© Лесная-Лыжина Е. В., 2022

© Верстка, дизайн обложки. ИП Бастракова Т. В., 2022

Происхождение и развитие жизни

В течение долгих веков, свято веря в акт Божественного творения, люди, кроме того, были твердо уверены, что жизнь постоянно зарождается самопроизвольно.

Еще древнегреческий философ Аристотель писал, что не только растения, черви, насекомые, но даже рыбы, лягушки и мыши могут рождаться из влажной почвы или глинистого ила.

Голландский ученый Ян Ван Гельмонт в 17 в. описал свой опыт, утверждая, что живая мышь, якобы зарождалась у него из грязного белья и горсти пшеницы, запертых в шкафу.

В 1675 г. итальянский ученый Ладзаро Спалланцани прокипятил в запаянном сосуде крепкий мясной бульон. Прошло несколько дней, но никаких признаков жизни в бульоне не обнаружилось.

Наконец, в 1860 г. Луи Пастер с помощью ряда блестящих опытов, похожих на опыт Спалланциани, окончательно доказал, что жизнь в современных условиях не самозарождается. Он показал, что даже бактерии могут возникать только от других бактерий.

Наблюдаемая нами Вселенная, по данным современной науки, возникла в результате большого взрыва примерно 15–20 млрд. л.н. Возраст нашей планеты около 5 млрд. лет. Сейчас большинство ученых склоняется к мнению о том, что жизнь зародилась на Земле на заре ее существования.

Древнейшая Земля весьма мало напоминала планету, на которой мы живем. Ее атмосфера состояла из водяных паров, углекислого газа и, по одним данным – из азота, по другим – из метана и аммиака. Кислорода в воздухе безжизненной планеты не было. И надо сказать, отсутствие кислорода было необходимо для возникновения жизни. Быть может, читатель, привыкший к выражению «живительный кислород», будет удивлен необычным словосочетанием «смертоносный кислород». Между тем, кислород разрушительно действует на органические молекулы. Мы привыкли к его воздействию, но на Земле и сейчас есть бактерии, которые воспринимают кислород как яд и в его присутствии жить не могут. Кислородная атмосфера делает невозможным в наше время зарождение жизни.

Итак, в атмосфере древней Земли гремели грозы, ее пронизывало жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, на планете извергались вулканы.

Под влиянием всех этих воздействий в первобытном океане, покрывавшем поверхность Земли, образовывались органические вещества – простейшие «кирпичики», из которых строится все живое. В наше время их немедленно поглотили бы бактерии и грибы. Но тогда их еще не было, и поэтому органические вещества накапливались, пока весь первичный океан не превратился в «теплый разбавленный бульон».

Такое предположение впервые высказал в 1922 г. советский биолог Александр Опарин.

В 1953 г. американский биолог Стэнли Миллер решил проверить гипотезу Опарина и воспроизвел в специальной установке природные условия древней Земли. В стеклянном сосуде находились нагретая вода («океан») и смесь газов – аммиака, метана и водорода («первичная атмосфера»). Через «атмосферу» проскакивали искры – «молнии». Опыт продолжался в течение недели.

Через неделю «первичный бульон» проанализировали и нашли в нем многие органические вещества, в том числе 5 аминокислот. В другой раз в результате такого же опыта были обнаружены даже нуклеиновые кислоты – цепочки, длиной до 6 звеньев.

Согласно этой гипотезе, содержание органических веществ выше всего было в высыхающих лужах, оставшихся на берегу океана после отлива. Здесь образовывались цепочки белков и нуклеиновых кислот. При этом чем длиннее была цепочка, тем она была устойчивее. Она закручивалась в клубок, который разрушался уже не так легко.

Опарин считал, что главная роль в превращении неживого в живое принадлежала белкам. В «первичном бульоне» образовывались «сгустки» белка (коацерваты). Они могли вбирать в себя новые питательные вещества, разбиваться на более мелкие капельки. Конечно, они еще не были живыми. По словам Опарина, расстояние от этих «сгустков» до самых примитивных бактерий ничуть не меньше, чем от амебы до человека. Главное, что отличало «сгустки» от клеток – неспособность точно воспроизводить самих себя.

Чтобы «штамповать» одинаковые белки, нужна матрица (см. ст. «Генетика и генетическая информация»). В ныне живущих организмах (от бактерий и вирусов до человека). Этой матрицей служат нуклеиновые кислоты (РНК, ДНК).

В какой момент белковые «сгустки» перешагнули порог живого? Тогда, когда включили в себя нуклеиновые кислоты, которые позволили создавать хотя бы грубые, приблизительные копии уже имеющихся белков. Это были уже зачатки примитивных клеток.

Один из скептиков высказал мнение, что возникновение жизни в результате перечисленных процессов столь же неправдоподобно, как сборка самолета «Боинг-747» в результате урагана пронесшегося над мусорной свалкой. Но не будем забывать, что на протяжении длительного времени (миллиарда лет) в огромном пространстве, где происходил «опыт» (весь земной океан), самое маловероятное событие могло стать почти неизбежным.

Развитие жизни на Земле

Никто точно не знает когда возникла первая живая клетка, возраст самых ранних следов жизни (остатков бактерий), найденных в древних отложениях земной коры, – около 3,5 млрд. лет.

Допустим, что возраст жизни на нашей планете – 3 млрд 600 млн лет.

Для большей наглядности представим себе, что этот огромный отрезок времени уместился в пределы одних суток. Сейчас на «часах» – ровно 24 часа, а в момент возникновения жизни они показывали 0 часов. Каждый час вместил 150 млн. лет, каждая минута – 2,5 млн. лет.

Докембрий – самая древняя эпоха развития жизни. Докембрийская длилась невероятно долго: свыше 3 миллиардов лет.

Мы уже рассказали об условиях, в которых жили первые живые организмы. Пищей им служил «первичный бульон» окружающего океана или их менее удачливые собратья. Постепенно, однако, в течение миллионов лет этот бульон становился все более «разбавленным», и, наконец, запасы питательных веществ исчерпались. Развитие жизни зашло в тупик. Но эволюция благополучно нашла из него выход. Появились первые организмы (бактерии), способные с помощью солнечного света превращать неорганические вещества в органические (фотосинтез).

Чтобы строить свои организмы, всему живому требуется, в частности, водород.

Зеленые растения получают его, расщепляя воду и выделяя кислород. Но бактерии этого делать еще не умеют. Они разлагают не воду, а сероводород, что гораздо проще. При этом выделяется не кислород, а сера. (Поэтому на поверхности некоторых болот можно встретить пленку из серы).

Так и поступали древние бактерии. Но количество сероводорода на Земле было довольно ограничено. Наступил новый кризис в развитии жизни.

Выход из него «нашли» сине-зеленые водоросли. Они научились расщеплять воду. Молекула воды – непростой «орешек» не так – то легко «растащить» водород и кислород.

Это в семь раз труднее, чем расщепить сероводород. Можно сказать, что сине-зеленые водоросли совершили настоящий подвиг. Это произошло 2 миллиарда 300 миллионов лет назад (по нашей шкале – около 8 часов утра)

Теперь в качестве побочного продукта в атмосферу начал выделяться кислород. Накопление кислорода представляло серьезную угрозу для жизни. Начиная с 11 часов утра новое самозарождение жизни на Земле стало невозможным – содержание кислорода достигло 1 % от современного. А перед живыми организмами встала новая проблема – как бороться с возрастающим количеством этого агрессивного вещества.

Но эволюция сумела преодолеть и это испытание, одержав новую блестящую победу. Около 11 часов утра на Земле появился первый организм, вдохнувший кислород. Так возникло дыхание.

До этого момента живые организмы жили в океане, укрываясь в водной толще от губительного для всего живого потоков солнечного ультрафиолета.

Теперь благодаря кислороду в верхних слоях атмосферы возник слой озона, смягчивший излучение. Под защитой озона жизнь смогла выйти на сушу.

Американский писатель-фантаст Клиффорд Саймак в повести «Кто там в толще скал?» так описывает воображаемое путешествие своего героя во времени – в докембрий: «Дышать было трудно. Кислорода еще хватало, хоть и с грехом пополам из-за этого он и дышал гораздо чаще обычного. Отступи он в прошлое еще на миллион лет – кислорода перестало бы хватать. А отступи еще немного дальше – и свободного кислорода не оказалось бы совсем.

Всмотревшись в береговую кромку, он приметил, что она населена множеством крохотных созданий, снующих туда-сюда, копошащихся в пенном прибрежном соре или сверлящих булавочные норки в грязи. Он опустил руку и слегка поскреб камень, на котором сидел. На камне проступало зеленоватое пятно – оно тут же отделилось и прилипло к ладони толстой пленкой, склизкой на ощупь.

Значит, перед ним была первая жизнь, осмелившаяся выбраться на сушу существа, не готовые, да и не способные оторваться от подола ласковой матери – воды, которая бессменно пестовала жизнь с самого ее начала.

Здесь происходило многое, что даст себя знать в грядущем, но происходило тайно, исподволь. Снующие козявки и осклизлый налет на скалах – отважные в своем неразумии предвестники далеких дней – внушали почтение…».

В течение докембрия природа сделала еще целый ряд замечательных «изобретений». Около 2 часов дня (по нашей шкале) клетки получили ядро. Примерно тогда же возникло половое размножение, резко ускорившее темпы эволюции.

Появились первые многоклеточные существа. К концу докембрия (как мы помним, это 8 часов вечера) земные моря населяли разнообразные животные: медузы, плоские черви, губки, полипы. Все они были мягкотелыми, лишенными скелета. Возникновение у животных скелета раковин, панцирей и т. д. обозначило начало новой геологической эры.