«Таємниця походження життя».

Чому дорівнює ймовірність випадкового виникнення життя? Як відбулася життя на нашій планеті? І що взагалі таке життя?

Чому дорівнює ймовірність випадкового виникнення життя? Як відбулася життя на нашій планеті? І що взагалі таке життя?

Домінуючою в сучасній науці є абіогенетіческая гіпотеза, згідно з якою життя виникла спонтанно з неживої матерії мільярди років тому. Подальша еволюція стала причиною виникнення всіх відомих видів рослин і тварин, а також людини. Відповідно до цього підходу еволюції біологічної передувала еволюція хімічна, тобто процес, в результаті якого з неорганічних молекул утворилися органічні, які в свою чергу взаємодіяли один з одним, поки не утворилися біополімери - білки і нуклеїнові кислоти.

У 1924 радянський біохімік Олександр Іванович Опарін виступив з припущенням, що хімічна еволюція з подальшим зародженням життя могла протікати у первісному океані - «бульйоні», який разом з первісною атмосферою містив воду, аміак, метан і водень.

У 1953 році співробітник Чикагського університету Стенлі Міллер опублікував результати своїх експериментів, в яких він спробував зварити такий «первісний бульйон», відтворивши в лабораторії умови, які повинні були супроводжувати виникненню життя. Вчений піддав дії електричних розрядів суміш з метану, води, водню і аміаку. Дійсно, у цих та подібних їм експериментах вдалося отримати амінокислоти і азотисті основи. Нагадаємо, що перші (амінокислоти) є молекулярними цеглинками, з яких побудовані білки, а другі (азотисті основи) поряд з цукрами Рибоза і дезоксирибоза і залишком фосфорної кислоти входять до складу нуклеїнових кислот.

Однак, детальний аналіз продуктів спонтанного синтезу, що протікає в лабораторному «первісному бульйоні», викликав чимало запитань.

По-перше, в ході цих експериментів утворювалися в рівній кількості L-і D-ізомери амінокислот (ці форми є дзеркальним відображенням один одного). Але білки живих організмів складаються тільки з L-амінокислот. Виникає закономірне питання: яким чином виникли білки, що складаються виключно з L-амінокислот? На нього до цих пір так і не було отримано задовільну відповідь. По-друге, факти говорять про те, що концентрації амінокислот у «первісному бульйоні» повинні були б бути дуже маленькими.

Хімік Дональд Халл підрахував, що концентрація найпростішою амінокислоти, що зустрічається в живих організмах - гліцину , - не повинна була бути більше 10-12 благаючи. Він пише:

«Навіть максимально ймовірне зміст амінокислоти є безнадійно низьким, щоб служити відправною точкою для самовільного зародження життя».

(Hull D.Е. 1960. Thermodynamics and kinetics
of spontaneous generation. Nature 186:693, 694).

Такі низькі концентрації ставлять під сумнів ідею самовільного освіти навіть найпростіших білкових молекул. Імовірність же самозбірки складних білків, які з сотень L-амінокислот, з'єднаних між собою у певній послідовності, - ще менше. Щоб зрозуміти, яка вона, наведемо один вельми наочний приклад.

Припустимо, ми хочемо отримати білкову молекулу з ста амінокислот в результаті хаотичного, мимовільного виникнення в «первісному бульйоні». Скільки часу для цього необхідно? Як відомо, природні білки складаються з двадцяти амінокислот. Імовірність того, що ми випадково відберемо з двадцяти амінокислот суворо певну - один шанс із двадцяти (або 0.05). Якщо ми хочемо отримати білок, аналогічний природному, - то всі амінокислоти, що входять до нього, повинні бути L-ізомерами. Імовірність того, що відібрана амінокислота буде саме L-ізомер - один шанс ід двох (0.5). Приєднання амінокислот до пептидного ланцюжку можливо з двох її кінців, отже, ймовірність приєднання амінокислоти з «потрібного» кінця - один шанс з двох (0.5).

Таким чином, для того, щоб знайти ймовірність появи однієї певної L-ізомерної форми амінокислоти в потрібному місці білка, нам необхідно просто перемножити всі знайдені нами три ймовірності. Шукане число буде - один шанс із вісімдесяти (0.0125). Імовірність того, що дві L-форми конкретних амінокислот розташуються в потрібній послідовності в білку - один шанс із шести тисяч чотирьохсот (або 0.000156; щоб отримати цю величину необхідно помножити 0.0125 на 0.0125). Для ста амінокислот ймовірність їх випадкового попадання в строго певне місце білка становить один шанс із 4.9 x 10-191.

(Bradley WL., Thaxton CB. 1994.
Information and the origin of life .
In: Moreland JP, editor. The creation hypothesis:
science evidence for an intelligent designer.
Downers Grove, III.: InterVarsity Press, pp. 173-210).

Оціночні розрахунки, виконані з метою визначення зразкового кількості атомів у спостережуваної частини Всесвіту, показують, що вірогідність знайти конкретний атом методом проб і помилок серед всіх атомів Всесвіту набагато вище ймовірності спонтанного виникнення білка зі ста амінокислот, ідентичного натуральному (утворюється в живому організмі).

(Crick F. 1981. Life itself: its origin and nature.
New York: Simon and Schuster, p. 51).

Справа ще більше ускладнюється, якщо ми спробуємо обговорити ймовірність мимовільного виникнення нуклеїнових кислот (ДНК і РНК).




У 1953 році (це той же самий рік, коли були оприлюднені результати експериментів Стенлі Міллера) Джим Уотсон і Френсіс Крик встановили, що ДНК (молекула, носій інформації про живий організм) утворює в живих системах подвійну спіраль, в якій нуклеотиди розташовуються одна напроти одної. Було підраховано, що ймовірність того, що мимовільно утворюється лише одна пара нуклеотидів в нуклеїнової кислоти, з урахуванням всіх можливих поєднань атомів входять до їх складу, складає 10-87. Число нуклеотидних пар в ДНК людини перевищує 3 мільярди, а для деяких квіткових рослин може досягати десятків мільярдів. Зрозуміло, що ймовірність випадкового виникнення суворо визначеній послідовності ДНК з мільярда конкретних нуклеотидів нісенітно мала. (Для порівняння, можна нагадати, що в 4,5 мільярди років, (стільки зазвичай відводять на еволюцію на нашій планеті), всього 1025секунд).

Зауважимо, що умови, які повинні були б супроводжувати появи в «первісному бульйоні» цукрів (цукру рибоза і дезоксирибоза входять до складу нуклеїнових кислот) і амінокислот (компонентів білків) різні. Амінокислоти утворюються в кислому середовищі, яка непридатна для утворення цукрів.

Перехід від простого набору біополімерів до функціонуючому живому організму, нехай навіть дуже простому, видається ще більш складною проблемою, ніж спонтанний синтез білків і нуклеїнових кислот. Про це говорять біохіміки-еволюціоністи Девід Грін і Роберт Гольдберг:

«Перехід від макромолекул до клітини є стрибком фантастичних масштабів, що лежить за межами піддається перевірці гіпотези. У цій області все є припущенням. Доступні факти не дають підстави постулювати, що на цій планеті виникли клітини ».

(Green DE, Goldberger RF Molecular insights
into the living process.
New York & London: Academic Press, 1967, pp. 406-407)

Гарольд Моровіц підрахував, що ймовірність самоорганізації біополімерів з утворенням кишкової палички (Escherichia coli) дорівнює одному шансу з 10-110, для мікоплазми - один шанс з 10 -450.

(Morowitz HJ Energy flow in biology:
biological organization as a problem in thermal physics.
New York & London: Academic Press, 1968, p. 67 ).

Компоненти живої клітини, функціонуючи як єдине ціле, перебувають у складній взаємодії один з одним. У клітинах білкові молекули утворюються в результаті реакцій матричного синтезу, які протікають у відповідності з інформацією, закладеної в молекулі ДНК. У цьому складному процесі може брати участь кілька сот специфічних білків, і відсутність одного з них робить матричний синтез просто неможливим. У свою чергу, білки беруть участь у процесах біосинтезу нуклеїнових кислот. Таким чином, для синтезу білків в клітинах потрібні нуклеїнові кислоти, а для біосинтезу нуклеїнових кислот - білки. Як дозволити це протиріччя?

Висловлювалися припущення, що першими могли виникнути самовідтворюються РНК. Але ніяких експериментальних підтверджень отримано до цих пір не було. Нобелівський лауреат біохімік Християн де Дюв каже з цього приводу наступне:

«Спроби створити - при ретельній розробці та технічної підтримки, якої не міг похвалитися первинний світ - молекулу РНК, здатну каталізувати самовідтворення, поки не увінчалися успіхом» ;.

(De Duve C. The beginning of life on earth.
1995, American Scientist 83:428-437).

Чому ж до цих пір так і не одержали таку РНК? Великий російський біохімік Олександр Спірін стверджує:

«Я глибоко переконаний, що« перебором », шляхом еволюції неможливо отримати складний прилад ... Це таємниче, я б сказав, «божественне» з'єднання - РНК, центральна ланка живої матерії, не могло з'явитися в результаті еволюції. Вона або є, або її немає. Вона настільки досконала, що повинна була бути створена собі системою, здатною винаходити ».

Так чи існував первісний бульйон? Ряд досить великих вчених вважають, що ні. Австралійський біолог Майкл Дентон переконаний, що гіпотеза про первісному бульйоні - добре усталений науковий міф:

«Враховуючи, що на пребіотичних бульйон посилаються в безлічі дискусій про походження життя як на вже встановлену реальність, розуміння того, що немає абсолютно ніяких позитивних доказів його існування, виявляється чимось на зразок шоку ».

(Michael Denton. Evolution:
A Theory in Crisis. - Bethesda, Marylan:
Adler and Publishers; 1986. p. 261.).

Такої ж думки дотримується англійський астроном Фред Хойл, професор Кембриджського університету:

«Ймовірність утворення життя з неживої матерії дорівнює відношенню одиниці до числа з 40000 нулів після неї. Воно досить велике, щоб поховати Дарвіна і всю теорію еволюції. Ніякого первинного бульйону не існувало ні на нашій, ні на який-небудь іншій планеті, а якщо походження життя було не випадковим, то, отже, воно було продуктом умисного акта, що направляється розумом ».

(Fred Hoyle . Hoyle on Evolution.
Nature. 1981, Vol. 294, № 5837, November 12).

http://www.armageddon.ws/_science/science.phtml