Тайна возникновения жизни и эволюция. Чему верить?

               

   Тема зарождения жизни на Земле и последующей эволюции интересовала меня всегда. Настал момент, когда мне захотелось проанализировать имеющиеся в настоящее время теории и гипотезы. Сразу оговорюсь, что эта статья представляет собой творческий реферат и не претендует на какую-либо собственную теорию. Это попытка ознакомиться с современными представлениями по этой теме, разобраться в этом, прежде всего для самого себя.
 Собственно, здесь присутствуют три вопроса:
1.Что такое «живое» и чем оно отличается от «неживого»?
 2.Как возникла жизнь на Земле?
3. Как эволюционировала жизнь на Земле?
  Отвечая на эти вопросы, трудно обойти и тему происхождения человека, но это отдельная история и я не буду затрагивать её в этой статье.
  Возможно, эти темы следовало бы разделить и изложить в отдельных статьях, но я решил объединить их, тем более моя статья носит реферативный характер и не представляет собой какое-то научное или философское исследование.
  При рассмотрении возникновении жизни на Земле ключевым является вопрос: может ли живое возникнуть из неживого, а если может, то каким образом?
  На этот счёт существует несколько теорий, которые в свою очередь подразделяются на научные и ненаучные.
  Прежде чем перейти к рассмотрению этих теорий, следует определиться с понятиями «жизнь», «живое» и по каким критериям мы будем отличать одно от другого.
На эту тему существует много статей, научных и философских.
   Итак, по каким критериям мы будем обозначать «живое»?
   Довольно трудно дать полное и однозначное определение понятию жизни, учитывая огромное разнообразие её проявлений. В большинстве определений понятия жизни, которые давались многими учёными и мыслителями на протяжении веков, учитывались ведущие качества, отличающие живое от неживого. Но все эти определения жизни либо слишком широкие, либо слишком узкие.
Например,
  «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот.»
М. В. Волькенштейн, 1965
или
  «Жизнь — это активное, то есть идущее с затратой полученной извне энергии, поддержание и самовоспроизведение специфической молекулярной структуры.»
Биологический энциклопедический словарь под ред. М. С. Гилярова, 1989
   Всё дело в понятиях. Например, я бы мог определить живое как всё, что находится в движении (атомы, частицы, волны). Тогда окажется, что всё во Вселенной живое, потому что всё находится в движении.
 А жизнь на Земле — это более сложный и высокоорганизованный феномен движения.
   Но мы говорим о жизни в условиях планеты Земля.  Считается, что жизнь на Земле появилась более 4 млрд лет назад – точнее обозначить момент трудно хотя бы потому, что нелегко провести грань между «почти живым» и «живым по-настоящему». 
 В настоящее время наукой выделены вполне определённые критерии жизни.
 Коротко перечислю их.
  Большинство современных учёных признают важнейшие из характерных признаков жизни свойств:
С точки зрения физики все живые системы — открытые, то есть постоянно обменивающиеся со средой веществом и энергией, в отличие от закрытых (обменивающихся только энергией, но не веществом) и изолированных (ничем не обменивающихся, полностью изолированных от окружающего мира).
  Обмен веществом и энергией с окружающей средой является обязательным условием существования жизни.
Живые системы способны к накоплению поступивших в них из среды веществ и, вследствие этого, к росту.
  Современная биология считает основополагающим свойством живых существ способность к идентичному (или почти идентичному, в рамках наследственной изменчивости) самовоспроизведению, то есть размножению с сохранением большинства свойств исходного организма.
  Идентичное самовоспроизведение неразрывно связано с понятием наследственности, то есть передачи потомству признаков и свойств родительского поколения.
  Однако наследственность не абсолютна: если бы все дочерние организмы в точности копировали родительские, то эволюция не была бы возможна, так как живые организмы никогда бы не изменялись. Более того, это привело бы к тому, что при резком изменении условий все живые организмы погибли бы. Но жизнь чрезвычайно гибка, и организмы способны приспосабливаться к широчайшему спектру условий.
  Это возможно благодаря изменчивости — свойству организмов приобретать новые признаки, существовать в разных вариантах. Самовоспроизведение организмов не полностью идентично, в ходе него возникают ошибки: так появляются разнообразные варианты потомства, которые могут быть материалом для отбора. То есть между наследственностью и изменчивостью в живой природе существует равновесие.
  Изменчивость может быть наследственной и ненаследственной. Наследственная изменчивость, то есть появление новых вариантов признаков, которые наследуются и закрепляются в ряду поколений, служит материалом для естественного отбора. Естественный отбор возможен среди любых воспроизводящихся объектов, необязательно живых (например, среди молекул), если между ними существует конкуренция за ограниченные ресурсы.
   Объекты, которые вследствие изменчивости приобрели неблагоприятные (неподходящие в данной среде) признаки, будут отбраковываться отбором. Вследствие этого благоприятные признаки, которые дают конкурентное преимущество в борьбе за ресурсы, у новых поколений будут встречаться всё чаще и чаще. Это и есть естественный отбор — творческий фактор эволюции, благодаря которому, возможно, возникло всё многообразие живых организмов на Земле.
    Благодаря способности реагировать на изменение внешних условий живые организмы способны к адаптации — приспособлению к новым условиям. Это свойство позволяет организмам переживать различные катаклизмы и распространяться на новые территории.
   Адаптация осуществляется путём саморегуляции, то есть способности к поддержанию постоянства определённых внутренних физических и химических параметров живой системы, в том числе и в меняющихся условиях среды. 
   Важным свойством земной жизни является дискретность (от лат. discretus — «разделённый, прерывистый»): жизнь представлена отдельными особями, особи объединены в популяции, популяции — в виды и т. д., то есть на всех уровнях организации живого существуют отдельные структурные единицы.
         Для практического применения полезны те определения, в которых заложены основные свойства, в обязательном порядке присущие всем живым формам.
   Вот одно из них: «Жизнь – это макромолекулярная открытая система, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, самосохранению и саморегуляции, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии.»
   Согласно данному определению жизнь представляет собой ядро упорядоченности, распространяющееся в менее упорядоченной Вселенной.
  Или ещё одно определение: «Жизнь - высшая из природных форм движения материи, она характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения.
   А как рассматривается жизнь с точки зрения физики и химии?
  Жизнь можно рассматривать как совокупность специфических физико-химических процессов и характеризовать эти процессы.
  Жизнь как цепочка упорядоченных физико-химических процессов вполне объяснима с точки зрения физики и химии, хотя существует распространённое заблуждение, что существование жизни противоречит второму началу термодинамики. Одна из трактовок второго начала гласит, что энтропия (мера неупорядоченности, или мера хаоса) в изолированной системе не может убывать: в такой системе энтропия при любом реальном процессе возрастает или остаётся неизменной в состоянии термодинамического равновесия. Иными словами, наведение и поддержание порядка (в том числе сложной структуры) в замкнутой системе невозможно без затрат энергии.
   Однако живые системы не являются замкнутыми (изолированными), они находятся в постоянном обмене веществом и энергией с окружающим миром. А при затрате энергии возможно повышение степени упорядоченности системы.
   Физики Сара Уокер и Пол Дэвис считают, что вопрос о жизни должен в принципе разрешаться на уровне отдельного организма. Можно без конца изучать функциональность организма как устройства, но невозможно сказать, живой он или нет.
   Как физики, Уокер и Дэвис хорошо видят одно обстоятельство, которое упускается биологами и философами. Можно сколько угодно говорить о информационных потоках, связанных с живым организмом, но в случае фиксированных законов физики информация будет оставаться исключительно на уровне придатка к феномену жизни. Физическая система переходит из предыдущего состояния в последующее по законам физики, поэтому информация никак не может на это повлиять.
   Проблема возникает с выявлением реального физического механизма, который позволяет информации приобретать причинную силу над материей. А этот взгляд не вписывается в наши современные подходы к физике.
  Живые системы обязательно имеют внешние источники энергии. Для растений это свет Солнца, для животных — биомасса растений, других животных и иной пищи. Благодаря этому живые системы могут уменьшать свою энтропию, создавая порядок из хаоса и поддерживая его.
  Возможно, следует отказаться от понятия фиксированных законов, когда речь заходит о живых и сознательных системах.
  Утверждение о том, что организм подчиняется известным законам физики, физиками отвергается. Живое нельзя объяснить, используя законы физики для неживого; для живого необходимы новые законы физики.
       Теперь остановимся на теориях происхождения жизни. Они делятся на научные и ненаучные. Причём часть научных теорий тесно привязаны и к теориям эволюции живого.
      Человечество на протяжении многих лет пытается разгадать истинную причину и историю появления жизни на нашей планете. Ещё чуть более ста лет назад практически во всех странах люди даже не думали подвергать сомнению теорию божественного вмешательства и сотворения мира высшим духовным существом.
   Ситуация изменилась после выхода в ноябре 1859 года труда Чарльза Дарвина, и сейчас вокруг этой темы существует немало споров. Во многих странах сегодня призывают исключить труд Дарвина из школьной программы или хотя бы изучать его наравне с другими вероятными теориями. В интернете можно найти множество публикаций с изложением научных и ненаучных теорий о происхождении жизни, в частности  в издании Naked Science, о которых пойдёт речь ниже.
  Но начну всё-таки с ненаучных теорий.

       Самозарождение

   Спонтанное происхождение высокоразвитой живой материи из неживой – как зарождение личинок мух в гниющем мясе – можно связать ещё с Аристотелем, который обобщил мысли множества предшественников и сформировал целостную доктрину о самозарождении. Как и прочие элементы философии Аристотеля, самозарождение было доминирующей доктриной в Средневековой Европе и пользовалось определённой поддержкой вплоть до экспериментов Луи Пастера, который окончательно показал, что для появления даже личинок мух нужны мухи-родители. Не стоит путать самозарождение с современными теориями абиогенного возникновения жизни: разница между ними принципиальная.

      Неизменность

Существуют взгляды, носящие громкое имя Теории стационарного состояния. По мнению её сторонников, никакая жизнь вовсе никогда не возникала – как не рождалась и Земля, не появлялся и космос: они просто были всегда, всегда и пребудут. Чтобы всерьёз принять такую «теорию», придётся забыть о бесчисленных находках палеонтологии, геологии и астрономии.

       Вечное возвращение

«Фирменное» представление индийской философии, в западной философии связанное с трудами Эммануила Канта, Фридриха Ницше и Мирчи Элиаде. Поэтическая картина вечного странствия каждой живой души по бесконечному множеству миров и их обитателей, её перерождения то в ничтожное насекомое, то в возвышенного поэта, а то и в существо, неизвестное нам, демона или бога.
  Несмотря на отсутствие идей реинкарнации, Ницше эта идея действительно близка: вечность вечна, а значит, любое событие в ней может – и должно повториться вновь. И каждое существо без конца вращается на этой карусели всеобщего возвращения, так что только голова кружится, а сама проблема первичного происхождения исчезает где-то в калейдоскопе бесчисленных повторений.

      Креационизм

  Само понятие креационизма возникло в XIX веке, когда этим словом стали называться сторонники различных версий появления мира и жизни, предложенных авторами Торы, Библии и других священных книг монотеистических религий. Однако по сути ничего нового в сравнении с этими книгами креационисты не предложили, раз за разом пытаясь опровергнуть строгие и основательные находки науки – а на самом деле раз за разом теряя одну позицию за другой.
  Креационизм утверждает, что все в Книге Бытия изложено абсолютно верно. В буквальном смысле: Бог создал Землю и все, что есть на ней в течение шести дней, что мы все произошли от Ноя.
 В настоящее время существует так называемый прогрессивный креационизм.
Общеизвестна история из книги Бытия о том, что Бог создал Землю за шесть дней, а на седьмой день отдыхал. Прогрессивные креационисты утверждают, что каждый из этих «дней» длился миллионы лет.

      Интеллектуальный дизайн

  Основателями теории интеллектуального дизайна являются американские математик и философ Виллиан Дембски и биохимик Майкл Бехом. По их утверждению, некоторые вещи слишком сложные, чтобы эволюционировать случайно, поэтому вместо того, чтобы предполагать, что человек — это просто чуть более развитая обезьяна, стоит «начать искать небесный эквивалент Стива Джобса». Другими словами, жизнь на Земле возникла в результате вмешательства некого высшего разума.

      Морфический резонанс

  В то время, как большинство стран мира спорит об эволюции в биологии, Руперт Шелдрейк решил взглянул на происхождение видов с точки зрения Вселенной. Согласно его теории, с течением времени образуются невидимые морфические поля, которые содержат в себе коллективную память организмов и веществ, в том числе и звёзд с галактиками. Это информационное поле влияет на последующее развитие похожих видов.

    Христианская наука

  Христианская наука — теория, в которой говорится, что Бог есть везде и все вокруг — его часть. Только библейские истины.

     Космические предки

  Люди привыкли всегда считать, что Вселенная имела конкретную дату рождения. Будь она создана Богом или возникла в результате Большого Взрыва - это случилось в какой-то определённый момент. Теория космических предков гласит, что Вселенная существовала всегда, и жизнь также всегда существовала в ней. На Земле жизнь возникла, будучи занесённой микробами из космоса. В дальнейшем жизнь развивались, имитируя жизнь во Вселенной.

     Древние Астронавты

  Согласно теории разумного замысла или космического наследия, инопланетяне прибыли на Землю миллионы лет назад и специально зародили здесь жизнь. В качестве доказательств приводятся древние тексты, летающие тарелки, пирамиды, календарь майя и прочее.

        Прерывистое равновесие

  Из всех теорий из данного перечня теория прерывистого равновесия является на сегодняшний день наиболее популярной. Как известно, многие археологические находки свидетельствуют не о постепенной эволюции, а о внезапном появлении видов. Теория прерывистого равновесия утверждает, что все виды пребывают в устойчивом равновесии, которые прерываются короткими периодами сильных изменений.

       Теистический эволюционизм

  Теистический эволюционизм — наука, которая больше всего объединила теорию Дарвина и создание человека Богом. Идея заключается в том, что Бог создал Вселенную и все в ней, только он создал все по научной теории. Следовательно, эволюция является одним из божественных инструментов в его экспериментах с творением.

       Сайентология

  Религия, которая была создана на основе созданной американским фантастом Роном Хаббардом системе верований, утверждает, что человеческое сознание прошло дорогу от птиц до ленивцев, а затем — обезьян и наконец-то людей. Люди - продукт чужой расы, которая погибла в ядерной катастрофе миллионы лет назад, и их сознание переносилось из одного животного в другое, пока не попало в мозг человека.

 Теперь о научных теориях и гипотезах.

 Но вначале в двух словах о некоторых исследованиях и понятиях, выведенные наукой в процессе изучения Земли.
    Последний универсальный общий предок (англ. last universal common ancestor, LUCA, или last universal ancestor, LUA) — древнейшая популяция организмов, от которой произошли все организмы, ныне живущие на Земле. Таким образом, LUCA является общим предком всей жизни на Земле. Последнего универсального общего предка не следует путать с первым живым организмом на Земле. Считается, что LUCA жил 3,48—4,28 миллиарда лет назад (в палеоархейскую эру), или, возможно, даже 4,5 млрд лет назад (в катархее). Ископаемых остатков LUCA не сохранилось, поэтому его можно изучать только путём сравнения геномов. С помощью этого метода в 2016 году был определён набор из 355 генов, точно имевшихся у LUCA.
   Древнейшими свидетельствами жизни на Земле являются биогенный графит, обнаруженный в осадочных породах из Западной Гренландии возрастом 3,7 миллиарда лет, а также ископаемые остатки бактериальных матов, найденные в песчанике в Западной Австралии возрастом 3,48 миллиарда лет.
  В 2015 году было описано обнаружение углерода потенциально биогенного происхождения в древних камнях возрастом 4,1 миллиарда лет, однако эта находка может свидетельствовать о других, нежели принято считать сейчас, условиях на Земле в тот период и указывает на более раннее происхождение жизни.
   Первыми достоверно известными формами жизни на Земле считают микроорганизмы, называемые цианобактериями. Считается, что они могли возникнуть более 3,77 миллиарда лет назад, а возможно даже 4,28 миллиарда лет назад, вскоре после формирования океанов (4,41 миллиарда лет назад).

   Для большинства исследований доказательством существования жизни в ранние периоды истории Земли являются окаменелые остатки. Возраст Земли составляет примерно 4,54 миллиарда лет. Первые неопровержимые доказательства жизни на Земле имеют возраст не менее 3,5 миллиарда лет. Однако существуют доказательства, что жизнь начала существовать гораздо раньше.
  В 2017 году сообщалось о нахождении окаменевших построек микроорганизмов в отложениях гидротермальных источников в поясе Нуввуагиттук в Квебеке, Канада. Предположительно, они могут иметь возраст в 4,28 миллиарда лет. Это свидетельствует о «почти одновременном возникновении жизни» после образования океана 4,41 миллиарда лет назад, и за небольшое время после формирования Земли 4,54 миллиарда лет назад.
 В декабре 2017 года учёные из США обнаружили в Австралии микроскопические окаменелости, возраст которых оценивается в 3,465 миллиарда лет. Таким образом это древнейшие из достоверных известных следов жизни на планете.
  Таким образом, жизнь на Земле появилась более 3,5 млрд лет назад – точнее обозначить момент трудно,
однако можно с уверенностью сказать,что этот волшебный момент растянулся на многие, длинные миллионы лет. И все равно это было настоящее чудо.

 Но вернёмся к научным теориям происхождения жизни на Земле.

   Панспермия

   Гипотеза о занесении жизни на Землю с других космических тел имеет массу авторитетных защитников. На этой позиции стоял великий немецкий учёный Герман Гельмгольц и шведский химик Сванте Аррениус, российский мыслитель Владимир Вернадский и британский лорд-физик Кельвин. Однако наука – область фактов, и после открытия космической радиации и её губительного действия на все живое панспермия, казалось, умерла.
   Но чем глубже учёные погружаются в вопрос, тем больше всплывает нюансов. Так, теперь – в том числе и поставив многочисленные эксперименты на космических аппаратах – мы с куда большей серьёзностью относимся к способностям живых организмов переносить радиацию и холод, отсутствие воды и прочие «прелести» пребывания в открытом космосе. Находки всевозможных органических соединений на астероидах и кометах, в далёких газопылевых скоплениях и протопланетных облаках многочисленны и не вызывают сомнений. А вот заявления об обнаружении в них следов чего-то подозрительно напоминающего микробы остаются недоказанными. Научно подтверждён факт, что на Земле неоднократно были обнаружены метеориты с Марса и других планет, возможно с комет, которые могли прибыть даже из чужих звёздных систем. В этом сегодня никто не сомневается, однако пока не понятно, как жизнь могла возникнуть на других мирах.
   Легко заметить, что при всей своей увлекательности теория панспермии лишь переносит вопрос о возникновении жизни в другое место и другое время. Что бы ни занесло первые организмы на Землю – случайный ли метеорит или хитрый план высокоразвитых инопланетян, они должны были где-то и как-то родиться. Пусть не здесь и гораздо дальше в прошлом – но жизнь должна была вырасти из безжизненной материи. Вопрос «Как?» остаётся загадкой.

    Первичный бульон

  Гипотезу абиогенного происхождения жизни из «органического бульона» выдвинул в 1924 году советский биохимик Александр Опарин.
  Это понятие тесно связано с успевшими обрести статус классических экспериментами, поставленными в 1950-х Стэнли Миллером и Гарольдом Юри. В лаборатории учёные смоделировали условия, которые могли существовать у поверхности молодой Земли, – смесь метана, угарного газа и молекулярного водорода, многочисленные электрические разряды, ультрафиолет, – и вскоре более 10% углерода из метана перешло в форму тех или иных органических молекул. В опытах Миллера – Юри было получено больше 20 аминокислот, сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот.
   Современные вариации этих классических экспериментов используют куда более сложные постановки, которые точнее соответствуют условиям ранней Земли. Имитируются воздействия вулканов с их выбросами сероводорода и двуокиси серы, присутствие азота и т. д. Так учёным удаётся получать огромное и разнообразное количество органики – потенциальных кирпичиков потенциальной жизни. Главной проблемой этих опытов остаётся рацемат: изомеры оптически активных молекул (таких как аминокислоты) образуются в смеси в равных количествах, тогда как вся известная нам жизнь (за единичными и странными исключениями) включает лишь L-изомеры.
  Здесь же стоит добавить, что недавно – в 2015 году – кембриджский профессор Джон Сазерленд (John Sutherland) со своей командой показал возможность образования всех базовых «молекул жизни», компонентов ДНК, РНК и белков из весьма нехитрого набора исходных компонентов. Главные герои этой смеси – циановодород и сероводород, не столь уж редко встречающиеся в космосе. К ним остаётся добавить некоторые минеральные вещества и металлы, в достаточном количестве имеющиеся на Земле, – такие как фосфаты, соли меди и железа. Учёные построили детальную схему реакций, которая вполне могла создать насыщенный «первичный бульон» для того, чтобы в нем появились полимеры и в игру вступила полноценная химическая эволюция.


     Глиняное дыхание жизни

  Теория пытается описать превращение сравнительно простых органических веществ в довольно сложные химические системы, предшественницы собственно жизни, под влиянием внешних факторов, механизмов селекции и самоорганизации.
  Одна из главных проблем предыдущего варианта эволюции жизни заключается в том, что многие органические молекулы, в том числе сахара, ДНК и РНК, являются слишком хрупкими для того, чтобы они могли накопиться в достаточном количестве в водах первичного океана Земли, где, как раньше считало большинство эволюционистов, возникли первые живые существа.
  Британский химик Александр Кейрнс-Смит полагает, что жизнь имеет "глиняное", а не водяное происхождение — оптимальную среду для накопления и усложнения сложных органических молекул можно найти внутри пор и кристаллов в глинистых минералах, а не в "первичном пруде" Дарвина или океане из теорий Миллера-Юри. Их выбросы богаты водородом и другими веществами, которые, по мнению учёных, могли скапливаться на склонах пород и давать первой жизни все необходимые пищевые ресурсы и катализаторы реакций.
  По сути, эволюция началась ещё на уровне кристаллов, и только потом, когда соединения стали достаточно сложными и стабильными, первые живые организмы ушли в "открытое плавание" в первичный океан Земли.
  Доказательством этого можно признать современные экосистемы, существующие в окрестностях подобных источников на дне всех океанов Земли — они включают в себя не только микробов, но и даже многоклеточные живые существа.
  В самом деле, ультрафиолетовое излучение на молодой Земле, атмосфера которой ещё не содержала кислорода и не имела такой замечательной штуки, как озоновый слой, должно было быть убийственным для любой зарождающейся жизни. Из этого выросло предположение о том, что хрупкие предки живых организмов были вынуждены существовать где-то, скрываясь от непрерывного потока стерилизующих все и вся лучей. Например, глубоко под водой – конечно, там, где имеется достаточно минеральных веществ, перемешивания, тепла и энергии для химических реакций. И такие места нашлись.
  Ближе к концу ХХ века стало ясно, что океанское дно никак не может быть пристанищем средневековых монстров: условия здесь слишком тяжёлые, температура невелика, излучения нет, а редкая органика способна разве что оседать с поверхности. Фактически это обширнейшие полупустыни – за некоторыми примечательными исключениями: тут же, глубоко под водой, поблизости от выходов геотермальных источников, жизнь буквально бьёт ключом. Насыщенная сульфидами чёрная вода, горяча, активно перемешивается и содержит массу минералов.
  Солнце было значительно моложе и не давало достаточно тепла планете. Из этого возникла гипотеза о том, что в эпоху, когда творилось чудо зарождения жизни, вся Земля могла быть покрыта толстым – в сотни метров – слоем льда.
  Скрываясь под этим ледяным щитом, жизнь могла чувствовать себя вполне в безопасности и от ультрафиолета, и от частых метеоритных ударов, грозивших погубить её ещё в зародыше. Относительно прохладная среда могла также стабилизировать структуру первых макромолекул
  Черные курильщики океана – весьма богатые и самобытные экосистемы: питающиеся на них бактерии используют железосерные реакции, о которых мы уже говорили. Они являются основой для вполне цветущей жизни, включая массу уникальных червей и креветок. Возможно, они были основой и зарождения жизни на планете: по крайней мере, теоретически такие системы несут в себе все необходимое для этого.

   Вселенная РНК

В соответствии с принципами диалектического материализма жизнь – это «единство и борьба» двух начал: изменяющейся и передающейся по наследству информации, с одной стороны, и биохимических, структурных функций – с другой. Одно без другого невозможно – и вопрос о том, с чего жизнь началась, с информации и нуклеиновых кислот или с функций и белков, остаётся одним из самых сложных. А одним из известных решений этой парадоксальной задачи является гипотеза «мира РНК», появившаяся ещё в конце 1960-х и окончательно оформившаяся в конце 1980-х.
  РНК – макромолекулы, в хранении и передаче информации не столь эффективные, как ДНК, а в выполнении ферментативных функций – не столь впечатляющие, как белки. Зато молекулы РНК способны и на то, и на другое, и до сих пор они служат передаточным звеном в информационном обмене клетки, и катализируют целый ряд реакций в ней. Белки неспособны реплицироваться без информации ДНК, а ДНК неспособна на это без белковых «умений».
  РНК же может быть полностью автономной: она способна катализировать собственное «размножение» – и для начала этого достаточно.
  Исследования в рамках гипотезы «мира РНК» показали, что эти макромолекулы способны и к полноценной химической эволюции. Взять хотя бы наглядный пример, продемонстрированный калифорнийскими биофизиками во главе с Лесли Оргелом (Lesley Orgel): если в раствор способной к саморепликации РНК добавить бромистый этидий, служащий для этой системы ядом, блокирующим синтез РНК, то понемногу, со сменой поколений макромолекул, в смеси появляются РНК, устойчивые даже к очень высоким концентрациям токсина.
  Примерно так, эволюционируя, первые молекулы РНК могли найти способ синтезировать первые инструменты-белки, а затем – в комплексе с ними – «открыть» для себя и двойную спираль ДНК, идеальный носитель наследственной информации.
При этом надо понимать, что учёным пока не удалось показать, как работала вся цепочка эволюции РНК-жизни, и поэтому эта теория пока не получила всеобщего признания.

   Протоклетки

   Однако простой репликации для «нормальной жизни» недостаточно: любая жизнь – это, прежде всего, пространственно изолированный участок среды, разделяющий процессы обмена, облегчающий течение одних реакций и позволяющий исключать другие.
  Иначе говоря, жизнь – это клетка, ограниченная полупроницаемой мембраной, состоящей из липидов. И «протоклетки» должны были появляться уже на самых ранних этапах существования жизни на Земле – первую гипотезу об их происхождении высказал советский химик Александр Опарин. В его представлении «протомембранами» могли служить капельки гидрофобных липидов, напоминающие жёлтые капли масла, плавающего в воде.
  Теория Опарина завоевала широкое признание, но она не решает проблемы, связанные с переходом от сложных органических веществ к простым живым организмам. Именно в этом аспекте теория биохимической эволюции представляет общую схему, приемлемую для большинства биологов.   
   Джек Шостак вместе с Катаржиной Адамалой (Katarzyna Adamala) сумели создать своего рода модель «протоклетки», аналог мембраны которой состоял не из современных липидов, а из ещё более простых органических молекул, жирных кислот, которые вполне могли накапливаться в местах возникновения первых протоорганизмов. Шостаку и Адамале удалось даже «оживить» свои структуры, добавив в среду ионы магния (стимулирующие работу РНК-полимераз) и лимонную кислоту (стабилизирующую структуру жировых мембран).
  В итоге у них получилась совершенно простая, но в чем-то живая система; во всяком случае это была нормальная протоклетка, которая содержала защищённую мембраной среду для размножения РНК. С этого момента можно закрыть последнюю главу предыстории жизни – и начать первые главы её истории.

   Эндосимбиоз

  Ещё в конце XIX века немецко-английский естествоиспытатель Андреас Шимпер (Andreas Schimper) заметил, что хлоропласты – органеллы растительной клетки, ответственные за фотосинтез, – реплицируются отдельно от самой клетки. Он предположил, что хлоропласты в прошлом были самостоятельными организмами, похожими на цианобактерий, которые "подружились" с клетками предков растений и начали жить внутри них. Эта идея была позже развита российским ботаником Константином Мережковским и американским эволюционистом Линн Маргулис, показавшей, что аналогичное происхождение имеют митохондрии и потенциально все остальные сложные органеллы наших клеток.
   В последующем гипотеза эндосимбиоза была расширена, включив митохондрии – органеллы, которые потребляют кислород и поставляют энергию всем нашим клеткам. К сегодняшнему дню эта гипотеза приобрела статус полновесной теории – достаточно сказать, что у митохондрий и пластид обнаружился собственный геном, более или менее независимые от клетки механизмы деления и собственные системы синтеза белка.
   В природе обнаружены и другие эндосимбионты, не имеющие за плечами миллиардов лет совместной эволюции и находящиеся на менее глубоком уровне интеграции в клетке. Например, у некоторых амёб нет собственных митохондрий, зато есть включённые внутрь и выполняющие их роль бактерии. Есть гипотезы и об эндосимбиотическом происхождении других органелл – включая жгутики и реснички, и даже клеточное ядро: согласно мнению некоторых исследователей, все мы, эукариоты, стали результатом небывалого слияния между бактериями и археями.
  Эти версии пока не находят строгого подтверждения, однако ясно одно: едва возникнув, жизнь стала поглощать соседей – и взаимодействовать с ними, рождая новую жизнь.

Теперь немного о эволюции.

  В настоящее время общепризнанной считается синтетическая теория эволюции.
Одна из основных загадок эволюции жизни — как возникли многоклеточные существа и почему клетки людей, животных и растений включают в себя особые тельца, такие как митохондрии и хлоропласты, которые обладают необычайно сложной структурой.
  В пользу дарвинистских гипотез найдено немало научных трудов и специализированных исследований, в частности в области "переходных форм". У Дарвина на руках не было необходимого количества археологических артефактов в подтверждение научных трудов, так как по большей части он руководствовался личными догадками.
  К примеру, только за последние десять лет учёные нашли останки нескольких подобных "потерянных звеньев" эволюции, таких как тиктаалик (Tiktaalik) и индохиус (Indohyus), которые позволяют нам прочертить линию между сухопутными животными и рыбами, и китами, и бегемотами.
  С другой стороны, скептики часто утверждают, что подобные виды животных не являются настоящими переходными формами, что порождает постоянные бесконечные споры между сторонниками дарвинизма и их противниками.
  Но опыты на обычной кишечной палочке и на различных многоклеточных существах однозначно показывают, что эволюция реальна, и что животные могут достаточно быстро приспосабливаться к новым условиям жизни, приобретая новые черты, которых не было у их предков 100-200 поколений назад.
  Под процессом эволюции современная наука понимает устойчивое изменение генотипа популяции, о чем Дарвин просто не знал в своё время. Синтетическая теория эволюции шагнула далеко вперёд по сравнению с представлениями Дарвина об эволюции, выделив множество факторов, являющихся движущей силой эволюции.
  Там, где Дарвин обходился внутри- и межвидовой борьбой за существование и борьбой с неблагоприятными условиями неживой природы, сейчас выделяют мутационные процессы, изоляцию, популяционные волны численности и другие факторы. При этом мутационная и рекомбинационная изменчивость организмов Дарвину не были известны. Он рассматривал процесс накопления изменений без понимания механизмов, его обуславливающих.
   Появились новейшие теоретические разработки, позволившие ещё больше приблизить синтетическую теорию эволюции к реально существующим фактам и явлениям, которые её первоначальная версия не могла объяснить. Достигнутые эволюционной биологией на настоящий момент рубежи отличаются от представленных ранее постулатов синтетической теории эволюции.
  Постулат о популяции как наименьшей эволюционирующей единице остаётся в силе. Однако огромное количество организмов без полового процесса остаётся за рамками этого определения популяции, и в этом видится значительная неполнота синтетической теории эволюции.
  Естественный отбор не является единственным двигателем эволюции.
  Эволюция далеко не всегда носит дивергентный (расходящийся в разные стороны) характер.
Эволюция не обязательно идёт постепенно. Не исключено, что в отдельных случаях внезапный характер могут иметь и отдельные макроэволюционные события.
  Макроэволюция может идти как через микроэволюции, так и своими путями.
Сознавая недостаточность репродуктивного критерия вида, биологи все ещё не могут предложить универсального определения вида как для форм с половым процессом, так и для агамных форм.
   Возможно, два слагаемых – изменчивость и смерть – порождают всю сумму жизни.
 «Накопление и передача информации», сейчас считается основным свойством жизни. А уж как эта информация накапливается – синтезом нужных для выживания веществ, передачей антител или врождёнными инстинктами, – это уже вторично.
     Что такое жизнь, и что отличает живое от неживого? Как возникла жизнь и как она эволюционировала? Следует признать, что современная наука не знает точного ответа на эти вопросы.
Возможно, будущее знание изменит нас. На чисто научном уровне оно расскажет нам о том, насколько вероятно появление жизни во Вселенной и где её искать. И оно расскажет нам о сущности жизни. Но можем ли мы знать, какие знания откроются нам после того, как мы узнаем тайну появления жизни?
 А пока… Нам при своей жизни остаётся только верить в какую – нибудь теорию, чтобы как-то упорядочить своё мировоззрение…