Рассмотрим вопрос о происхождении жизни:

1. Самопроизвольное зарождение жизни из неживого вещества.

2. Вечное существование жизни.

3. Занесение жизни на Землю из Космоса.

4. Биохимические теории зарождения жизни.

1. Самопроизвольное (спонтанное) зарождение. Теория очень древняя, распространенная еще в Китае, Египте и Вавилоне. Анаксимандр: из морского ила. В Греции она нашла проявление в учении Эмпедокла об органической эволюции. Ее же придерживался и Аристотель. Аристотель связывал все организмы в непрерывный ряд - "лестницу природы" (scala naturae): "Ибо природа совершает переход от безжизненных объектов к животным с такой плавностью поместив между ними существа, которые живут, не будучи при этом животными, что между соседними группами, благодаря их тесной близости, едва можно заметить различия". Согласно Аристотелю, определенные частицы вещества несут в себе "активное начало", способное в подходящих условиях создать живой организм. Это "начало", по мнению Аристотеля, можно обнаружить в оплодотворенном яйце, гниющем мясе, тине и солнечном свете: "Таковы факты - живое может возникать не только в результате спаривания животных, но и разложения почвы... Некоторые растения развиваются из семян, а другие самозарождаются под действием сил природы из разлагающейся земли или определенных частей растений..."

2. Все живое - из живого. Биогенез. На рубеже XVI-XVII в.в. Ван Гельмонт описал эксперимент, в котором ему удалось из грязного белья и пшеницы, помещенных в темный шкаф, получить мышей. Активным началом зарождения мыши Ван Гельмонт считал человеческий пот. В 1688 году флорентийский биолог и врач Франческо Реди провел более строгий эксперимент: в сосуды было помещено мясо, рыба, змеи, часть сосудов была запечатана, часть оставалась открытой. Выяснилось, что в запечатанных сосудах никакого зарождения не произошло, в открытых же завелись личинки мух. Проведя ряд экспериментов, он получил данные, подтверждавшие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза). Ученый сформулировал свой знаменитый принцип (принцип Реди)-Omne vivum e vivo (все живое из живого). Но это означает, что жизнь -вечна. В 1765 году Ладзардо Спалланцани подвергнул мясные и овощные отвары кипячению и сразу же запечатал их. Через несколько дней он исследовал отвары и не обнаружил никаких признаков жизни. Из этого он заключил, что высокая температура уничтожила все живое, и ничего нового уже не могло возникнуть. Окончательно теория самозарождения была повержена в опытах Луи Пастера, доказавшего справедливость теории биогенеза, т.е. происхождения жизни из предшествующей жизни. Теория биогенеза порождает проблему. "Если для возникновения живого организма необходим другой живой организм, то откуда взялся самый первый живой организм?"

3. Теория занесения жизни на Землю из Космоса (теория панспермии). Данная теория не предлагает никакого механизма возникновения жизни, просто выдвигая постулат о внеземном ее происхождении. Швед А.Аррениус считал, что "семена жизни" могли быть заброшены на Землю с других планет. Утверждается, что жизнь могла возникать неоднократно в различное время и в разных местах Вселенной. При изучении метеоритных материалов действительно были обнаружены некоторые вещества - предшественники живого, а также структуры, похожие на простейшие микроорганизмы. Однако трудно объяснить, как микроорганизмы способны сохранить свою жизнеспособность при столь длительных путешествиях, будучи не защищенными от ультрафиолетового излучения. Вероятно, они могли сыграть свою роль в зарождении или разнообразии земной жизни. Но остается нерешенным вопрос- как зародилась жизнь на другом космическом теле, с которого "эмигрировали" эти споры.

4. Биохимическая эволюция. Исторически эта теория связывается с именем замечательного русского ученого А.И. Опарина: в 1924 Л.И.Опарин опубликовал работы: "От разрозненных элементов к органическим соединениям" и "От органического вещества к живому существу". Опарин высказал мнение, что в условиях первичной атмосферы Земли, значительно отличающейся от нынешней, мог происходить синтез всех необходимых для зарождения жизни веществ- предшественников. В далекие геологические эпохи условия на поверхности Земли резко отличались от современных.

Считается, что первичная атмосфера состояла преимущественно из аммиака, воды, метана, окиси и двуокиси углерода. Отсутствие кислорода придавало ей восстановительные свойства. В таких условиях органические вещества (органические соединения - это химические соединения углерода с другими элементами) могли создаваться гораздо проще и могли сохраняться, не претерпевая распада длительное время. Опарин полагал, что сложные вещества могли синтезироваться из более простых в условиях океана. Через эту атмосферу легко проникала коротковолновая ультрафиолетовая часть солнечного излучения, которая сейчас задерживается в верхних слоях атмосферы озоном. Иными были и температурные условия. В насыщенной водяными парами нагретой атмосфере были нередки электрические разряды. В этих условиях мог произойти и, по-видимому, произошел абиогенный синтез ряда органических соединений. В океанах постепенно накопились органические вещества и образовался, по выражению Опарина, "первичный бульон", в котором затем возникла жизнь. (См. далее эксперимент Стэнли Миллера). Но главный вопрос - механизм перехода от неживого к живому - теория Опарина все же оставляет открытым. Предполагается, что это выглядело следующим образом. Главная роль принадлежала белкам - они образовывали коллоидные гидрофильные комплексы с молекулами окружающей их воды. Эти комплексы формировали своеобразные мицеллы. Слияние таких комплексов друг с другом приводило к их отделению от водной среды, что получило название коацервации. Капли-коацерваты могли обмениваться веществами с окружающей средой и накапливать различные соединения. Различие состава коацерватов открывало возможности для биохимического естественного отбора. В самих каплях происходили дальнейшие химические превращения попавших туда веществ. На границе капель с внешней средой выстраивались молекулы жиров (липиды), образуя примитивную мембрану, повышающую стабильность всей системы. При включении в коацерват или при образовании внутри него первой молекулы, способной к самовоспроизведению тем или иным путем, появлялась первая клеткоподобная структура. Коацерватные капли могли расти и даже размножаться - капли, ставшие большими, делились на две или больше частей. Такие образования А.И.Опарин называет "протобионтами", т.е. предшественниками живых организмов. Рост размеров коацерватов и их деление, еще статистическое, могло привести к образованию идентичных копий коацерватов. Они также поглощали компоненты окружающей среды, и процесс продолжался. Таким путем мог возникнуть первый гетеротрофный организм, использовавший для питания органические вещества "первичного бульона". В мире идеи Опарина стали известны в основном из английского перевода его книги [Опарин А.И. The Origin of Life, 2r.ded.. Dover, New York, N. Y., 270 pp.,1938]. В 1928 г. английский биолог Холдейн (независимо от Опарина) в качестве одного из важнейших факторов он считал ультрафиолетовое излучение Солнца. Под воздействием этого вида энергии в первичной атмосфере Земли формировались самые различные органические соединения. Среди них могли быть сахара и некоторые из аминокислот, необходимые для построения белка. Впоследствии идеи Опарина и Холдейна были объединены английским физиком Берналом в книге "Физические основы жизни" [Bernal J. D., The Physical Basis of Life, Routledge and Paul, London, 80, 1951], который подвел под биологические идеи прочный фундамент физики и химии. Таким образом, из изложенного вытекает основное положение: живые организмы произошли из неживой природы (абиогенный процесс), причем биологической эволюции предшествовал длительный период химической эволюции- период образования и усложнения молекул органических соединений. Это был естественный процесс, связанный с притоком энергии, который проходил в специфических условиях, отсутствующих сейчас на Земле. Все изложенное требовало экспериментального подтверждения. В 1953 г. Стенли Миллер поставил эксперимент: в камеру с "атмосферой" (смесь газообразного водорода, аммиака и метана) и водой были вмонтированы электроды для получения электрических разрядов, имитировавших молнии, - возможный источник энергии для химических реакций на первобытной Земле. Потребовалась всего неделя, чтобы в "океане" обнаружилось много различных органических соединений, в том числе аминокислот, аденин, рибозу, другие простые сахара...

В схожем опыте Орджелом были получены короткие нуклеиновые кислоты (олигонуклеотиды). В результате этих исследований стало понятно, что основные органические вещества-мономеры, необходимые для возникновения полимерных молекул НК и белков, действительно могли быть химически получены в условиях пребиотического мира, т.е. мира, еще лишенного жизни. В отсутствие кислорода, который мог бы их разрушить, а также бактерий и грибов, которые использовали бы их в качестве пищи, эти вещества действительно должны были накапливаться в первобытном океане до консистенции бульона. При нагревании сухой смеси аминокислот получают цепи аминокислот, которые были названы протеноидами (т.е. белкоподобными веществами). Некоторые протеноиды способны, подобно ферментам, катализировать определенные химические реакции; возможно, именно эта способность была главной чертой, определившей их последующую эволюцию вплоть до возникновения настоящих ферментов. Смешанные в воде разные виды полимеров могли объединиться и образовать более крупные структуры. Чтобы превратиться в клетку, этот агрегат должен был обладать хотя бы зачатками свойств клетки: наличие липидно-белковой мембраны, отделяющей клетку от окружающей среды и осуществляющей обмен различными веществами между клеткой и средой, белков, способствующих этому обмену со средой, выполняющих роль структурных белков и катализирующих бесчисленные биохимические реакции в клетке, и нуклеиновых кислот, содержащих информацию для синтеза совершенно определенных белков. Эти агрегаты действительно обнаруживают какие-то следы всех упомянутых признаков.