Все живые системы различного иерархического уровня организации проявляют одинаковые свойства, отличающие живое от объектов неживой природы.
Проблемные области
Каковы критерии выделения отдельных уровней организации живой материи?
В чем принципиальные различия свойств живой и неживой материи?
В чем заключается необходимость качественной характеристики свойств живого?
Прикладные аспекты
Какое значение для развития биологических наук имеет подразделение на различные уровни организации?
Как на молекулярно-генетическом уровне решаются проблемы целостного организма?
Задания
Охарактеризуйте признаки и свойства человека на различных уровнях организации.
Сравните сущность процессов обмена веществ в неживой природе и метаболизма.
Сформулируйте определение понятия «жизнь».
Глава 2. Возникновение жизни на Земле
Часто утверждают, что в настоящее время имеются все условия для возникновения примитивных живых существ, которые имелись когда то. Но если бы сейчас в каком-либо теплом маленьком водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфаты и доступном воздействию света, тепла, электричества и т. п., химически образовался белок, способный к дальнейшим все более сложным превращениям, то этот белок немедленно был бы разрушен или поглощен, что было невозможно в период до возникновения живых существ.
Чарлз Дарвин
Из этой главы вы узнаете, что вопрос о происхождении жизни на Земле, а также, вероятно, и на других планетах иных звездных систем волновал человека с той поры, как он начал осознавать себя Человеком, стал познавать себя и окружающий мир. Первые попытки теоретического разрешения вопроса о происхождении жизни на Земле восходят к глубокой древности и носят отпечаток тех общих воззрений на живую природу, которые свойственны каждой эпохе. Вы познакомитесь с современными представлениями о возникновении жизни; узнаете, какие вопросы остаются неразрешенными до настоящего времени.
2.1. История представлений о возникновении жизни
Многотысячелетняя история Homo sapiens знала не одну гипотезу о путях возникновения жизни и о месте человека в системе живых существ.
В этом вопросе с древности существуют две противоположные точки зрения, одна из которых утверждает возможность происхождения живого из неживого – теория абиогенеза; другая – теория биогенеза – отрицает самопроизвольное зарождение жизни. Последнее воззрение при дальнейшем развитии приводит к выводу, что жизнь столь же стара, как и неживая материя. Вокруг этих двух направлений и происходила борьба в вопросе о возникновении жизни на всем протяжении истории науки.
Современные воззрения позволяют только поставить этот спор на строго научную почву и тем самым обосновать правильность теории абиогенеза. Они дают возможность наметить те факторы, которые привели к превращению неживой материи в живую, и те пути эволюции веществ, которые могли привести к возникновению живого.
2.1.1. Представления древних и средневековых философов
Общий уровень знаний в древнем мире был невысок, и господствовавшие в то время представления отличались своей фантастичностью. Особенно это относится к такому явлению, как размножение. Так, греческий философ Эмпедокл (V в. до н. э.) приписывал деревьям способность нести яйца. Неудивительно поэтому, что даже такой крупный ученый, как Аристотель (IV в. до н. э.), высказывал аналогичные, нелепые с нашей точки зрения, взгляды. Незнание способов размножения многих животных и растений служило, по-видимому, причиной того, что для них считалась возможной способность возникновения живых существ из мертвых остатков или из неорганических веществ. Например, вшам Аристотель приписывает происхождение из мяса, клопам – из соков тела животных, а дождевым червям – из ила прудов.
Взгляды на происхождение жизни в средние века следует также расценивать как следствие невежества, которое по мере накопления положительного знания уступало место более правильным представлениям. Однако, поскольку авторитет Аристотеля поддерживался средневековой церковью, идея самопроизвольного зарождения господствовала в умах длительное время и направляла средневековых алхимиков на поиски рецепта искусственного превращения неживого вещества в живую материю. Сюда относятся рецепты приготовления мышей из пшеницы при помощи «фермента», исходящего от грязной рубашки; приготовление человека из гниющих жидкостей человеческого тела – мочи и крови, а также многие другие.
В более позднее время открытие микроскопа расширило представления о строении организма и показало сложность строения таких, например, существ, как насекомые, которые до того причислялись к просто устроенным организмам. Соответственно этому была взята под сомнение и сама возможность их зарождения из неживого.
Первые опыты в этом направлении были проведены итальянским ученым Ф. Реди (середина XVII в.). Он накрыл мясо кисеей, не ограничивающей доступ воздуха, и показал, что при этом на мясе не появляется личинок мясной мухи, которая обычно откладывает оплодотворенные яйца на гниющем мясе. Таким образом, и для этих насекомых оказался справедливым принцип «все живое – из живого». Чрезвычайно важны в этом отношении взгляды английского ученого В. Гарвея (XVII в.). В результате изучения размножения организмов он провозгласил принцип «все живое – из яйца». Правда, и Гарвей отдал дань представлениям своей эпохи, допуская возможность самозарождения для таких животных, как насекомые или черви.
С другой стороны, благодаря микроскопу было открыто существование огромного числа мельчайших живых существ, организованных еще проще, чем насекомые, черви и другие из ранее известных животных. К этому следует добавить еще микроорганизмы, в огромных количествах заселяющие растворы органических веществ. Все эти обстоятельства благоприятствовали тому, что идея самозарождения получила кажущееся подкрепление.
Среди работ этого направления следует отметить первые по времени экспериментальные исследования ирландского священника Д. Нидгема (1748), который закупоривал колбы, наполненные питательным раствором, и подвергал их нагреванию на тлеющих углях. Высокая температура, по мнению автора, должна была убить все зародыши, которые могли бы проникнуть в колбу извне. Тем не менее спустя несколько дней в колбах в изобилии появлялись микроорганизмы, что служило для Нидгема неопровержимым доказательством их зарождения из неживой материи.
Взгляды и исследования Нидгема нашли широкий отклик среди ученых того времени и долго еще служили опорой теории самозарождения. Многие ученые повторяли и модифицировали опыты ирландского священника, но не всегда получали одинаковые результаты.
2.1.2. Работы Л. Пастера
Окончательное поражение воззрениям о самозарождении нанесли блестящие исследования французского микробиолога Л. Пастера, проведенные в семидесятых годах XIX столетия. Успех этих работ был подготовлен всем предшествующим развитием проблемы.
Пастер придал своим заключениям исключительную убедительность благодаря прекрасно задуманным и осуществленным им экспериментам. Последние имели целью не только доказать правильность положений теории автора, но и выявить ошибки его противников и вскрыть причины отдельных неудач его предшественников.
Пастер заполнял баллон питательной средой, а шейке колбы придавал S-образную форму. Кипячением из баллона выгонялся воздух, который при остывании жидкости возвращался обратно. Микроорганизмы из воздуха при этом оседали на изгибе шейки, и жидкость в баллоне оставалась стерильной неопределенно долго. Стоило только отрезать шейку колбы, как через несколько дней в жидкости появлялись бактерии. Появления их можно было также добиться, наклоняя баллон и смывая микроорганизмы, осевшие в изгибе трубки.
Работы Пастера явились переломным моментом в истории учения о происхождении жизни. Вопрос о самозарождении в том виде, в каком он был поставлен, разрешился в отрицательном смысле, и принцип «все живое – из живого» для всех известных существ мог по праву считаться справедливым и не знающим ни одного исключения.
Вопрос о происхождении жизни, однако, не был разрешен опытами Пастера – он был только заново поставлен, но на этот раз вполне научно. Тому способствовали расширение и углубление представлений о жизни, особенно учение о клетке как основе жизни, и развитие физико-химических наук. После работ Пастера в области исследований о происхождении жизни ни микроорганизмы вообще, ни даже наиболее просто устроенные их представители не рассматриваются больше как источники появления в современных условиях более сложных живых существ. Вопрос этот переносится на клетку с ее сложным химическим составом и строением. Проблема получает более конкретную формулировку, ибо ставится вопрос не только о происхождении простейшей клетки, но и о возможности ее искусственного создания из неорганических веществ.
