Розділ третій

Як зародилося життя?

НАША планета дуже багата на різні форми життя. Від засніжених просторів Арктики до вологих тропічних лісів Амазонії, від пустельної Сахари до заболоченого Еверґлейдсу, від темних глибин океану до сліпучих гірських вершин — скрізь вирує життя. І хоч би куди ми зазирнули, всюди на нас чекають великі дива.

Світ живого просто вражає уяву багатством видів і розмірів, а також кількістю своїх мешканців. По нашій планеті метушливо повзає й дзижчить у повітрі мільйон видів комах. А у воді навколо нас плаває понад 20 000 видів риб — деякі розмірами завбільшки з рисове зернятко, інші ж такі довгі, як вантажівка. Суходіл прикрашений принаймні 350 000 видів рослин — декотрі з них чудернацькі, але більшість — дуже гарні. Крім того, в небі над нами літає понад 9000 видів птахів. І всі ці створіння разом з людиною створюють живу картину, чарівну симфонію, яку ми називаємо Життям.

Розмаїття в природі справді неповторне, тому ще неймовірнішою здається велика єдність, яка існує між жителями Землі. Біохіміки, які скрупульозно досліджують земні створіння, кажуть, що все живе — чи то амеба, чи людина — залежить від дивовижної взаємодії — співпраці нуклеїнових кислот (ДНК і РНК) та білкових молекул. Складні процеси за участю цих сполук відбуваються майже в усіх клітинах нашого тіла, так само як і в клітинах колібрі, левів та китів. Ця однотипна взаємодія творить чудову мозаїку життя. Як виникла така гармонійна  організація життя? Як же насправді зародилося життя?

Мабуть, ви погоджуєтеся з думкою, що був час, коли на Землі не існувало життя. Цей погляд підтримується як у наукових, так і в релігійних книжках. Проте ви, можливо, знаєте, що ці два джерела — наука й релігія — зовсім не однаково пояснюють походження життя на Землі.

 Мільйони людей з найрізноманітнішою освітою вірять, що життя на нашій планеті — діло рук розумного Творця, першого Конструктора. З ними не погоджується багато науковців, які кажуть, що життя виникло з неживої матерії у результаті довгого ланцюга різних хімічних реакцій — просто завдяки випадку. На чиєму ж боці правда?

Не варто думати, що ця проблема аж ніяк не може вплинути на нас та наш пошук змістовнішого життя. Як уже зазначалося, одне з найосновніших питань, на які люди намагаються відповісти, звучить так: «Звідки ми, живі розумні особи, взялися?»

Більшість наукових підручників зосереджуються на пристосуванні та виживанні живих організмів, а не на важливішій справі — питанні про саме походження життя. Можливо, ви помітили, що спроби пояснити виникнення життя зводяться переважно до таких узагальнень: «Внаслідок зіткнення молекул протягом мільйонів років якось з’явилося життя». Але чи подібна відповідь може справді задовольнити? Це мало б значити, що під впливом сонячної енергії, вулканічного тепла та розрядів блискавок частина неживої матерії стала рухатися, організовуватися й зрештою ожила — без жодної сторонньої допомоги. Який грандіозний стрибок! Від неживого — до живого! Однак чи могло таке статися?

У часи середньовіччя було досить легко прийняти таку ідею через поширені тоді уявлення про самозародження — тобто, що життя могло виникнути самочинно з неживої матерії. Зрештою в XVII столітті італійський лікар Франческо Реді довів, що личинки з’являються у гнилому м’ясі лише після того, як мухи відкладуть там свої яйця. У м’ясі ж, до якого не дісталися мухи, личинки не з’являються. Ну, добре,  такі порівняно великі створіння, як мухи, не могли виникнути самі по собі, але звідки беруться мікроби, яких — накривай їжу чи не накривай — завжди в ній повно? Хоча пізніші досліди виявили, що мікроби не зароджуються спонтанно, питання не було вирішене остаточно. І тоді подав свій голос Луї Пастер.

Багато хто пам’ятає роботу Пастера над вирішенням проблем, пов’язаних з ферментацією та інфекційними хворобами. Він також провів експерименти, щоб з’ясувати, чи могли крихітні форми життя виникнути самі по собі. Можливо, ви читали про його досліди. Пастер довів, що навіть мікроскопічні бактерії не з’являються у стерилізованій воді, захищеній від забруднення. У 1864 році він проголосив: «Доктрина про самозародження уже ніколи не отямиться після смертельного удару, завданого їй цим простим експериментом». Його слова і далі залишаються правдивими. Ще нікому й ніколи не вдавалося створити життя з неживої матерії.

Звідки ж тоді взялося життя на Землі? У наші часи спроби відповісти на це запитання робилися ще в 1920-х роках у праці російського біохіміка Олександра Івановича Опаріна. З часом він разом з іншими вченими запропонували щось схоже на сценарій драми на три дії, в якій показується, що́ відбувалося (за твердженням авторів) на «сцені» планети Земля. У першій дії зображено, як земні елементи, або сировина, перетворюються в групи молекул. Тоді настає черга переходу до великих молекул. І в останній дії драми показується стрибок до першої живої клітини. Проте чи справді усе так відбувалося?

В основі цієї драми лежить ідея, згідно з якою первинна атмосфера Землі дуже відрізнялася від нинішньої. За однією теорією припускають, що вільного  кисню тоді майже не існувало і що з азоту, вуглецю й водню утворився аміак та метан. Вважається, що коли атмосферу з цих газів і водяної пари прошивали блискавки й ультрафіолетове проміння, то як наслідок виникали цукри й амінокислоти. Але пам’ятайте: це лише теорія.

За цією драмою-теорією, такі молекулярні сполуки випадали з дощами в океани або інші водні басейни. З часом цукри, кислоти та інші сполуки  накопичились у воді й виник первинний «пребіотичний бульйон», в якому амінокислоти, наприклад, об’єдналися в білки. Продовжуючи цей теоретичний розвиток подій, вчені кажуть, що інші молекулярні сполуки — нуклеотиди — створили ланцюжки й стали нуклеїновими кислотами, як-от ДНК. Все це, за припущеннями, підготувало «сцену» для заключної дії молекулярної драми.

Останню дію, котра не підтверджена документально, можна описати як любовний роман. Якось зустрілися молекули білка з молекулами ДНК. Вони впізнали одні одних, обнялися, а потім, не встигла ще завіса опуститися, народилася перша жива клітина. Якби вам довелося спостерігати за цією драмою, ви б, мабуть, задумалися: «То справжня історія чи вигадка? Чи могло життя на Землі й справді так з’явитися?»

Генезис у лабораторії?

На початку 50-х років нашого століття вчені приступили до випробування теорії Олександра Опаріна. Те, що життя повстає тільки з життя, було встановленим фактом. Все ж учені припустили, що коли умови в минулому відрізнялися від сучасних, то життя могло повільно повстати з неживої матерії. Чи можна було це довести експериментально? Науковець Стенлі Л. Міллер, працюючи в лабораторії Гарольда Юрі, наповнив сумішшю водню, аміаку, метану та водяної пари (припускаючи, що все це було в первинній атмосфері) герметичний апарат, на дні якого кипіла вода (вона служила первинним океаном), і став пропускати через цю суміш газів електричні іскрові розряди (імітуючи блискавиці). За тиждень рідина в апараті набула бурого  кольору. Дослідивши її, Міллер виявив велику кількість амінокислот — «цеглинок» білків. Мабуть, ви чули про цей дослід, бо роками про нього писали наукові посібники та шкільні підручники так, нібито він пояснює, як виникло життя на Землі. Але чи справді?

Сьогодні значення досліду Міллера серйозно ставиться під сумнів. (Дивіться інформацію в рамці «Класичний, але сумнівний», сторінки 36, 37). Однак його гаданий успіх дав поштовх іншим дослідам, внаслідок яких вдалось отримати навіть сполуки, що входять до складу нуклеїнових кислот (ДНК або РНК). Фахівці у цій галузі (деколи їх називають науковцями, що вивчають проблеми походження життя) були сповнені оптимізму, бо нібито зуміли відтворити першу дію молекулярної драми. І здавалося, що лабораторні варіанти інших двох дій не забаряться. Один професор хімії заявив: «Пояснення того, як завдяки еволюційному механізмові виникли примітивні живі системи, уже не за горами». За словами автора наукових статей, «знавці припускають, що вчені, подібно до доктора Франкенштейна із роману Мері Шеллі, примудряться невдовзі створити у своїх лабораторіях живі організми і таким способом продемонструють в усіх подробицях, як з’явилося життя». У ті часи багато хто думав, що таємницю спонтанного зародження життя уже розгадано. (Дивіться інформацію в рамці на сторінці 38).

 Погляди міняються, загадки залишаються

Проте у наступних роках цей оптимізм розвіявся. Минули десятиліття, а секрети життя залишилися нерозгаданими. Приблизно через 40 років після свого експерименту професор Міллер сказав у інтерв’ю журналу «Саєнтифик америкен»: «Проблема походження життя виявилася набагато складнішою, ніж я і більшість людей собі уявляли». Інші вчені теж змінили свій погляд. Наприклад, у 1969 році за співавторством професора біології Діна Г. Кеньйона вийшла у світ книжка «Біохімічне приречення» (англ.). Але ближче до наших часів професор дійшов висновку, що «самоорганізація матерії та енергії в живі системи без стороннього втручання абсолютно неправдоподібна».

 Лабораторні дослідження справді підтримують твердження Кеньйона, що «всі сучасні хімічні теорії походження життя мають суттєву ваду». Після того як Міллер та інші науковці синтезували амінокислоти, вчені вирішили спробувати створити білки та ДНК — дві важливі складові життя на Землі. Які ж були результати тисяч дослідів у так званих пребіотичних умовах? У книзі «Таємниця походження життя: переоцінка сучасних теорій» зауважується: «Існує разючий контраст між чималим успіхом у синтезі амінокислот і постійними невдачами у синтезі білка й молекули ДНК». Спроби створити останні сполуки відзначаються «незмінними невдачами».

Насправді таємницею залишається не лише те, як виникли перші молекули білка та нуклеїнової кислоти (ДНК чи РНК). Невідомо також, як вони співпрацюють. «Сьогоднішнє життя на Землі можливе лише завдяки співробітництву цих двох молекул»,— говориться в «Новій британській енциклопедії». Однак те, як виникло це співробітництво, залишається, за словами енциклопедії, «найнепіддатливішою проблемою походження життя». Справедливо сказано.

У додатку А, «Співпраця задля життя» (сторінки 45—47), подано в загальних рисах дивовижну співпрацю білків та нуклеїнових кислот у наших клітинах. Навіть такі короткі відвідини царства клітин нашого тіла викликають захоплення роботою вчених, що трудяться у цій галузі. Науковці пролили світло на неймовірно складні процеси, які, хоч і небагатьом відомі, відбуваються кожної миті нашого життя. Все ж приголомшлива складність і точність змушують нас повернутися до запитання: «Як усе це виникло?»

 Можливо, ви знаєте, що вчені, які вивчають питання походження життя, не залишили своїх спроб створити правдоподібний сценарій драми про появу життя. Але їхні нові варіанти не дуже переконливі. (Дивіться додаток Б, «Із «світу РНК» чи з інших світів?», сторінка 48). Наприклад, Клаус Дозе з інституту біохімії у Майнці (Німеччина) зауважує: «Сьогодні усі дискусії навколо основних теорій і дослідів у цій галузі або заходять у безвихідь, або ж змушують зізнатися в некомпетентності».

Навіть на Міжнародній конференції з питань походження життя, яка проходила 1996 року, не було запропоновано жодного розв’язання. Замість того, як повідомив журнал «Наука» (англ.), коло 300 присутніх там учених «намагалися розгадати таємницю появи молекул [ДНК і РНК] та їхнього еволюційного переходу до самовідтворних клітин».

Щоб дослідити й пояснити лише в загальних рисах, що відбувається у наших клітинах на молекулярному рівні, був необхідний розум та вища освіта. Тож чи логічно думати, що цей складний поступ спершу відбувся в «пребіотичному бульйоні» без будь-якого керівництва, спонтанно й чисто випадково? Чи, може, не так воно все просто?

Чому стільки загадок?

Сьогодні можна переглянути майже півстолітню історію теоретизувань і тисячі спроб довести, що  життя виникло само по собі. Зробивши це, важко не погодитися з Нобелівським лауреатом Френсісом Кріком. Стосовно теорій про походження життя, Крік зауважує, що «робиться надто багато припущень навколо надто малої кількості фактів». Тож зрозуміло, чому деякі вчені, дослідивши ці факти, доходять висновку, що життя надто складне, аби раптом виникнути навіть у добре обладнаній лабораторії, вже нічого не кажучи про неконтрольоване середовище.

Якщо передова наука не в силі довести, що життя могло з’явитися само по собі, чому ж тоді деякі науковці й далі не відступаються від таких теорій? Кілька десятків років тому професор Дж. Д. Бернал  дав деякі пояснення цього у книжці «Виникнення життя» (англ.): «Застосовуючи до питання [спонтанного виникнення життя] суворі канони наукового методу, можна з успіхом наочно продемонструвати у кількох місцях розповіді про формування життя, чому воно не могло виникнути; неправдоподібність цього надто велика, а ймовірність появи життя — надто мала». Він додає: «Але що ж робити, життя у всій різноманітності видів і діяльностей таки існує на Землі, і тому, щоб пояснити, як воно виникло, доводиться підтасовувати факти». Ситуація й досі не поліпшилась.

Задумаймось над суттю таких міркувань. Це майже те саме, що сказати: «З наукового погляду правильно говорити, що життя не могло з’явитися само по собі. Але спонтанне зародження життя — це єдиний варіант, який ми розглянемо. Тому просто необхідно підтасовувати факти, аби підтримати гіпотезу про спонтанне зародження життя». Чи вас задовольняє така логіка пояснення? Чи ж подібне міркування не вимагає «підтасовки» аж надто великої кількості фактів?

Проте є досвідчені, шановані вчені, які не бачать потреби підтасовувати факти, аби припасувати їх до загальнопоширеної філософії про походження життя. Радше вони дозволяють фактам вказати на логічний висновок. Яким фактам і на який висновок?

Інформація й розум

Професор Мацєй Ґертих, відомий генетик з Інституту дендрології Польської академії наук, даючи інтерв’ю у документальному фільмі, сказав:

«Ми виявили, що гени містять величезний обсяг інформації. Наука не в силі пояснити, як ця  інформація може виникнути спонтанно. Для її появи потрібно розуму; вона не може виникнути внаслідок випадкових подій. Просто мішаючи букви, не складеш слів». Він додав: «Наприклад, дуже складна система реплікації ДНК, РНК і білків у клітині мусила бути досконалою з самого початку. Інакше життєві системи не могли б існувати. Єдине логічне пояснення: джерелом цього величезного обсягу інформації є розум».

Чим більше ви дізнаєтеся про дива життя, тим логічнішим здається висновок: поява життя вимагає розумного джерела. Якого джерела?

Як зазначалося раніше, мільйони освічених людей роблять висновок, що життя на Землі мусило бути створене вищим розумом, конструктором. Так, дослідивши справу неупереджено, вони визнали, що навіть у нашу добу науки мудро погодитися з біблійним поетом, який колись давно сказав про Бога: «В Тебе джерело життя» (Псалом 36:10).

Незалежно від того, дійшли ви уже якогось певного висновку чи ні, розгляньмо тепер декотрі з див, що стосуються вас безпосередньо. Ця маленька «подорож» не лише буде дуже приємною, але й, можливо, проллє багато світла на питання, яке торкається нашого життя.

 [Рамка на сторінці 30]

Скільки шансів у випадку?

«Випадок і тільки випадок відповідальний за все — від первинного бульйону до людини»,— сказав лауреат Нобелівської премії Крістіан де Дюве, говорячи про походження життя. Але чи розумно вважати, що випадок призвів до життя?

Що таке випадок? Дехто розглядає випадок з погляду математичної ймовірності, коли шанси такі, як у грі «орел чи решка». Однак багато вчених, говорячи про походження життя, використовують «випадок» в іншому значенні. Не зовсім зрозуміле слово «випадок» вживається як замінник для більш чіткого терміну, скажімо, «причина», особливо коли причина невідома.

«Уособлювати «випадок», так, ніби ми говоримо про причину,— зауважує біофізик Дональд М. Мак-Кей,— це те саме, що робити недозволений перехід від наукової концепції до квазі-релігійних міфологічних ідей». Щось подібне сказав і Роберт Ч. Спраул: «Називаючи так довго невідому причину «випадком», люди почали забувати, що було здійснено заміну. ...Припущення «випадок прирівнюється до невідомої причини», стало означати для багатьох «випадок дорівнює причині».

Аргументацію «випадок дорівнює причині» використовував, наприклад, лауреат Нобелівської премії Жак Л. Моно. «Чиста випадковість — нічим не обмежена, але сліпа — [лежить] у самій основі дивовижної будівлі еволюції,— написав він.— Нарешті людина знає, що вона зовсім самотня в бездушній безмірності Всесвіту, в якому вона з’явилася лише завдяки випадку». Зауважте, він сказав: «ЗАВДЯКИ випадку». Моно робить те саме, що й багато інших,— він підносить випадок до рівня творчої першопричини. Випадку надається повноважень творця життя на Землі.

Словники визначають «випадок» як «припустимий безособовий і безцільний обумовлювальний фактор непояснимих подій». Отже, коли хтось говорить, що життя з’явилося завдяки випадку, він каже, що воно виникло завдяки невідомій причині. Чи може бути, що дехто говорить «випадок», маючи на увазі Творця?

[Рамка на сторінці 35]

«[Найменша бактерія] набагато більше подібна на людину, ніж суміш хімікалій Стенлі Міллера, бо вона уже має властивості цієї системи. Отже, перехід від бактерії до людини не такий великий, як від суміші амінокислот до тієї бактерії» (професор біології Лінн Маргуліс).

 [Рамка/Ілюстрація на сторінках 36, 37]

Класичний, але сумнівний

Дослід Стенлі Міллера, проведений 1953 року, часто наводять як доказ можливого самозародження в минулому. Але його пояснення дійсне лише за умови, що первісна атмосфера Землі мала «відновний характер». Це означає, що вона містила зовсім малу кількість вільного (хімічно незв’язаного) кисню. Чому була в цьому потреба?

У книзі «Таємниця походження життя: переоцінка сучасних теорій» (англ.) зауважується, що якби атмосфера була багатою на вільний кисень, то «ніякі амінокислоти не могли б навіть утворитися, а коли б завдяки випадку вони й виникли, то швидко б розпалися» *. Наскільки правдоподібне припущення Міллера про так звану первинну атмосферу?

У своїй класичній доповіді, опублікованій через два роки після досліду, Міллер написав: «Ці ідеї, безперечно, є припущеннями, бо немає впевненості, що атмосфера Землі мала відновний характер, коли [планета] формувалася. (...) Жодного прямого доказу цього ще не було знайдено» («Журнал американського хімічного товариства», англ., за 12 травня 1955 року).

Чи згодом такий доказ було знайдено? Приблизно через 25 років автор наукових статей Роберт С. Кауен повідомив: «Науковці мусять переглянути деякі зі своїх припущень. (...) Не вистачає доказів на підтвердження ідеї про дуже багату на водень і великою мірою відновну атмосферу, зате є факти, що свідчать проти цього» («Технологічний огляд», англ., квітень 1981 року).

А як розвивалися справи далі? В 1991 році Джон Горґан написав у «Саєнтифик америкен»: «Приблизно в останні десять років почали рости сумніви щодо припущення  Юрі та Міллера про атмосферу. Лабораторні досліди й комп’ютерні реконструкції атмосфери... викликають думку, що сонячне ультрафіолетове випромінювання, яке сьогодні затримується атмосферним озоном, зруйнувало б в атмосфері молекули, в основі котрих був водень. (...) Така атмосфера [із вуглекислого газу та азоту] не сприяла б синтезу амінокислот й інших провісників життя».

Чому ж тоді багато людей все ще вважає, що первинна атмосфера Землі, будучи бідною на кисень, мала відновний характер? У книжці «Молекулярна еволюція й походження життя» (англ.) Сідней В. Фокс і Клаус Дозе відповідають: в атмосфері мусило бути обмаль кисню, бо, по-перше, «лабораторні досліди показують, що кисень сильно перешкоджав би... хімічній еволюції» і, по-друге, такі сполуки, як амінокислоти, «не стійкі протягом геологічних періодів у присутності кисню».

Чи ж ці доводи самі не потребують доведення? Стверджується, що первинна атмосфера мала відновний характер, бо самозародження життя інакше не могло відбутися. Але немає жодної гарантії, що вона була відновною.

Є ще одна вагома деталь: якщо суміш газів представляє атмосферу, електричний розряд — блискавку, а кипляча вода — море, роль чого або кого тоді виконує науковець, який проводить дослід?

[Примітка]

[Рамка на сторінці 38]

Лівообертаючі й правообертаючі

Із близько 100 амінокислот, відомих нині, лише 20 входять до складу білків — і всі вони лівообертаючі. Коли науковці синтезують амінокислоти в лабораторії, імітуючи те, що, на їхню думку, могло відбуватися в пребіотичному бульйоні, вони отримують однакову кількість правообертаючих і лівообертаючих молекул. «Такий розподіл 50 на 50,— зауважувалося в газеті «Нью-Йорк таймс»,— не характерний для життя, яке залежить лише від лівообертаючих амінокислот». Чому живі організми складаються тільки з лівообертаючих амінокислот — залишається «великою таємницею». Навіть амінокислоти, знайдені в метеоритах, «свідчили про сильне переважання лівообертаючих форм». Д-р Джеффрі Л. Бейда, котрий вивчає проблеми, пов’язані з походженням життя, сказав, що «якийсь позаземний вплив, мабуть, відіграв свою роль у визначенні того, чи стануть біологічні амінокислоти лівообертаючими чи правообертаючими».

[Рамка на сторінці 40]

«Ці досліди... приписують абіотичному синтезу те, що насправді задумала й зробила неймовірно розумна і дуже біотична людина, намагаючись підтвердити ідеї, в які вона свято вірить» («Походження й розвиток живих систем», англ.).

 [Рамка/Ілюстрація на сторінці 41]

«Умисна інтелектуальна дія»

Британський астроном сер Фред Хойл десятиліттями вивчав Усесвіт та життя в ньому й навіть підтримував ідею про занесення життя на Землю з космосу. На лекціях у Каліфорнійському технологічному інституті він розглядав порядок амінокислот у білках.

«Велику проблему для біології,— сказав Хойл,— створює не стільки голий факт, що білки побудовані з ланцюжка амінокислот, з’єднаних між собою особливим чином, як те, що цей чіткий порядок розміщення амінокислот наділяє ланцюжок дивовижними властивостями... Якби амінокислоти з’єднувалися хаотично, існувала б незліченна кількість структур, зовсім не придатних для живої клітини. Коли взяти до уваги те, що ланцюжок звичайного ферменту складається приблизно з 200 ланок і що для кожної ланки є 20 можливостей, то не складно побачити, що число непридатних структур було б просто колосальне, більше, ніж число атомів у всіх галактиках, видимих у найбільші телескопи. Так стоїть справа лише з одним ферментом, а їх понад 2000 і майже кожен з них виконує іншу роль. Тож як виникла уся ця складна система?»

Хойл додав: «Замість вірити у фантастично малу ймовірність появи життя внаслідок сліпих сил природи, ліпше, мабуть, припустити, що воно виникло в результаті умисної інтелектуальної дії».

[Рамка на сторінці 44]

Професор Майкл Дж. Біхі сказав: «Людина, котра не обмежує свої пошуки першопричинами, які не мають нічого спільного з інтелектом, зробить однозначний висновок, що багато біохімічних систем були сконструйовані. Вони не були сконструйовані законами природи, випадково й через потребу в них, а радше були заплановані. (...) Життя на Землі на його найбільш фундаментальному рівні, з його найважливішими компонентами є продуктом розумної діяльності».

[Схема/Ілюстрація на сторінці 42]

(Повністю форматований текст дивіться в публікації)

Навіть після побіжного ознайомлення із загадковим світом і складними функціями будь-якої клітини організму виникає запитання: «Як усе це повстало?»

• Клітинна мембрана

Зона контролю за тим, що надходить у клітину й залишає її межі.

• Ядро

Центр управління клітиною.

• Хромосоми

Містять ДНК — генетичний план.

• Рибосоми

Місце синтезу білків.

• Ядерце

Місце монтажу рибосом.

• Мітохондрія

Центр виготовлення молекул, які постачають клітину енергією.

[Ілюстрація на сторінці 33]

Сьогодні багато вчених визнає, що складні, необхідні для життя молекули не могли утворитися спонтанно в якомусь пребіотичному бульйоні.