития должна была содержать наряду с газообразным водородом и парами воды соединения углерода (в виде метана — CH₄ и циана — CN) и азота (в виде аммиака — NH₃). С течением времени состав атмосферы постепенно изменялся: в ней всё более возрастало содержание кислорода (в результате возникновения начальных анаэробных форм жизни) и она начала приобретать окислительные свойства. Установлено, что Земля возникла свыше 4,5 млрд. лет назад, а первые признаки жизни появились на ней 2—3 млрд. лет назад. Следовательно, в течение значительного времени существования Земли на ней не было жизни. В этот период, называемый периодом химической эволюции, протекали разнообразные химические превращения, приводившие к образованию сложных органических веществ, ставших в дальнейшем компонентами сначала фазовообособленных систем органических веществ — т. н. пробионтов, а затем и простейших клеток — протоклеток, обладавших свойствами живого. Лишь возникновение последних положило начало биологической эволюции. Представления о химической эволюции вещества на пути к возникновению жизни подтверждены рядом экспериментальных работ, в процессе которых были осуществлены абиогенные синтезы важнейших органических соединений в системах, моделирующих химический состав первичной земной атмосферы. Эти работы — одно из основных доказательств правомерности теории П. ж., выдвинутой сов. учёными.

Начало серии работ по абиогенному синтезу было положено американским учёным С. Миллером (1953), синтезировавшим ряд аминокислот при пропускании электрического разряда через смесь газов, предположительно составлявших первичную земную атмосферу. Сов. учёные А. Г. Пасынский и Т. Е. Павловская (1956) показали возможность образования аминокислот при ультрафиолетовом облучении газовой смеси формальдегида и солей аммония. Исп. учёный Х. Оро (1960) осуществила биогенный синтез пуринов, пиримидинов, рибозы и дезоксирибозы — компонентов нуклеиновых кислот (См. Нуклеиновые кислоты). Амер. учёные абиогенно синтезировали аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ) — основную форму накопления энергии в живых организмах (С. Поннамперума,1970), а также аминокислоты, Полипептиды и белковоподобные вещества (С. Фокс, 1969). Этими экспериментами было доказано, что абиогенное образование органических соединений во Вселенной могло происходить в результате воздействия тепловой энергии, ионизирующего и ультрафиолетового излучений, электрических разрядов. Первичным источником этих форм энергии служат термоядерные процессы, протекающие в недрах звёзд. Обширные геологические исследования показывают, что на поверхности земного шара в ранний геосинклинальный период её орогенического цикла воды, пропитывающие земной грунт, непрерывно перемещали растворённые в них вещества из мест их образования в места накопления и концентрирования. При этом наряду с синтезом всё более сложных органических веществ на одних и тех же субвитальных территориях имел место и их распад, а затем и новый синтез. Такие процессы могли приводить к многократному возникновению пробионтов. Подобное представление полностью исключает гипотезу о случайном характере П. ж.

Особое значение имеет это представление для понимания перехода химической эволюции в биологическую. Такой переход обязательно должен был быть связан с возникновением многомолекулярных фазовообособленных открытых систем, способных взаимодействовать с внешней средой, т. е. расти и развиваться, используя её вещества, энергию и тем самым преодолевая нарастание энтропии (См. Энтропия).Модельные опыты с фазовообособленными системами, или пробионтами, проводимые, в частности, А. И. Опариным и сотрудниками с коацерватными каплями (см. Коацервация), выделяющимися из водного раствора разнообразных органических полимеров, показали, что эти системы обладают способностью поглощать из окружающего их раствора разнообразные богатые энергией вещества и за их счёт расти, увеличиваясь в размерах и массе. При этом скорость указанного процесса определяется свойственной каждой индивидуальной капле химической и пространственной организацией, так что две разновидности капель, находящиеся в одинаковом растворе, ведут себя различно. Одни растут быстро, тогда как рост других замедлен и может даже происходить их полный распад. Описанные модельные опыты показывают возможность примитивного «отбора» капель в зависимости от характера их взаимодействия с внешней средой. С. Фокс с сотрудниками (с 1964) исследует микросферы — шаровидные образования, возникающие при растворении и последующей конденсации полученных им абиогенно белковоподобных веществ. Показано, что в процессе синтеза этих веществ из аминокислот образуются Гуанин и жирные кислоты. Это даёт основание считать микросферы интересным объектом для изучения одного из путей появления клеток. Возможным путём возникновения фазовообособленных систем органических веществ могло быть и спонтанное образование поверхностных плёнок и элементарных мембран (англ. учёный Р. Голдэйкр, 1963).

Независимо от того, какой из путей образования индивидуальных многомолекулярных систем, исходных для дальнейшего отбора и эволюции, будет признан наиболее вероятным, незыблемым остаётся представление о химической эволюции материи на пути к возникновению жизни. В литературе ещё довольно часто высказывается положение, согласно которому для исходного образования живых систем было необходимо, чтобы в гидросфере Земли первоначально (ещё на молекулярном уровне) возникли внутренне организованные и целесообразно построенные белковые вещества и нуклеиновые кислоты. Самосборка их молекул будто бы и привела к формированию первичных организмов. В этом случае непонятно, как могли возникнуть сами по себе молекулы белков и нуклеиновых кислот, обладавшие не только строго определённым внутримолекулярным строением, но и хорошо приспособленные к осуществлению функций, которые они будут выполнять в образовавшихся из них целостных живых системах.

Возникновение и совершенствование приспособленности внутримолекулярного строения белков и нуклеиновых кислот к выполняемым ими в организмах функциям могло происходить только на основе естественного отбора (См. Естественный отбор), которому подвергались целостные эволюирующие системы — пробионты — и возникавшие из них живые существа. В результате длительной эволюции и естественного отбора пробионты превратились в системы более высокого порядка, какими являются живые организмы. Появление нуклеиновых кислот как носителей генетической информации и ферментов как биохимических катализаторов не могло привести к возникновению жизни без системы, обеспечивающей передачу информации первых и постоянный синтез вторых. Именно поэтому невозможно представить себе, что «началом жизни» была единичная молекула нуклеиновой кислоты, или нуклеопротеида (вирус). Возникшая в дальнейшем на основе формирования генетического кода (См. Генетический код)способность к передаче наследственной информации от предков к потомкам стала одним из основных свойств организмов.

Конечно, то, что происходило на Земле, могло иметь место и в др. областях Вселенной. На этом основана уверенность в том, что жизнь существует не только на нашей планете. Однако достоверные признаки жизни ещё не обнаружены ни на ближайших к нам планетах Солнечной системы, ни в мировом пространстве.

Лит.: Энгельс Ф., Диалектика природы, Маркс К., Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20; Опарин А. И., Происхождение жизни, М., 1924; его же, Возникновение и начальное развитие жизни, [М., 1966]; его же, Философский и естественноисторический аспект проблемы происхождения жизни, «Изв. АН СССР. Сер. биологическая», 1970, № 5; его же, История возникновения и развития теории происхождения жизни, там же, 1972, № 6; Бернал Дж., Возникновение жизни, пер. с англ., М., 1969; Руттен М. Г., Происхождение жизни (естественным путем), пер. с англ., М., 1973; Calvin М., Chemical evolution, Oxf., 1969. См. также лит. при ст. Жизнь.

А. И. Опарин, Г. А. Деборин.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ

Вопрос о П. ж., о возникновении живых существ является одной из центр, проблем естествознания. Диалектич. материализм рассматривает П. ж. как естеств. закономерный процесс в развитии материи. Теологи и философы-идеалисты связывают возникновение жизни с творч. актом некоего духовного начала—«высшего интеллекта», бога (см. КРЕАЦИОНИЗМ). Вплоть до нач. 20 в. естествознание рассматривало эту проблему как неразрешимую, относящуюся скорее к области веры, чем знания. В кон. 19 — нач. 20 вв. господствовало представление, согласно к-рому П. ж. можно понять только тогда, когда где-то в природе будет обнаружено самозарождение жизни. Широкое признание имела теория о занесении жизни на Землю извне (панспермия), позднее возникло представление о том, что П. ж.— результат случайного образования «живой молекулы», в строении к-рой был заложен весь план дальнейшего развития жизни. Все эти положения не подтверждаются данными науки, однако в той или иной степени имеют хождение до сих пор. В 1924 А. И. Опариным, а позднее Дж. Холдейном (1929) на основе обобщения накопленных естествознанием фактов была сформулирована гипотеза, рассматривающая возникновение жизни как результат длительной эволюции углеродных соединений. Она легла в основу науч. представлений о П. ж. В процессе становления жизни условно можно выделить четыре этапа: 1) синтез низкомолекулярных органич. соединений из газов первичной атмосферы; 2) полимеризация мономеров с образованием цепей белков и нуклеиновых к-т; 3) образование фазовообособленных систем органич. веществ, отделённых от внеш. среды мембранами; 4) возникновение простейших клеток, обладающих свойствами живого, в т. ч. репродуктивным аппаратом, гарантирующим передачу дочерним клеткам всех химич. и метаболич. свойств родительских клеток. Первые три этапа относят к периоду химической эволюции, с четвёртого начинается биологическая эволюция. Представления о химич. эволюции вещества подтверждены рядом модельных экспериментов. Начало этим работам было положено в 1953 С. Миллером и Г. Юри, к-рые при воздействии искрового разряда иа газовую смесь из метана, аммиака и паров воды получили набор малых органич. молекул, впервые доказав возможность абиогенного синтеза органич. соединений в системах, имитирующих предположит, состав первичной земной атмосферы. По данным совр. науки, возраст Земли оценивается в 4,6 млрд. лет, а первые признаки жизни на ней (по данным палеонтологии) появились ок. 3,8 млрд. лет назад. Условия на планете с начала её существования были благоприятными для синтеза и накопления органич. соединений. В первичной атмосфере, имевшей, по-видимому, восстановит, характер, под влиянием разл. видов энергии (ультрафиолетовое и радиоактивное излучение, электрич. разряды, вулканич. процессы, тепло и др.) из простейших соединений синтезировались молекулы аминокислот, Сахаров, азотистых оснований, жирных к-т и др. При их концентрировании в растворе (возможно, с участием минеральных и органич. «матриц») происходило образование биополимеров — примитивных белков и нуклеиновых к-т. Интересной особенностью органич. молекул, составляющих живые организмы, является их асимметрия: аминокислоты представлены только левыми формами, а углеводы — правыми. Возможность первичного образования асимметрических соединений вне живой природы, согласно Дж. Берналу, обусловлена тем, что абиогенный синтез органич. веществ происходил на поверхности асимметрич. кристаллов кварца. Высказываются также предположения, что возникновение асимметрии связано с внутриатомными явлениями, бета-распадом, магнитным полем Земли, воздействием циркулярно поляризованного света. Возникшие полимеры объединялись затем в многомолекуляриые комплексы с образованием фазовообособленных систем (т. н. неспецифическая самосборка), способных взаимодействовать с внеш. средой (по типу открытых систем). Возможность образования таких систем подтверждается рядом гипотетических (теоретич. и эксперим.) моделей. В качестве протоклеток (пробионтов), напр., предложены коацерватные капли, построенные из смесей коллоидных частиц, и микросферы, возникающие при растворении и послед, конденсации протеиноидов. Было показано, что образование коацерватных суспензий или микросфер типично для полимеров и биофильных молекул в растворе. Уже на стадии формирования таких структур, вероятно, имел место отбор, в результате к-рого среди множества возможных сохранились соединения, наиб, пригодные для выполнения биол. функций и обеспечивающие высокую степень их «выживания». Эволюция пробионтов завершилась появлением примитивных организмов, обладавших генетич. и белок-синтезирующим аппаратами и обусловленным ими наследуемым обменом веществ (проблема возникновения генетического кода интенсивно разрабатывается как теоретически, так и экспериментально на модельных системах). Первые живые организмы были гетеротрофами, использовавшими для жизнедеятельности абиогенные органич. молекулы. Однако со временем происходило уменьшение концентрации свободного органич. вещества в окружающей их среде и преимущество получили организмы, способные синтезировать органич. соединения из неорганических. Таким путём, вероятно, ок. 2 млрд. лет назад возникли первые фото-синтезирующие клетки (типа цианобак-терий), способные использовать световую энергию для синтеза органич. соединений из СО2 и Н2О, выделяя при этом О2, и изменившие состав атмосферы, после чего она стала приобретать окислит, характер. Т. о., жизнь, возникшая на Земле, изменила те условия, к-рые сделали возможным её появление. Описанная последовательность событий, обусловивших возникновение жизни, очевидно, не является единственно возможной и неизбежной, определяемой природой элементов и существовавшими физич. условиями. Большую роль в решении вопроса о П. ж. могли бы сыграть данные космич. исследований, т. к. процесс становления жизни на разл. его этапах может иметь место и в др. областях Вселенной. Однако достоверных признаков жизни не обнаружено ещё ни на одной планете солнечной системы и за её пределами. (см. ЖИЗНЬ, ЭКЗОБИОЛОГИЯ).

учения о возникновении форм преджизни и жизни в истории Земли. Продолжительность жизни исчисляется (4,2-3,8) млрд лет и временем возникновения, не превосходящем несколько миллионов лет, а более вероятно гораздо меньшим сроком. Преимущественными считаются матричные механизмы возникновения жизни на минеральных кристаллах по схеме минеральный кристалл — минерало-органный кристалл — жидкокристаллическая структура, что вело к образованию ДНК, РНК, белков, всех полинуклеотидов и, в конечном итоге, к образованию протоклетки, возникновению механизма наследственности, а затем образованию клетки.

origine della vita