Сильные и слабые стороны концепции А.И. Опарина
Сильной стороной концепции является достаточно точное соответствие ее химической эволюции, согласно которой зарождение жизни является закономерным результатом добиологической эволюции материи. Убедительным аргументом в пользу этой концепции является также возможность экспериментальной проверки ее основных положений. Это касается не только лабораторного воспроизведения предполагаемых физико-химических условий первичной Земли, но и коацерватов, имитирующих доклеточного предка и его функциональные особенности.
Слабой стороной концепции является невозможность объяснения самого момента скачка от сложных органических соединений к живым организмам, ведь ни в одном из поставленных экспериментов получить жизнь так и не удалось. Кроме того, Опарин допускает возможность самовоспроизведения коацерватов при отсутствии молекулярных систем с функциями генетического кода. Иными словами, без реконструкции эволюции механизма наследственности объяснить процесс скачка от неживого к живому не удается. Поэтому сегодня считается, что решить эту сложную проблему биологии без привлечения концепции открытых каталитических систем Руденко, молекулярной биологии, а также синергетики и кибернетики не получится.
Большинство современных специалистов убеждены, что возникновение жизни в условиях первичной Земли есть естественный результат эволюции материи. Это убеждение основано на доказанном единстве химической основы жизни, построенной из нескольких простых и самых распространенных во Вселенной атомов.
Исключительное морфологическое разнообразие жизни (микроорганизмы, растения, животные) осуществляется на единообразной биохимической основе: нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, жиры и несколько более редких соединений типа фосфатов.
Основные химические элементы, из которых построена жизнь, - это углерод, водород, кислород, азот, сера и фосфор. Очевидно, организмы используют для своего строения простейшие и наиболее распространенные во Вселенной элементы, что обусловлено самой природой этих элементов. Например, атомы водорода, углерода, "кислорода и азота имеют небольшие размеры и способны образовывать устойчивые соединения с двух- и трехкратными связями, что повышает их реакционную способность. Образование сложных полимеров, без которых возникновение и развитие жизни вообще невозможны, связано со специфическими.
Другие два биогенных элемента - сера и фосфор - присутствуют в относительно малых количествах, но их роль для жизни особенно важна. Химические свойства этих элементов также дают возможность образования кратных химических связей. Сера входит в состав белков, а фосфор - составная часть нуклеиновых кислот.
Кроме этих шести основных химических элементов в построении организмов в малых количествах участвуют натрий, калий, магний, кальций, хлор, а также микроэлементы: железо, марганец, кобальт, медь, цинк и небольшие следы алюминия, бора, ванадия, йода и молибдена; следует отметить и некоторые исключительно редкие атомы, которые встречаются случайно и в ничтожных количествах.
Следовательно, химическая основа жизни разнообразится еще 15 химическими элементами, которые вместе с шестью основными биогенными элементами участвуют в различных соотношениях в строении и осуществлении функций живых организмов. Этот факт особенно показателен в двух отношениях:
1) как доказательство единства происхождения жизни и
2) в том, что сама жизнь, являющаяся результатом самоорганизации материи, включила в эволюцию биологических макромолекул не только все самые распространенные элементы, но и все атомы, которые особенно пригодны для осуществления жизненных функций (например, фосфор, железо, йод и др.). Как отмечает советский ученый М. Камшилов, "для осуществления функций жизни важны химические свойства ее атомов, к которым, в частности, относятся квантовые особенности". Не только структура, обмен веществ, но даже и механические действия живых организмов зависят от составляющих их молекул. Это, однако, не означает, что жизнь может быть сведена просто к химическим закономерностям.
Жизнь - одно из сложнейших, если не самое сложное явление природы. Для нее особенно характерны обмен веществ и воспроизведение, а особенности более высоких уровней ее организации обусловлены строением более низких уровней.
Современная теория происхождения жизни основана на идее о том, что биологические молекулы могли возникнуть в далеком геологическом прошлом неорганическим путем. Сложную химическую эволюцию обычно выражают следующей обобщенной схемой: атомы - простые соединения - простые биоорганические соединения <=> макромолекулы - организованные системы. Начало этой эволюции положено нуклеосинтезом в Солнечной системе, когда образовались основные элементы, в том числе и биогенные. Начальное состояние - нуклеосинтез - быстро переходит в процесс образования химических соединений. Этот процесс протекает в условиях первичной Земли со все нарастающей сложностью, обусловленной общекосмическими и конкретными планетарными предпосылками.
2.4 ГИГАНТСКИЕ РАСТЕНИЯ И ЖИВОТНЫЕ
Как обстоит дело с предположением о том, что в прошлом формы растительной и животной жизни должны были быть гораздо крупнее? Если экранированная Земля существовала, то в летописи окаменелостей должны быть многочисленные примеры гигантских растений и животных. Рассмотрим некоторые из таких примеров. В "Зеленом царстве" - книге, опубликованной Чайлдкрафтом, приводится ряд рисунков растений, живших в прошлом. В основе этих рисунков лежит информация, полученная из летописи окаменелостей. В книге изображены моховидные растения почти метровой длины. В наши же дни их размеры не превышают 5-8 см. Так же в книге показаны растения, похожие на гигантский аспарагус. Длинна их стеблей превышает 12 м. Корневая система этих pастений подобна волосовидным корневым системам современных луковичных растений. Очевидно, что корни этих растении не должны были углубляться далеко в почву, чтобы добывать влагу и не закреплялись в грунте с целью защиты от ветров. В летописи окаменелостей присутствуют хвощи высотой более 15 м. Хвощ растет на болотах и в наши дни, но достигает максимальной высоты от одного до полутора метров, высота папоротниковых растений в прошлом достигала более 16 м, теперешние, же папоротниковые достигают лишь высоты кустарника. В летописи окаменелостей есть также насекомые, гораздо более крупные, чем сегодняшние виды. Например, были найдены тараканы диаметром более 30 см; сохранились стрекозы с размахом крыльев более метра.
Окаменелые останки морских организмов часто гораздо более крупные, чем их сородичи сегодня. В санденском каньоне близ Нанффа (провинция Альберта в Канаде) были найдены окаменелые двустворчатые моллюски длиной более полуметра. В летописи окаменелостей есть раковины наутилоидов диаметром около 2 м. Сегодня их потомки достигают длины не более 20 см.
В разных частях Земли найдены окаменелости гигантских животных различных видов. В книге "Гиганты из прошлого", опубликованной Национальным географическим обществом, показано много таких гигантских, существ, ныне не существующих. Окаменелые останки безрогих носорогов говорят об их росте, превышающем 6 м. Свиньи достигали размеров крупного рогатого скота. Рост верблюда превышал 3,5-метровую отметку. Гигантские птицы вырастали до 3 м, а бобры достигали размеров свиньи. Ширина оленьих рогов превышала 3,5 м. Земляные ленивцы, достигающие ныне размеров средней обезьяны, в летописи окаменелостей представлены экземплярами длиной более 5,5 м.
Одной из наиболее известных особенностей летописи окаменелостей является обилие гигантских рептилий. Наиболее распространенная из них - динозавр. Рептилии вылупляются из яиц, а затем растут. Чем дольше живет рептилия, тем больших размеров она достигает. Динозавр является одним из Крупнейших существ, когда-либо живших на нашей планете. Для того, чтобы динозавр мог вырасти до таких огромных размеров, какие мы видим в летописи окаменелостей, продолжительность его жизни должна быть намного больше продолжительности жизни ныне живущих рептилий. Существование защитного экрана, несомненно, помогает объяснить то, почему животные прошлого достигали больших размеров и жили дольше.
2.5 ОСОБЕННОСТИ ЭВОЛЮЦИИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ НА РАЗНЫХ УРОВНЯХ РАЗВИТИЯ
Особенности эволюции на клеточном уровне
Рассмотрим подробнее особенности эволюции на клеточном уровне организации жизни. Наибольшее различие существует не между растениями, грибами и животными, а между организмами, обладающими ядром (эукариоты) и не имеющими его (прокариоты). Последние представлены низшими организмами - бактериями и сине-зелеными водорослями (цианобактерии, или цианеи), все остальные организмы - эукариоты, которые сходны между собой по внутриклеточной организации, генетике, биохимии и метаболизму.
Различие между прокариотами и эукариотами заключается еще и в том, что первые могут жить как в бескислородной (облигатные анаэробы), так и в среде с разным содержанием кислорода (факультативные анаэробы и аэробы), в то время как для эукариотов, за немногим исключением, обязателен кислород. Все эти различия имели существенное значение для понимания ранних стадий биологической эволюции.
Сравнение прокариот и эукариот по потребности в кислороде приводит к заключению, что прокариоты возникли в период, когда содержание кислорода в среде изменилось. Ко времени же появления у эукариот концентрация кислорода была высокой и относительно постоянной.
Первые фотосинтезирующие организмы появились около 3 млрд. лет назад. Это были анаэробные бактерии, предшественники современных фотосинтезирующих бактерий. Предполагается, что именно они образовали самые древние среди известных строматолитов. Обеднение среды азотистыми органическими соединениями вызывало появление живых существ, способных использовать атмосферный азот. Такими организмами, способными существовать в среде, полностью лишенной органических углеродистых и азотистых соединений, являются фотосинтезирующие азотфиксирующие сине-зеленые водоросли. Эти организмы осуществляли аэробный фотосинтез. Они устойчивы к продуцируемому ими кислороду и могут использовать его для собственного метаболизма. Поскольку сине-зеленые водоросли возникли в период, когда концентрация кислорода в атмосфере колебалась, вполне допустимо, что они - промежуточные организмы между анаэробами и аэробами.