Ідея самозародження життя. Перші думки про те, як на Землі з'явилося життя, були висловлені ще прадавніми мудрецями. У той час ідея спонтанного самозародження живих істот з неживих матеріалів (пилу, ґрунту, залишків їжі) сприймалася як належне (іл. 39.1). У Середньовіччі уявлення про походження життя набули форми релігійної догми, одним з постулатів якої була ідея, що живі істоти можуть виникати під впливом животворного духу.

Ця ідея побутувала аж до XIX ст., хоча вже тоді вважали, що властивість спонтанного самозародження живого з неживого мають лише одноклітинні організми. Остаточно цю ідею розвінчав у 1865 р. видатний мікробіолог Луї Пастер.

Суть ідеї: якщо в закритій корком колбі тривалий час кип'ятити будь-яке поживне середовище, то воно буде залишатися стерильним, поки не буде відкритий корок. Однак прихильники самозародження не сприймали цей доказ як переконливий, уважаючи, що для самозародження необхідне чисте, а не прогріте повітря. Тому на замовлення Луї Пастера була виготовлена спеціальна колба з вигнутим у вигляді лебединої шиї відкритим горлечком (іл. 39.2).

39.1. Середньовічний алхімік

Іл. 39.2. Схема досліду Л. Пастера в колбах із S-подібним горлом: а — в колбі із S-подібним горлом поживне середовище після кип'ятіння довго залишалося стерильним: б — якщо усунути S-подібне горло, то в середовищі швидко розвиваються мікроорганізми

Луї Пастер (1822-1895)

У такій колбі після кип'ятіння живильний бульйон не проростав бактеріями, як і в колбі, що закрита корком. Л. Пастер пояснював це тим, що мікроорганізми, які проникають у таку колбу разом з повітрям, осідають на вигинах горлечка. Свої слова він підтвердив, добре струсонувши колбу — так щоб бульйон омив стінки горлечка. Після цього за деякий час у відварі з'явилися бактерії. У такий спосіб було доведено, що в середовищі, позбавленому мікроорганізмів, навіть за ідеальних умов неможливе їх самозародження.

Зараз ідеї спонтанного самозародження організмів повністю вилучені з біології, а їх притулком залишається креаціонізм (від лат. креаціо — творення) — релігійно-філософська концепція, яка розглядає різноманітність живої природи, людство, Землю й світ загалом як акт творення вищою, надприродною силою.

Абіогенез. Заперечення ідеї можливості спонтанного зародження організмів у сучасних умовах не суперечить науковим уявленням про те, що життя на Землі виникло з неорганічної матерії мільярди років тому в особливих умовах у результаті хімічної, або, як її ще називають, передбіологічної еволюції — поступального процесу появи нових хімічних сполук, більш складних і високоорганізованих порівняно з вихідними речовинами, що відбувався на Землі перед виникненням життя. Ця ідея передбіологічного розвитку природи, який спричинився до утворення життя, одержала назву абіогенез (від грец. а — не, біос — життя, генезис — походження).

Підстави, які дають можливість вважати, що життя на Землі виникло в результаті хімічної еволюції. Матеріальна сутність живих тіл доволі проста: вони побудовані з полімерних органічних речовин, основу яких становлять сполуки атомів Карбону, а процес життєдіяльності — це сукупність упорядкованих хімічних реакцій, що чітко випливають одна з одної. З точки зору законів хімії та фізики у біологічних процесах немає нічого особливого і їх можна легко відтворити в лабораторних умовах, для чого необхідно подумки розкласти метаболізм організму спочатку на біохімічні цикли, а потім на окремі реакції, а клітину відповідно на структури й макромолекули, з яких вона побудована. Звідси можна уявити собі логіку поступового ускладнення будови хімічних сполук і реакцій, що могло відбуватися 3-4 мільярдів років тому. Потім у лабораторії, в умовах, що імітують події на Землі, спочатку здійснити синтез найпростіших біологічних сполук, потім з них одержати біополімери, що мають каталітичну активність, і лише потім — структури, що нагадують клітинну мембрану.

Науковий сценарій походження життя на Землі шляхом хімічної еволюції. Спочатку в особливих умовах, що в той час склалися на Землі, з неорганічних сполук відбувся синтез простих органічних речовин: карбонових кислот, амінокислот, вуглеводів, азотистих основ. Для цього на Землі були всі умови: вдосталь води, метану, аміаку й ціанідів, відсутність вільного Оксигену й інших окиснювачів, а також надлишок вільної енергії у вигляді ультрафіолетового світла, електричних розрядів і вулканічної діяльності.

Наступним етапом став синтез органічних полімерів. Каталізаторами могли слугувати йони металів, а матрицею — частинки глини. У результаті в «первинному бульйоні» плавали різні поліпептиди й найпростіші ліпіди, які сполучалися один з одним, утворюючи більш складні багатомолекулярні комплекси, що мали вигляд крапель із чіткими межами. Далі відбулося утворення комплексів білків та нуклеїнових кислот і пов'язаних з цим реакцій матричного типу й виникнення ліпідних мембран. Завершився процес хімічної еволюції утворенням протобіонтів (від грец. протос — первинний і біос — життя) — перших біологічних систем, які нагадували сучасні одноклітинні організми. За час їх існування утворилися справжні ферменти, різко зросла стійкість матричного синтезу й почали утворюватися клітинні мембрани. Саме з них більш ніж 3,5 млрд років тому виникли археобіонти (від грец. археос — стародавній і біос) — перші одноклітинні організми, які нагадували сучасні бактерії (іл. 39.3).

Іл. 39.3. Перші живі істоти — архебіонти — нагадували сучасних примітивних прокаріотів

Іл. 39.4. Протоклітина

Слід зазначити, що й дотепер у лабораторних умовах не вдалося синтезувати живі організми з простих неорганічних сполук. Проте є конкретні успіхи, які дають підставу вважати, що передбіологічна еволюція — це перспективна гіпотеза, що становить неабиякий науковий інтерес. На цей час у пробірках з неорганічних речовин не лише вдалося одержати амінокислоти й синтезувати з них найпростіші поліпептидні ланцюги, але із цих поліпептидів і води створити протоклітини — частинки сферичної форми (іл. 39.4), що складаються з поліпептидних ланцюгів, які можуть збільшуватися в розмірах, ділитися й брунькуватися. Вони мають і ферментативну активність.

Концепція космічного виникнення життя на Землі. Наукова ідея, згідно з якою життя могло бути занесене з космосу, одержала назву концепції панспермії (від грец. пан — усі, сперматос — насіння). Спочатку її висловив німецький учений Ганс Рихтер у 1865 р., а потім обґрунтував шведський астроном, фізик і хімік Сванте Арреніус (1859-1927), який підрахував, що фотони світла тиснуть на частинки, що дорівнюють за діаметром спорам бактерій. Завдяки цьому спори з величезними швидкостями можуть переміщатися в міжпланетному просторі. Також передбачають, що спори могли потрапити на Землю з метеоритами або космічним пилом. Це припущення має своє непряме підтвердження в тому, що спори бактерій можуть перебувати в стані спокою тисячоліттями. Вони витримують тривале перебування за температури абсолютного мінімуму (-273 °С), надзвичайно стійкі до радіації й ультрафіолетового випромінювання, вакууму та інших хімічних і фізичних впливів.

Іл. 39.5. Представник класу Тихоходи

Надзвичайну стійкість до факторів космічного середовища мають не лише спори бактерій, але й тихоходи — окремий клас типу Членистоногі (іл. 39.5).

У стані діапаузи ці мікроскопічні, схожі на ведмежат тваринки витримують: нагрівання до +150 °С, охолодження до -271 °С, перебування у вакуумі, тиск близько 6 000 атмосфер (що в шість разів перевищує тиск на дні найглибшого місця в океані), перебування у чистому водні, висихання тривалістю понад 100 років, повну відсутність кисню. Вплив найсильнішого рентгенівського випромінювання (570 тис. рентген) убиває лише 50 % особин, що опромінюються (для людини смертельною дозою радіації є 500 рентген).

Проте детальні космічні та інші дослідження не дали безсумнівних фактів, які підкріпили б гіпотезу панспермії. Не виявлено присутності яких-небудь живих частинок у космосі або на планетах Сонячної системи. До цього часу немає даних, які підтверджують реальність заносу одноклітинних істот у метеоритах. Але навіть якщо припустити, що перші організми потрапили на Землю з космосу, їм підійшли невідповідні для життя умови, що були 3-4 млрд років тому, і вони змогли розмножитися й дати початок життю на Землі, все одно залишається нез'ясованим питання про первісне виникнення життя у Всесвіті й можливості передбіологічної еволюції.

Біологічна еволюція. Дослідження тисяч вчених — зоологів, ботаніків, генетиків, палеонтологів, біологів інших спеціальностей, проведені за останні 250 років, показали, що весь світ перебуває у стані безперервного руху. Якщо історія людства — це зміна лідерів, політичних систем, піднесення одних народів або держав над іншими, а потім їх занепад, то історія органічного світу — це вимирання або відхід у «тінь» життєвого простору одних видів і прихід їм на зміну інших.

У результаті утворюються нові угруповання тварин і рослин, які щоразу по-новому формують вигляд Землі.

Еволюція (від грец. еволюціо — розгортання) — історичний розвиток життя на Землі. Цей термін запропонував швейцарський зоолог Шарль Бонне (1720-1793), який спостерігав за розвитком партеногенетичних попелиць. Він помітив, що в новонароджених самок завжди наявні зачатки майбутнього покоління. Учений висловив думку, що в організмі найпершої самки, яка започаткувала новий вид, були закладені всі майбутні покоління.

Поширивши цю гіпотезу на весь світ живого, він уявив його як розгортання природи від нижчих форм до вищих. Така ідея про розвиток живого сподобалася тогочасним ученим і термін прижився.

Чим біологічна еволюція відрізняється від інших історичних процесів? Виявляється, що, порівняно з іншими історичними подіями, біологічна еволюція має ряд важливих особливостей:

• біологічна еволюція має пристосувальний характер, який проявляється в обов'язковій відповідності новоутворених організмів до умов їх існування;

• біологічна еволюція протікає в ряді поколінь, а тому можна вважати, що кожна нова генерація організмів чимось, нехай навіть ледь помітним, відрізняється від попередньої;

• розвиток органічного світу має незворотний характер, а отже, вимерлі тварини й рослини ніколи не відродяться.

Вважають, що виникнення життя на Землі є наслідком хімічної еволюції. Цей процес передував виникненню життя й полягав у появі нових і все більш складних хімічних сполук. У наш час хімічна еволюція залишається дуже правдоподібною науковою гіпотезою, яка в міру розширення досліджень у цій галузі знаходить усе більше підтверджень. Органічна еволюція — це процес історичного розвитку живої природи, спрямовані зміни організмів, видів, їх угруповань і Землі в цілому.