Панспермия и эволюция живого 2

На сегодняшний день в теории и практике эволюции живого есть несколько неразрешимых или неразрешенных проблем:

1. Временная проблема. Нехватка времени для перебора и отбора вариантов. «Частоты мутаций в первичной ДНК (или РНК) недостаточно, чтобы за отпущенные на возникновение и развитие жизни на нашей планете 3.8 млрд. лет создать из первичных нуклеиновых кислот программы для построения молекулярных механизмов удивительной сложности и надёжности.» ( ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК     том 76
№ 4     2006. – С. 359-363).

2. Проблема пробелов в переходных формах.

3. Проблема мутационного фактора и биоразнообразия. Возможные мутационные факторы воздействовали не только на конкретный вид животного, но и на микробиоту и растения. В итоге происходили некие коллективные изменения.

4. Проблема взаимосвязи эволюции Земли (геосферы) и ее биосферы. Не в полной мере учитывается развитие и влияние палеоландшафтов, как среды обитания биоты.

Пансперми;я — гипотеза о появлении жизни на Земле в результате занесения из космического пространства так называемых «зародышей жизни».

 «Вероятность того, что жизнь зародилась на Земле, настолько ничтожно мала, что это событие практически невероятно» (Академик РАН А. Ю. Розанов, глава комиссии по астробиологии Российской академии наук). В качестве аргументов академик приводит информацию о том, что несколько лет назад в Гренландии были найдены бактерии возрастом 3,8 миллиарда лет, в то время как нашей планете 4,5 миллиарда лет, а за такой короткий промежуток времени жизнь, по его мнению, просто не смогла бы возникнуть.

Принятие гипотезы панспермии с ее «зародышами жизни» позволяет разрешить практически все проблемы теории эволюции живого.

 «Зародышами жизни» - это ключевой момент. И сегодня достаточно еще уязвимый для критики момент, так как пока не найдено надежных доказательств существования в межпланетном и межзвездном пространстве, в метеоритах каких-либо микроорганизмов. С кометами – немного сложнее, так как они успевают растаять в атмосфере или до момента обнаружения их фрагментов на Земле. Вода считается колыбелью жизни, поэтому вероятность наличия «зародышей жизни» именно в ледяной составляющей комет наиболее велика.

Критики панспермизма опираются как раз на отсутствие доказательств «зародышей жизни». Однако, в свете данных последних десятилетий понятие «зародышей жизни» приобретает более широкое значение (в нашем рассмотрении не имеется в виду занос фрагментов органических молекул, наличие которых доказано однозначно: начиная с 1965 года, в межзвёздном пространстве были открыты более 140 различных органических молекул).

При рассмотрении вопроса о «зародышах жизни» следует учитывать следующие факты:
Во-первых, есть проблема понятия «живой». По словам директора Института молекулярной генетики РАН, даже «знание структуры геномов» не позволяет  ответить на вопрос «Что есть жизнь?» ( ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2006, том 76, № 8, с. 707-721).

Во-вторых, относительно недавно открыт новый класс микроорганизмов – нанобактерии (нечто промежуточное между вирусами и бактериями), о свойствах которых еще нет достаточных сведений, хотя они могут составлять порядка 50% массы всех микроорганизмов.

В-третьих, вирусы - это мельчайшие организмы, которые содержат в своем составе только один из типов нуклеиновых кислот: либо рибонуклеиновую кислоту (РНК), либо дезоксирибонуклеиновую (ДНК). Учитывая особые свойства вирусов, их пока не причисляют безусловно к живым организмам.

Вот нанобактерии и вирусы могут претендовать на право называться «зародышами жизни».

В последние десятилетия открыты стволовые клетки у животных и растений, что свидетельствует о закономерности наличия такого элемента Материи, который (по неизвестным пока причинам) может превращаться в клетки любого вида. Но наличие такого феномена может служить основанием для выдвижения гипотезы о существовании некоего элемента Материи, который обладает подобными свойствами и который подходит под понятие «зародыш жизни».

Генетиками установлено, что 90% генов несут в себе информацию об окружающей  среде практически за все время существования живого на Земле. Но ничто не запрещает посмотреть на это и шире: там может быть информация и об окружающей среде во Вселенной. Эта информация может содержать сведения и об уже существовавших формах жизни (в плане видообразования). Там может быть заложен механизм (очевидно, достаточно простой) адекватного реагирования генного аппарата на изменения в окружающей среде.

Этим объясняется наличие на Земле такого набора микроорганизмов (в активной и пассивной форме), который обеспечивает их существование при самых различных условиях и который обеспечивает возможность начала новой эволюции живого после любых катаклизмов.

Этим объясняется, например, наличие такого разнообразия внешнего вида и форм организмов в океанах.

Этим можно объяснить причудливые анатомические особенности динозавров, появление которых совершенно непонятно и маловероятно за время эволюции различных видов.  И понятно, если такие виды существовали где-то во Вселенной и воссоздались на Земле при аналогичных подходящих условиях.

И этим объясняется отсутствие переходных видов.

Как дополнительный вариант, можно предположить и о наличие двусторонней связи между генным аппаратом («живого»), атомами и молекулами («неживого») с неким «Центром управления», которая осуществляется с помощью всепроникающих нейтрино.

Также не стоит игнорировать тот факт, что панспермия – это не одноразовое явление, которое случилось около 4 млрд. лет назад. Земля после этого не стала замкнутой системой типа инкубатора, в котором изолировано развивалась биосфера. В реальности на биосферу Земли осуществляется постоянное влияние не только Солнца, космического излучения и геохимических факторов Земли, но и непрерывное влияние «зародышей жизни», которые попадают на Землю с космической пылью и кометами.
Никто не станет отрицать, что генетический код – это уже своеобразная программа. И механизмы реализации подпрограмм и программы должны быть максимально простыми, что обеспечивает их эффективность.

Видоизменения могут происходить при действии мутагенных и адаптационных факторов. Адаптационные изменения (адаптационная эволюция) можно разделить на медленные и быстрые. При этом медленные адаптационные изменения все-таки связаны с мутагенными факторами, так как они чаще всего происходят на изолированных географически территориях и при наличии геохимических факторов (радиоактивных и тяжелых элементов в подстилающих породах, почвах и воде). При этом изменения происходят во всем биоценозе, начиная с микроорганизмов. Быстрые адаптационные изменения происходят практически постоянно. И их зависимость от наличия каких-либо мутагенных факторов не установлена. Вот несколько примеров быстрой адаптационной эволюции:

1. Вылов и охота ускоряют эволюцию животных на триста процентов. Учёные провели анализ 34 научных работ, описывающих в общей сложности 29 видов в 40 различных экосистемах. Для сравнения они также рассмотрели эволюцию 20 других видов, изменяющихся естественным путём, и 25 видов, которые так или иначе испытывают на себе влияние человеческой деятельности. Выяснилось, что «человеческое хищничество» подгоняет изменение доступных для наблюдения черт животных аж на 300% (то есть ускоряет в три раза) по сравнению с экосистемами, эволюция в которых идёт естественным путём, и на 50% в сравнении с системами, на которые оказывают влияние прочие виды человеческой деятельности.

2. В  статье Андре Дезроше (Andr; Desrochers) из канадского университета Лаваля, опубликованной в журнале Ecology, приводятся данные, которые, по его мнению, доказывают связь между массовой вырубкой хвойных лесов в Квебеке и постепенным изменением формы крыльев у местных птиц – в сторону заострения. Необходимость регулярно пролетать гораздо большее расстояние поставила перед пернатыми задачу модифицировать их «летательный аппарат».

3. Биологи Фрайбургского университета (Albert-Ludwigs-Universit;t Freiburg) также в своих исследованиях показали, что эволюция происходит очень быстро и прямо сейчас, причём фактор человеческого влияния может быть определяющим. Исследование показало как одна популяция славки-черноголовки (Sylvia atricapilla, гнездящиеся в Центральной Европе) менее чем за 30 поколений фактически распалась на две. Размножаются они бок о бок в одних и тех же лесах. Толчком к изменениям, по-видимому, послужило то, что люди начали подкармливать птиц в зимнее время. Две группы стали придерживаться различных миграционных маршрутов зимовки. У птиц, которые в основном кормятся продовольствием, предоставляемым им человеком, крылья с течением времени стали более маневренными, но менее выносливыми для дальних полётов. Клювы этого типа славок-черноголовок более длинные и узкие, чем у их сородичей, которым приходится в зиму питаться крупными плодами типа маслин.

4. Эколог Данни Кесслер (Danny Kessler) из Института химической экологии Макса Планка обнаружил странные взаимоотношения бражников и растения Nicotiana attenuata. N. attenuata является диким родственником культурного табака. У него два основных вида опылителей: днём цветки посещают колибри, а ночью – бражники видов Manduca quinquemaculataи M. sexta. Только женские особи насекомых подчас подкидывают на листья растений свой выводок. Через некоторое время из яиц выходят прожорливые гусеницы, и N. attenuata начинает защищаться от их нашествия, сдвигая раскрытие цветков ближе к дневному времени. В результате опылением в основном занимаются непоедающие листья колибри. Дальнейшие опыты показали: открывающиеся утром цветки становились более привлекательными для колибри. Они испускали меньше вещества бензилацетона, которое нравилось бражникам, в нектаре становилось меньше сахаров, и сам цветок принимал удлинённую форму, более подходящую для клюва колибри. (Подробности в пресс-релиза института и статьие в журнале Current Biology).

5. Биологом Джонатаном Лососу (Jonathan B. Losos) из Гарвардского университета (Harvard University) был поставлен эволюционный эксперимент с популяцией ящериц Anolis sagrei, живущих на маленьких островах Багамского архипелага. На шесть таких островов учёные поселили ящериц хищников  Leiocephalus carinatus, обитающих на соседних островах. Ещё шесть островов, где таких хищных ящериц не было, но жили A. sagrei, исследователи приняли в качестве контрольных. Затем посчитали, пометили и измерили всех ящериц со всех этих островов. A. sagrei  обитают на земле, но, как показали предыдущие исследования, если в зоне обитания вдруг появляется наземный хищник, эти ящерицы довольно быстро приспосабливаются к жизни на деревьях. Прошло всего шесть месяцев после «совместной жизни» с хищниками, и Лосос обнаружил, что численность A. Sagrei упала вдвое, а у большинства выживших особей были более длинные лапы. Прошло ещё полгода, и было обнаружено, что когда ящерицы окончательно перебрались на деревья, проявилась прямо противоположная тенденция: выживали те, у кого лапы были короче. Всё это время у ящериц, спокойно живших на соседних островах, никаких подобных перемен не происходило. (Об итогах эксперимента рассказано в журнале Science.)

6. Свидетелями неожиданного факта ускоренной биологический эволюции стали швейцарские ученые. Они установили, что различные породы пресноводных лососевых рыб, которые в течение столетий жили бок о бок в 17-ти швейцарских озерах и не проявляли интереса друг к другу, неожиданно перешли на межпородное скрещивание. Детальные исследования показали, что таким образом целый отряд рыб многократно расширил свой природный потенциал для того, чтобы выжить в новых и сложных экологических условиях. В результате потомство подобного скрещивания оказалось способным существовать ближе к поверхности воды, где содержание кислорода уменьшилось в меньшей степени, нежели на придонном уровне.

7. Деревья одного вида, произрастающие в условиях различной ветровой нагрузки, различаются площадью листа: при постоянной ветровой нагрузке происходит уменьшение площади листа.

Нельзя также однозначно утверждать, что мутации под действием мутагенных факторов окружающей среды происходят:

1. Исключительно  под прямым воздействием этих факторов

2. Или как результат действия программы реакции на эти факторы. Все мутагенные факторы имеют некую энергетическую характеристику. Количественная величина энергетического параметра (например, частота) может включить программу тех генов, которые отвечают за реакцию на такое воздействие окружающей среды.

Пояснения ко 2-му пункту:
Например, есть некий аппарат (игрушка), которая ездит по комнате, натыкается на препятствия и реагирует ни них (останавливается, отступает и далее движется). Ничего не зная, что там внутри игрушки, можно сделать три предположения:

1. Там есть простейший механизм (система шестеренок и еще чего-то), который это осуществляет.
2. Там сидит маленький гномик
3. Там находится микрокомпьютер.

Только разобрав игрушку можно установить истину.
В случае с генетическим аппаратом все гораздо сложнее, хотя и также неоднозначно. Здесь большую роль играет энергетический фактор – внутренний и внешний. Внутренний энергетический фактор организма отвечает за реализацию той или иной подпрограммы в зависимости от условий среды. Главное направление программы – это выживание как конкретного организма, так и вида. Реализация этого достигается путем репродукции – производства потомства. Это четко проявляется даже в критических условиях (например, засуха), когда растения при минимальном развитии старается дать семена. В нормальных же условиях растение может направить энергию на реализацию других подпрограмм. При этом внешний энергетический фактор может быть одинаков по величине, но при засухе он имеет отрицательный вектор по отношении к внутреннему, а в нормальных условиях он дает энергию для реализации дополнительных подпрограмм.

На примере растений можно проследить и влияние экзогенных стимуляторов растений на реализацию генетических подпрограмм. Например, гуминовые стимуляторы повышают внутреннюю энергетику растений  путем повышения коэффициента поглощения солнечного излучения и путем экономии энергии растений в процессах синтеза. Также доказано влияние гуминовых стимуляторов на генетический аппарат (Горовая А.И. Гуминовые вещества: Строение, функции, механизм действия, протекторные свойства, экологическая роль /А.И. Горовая, Д.С. Орлов, О.В. Щербенко – Киев: Наук. думка, 1995. – 304 с.). И действие гуминовых стимуляторов особенно заметно именно в критических условиях. Гуминовые стимуляторы увеличивают размеры и массу корневой системы, увеличивают или уменьшают площадь листа (при увеличение количества листьев), стимулируют репродуктивную функцию.

Аналогичное воздействие производят и слабое воздействие физических мутагенных факторов (радиации, электромагнитных излучений).

Мутагенные факторы чаще всего отличаются высокими энергетическими характеристиками, что приводит к включению генетических подпрограмм, реагирующих на такое энергетическое воздействие.

Проблема постановки эволюционных опытов, которые должны были бы дать правильный и однозначный ответ, связано с тем, что и внутри вида существует многообразие. В этом случае мы можем не набрать количество максимально идентичных экземпляров для получения статистически достоверного ответа.

Возможно, что в этом случае может помочь клонирование и  опыты на клонах.
Хотя в генетической программе должен содержаться  раздел на создание и поддержание многообразия (своеобразный закон Менделя), что не позволит получить требуемый результат. Вот пример, подтверждающий вероятность такого явления:

Эксперимент, проведённый недавно молекулярным генетиком Робертом Пруиттом (Robert Pruitt) и его коллегами из американского университета Пардью (Purdue University) подтверждает это. Исследователи работали только  растениями, которые имели два дефектных гена «развития листьев» и, соответственно, не имели ни одного правильного такого гена. Скрещивая их между собой, генетики ожидали получить полностью больное потомство, показывающее ту же мутацию — ведь у каждого из родителей нового растения были в наличии только дефектные гены. Каково же было удивление экспериментаторов, когда они обнаружили, что 10% потомства от этих родителей – здорово и имеет нормальные листья. Откуда они взяли правильный ген, если его не было у родителей? Пруитт предположил, что наследственная информация была сохранена на РНК, как на молекулярном шаблоне, и была использована растением, чтобы устранить свои опасные дефекты в наследственном коде.
Другими словами, пока ни на каком уровне невозможно экспериментально доказать, что мы живем в реальном мире или по своеобразной «компьютерной» программе.