Бульон, комета или Бог: научные и ненаучные гипотезы происхождения жизни

Биохимическая эволюция. Жизнь из «первичного бульона»

Представьте себе древнюю Землю, непохожую на нашу. Вместо голубого неба — багровое. Атмосфера имела совсем другой состав, и дышать ею мы бы не смогли. Она состояла преимущественно из водяного пара, углекислого газа, азота и вулканических газов.

Почти всю планету покрывал океан. В нем, как в огромном котле с бульоном, под воздействием молний и ультрафиолета из простых веществ «варились» более сложные органические соединения — аминокислоты, сахара и другие.

Они и стали «кирпичиками» будущей жизни.

Именно так в самых общих чертах, выглядит гипотеза абиогенеза — происхождения жизни из неживой материи в результате физико-химических процессов.

В 1920-х годах ее почти одновременно и независимо друг от друга предложили советский биохимик Александр Опарин и британский ученый Джон Холдейн.

В 1953 году гипотеза получила, как тогда казалось, блестящее подтверждение.

Американские химики Стэнли Миллер и Гарольд Юри провели эксперимент: они создали в колбе «первичную атмосферу» из метана, аммиака и водорода, а потом добавили воды, имитируя тот самый древний океан.

Затем через эту смесь пропустили электрические разряды, — в условиях первичного бульона это могли быть молнии.

Уже через неделю вода в колбе пожелтела, и анализ показал, что в ней самопроизвольно образовались аминокислоты — строительные блоки всех белков.

Что не так с гипотезой?

При всей своей красоте и революционности классическая гипотеза «первичного бульона» содержала ошибку.

Со временем выяснилось, что атмосфера древней Земли была менее богатой водородом и метаном, чем предполагалось. Поэтому синтез органики в таких условиях шел бы менее эффективно, чем в колбе Миллера — Юри.

Была и другая загвоздка: реальная клетка намного сложнее, чем то, что могло появиться в океане описанным путем.

Непонятно, как там могла образоваться сложнейшая система хранения и передачи наследственной информации. Как из отдельных молекул могли сами собой возникнуть ДНК и РНК, которые «запоминают» и передают инструкции? Как появились белки, которые эти инструкции выполняют?

И все же сегодня гипотеза Опарина — Холдейна, а также эксперимент Миллера — Юри очень значимы для науки.

Панспермия. Жизнь прибыла из космоса

Возможно, жизнь на Земле появилась благодаря пришельцам. Но не тем, о которых вы могли сейчас подумать.

Согласно гипотезе панспермии, жизнь могла прибыть на нашу планету из космоса в виде микроскопических организмов или органических молекул.

Радиационная панспермия

А вот научная гипотеза сформировалась в XIX веке. Ее выдвинул шведский ученый, лауреат Нобелевской премии по химии Сванте Аррениус.

В 1903 году Аррениус предположил, что микроскопические организмы могут путешествовать по Вселенной, перемещаясь под давлением света от звезд. Он назвал этот процесс «радиационной панспермией».

Литопанспермия и кометы

В середине XX века другой нобелевский лауреат по химии, Мелвин Кальвин, предложил новую вариацию панспермии — литопанспермию (от греч. litos — камень).

Ученый предположил, что микроскопические формы жизни могли попасть на Землю внутри небольших каменных метеоритов. И в некоторых метеоритах уже находили органические вещества, например, сахара и аминокислоты.

Правда, следов живых организмов в них обнаружено не было.

Астрофизик Фред Хойл и математик родом из Шри-Ланки Чандра Викрамасингхе высказывали похожую гипотезу, но предполагали, что жизнь могла попасть на Землю с кометой. Однако большинство ученых относятся к этой идее скептически.

Семена от пришельцев

Наконец, самая экзотическая версия — направленная панспермия. Якобы жизнь на Землю могла сознательно занести некая внеземная цивилизация. Вы спросите: а при чем тут наука?

Теорию выдвинул не абы кто, а лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине Фрэнсис Крик. Правда, премию он получил не за нее, а за открытие того, как генетическая информация реализуется в клетке.

Что не так с гипотезой

Главный недостаток гипотезы панспермии в том, что она не отвечает на основной вопрос: как зародилась жизнь? Она лишь переносит место зарождения с Земли на другую, неизвестную планету.

К тому же пока ни одна космическая миссия не обнаружила никаких следов внеземной жизни.

Может быть, дело все-таки в глине?

Помните, что «первичный бульон», согласно гипотезе, был целым океаном? Нормальный такой бульон: попасть вилкой хоть в одну ~~картофелину ~~ молекулу шансов нет.

Но еще невероятнее, что эти молекулы случайно встретятся и соединятся в нужном порядке, чтобы создать что-то сложное.

Это как надеяться, что ураган, пронесшийся над свалкой, соберет из мусора вертолет Ка-52 последней модификации. Ну или хотя бы диван.

Оказалось, такие минералы могут притягивать к себе аминокислоты и нуклеотиды, выстраивать их в правильном порядке и помогать им соединяться в более сложные цепочки, образуя молекулы.

А еще все это могло появиться в гидротермальных источниках, которые также называют «черными курильщиками». Это, по сути, подводные гейзеры, которые извергают из недр планеты горячую, насыщенную минералами и газами воду.

Они не только поставляют сырье для органических молекул, но и, что самое важное, дают энергию. Химические реакции, идущие в жерлах «курильщиков», могли стать первым источником питания для зарождающейся жизни, прообразом обмена веществ.

Что не так с гипотезами?

Температура в «черных курильщиках» может достигать 350 °C, что губительно для сложных органических молекул вроде РНК.

Некоторые виды глины могут помогать собирать простые молекулы. Но понимания, как появились сложные соединения, генетическая информация, все равно нет.

Допустим, они там все-таки как-то получались. Но откуда в минералах было столько энергии для их сборки? Точного ответа нет.

И все же эти гипотезы решают главные проблемы «первичного бульона» — проблемы концентрации и энергии. Они показывают, что у жизни были все шансы зародиться не в безбрежном океане, а в уютных и богатых энергией «гнездах».

Ненаучные теории происхождения жизни

1. Самозарождение

Сотни лет люди были уверены, что жизнь может возникать сама по себе. Не из неживой материи, а в принципе из ничего.

Они видели, как в гниющем мясе появляются личинки, в старом тряпье — мыши, а в иле — лягушки. На этом основании они и делали выводы.

Эта идея была популярна со времен Аристотеля, и лишь в XVII веке итальянский ученый Франческо Реди нанес ей первый серьезный удар.

Он положил мясо в три банки: одну оставил открытой, вторую плотно закрыл, а третью накрыл марлей. Личинки появились только в открытой банке, куда могли залететь мухи.

Важно не путать древнюю теорию самозарождения с научной гипотезой абиогенеза. Первая говорит о спонтанном появлении сложных организмов (мух, мышей) из ничего здесь и сейчас. Вторая — о постепенном, длившемся миллионы лет усложнении химических молекул в уникальных условиях древней Земли.

2. Креационизм

Креационизм — это вера в то, что жизнь, Землю и всю Вселенную создал высший разум, Бог или Творец. Это одна из древнейших и самых распространенных идей, лежащая в основе многих религий мира.

С точки зрения ученых, креационизм не научен. А значит, спорить с его приверженцами смысла нет. Что нельзя проверить, то нельзя и опровергнуть. Как и доказать.

Поэтому креационизм — это вопрос веры и личных убеждений, а не область научных исследований.

3. Гипотеза Геи: Земля — живой организм

В 1970-х годах ученый Джеймс Лавлок и микробиолог Линн Маргулис выдвинули красивую и необычную гипотезу Геи. Согласно ей, Земля — это единый суперорганизм, где живые существа, океаны, атмосфера и горные породы тесно связаны друг с другом.

Этот гигантский организм, названный в честь древнегреческой богини Земли, способен сам себя регулировать, поддерживая комфортные условия для жизни.

Например, контролировать температуру планеты или состав атмосферы.

Но главная претензия ученых к Гее из этой гипотезы — отсутствие у нее цели и механизма эволюции.

Отдельный организм стремится выжить и оставить потомство. А к чему стремится Земля? И с кем ей конкурировать, чтобы эволюционировать?

И это далеко не все…

Ненаучных версий происхождения жизни великое множество. Среди современных особенно популярны две.

Первая — что мы созданы инопланетянами в ходе некоего эксперимента (по сути, это разновидность креационизма, где роль Творца отведена пришельцам).

Вторая — что весь наш мир является сложнейшей компьютерной симуляцией, «матрицей».

Обе эти идеи, как и креационизм, интересно обдумывать, но они лежат за пределами науки, поскольку их невозможно ни доказать, ни опровергнуть существующими методами.