Айзек Азимов - Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых
На только что сотворенной, первозданной Земле, до того как появилась жизнь, зеленых растений не было, как и не было кислородообразующих процессов. Поэтому кислорода в атмосфере не было, а в ее верхних слоях не было озона. Это означало, что ультрафиолетовое излучение Солнца могло свободно проникать до самой поверхности Земли.
В 1952 г. американский химик Стэнли Миллер (р. 1930 г.) сделал следующий опыт. Он тщательно очистил и стерилизовал воду и добавил в нее «атмосферу» из водорода, аммиака и метана, копируя таким образом состав атмосферы-1. Смесь, которую Миллер пропускал через свою аппаратуру, подвергалась воздействию электрических разрядов, которые должны были имитировать эффект грозовых разрядов. Так продолжалось в течение недели. Когда затем он разделил компоненты своего водного раствора, он обнаружил вновь образованные простые органические соединения, в том числе несколько аминокислот, являющихся кирпичиками, из которых состоят белки — важнейшие компоненты живой ткани.
Другие повторили этот же эксперимент, но с ультрафиолетовыми лучами в качестве источника энергии, и получили во многом сходный результат. Брали и варианты атмосферы-2 и тоже получали органические сложные молекулы.
Американский биохимик шриланкийского происхождения Сирил Поннамперума (р. 1923 г.) был наиболее настойчив в проведении этих опытов. Он добился образования нуклеотидов из простых соединений (эти нуклеотиды служат строительным материалом для нуклеиновых кислот — другого важнейшего компонента живой ткани). Он получил также аденозинтрифосфат (АТФ), который в энергетическом отношении является ключевым веществом живой ткани.
Все соединения получены абиогенетически (т. е. без вмешательства жизни, за исключением, конечно, самого экспериментатора) из образцов тех материалов, которые могли составлять первичную атмосферу; эти соединения и были, очевидно, началом пути, приведшего к образованию живой ткани и жизни.
Американский химик Сидней Фокс (р. 1912 г.) шел в другом направлении: составляя смеси аминокислот и подвергая их нагреву, получал протеиноподобные вещества. Последние, будучи растворены в воде, образовывали крошечные шарики, обнаруживающие свойства, присущие живым клеткам.
Конечно, эксперименты эти никоим образом не приблизили нас к системе, которую можно было бы рассматривать как живую, пусть даже в самой простейшей форме. С другой стороны, в условиях лаборатории, когда работа велась на малых количествах веществ в ограниченных промежутках времени, эти результаты можно назвать поразительными; во всяком случае, это уже заметный, большой шаг в направлении к жизни.
Давайте вообразим себе целый океан простых соединений, которые подвергаются воздействию различных видов энергии в течение сотен миллионов лет! Тогда мы легко представим себе и поймем период химической эволюции, который кончился с появлением первых живых клеток 3,5 млрд. лет назад.
РАЗВИТИЕ ВИДОВ
Сколько же раз в течение времени возникала жизнь? Вышли ли синезеленые водоросли из одной тропы химической эволюции, а бактерии из другой? Вышел ли каждый вид синезеленой водоросли и бактерии из своей отдельной эволюционной тропы? Существовал ли еще какой-то, более сложный набор путей химической эволюции, каждый из которых кончался отдельным видом трилобита? Отдельным видом динозавра? Человеческим существом?
Это звучит крайне неправдоподобно. Если бы существовали миллионы разных, отдельно взятых троп химической эволюции, по одной для каждого типа животного, растения или микроорганизма, даже для тех, что возникли совсем недавно, то тогда существовали бы соединения, которые проходили свою химическую эволюцию прямо теперь, у нас на глазах. Однако ничего похожего не происходит.
И если еще можно понять химическую эволюцию, происходящую на планете с первозданной атмосферой при полнейшем отсутствии жизни, то предполагать ее развитие в атмосфере кислорода и в мире, изобилующем жизнью, было бы просто нелепо. Активный кислород вступил бы в немедленную реакцию со сложными соединениями, «беременными жизнью», и разрушил их. (Сегодня такие сложные соединения в живых организмах защищены от кислорода множеством хитроумных способов.) К тому же, если уж жизнь в самом деле возникла, любое соединение, развившееся до формы преджизни, стало бы пригодным в пищу для «более живых» существ и было бы тут же съедено.
Следовательно, есть все основания полагать, что жизнь зародилась единожды в первозданные времена или, возможно, зарождалась несколько раз, но такие попытки не увенчались успехом. Как только отдельная форма жизни зародилась, выжила и размножилась, это означало конец химической эволюции.
Если это так, то почему с момента зарождения и доныне на Земле существует не одна-единственная форма жизни? Как получилось, что было так много различных форм жизни в прошлом (судя по ископаемым) и так много в настоящем?
При изучении ископаемых можно заметить, что между различными формами жизни в большей или меньшей степени есть заметная связь. Древние формы организмов в отдельных своих признаках напоминают некоторые современные, и часто между этими двумя формами имеется ряд других, претерпевших изменения (наподобие моста они вели от древних форм организмов к современным). Тому существует и множество других доказательств, и биохимических и тех, что можно наблюдать непосредственно.
По мере того как родители, давая жизнь молодым, воспроизводят себе подобных, дети, став взрослыми, воспроизводят новое поколение. Постепенно виды изменяются. Одни из них вымирают. Другие постепенно превращаются в биоформы, настолько отличные от предыдущих, что становятся другими видами. Иные дают начало двум (а иногда и более) разным потомственным видам. В результате более двух миллионов живущих сегодня видов (включая человека — гомо сапиенс) являются потомками более ранних видов, которые, в свою очередь, были потомками еще более ранних видов, и так далее назад до простейших форм жизни, существовавших 3,5 млрд. лет назад, и через них к начальной форме упрочившейся жизни, вышедшей в итоге из еще более раннего периода химической эволюции. Это медленное развитие жизни от простейших первоначальных форм к огромному множеству видов, живых и вымерших, получило название биологической эволюции.
Прежним ученым было трудно принять идею биологической эволюции по двум мотивам.
Во-первых, религия Запада держалась буквально слов Библии, где говорилось, что не только Земля создана была всего несколько тысяч лет назад, но и что каждый вид был специально создан божественным промыслом, поэтому все виды существовали и отличались друг от друга с самого начала. Проповедовать биологическую эволюцию, считали ученые, означало бы подрывать устои веры, а ведь большинство ученых было искренне верующими и не хотело колебать эти устои. Тогдашние ученые, будь они даже безбожниками, предпочтя разумные рассуждения слепой вере, могли натолкнуться на гневную отповедь общества.
Во-вторых, даже если ученые были твердо уверены в эволюции, то они не могли объяснить, как она совершалась. Кошки приносят котят, у собак появляются щенки, у людей рождаются дети, но между поколениями, как ни смотри, не видно никаких признаков изменения, которые указывали бы на непрерывную эволюцию.
Первым ученым, подсказавшим механизм эволюции, был французский натуралист Жан Батист Ламарк (1744–1829). В 1809 г. он высказал идею, что всякий организм в процессе жизни больше использует одни части тела и недогружает другие. Те части тела, которые активно используются, развиваются, а недогруженные — сокращаются, атрофируются. И развитие, и атрофия передаются потомкам, которые могут продвинуть этот процесс, передавая результат новым потомкам, и т. д.
Так, например, антилопа должна постоянно тянуться вверх, чтобы достать листья повыше. В течение многих лет из-за постоянного вытягивания ее шея стала немного длиннее, удлинились и ее ноги. Эти более длинные ноги и шею наследовали ее дети, которые тоже все тянулись да тянулись… со временем, через много поколений, антилопа превратилась в жирафа. Разумеется, такое превращение проследить невозможно в течение одной человеческой жизни, может быть, для этого не хватило бы всей истории человека.
Однако идея эволюции путем наследования приобретенных характеристик была ошибкой.
Во-первых, приобретенные характеристики не наследовались, и это было подтверждено следующим экспериментом. В 80-х годах прошлого века немецкий биолог Август Вейсман (1834–1914) в серии опытов обрезал хвосты у 1592 новорожденных мышей на протяжении 22 поколений. Оказалось, что все они продолжали производить на свет мышей с нормальными хвостами.
Во-вторых, многие характеристики менялись, если они относились к частям тела животного, которым оно не находило сознательного применения. Например, эволюция подарила животным окраску тела, которая помогала им слиться с окружающим фоном и тем самым уберечься от врагов. (Непостижима, однако, способность хамелеона «сознательно» менять свой цвет и, следовательно, передавать потомкам более эффективный механизм.)
