Первая часть серии из трех статей об истории исследований происхождения жизни.
Что такое жизнь? Откуда это? Является ли все это частью божественного генерального плана или это была захватывающая химическая «авария»? Мы одни во Вселенной? Если нет, то будет ли жизнь где-либо еще похожа на земную или будет совершенно другой? А если отличается, то как мы можем его обнаружить или распознать?
Это вопросы, над которыми человечество размышляло долгое время. Тем более с недавним открытием похожих на Землю планет за пределами нашей Солнечной системы. Волнение по поводу возможности найти жизнь в другом месте растет почти ежедневно.
Тем не менее, на большинство этих фундаментальных вопросов, которые непосредственно касаются смысла и происхождения нашего собственного существования, до сих пор нет полного ответа или понимания.
Согласно Библии, Бог создал все живое на Земле. В течение недельного акта творения он произвел растения и деревья на третий день, рыбу в море и птиц в небе на пятый день и всех наземных животных, включая людей, на шестой день.. Мало кто до сих пор воспринимает эту историю буквально, но на протяжении многих веков в западном мире эта история сотворения была бесспорным ответом на вопрос о происхождении жизни.
Даже среди ранних философов вопросы о происхождении жизни редко выходили за рамки сверхъестественного. Но со временем наука стала рассматривать и другие возможности - начиная с древних египтян, которые наблюдали, как лягушки появлялись из грязи после ежегодного разлива реки Нил. Это привело к вере в спонтанное зарождение - представлению о том, что жизнь возникает спонтанно из неживой материи. Греческий философ Аристотель первым более систематически теоретизировал об этом в своих трудах.
Это понятие спонтанного зарождения было описано фламандским химиком и врачом 17-го века Жаном-Батистом ван Гельмонтом, который писал:
Если прижать испачканное потом белье вместе с пшеницей в банке с открытым горлышком, примерно через 21 день запах изменится, а фермент выйдет из белья и проникнет сквозь шелуху пшеницы, превращает пшеницу в мышей.
Хорошо, значит, он ошибся (мыши явно заползли в банку). Но Ван Гельмонт был уважаемым и новаторским ученым своего времени, которого часто считают основателем пневматической химии (химии газов; он даже придумал слово «газ»). Тем не менее, он по-прежнему придерживался идеи Аристотеля о самозарождении.
Концепция самозарождения не осталась без внимания. Одним из первых и наиболее ярких критиков был итальянский натуралист и поэт XVII века Франческо Реди. Считающийся основателем экспериментальной биологии, Реди провел тщательные эксперименты, чтобы показать, что личинки не появляются спонтанно из гниющего мяса, а появляются из яиц мух. Отсюда его вывод, что вся жизнь происходит из яйца. Однако с этим была одна небольшая проблема. На самом деле никто не видел яйца мухи.
Во второй половине 17 века голландский производитель тканей и торговец Антони ван Левенгук значительно улучшил качество линз, которые были доступны в то время. Первоначально он использовал их, чтобы проверить тонкую нить в своей одежде. Однако, также проявляя интерес к естественным наукам, он использовал свои улучшенные линзы для наблюдения за мелкими животными, такими как мухи и блохи. Фактически, его линзы были достаточно хороши, чтобы видеть яйца таких организмов.
Более того, ван Левенгук открыл существование одноклеточных организмов или микробов. Он написал много писем в Королевское общество в Лондоне, описывая этих потусторонних «животных», как он их изначально называл. По сей день Ван Левенгука помнят как отца микробиологии за его открытия и наблюдения.
Яйца из ниоткуда?
Но вопрос самозарождения остался жив и здравствует. Микробы Ван Левенгука, похоже, не откладывали яйца. На самом деле они как будто появились из ниоткуда. Может быть, из неживой материи спонтанно возникают только микробы?
Загадка оставалась нерешенной еще два столетия. Но, наконец, в 1862 году французский ученый Луи Пастер получил премию Французской академии наук за то, что окончательно положил конец идее самозарождения. Он сделал это с помощью серии простых, но умных экспериментов.
Содержимое недоступно
Некоторые из оригинальных запечатанных колб (задний ряд), которые Пастер использовал для опровержения спонтанного зарождения, выставлены в Ecole Normale Superieure в Париже. Фото: ВИМ ХОРДЕЙК
Пастер наполнил несколько колб стерильным бульоном. Одни из этих колб он запечатывал, другие оставлял открытыми, а на третьи надевал лебединую шею, чтобы входил только воздух, а пылинки оседали на дне изогнутого горлышка. В колбах, которые оставляли открытыми, микробы появлялись в бульоне в течение нескольких дней. Но в других колбах они появлялись только после разрыва горлышка колб. Это показало, что (новые) микробы могут появляться в бульоне только тогда, когда другие (живые) микробы могут получить к нему доступ через частицы пыли, плавающие в воздухе. Таким образом, Пастер пришел к выводу, что все живое происходит от жизни, включая микробы.
Примерно в то же время, в 1859 году, английский натуралист Чарльз Дарвин опубликовал свою книгу «Происхождение видов», в которой представил свою теорию эволюции путем естественного отбора. Одна из идей, выдвинутых Дарвином, - это идея эволюции как ветвящегося процесса. Понятие эволюции, т. е. изменения видов с течением времени, уже было хорошо принято среди биологов во времена Дарвина. Но большинство этих ученых считали, что эволюция происходит внутри отдельных и независимых родословных видов. Другими словами, лошади могут эволюционировать, но оставаться лошадьми. И то же самое для кроликов или любых других существующих видов.
Вместо этого Дарвин предложил идею видообразования: одна линия видов дает начало двум новым и независимо развивающимся линиям, каждая из которых затем может снова видообразоваться, и так далее. Галапагосские вьюрки, которых он изучал, стали известным примером такого видообразования. Тогда это привело бы к древовидной структуре, а не к независимым линиям.
Дарвин набросал свою идею в одном из своих блокнотов:
Содержимое недоступно
Первый набросок «древа жизни», сделанный Дарвином в 1837 году. Фото: CAMBRIDGE UNIVERSITY LIBRARY.
Такое «древо жизни» подразумевает, что близкородственные виды (например, люди и шимпанзе) имеют общего предка, от которого они оба произошли. Точно так же целые группы видов (например, все млекопитающие) также имеют общего предка, когда-то в далеком прошлом. И, принимая во внимание все последствия, вся жизнь должна, таким образом, иметь одного (или, самое большее, нескольких) общего предка (предков). Это представлено точкой, обозначенной «1» на рисунке Дарвина.
Итак, учитывая, что все живое происходит от жизни (Пастер) и что все живое имеет общего предка (Дарвин), остается вопрос, откуда взялся этот самый первый общий предок.
Наконец-то происхождение жизни стало настоящей научной проблемой.
Сам Дарвин на удивление мало писал о происхождении жизни. Но его мысли по этой проблеме были выражены очень ясно в письме своему другу и коллеге Джозефу Хукеру:
Часто говорят, что сейчас имеются все условия для первого зарождения живого организма, которые могли когда-либо иметься. Но если бы (и о, какое большое, если бы) мы могли представить себе, что в каком-нибудь теплом маленьком пруду со всеми видами аммиака и фосфорных солей, света, тепла, электричества и т. д. химически образовалось белковое соединение, готовое к еще более сложным изменениям., в наши дни такая материя была бы мгновенно поглощена или поглощена, чего не было бы до образования живых существ.
Это определенно подготовило почву для настоящих научных исследований происхождения жизни. Но только в следующем столетии к этой проблеме можно будет подойти более серьезно, особенно экспериментально.