Жизнь реализуется в различных биологических организмах и их совокупностях (популяциях, видах и т. п.). Каждый организм является открытой самоорганизующейся системой, для которой характерны наличие обмена веществ, способность к размножению, росту, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движения, раздражимость, приспособляемость к среде. Основы теории возникновения жизни на Земле были заложены в 20-х гг. прошлого века трудами Александра Ивановича Опарина (1894-1980).
Проблема происхождения жизни как мировоззренческая проблема имеет первостепенное философское значение. Теологи доказывают маловероятность чисто случайного происхождения жизни. Они отрицают или просто не принимают эффект приспособления, возникающий в первичных системах благодаря их взаимодействию с внешней средой, как то, чему совершенно чужда любая рациональность, способная породить рациональную организацию живого. Богословы считают, что ученые пытаются найти источник естественного развития в самой материи, тогда как этот процесс является лишь реализацией некогда составленной Творцом программы. Однако для материалистов в основном понятны пути эволюционного развития материи, приведшие к возникновению первичных живых существ на нашей планете. Схематично его можно разделить на несколько этапов: во-первых, появление углеводородов, цианидов и их ближайших производных в космическом пространстве и при формировании Земли как планеты; во-вторых, абиогенные, независимые от жизни синтезы все более сложных органических веществ в межпланетном пространстве и на планетах, появление на поверхности Земли «первичного бульона» – водного раствора различных и сложных органических веществ; в-третьих, самообразование в этом «бульоне» индивидуальных полимолекулярных систем, способных взаимодействовать с окружающей средой и окружающей средой, и, наконец, дальнейшая эволюция этих образований, их всестороннее совершенствование на основе предбиологического отбора, возникновение и развитие первичные организмы. Подробному изучению каждого из этих этапов посвящены дальнейшие исследования проблемы происхождения жизни, но особое внимание ученых сейчас привлекает переход от чисто химической к биологической эволюции.
Важным для ее развития было открытие в 50-х годах того факта, что основу живого вещества составляют наряду с белками дезоксирибонуклеиновые и рибонуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Теперь эта теория, основанная на достижениях биохимии, биофизики, молекулярной биологии, цитологии и других наук, приводит к выводу, что жизнь на Земле возникла около 4 миллиардов лет назад. много лет назад. Эволюция изначально присутствующих на Земле углеродистых соединений и образовавшихся из них мультимолекулярных систем привела к возникновению жизни. Эксперименты, имитирующие условия на поверхности молодой Земли, показали, что затем из простых органических соединений, воды и аммиака образовались разнообразные более сложные соединения, в том числе аминокислоты, нуклеотиды, которые в свою очередь образовали белок- и нуклеиноподобные полимеры – полипептиды. и полинуклеотиды. В растворе органических веществ, в прогретой солнцем воде морей при определенных условиях образовались полимолекулярные коллоидные системы (коацерватные капли), обособившиеся от окружающей среды, но поддерживающие с этой средой постоянный обмен веществом и энергией. Внутри коацерватных капель или других фазово-разделенных образований происходило взаимодействие полинуклеотидов и полипептидов: полинуклеотиды служили матрицами для неферментативного синтеза полипептидов, полиаминокислоты связывали определенные нуклеотиды. Это взаимодействие оказало непосредственное влияние на устойчивость пластов. Те, у которых взаимная структурно-функциональная обусловленность полинуклеотидов и полипептидов была более выражена, чем у других, оказались более устойчивыми и долговечными, так как лучше уравновешивались внешней средой. Произошел первичный отбор образований с наиболее взаимно «подогнанными» в структурно-функциональных отношениях полипептидными и полинуклеотидными элементами. В этих условиях возникли такие образования, в составе которых нуклеотидные элементы превратились в нуклеиновые кислоты, выступавшие организаторами и матрицами белкового синтеза, а полипептидные элементы – в белковые ферменты, обеспечивающие саморепликацию молекул нуклеиновых кислот. Эти образования могли повышать уровень упорядоченности своего строения за счет использования энергии и вещества внешней среды, воспроизводить себя на основе информации, содержащейся в химическом строении нуклеиновых кислот, и обладали индивидуально разной способностью балансировать с окружающей средой, так что первичный отбор превратился в качественно новое, биологическое явление – естественный отбор. Такие образования были первичными живыми телами.
Изучая систематику низших растений, А.И. Опарина прежде всего интересовал вопрос о том, какие из них следует считать наиболее древними и, возможно, первоисточниками этого жития. В то время в научном мире считалось несомненным, что первичными живыми существами были, скорее всего, организмы, способные «извлекать» необходимые им органические вещества путем фото- или хемосинтеза. Ученые были убеждены, что в природных условиях только живые существа могут создавать органические вещества. Правда, химикам уже удалось синтезировать в лаборатории ряд природных органических веществ, но это ничуть не поколебало этих убеждений. Логика рассуждений сторонников господствовавшего взгляда на происхождение органического мира в данном случае сводилась к следующему: химик – тоже живое существо, и только он способен выбрать правильную последовательность реакций для синтеза органические вещества. В неорганическом мире этого нет и быть не может. Он также считал, что именно среди простейших растений, среди первобытных форм жизни следует искать следы первоначальных механизмов жизни, которые за миллиарды лет эволюции превратили прежде безжизненную планету в колыбель разума. Но биохимические механизмы даже самых примитивных растений оказались настолько сложными, что было бы верхом оптимизма думать о возможности их возникновения непосредственно из неорганических веществ – углекислого газа, воды и азота. И поэтому А.И. Опарин предположил, что первоначально должны были образоваться гораздо более примитивные организмы, которые формировались из существующих органических веществ и «питались» уже готовой «органикой». Но чтобы обосновать это, нужно было открыть возможные пути синтеза органических веществ в неорганической природе. В этом плане помогла теория Д. И. Менделеева о неорганическом происхождении нефти, а также то, что в метеоритах и кометных спектрах обнаружены углеводы и цианиды. Аммиак и метан в атмосферах больших планет были обнаружены гораздо позже, и уже задним числом они укрепили мои позиции.
Сочетая все вышеизложенные факты, А.И. Опарин в 1922 г. выступил с докладом на заседании Московского отделения Общества русских ботаников, в котором высказал мысль о том, что наша планета обязана зарождением жизни добиологической эволюции органических веществ. Сами они возникли на еще неживой земле абиогенным путем и, постепенно усложняясь, превратились в отдельные коллоидные сгустки, из которых, благодаря естественному отбору, произошли первичные существа – предки всего живого.
Вполне естественно, что никакое определение научного понятия не может быть исчерпывающим. Можно определить понятие жизни как особая форма организации и движения материи, возникающая как нечто новое в процессе ее эволюции и наделенная рядом свойств, качественно отличающих живые тела от объектов неорганического мира. Среди этих свойств следует особо отметить целесообразность организации живых тел. Под этим следует понимать приспособленность всего живого организма к его постоянному самосохранению и самовоспроизведению в данных условиях существования и приспособленность строения всех его частей к тем функциям, которые они выполняют по сохранению и воспроизведение целого.
Современные эксперименты показывают, что сами аминокислоты могут «задавать» порядок своих соединений. Многие думали и думают теперь, что такой процесс случаен, но это не так. В современных белках двадцать аминокислот, и каждая из них имеет свою форму. Из-за этого соединение аминокислот при образовании больших молекул может происходить только определенным образом. Затем большая молекула вступает в контакт с водой и образует так называемые микросферы, во многом похожие на коацерватные капли. Они способны к самовоспроизведению и обладают ферментативной активностью. Конечно, и микросферы, и коацерватные капли являются лишь моделями клеток, но мы получаем их из аминокислот, а не из белков современных клеток. Эксперименты показали, что первый белок высокоорганизован. Отказ от понятия «счастливый случай» и переход к эволюционному изучению происхождения жизни открывают перед исследователем широчайшие перспективы для изучения и экспериментального воспроизведения отдельных стадий этого сложного, длительного и во многом неизученного пути развития материи, что привело к рождению первичных живых существ на Земле.
Этот метод в последние годы овладевает умами все более широких кругов естествоиспытателей во всем мире. Причем в исследованиях принимают участие не только биологи, как это было раньше, но и физики, астрономы, геологи и химики.
Важнейшим, но в то же время наименее изученным этапом эволюции жизни является переход от наиболее сложных органических молекул к наиболее примитивным первичным организмам.
В организации простейшего живого существа нас поражает не только его чрезвычайная сложность, но и его исключительная приспособленность к выполнению определенных жизненных функций, направленных на постоянное самосохранение и самовоспроизведение живой системы.
Возникновение такой приспособленности, такой внутренней «целесообразности» организации можно понять только исходя из тех же принципов, что и возникновение «целесообразности» строения любого высшего организма, всех его органов, т. е. основе взаимодействия организма с окружающей средой и дарвиновского принципа естественного отбора. Это исключительно биологическая закономерность, которой не было в неорганическом мире и которая возникла, по-видимому, в самом процессе формирования жизни и в дальнейшем заняла ведущее место в развитии всего живого. Однако следует отметить, что эволюционный подход к проблеме происхождения жизни не является ее решением, а является лишь методом исследования. Конкретные механизмы эволюции, детальное изучение каждого ее этапа, логическое объяснение
длинная цепь физико-химических превращений, приведших к возникновению жизни, изучение процесса формирования биологических закономерностей и расцвета жизни на Земле – огромное поле деятельности многих поколений ученых. Между тем многие исследователи доказали, а некоторые продолжают доказывать и сейчас, что вся жизнь – крайне маловероятный процесс. На самом деле доказать, что жизни не должно быть, несложно, это гораздо проще, чем доказывать обратное. Но поскольку жизнь существует, мы должны понять и объяснить ее.