Наверное, уважаемые читатели, вас удивил совершенно необычный заголовок этой статьи. В нем автор попытался передать вероятность случайного возникновения самого простейшего белка — который сам по себе жизнью не является, а является лишь одним простейшим кирпичиком самой простейшей живой клетки. На самом деле, даже эти многочисленные нули не передают всю ничтожность вероятности случайного возникновения белка. Для того, чтобы приблизить это «число» к реальному нужно было бы заполнить нулями все две страницы на которых вы прочитаете эту статью. Но и это, на самом, деле не так. Для того, чтобы это «число» приблизить к «реальному» надо было бы заполнить нулями весь этот номер. И этого было бы мало. Предположим, что здесь математика не может даже отобразить все количество нулей, которое потребуется для того, чтобы реально передать процентную вероятность случайного возникновения жизни на Земле. И не факт, что после всех этих нулей будет стоять хотя бы одна единица

Так как же тогда возникла наша жизнь? Что это — случайное совпадение или у жизни есть Творец? Как возникла самая первая живая клетка? Как возникли ее кирпичики белки? Об этом очень ярко и интересно рассказали создатели фильма «Мифы эволюции: Происхождение». А мы попробуем пересказать вам содержание этого потрясающего научного фильма

Что случилось?

«Вселенная с легкостью могла бы остаться безжизненной. Это поразительная удача, что мы здесь» (Ричард Докинз, биолог-эволюционист).

По оценкам астрономов, диаметр наблюдаемый Вселенной составляет 90 миллиардов световых лет. Это больше, чем 500 миллиардов триллионов миль от одного края космоса до другого. Вселенная включает в себя, по меньшей мере, 170 миллиардов галактик со столь многочисленными звездами и планетами, что их больше, чем песчинок на всех пляжах мира.

Расположенная в этом космическом океане сфера из воды и камня, т. е. планета Земля — является домом более, чем для восьми миллионов видов живых организмов. Эта реальность вдохновила появление множества гипотез, бесчисленных теорий и одного очень интересного вопроса: какова была вероятность того, что на третьей планете от Солнца, вращающегося в спиральном рукаве галактики Млечный Путь, могла когда-то появиться жизнь? Нам просто невероятно повезло или было нечто большее, чем слепой случай и произвольное взаимодействие материи и энергии?

Дизайн, случай и первая жизнь на Земле

Нам, как обитателям Земли очень легко воспринимать жизнь, как должное. И, в самом деле, ее изобилие — избаловало нас. Климат и географические факторы сохраняют биосферу, которая, возможно, является уникальной во Вселенной. И, практически, нет такого места, где настолько жарко или холодно, или оно настолько удалено, что живые организмы не могли бы процветать. На фоне этого впечатляющего многообразия, возможно, самый большой вопрос, с которым когда-либо сталкивалась наука, приходит от каждого насекомого секвойи и кита: как появилась первая жизнь в тот момент, когда еще не было вообще никакой жизни? Как возникла жизнь на Земле?

Пол Нельсон, биолог, философ, университет Байола: — С чего мы начнем? Я имею в виду то, что есть десятки теорий и вы обнаруживаете невероятное многообразие мнений, многие из которых противоречат друг другу. Чтобы просто попытаться разгадать тайну, вам придется выдвинуть предположение о том, что произошло в далеком прошлом. Нет прямых свидетельств, потому что никто не был там, чтобы наблюдать это событие. И нет практически никаких свидетельств в летописи ископаемых. Что мы никогда не наблюдаем сегодня? То, как неживые химические вещества сами собой образуют живую клетку. Таким образом, по сути, у нас есть область исследований, где главные события уже произошли — говорит Пол Нельсон.

Начальная история Земли — это, действительно, неполное повествование. Тем не менее, несмотря на отсутствие вещественных свидетельств, большинство ученых считают, что жизнь появилась, когда под воздействием энергии, из неживой материи в океанах, коре и атмосфере планеты, стали создаваться строительные блоки для первой самовоспроизводящейся клетки.

Пол Нельсон: — Когда вы подходите к проблеме происхождения жизни, требования, не самой науки, а лежащего в ее основе мировоззрения, эти требования говорят, что для решения проблемы вы можете использовать материю и энергию. А так же законы природы, хаос и случайные процессы. Но это все, что есть в вашем арсенале. То, что вам принципиально не разрешается использовать, по так называемым правилам науки, — это Разум или Интеллект. Если бы вам пришлось дать имя этой позиции, то вы бы не смогли придумать ничего лучше, чем «научный материализм». Это философия, которая утверждает, что единственное приемлемое объяснение должно быть дано только в терминах материи и энергии. И если вы не можете решить проблему с помощью этих инструментов, вам не разрешается изменять правила.

Итак, с этой точки зрения: как появилась жизнь только благодаря материи и энергии? Давайте попытаемся разрешить проблему, — предлагает Пол Нельсон.

Модель клетки. Все живые организмы, которые когда-либо существовали на Земле, состоят из клеток. И ключи к разгадке их происхождения находятся в сложном комплексе молекулярных устройств.

Внутри эукариотической клетки сложные биологические механизмы работают в жидкой среде. Каждое из этих молекулярных устройств не является живой структурой. Но вместе они обеспечивают рост, движение, метаболизм, и размножение — важнейшее проявление жизни.

Каждый компонент в этой клеточной фабрике сделан из больших сложных молекул и наиболее многочисленные из них — это белки.

Тип белка: РНК полемераза. Белки функционально разнообразны, но создаются на основе генетической информации, скопированной с раскрученной нити ДНК. Ускорять химические реакции при точном соответствии белка, фермента субстрату реакции. Контролировать проход электролитов и питательных веществ через клеточную мембрану. Транспортировать «контейнеры с грузом» — так же построенные из белков, которые постоянно самособираются в клетке в тех местах, где они необходимы.

Увеличенная в 500 тысяч раз красная кровяная клетка содержит 280 миллионов молекул белка гемоглобина, каждая из которых предназначена для переноса кислорода. Выделив одну и них, мы обнаруживаем, что каждая молекула белка, состоит из сотен более мелких молекул, называемых аминокислоты. В живых организмах обнаружено 20 различных типов аминокислот. Они образуют более 100 тысяч различных типов белков с определенной химической структурой.

Формирование белка начинается, когда строго определенные аминокислоты объединяются в единую цепочку. Это процесс, который часто сравнивают с группировкой букв в осмысленные слова и предложения. Ели эти отдельные строительные блоки собраны правильно, цепочка сворачивается в белок, полностью готовый для выполнения своей функции в клетке. Но если аминокислоты расположены в неправильном порядке, цепочка не будет сворачиваться и, в конечном итоге, распадется.

Простейшая живая клетка содержит, по меньшей мере, 300 различных типов белков и биологические механизмы, необходимые для роста, размножения, преобразования энергии, хранения и обработки генетической информации, а, так же, для защиты содержимого клетки от внешней среды (мембрана). Такие же компоненты и функции должны были быть и в самой первой живой клетке на Земле.

Теперь давайте применим эту базовую химию к известной теории происхождения жизни. Ученые длительное время строили предположения о первобытных океанах, наполненных аминокислотами, которые везде плавали и сталкивали как машинки на детском автодроме. Возможно, некоторые из этих случайных столкновений образовали цепочку достаточно длинную, чтобы сложиться в белок. Позднее аминокислоты соединились в еще большее количество цепочек, которые свернулись в еще большее количество белков. Одновременно другие сложные молекулы, включая нуклеиновые кислоты, жиры и сахара, так же собрались в важнейшие структуры.

Затем без плана и инструкции правильная комбинация молекул каким-то образом сложилась в этом химическом бульоне, чтобы сформировать мембрану, которая заключила в себя все специфические устройства, которые необходимы для самовоспроизводящейся клетки. И вот мы имеем жизнь и неживой материи.

Пол Нельсон: — Знаете, все это звучит так логично. Проблема в том, что на ранней Земле сложность живой структуры, необходимая для ее существования должна была быть ошеломляющей. Потому что жизнь, как нам известно, характеризуется множеством молекулярных устройств. И если вы уберете хоть что-то из этого необходимого «оборудования», клетка перестанет существовать. Потому что есть предел, за которым вы не можете стать проще и все еще существовать! «Проще», в данном случае, означает — смерть.

Иногда можно услышать критику: вы не можете взять свойства современной клетки и экстраполировать их в прошлое. Потому что, какой бы ни была первая клетка, она была намного проще, чем то, что мы видим сегодня. Хорошо, я могу поиграть с этим предположением. Опишем первую клетку, — предлагает биолог Пол Нельсон.

Если вы собираете стать первой живой клеткой, вам нужна граница — оболочка, мембрана, которая защищает вас от окружающей среды. Эта мембрана должна избирательно пропускать определенные питательные вещества, исходный материал для топлива и энергии.

Вы так де должны хранить огромный объем генетической информации в спиральных нитях ДНК. Эти подробные инструкции для жизнедеятельности клетки копируются с поразительной точностью.

Затем на «фабриках», называемых рибосомами, эта информация реализуется в цепочках аминокислот и полноценных белках. Наконец, вы оснащены всех необходимым для воспроизведения будущих поколений клеток.

Пол Нельсон: — Все живые организмы осуществляют эти базовые функции, которые, по сути, и определяют, что значит быть живым. Итак, были ли вы клеткой в прошлом — очень простой клеткой или более сложной клеткой сегодня, это не имеет значения, вам придется выполнять эти функции, — заявляет биолог Пол Нельсон.

«Большинство химиков, как и я, считают, что жизнь возникла спонтанно из смесей молекул на добиологической Земле. Как? Я не знаю» (Джордж Вайтсайдс, химик, Гарвардский университет).

Несмотря на огромные препятствия, идея о том, что жизненно важные вещества когда-то сами организовывались в живую клетку, высказывается, по меньшей мере, в течении 150-ти лет.

Рисунок Дарвина и склянка Опарина

В 1871 год Чарльз Дарвин написал письмо, в котором изобразил теплый небольшой водоем, наполненный всеми необходимыми для создания жизни химическими веществами. Полвека спустя русский биохимик Александр Опарин развил идеи Дарвина. В своей книге «Происхождение жизни» он рассуждал о первобытном бульоне и постепенном переходе от простых химических соединений к живой клетке.

Затем в 1952 году эту гипотезу попытались проверить. Стенли Миллер, выпускник Чикагского университета, решил выяснить, могут ли в простых химических реакциях образоваться строительные блоки жизни? Молодой ученых сконструировал стеклянный аппарат, имитирующий древний круговорот воды и наполнил его смесью газов, которые, как считалось, составляли атмосферу примитивной Земли. Миллер нагрел компоненты, затем зарядил газы молниями — электрическими искрами — чтобы вызвать реакцию. Через несколько дней в стеклянной емкости образовался дегтеобразный осадок. В нем Миллер обнаружил четыре из 20-ти аминокислот, которые присущи белкам. Впервые в предлагаемых естественных условиях из материи, при использовании энергии, были созданы молекулы, имеющие решающее значение для жизни.

Тимоти Стандиш, биолог, Исследовательский институт наук о Земле: — Было огромное воодушевление, когда результат эксперимента Миллера впервые опубликовали, потому что казалось, что легко получить строительные блоки живых существ. И если не трудно получить строительные блоки, возможно, было не так сложно продвинуться от этих химических веществ до первых живых клеток? — спрашивает Т. Стандиш

Хотя инноваторский по своему замыслу эксперимент Стенли Миллера позднее оказался глубоко ошибочным, поскольку он взял не те газы, не приняв во внимание азот, углекислый газ и кислород (что разрушило бы молекулы, необходимые для жизни на ранней Земли)… Но, несмотря на эти ошибки, работа Миллера вдохновила на новые попытки воссоздания добиологических условий.

Сегодня, после десятилетий исследований, надежда на быстрый и ясный путь к решению проблемы, давно угасла… Тем не менее, изучение вопроса о происхождении жизни, продолжается по всему миру. Основная гипотеза, что живые клетки возникли из химических веществ. Она известна как «химическая эволюция».

Тимоти Стандиш: — Химическая эволюция проходит с большим багажом. И если вы собираетесь воспринимать ее в качестве объяснения происхождения жизни, то вам так же необходимо серьезно отнестись к некоторым фундаментальным основам биологии, — говорит Т. Стандиш.

Глупые молекулы

Энн Гаугер, биолог, Институт биологии: — Молекулы, входящие в живую структуру не обладают разумом. Они не умеют предвидеть. У них нет возможности узнать, что им делать дальше, чтобы собраться в живую систему.

Если я помещу аминокислоты в пробирку в своей лаборатории, даже если я добавлю тепла и хорошенько встряхну ее и буду продолжать это делать в течении ста лет и тысячи лет и десяти тысяч лет или миллиона лет… ничего не произойдет… — заявляет Энн Гаугер.

Пол Нельсон: — Аминокислоты, нуклеотиды, липиды, — сами по себе — не живые. Они инертны. Они не воспроизводятся, они не хранят информацию, они неразумны. Они не просыпались утром и не говорили: «эй, давайте все соберемся вместе и построим клетку, которая может самовоспроизводиться!» Химическим веществам все равно — живо что-то или нет…

Естественный отбор

Энн Гаугер: — Естественный отбор не будет работать для того, чтобы сделать первую на Земле живую клетку. Он не может действовать, если у него не будет наследственного аппарата и возможностью управлять изменчивостью признаков. А затем выбрать самый приспособленный организм и двигаться дальше.

Пол Нельсон: — Для естественного отбора вам нужны клетки. Поэтому, если вы пытаетесь объяснить их происхождение, вы не можете использовать этот отбор, потому что отбор требует существования именно того, чье происхождение вы пытаетесь объяснить.

Тимоти Стандиш: — Естественный отбор должен работать на клетке, которая имеет генетический аппарат и способна к размножению. Без этого естественный отбор не существует.

Самоорганизация

Тимоти Стандиш: — Самоорганизация — это идея о том, что химические вещества могут каким-то образов организовывать себя, что превращает их в объекты, обладающие информацией и целенаправленным действием. Молекулы и атомы могут самоорганизовываться только в одном смысле. Возьмем, к примеру, нашу обычную пищевую соль. Соль содержит ионы натрия и хлора, которые взаимодействуют друг с другом, поскольку имеют положительный и отрицательный заряды.

Энн Гаугер: — Таким образом, естественное притяжение приводит к образованию множества молекул хлорида натрия — соли. Которые затем упорядоченно самособираются, образуя кристаллическую решетку.

Кристаллы соли — это одни и те же молекулы хлорида натрия, однотипно расположенные в кристаллической решетке. Если бы кристалл был книгой одного слова: «соль, соль, соль, соль, соль, соль…».

Пол Нельсон: — Регулярные повторы в геометрических формах, подобные этой не несут нужной информации, которая вам понадобится, скажем, для создания белка. Последовательность, которую мы видим в белке очень нерегулярна. Невозможно предсказать, какая аминокислота будет следовать за той, которую вы уже видели. Таким образом, самоорганизация, которую мы наблюдаем в природе — это не тот процесс, который может привести к построению богаты информацией структур у живых существ.

Что осталось?

Тимоти Стандиш: — Таким образом, как только вы устраняете естественный отбор и самоорганизацию… И вы понимаете, что молекулы не способны ни думать, ни планировать наперед, поднимает свою отвратительную голову «случай». А ученые ненавидят случаи в качестве объяснения возникновения жизни — говорит Т. Стандиш.

Итак, почему же случай является таким неудовлетворительным объяснением? Возможно, потому что многие аналитики проделали расчеты и понимают нулевую вероятность на успех.

Случайность определяется как неизвестный и непредсказуемый элемент в любом событии, который не имеет предшествующей причины или не управляется ни законом природы, ни разумным объектом.

Начиная с XVII века, для прогнозирования исхода таких событий, постоянно использовался один инструмент. Он называется математической вероятностью. Вот как работает эта теория в общих чертах.

Когда вы подбрасываете монету и говорите орел или решка, вероятность того, что монета упадет на нужную сторону — 50 процентов или один шанс из двух. Подбросьте две монеты и вероятность того, что выпадут две нужны стороны одновременно — один шанс из четырех. Три монетки и три нужных стороны с одной попытки — один шанс из восьми. Четыре — один из 16-ти. Пять — один из 32 и т. д. Каждый раз, когда добавляется еще одна монета, вероятность успеха, когда все монетки падают на нужную сторону за один бросок экспоненциально уменьшается кратно двум. Таким образом, если брошено 10 монет, вероятность того, что все упадут на одну сторону за один бросок — 1 к 2 в 10-й степени (или менее одного шанса из тысячи).

Применительно к происхождению жизни и случайному образованию больших биомолекул теория вероятности дает ограничения для случая в качестве созидающей силы на первобытно Земле.

Например, каков шанс того, что только через слепые химические взаимодействия может образоваться один единственный белок? Наша задача получить одну из молекул меньше средней молекулы белка и состоящую из 150-ти аминокислот, соединенных таким образом, чтобы обеспечить сворачивание цепочки.

Исследователи подсчитали, что на древней Земле вероятность успеха такой операции равнялась бы одному шансу из 10-ти в 164-й степени. Это означает, что мы имеем одну правильно построенную цепочку белка на каждые сто миллионов триллионов триллионов триллионов триллионов триллионов триллионов триллионов триллионов триллионов триллионов триллионов триллионов триллионов неудачных попыток.

Но несмотря на такую вероятность, некоторые теоретики утверждают, что, при наличии достаточно го времени, все возможно. Хорошо, давайте проверим обоснованность этой точки зрения.

Мы начнем с создания идеальной среды для химической эволюции. Воображаемый мир, который предоставит все возможности для успеха.

Во-первых, мы заполняем океаны аминокислотами. Это означает, что все атомы на Земле, входящие углерода, азота, кислорода, водорода и серы, предоставления для формирования 10 в 41-й степени полных наборов из 20-ти типов аминокислот, используемые для построения белков.

Затем мы изменим законы природы, чтобы защитить эти строительные блоки от разрушительных ультрафиолетовых лучей и химического загрязнения в первичном бульоне. Теперь давайте дадим свободу химическим реакциям и посмотрим, что произойдет?

Аминокислоты начинают неистово связываться друг с другом. В нашем эксперименте законченная цепочка из 150-ти единиц собирается всего за одну секунду. В виду того, что все 20 типов аминокислот доступны во всех местах, вероятность того, что данное место в цепочке займет нужная молекула составляет пять процентов или один шанс из 20-ти. Если последовательность аминокислот неправильна, цепочка сразу же разрушается и начинает собираться заново. Шесть тысяч миллионов миллиардов триллионов триллионов попыток будет происходить по всей планете каждую минуту. Это означает, что 4,6 миллиарда лет (самый большой расчетный возраст Земли), число неправильных цепочек, которые не сворачиваются в полноценный белок, превысит 10 в 58-й степени. Это ошеломляющий итог, но весьма далекий от 10-ти в 164-й степени количества попыток, необходимых в среднем для случайного создания белка из 150-ти аминокислот.

Итак, если беспорядочные химические реакции не могут произвести желаемую молекулу в течении всей истории Земли, тогда сколько же времени для этого нужно?

Путешествие

Чтобы узнать это, давайте отправимся в путешествие. Мы начнем с возведения моста, который покрывает весь диаметр наблюдаемой Вселенной, расстоянием более 90 миллиардов световых лет.

…Что такое один световой год? Световой год — это единица измерения расстояния в астрономии, равная расстоянию, которое электромагнитные волны (свет) проходят в вакууме, не испытывая влияния гравитационных полей, за один земной год. По определению Международного астрономического союза (МАС) один световой год равен 9 460 730 472 580 800 метрам…

Затем мы поместим амебу на одном конце моста. Этот одноклеточный организм будет путешествовать со сногсшибательной для него скоростью — 30 сантиметров в год. Пока мы ждем, когда же случайно образуется один белок, амеба скользит вперед более пяти миллиардов миллиардов миллиардов лет, чтобы пересечь всю Вселенную, а, затем, вернуться. Но эта гонка только начинается! Амеба снова отправляется в путь, снова успешно достигает дальнего края космоса, затем возвращается домой на старт. Пока ни одного функционального белка нигде не видно…

В следующем путешествии мы добавим амебе полезную нагрузку — один атом. Пройдя еще 500 миллиардов триллионов миль, амеба сбрасывает свой груз. И возвращается, чтобы взять еще больше. Вернется ли она назад до того, как образуется наш счастливый белок? Безусловно. Фактически, она завершит еще 10 путешествий туда и обратно. Затем 20. Затем 100. Потом 1000. И до сих пор нет никаких признаков пригодной для использования молекулы. Амеба продолжает совершать путешествие туда и обратно, пока не перенесет все атомы на Земле. А на Земле, примерно 10 в 50-й степени атомов.

Затем амеба перенесет все атомы в нашей Солнечной системе. Затем атомы каждой планеты и звезды галактики Млечный Путь. По одному атому за раз. Напомним, один раз — 500 миллиардов триллионов миль со скоростью в 30 сантиметров в год. Кстати, звезд в нашей галактике около 200 миллиардов.

На самом деле, пока мы ждем, когда же самообразуется один белок, у амебы будет так много времени, что двигаясь со скоростью всего 30 см в год, и перевозя один атом туда, а затем возвращаясь за другим, она будет транспортировать всю Вселенную более, чем 56 миллионов раз. Вот сколько времени потребуется случаю, чтобы построить один функциональный белок. Один лишь белок, неживой кирпичик жизни, а не целую живую простейшую клетку.

Пол Нельсон: — Предположим вопреки всему, что химическая эволюция произвела наш единственный функциональный белок. Возникнет ли жизнь? Нет. У нас будет один белок. Просто безжизненная цепочка аминокислот. Самая простая из известных нам живых клеток содержит более 300 различных белков. Но белки — это только часть дела. Когда вы рассматриваете любую реальную клетку, помните, что у вас должны быть углеводы, сложные сахара, нуклеиновые кислоты ДНК и РНК, липиды. Целый ряд различных химических веществ, которые в совокупности составляют живой организм…

Продолжение читайте тут.

Подготовил Александр ОКОНИШНИКОВ, «ЧЕСТНОЕ СЛОВО»

Поделиться