Глава IV. Биологический подход

1. Введение

Из второй главы мы узнали, что восстановление истории Земли по сведениям о составе, строении и залегании горных пород основано на принципе актуализма. Этот принцип гласит, что, с некоторыми разумными ограничениями, знания о современных геологических процессах можно применять и к древним процессам, шедшим миллионы и миллиарды лет назад. Теперь познакомимся с результатами биологических исследований современных живых существ. Что характерно для жизни? Что можно назвать живым и что надо считать неживым? Какие процессы идут в живых существах или, другими словами, каков метаболизм современных живых существ?

Как уже отмечалось в гл. I, именно биологи вновь возбудили интерес к проблеме возникновения жизни путем естественного самозарождения, без вмешательства творца. Пионером этого движения стал русский биохимик А. И. Опарин, уже в первом издании своей книги (1924 г.) изложивший теоретические основы современных взглядов. Мировой научной общественности идеи Опарина стали известны в основном из английского перевода его книги, вышедшего под названием "The Origin of Life on Earth" [16] (см, также [18, 20]). Совершенно независимо от А. И. Опарина английский биофизик Дж. Холдейн пришел к мысли, что анаэробный тип обмена примитивнее аэробного, а это в свою очередь привело его к выводам, очень сходным с выводами А. И. Опарина. Идеи Опарина и Холдейна были объединены английским физиком Берналом в небольшой, но содержательной книге "Физические основы жизни" [1]. Бернал подвел под идеи биологов прочный фундамент физики и химии.

И все же эти новые взгляды почти не привлекли к себе внимания ученых. Некоторые из них заинтересовались было, но какого-либо реального участия в разработке проблемы они так и не смогли принять. Во-первых, развитию этих идей помешала вторая мировая война, во время которой люди больше интересовались проблемами наиболее эффективного уничтожения жизни, чем ее происхождением. Во-вторых, ученые вообще не очень-то были склонны размышлять над этой проблемой, о чем я уже говорил в гл. I.

Поворотным моментом, мне кажется, стал первый симпозиум Международного биохимического союза, проходивший в Москве в 1957 году [17]. Симпозиум был посвящен обсуждению проблем, связанных с возможностью возникновения жизни естественным путем, с точки зрения биологии, физики, химии, геологии и астрономии. Этими проблемами заинтересовалось немалое число ученых. Кроме того, стало ясно, что возможна экспериментальная проверка; предложенных теорий.

Следующим шагом и явилась постановка экспериментов в этой области. В 1959 году Миллер [14] смог в неживой системе синтезировать органические молекулы. Он использовал специально разработанную среду, моделирующую гипотетическую первичную атмосферу, основные свойства которой читатель уже знает и о которой мы поговорим подробнее в гл. VI.

Конечно, химики и раньше умели синтезировать органические вещества без помощи живых организмов, но Миллер впервые подошел к органическому синтезу с точки зрения проблемы происхождения жизни, и его эксперименты получили заслуженную известность.

Эти результаты возбудили интерес в широких научных кругах. Эксперименты по синтезу органических молекул в условиях первичной атмосферы повторялись разными учеными в различных вариантах. Вторая встреча в Москве, на Пятом международном биохимическом конгрессе [19], продемонстрировала значительный прогресс в этой области.

Любой подробный обзор современных успехов в экспериментальном подходе к проблеме устарел бы, еще не сойдя с печатного станка. Все же в гл. VI я позволю себе набросать в общих чертах пути развития экспериментов в этой области, находящейся сейчас главным образом в руках биохимиков, химиков и так называемых "молекулярных" биологов. В 1965-1966 годах итоги работ были подведены на трех конференциях [4, 8, 13]. Труды последней из них особенно достойны упоминания: здесь собрана полная и подробная библиография. Есть и более новые обзоры [7, 24]. Дж. И. Буханан [8, стр. 109 русского издания] так охарактеризовал результаты, достигнутые экспериментаторами: "Результаты, полученные за последнее десятилетие несколькими группами исследователей, свидетельствуют о возможности образования абиогенным путем в. определенных условиях, моделирующих предбиологические, целого ряда биологически важных соединений из таких простых предшественников, как метан, аммиак, водород и вода. К числу таких биологически важных соединений относятся органические кислоты, пурины, пиримидины и многие аминокислоты...

В настоящее время синтезированы многие, если не все, низкомолекулярные соединения, являющиеся составными компонентами макромолекул... Не вызывает, по-видимому, сомнений, что все эти соединения термодинамически и энергетически являются наиболее вероятными продуктами...

Сейчас перед нами стоит очередная весьма сложная задача - выяснить, каким образом могло происходить образование функциональных макромолекул. Установлено, что низкомолекулярные соединения способны агрегировать с образованием биологически активных макромолекул^*. Вопрос о возникновении биологически активных соединений представляет значительные трудности. Мы считаем, что такие соединения могли образоваться не в результате случайного появления высокоспециализированного фермента, а путем эволюции макромолекул, обладающих определенными преимуществами с химической и биологической точек зрения".

^* (Эти результаты С. Фокса и сотр. обсуждаются в гл. VI.)

Эксперименты такого рода теперь очень усложнились и стали очень разнообразными. Я не стану входить в подробности, чтобы не слишком нарушить задуманную последовательность изложения, а отсылаю читателя к гл. VI, в которой приведены также формулы важнейших биохимических соединений. Гл. VI более насыщена специальными подробностями, в этой же главе дается общий очерк биологического подхода к проблеме.