Зарождение жизни на Земле

Чему равна вероятность случайного возникновения жизни? Когда и как произошла жизнь на нашей планете? Куда направлена биологическая эволюция? Эти вопросы всегда будут волновать человечество.

СЕГОДНЯ мы начинаем публикацию большого интервью с научным руководителем Лаборатории эволюции и экологии биосистем доктором биологических наук Валерием ЗЮГАНОВЫМ. Мы будем говорить о загадках зарождения жизни, о главных направлениях и основных путях биологической эволюции.

– Валерий Валерьевич, мы начали наш проект – цикл рассказов об истории создании эликсира «Леюрус Арктика плюс» – в год, когда «всё прогрессивное человечество» отмечало 65-летие эксперимента Миллера – Юри, воссоздавших в своих колбах теорию «Первичного бульона». И, насколько нам известно, современные научные представления о возникновении жизни как раз и основаны на этой теории химической эволюции.

– Да, теория самозарождения жизни из неживой материи, или абиогенетическая гипотеза, является достаточно популярной в современной науке. Но не единственной, и у неё есть серьёзные проблемы с доказательной базой. Давайте их рассмотрим.

Итак, в 1924 году советский биохимик Александр Иванович Опарин (впоследствии ярый сторонник Трофима Лысенко) выступил с предположением, что химическая эволюция с последующим зарождением жизни протекала в первобытном океане – «бульоне», который содержал воду, аммиак, метан и водород. И да, 66 лет назад, в 1953 году, студент Чикагского университета Стэнли Миллер попытался сварить такой «первобытный бульон», воспроизведя в лаборатории условия, которые должны были сопутствовать возникновению жизни. Он подверг воздействию электрических разрядов смесь из метана, воды, водорода и аммиака. И получил 5 простых аминокислот. Аминокислоты – это кирпичики для белков (протеинов). Все организмы выстроены из белков. Всего протеиногенных аминокислот 20: аланин, аргинин, аспарагин и т.д.

Но в опытах Миллера получились L- и D-изомеры в равном количестве, а в живых организмах используются только L‑изомеры (левозакрученные). По этой причине дальнейший синтез сложных органических веществ, лежащих в основе жизни, непосредственно из полученной смеси затруднён.

– А почему в организмах нет правозакрученных?

– Никто этого не знает. Но биохимики после этого стали вычислять вероятность образования аминокислот. Так, Дональд Халл подсчитал, что концентрация самой простой аминокислоты, встречающейся в живых организмах, – глицина – в «первичном бульоне» не должна была быть больше одной триллионной моля (mol – единица измерения количества вещества). Он пишет: «Даже максимально вероятное содержание аминокислоты является безнадёжно низким, чтобы служить стартом для самопроизвольного зарождения жизни».

Оценочные расчёты, выполненные с целью определения примерного количества атомов в наблюдаемой части Вселенной, показывают, что вероятность найти конкретный атом методом проб и ошибок среди всех атомов Вселенной намного выше вероятности спонтанного возникновения «живого» белка из ста аминокислот.

Понятно, что вероятность случайного возникновения строго определённой последовательности ДНК из миллиарда конкретных нуклеотидов несуразно мала. «Вероятность случайного появления живой клетки примерно равна вероятности самосборки «Боинга-747» в результате торнадо на мусорной свалке» – известная цитата астронома-космолога Фреда Хойла.

Академик РАН биохимик Александр Сергеевич Спирин утверждает: «Я глубоко убеждён, что «перебором», путём эволюции невозможно получить сложный прибор... Это таинственное, я бы сказал, «божественное» соединение – РНК, центральное звено живой материи, не могло появиться в результате эволюции. Она либо есть, либо её нет. Она настолько совершенна, что должна была быть создана некоей системой, способной изобретать».



– Так. Приехали. На сцене появляется Творец. Такое чувство, что мы с вами не в XXI веке говорим, а в мрачном Средневековье.

– А что вы хотите? Если предмет необъясним с точки зрения материализма и теории вероятности, то деваться некуда – появляется Творец. Кроме А.С. Спирина (чьи лекции я слушал, будучи студентом МГУ) мне довелось обсуждать с известными учёными роль Творца в возникновении биосферы Земли. Это академики РАН и РАЕН. Весьма характерно, что они специалисты высочайшего уровня в своей области – Н.П. Дубинин (генетик), Ю.П. Алтухов (генетик), Л.И. Корочкин (генетик), Ю.В. Наточин (физиолог) – во второй половине своей научной карьеры все они безоговорочно приходили к выводу, что жизнь на нашей планете по некоему плану организована Творцом.

Мало того, я уверен, что исполнителей – кураторов проекта «Жизнь» на нашей планете было несколько, так как им надо было выполнить 4 условия одновременно. Из «бульона» должны были вырасти:

– аминокислоты и белки,

– саморазмножающиеся молекулы РНК – ДНК,

– энергетические молекулы АТФ,

– клеточная оболочка, отграничивающая живой организм от среды, или плазматическая двуслойная мембрана (один слой фосфолипидный, второй – белковый), но с дырками и натриевым насосом (для обмена со средой).

И эти условия были выполнены! Всё получилось. Но, как оказалась, жизнь не могла зародиться в океане.

– Ну конечно! Если мы серьёзно говорим о Творце, то и аргументы берём из Библии: «И повелел Бог произрастить земле зелень»...

– Чтобы развеять ваш скептицизм, напомню одну прописную истину, известную каждому студенту-биологу или медику: концентрация ионов калия и натрия в его нервной клетке и крови разная. И вообще нервный импульс у человека возможен только благодаря тому, что ионов калия внутри клетки – нейрона больше, а натрия снаружи клетки больше. Образно можно выразиться так: «клетка любит калий!»

– Да при чём тут работа нашей нервной системы и невозможность зарождения клетки в океане?!

-А вот при чём.Окончательно похоронил идею о «первичном бульоне» в океане академик РАН, физиолог, специалист в области водно-солевого обмена организмов Юрий Викторович Наточин. Когда-то в 1978 году в Ленинграде он помогал нам с профессором В.В. Хлебовичем исследовать систему полиморфизма солеустойчивости спермиев у колюшки (см. «АН» №42 (635) «Почему наша кровь солёная»).

Так вот уже в этом веке Юрий Викторович на обширном материале убедительно продемонстрировал, что в палеозойском океане 1, 5 млрд лет назад доминировал натрий. А натрий угнетает синтез РНК. Для синтеза РНК-ДНК нужно внутриклеточное доминирование калия. А калий был только в наземных глинах. Таким образом, средой для возникновения протоклеток были лужи в глине с преобладанием калия, а вовсе не морская вода. Это могли быть неглубокие водоёмы на поверхности Земли.

Заодно Ю.В. Наточин сильно ударил по гипотезе о случайном заносе живых спор бактерий с метеоритами. В океан-то им легко было попасть. Но чтобы споры бактерий из метеорита угодили точно в лужу с калием, вероятность этого хоть и не нулевая, но ужасающе низкая.

– А что, авторы теории происхождения жизни в океане – Опарин, Миллер и их последователи не знали про роль натрия-калия?

– Трудно сказать. Может, не знали. Получается – не учли. Все люди знают, что их кровь солёная, многие даже знают, что калия больше внутри клетки, а натрия – снаружи. Но ведь люди обычно не задумываются и не сопоставляют – откуда что взялось. На парадоксальные обобщения способны единицы. Не зря Александр Пушкин писал: «И гений, парадоксов друг».