Самозарождение организмов теория. Теория самозарождения

ТЕОРИЯ САМОЗАРОЖДЕНИЯ

Сторонники теории самозарождения (витализма) утверждали, что возможно самозарождение живых организмов. Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384 – 322 гг. до н. э.) , которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни (Приложение 3). На основе собственных наблюдений он развивал эту теорию дальше, связываю все организмы в непрерывный ряд – «лестницу природы».

«Ибо природа совершает переход от безжизненных объектов к животным с такой плавной последовательностью, поместив между ними существа, которые живут, не будучи при этом животными, что между соседними группами, благодаря их тесной близости, едва можно заметить различия» (Аристотель).

Этим утверждением Аристотель укрепил более ранние высказывания Эмпедокла об органической эволюции. Согласно гипотезе Аристотеля о спонтанном зарождении, определенные «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.

«Таковы факты – живое может возникать не только путем спаривания животных, но и разложением почвы. Так же обстоит дело и у растений: некоторые развиваются из семян, а другие как бы самозарождаются под действием всей природы, возникая из разлагающейся земли или определенных частей растений» (Аристотель).

Ученые средних веков предлагали рецепты, с помощью которых можно было получить животных или даже маленьких человечков. Алхимик Ян ван Гельмонт (17 век) предлагал простой рецепт зарождения мышей: "Положи в горшок зерна, заткни его грязной рубашкой и жди. Через двадцать один день из испарений зерна и грязной рубашки зародятся мыши". Активным началом в процессе зарождения мыши Ян ван Гельмонт считал человеческий пот. Парацельс написал рецепт, с помощью которого можно было изготовить маленького человечка - гомункулуса . Зарождение происходит с помощью vis vitalis - жизненной силы, которая заселяет питательные вещества.

Другой натуралист, Гриндель фон Ах , так рассказывал о якобы наблюдавшемся им самозарождении живой лягушки: "Хочу описать появление на свет лягушки, которое мне удалось наблюдать при помощи микроскопа. Однажды я взял каплю майской росы и, тщательно наблюдая за ней под микроскопом, заметил, что у меня сформировывается какое-то существо. Прилежно наблюдая на второй день, я заметил, что появилось уже туловище, но голова ещё казалась не ясно сформированной; продолжая свои наблюдения на третий день, я убедился, что наблюдаемое мною существо есть не что иное, как лягушка с головой и ногами".

Против теории самозарождения в XVII веке выступил флорентийский врач Франческо Реди . В 1688 году он доказал, что мухи не могут зарождаться на мясе, как считали ранее. Он провел опыт с сосудами, в которые положил мясо, рыбу, змею. Часть сосудов он оставил открытыми, часть закрыл кисеей (марлей). В открытых сосудах мухи отложили яички и там появились личинки мух, в закрытых сосудах личинок не было. Проведя эти эксперименты, Реди получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза). Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения.

Антони Ван Левенгук открыл мир микроорганизмов. Стоило положить клочок сена в воду, как уже через несколько дней в настое было огромное количество инфузорий и еще более мелких существ. Они появились из неживого, утверждали некоторые ученые, другие считали, что живое появляется только от живого.

Итальянец Ладзаро Спалланцани и русский ученый Тереховский в 1675 году пытались доказать, что "у микробов есть родители", для чего они длительное время кипятили различные настои и затем запаивали стеклянные колбы. При этом микробы не появлялись, но сторонники теории самозарождения считали, что длительное кипячение убивает жизненную силу, которая вновь может попасть в сосуд только с воздухом.

«К тому моменту, когда выдающийся французский учёный Луи Пастер приступил к решению животрепещущего вопроса о происхождении загадочных микроорганизмов, он уже успел совершить ряд блестящих открытий в химии и микробиологии (Приложение 4). В частности, ему принадлежит открытие пространственной изомерии, процесса брожения и пастеризации. На протяжении всей жизни его научная деятельность была так или иначе связана с промышленным производством, и именно ему Пастер был обязан большинством своих достижений.

Пастера, как и большинство учёных того времени, волновал вопрос о происхождении живых существ, изучению деятельности которых он отдал столько времени и сил. Он повторял опыты Спалланцани, но недоброжелатели - сторонники теории самозарождения - во весь голос кричали о том, что для самозарождения микроскопических животных необходим натуральный, не нагретый воздух. Ко всему прочему они утверждали (впрочем, Пастер и сам это понимал), что для чистоты эксперимента необходимо, чтобы в сосуд, содержащий не нагретый воздух, не проникли дрожжевые грибки и вибрионы. Задача показалась Пастеру невыполнимой.

Но вскоре заручившись помощью французского учёного Баляра , известного на весь мир открытием брома, он сумел найти выход из этой затруднительной ситуации. Пастер поручил своим помощникам приготовить весьма необычные колбы - их горлышки были вытянуты и загнуты книзу наподобие лебединых шей. В эти колбы он наливал отвар, кипятил его, не закупоривая сосуд, и оставлял в таком виде на несколько дней. По прошествии этого времени в отваре не оказывалось ни одного живого микроорганизма, несмотря на то, что не нагретый воздух свободно проникал в открытое горлышко колбы. Пастер объяснял это тем, что все микробы, содержащиеся в воздухе, просто-напросто оседают на стенках узкого горлышка и не добираются до питательной среды. Свои слова он подтвердил, хорошенько встряхнув колбу, так чтобы бульон ополоснул стенки изогнутого горлышка, и обнаружив на этот раз в капле отвара микроскопических животных. Своими опытами Пастер на нёс последний и сокрушительный удар по теории самозарождения жизни, от которого она уже не смогла оправиться - он блестяще и эффектно подтвердил, что никакая в мире сила не способна превратить неживую материю в живые существа, пусть даже они ничтожно малы. Всё научное общество вынуждено было согласиться с его доводами, окончательно закрыв вопрос о самозарождении». 4

4 Энциклопедия для детей, том 2, Аксенова М., «Аванта+», Москва, 2002.

А Б И О Г Е Н Е З

В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория, утверждающая, что все живое происходит только от живого - теория биогенеза . Эту теорию в середине XIX века противопоставляли ненаучным представлениям о самозарождении организмов (червей, мух и др.). Однако как теория происхождения жизни биогенез несостоятелен, поскольку принципиально противопоставляет живое неживому, утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни. Теория биогенеза порождает проблему: "Если для возникновения живого организма необходим другой живой организм, то откуда взялся самый первый живой организм?"

Исходной гипотезой современной теории происхождения жизни является абиогенез - идея о происхождении живого из неживого. Известен целый ряд реакций, посредством которых можно получить органические вещества из неорганических. Американский химик М. Калвин экспериментально показал, что излучение с высокой энергией, например, космические лучи или электрические разряды, могут способствовать образованию органических соединений из простых неорганических компонентов. В 1953 американские химики Г. Юри и С. Миллер обнаружили, что некоторые аминокислоты, например глицин и аланин, и даже более сложные вещества могут быть получены из смеси паров воды, метана, аммиака и водорода, через которую всего лишь в течение недели пропускают электрические разряды.

Спонтанное зарождение живых организмов в той обстановке, которая существует на Земле в настоящее время, в высшей степени маловероятно, однако оно вполне могло произойти в прошлом. Все дело в различии условий, существовавших тогда и сейчас.

«В настоящее время широкое признание получила гипотеза, сформулированная советским ученым академиком А. И. Опариным и английским ученым Дж. Холдейном (Приложение 5). Она исходит из предположения о постепенном возникновении жизни на Земле из неоргани­ческих веществ путем длительной абиогенной (небиологической) молекулярной эволюции . Взгляды этих ученых представляют собой обобщение доказательств возникновения жизни на Земле в результате закономерного процесса перехода химической формы движения материи в биологическую (образование простых органических соединений.) Для обоснования этого они рассматривают условия, существовавшие на планете несколько миллиардов лет назад: на начальных этапах своей истории Земля представляла раскаленную планету. Вследствие вращения при постепенном сниже­нии температуры атомы тяжелых элементов перемещались к центру, а на поверхности концентрировались атомы легких элемен­тов (водорода, углерода, кислорода, азота). При дальнейшем охлаждении планеты появились химические соединения: метан, углекислый газ, аммиак, циа­нистый водород, кислород, азот и д.р. Физические и химические свойства воды и углерода позволили именно им выделится и оказаться у колы­бели жизни. На этих начальных этапах сложилась и первичная атмосфера, которая носила восстанови­тельный характер, после на ее месте образовалась вторая атмосфера, состоящая из наиболее химически активных газов. Через эту атмосферу легко проникала коротковолновая ультрафиолетовая часть солнечного излучения, которая сейчас задерживается в верхних слоях атмосферы озоном. Дальнейшее снижение температуры обусловило переход ряда га­зообразных соединений в жидкое и твердое состояние, т.е. обра­зование земной коры. В результате активной вулканической деятельности из внутренних слоев Земли на поверхность выносилось много раскаленной массы, содержащей углерод. 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.

В "первичном бульоне" происходили процессы полимеризации. Коацерваты (коацерватные капли) - открытые системы, состоящие из различных высокополимерных соединений, в которых концентрация полимеров была выше, чем в окружающей среде. Коацерватные капли могли самопроизвольно расти, делиться и обмениваться веществом с окружающей их жидкостью через уплотненную поверхность раздела и даже размножаться - капли, ставшие большими, делились на две или больше частей (Приложение 6). Такие образования А.И. Опарин называет "протобионтами", т.е. предшественниками живых организмов». 5

В это же время молекулы органических веществ гидратировались, взаимодействуя с молекулами воды, слипались вместе, захватывали различные вещества, в них образовывались биокатализаторы, придающие им определенную устойчивость. Происходил "естественный отбор" на уровне коацерватов. Но это еще были не живые организмы, отсутствовало важнейшее свойство, характерное для живых организмов - воспроизведение себе подобных. Американский биохимик Т. Чек открывает рибозимы - молекулы РНК, обладающие каталитической активностью. Была доказана возможность спонтанного образования на матричных РНК, РНК – копий.

На следующем этапе впервые появилась возможность для эволюции на уровне молекул, те молекулы РНК, которые придавали устойчивость коацерватам и были способны к самокопированию - размножаются, за счет мутационного процесса происходит их изменение и естественный отбор сохраняет наиболее удачные полирибонуклеотиды.

Дальше происходило взаимодействие РНК с определенными аминокислотами, появлялись РНК, кодирующие полезные для себя полипептиды, так появился белковый синтез, контролируемый РНК. За счет соединения РНК, кодирующих различные полипептиды, происходило

5 Концепции современного естествознания: Учебное пособие, Найдыш В. М., Гардарики, Москва, 1999.

Теория возникновения жизни на Земле. С глубокой древности и до нашего времени было высказано бессчетное количество гипотез о происхождении жизни на Земле. Все их многообразие сводится к двум взаимоисключающим точкам зрения. Сторонники теории биогенеза (от греч. «био» - жизнь и «генезис» - происхождение) полагали, что все живое происходит только от живого. Их противники защищали теорию абиогенеза («а» - лат.отрицательная приставка); они считали возможным происхождение живого из неживого.

Многие ученые средневековья допускали возможность самозарождения жизни. По их мнению, рыбы могли зарождаться из ила, черви из почвы, мыши из грязи, мухи из мяса и т.д.

Против теории самозарождения в XVII в. выступил флорентийский врач ФранческоРеди. Положив мясо в закрытый горшок, Ф.Реди показал, что в гнилом мясе личинки мясной мухи не само зарождаются. Сторонники теории самозарождения не сдавались, они утверждали, что самозарождение личинок не произошло по той лишь причине, что в закрытый горшок не поступал воздух. Тогда Ф.Реди поместил кусочки мяса в несколько глубоких сосудов. Часть из них оставил открытыми, а часть прикрыл кисеей. Через некоторое время в открытых сосудах мясо кишело личинками мух, тогда как в сосудах, прикрытых кисеей, в гнилом мясе никаких личинок не было.

В XVIII в. теорию самозарождения жизни продолжал защищать немецкий математик и философ Лейбниц. Он и его сторонники утверждали, что в живых организмах существует особая «жизненная сила». По мнению виталистов (от лат. «вита» - жизнь), «жизненная сила» присутствует всюду. Достаточно лишь вдохнуть ее, и неживое станет живым.

Микроскоп открыл людям микромир. Наблюдения показывали, что в плотно закрытой колбе с мясным бульоном или сенным настоем через некоторое время обнаруживаются микроорганизмы. Но стоило прокипятить мясной бульон в течение часа и запаять горлышко, как в запаянной колбе ничего не возникало. Виталисты выдвинули предположение, что длительное кипячение убивает «жизненную силу», которая не может проникнуть в запаянную колбу.

Споры между сторонниками абиогенеза и биогенеза продолжались и в XIX в. Даже Ламарк в 1809 г. писал о возможности самозарождения грибков.

Эксперимент Пастера. Французская Академия наук в 1859 г. назначила специальную премию за попытку осветить по-новому вопрос о самопроизвольном зарождении. Эту премию в 1862 году получил знаменитый французский ученый Луи Пастер. Пастер провел эксперимент, соперничавший по простоте со знаменитым опытом Реди. Он кипятил в колбе различные питательные среды, в которых могли развиваться микроорганизмы. При длительном кипячении в колбе погибали не только микроорганизмы, но и их споры. Помня об утверждении виталистов, что мифическая «жизненная сила» не может проникнуть в запаянную колбу, Пастер присоединил к ней S-образную трубку со свободным концом. Споры микроорганизмов оседали на поверхности тонкой изогнутой трубки и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипяченная питательная среда оставалась стерильной, в ней не наблюдалось самозарождения микроорганизмов, хотя доступ воздуха (а с ним и пресловутой «жизненной силы») был обеспечен. Пастер своими опытами доказал невозможность самопроизвольного зарождения жизни. Представлениям о «жизненной силе» - витализму - был нанесен сокрушительный удар.

Абиогенный синтез органических веществ. Эксперимент Пастера продемонстрировал невозможность самопроизвольного зарождения жизни в обычных условиях. Вопрос о возникновении жизни на нашей планете долгое время еще оставался открытым.

В 1924 г. известный биохимик академик А.И. Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в атмосфере Земли, которая 4-4,5 млрд. лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предсказание А.И. Опарина оправдались. В 1955 г. американский исследователь С.Миллер, пропуская электрические разряды напряжением до 60000 В через смесь СН 4 , NH 3 , H 2 и паров H 2 O под давлением в несколько паскалей при температуре +80°С, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот, в том числе глицин и аланин. Аминокислоты - это те «кирпичики», из которых построены молекулы белков. Поэтому экспериментальное доказательство возможности образования аминокислот и неорганических соединений - чрезвычайно важное указание на то, что первым шагом на пути возникновения жизни на Земле был абиогенный (небиологический) синтез органических веществ.

Трудно создать хорошую теорию, теория должна быть разумной, а факты не всегда таковы.

(Джордж У. Бидл, генетик, лауреат Нобелевской премии 1958 г. в области физиологии и медицины)

Физик Филипп Моррисон как-то заметил, что в случае обнаружения жизни на других планетах она превратится из чуда в статистику. Открытие жизни за пределами Земли, несомненно, расширило бы наши представления о ее происхождении. Оно помогло бы нам ответить на целый ряд вопросов, которые нельзя решить другим путем, позволило бы проверить наше убеждение в том, что жизнь должна быть основана именно на химии углерода. И если бы в основе новых форм жизни, как и предполагается, находился углерод, то это помогло бы выяснить, могут ли генетические системы строиться из каких-либо иных молекул, чем известные нам нуклеиновые кислоты и белки. Это позволило бы также ответить на вечный вопрос, может ли какой-то другой растворитель заменить воду в живой системе. И так далее - по всему длинному списку загадок, связанных с проблемой происхождения жизни.

Если бы обнаруженные за пределами Земли организмы коренным образом отличались от нас по своему химическому составу, то это свидетельствовало бы о том, что жизнь в различных частях Солнечной системы зародилась независимо, по крайней мере дважды. Но если бы внеземные организмы оказались в своей основе похожими на нас - со сходными белками и нуклеиновыми кислотами, с той же оптической изомерией и с таким же генетическим кодом, - то мы столкнулись бы с новой проблемой. В этом случае пришлось бы заключить, что жизнь либо зародилась независимо дважды, либо один раз, но затем живые организмы были перенесены с одной планеты на другую. Причем последнее предположение кажется более вероятным. Но какими бы ни были в действительности эти открытия, очевидно, что обнаружение внеземных форм жизни представляет огромный интерес с точки зрения фундаментальной биологии.

Со времен Аристотеля только три естественно-научные теории о происхождении жизни смогли овладеть умами людей. Это теория самозарождения, панспермия и теория химической эволюции. В историческом и научном планах они составляют важную основу, на которой строятся поиски жизни в Солнечной системе. Современная теория химической эволюции находится еще в стадии развития, и о ней речь пойдет в следующей главе.

Сущность гипотезы самозарождения заключается в том, что живые предметы непрерывно и самопроизвольно возникают из неживой материи, скажем из грязи, росы или гниющего органического вещества. Она же рассматривает случаи, когда одна форма жизни трансформируется непосредственно в другую, например зерно превращается в мышь. Эта теория господствовала со времен Аристотеля (384–322 г. до н. э.) и до середины XVII в., самозарождение растений и животных обычно принималось как реальность. В последующие два столетия высшие формы жизни были исключены из списка предполагаемых продуктов самозарождения - он ограничился микроорганизмами.

Литература того времени изобиловала рецептами по- лучения червей, мышей, скорпионов, угрей и т. д., а позднее - микроорганизмов. В большинстве случаев все "рекомендации" сводились к цитатам из работ древнегреческих и арабских авторов: значительно реже встречались подробные описания экспериментов.

Как говорят историки, науку создали древние греки, а отцом биологии был Аристотель. Действительно, он внес в биологию рациональное начало, свойственное древнегреческим мыслителям, сущность которого состояла в том, что человек, опираясь на силу своего разума, способен понять явления живой природы. В своих философских трудах Аристотель уделил много внимания методам логического доказательства: создал формальную логику, в частности ввел понятие силлогизма. Он также занимался наблюдениями явлений природы, в особенности живой. Но в этой области его умозаключения ненадежны. И хотя некоторые описания Аристотеля, в частности относящиеся к поведению животных, весьма любопытны, его биологические наблюдения полны ошибок и неточностей. Многое из того, о чем он писал, основано, вероятно, только на слухах.

Например, в своей "Истории животных" Аристотель так описывает процесс самозарождения:

Вот одно свойство, присущее как животным, так и растениям. Некоторые растения возникают из семян, а другие самозарождаются благодаря образованию некой природной основы, сходной с семенем; при этом одни из них получают питание непосредственно из земли, тогда как другие вырастают внутри других растений, что между прочим было отмечено мною в трактате по ботанике. Так же и с животными, среди которых одни в соответствии со своей природой происходят от родителей, тогда как другие образуются не от родительскою корня, а возникают из гниющей земли или растительной ткани, подобно некоторым насекомым; другие самозарождаются внутри животных вследствие секреции их собственных органов.

… Но как бы ни самозарождались живые существа - в других ли животных, в почве, в растениях или их частях, результатом спаривания появившихся таким образом мужских и женских особей всегда является нечто дефектное, непохожее на своих родителей. Например, при спаривании вшей возникают гниды, у мух - личинки, у блох - яйцевидные по форме личинки. и такое потомство не порождает особей родительского типа или каких-либо других животных вообще, а лишь нечто неописуемое.

Аристотель хорошо знал, что многие насекомые имеют сложный цикл развития и, прежде чем стать взрослыми, проходят через стадии личинки и куколки. Но хотя в своем описании генезиса двух видов насекомых он допускает явные ошибки, его суждения строго логичны. Самозарождение не отвечало бы здравому смыслу, его существование было бы сомнительным, если бы возникшие в результате этого процесса виды могли нормально воспроизводиться. Следовательно, говорит Аристотель, эти существа при своем спаривании производят нечто "неописуемое", что и обусловливает постоянную необходимость самозарождения.

Разумеется, сейчас все это выглядит бессмыслицей, но наука, созданная Аристотелем, уже была наукой, хотя и в младенческом состоянии. Достаточно сказать, что исследование насекомых он считал занятием, достойным внимания. Как ни трудно в это поверить, развитые им представления сохранялись практически неизменными на протяжении почти 2000 лет. Даже средневековая церковь признавала авторитет Аристотеля в вопросах самозарождения, и сам святой Фома Аквинский (1225–1274) связывал его взгляды с христианским учением, утверждая, что самозарождение осуществляется ангелами, которые используют для этого солнечные лучи.

На XVI в., эпоху господства религиозных суеверий, приходится расцвет классического учения о самозарождении. Его очень активно развивал в это время врач и естествоиспытатель Парацельс (1493–1541) и его последователь Ян Баптист ван Гельмонт (1579–1644). Последний предложил "метод производства" мышей из пшеничных зерен, помещенных в кувшин вместе с грязным бельем, на который многократно ссылались в дальнейшем. Двумя веками позже Пастер, комментируя "метод" ван Гельмонта, писал: "Это доказывает лишь то, что ставить эксперименты легко, но трудно ставить их безупречно".

В своей работе, впервые опубликованной в 1558 г. под названием "Магия природы", Джамбатиста делла Порта приводит еще больше сведений о самозарождении, которыми было столь богато его время. Этот неаполитанский ученый-любитель был основателем и вице-президентом Академии деи Линчей - одного из самых первых в мире научных обществ. Его книга, содержавшая популярное описание некоторых технических диковин, чудес природы и всяких розыгрышей, была переведена на несколько языков. Вот отрывки из ее английского издания, опубликованного в Лондоне в 1658 г.:

В Дариене, расположенном в одной из провинций Нового света, очень нездоровый воздух, место грязное, полное зловонных болот, более того. сама деревня представляет собой болото, где, по описанию Петера Мартира, жабы выводятся из капель жидкости. Кроме того, они рождаются из гниющих в грязи утиных трупов: есть даже стихи, где утка говорит: "Когда меня гноят в земле, я жаб произвожу на свет…"

Грек Флорентинус утверждал, что если пожевать базилик, а затем положить его на солнце, то из него появятся змеи. А Плиний при этом добавлял, что если базилик потереть и положить под камень, то он превратится в скорпиона, а если пожевать и положить на солнце то в червяка.

Саламандры рождаются из воды: сами они никого не производят, потому что у них, как и у угрей, нет ни мужских, ни женских особей…

Рыбы под названием ортика, бабочки-нимфалины, мидии, гребешки, морские улитки, другие брюхоногие моллюски и ракообразные рождаются из грязи, поскольку они не способны спариваться и по своему образу жизни напоминают растения. Замечено, что разная грязь производит на свет различных животных: темная грязь порождает устриц, красноватая - морских улиток, грязь, образовавшаяся из горных пород, - голотурий, гусей и т. п. Как показал опыт, брюхоногие зарождаются в гниющих деревянных загородках, что служат для лова рыбы, и как только исчезают загородки, пропадают и эти моллюски.

Современному читателю, привыкшему рассматривать происхождение жизни как однократное и самое значительное в истории Земли событие, подобные описания кажутся сказками. И все же не следует считать их просто чьими-то выдумками. Скорее всего, столь уверенные сообщения в какой-то степени основывались на действительных наблюдениях широко известных явлений, но их неправильно объясняли, стремясь согласовывать наблюдаемое с древними авторитетами, да и с обычной житейской практикой. Классическое учение о самозарождении вместе со многими другими освященными веками фантастическими представлениями было похоронено в эпоху Возрождения. Его ниспровергателем стал Франческо Реди (1626–1697), физик-экспериментатор, известный поэт и один из первых ученых-биологов современной формации, он был фигурой, типичной для эпохи позднего Возрождения. Книгу Реди "Опыты по самозарождению насекомых" (1668), которая в основном и создала ему научную репутацию, отличают здоровый скептицизм, тонкая наблюдательность, прекрасная манера изложения результатов. Хотя главным объектом его исследований были насекомые, он изучал также зарождение скорпионов, жаб, лягушек, пауков и перепелов. Реди не только не подтвердил распространенное тогда мнение о самозарождении перечисленных животных, а, напротив, в большинстве случаев продемонстрировал, что на самом деле они рождаются из оплодотворенных яиц. Таким образом, результаты его тщательно проведенных опытов опровергли представления, сформировавшиеся в течение 20 столетий.

Реди построил эту работу в виде письма к своему другу Карло Дати. Начав с истории вопроса, он далее писал:

Как я уже говорил, суть рассуждений древних и современных ученых и широко распространенный взгляд на эту проблему в наши дни сводятся к тому, что гниение мертвого тела или отбросов, представляющих собой разлагающуюся материю, порождает червей. Стремясь хотя бы отчасти убедиться в справедливости такого взгляда, я проделал следующий эксперимент. В начале июня я приказал убить трех змей из тех, что зовутся эскулаповыми угрями. Их трупы я оставил разлагаться в открытой коробке и через некоторое время заметил, что они покрылись червями конической формы, по-видимому, не имеющими ног. Эти черви жадно пожирали мясо, увеличиваясь день ото дня как в размерах, так и в числе…

Я продолжал сходные эксперименты с сырым и вареным мясом быка, оленя, буйвола, льва, тигра, собаки, ягненка, козленка, кролика; иногда с мясом уток, гусей, куриц, ласточек и т. д. и. наконец, с мясом различных рыб… В каждом случае выводились мухи того или иного из упомянутых типов, а иногда на мясе одного животного обнаруживались мухи обоих типов… и почти всегда я замечал, что само разлагающееся мясо и щели в коробках, где оно лежало, были покрыты не только червями, но и яйцами, из которых, как я уже говорил, выводились черви. Эти яйца заставили меня подумать о тех отложениях, которые мухи оставляют на мясе и которые в конце концов становятся червями, - факт, отмеченный составителем словаря нашей Академии, а также хорошо известный охотникам и мясникам, которые летом защищают мясо от мух, завертывая его в белую материю…

Рассмотрев эти факты, я убедился, что все черви, обнаруженные в мясе, произошли непосредственно из отложений. сделанных мухами, а не из-за его гниения, и я еще более утвердился в этом предположении, заметив, что мухи, кружившиеся над мясом перед тем, как оно зачервивело, относятся к тому же типу, что и те, которые вывелись на нем впоследствии. Это суждение требовало, однако, экспериментального подтверждения, и в середине июля я положил мертвую змею, некоторое количество рыбы, угрей и ломтик телятины в четыре большие широкогорлые бутыли; хорошо закрыв их и запечатав, я подобным же образом заполнил затем еще столько же бутылей, но оставил их открытыми. Вскоре мясо и рыба в открытых сосудах покрылись червями, и было видно, как туда свободно влетают мухи, тогда как в закрытых бутылях я не заметил червей даже по прошествии многих дней…

Оставив это длинное отступление и возвращаясь к моим доводам, должен сказать Вам, что, несмотря на эти факты. доказывающие невозможность возникновения червей в мясе мертвых животных, если в него не отложено семя других живых существ, чтобы разрешить последние сомнения, я провел новый эксперимент. На этот раз я положил мясо и рыбу в большой сосуд, покрытый тонкой и гладкой сеткой, обеспечивавшей свободный доступ воздуха. В целях более полной защиты от мух сосуд был помещен в специальную клетку, покрытую такой же сеткой. В этих условиях я никогда не видел на мясе червей, хотя нетрудно было заметить, как много их ползает по сетке, покрывающей клетку. Привлеченные запахом мяса, они в конце концов сумели бы, наверное, проникнуть в сосуд через мелкие ячейки сетки, если бы я быстро не удалил их.

Подобная постановка опытов очень современна. Последние два эксперимента Реди стали классическими и послужили моделями для будущих исследований процесса самозарождения. В других главах книги Реди описывает свои дальнейшие эксперименты, последовательно и убедительно критикуя широко распространенные домыслы и заблуждения, связанные с самозарождением животных. По ходу повествования Реди дает верное истолкование и наблюдениям делла Порты:

Появилась благоприятная возможность для проверки утверждения Батиста Порты относительно зарождения жаб из гниющего мяса, валяющегося в навозной куче. Три опыта с этим материалом нс дали никаких результатов, и это убедило меня в том, что Порта проявлял здесь излишнюю доверчивость, будучи в других случаях очень интересным и глубоким писателем.

Книга Реди в течение 20 лет переиздавалась пять раз, и в результате знакомства с ней все более широкого круга образованных людей вера в возможность самозарождения животных постепенно исчезла. Однако этот вопрос снова возник, хотя уже на другом уровне, примерно в 1675 г., вслед за открытием микроорганизмов голландцем Антони ван Левенгуком (1632–1723). Это открытие стало возможным благодаря усовершенствованию в XVII в. техники изготовления линз. Сам Левенгук был одновременно и опытным мастером по изготовлению линз, и исследователем, увлеченно работающим с микроскопом. Ряд важных открытий, сделанных Левенгуком в течение его долгой жизни, создали ему известность, и он по праву считается одним из основоположников научной микроскопии.

Микроорганизмы настолько малы и, кажется, так просто организованы, что с самого их открытия широко распространилось мнение, будто они представляют собой продукты распада, принадлежащие к нечетко обозначенной промежуточной области между живым и неживым. Таким образом, вопрос о самозарождении вновь оказался в центре внимания в знаменитой полемике XVIII в., разгоревшейся между английским священником Дж. Т.Нидхемом (1713–1781) и итальянским натуралистом аббатом Ладзаро Спаллаппани (1729–1799). Нидхем утверждал, что если баранью подливку и подобные ей настои сначала нагреть, а затем герметически закрыть в сосуде с небольшим количеством воздуха, то в течение нескольких дней они обязательно порождают микроорганизмы и разлагаются. Он полагал, что раз нагревание исследуемого объекта убивает все ранее существовавшие в нем организмы, то, следовательно, полученный результат служит доказательством самозарождения. Повторяя эксперименты Нидхема, Спалланцани показал, что если колбы нагреть после закупоривания, то в них не возникает никаких организмов и не происходит гниения, как долго бы они ни хранились. (В одном из своих опытов Спалланцани герметично закупорил в стеклянном сосуде зеленый горох с водой, после чего в течение 45 мин держал его в кипящей воде. Позже, в 1804 г., парижский шеф-повар Франсуа Аппер использовал этот метод для получения первых консервированных продуктов. Таким образом, консервная промышленность явилась одним из побочных результатов дискуссии о самозарождении.)

Нидхем заявил в ответ, что чрезмерное нагревание разрушило внутри закрытого сосуда содержащийся в воздухе жизненно важный элемент, без которого самозарождение невозможно. Методы газового анализа в то время были еще недостаточно развиты, чтобы разрешить этот спор. В действительности оказалось, что результат, полученный Нидхемом, был следствием скрытой ошибки, обнаружить которую не удалось в течение целого столетия. Известнейшие ученые XIX в., включая Жозефа Луи Гей-Люссака, Теодора Шванна, Германа фон Гельмгольца, Луи Пастера и Джона Тиндаля, были вовлечены в этот спор. Великий французский химик Гей-Люссак поддержал точку зрения Нидхема, обнаружив, что из нагретого в присутствии органического вещества воздуха кислород исчезает, а его отсутствие, как показали дальнейшие опыты, - необходимое условие консервирования продуктов. Однако решающий эксперимент, т. е. эксперимент Реди, но проделанный с микроорганизмами, остался невыполненным.

Вопрос, казалось бы, прост: будут ли расти в стерилизованном органическом настое микроорганизмы в присутствии воздуха, из которого удалены все микробы? Несмотря на кажущуюся простоту вопроса, существовавшая в то время экспериментальная техника не позволяла дать на него убедительный ответ. Было поставлено множество хитроумных экспериментов, но каждый раз исследователи давали неточные или лишь отчасти правильные и противоречивые объяснения наблюдаемого. Поскольку проблема самозарождения имела большое общемировоззренческое и практическое значение, разгорелись бурные дискуссии.

Страсти достигли кульминации в 1859 г., когда Феликс Пуше (1800–1872), директор Музея естественной истории в Руане, опубликовал книгу, где вновь сообщалось об экспериментальном подтверждении самозарождения. Свое предисловие Пуше начал так: "Когда в результате размышлений мне стало ясно, что самозарождение представляет собой еще один способ, который природа использует для воспроизведения живых существ, я сосредоточил все внимание на том, чтобы экспериментально продемонстрировать соответствующее явление. Английский физик Джон Тиндаль (1820–1893), принимавший активное участие в дискуссии, так прокомментировал появление на арене Пуше:

Никогда еще ни один предмет спора не требовал столь холодного и критического ума, как этот, спокойствия в познании столь сложного явления, тщательности в постановке и исполнении опытов, умелого подбора условий и постоянного сомнения в результатах, пока строгая повторяемость не убедит вас в их безупречности. Для человека с темпераментом Пуше подобный предмет таил в себе опасность, которую еще более усиливало его предвзятое отношение к проблеме.

В это время в исследования включился Луи Пастер (1822–1895). Изучая с точки зрения химии процесс спиртового брожения, он вопреки многочисленным возражениям пришел к выводу, что этот процесс вызывается живыми организмами. Проведенные эксперименты послужили хорошей подготовкой для решения последующей задачи. Исследования Пастера - это в методическом отношении безупречно поставленная серия опытов, ознаменовавших собой одно из величайших достижений экспериментальной биологии. В сущности они привели к закрытию долгого спора о самозарождении. Пастер разрешил все трудности, пугавшие его предшественников. Он недвусмысленно показал, что загадочной "первопричиной", витавшей в воздухе и вызывающей в стерильном бульоне рост микроорганизмов, являются те же самые микроорганизмы, которые переносятся частицами пыли.

Рассмотрим вкратце один из самых простых и изящных экспериментов Пастера, убедительность которого поразила даже самого ученого. Нужную питательную среду, например дрожжевой экстракт с сахаром, Пастер помещал в колбы: затем, нагревая их горло в пламени, оттягивал его так, что получились узкие, но тем не менее открытые трубки, изогнутые различным образом (рис. 5). Далее он доводил питательную среду в колбе до кипения и поддерживал ее в таком состоянии в течение нескольких минут, после чего давал ей остыть. Обработанная таким образом среда оставалась в колбах стерильной неограниченно долго даже при контакте с воздухом. К удивлению Пастера, колбы можно было даже перемещать с места на место, не опасаясь заражения среды. Пытаясь объяснить этот эффект, ученый предположил, что воздушный столб в длинном горле действует как своего рода подушка, препятствуя быстрому движению воздуха; в результате проникающая в горло колбы пыль оседает на его стенках раньше, чем достигает питательной среды. Чтобы доказать, что заключенная в колбе питательная среда, будучи инфицированной, способна поддерживать рост микроорганизмов, Пастер обрезал у некоторых колб горло - и вскоре процесс размножения действительно начинался.

Рис. 5. Пастеровские колбы с "лебедиными шеями". (Рисунок из его работы о самозарождении, 1862 г.)

Таким образом, Пастеру удалось повторить опыты Реди на уровне одноклеточных организмов. Он продемонстрировал, что в мире микробов, как и среди высших видов, любая форма жизни ведет свое существование от "родительской". Результаты, полученные Пастером, не вызывали сомнений, но тем не менее в течение ряда лет высказывались различного рода контрдоводы и возражения. Особенно интересный случай произошел в 1870-х годах в Англии, когда Джон Тиндаль защищал точку зрения Пастера от нападок одного врача по имени Г. Чарлтон Бастиан. Исследования Тиндаля по рассеянию света на частицах пыли в атмосфере позволили ему осуществить новые опыты, свидетельствующие о роли пыли в переносе инфекции. Он показал, что способная к гниению среда, заключенная в открытых (контрольных) пробирках, остается стерильной, пока воздух над ними свободен от пыли. Далее рассказывается, каким способом Тиндалю удалось обнаружить присутствие пыли в воздухе. Его изобретательность создала ему славу выдающегося популяризатора науки викторианской эпохи.

Вернемся в Лондон времен королевы Виктории и обратим внимание на плавающую в воздухе пыль. Представим себе комнату, где только что произведена уборка. Окна в ней плотно закрыты, и лишь через узкое отверстие в ставне проникает пересекающий комнату солнечный луч. Плавающая в воздухе пыль позволяет увидеть путь света. Чтобы сфокусировать пучок параллельных световых лучей, поместим в отверстие линзу. Теперь лучи образуют конус, в вершине которого освещенность настолько велика, что пыль кажется почти белой. В темноте глаз особенно чувствителен к такому освещению. Пыль, насыщающая лондонский воздух, - это органическое вещество, которое можно сжечь без остатка. Действие пламени спиртовки на плавающее в воздухе вещество Тиндаль описывал следующим образом:

"В интенсивный параллельный пучок света, освещавший пыль в воздухе нашей лаборатории, я поместил зажженную спиртовку. В самом пламени и по его краям были видны странные темные завихрения, похожие на густой черный дым. Такие же темные вихри, устремленные вверх, можно было заметить, поместив пламя чуть ниже пучка света. Они выглядели чернее самого черного дыма, выходящего из пароходной трубы: их сходство с дымом было столь велико, что невольно возникала мысль, что для обнаружения таких облаков свободного углерода в чистом пламени спиртовки, по-видимому, необходим лишь пучок света достаточной интенсивности.

Но действительно ли эти темные завихрения являются дымом? Ответ на этот мгновенно возникший вопрос нам удалось найти следующим образом. Под пучком лучей мы поместили раскаленную докрасна кочергу, и от нее тоже стали подниматься черные вихри; затем мы наблюдали за сильным пламенем водородной горелки, которое само по себе не дает дыма, но и горение водорода сопровождалось мощным вихревым движением темной массы. Если это не дым, то что же она собой представляет? Как и в межзвездном пространстве, темнота здесь объясняется отсутствием на пути пучка света какого-либо вещества, вызывающего его рассеяние. Когда пламя находилось под пучком лучей, имеющееся в воздухе вещество разрушалось, и очищенный от него горячий воздух, поднимаясь, пересекал пучок света, унося прочь освещенные частицы и тем самым - благодаря собственной абсолютной прозрачности вызывая образование темных вихрей. Ничто не могло бы убедительнее продемонстрировать невидимость того, что делает все вещи видимыми. Световой пучок пересекал невидимое черное пространство, образованное прозрачным воздухом, в то время как по обе стороны от него сияли плотные массы частиц пыли, подобно тому как светятся любые тела, освещенные сильным светом".

Тиндаль изобрел также метод стерилизации растворов, содержащих споры бактерий, способные выживать в кипящей воде: этот метод до сих пор известен под названием "тиндализация". Суть его заключается в том, что стерилизуемый раствор несколько раз нагревается в течение ряда дней: непроросшие споры выдерживают нагревание, а проросшие гибнут. Таким образом, после нескольких последовательных нагреваний раствор становится стерильным. Опыты Тиндаля были столь оригинальными, а его поддержка взглядов Пастера столь энергичной, что он по праву разделяет с Пастером славу ниспровергателя учения о самозарождении.

Исследования Пастера и Тиндаля нашли еще одно практическое применение. Его предложил их современник хирург Листер (1827–1912), хорошо знакомый с работами этих ученых. Листер высказал мысль, что если бы операционное поле на теле больного удалось изолировать от микроорганизмов, попадающих из воздуха, то это спасло бы жизнь многим оперируемым. В те времена в английских больницах смертность при ампутации достигала 25–50 % - главным образом вследствие заражения. При операциях в полевых условиях во время военных кампаний дело обстояло еще хуже. Так, в ходе франко-прусской войны из 13 тыс. ампутаций, проведенных французскими хирургами, не менее 10 тыс. имело смертельный исход! Пока сохранялась вера в самозарождение микробов, не было причин удалять их из раны. Однако после открытия Пастера Листер понял, что носителей инфекции необходимо уничтожать прежде, чем они попадут на операционное поле. И Листер добился успеха, применив карболовую кислоту (фенол) в качестве антибактериальною средства. Он стерилизовал инструменты, опрыскивал кабинет и даже пропитывал одежду больного раствором фенола. Принятые меры дали отличные результаты, что привело к рождению антисептической хирургии.

Учение о самозарождении постепенно умирало на протяжении столетий, и то, что оно было окончательно похоронено Пастером и Тиндалем, вряд ли может удивить современных ученых. Однако не существовало теории, способной занять его место. Нетрудно представить, что в XIX в. при чрезвычайно низком уровне знаний о химической организации живой материи, всякий, кто попытался бы думать о происхождении жизни, был обречен на неудачу. Как заметил в 1863 г. Дарвин в письме Гукеру, "сущий вздор - рассуждать сейчас о происхождении жизни; с тем же успехом можно было бы рассуждать о происхождении материи".

Дарвин был прав. Слишком мало было в то время известно о природе жизни и истории Земли, чтобы продуктивно рассуждать о происхождении жизни. Однако крушение учения о самозарождении привело некоторых известных ученых к мысли, что жизнь никогда не возникала, а, как материя или энергия, существовала вечно. Согласно этому представлению, "зародыши жизни" блуждают в космическом пространстве до тех пор, пока не попадают на подходящую по своим условиям планету - там они и дают начало биологической эволюции. Эту идею поддерживали Герман ван Гельмгольц (1821–1894) и Уильям Томсон (позднее лорд Кельвин; 1824–1907) - самые знаменитые физики XIX в. Гельмгольц, лично ставивший опыты по изучению самозарождения бактерий, в лекции, прочитанной в 1871 г., говорил:

Я не смогу возразить, если кто-нибудь будет считать данную гипотезу в большой или даже очень большой степени неправдоподобной. Но мне кажется, что в случае, если все наши попытки получить живые организмы из неживой материи провалятся, с научной точки зрения правомочно задать вопрос: возникала ли жизнь когда-нибудь вообще или же ее зародыши переносятся из одного мира в другой и развиваются повсюду, где есть подходящие условия?

Гельмгольц и Томсон были близкими друзьями и, вполне вероятно, не раз обсуждали этот вопрос. Как бы там ни было, несколькими месяцами позже Томсон высказал очень похожую мысль в своем президентском обращении к Британской ассоциации развития науки:

Достаточно точными экспериментами, проведенными к настоящему времени, показано, что любой форме жизни всегда предшествует жизнь. Мертвая материя не способна превратиться в живую, не испытав предварительно воздействия живой материи. Мне это представляется такой же несомненной научной истиной, как закон всемирного тяготения. Я готов принять в качестве научного постулата, справедливого всегда и повсюду, утверждение, что жизнь порождается только жизнью и ничем, кроме жизни. Но как же тогда произошла жизнь на Земле?

Далее он говорил о том, что во Вселенной должно существовать много других миров, несущих жизнь, которые время от времени разрушаются при столкновении с другими космическими телами, а их обломки с живыми растениями и животными рассеиваются в пространстве.

Следовательно, в высшей степени вероятно, что в космосе движется бесчисленное множество метеоритных камней, несущих семена жизни. Если бы в настоящее время жизни на Земле не существовало, то один такой упавший на нее камень мог бы стать так называемой естественной причиной возникновения жизни, в результате чего Земля покрылась бы растительностью… Гипотеза о том, что жизнь на Земле произошла благодаря таким обломкам более древних миров, может показаться дикой и фантастичной; однако по этому поводу я могу лишь утверждать, что она не является ненаучной.

Эта идея была тщательно разработана в 1908 г. шведским химиком Сванте Аррениусом (1859–1927), который назвал свою теорию панспермией. Развивая идеи Гельмгольца и Кельвина, он высказал несколько собственных соображений, предположив, что бактериальные споры и вирусы могут уноситься с планеты, где они существовали, под действием электростатических сил, а затем перемещаться в космическое пространство под давлением света звезд. Находясь в космическом пространстве, спора может осесть на частицу пыли; увеличив тем самым свою массу и преодолев давление света, она может попасть в окрестности ближайшей звезды и будет захвачена одной из планет этой звезды. Таким образом, живая материя способна переноситься с планеты на планету, из одной звездной системы в другую. Как указывал Аррениус, из этой теории, в частности, следует, что все живые существа во Вселенной должны быть химически родственны.

Теория панспермии опирается на два утверждения, которые следует рассмотреть отдельно. Первое из них заключается в том, что жизнь существовала всегда, т. е. она неразрывно связана с материей. Сейчас мы можем с уверенностью сказать, что эта мысль ошибочна. Жизнь в отличие от материи и энергии не относится к числу фундаментальных свойств Вселенной; она скорее представляет собой проявление определенных комбинаций молекул, которые не могли существовать вечно, поскольку не всегда существовали даже элементы, из которых они состоят. Космологи считают, что Вселенная первоначально состояла из самого легкого элемента водорода или из нейтронов - фундаментальных частиц, имеющих примерно такую же массу, как атом водорода. Все элементы тяжелее водорода образовались (и образуются в звездах до сих пор) из водорода в реакциях ядерного синтеза. Эти реакции служат главным источником звездной энергии. Хотя за время существования наблюдаемой Вселенной (по оценкам 10–15 млрд. лет) часть водорода была израсходована, он до сих пор остается наиболее распространенным элементом. Около 90 % атомов наблюдаемой Вселенной (что составляет около 60 % ее массы) приходится на водород, остальная часть - это в основном гелий, элемент, следующий по массе за водородом. Но поскольку кроме водорода для организации живой материи необходимы и другие элементы, жизнь не может быть "ровесницей" Вселенной - она должна была возникнуть гораздо позднее.

Второе утверждение теории панспермии, согласно которому споры могут и должны переноситься через космическое пространство, в наши дни представляется гораздо менее правдоподобным, чем это казалось Аррениусу. Совместное воздействие ультрафиолетового и рентгеновского излучений, а также космических лучей, которым организмы неизбежно должны подвергаться в космосе, намного опаснее, а межзвездные расстояния и, следовательно, время, необходимое для перемещения, значительно больше, чем предполагал Аррениус. Но сейчас мы располагаем также эмпирическими данными, свидетельствующими о том, что споры, которые бы могли засеивать Вселенную, не способны ни покидать Землю, ни проникать в ее окрестности. В образцах грунта, доставленных с Луны американскими астронавтами во время полетов кораблей "Аполлон", не обнаружено микроорганизмов, хотя предполагалось, что Луна может "улавливать" значительное число частиц, покидающих Землю или попадающих в ее окрестности из других областей космического пространства. Биологические анализы образцов лунного грунта не выявили никаких организмов, способных выжить в долгих космических путешествиях, и до сих пор все подобные исследования дают лишь отрицательные результаты. За время существования Солнечной системы (около 4,5 млрд. лет) споры - если они существуют - должны были попасть и на Марс; но к доказательствам наличия жизни на Марсе мы обратимся несколько позже.

Однако, несмотря на факты, свидетельствующие против теории панспермии, она продолжает жить. В последние годы известный американский астрофизик и писатель-фантаст Фред Хойл вместе со своим сотрудником Чандром Викрамасингхом пришли к невероятному заключению, что не менее 80 % частиц межзвездной пыли состоят из клеток бактерий и морских водорослей. Их предположение основано на изучении оптических свойств частиц межзвездной пыли. Согласно оценкам, ее масса в нашей Галактике примерно в 5 млн. раз превосходит массу Солнца. С этой точки зрения Земля почти безжизненна по сравнению с межзвездным пространством. Вслед за Аррениусом Хойл и Викрамасингх называют эти клетки межпланетными "прыгунами". Но если такие "прыгуны" действительно существовали, то они, наверное, давно бы добрались и до Луны, и до Марса.

Совсем недавно некоторые ученые предложили обновленный вариант теории панспермии. Согласно ему, жизнь на Землю опять-таки занесена из космического пространства, но не случайно, как предполагает классическая теория панспермии, а "доставлена" на межзвездном космическом корабле, отправленном разумными существами с какой-то обитаемой планеты, принадлежащей другой звездной системе. Эта теория предполагает, что жизнь не существовала вечно, как считали Гельмгольц, Кельвин и Аррениус, а зародилась в результате сложной цепи химических превращений (мы расскажем об этом в гл. 3). На примитивной Земле не было подходящих условий для зарождения жизни: поэтому жизнь, существующая ныне на нашей планете, изначально возникла где-то в другом месте Галактики, где условия были благоприятными. Наиболее детально эта гипотеза, получившая название направленной панспермии, была разработана Фрэнсисом Криком и Лесли Оргелом. Крик и Оргел доказывают, что с момента образования Вселенной прошло достаточно времени, чтобы в Галактике могла сформироваться технически развитая цивилизация, которая по неведомым нам причинам около 4 млрд. лет назад сознательно заселила Землю микроорганизмами, доставленными автоматическим космическим аппаратом.

Поначалу я расценивал эту гипотезу как чистую мистификацию, целью которой было показать несовершенство наших представлений о происхождении жизни. Но, ознакомившись с книгой Крика, где гипотеза направленной панспермии рассматривается как серьезная альтернатива теории о возможности самостоятельного возникновения жизни на нашей планете (см. ), я изменил свое мнение. Хотя нет никаких доказательств в пользу этой гипотезы по сравнению с общепринятой, мы не располагаем и данными, которые позволили бы опровергнуть ее. Обнаружение жизни на какой-то другой планете нашей Галактики, вероятно, могли бы стать проверкой этой гипотезы, поскольку все ее варианты - в отличие от гипотезы локального происхождения - обязательно предполагают идентичность всех существующих генетических систем.

Теория направленной панспермии входит составной частью в развернувшуюся ныне широкую дискуссию о возможности существования в нашей Галактике внеземных цивилизаций. На теоретические исследования этого вопроса, как и на реальные поиски радиосигналов от иных цивилизаций, направлены все возрастающие усилия многих исследователей. Но хотя в этой проблеме остается еще много неясного, в последние годы наблюдается заметный отход от упрощенного представления, бытовавшего на заре космической эры, согласно которому Галактика просто "кишит" технологически развитыми обществами, которые существуют на планетах земного типа в иных звездных мирах. Как теоретические доводы, так и результаты последних исследований Солнечной системы показали, что пригодные для жизни планеты, видимо, достаточно редки. Другие соображения приводят к выводу, что любая цивилизация, обретя способность к межзвездным полетам, должна быстро (в масштабе геологического времени) распространяться по всей Галактике. Если действительно существуют более древние, чем земная, цивилизации, способные совершать космические полеты, то где же они? Мы явно не обнаруживаем присутствия внеземных цивилизаций в Солнечной системе. Эта захватывающая тема довольно подробно изложена в сборнике под редакцией Харта и Цуккермана .

Вероятно, самое мудрое - это продолжить попытки выяснения, какие условия существовали на примитивной Земле, и найти хотя бы один правдоподобный путь "самосборки" элементарной генетической системы. Наши достижения на пути к этой цели рассматриваются в следующей главе.

Примечания:

Национальная академия деи Линчей (Accademia Nazionale dei lincei) - одна из старейших в Европе академий наук: существует (с перерывами) с 1603 г. в Италии. Название происходит от слова lince - рысь: основатели академии поклялись исследовать природу глазами зоркими, как у рыси. - Прим. ред.

Абиогенез - теория возникновения живых существ из веществ неорганической природы. До середины 19 в. под А. понималось самопроизвольное зарождение, т. е. внезапное возникновение из неживых материалов сложноорганизованных живых существ. Так, ещё в 17 в. верили в самозарождение червей, рыб, лягушек и даже мышей из росы, ила, грязи. Однако итальянский учёный Ф. Реди в 1668 показал, что личинки мух в гниющем мясе появляются только из отложенных мухами яиц. В 18 в. итальянский учёный Л. Спалланцани установил, что в прокипяченных бульонах микроорганизмы не развиваются. Окончательно это доказал в 1861 французский учёный Л. Пастер, опыты которого не отрицают, однако, возможности А. в прежние геологические эпохи.

Самопроизвольное зарождение жизни Аристотель (гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, считал, что определённые «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм.. Аристотель писал, что лягушки и насекомые заводятся в сырой почве.

Распространение гипотезы. Гипотеза самозарождения была распространена в Египте, Вавилоне, Китае, а также имела распространение в средние века. Гипотеза самозарождения была распространена в Египте, Вавилоне, Китае, а также имела распространение в средние века.

Опровержение теории. Опыты Франческо Реди Франческо Реди подверг сомнению теорию спонтанного зарождения живого. В 1668 г. Реди проделал следующий опыт. Он поместил куски мяса в разные сосуды, причем одни сосуды накрыл кисеей, а другие оставил открытыми. Налетевшие мухи отложили яйца на мясе в открытых сосудах; вскоре из яиц вывелись личинки. В накрытых сосудах личинок не оказалось. Опровергнув концепцию самозарождения, Реди высказал мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).

Опыты Луи Пастера Ученый кипятил в воде различные субстраты в которых могли бы образоваться микроорганизмы.При дополнительном кипячении микроорганизмы и их споры погибали. Л. Пастер присоединил к реторте S- образную трубку, со свободным концом Воздух свободно проникал в S-образную трубку, но питательная среда оставалась прозрачной. Споры микроорганизмов оседали на изогнутой трубке и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипяченная питательная среда оставалась стерильной, в ней не обнаруживалось зарождения жизни, несмотря на то, что доступ воздуха был обеспечен.

Вывод. В настоящее время большинство учёных считает, что возникновение жизни длительный процесс, происходивший на Земле в отдалённые геологические эпохи, когда условия (температура, химический состав газовой, жидкой и твёрдой оболочек Земли, режим излучения и др.) сильно отличались от современных. Одна из распространённых теорий Абиогенеза принадлежит советскому учёному А. И. Опарину.

Издавна человечество решало вопрос возникновения жизни однозначно. Разве есть сомнения в том, что живое может появляться буквально из ничего? Разве мы не наблюдаем этот процесс ежедневно? Заметки о появлении живых существ из воды, пыли, грязи можно найти в древних индийских и китайских манускриптах, об этом рассказывают египетские иероглифы и клинописи древнего Вавилона. Убеждение в спонтанном зарождении живых существ из неживых материалов было принято философами Древней Греции и Рима как нечто безусловное.

Древнегреческий философ Фалес Милетский (конецVII - начало VI века до н.э.) считал жизнь свойством материи. Материальным первоначалом была вода, из которой естественным путем возник мир. А его соотечественник Демокрит (460 - 370 г.г. до н.э.) полагал, что материя построена из атомов - мельчайших, неделимых, вечных частиц, находящихся в движении. Жизнь же возникла в результате взаимодействия сил природы, особенно действия атомов огня на атомы влажной земли.

С позиций сегодняшнего дня многие теории выглядят достаточно экзотично. Посмотрим теорию древнегреческого философа- материалиста Эмпедокла (485-425 г.г. до н.э.). Первые организмы зародились в иле под влиянием внутреннего тепла Земли. Вслед за растениями появились... части животных: "...головы без шей, двигались руки без ног, очи блуждали без лбов". Правда, неожиданно? Уже неплохо, но дальше еще круче. Из соединения этих, так сказать, запчастей, появились первые животные организмы. "Влекомые силой Любви" части хаотично соединялись в целые организмы- монстры. Но " волею Вражды" они погибали, уступая место гармонично устроенным организмам. Каково? Голливуд тихо плачет от зависти в углу... Об этом же пишет древнеримский поэт Лукреций Кар (98 - 55 г.г. до н.э.) в своей поэме " О природе вещей".

Существовали целые справочники из чего что получается.

В тексте манускрипта "Codex Florentinus" содержится указание, что если пожевать базилик и положить его на освещенное место, появится из него змея. а Гай Плиний Секунд (22/24 - 79 г. н.э.), автор "Естественной истории", уточняет, что будучи положенным под камень, базилик превратится в скорпиона. Саламандры рождаются из воды. А разная грязь производит на свет различных животных: темная - устриц, красноватая - морских улиток, грязь из горных пород - голотурий и гусей(?!)...Как установлено опытным путем, брюхоногие зарождаются в деревянных загородках, опущенных в воду.

В эпоху Возрождения в научном мире активно распространяется заимствованная из иудаизма легенда о создании искусственным путем из неживой материи гомункулюса - человека. Известный врач и естествоиспытатель того времени Парацельс (1493 - 1541 г.г.) знает этот рецепт. Видимо, не знать его в ту эпоху человеку его положения было просто неприлично. Но к делу. Рецепт гласил: нужно взять "человеческую жидкость"(сперму) и заставить ее гнить в течение недели в тыкве. Затем - 40 недель в лошадином желудке, добавляя ежедневно человеческую кровь. В результате "произойдет настоящий живой ребенок, имеющий все члены, как дитя, родившееся от женщины, но только маленького роста". А Ян Батист Гельмонт,(1579 - 1645 г.г.),последователь Парацельса, известный своими опытами по питанию растений, предлагает рецепт получения мышей. Ну, если они вам нужны позарез, а готовых под рукой нет. Значит так. Берем кувшин и набиваем его (простите) грязным нижним бельем. Добавляем некоторое количество пшеницы. Оставляем открытым! Приблизительно через три недели вы будете счастливым обладателем крепкой, здоровой мыши.

Однако, экспериментальный подход к изучению явлений природы, свойственный эпохе Возрождения, приводит к сомнениям в истинности теории самозарождения. Одним из первых критиков теории становится итальянский врач Франческо Реди (1626 - 1697 г.г), биолог, лингвист и поэт, главный медик при Тосканском дворе, главный фармацевт герцогства. Он ставит опыт с тремя банками с мясом. Первую он оставляет открытой, вторую прикрывает марлей, а третью - пергаментом. Во всех банках мясо начало гнить, но "черви"(личинки) появились только в открытой банке. Опыт показал, что личинки возникли не из мяса, а там, где мухи могли откладывать на него яйца. Это впервые поколебало господствующую теорию самозарождения макроскопических организмов.

Возникает известный "принцип Реди" - живое только от живого.

Открытие мира микроорганизмов в XVII веке дало новый толчок спору о самозарождении. Казалось вполне вероятным, что разнообразные простейшие и бактерии - крошечные "анималькули" - самопроизвольно появляются в питательной среде. В экспериментах английского естествоиспытателя Джона Тербервилла Нидхэма (1713 - 1781 г.г.) микроорганизмы через некоторое время появлялись даже в плотно закрытой колбе с прокипяченным бульоном. Напротив, в опытах итальянского натуралиста и физика Ладзаро Спалланцани (1729 - 1799 г.г.) при длительном кипячении в запаянных сосудах зарождения не происходило. Критики обвинили ученого в том, что он просто не дал доступа "рождающей силе", используя герметическую изоляцию питательной среды. Спор продолжался и в следующем столетии.

В 1859 -1860 году Французская Академия назначила премию за экспериментальное разрешение вопроса о самозарождении жизни в наше время.

Эту премию получил в 1862 году французский биолог Луи Пастер (1822 - 1895 г.г). Пастер кипятил в колбе разные питательные смеси, колба не была запаяна, но соединялась с воздухом длинной изогнутой S- образной трубкой. Микроорганизмы и их споры оседали на стенках трубки, но не могли попасть в питательную среду. Несмотря на доступ воздуха, самозарождение не происходило. Ученому удалось доказать, что в тех случаях, когда исследователи считали самозарождение доказанным, имело место несовершенство методики. Или сосуды с питательной средой не были изолированы от микроорганизмов из воздуха, или не были достаточно обеззаражены.

Вместе с тем, Пастер не затрагивал вопроса происхождения жизни на Земле, могли ли живые организмы возникнуть из неживых в отдаленные геологические времена, в других условиях.

И о некоторых следствиях попыток разработки теории самозарождения жизни.

Идеалистического подхода к теории самозарождения придерживался греческий философ Платон (428 - 347 г.г. до н.э.). Он полагал, что материя становится живой, когда на нее сходит бессмертная душа - психея. Эта идея "живородящего духа" в средние века трансформируется в Творца и единый акт творения, давая начало креацианизму.

Горячим поклонником и последователем Пастера был английский физик, член Лондонского королевского общества Джон Тиндаль (1820 - 1893 г.г.). Он изобрел метод стерилизации растворов, содержащих споры термоустойчивых микроорганизмов. Этот метод до сих пор известен как "тиндализация". Метод заключается в кипячении в течение часа с последующим перерывом в 24 часа, с повторением процесса 3 - 5 раз.

Метод Тиндаля нашел практическое применение в работе его современника хирурга Джозефа Листера (1827 - 1912 г.г.). Он высказал мысль, что если бы операционное поле на теле больного удалось изолировать от попадающих из воздуха микроорганизмов, то это спасло бы жизнь многим оперированным больным. В то время в английских больницах при ампутациях смертность достигала 50%, в основном из- за заражения. В полевых условиях военного времени дело было еще хуже. Так в ходе франко- прусской войны из 13000 ампутаций, проведенных хирургами, 10000 имело смертельный исход. Пока сохранялась вера в самозарождение микробов, удалять их из раны не имело смысла. После открытия Пастера Листер понял, что инфекцию следует уничтожать прежде, чем она будет попадать на операционное поле. И врач применил карболовую кислоту в качестве антибактериального средства. Он стерилизовал инструмент, опрыскивал операционную, пропитывал одежду больного. Это позволило спасти множество жизней и привело к рождению антисептической хирургии.

Литература:

Гусев М.В., Минеева Л.А."Микробиология", гл.12 "Проблемы происхождения и эволюции жизни", 1992;

Тыщенко В.П."Введение в теорию эволюции", С-Петербургский университет, 1992;

Хорган Дж."В мире науки", 4, 1991;