Коллектив авторов - Происхождение жизни. Наука и вера

Солнечная система возникла в пределах Млечного Пути намного позже. Измерения свойств радиоактивных элементов, содержащихся в метеоритах, указывают на то, что наша планета сформировалась от 4,5 до 4,6 миллиарда лет назад. После того как возникла Земля, ее бомбардировали многие астероиды и кометы, неоднократно расплавляя ее поверхность. Новейшие расчеты показывают, что одно из тел, столкнувшихся с Землей, было столь большим (приблизительно размером с Марс), что от столкновения часть материала Земли выплеснулась на орбиту и образовала Луну. Самые древние из горных пород, доставленных с Луны, имеют, согласно измерениям и расчетам, возраст между 4,4 и 4,5 миллиарда лет. Древнейшие минералы, обнаруженные на Земле, — цирконовые кристаллы, образовавшиеся 4,4 миллиарда лет назад. Породы, возраст которых превышает 3,5 миллиарда лет, были обнаружены в Гренландии, Африке и Австралии.

Согласно данным современной космологии, частицы, образующие обычную материю (протоны, нейтроны и электроны), сформировались в те времена, когда Вселенная охлаждалась после Большого взрыва. Затем эти частицы объединялись вместе, образуя атомы водорода, гелия и, в небольших количествах, следующего, более тяжелого, элемента периодической системы — лития.

Все остальные элементы во Вселенной возникли внутри звезд, подобных Солнцу, или взрывающихся звезд, называемых сверхновыми. Сверхновые разбрасывали эти элементы по межзвездному пространству. Смешиваясь с водородом, гелием и литием, эти элементы сформировали бесчисленные звездные системы, в том числе и нашу Солнечную систему.

[Нуклид — атом, обладающий некоторым числом протонов и нейтронов в своем ядре. Химический элемент определяется числом протонов в ядре. Нуклиды, обладающие одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов, являются разными изотопами одного элемента.]

Некоторые атомы обладают радиоактивностью. Это означает, что они подвержены естественному процессу распада, в результате которого они образуют другие радиоактивные и нерадиоактивные атомы и испускают энергию. Каждый радиоактивный нуклид (радионуклид) характеризуется определенным периодом полураспада, то есть временем, за которое половина атомов в образце распадается. Таким образом, радиоактивные атомы работают как внутренние часы, встроенные в материал, в состав которого они входят. Сравнивая долю определенного радиоактивного элемента в некоем материале с долей продуктов его распада в этом материале, исследователи могут определить время формирования этого материала. Подобные измерения и расчеты позволили установить возраст Земли и Луны, различных метеоритов и всей Солнечной системы. Все результаты этих измерений и расчетов свидетельствуют о том, что данным объектам миллиарды лет.

Некоторые люди, выступающие против изучения эволюции, пытаются подвергнуть сомнению данные радиометрических анализов. Но на самом деле этот метод, выработанный благодаря прекрасно продуманным исследованиям, занявшим более века, представляет собой одно из наиболее прочно обоснованных достижений современной науки.

Древнейшие ископаемые свидетельствуют о том, что жизнь на Земле существовала на протяжении большей части истории нашей планеты. На западе Австралии палеонтологи обнаружили особые минеральные образования, называемые строматолитами, которые, по-видимому, сформировались в результате деятельности бактерий не менее 3,4 миллиарда лет назад, и ископаемые бактериальные остатки, возраст которых, по радиометрическим датировкам, составляет около 3,5 миллиарда лет. Другие свидетельства говорят о том, что жизнь могла возникнуть намного раньше, в течение первых нескольких сотен миллионов лет после того, как поверхность Земли остыла и затвердела.

Современные строматолиты, образованные одноклеточными организмами (врезка) довольно похожи на структуры, которые возникали в результате деятельности некоторых древнейших живых организмов, обитавших на Земле.

Вопрос о том, как зародилась жизнь, — одна из интереснейших и сложнейших научных проблем. Мы пока не располагаем никакими ископаемыми свидетельствами существования жизни раньше 3,9 миллиарда лет назад, поскольку не обнаружены более древние осадочные отложения. Воссоздать условия, при которых зародились древнейшие организмы, очень трудно, потому что наши знания о химических и физических условиях на Земле в древнейшие времена далеко не полны. Тем не менее исследователи выдвинули ряд гипотез о том, как самовоспроизводящиеся организмы могли появиться и начать эволюционировать. Хотя ни одна из гипотез пока не стала общепринятой, науке удалось пролить некоторый свет на эти фундаментальные вопросы.

Сотни лабораторных опытов, проводившихся с пятидесятых годов XX века, показали, что простейшие из химических соединений, имеющихся на Земле, в том числе вода и вулканические газы, могли в результате реакций образовывать многие из молекул, составляющих строительные блоки живых клеток, в том числе молекулы веществ, из которых состоят белки, ДНК и клеточные мембраны. Метеориты, прилетающие из космоса, тоже содержат некоторые из этих строительных блоков, а астрономы с помощью радиотелескопов нашли много таких молекул в межзвездном пространстве.

Для того чтобы возникла жизнь, должны были выполняться три условия. Во-первых, должны были образоваться группы молекул, способные к самовоспроизведению. Во-вторых, копии этих молекулярных комплексов должны были обладать изменчивостью, так чтобы одни из них могли эффективнее пользоваться ресурсами и успешнее противостоять действию среды, чем другие. В-третьих, эта изменчивость должна была наследоваться, позволяя некоторым формам численно увеличиваться при благоприятных условиях среды.

[РНК — рибонуклеиновая кислота. Вещество, молекулы которого сходны с молекулами ДНК и тоже представляют собой цепочки нуклеотидов. Молекулы РНК выполняют в клетках несколько функций, в том числе играют роль матриц для синтеза белков и ускоряют течение некоторых биохимических реакций.]

Никто пока не знает, какая комбинация молекул впервые удовлетворила перечисленным условиям, но ученые показали возможный принцип работы этих процессов, изучая молекулы вещества, называемого РНК. Недавно удалось выяснить, что некоторые молекулы РНК могут во много раз ускорять скорости химических реакций, в том числе реакции воспроизведения элементов других молекул РНК. Если молекулы вроде РНК были способны к самовоспроизведению (возможно, при содействии других молекул), они могли создать основы для возникновения очень простого живого организма. Если такие самовоспроизводящиеся комплексы оказывались заключены в пузырьки, образованные мембранами из определенных химических веществ, они могли сформировать протоклетки — древнейшие формы самых простых клеток. Изменения, происходящие с молекулами, могли привести к возникновению форм, которые, к примеру, воспроизводились в определенной среде эффективнее. Тем самым, началось бы действие естественного отбора, который дал бы возможность протоклеткам, обладающим выгодными особенностями молекулярного строения, размножаться успешнее и становиться все сложнее.

Для того чтобы выдвинуть правдоподобную гипотезу происхождения жизни, нужно ответить еще на многие вопросы. Исследователи, изучающие происхождение жизни, пока не знают даже, какие комплексы химических соединений могли начать самовоспроизводиться. Даже если мы сможем создать живую клетку в лаборатории на основе простых химических соединений, это еще не будет свидетельствовать о том, что в природе, на молодой Земле, миллиарды лет назад произошло то же самое. Но принципы, лежащие в основе химических истоков жизни, а также возможные подробности процесса ее возникновения являются, как и другие природные явления, объектом научных исследований. История науки показывает, что даже такие сложные вопросы, как вопрос о том, каким образом возникла жизнь, могут стать доступны для научного решения в результате развития теорий, разработки нового оборудования и открытия новых фактов.

[Осадочные породы — горные породы, формирующиеся из частиц, откладывающихся и накапливающихся в результате деятельности организмов, а также действия химических процессов, воды, ветра или льда.]

В начале XIX века естествоиспытатели открыли, что ископаемые остатки располагаются в разных слоях осадочных горных пород в определенном порядке. Более древние материалы залегают глубже, ближе к основанию осадочной породы, чем вещества, образовавшиеся в результате более позднего осадконакопления.