А. И. ОПАРИН
Чл.-корр. Академии Наук СССР
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
АННОТАЦИЯ
Книга чл.-корр. АН СССР проф. А. И. Опарина «Возникновение жизни на земле» посвящена одной из величайших проблем естествознания. С глубокой древности эта проблема привлекала к себе человеческую мысль и всегда была одним из главных пунктов, вокруг которых развертывалась борьба двух непримиримых философских направлений — материализма и идеализма.
Книга А. И. Опарина дает сводку главнейших воззрений и теорий возникновения жизни на земле, содержит критический обзор этих теорий и подробное изложение современных взглядов. В книге приводится большой фактический материал из области астрономии, геохимии, биохимии и общей биологии, а также результаты длительных и успешных исследований автора в области изучения процессов, лежащих в основе жизненных явлений.
Книга А. И. Опарина показывает, что все концепции, противоречащие последовательному материалистическому мировоззрению, в ходе развития науки оказываются несостоятельными и остается только то понимание природы, которое соответствует ее диалектической сущности. Большой научно-исследовательский материал удачно сочетается в книге с популярной формой изложения. В этом отношении автор продолжает прекрасную традицию передовых советских ученых. Книга представляет интерес как для специалистов-биологов, так и для широких кругов советской интеллигенции.
Книга выходит в научно-популярной серии «Современные проблемы науки и техники».
Вопрос о возникновении жизни, о появлении на Земле первичных живых существ уже давно, со времен глубокой древности, привлекает к себе человеческую мысль. Можно смело сказать, что вопрос этот принадлежит к числу величайших-проблем естествознания. Нет такой религиозной или философской системы, нет такого крупного мыслителя, который не уделял бы этому вопросу серьезного внимания. То или иное решение проблемы происхождения жизни, тот или иной ответ на вопрос о том, как появились, как возникли на нашей планете населяющие ее живые существа, является совершенно обязательным для каждого мыслящего человека. Без этого ответа не может быть создано законченное целостное мировоззрение.
Как в прежние времена, так и теперь, пути, по которым шло человечество, стремясь разрешить указанную проблему, определялись в первую очередь тем, как понималась самая сущность жизни: рассматривалась ли жизнь как проявление какого-то высшего духовного начала, или считалось, что она, так же, как и весь остальной мир, материальна по своей природе. Эти две позиции, — позиции идеализма и материализма, — непримиримы между собой. Поэтому мы видим, что хотя в различные эпохи и на разных ступенях культуры вопрос о происхождении жизни разрешался различно, но всегда вокруг него развертывалась острая философская борьба, ярко отражающая в себе борьбу классов общества.
В течение всей истории развития человеческой мысли идеализм выдвинул два принципа, исходя из которых философы этого лагеря трактовали вопрос о происхождении жизни. Первый принцип состоит в том, что живые существа создаются, внезапно возникают (самозарождаются) во вполне организованном окончательно сложившемся виде из безжизненной, косной материи в результате формирования этой материи тем или иным духовным началом, в результате ее одухотворения или одушевления.
Согласно второму принципу, жизнь, напротив, никогда не может возникать из безжизненной косной материи. Жизнь является вечной потому, что она воплощает в себе вечное духовное начало, «абсолютную идею» или «сознание». Жизнь только меняет свои формы, передаваясь от одного живого существа к другому путем рождения.
С первого взгляда кажется, что указанные два принципа весьма различны, даже взаимно противоположны, но на самом деле они покоятся на одном и том же философском основании, на представлении о первичном существовании «духа». Только с точки зрения «самозарождения» этот «дух» может вселяться в косную материю откуда-то извне и таким образом одушевлять и оживлять ее, а согласно теории вечности жизни он, подобно неугасимому огню Весты, может лишь беспрерывно передаваться от одного живого существа к другому.
С совершенно иных принципиально отличных от всего вышеизложенного позиций подходит к вопросу о происхождении жизни материализм, принимающий, что жизнь сама по природе своей материальна. Но и здесь Мы должны различать две основных ветви, два основных направления, по которым шла человеческая мысль к разрешению интересующего нас вопроса. Согласно первому направлению (механистический материализм), жизнь есть первичное, неотъемлемое свойство всякой материи. Вся материя является живой (гилозоизм). Поэтому возникновение живых существ из неорганического материала не есть собственно возникновение жизни, а лишь образование ее форм, которое происходит чисто механическим путем. Живые существа формируются из собственно уже живого материала неорганической природы. Поэтому они могут внезапно возникать во вполне уже организованном виде (самозарождаться) подобно тому, как кристалл выделяется из маточного раствора. Таким образом, механистический материализм допускает, возможность самозарождения организмов (если не сейчас, то, по крайней мере, в прошлом в отдаленные периоды существования Земли), но, в противоположность идеализму, он считает, что формирование живых существ происходит под влиянием каких-то материальных физических сил или в результате случайного, но вполне определенного сочетания материальных частиц.
Второе направление материализма (диалектический материализм) считает, что жизнь представляет собой особую форму существования движущейся материи. Эта форма возникает как новое качество материи в процессе ее исторического развития. Таким образом, в противоположность механицизму, диалектический материализм принимает действительное возникновение жизни. Жизнь не могла существовать вечно, но невозможно и спонтанное зарождение организмов в результате воздействия духовного начала или их механическое формирование непосредственно из неорганических веществ. Первичные живые существа возникли из безжизненной материи, но они могли сложиться лишь как результат длительной эволюции этой материи, лишь как определенная ступень, как определенный этап в ее историческом развитии. Поэтому появлению жизни должна была предшествовать длительная эволюция материи, причем в процессе этой эволюции возникали все новые и новые качества, подчиняющиеся все более и более сложным закономерностям.
Философская борьба, ведущаяся вокруг проблемы о происхождении жизни, отнюдь не ослабела и в наши дни. Напротив!, в течение последних десятилетий разбираемый нами вопрос приобрел особую остроту. Исходя из учения Дарвина, современная биология накопила громадный фактический материал, с несомненностью доказывающий, что высшие формы растений и животных, в том числе и человек, произошли путем длительной эволюции от простейших живых существ. Невольно встает вопрос, откуда же произошли, как возникли эти проотейщие первичные существа?
В мировой литературе, посвященной этому вопросу, мы и сейчас встречаем защитников всех перечисленных выше четырех точек зрения. В дальнейшем изложении мы, лишь вкратце отметив отдельные наиболее яркие моменты истории разбираемой проблемы, сосредоточим главное свое внимание на современном ее состоянии, в частности на вопросе о том, насколько добытые за последнее время наукой объективные факты опровергают или подтверждают каждое из указанных выше направлений, по которым шла человеческая мысль, стремясь разрешить проблему происхождения жизни...
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подводя итоги всему сказанному, мы должны прежде всего со всей категоричностью отвергнуть всякие попытки воскрешения старых представлений о внезапном, самопроизвольном зарождении. Нужно раз навсегда понять, что как бы ни был мал организм, как элементарно с первого взгляда ни представлялось бы его строение, он все же бесконечно сложнее простого раствора органических веществ. Он обладает определенной динамически устойчивой организацией, основанной на гармоническом сочетании строго координированных между собой химических реакций. Характерной особенностью этой организации является ее высокая приспособленность к несению определенных жизненных функций, к осуществлению ряда жизненных явлений. Бессмысленно ожидать случайного возникновения такой организации в результате «счастливого» сочетания атомов или молекул или благодаря воздействию каких-то неведомых нам внешних условий.
Но из этого совершенно не следует, что отсюда мы должны сделать вывод об абсолютном принципиальном различии между живыми организмами и косной материей. На основании повседневного опыта мы легко отличаем живые существа от окружающей их неживой природы. Но все многочисленные попытки найти какие-либо специфические, встречающиеся только в организмах «жизненные силы» неизменно кончались полной неудачей. Этому учит нас вся история биологии XIX и XX вв. А если это так, то жизнь не могла существовать вечно. Изучение таких характерных для живых организмов свойств, как, например, определенное строение белков, асимметрия протоплазмы, исключительная скорость и согласованность биохимических реакций, способность к самовоспроизведению и т. д. показывает, что жизнь является новой формой существования материи, которая обязательно должна была возникнуть, как определенный этап в историческом развитии материи.
Мы постарались здесь, оставаясь все время на почве научно установленных фактов, до известной степени нарисовать картину той эволюции материи, которая привела к возникновению жизни на Земле. Отделившаяся от Солнца газовая струя послужила материалом для образования нашей планетной системы. На ряду с другими элементами солнечной атмосферы в тот газовый сгусток, из которого впоследствии сформировалась Земля, перешел и углерод — элемент, встречающийся в настоящее время во всех без исключения живых существах. Среди всех других элементов углерод выделяется своей исключительной способностью к ассоциации атомов. Уже при температурах, близких к температуре поверхности Солнца, его атомы были соединены попарно, а при дальнейшем охлаждении начали образовывать молекулы с еще большим числом атомов (типа Сп). Вследствие этого, при формировании нашей планеты из раскаленных газовых масс, тяжелые пары углерода должны были довольно скоро сгуститься в капли или в твердые частицы и в виде углеродного дождя или снега войти в состав первичного земного ядра. Здесь углерод пришел в непосредственное соприкосновение с другими элементами, образующими это ядро — с тяжелыми металлами, главным образом, с железом, играющим исключительную роль в составе центрального тела нашей современной Земли.
Находясь в смеси с тяжелыми металлами, углерод при постепенном остывании Земли вступал о ними в химическое взаимодействие. При этом образовывались наиболее устойчивые по отношению к высоким температурам соединения углерода — карбиды. Возникшая затем оболочка из первичных горных пород отделила карбиды от тогдашней земной атмосферы. Эта атмосфера существенно отличалась от современной нам; она не содержала кислорода и азота, но изобиловала перегретыми водяными парами. Оболочка, отделявшая карбиды от атмосферы, не была еще достаточно прочной для того, чтобы преодолеть гигантские приливы внутренней огненно-жидкой массы, возникавшие вследствие действия притяжения Солнца и Луны. Во время таких приливов тонкая кора горных пород разрывалась, и через образовавшиеся трещины на земную поверхность изливались глубоко лежащие огненно жидкие массы. При взаимодействии карбидов с перегретым водяным паром атмосферы возникли простейшие органические вещества — углеводороды. Подвергаясь окислению за счет связанного кислорода воды, они давали разнообразные производные (спирты, альдегиды, кетоны, органические кислоты и т. д.). На ряду о этим они вступали в соединения с образовавшимся к тому времени на земной поверхности аммиаком, давая амиды, амины и другие азотистые производные.
Таким образом, когда наша планета остыла настолько, что водяные пары сгустились и образовали первичную горячую водную оболочку Земли, в ней были уже растворены органические вещества, в состав молекул которых наравне с углеродом входили также водород, кислород и азот. Указанные органические вещества обладают громадными химическими возможностями.
Вследствие этого они вступали в разнообразные химические взаимодействия как между собой, так и с элементами воды. Этот процесс привел к образованию сложных высокомолекулярных органических соединений, подобных тем, которые в настоящее время входят в состав тел животных и расте- ний. В частности, таким путем могли возникнуть и наиболее ■биологически важные соединения — белковоподобные вещества.
Первоначально эти вещества находились в водах морей и океанов в виде коллоидных растворов. Их молекулы были рассеяны, равномерно распределены в растворителе, полностью слиты с окружающей средой. Но при смешивании коллоидных растворов различных веществ произошло возникновение особых образований — коацерватов, или полужидких коллоидных студней — гелей. При этом органическое вещество сконцентрировалось в определенных пунктах пространства и отделилось от окружающей среды более или менее резкой границей. Внутри коацервата или геля коллоидные частицы расположились определенным! образом по отношению друг к другу. Следовательно, здесь уже появились зачатки некоторой элементарной структуры. Каждая капелька коацервата приобрела известную индивидуальность, и ее дальнейшая судьба определялась не только условиями внешней среды, но и ее внутренним специфическим физико-химическим строением. В зависимости от этого строения капелька могла с большей или меньшей скоростью воспринимать (адсорбировать) и «усваивать» органические вещества, растворенные в окружающих ее водах. В результате этого происходило увеличение массы капельки — ее рост. Но этот рост совершался тем скорее, чем больше внутренняя физико-химическая структура данного коллоидного образования была приспособлена к адсорбции и внутренней химической переработке адсорбированных веществ.
Таким образом, возник некоторый своеобразный процесс, который мы можем условно назвать «соревнованием» гелей на скорость роста. Но при росте гелей их физико-химическое строение не оставалось постоянным; вследствие присоединения новых веществ, вследствие химических превращений и т. д. оно постоянно изменялось. Указанные изменения могли приводить к усовершенствованию организации, но могли создавать и такие изменения, которые обусловили разрушение, распад структуры. Однако тем самым они приводили к самоуничтожению, растворению породившей их капельки коацервата. Право на дальнейшее существование и развитие получали только такие изменения в строении коллоидных образований, которые являлись прогрессивными, т. е. способствовали более быстрому поглощению растворенных веществ и росту геля. Таким образом создался своеобразный естественный отбор, который, в конечном счете, и привел к возникновению систем, обладающих высокой физико-химической организацией, к возникновению простейших первичных организмов.
Этот краткий обзор показывает, каким образом шла постепенная эволюция органических веществ, как на простые элементарные вначале свойства накладывались все новые и новые качества, подчиняющиеся закономерностям все более и более высокого порядка. Сначала возникли простые растворы органических веществ, их поведение определялось свойствами составляющих их атомов и расположением этих атомов в молекулах. Но постепенно в результате роста этих молекул и их усложнения возникли новые качества, и на простейшие органохимические отношения наложились новые коллоидо-химические закономерности. Они определялись уже взаимным расположением молекул в пространстве. Однако для возникновения первичных живых существ и эти закономерности были еще недостаточны. Для этого было необходимо, чтобы коллоидные образования в процессе своей эволюции приобрели качества еще более высокого порядка, позволяющие им перейти на следующую ступень организации вещества. Здесь в процессе становления на первый план выступили уже биологические закономерности. «Соревнование» на скорость роста и естественный отбор создали такую форму организации вещества, которая присуща современным нам живым существам.
Естественный отбор давно уже уничтожил, смел с лица Земли все промежуточные формы организации первичных коллоидных образований и простейших живых существ. Всюду, где внешние условия благоприятствуют развитию жизни, мы находим сейчас бесчисленное количество уже вполне сложившихся высоко организованных живых существ. Если бы сейчас в этих условиях где-либо и появилось органическое вещество, то его эволюция не могла бы быть длительной. Очень скоро оно было бы уничтожено, съедено населяющими зёмлю, воду и воздух микроорганизмами. Поэтому в настоящее время мы лишены возможности непосредственно наблюдать описанный выше процесс эволюции органических веществ, процесс зарождения жизни. Колоссальные промежутки времени, необходимые для отдельных этапов этого процесса, лишают нас возможности воспроизвести его в лабораторных условиях в том виде, как он совершался в природе.
Остается еще только открытым путь искусственного синтеза организмов. Но для разрешения этой задачи необходимо знакомство с внутренним интимным строением живых существ во всех его деталях. Даже синтез сравнительно простых органических соединений мы осуществляем обычно только на основе более или менее полного знакомства с расположением атомов в молекулах этих частиц. Но в несравненно большей степени это применимо по отношению к таким сложным системам, какими являются организмы. Мы еще очень далеки в настоящее время от того полного познания живых существ, которое позволило бы нам приступить к их синтезу. Поэтому сейчас исследовательская работа по вопросу о происхождении жизни должна поневоле носить только аналитический характер.
Перед нами стоит колоссальная задача изучения каждой отдельной стадии нарисованного нами выше эволюционного процесса. Нам нужно глубоко исследовать свойства белковых веществ, изучить строение коллоидных органических образований, ферментных систем, протоплазменных структур и т. д. Этот путь труден и длинен, но зато он надежно ведет нас к познанию жизни. Искусственное построение, синтез живых существ является хотя и отдаленным, но вполне достижимым этапом на этом пути
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА I
Теории самозарождения жизни
Представления древних и средневековых ученых о самозарождении живых существ. Опыты Реди. Представления о самозарождении микроорганизмов. Спор Нидгэма и Спалланцани. Опыты Гей-Люссака, Швана, Шульце, Шредера и Душа. Взгляды, развитые Пуще, Работы Пастера, опровергающие самозарождение живых существ. Новейшие гипотезы о самозарождении ультрамикробов и фильтрующихся вирусов. Ошибочность этих представлений
ГЛАВА II
Теории вечности жизни
Теории вечности жизни у древних. Возникновение представлений о вечности жизни в XIX в. Критика этих представлений Ф. Энгельсом.
Теория космозоев Рихтера. Взгляды Гельмгольца. Теория панспермии Аррениуса. Современное состояние вопроса о переносе зародышей жизни с других небесных тел на Землю. Действие ультрафиолетовых лучей, исключающее возможность такого рода переноса
ГЛА В A III
Материалистические теории происхождения жизни
Механистический принцип самоформирования живых существ. Представления Демокрита. Декарт. Взгляды Геккеля. Попытки построения «моделей живых организмов». Критика механистических представлений по вопросу о происхождении жизни. Эволюционные теории возникновения жизни. Взгляды, развитые Энгельсом. Теория Пфлюгера. Представления Шефера, Комарова и других естествоиспытателей. Современное состояние вопроса.
ГЛАВА IV
Первичные формы углеродных и азотистых соединений
Формы углеродных соединений, встречающиеся на различных небесных телах: на поверхности звезд (в частности — Солнца), планет, комет и метеоритов. История возникновения Земли. Местонахождение углерода. Судьба других органогенных элементов (водорода, кислорода и азота). Первичное возникновение карбидов. Встреча карбидов с водяным паром на поверхности Земли. Образование углеводородов. Образование аммиака.
Г Л А В А V
Возникновение органических веществ. Первичные белки
Возникновение непредельных углеводородов. Их гидратирование водяным паром. Образование третичных соединений. Азотистые производные углеводородов. Пути возникновения сложных органических веществ. Взаимодействие органических веществ с водой. Первичное возникновение асимметрии. Первичное возникновение белковых веществ.
ГЛАВА VI
Возникновение первичных коллоидных образований
Различные типы высокомолекулярных органических соединений. Коллоидные растворы и смеси этих растворов. Возникновение коацер- ватов. Их строение и свойства.
ГЛАВА VII
Организация живого вещества
Понятие о живом веществе. Механистические представления о строении протоплазмы. Современные данные о коллоидной химии протоплазмы. Организация живого вещества в пространстве и во времени.
Роль процесса в организации живого вещества. Ферменты как одна из простейших форм организации живого вещества. Гармоническое координирование отдельных химических процессов, совершающихся в живой протоплазме. Структура протоплазмы и ее значение для направленности биохимических процессов. Биохимический синтез и способность живого вещества к самовоспроизведению
ГЛАВА VIII
Возникновение первичных организмов
Рост коацерват. Их неустойчивость. Зависимость скорости роста от внутренней структуры коацерватов. Их соревнование на скорость роста. Естественный отбор. Возникновение динамически устойчивых систем. Последовательное возникновение все более и более сложных форм организации вещества. История возникновения ферментных систем. Возникновение координации между отдельными биохимическими процессами. Возникновение способности к самовоспроизведению. Образование первичных организмов. Возникновение клетки.
ГЛАВА IX
Дальнейшая эволюция первичных организмов
Питание первичных организмов за счет готовых органических веществ. Необходимость энергетического обмена. Возникновение различных физико-химических систем, обусловливающих сбраживание органических веществ. Маслянокислое брожение. Последовательное развитие молочнокислого и спиртового брожения. Фотохимические реакции. Образование свободного кислорода. Возникновение автотрофного питания. Химиосинтез, фотосинтез. Возникновение дыхательных
систем. Сравнительная биохимия современных организмов
Заключение
Читать книгу
|
