Возникновение жизни и эксперимент Юри – Миллера

На данный момент мы рассмотрели следующие необходимые для возникновения жизни на Земле условия: 1) существование Вселенной; 2) существование в определенном виде и состоянии законов природы; 3) осуществление в физическом мире процессов, необходимых для зарождения жизни. Разбирая каждый из этих пунктов, мы пришли к выводу, что натурализм, основывающийся на принципе «не выходить за рамки естественных объяснений», терпит неудачу, а космологическая теория вместе с теорией наличия разумного замысла, напротив, предоставляют более убедительное объяснение существующих явлений. Однако даже если бы натурализм, оставаясь исключительно в рамках естественнонаучных теорий, смог достаточно убедительно объяснить эти три условия, этого все равно было бы недостаточно для объяснения происхождения жизни на нашей планете. Потому что вопрос о том, как произошли миллионы видов живых существ во Вселенной, должен быть освещен отдельно. Ниже мы сосредоточим свое внимание именно на этой теме. В первую очередь мне кажется необходимым обратиться к проблеме образования аминокислот, которые составляют основу организма любого живого существа.

С изобретением микроскопа удалось установить, что многоклеточные живые существа не могут возникнуть путем самообразования; по мере усовершенствования микроскопов стало ясно, что это невозможно и для простейших одноклеточных. Таким образом, ученые обнаружили пропасть между мирами живой и неживой природы. Было установлено, что каждое живое существо может быть образовано лишь от другого живого существа. Данное открытие очень важно для понимания того, почему возникла и была принята теория эволюции: когда выяснилось, что самозарождение невозможно, единственным вариантом для тех, кто желал во что бы то ни стало остаться в рамках естественнонаучного объяснения, оказалась эволюция. Однако теория эволюции хотя и утверждает, что все живые существа произошли одно от другого, но все же вынуждена признать, что самый первый живой организм возник во Вселенной именно путем самозарождения (т.н. абиогенез)[591]. Пастер, после того, как провел свои точные опыты и эксперименты, сказал о своем успехе следующее: «После этого идея о самозарождении умерла и больше никогда не сможет воскреснуть». Слова Пастера противоречат не только мнению тех, кто считал возможным самозарождение, происходящее регулярно, но и мнению эволюционистов, которые считают, что оно произошло всего лишь один раз за всю историю Вселенной. Мысль ученого о том, что «жизнь может произойти только от жизни», совершенно расходится с концепцией натуралистической теории эволюции[592].

Дарвин закончил «Происхождение видов» такой фразой: «Есть величие в этом воззрении, по которому жизнь с ее различными проявлениями Творец первоначально вдохнул в одну или ограниченное число форм; и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала развилось и продолжает развиваться бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм»[593]. Эта знаменитая фраза выражает уверенность Дарвина в том, что первое живое существо было сотворено Богом. С другой стороны, в письме, написанном в 1871 г., ученый напишет, что, возможно, первые живые существа возникли в лужицах теплой воды под влиянием солнечного света, тем самым предполагая, что возникновение первого живого существа обсуловлено механическим процессом[594]. Во времена Дарвина ученые уже знали о пропасти между живой и неживой природой, однако протеины, ДНК и РНК, митохондрии и прочие сложные структуры внутри клетки еше не были открыты, и предполагалось, что простейшие организмы гораздо проще, чем они есть на самом деле. Геккель полагал, что клетка образуется из простых химических соединений, и характеризовал клетку как простую «гомогенную глобулу плазмы» (homogenous globule of plasm). В свою очередь, Гексли, близкий друг и коллега Дарвина, утверждал, что первые живые существа, по всей видимости, возникли в результате двухэтапного процесса: объединения нескольких химических соединений и их самопроизвольного вступления в реакцию.

Первая подробная гипотеза, связанная с возникновением первого живого организма, была выдвинута в 1924 г. советским биохимиком Опариным. Ученый предположил, что первичная атмосфера земли отличалась от современной; по его мнению, в начальный период в атмосфере присутствовал аммиак, метан, водород и пары воды, однако не было кислорода. Под влиянием различных факторов типа ультрафиолетового излучения в этой среде, по его утверждению, могли возникнуть такие важные составные элементы живых организмов, как аминокислоты, сахара и липиды. Опарин полагал, что эти вещества, скапливаясь в значительных количествах в океанах и озерах, образовали первые простейшие формы жизни[595].

В 1953 г. Стенли Миллер вместе со своим научным руководителем Гарольдом Юри, основываясь на предположениях Опарина и Холдейна, провели эксперимент, вошедщий в историю биологии и упоминаемый в каждой книге, посвященной теории эволюции. Суть эксперимента вкратце может быть изложена следующим образом: через «первородную атмосферу» – смесь водяного пара, водорода, метана и аммиака были пропущены сверхмощные электрические разряды. Через неделю почти непрерывного электрошока колбу вскрыли и проанализировали состав, в котором оказалось три аминокислоты – из двадцати, образующих фундамент живого организма[596]. Данный эксперимент до сих пор является одним из важнейших опытов, подтверждающих абиотическое зарождение жизни. Однако позднее возникли довольно серьезные проблемы, касающиеся его. Если бы одним из компонентов первородной атмосферы была вода, ультрафиолетовые лучи, разрушив частицы водяного пара, должны были способствовать возникновению в атмосфере свободного кислорода. Геолог Гарри Клемни и Ник Бадхем доказали, что кислородсодержащая атмосфера существовала на земле уже 3,7 миллиардов лет назад, с эпохи наиболее дневних скальных пород. По их мнению, развиваемое Юри и Миллером, которые опирались в своем эксперименте на гипотезу Опарина–Холдейна, представление о том, что первичная атмосфера не содержала кислорода, является не более чем «догмой»[597]. Наличие кислорода в атмосфере важно потому, что этот элемент, окисляя образовывающиеся аминокислоты, изначально препятствовал бы образованию более сложных молекул.

У основанного на гипотезе Опарина–Холдейна эксперимента есть и еще одна особенность: при образовании аминокислот в предполагаемой первичной атмосфере, состоящей из аммиака, метана и водорода, высвобождается энергия. С другой стороны, более соответствующий данным геологии состав атмосферы – азот, диоксид углерода и вода – требовал бы поглощения энергии для образования аминокислот. Кроме того, в этом эксперименте существует один непростой момент: в то время как короткие ультрафиолетовые лучи способствовали бы образованию аминокислот, длинные волны мгновенно уничтожали бы образовавшиеся аминокислоты. При проведении эксперимента Юри и Миллер сразу же изолировали полученные аминокислоты, чтобы сохранить их. Между тем, в естественных условиях сохранить аминокислоты от воздействия длинных ультрафиолетовых волн невозможно[598].

Даже если бы в первичной атмосфере не было кислорода, все равно оставались бы вопросы относительно формирования такого необходимого элемента живых существ, как аминокислоты, в эксперименте Юри–Миллера. В ходе исследований, связанных с первичной атмосферой, ученые пришли к выводу о том, что свободный водород рассеялся бы в космосе. Это, в свою очередь, показывает, что метан и аммиак, образующие основу гипотетической первичной атмосферы в опыте Юри–Миллера, не могли быть основными ее составляющими, поскольку метан является соединением углерода и водорода, а аммиак – соединением азота и водорода. Если же водород рассеялся бы в космическом пространстве, то соединения с углеродом и азотом не могли бы образоваться.

В 1995 г. в журнале Science была опубликована статья Джона Коэна, в которой говорится, что первичная земная атмосфера совершенно не похожа на ту атмосферу, которую описали в 1953 г. Юри и Миллер[599]. Все это означает, что натурализм испытывает серьзные трудности, объясняя образование аминокислот. Тем не менее, как мы убедились ранее на примере энтропии в начале Вселенной и как нам еще предстоит убедиться на примере образования белков, данная проблема даже и не особенно значительна по сравнению с прочими явлениями, которые натуралисты не в состоянии убедительно объяснить.

Здесь стоит обратить особое внимание на то, что парадигма, созданная теорией эволюции, оказала влияние на геологию. Несмотря на то, что многое казалось неубедительным, концепция Юри-Миллера (в частности, идея о том, что для образования аминокислот в первичной атмосфере не должно быть кислорода) стала на некоторое время доминантной в геологии. Миллер был сторонником того, что в первичной атмосфере обязательно должен присутествовать метан, поскольку для образования аминокислот необходим именно этот газ. Вместо того, чтобы определить состав первичной атмосферы с помощью геологических иследований, ученый выбрал более простой путь: согласившись с положениями теории эволюции, построил предположения о составе первичной атмосферы на их основе[600]. Этот пример показывает, насколько важным является наблюдение Томаса Куна, который обратил внимание на то, что ученые склонны толковать факты в соответствии с усвоенной ими парадигмой и в результате этой предвзятости не могут быть объективными[601].

Структура ДНК была открыта в 1953 г., через 94 года после того, как впервые была опубликована книга Дарвина «Происхождение видов». Тогда же, в 1950-х гг. ученым удалось определить трехмерную структуру белков. Эти окрытия показали, что клетка – это не «гомогенная глобула плазмы», как полагали виднейшие представители эволюционизма Гексли и Геккель, а очень сложная комплексная структура. Самая важная и самая сложная молекула в этой комплексной структуре – это ДНК. Если провести аналогию между клеткой и телом человека, ДНК можно назвать «мозгом» клетки. Кроме того, следует упомянуть и РНК, которая также обладает сложной структурой и выполняет важные функции. В частности, некоторые РНК принимают участие в синтезе белка клетки. Одним из важных условий жизни живого организма является постоянный синтез белков, необходимых для размножения. Это возможно лишь с участием ДНК. Профессор химии Роберт Шапиро в 1986 г. пришел к выводу, что в первичной атмосфере невозможно получить один из материалов ДНК – дезоксирибозу[602]. Это показывает нам, насколько проблематично объяснить образование не только белков, но также и материалов ДНК в первичной атмосфере.