Трудно создать хорошую теорию, теория должна быть разумной, а факты не всегда таковы.
(Джордж У. Бидл, генетик, лауреат Нобелевской премии 1958 г. в области физиологии и медицины)
Физик Филипп Моррисон как-то заметил, что в случае обнаружения жизни на других планетах она превратится из чуда в статистику. Открытие жизни за пределами Земли, несомненно, расширило бы наши представления о ее происхождении. Оно помогло бы нам ответить на целый ряд вопросов, которые нельзя решить другим путем, позволило бы проверить наше убеждение в том, что жизнь должна быть основана именно на химии углерода. И если бы в основе новых форм жизни, как и предполагается, находился углерод, то это помогло бы выяснить, могут ли генетические системы строиться из каких-либо иных молекул, чем известные нам нуклеиновые кислоты и белки. Это позволило бы также ответить на вечный вопрос, может ли какой-то другой растворитель заменить воду в живой системе. И так далее - по всему длинному списку загадок, связанных с проблемой происхождения жизни.
Если бы обнаруженные за пределами Земли организмы коренным образом отличались от нас по своему химическому составу, то это свидетельствовало бы о том, что жизнь в различных частях Солнечной системы зародилась независимо, по крайней мере дважды. Но если бы внеземные организмы оказались в своей основе похожими на нас - со сходными белками и нуклеиновыми кислотами, с той же оптической изомерией и с таким же генетическим кодом, - то мы столкнулись бы с новой проблемой. В этом случае пришлось бы заключить, что жизнь либо зародилась независимо дважды, либо один раз, но затем живые организмы были перенесены с одной планеты на другую. Причем последнее предположение кажется более вероятным. Но какими бы ни были в действительности эти открытия, очевидно, что обнаружение внеземных форм жизни представляет огромный интерес с точки зрения фундаментальной биологии.
Со времен Аристотеля только три естественно-научные теории о происхождении жизни смогли овладеть умами людей. Это теория самозарождения, панспермия и теория химической эволюции. В историческом и научном планах они составляют важную основу, на которой строятся поиски жизни в Солнечной системе. Современная теория химической эволюции находится еще в стадии развития, и о ней речь пойдет в следующей главе.
Самозарождение
Сущность гипотезы самозарождения заключается в том, что живые предметы непрерывно и самопроизвольно возникают из неживой материи, скажем из грязи, росы или гниющего органического вещества. Она же рассматривает случаи, когда одна форма жизни трансформируется непосредственно в другую, например зерно превращается в мышь. Эта теория господствовала со времен Аристотеля (384–322 г. до н. э.) и до середины XVII в., самозарождение растений и животных обычно принималось как реальность. В последующие два столетия высшие формы жизни были исключены из списка предполагаемых продуктов самозарождения - он ограничился микроорганизмами.
Литература того времени изобиловала рецептами по- лучения червей, мышей, скорпионов, угрей и т. д., а позднее - микроорганизмов. В большинстве случаев все "рекомендации" сводились к цитатам из работ древнегреческих и арабских авторов: значительно реже встречались подробные описания экспериментов.
Как говорят историки, науку создали древние греки, а отцом биологии был Аристотель. Действительно, он внес в биологию рациональное начало, свойственное древнегреческим мыслителям, сущность которого состояла в том, что человек, опираясь на силу своего разума, способен понять явления живой природы. В своих философских трудах Аристотель уделил много внимания методам логического доказательства: создал формальную логику, в частности ввел понятие силлогизма. Он также занимался наблюдениями явлений природы, в особенности живой. Но в этой области его умозаключения ненадежны. И хотя некоторые описания Аристотеля, в частности относящиеся к поведению животных, весьма любопытны, его биологические наблюдения полны ошибок и неточностей. Многое из того, о чем он писал, основано, вероятно, только на слухах.
Например, в своей "Истории животных" Аристотель так описывает процесс самозарождения:
Вот одно свойство, присущее как животным, так и растениям. Некоторые растения возникают из семян, а другие самозарождаются благодаря образованию некой природной основы, сходной с семенем; при этом одни из них получают питание непосредственно из земли, тогда как другие вырастают внутри других растений, что между прочим было отмечено мною в трактате по ботанике. Так же и с животными, среди которых одни в соответствии со своей природой происходят от родителей, тогда как другие образуются не от родительскою корня, а возникают из гниющей земли или растительной ткани, подобно некоторым насекомым; другие самозарождаются внутри животных вследствие секреции их собственных органов.
… Но как бы ни самозарождались живые существа - в других ли животных, в почве, в растениях или их частях, результатом спаривания появившихся таким образом мужских и женских особей всегда является нечто дефектное, непохожее на своих родителей. Например, при спаривании вшей возникают гниды, у мух - личинки, у блох - яйцевидные по форме личинки. и такое потомство не порождает особей родительского типа или каких-либо других животных вообще, а лишь нечто неописуемое.
Аристотель хорошо знал, что многие насекомые имеют сложный цикл развития и, прежде чем стать взрослыми, проходят через стадии личинки и куколки. Но хотя в своем описании генезиса двух видов насекомых он допускает явные ошибки, его суждения строго логичны. Самозарождение не отвечало бы здравому смыслу, его существование было бы сомнительным, если бы возникшие в результате этого процесса виды могли нормально воспроизводиться. Следовательно, говорит Аристотель, эти существа при своем спаривании производят нечто "неописуемое", что и обусловливает постоянную необходимость самозарождения.
Разумеется, сейчас все это выглядит бессмыслицей, но наука, созданная Аристотелем, уже была наукой, хотя и в младенческом состоянии. Достаточно сказать, что исследование насекомых он считал занятием, достойным внимания. Как ни трудно в это поверить, развитые им представления сохранялись практически неизменными на протяжении почти 2000 лет. Даже средневековая церковь признавала авторитет Аристотеля в вопросах самозарождения, и сам святой Фома Аквинский (1225–1274) связывал его взгляды с христианским учением, утверждая, что самозарождение осуществляется ангелами, которые используют для этого солнечные лучи.
На XVI в., эпоху господства религиозных суеверий, приходится расцвет классического учения о самозарождении. Его очень активно развивал в это время врач и естествоиспытатель Парацельс (1493–1541) и его последователь Ян Баптист ван Гельмонт (1579–1644). Последний предложил "метод производства" мышей из пшеничных зерен, помещенных в кувшин вместе с грязным бельем, на который многократно ссылались в дальнейшем. Двумя веками позже Пастер, комментируя "метод" ван Гельмонта, писал: "Это доказывает лишь то, что ставить эксперименты легко, но трудно ставить их безупречно".
В своей работе, впервые опубликованной в 1558 г. под названием "Магия природы", Джамбатиста делла Порта приводит еще больше сведений о самозарождении, которыми было столь богато его время. Этот неаполитанский ученый-любитель был основателем и вице-президентом Академии деи Линчей - одного из самых первых в мире научных обществ. Его книга, содержавшая популярное описание некоторых технических диковин, чудес природы и всяких розыгрышей, была переведена на несколько языков. Вот отрывки из ее английского издания, опубликованного в Лондоне в 1658 г.:
В Дариене, расположенном в одной из провинций Нового света, очень нездоровый воздух, место грязное, полное зловонных болот, более того. сама деревня представляет собой болото, где, по описанию Петера Мартира, жабы выводятся из капель жидкости. Кроме того, они рождаются из гниющих в грязи утиных трупов: есть даже стихи, где утка говорит: "Когда меня гноят в земле, я жаб произвожу на свет…"
Грек Флорентинус утверждал, что если пожевать базилик, а затем положить его на солнце, то из него появятся змеи. А Плиний при этом добавлял, что если базилик потереть и положить под камень, то он превратится в скорпиона, а если пожевать и положить на солнце то в червяка.
Саламандры рождаются из воды: сами они никого не производят, потому что у них, как и у угрей, нет ни мужских, ни женских особей…
Рыбы под названием ортика, бабочки-нимфалины, мидии, гребешки, морские улитки, другие брюхоногие моллюски и ракообразные рождаются из грязи, поскольку они не способны спариваться и по своему образу жизни напоминают растения. Замечено, что разная грязь производит на свет различных животных: темная грязь порождает устриц, красноватая - морских улиток, грязь, образовавшаяся из горных пород, - голотурий, гусей и т. п. Как показал опыт, брюхоногие зарождаются в гниющих деревянных загородках, что служат для лова рыбы, и как только исчезают загородки, пропадают и эти моллюски.
Современному читателю, привыкшему рассматривать происхождение жизни как однократное и самое значительное в истории Земли событие, подобные описания кажутся сказками. И все же не следует считать их просто чьими-то выдумками. Скорее всего, столь уверенные сообщения в какой-то степени основывались на действительных наблюдениях широко известных явлений, но их неправильно объясняли, стремясь согласовывать наблюдаемое с древними авторитетами, да и с обычной житейской практикой. Классическое учение о самозарождении вместе со многими другими освященными веками фантастическими представлениями было похоронено в эпоху Возрождения. Его ниспровергателем стал Франческо Реди (1626–1697), физик-экспериментатор, известный поэт и один из первых ученых-биологов современной формации, он был фигурой, типичной для эпохи позднего Возрождения. Книгу Реди "Опыты по самозарождению насекомых" (1668), которая в основном и создала ему научную репутацию, отличают здоровый скептицизм, тонкая наблюдательность, прекрасная манера изложения результатов. Хотя главным объектом его исследований были насекомые, он изучал также зарождение скорпионов, жаб, лягушек, пауков и перепелов. Реди не только не подтвердил распространенное тогда мнение о самозарождении перечисленных животных, а, напротив, в большинстве случаев продемонстрировал, что на самом деле они рождаются из оплодотворенных яиц. Таким образом, результаты его тщательно проведенных опытов опровергли представления, сформировавшиеся в течение 20 столетий.
Реди построил эту работу в виде письма к своему другу Карло Дати. Начав с истории вопроса, он далее писал:
Как я уже говорил, суть рассуждений древних и современных ученых и широко распространенный взгляд на эту проблему в наши дни сводятся к тому, что гниение мертвого тела или отбросов, представляющих собой разлагающуюся материю, порождает червей. Стремясь хотя бы отчасти убедиться в справедливости такого взгляда, я проделал следующий эксперимент. В начале июня я приказал убить трех змей из тех, что зовутся эскулаповыми угрями. Их трупы я оставил разлагаться в открытой коробке и через некоторое время заметил, что они покрылись червями конической формы, по-видимому, не имеющими ног. Эти черви жадно пожирали мясо, увеличиваясь день ото дня как в размерах, так и в числе…
Я продолжал сходные эксперименты с сырым и вареным мясом быка, оленя, буйвола, льва, тигра, собаки, ягненка, козленка, кролика; иногда с мясом уток, гусей, куриц, ласточек и т. д. и. наконец, с мясом различных рыб… В каждом случае выводились мухи того или иного из упомянутых типов, а иногда на мясе одного животного обнаруживались мухи обоих типов… и почти всегда я замечал, что само разлагающееся мясо и щели в коробках, где оно лежало, были покрыты не только червями, но и яйцами, из которых, как я уже говорил, выводились черви. Эти яйца заставили меня подумать о тех отложениях, которые мухи оставляют на мясе и которые в конце концов становятся червями, - факт, отмеченный составителем словаря нашей Академии, а также хорошо известный охотникам и мясникам, которые летом защищают мясо от мух, завертывая его в белую материю…
Рассмотрев эти факты, я убедился, что все черви, обнаруженные в мясе, произошли непосредственно из отложений. сделанных мухами, а не из-за его гниения, и я еще более утвердился в этом предположении, заметив, что мухи, кружившиеся над мясом перед тем, как оно зачервивело, относятся к тому же типу, что и те, которые вывелись на нем впоследствии. Это суждение требовало, однако, экспериментального подтверждения, и в середине июля я положил мертвую змею, некоторое количество рыбы, угрей и ломтик телятины в четыре большие широкогорлые бутыли; хорошо закрыв их и запечатав, я подобным же образом заполнил затем еще столько же бутылей, но оставил их открытыми. Вскоре мясо и рыба в открытых сосудах покрылись червями, и было видно, как туда свободно влетают мухи, тогда как в закрытых бутылях я не заметил червей даже по прошествии многих дней…
Оставив это длинное отступление и возвращаясь к моим доводам, должен сказать Вам, что, несмотря на эти факты. доказывающие невозможность возникновения червей в мясе мертвых животных, если в него не отложено семя других живых существ, чтобы разрешить последние сомнения, я провел новый эксперимент. На этот раз я положил мясо и рыбу в большой сосуд, покрытый тонкой и гладкой сеткой, обеспечивавшей свободный доступ воздуха. В целях более полной защиты от мух сосуд был помещен в специальную клетку, покрытую такой же сеткой. В этих условиях я никогда не видел на мясе червей, хотя нетрудно было заметить, как много их ползает по сетке, покрывающей клетку. Привлеченные запахом мяса, они в конце концов сумели бы, наверное, проникнуть в сосуд через мелкие ячейки сетки, если бы я быстро не удалил их.
Подобная постановка опытов очень современна. Последние два эксперимента Реди стали классическими и послужили моделями для будущих исследований процесса самозарождения. В других главах книги Реди описывает свои дальнейшие эксперименты, последовательно и убедительно критикуя широко распространенные домыслы и заблуждения, связанные с самозарождением животных. По ходу повествования Реди дает верное истолкование и наблюдениям делла Порты:
Появилась благоприятная возможность для проверки утверждения Батиста Порты относительно зарождения жаб из гниющего мяса, валяющегося в навозной куче. Три опыта с этим материалом нс дали никаких результатов, и это убедило меня в том, что Порта проявлял здесь излишнюю доверчивость, будучи в других случаях очень интересным и глубоким писателем.
Книга Реди в течение 20 лет переиздавалась пять раз, и в результате знакомства с ней все более широкого круга образованных людей вера в возможность самозарождения животных постепенно исчезла. Однако этот вопрос снова возник, хотя уже на другом уровне, примерно в 1675 г., вслед за открытием микроорганизмов голландцем Антони ван Левенгуком (1632–1723). Это открытие стало возможным благодаря усовершенствованию в XVII в. техники изготовления линз. Сам Левенгук был одновременно и опытным мастером по изготовлению линз, и исследователем, увлеченно работающим с микроскопом. Ряд важных открытий, сделанных Левенгуком в течение его долгой жизни, создали ему известность, и он по праву считается одним из основоположников научной микроскопии.
Микроорганизмы настолько малы и, кажется, так просто организованы, что с самого их открытия широко распространилось мнение, будто они представляют собой продукты распада, принадлежащие к нечетко обозначенной промежуточной области между живым и неживым. Таким образом, вопрос о самозарождении вновь оказался в центре внимания в знаменитой полемике XVIII в., разгоревшейся между английским священником Дж. Т.Нидхемом (1713–1781) и итальянским натуралистом аббатом Ладзаро Спаллаппани (1729–1799). Нидхем утверждал, что если баранью подливку и подобные ей настои сначала нагреть, а затем герметически закрыть в сосуде с небольшим количеством воздуха, то в течение нескольких дней они обязательно порождают микроорганизмы и разлагаются. Он полагал, что раз нагревание исследуемого объекта убивает все ранее существовавшие в нем организмы, то, следовательно, полученный результат служит доказательством самозарождения. Повторяя эксперименты Нидхема, Спалланцани показал, что если колбы нагреть после закупоривания, то в них не возникает никаких организмов и не происходит гниения, как долго бы они ни хранились. (В одном из своих опытов Спалланцани герметично закупорил в стеклянном сосуде зеленый горох с водой, после чего в течение 45 мин держал его в кипящей воде. Позже, в 1804 г., парижский шеф-повар Франсуа Аппер использовал этот метод для получения первых консервированных продуктов. Таким образом, консервная промышленность явилась одним из побочных результатов дискуссии о самозарождении.)
Нидхем заявил в ответ, что чрезмерное нагревание разрушило внутри закрытого сосуда содержащийся в воздухе жизненно важный элемент, без которого самозарождение невозможно. Методы газового анализа в то время были еще недостаточно развиты, чтобы разрешить этот спор. В действительности оказалось, что результат, полученный Нидхемом, был следствием скрытой ошибки, обнаружить которую не удалось в течение целого столетия. Известнейшие ученые XIX в., включая Жозефа Луи Гей-Люссака, Теодора Шванна, Германа фон Гельмгольца, Луи Пастера и Джона Тиндаля, были вовлечены в этот спор. Великий французский химик Гей-Люссак поддержал точку зрения Нидхема, обнаружив, что из нагретого в присутствии органического вещества воздуха кислород исчезает, а его отсутствие, как показали дальнейшие опыты, - необходимое условие консервирования продуктов. Однако решающий эксперимент, т. е. эксперимент Реди, но проделанный с микроорганизмами, остался невыполненным.
Вопрос, казалось бы, прост: будут ли расти в стерилизованном органическом настое микроорганизмы в присутствии воздуха, из которого удалены все микробы? Несмотря на кажущуюся простоту вопроса, существовавшая в то время экспериментальная техника не позволяла дать на него убедительный ответ. Было поставлено множество хитроумных экспериментов, но каждый раз исследователи давали неточные или лишь отчасти правильные и противоречивые объяснения наблюдаемого. Поскольку проблема самозарождения имела большое общемировоззренческое и практическое значение, разгорелись бурные дискуссии.
Страсти достигли кульминации в 1859 г., когда Феликс Пуше (1800–1872), директор Музея естественной истории в Руане, опубликовал книгу, где вновь сообщалось об экспериментальном подтверждении самозарождения. Свое предисловие Пуше начал так: "Когда в результате размышлений мне стало ясно, что самозарождение представляет собой еще один способ, который природа использует для воспроизведения живых существ, я сосредоточил все внимание на том, чтобы экспериментально продемонстрировать соответствующее явление. Английский физик Джон Тиндаль (1820–1893), принимавший активное участие в дискуссии, так прокомментировал появление на арене Пуше:
Никогда еще ни один предмет спора не требовал столь холодного и критического ума, как этот, спокойствия в познании столь сложного явления, тщательности в постановке и исполнении опытов, умелого подбора условий и постоянного сомнения в результатах, пока строгая повторяемость не убедит вас в их безупречности. Для человека с темпераментом Пуше подобный предмет таил в себе опасность, которую еще более усиливало его предвзятое отношение к проблеме.
В это время в исследования включился Луи Пастер (1822–1895). Изучая с точки зрения химии процесс спиртового брожения, он вопреки многочисленным возражениям пришел к выводу, что этот процесс вызывается живыми организмами. Проведенные эксперименты послужили хорошей подготовкой для решения последующей задачи. Исследования Пастера - это в методическом отношении безупречно поставленная серия опытов, ознаменовавших собой одно из величайших достижений экспериментальной биологии. В сущности они привели к закрытию долгого спора о самозарождении. Пастер разрешил все трудности, пугавшие его предшественников. Он недвусмысленно показал, что загадочной "первопричиной", витавшей в воздухе и вызывающей в стерильном бульоне рост микроорганизмов, являются те же самые микроорганизмы, которые переносятся частицами пыли.
Рассмотрим вкратце один из самых простых и изящных экспериментов Пастера, убедительность которого поразила даже самого ученого. Нужную питательную среду, например дрожжевой экстракт с сахаром, Пастер помещал в колбы: затем, нагревая их горло в пламени, оттягивал его так, что получились узкие, но тем не менее открытые трубки, изогнутые различным образом (рис. 5). Далее он доводил питательную среду в колбе до кипения и поддерживал ее в таком состоянии в течение нескольких минут, после чего давал ей остыть. Обработанная таким образом среда оставалась в колбах стерильной неограниченно долго даже при контакте с воздухом. К удивлению Пастера, колбы можно было даже перемещать с места на место, не опасаясь заражения среды. Пытаясь объяснить этот эффект, ученый предположил, что воздушный столб в длинном горле действует как своего рода подушка, препятствуя быстрому движению воздуха; в результате проникающая в горло колбы пыль оседает на его стенках раньше, чем достигает питательной среды. Чтобы доказать, что заключенная в колбе питательная среда, будучи инфицированной, способна поддерживать рост микроорганизмов, Пастер обрезал у некоторых колб горло - и вскоре процесс размножения действительно начинался.
Рис. 5. Пастеровские колбы с "лебедиными шеями". (Рисунок из его работы о самозарождении, 1862 г.)
Таким образом, Пастеру удалось повторить опыты Реди на уровне одноклеточных организмов. Он продемонстрировал, что в мире микробов, как и среди высших видов, любая форма жизни ведет свое существование от "родительской". Результаты, полученные Пастером, не вызывали сомнений, но тем не менее в течение ряда лет высказывались различного рода контрдоводы и возражения. Особенно интересный случай произошел в 1870-х годах в Англии, когда Джон Тиндаль защищал точку зрения Пастера от нападок одного врача по имени Г. Чарлтон Бастиан. Исследования Тиндаля по рассеянию света на частицах пыли в атмосфере позволили ему осуществить новые опыты, свидетельствующие о роли пыли в переносе инфекции. Он показал, что способная к гниению среда, заключенная в открытых (контрольных) пробирках, остается стерильной, пока воздух над ними свободен от пыли. Далее рассказывается, каким способом Тиндалю удалось обнаружить присутствие пыли в воздухе. Его изобретательность создала ему славу выдающегося популяризатора науки викторианской эпохи.
Вернемся в Лондон времен королевы Виктории и обратим внимание на плавающую в воздухе пыль. Представим себе комнату, где только что произведена уборка. Окна в ней плотно закрыты, и лишь через узкое отверстие в ставне проникает пересекающий комнату солнечный луч. Плавающая в воздухе пыль позволяет увидеть путь света. Чтобы сфокусировать пучок параллельных световых лучей, поместим в отверстие линзу. Теперь лучи образуют конус, в вершине которого освещенность настолько велика, что пыль кажется почти белой. В темноте глаз особенно чувствителен к такому освещению. Пыль, насыщающая лондонский воздух, - это органическое вещество, которое можно сжечь без остатка. Действие пламени спиртовки на плавающее в воздухе вещество Тиндаль описывал следующим образом:
"В интенсивный параллельный пучок света, освещавший пыль в воздухе нашей лаборатории, я поместил зажженную спиртовку. В самом пламени и по его краям были видны странные темные завихрения, похожие на густой черный дым. Такие же темные вихри, устремленные вверх, можно было заметить, поместив пламя чуть ниже пучка света. Они выглядели чернее самого черного дыма, выходящего из пароходной трубы: их сходство с дымом было столь велико, что невольно возникала мысль, что для обнаружения таких облаков свободного углерода в чистом пламени спиртовки, по-видимому, необходим лишь пучок света достаточной интенсивности.
Но действительно ли эти темные завихрения являются дымом? Ответ на этот мгновенно возникший вопрос нам удалось найти следующим образом. Под пучком лучей мы поместили раскаленную докрасна кочергу, и от нее тоже стали подниматься черные вихри; затем мы наблюдали за сильным пламенем водородной горелки, которое само по себе не дает дыма, но и горение водорода сопровождалось мощным вихревым движением темной массы. Если это не дым, то что же она собой представляет? Как и в межзвездном пространстве, темнота здесь объясняется отсутствием на пути пучка света какого-либо вещества, вызывающего его рассеяние. Когда пламя находилось под пучком лучей, имеющееся в воздухе вещество разрушалось, и очищенный от него горячий воздух, поднимаясь, пересекал пучок света, унося прочь освещенные частицы и тем самым - благодаря собственной абсолютной прозрачности вызывая образование темных вихрей. Ничто не могло бы убедительнее продемонстрировать невидимость того, что делает все вещи видимыми. Световой пучок пересекал невидимое черное пространство, образованное прозрачным воздухом, в то время как по обе стороны от него сияли плотные массы частиц пыли, подобно тому как светятся любые тела, освещенные сильным светом".
Тиндаль изобрел также метод стерилизации растворов, содержащих споры бактерий, способные выживать в кипящей воде: этот метод до сих пор известен под названием "тиндализация". Суть его заключается в том, что стерилизуемый раствор несколько раз нагревается в течение ряда дней: непроросшие споры выдерживают нагревание, а проросшие гибнут. Таким образом, после нескольких последовательных нагреваний раствор становится стерильным. Опыты Тиндаля были столь оригинальными, а его поддержка взглядов Пастера столь энергичной, что он по праву разделяет с Пастером славу ниспровергателя учения о самозарождении.
Исследования Пастера и Тиндаля нашли еще одно практическое применение. Его предложил их современник хирург Листер (1827–1912), хорошо знакомый с работами этих ученых. Листер высказал мысль, что если бы операционное поле на теле больного удалось изолировать от микроорганизмов, попадающих из воздуха, то это спасло бы жизнь многим оперируемым. В те времена в английских больницах смертность при ампутации достигала 25–50 % - главным образом вследствие заражения. При операциях в полевых условиях во время военных кампаний дело обстояло еще хуже. Так, в ходе франко-прусской войны из 13 тыс. ампутаций, проведенных французскими хирургами, не менее 10 тыс. имело смертельный исход! Пока сохранялась вера в самозарождение микробов, не было причин удалять их из раны. Однако после открытия Пастера Листер понял, что носителей инфекции необходимо уничтожать прежде, чем они попадут на операционное поле. И Листер добился успеха, применив карболовую кислоту (фенол) в качестве антибактериальною средства. Он стерилизовал инструменты, опрыскивал кабинет и даже пропитывал одежду больного раствором фенола. Принятые меры дали отличные результаты, что привело к рождению антисептической хирургии.
Панспермия
Учение о самозарождении постепенно умирало на протяжении столетий, и то, что оно было окончательно похоронено Пастером и Тиндалем, вряд ли может удивить современных ученых. Однако не существовало теории, способной занять его место. Нетрудно представить, что в XIX в. при чрезвычайно низком уровне знаний о химической организации живой материи, всякий, кто попытался бы думать о происхождении жизни, был обречен на неудачу. Как заметил в 1863 г. Дарвин в письме Гукеру, "сущий вздор - рассуждать сейчас о происхождении жизни; с тем же успехом можно было бы рассуждать о происхождении материи".
Дарвин был прав. Слишком мало было в то время известно о природе жизни и истории Земли, чтобы продуктивно рассуждать о происхождении жизни. Однако крушение учения о самозарождении привело некоторых известных ученых к мысли, что жизнь никогда не возникала, а, как материя или энергия, существовала вечно. Согласно этому представлению, "зародыши жизни" блуждают в космическом пространстве до тех пор, пока не попадают на подходящую по своим условиям планету - там они и дают начало биологической эволюции. Эту идею поддерживали Герман ван Гельмгольц (1821–1894) и Уильям Томсон (позднее лорд Кельвин; 1824–1907) - самые знаменитые физики XIX в. Гельмгольц, лично ставивший опыты по изучению самозарождения бактерий, в лекции, прочитанной в 1871 г., говорил:
Я не смогу возразить, если кто-нибудь будет считать данную гипотезу в большой или даже очень большой степени неправдоподобной. Но мне кажется, что в случае, если все наши попытки получить живые организмы из неживой материи провалятся, с научной точки зрения правомочно задать вопрос: возникала ли жизнь когда-нибудь вообще или же ее зародыши переносятся из одного мира в другой и развиваются повсюду, где есть подходящие условия?
Гельмгольц и Томсон были близкими друзьями и, вполне вероятно, не раз обсуждали этот вопрос. Как бы там ни было, несколькими месяцами позже Томсон высказал очень похожую мысль в своем президентском обращении к Британской ассоциации развития науки:
Достаточно точными экспериментами, проведенными к настоящему времени, показано, что любой форме жизни всегда предшествует жизнь. Мертвая материя не способна превратиться в живую, не испытав предварительно воздействия живой материи. Мне это представляется такой же несомненной научной истиной, как закон всемирного тяготения. Я готов принять в качестве научного постулата, справедливого всегда и повсюду, утверждение, что жизнь порождается только жизнью и ничем, кроме жизни. Но как же тогда произошла жизнь на Земле?
Далее он говорил о том, что во Вселенной должно существовать много других миров, несущих жизнь, которые время от времени разрушаются при столкновении с другими космическими телами, а их обломки с живыми растениями и животными рассеиваются в пространстве.
Следовательно, в высшей степени вероятно, что в космосе движется бесчисленное множество метеоритных камней, несущих семена жизни. Если бы в настоящее время жизни на Земле не существовало, то один такой упавший на нее камень мог бы стать так называемой естественной причиной возникновения жизни, в результате чего Земля покрылась бы растительностью… Гипотеза о том, что жизнь на Земле произошла благодаря таким обломкам более древних миров, может показаться дикой и фантастичной; однако по этому поводу я могу лишь утверждать, что она не является ненаучной.
Эта идея была тщательно разработана в 1908 г. шведским химиком Сванте Аррениусом (1859–1927), который назвал свою теорию панспермией. Развивая идеи Гельмгольца и Кельвина, он высказал несколько собственных соображений, предположив, что бактериальные споры и вирусы могут уноситься с планеты, где они существовали, под действием электростатических сил, а затем перемещаться в космическое пространство под давлением света звезд. Находясь в космическом пространстве, спора может осесть на частицу пыли; увеличив тем самым свою массу и преодолев давление света, она может попасть в окрестности ближайшей звезды и будет захвачена одной из планет этой звезды. Таким образом, живая материя способна переноситься с планеты на планету, из одной звездной системы в другую. Как указывал Аррениус, из этой теории, в частности, следует, что все живые существа во Вселенной должны быть химически родственны.
Теория панспермии опирается на два утверждения, которые следует рассмотреть отдельно. Первое из них заключается в том, что жизнь существовала всегда, т. е. она неразрывно связана с материей. Сейчас мы можем с уверенностью сказать, что эта мысль ошибочна. Жизнь в отличие от материи и энергии не относится к числу фундаментальных свойств Вселенной; она скорее представляет собой проявление определенных комбинаций молекул, которые не могли существовать вечно, поскольку не всегда существовали даже элементы, из которых они состоят. Космологи считают, что Вселенная первоначально состояла из самого легкого элемента водорода или из нейтронов - фундаментальных частиц, имеющих примерно такую же массу, как атом водорода. Все элементы тяжелее водорода образовались (и образуются в звездах до сих пор) из водорода в реакциях ядерного синтеза. Эти реакции служат главным источником звездной энергии. Хотя за время существования наблюдаемой Вселенной (по оценкам 10–15 млрд. лет) часть водорода была израсходована, он до сих пор остается наиболее распространенным элементом. Около 90 % атомов наблюдаемой Вселенной (что составляет около 60 % ее массы) приходится на водород, остальная часть - это в основном гелий, элемент, следующий по массе за водородом. Но поскольку кроме водорода для организации живой материи необходимы и другие элементы, жизнь не может быть "ровесницей" Вселенной - она должна была возникнуть гораздо позднее.
Второе утверждение теории панспермии, согласно которому споры могут и должны переноситься через космическое пространство, в наши дни представляется гораздо менее правдоподобным, чем это казалось Аррениусу. Совместное воздействие ультрафиолетового и рентгеновского излучений, а также космических лучей, которым организмы неизбежно должны подвергаться в космосе, намного опаснее, а межзвездные расстояния и, следовательно, время, необходимое для перемещения, значительно больше, чем предполагал Аррениус. Но сейчас мы располагаем также эмпирическими данными, свидетельствующими о том, что споры, которые бы могли засеивать Вселенную, не способны ни покидать Землю, ни проникать в ее окрестности. В образцах грунта, доставленных с Луны американскими астронавтами во время полетов кораблей "Аполлон", не обнаружено микроорганизмов, хотя предполагалось, что Луна может "улавливать" значительное число частиц, покидающих Землю или попадающих в ее окрестности из других областей космического пространства. Биологические анализы образцов лунного грунта не выявили никаких организмов, способных выжить в долгих космических путешествиях, и до сих пор все подобные исследования дают лишь отрицательные результаты. За время существования Солнечной системы (около 4,5 млрд. лет) споры - если они существуют - должны были попасть и на Марс; но к доказательствам наличия жизни на Марсе мы обратимся несколько позже.
Однако, несмотря на факты, свидетельствующие против теории панспермии, она продолжает жить. В последние годы известный американский астрофизик и писатель-фантаст Фред Хойл вместе со своим сотрудником Чандром Викрамасингхом пришли к невероятному заключению, что не менее 80 % частиц межзвездной пыли состоят из клеток бактерий и морских водорослей. Их предположение основано на изучении оптических свойств частиц межзвездной пыли. Согласно оценкам, ее масса в нашей Галактике примерно в 5 млн. раз превосходит массу Солнца. С этой точки зрения Земля почти безжизненна по сравнению с межзвездным пространством. Вслед за Аррениусом Хойл и Викрамасингх называют эти клетки межпланетными "прыгунами". Но если такие "прыгуны" действительно существовали, то они, наверное, давно бы добрались и до Луны, и до Марса.
Совсем недавно некоторые ученые предложили обновленный вариант теории панспермии. Согласно ему, жизнь на Землю опять-таки занесена из космического пространства, но не случайно, как предполагает классическая теория панспермии, а "доставлена" на межзвездном космическом корабле, отправленном разумными существами с какой-то обитаемой планеты, принадлежащей другой звездной системе. Эта теория предполагает, что жизнь не существовала вечно, как считали Гельмгольц, Кельвин и Аррениус, а зародилась в результате сложной цепи химических превращений (мы расскажем об этом в гл. 3). На примитивной Земле не было подходящих условий для зарождения жизни: поэтому жизнь, существующая ныне на нашей планете, изначально возникла где-то в другом месте Галактики, где условия были благоприятными. Наиболее детально эта гипотеза, получившая название направленной панспермии, была разработана Фрэнсисом Криком и Лесли Оргелом. Крик и Оргел доказывают, что с момента образования Вселенной прошло достаточно времени, чтобы в Галактике могла сформироваться технически развитая цивилизация, которая по неведомым нам причинам около 4 млрд. лет назад сознательно заселила Землю микроорганизмами, доставленными автоматическим космическим аппаратом.
Поначалу я расценивал эту гипотезу как чистую мистификацию, целью которой было показать несовершенство наших представлений о происхождении жизни. Но, ознакомившись с книгой Крика, где гипотеза направленной панспермии рассматривается как серьезная альтернатива теории о возможности самостоятельного возникновения жизни на нашей планете (см. ), я изменил свое мнение. Хотя нет никаких доказательств в пользу этой гипотезы по сравнению с общепринятой, мы не располагаем и данными, которые позволили бы опровергнуть ее. Обнаружение жизни на какой-то другой планете нашей Галактики, вероятно, могли бы стать проверкой этой гипотезы, поскольку все ее варианты - в отличие от гипотезы локального происхождения - обязательно предполагают идентичность всех существующих генетических систем.
Теория направленной панспермии входит составной частью в развернувшуюся ныне широкую дискуссию о возможности существования в нашей Галактике внеземных цивилизаций. На теоретические исследования этого вопроса, как и на реальные поиски радиосигналов от иных цивилизаций, направлены все возрастающие усилия многих исследователей. Но хотя в этой проблеме остается еще много неясного, в последние годы наблюдается заметный отход от упрощенного представления, бытовавшего на заре космической эры, согласно которому Галактика просто "кишит" технологически развитыми обществами, которые существуют на планетах земного типа в иных звездных мирах. Как теоретические доводы, так и результаты последних исследований Солнечной системы показали, что пригодные для жизни планеты, видимо, достаточно редки. Другие соображения приводят к выводу, что любая цивилизация, обретя способность к межзвездным полетам, должна быстро (в масштабе геологического времени) распространяться по всей Галактике. Если действительно существуют более древние, чем земная, цивилизации, способные совершать космические полеты, то где же они? Мы явно не обнаруживаем присутствия внеземных цивилизаций в Солнечной системе. Эта захватывающая тема довольно подробно изложена в сборнике под редакцией Харта и Цуккермана .
Вероятно, самое мудрое - это продолжить попытки выяснения, какие условия существовали на примитивной Земле, и найти хотя бы один правдоподобный путь "самосборки" элементарной генетической системы. Наши достижения на пути к этой цели рассматриваются в следующей главе.
Примечания:
Национальная академия деи Линчей (Accademia Nazionale dei lincei) - одна из старейших в Европе академий наук: существует (с перерывами) с 1603 г. в Италии. Название происходит от слова lince - рысь: основатели академии поклялись исследовать природу глазами зоркими, как у рыси. - Прим. ред.
Религиозные учения всех времен и всех народов приписывали обычно появление жизни тому или другому творческому акту божества. Весьма наивно решали этот вопрос и первые исследователи природы. Аристотель (384 – 322 гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни. Даже для такого выдающегося ума древности, каким являлся Аристотель, принять представление о том, что животные - черви, насекомые и даже рыбы - могли возникнуть из ила, не представляло особых затруднений. Напротив, этот философ утверждал, что всякое сухое тело, становясь влажным, и, наоборот, всякое мокрое тело, становясь сухим, родят животных.
Согласно гипотезе Аристотеля о спонтанном зарождении, определенные “частицы” вещества содержат некое “активное начало”, которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе.
“Таковы факты – живое может возникать не только путем спаривания животных, но и разложением почвы. Так же обстоит дело и у растений: некоторые развиваются из семян, а другие как бы самозарождаются под действием всей природы, возникая из разлагающейся земли или определенных частей растений” (Аристотель).
Авторитет Аристотеля имел исключительное влияние на воззрения средневековых ученых. Мнение этого философа в их умах причудливо переплеталось с учением отцов церкви, зачастую давая нелепые и даже смешные на современный взгляд представления. Приготовление живого человека или его подобия, “гомункулуса”, в колбе, при помощи смешения и перегонки различных химических веществ, считалось в средние века хотя и весьма трудным и беззаконным, но, без сомнения, выполнимым делом.
Получение же животных из неживых материалов представлялось ученым того времени настолько простым и обычным, что известный алхимик и врач Ван-Гельмонт (1577 – 1644 гг.) дает рецепт, следуя которому можно искусственно приготовить мышей, покрывая сосуд с зерном мокрыми и грязными тряпками. Этот весьма удачливый ученый описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван- Гельмонт считал человеческий пот.
Ряд сочинений, принадлежащих к XVI и XVII вв., подробно описывает превращение воды, камней и других неодушевленных предметов в пресмыкающихся, птиц и зверей. Гриндель фон Ах даже приводит изображение лягушек, образующихся из майской росы, а Альдрованд дает рисунки, показывающие, каким образом птицы и насекомые родятся из веток и плодов деревьев.
Чем дальше развивалось естествознание, чем большее значение в деле познания природы приобретали точное наблюдение и опыт, а не одни только рассуждения и мудрствования, тем более сужалась область применения теории самопроизвольного зарождения.
Доказательства несостоятельности теории витализма
Уже в 1688 году итальянский биолог и врач Франческо Реди, живший во Флоренции, подошел к проблеме возникновения жизни более строго и подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. Доктор Реди простыми опытами доказал неосновательность мнений о самозарождении червей в гниющем мясе. Он установил, что маленькие белые червячки - это личинки мух. Проведя ряд экспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).
“Убежденность была бы тщетной, если бы ее нельзя было подтвердить экспериментом. Поэтому в середине июля я взял четыре больших сосуда с широким горлом, поместил в один из них землю, в другой – немного рыбы, в третий – угрей из Арно, в четвертый – кусок молочной телятины, плотно закрыл их и запечатал. Затем я поместил то же самое в четыре других сосуда, оставив их открытыми… Вскоре мясо и рыб в незапечатанных сосудах зачервили; можно было видеть, как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают из них. Но в запечатанных сосудах я не видел ни одного червяка, хотя прошло много дней, после того как в них была положена дохлая рыба” (Реди).
Таким образом, относительно живых существ, видимых простым глазом, предположение о самозарождении оказалось несостоятельным.
Но в конце XVII в. Кирхером и Левенгуком был открыт мир мельчайших существ, невидимых простым глазом и различимых только в микроскоп. Этих “мельчайших живых зверьков” (так Левенгук называл открытые им бактерии и инфузории) можно было обнаружить всюду, где только происходило гниение, в долго стоявших отварах и настоях растений, в гниющем мясе, бульоне, в кислом молоке, в испражнениях, в зубном налете. “В моем рту, - писал Левенгук, - их (микробов) больше, чем людей в соединенном королевстве”. Стоит только поставить на некоторое время в теплое место скоропортящиеся и легко загнивающие вещества, как в них сейчас же развиваются микроскопические живые существа, которых раньше там не было. Откуда же эти существа берутся? Неужели же они произошли из зародышей, случайно попавших в гниющую жидкость? Сколько, значит, должно быть повсюду этих зародышей! Невольно являлась мысль, что именно здесь, в гниющих отварах и настоях и происходит самозарождение живых микробов из неживой материи.
Это мнение в середине XVIII в. получило подтверждение в опытах шотландского священника Нидхэма, который брал мясной бульон или отвары растительных веществ, помещал их в плотно закрывающиеся сосуды и короткое время кипятил. При этом, по мнению Нидхэма, должны были погибнуть все зародыши, новые же не могли попасть извне, так как сосуды были плотно закрыты. Тем не менее, спустя некоторое время в жидкостях появлялись микробы. Отсюда указанный ученый делал вывод, что он присутствует при явлении самозарождения.
Однако против этого мнения выступил другой ученый, итальянец Спалланцани. Повторяя опыты Нидхэма, он убедился, что более продолжительное нагревание сосудов, содержащих органические жидкости, совершенно их обеспложивает. В 1765 году Ладзаро Спалланцани провел следующий опыт: подвергнув мясные и овощные отвары кипячению в течение нескольких часов, он сразу же их запечатал, после чего снял с огня. Исследовав жидкости через несколько дней, Спалланцани не обнаружил в них никаких признаков жизни. Из этого он сделал вывод, что высокая температура уничтожила все формы живых существ и что без них ничто живое уже не могло возникнуть.
Между представителями двух противоположных взглядов разгорелся ожесточенный спор. Спалланцани доказывал, что жидкости в опытах Нидхэма не были достаточно прогреты и там оставались зародыши живых существ. На это Нидхэм возражал, что не он нагревал жидкости слишком мало, а, наоборот, Спалланцани нагревал их слишком много и таким грубым приемом разрушал “зарождающую силу” органических настоев, которая очень капризна и непостоянна.
Таким образом, каждый из спорящих остался при своем мнении, и вопрос о самозарождении микробов в гниющих жидкостях не был разрешен ни в ту, ни в другую сторону в течение целого столетия. За это время было сделано немало попыток опытным путем доказать или опровергнуть самозарождение, но ни одна из них не привела к определенным результатам.
Вопрос запутывался все больше и больше, и только в половине XIX в. он был окончательно разрешен благодаря блестящим исследованиям гениального французского ученого Пастера.
В 1859 г. французская Академия объявила о присуждении премии тому, кто окончательно решит вопрос о возможности или невозможности самозарождения жизни. Эту премию получил в 1862 г. знаменитый французский химик и микробиолог Луи Пастер. Так же как Спаланцани, он прокипятил питательный бульон в стеклянной колбе, но колба была не обычная, а с горлышком в виде 5-образной трубки. Воздух, а следовательно и «жизненная сила», могли проникать в колбу, но пыль, а вместе с нею и микроорганизмы, присутствующие в воздухе, оседали в нижнем колене 5-образной трубки, и бульон в колбе оставался стерильным. Однако стоило сломать горло колбы или ополоснуть стерильным бульоном нижнее колено 5-образной трубки, как бульон начинал быстро мутнеть - в нем появлялись микроорганизмы.Таким образом, благодаря работам Луи Пастера теория самозарождения была признана несостоятельной и в научном мире утвердилась теория биогенеза, краткая формулировка которой - «все живое - от живого».
Однако, если все живые организмы в исторически обозримый период развития человечества происходят только от других живых организмов, естественно возникает вопрос: когда и каким образом появились на Земле первые живые организмы?
Франческо Реди (Francesco Redi , (18.02.1626, Ареццо - 01.03.1698, Пиза) - итальянский зоолог, врач, поэт, литератор, лингвист, историк, знаток различных областей естествознания, остроумный экспериментатор.
Франческо Реди
Биография
В городе Пиза изучал философию и медицину. Вернувшись в Ареццо, за свои заслуги в области исследования природы получил назначение на должность домашнего врача от Тосканского принца Фердинанда II, а также членство в Academia del cimento, также Реди являлся главным фармацевтом герцогства. Реди основательно изучил все труды по анатомии и физиологии, которые были известны до него.
Печатные труды
Принимал участие в составлении словаря «Academia della Crusca». Все его оригинальные печатные труды вышли во Флоренции в 1664-90 г. (7 томов) и Венеции в 1712-28 г. (7 томов). Самые известные:
- «Опыты о размножении насекомых» (1668 г.)
- «Наблюдения над животными, живущими в живых же животных» (1684 г.)
Обе книги были непосредственно связаны с обсуждением возможности самопроизвольного зарождения организмов. Реди также написал ряд трудов по медицине, опубликовал книгу о действии змеиного яда.
Эксперимент
При опытах с действием змеиного яда; доказал, что яд гадюки безвреден, если его проглотить.
Абиогенез - теория возникновения живых существ из веществ неорганической природы. До середины 19 в. под А. понималось самопроизвольное зарождение, т. е. внезапное возникновение из неживых материалов сложноорганизованных живых существ. Так, ещё в 17 в. верили в самозарождение червей, рыб, лягушек и даже мышей из росы, ила, грязи. Однако итальянский учёный Ф. Реди в 1668 показал, что личинки мух в гниющем мясе появляются только из отложенных мухами яиц. В 18 в. итальянский учёный Л. Спалланцани установил, что в прокипяченных бульонах микроорганизмы не развиваются. Окончательно это доказал в 1861 французский учёный Л. Пастер, опыты которого не отрицают, однако, возможности А. в прежние геологические эпохи.
Самопроизвольное зарождение жизни Аристотель (гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, считал, что определённые «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм.. Аристотель писал, что лягушки и насекомые заводятся в сырой почве.
Распространение гипотезы. Гипотеза самозарождения была распространена в Египте, Вавилоне, Китае, а также имела распространение в средние века. Гипотеза самозарождения была распространена в Египте, Вавилоне, Китае, а также имела распространение в средние века.
Опровержение теории. Опыты Франческо Реди Франческо Реди подверг сомнению теорию спонтанного зарождения живого. В 1668 г. Реди проделал следующий опыт. Он поместил куски мяса в разные сосуды, причем одни сосуды накрыл кисеей, а другие оставил открытыми. Налетевшие мухи отложили яйца на мясе в открытых сосудах; вскоре из яиц вывелись личинки. В накрытых сосудах личинок не оказалось. Опровергнув концепцию самозарождения, Реди высказал мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза).
Опыты Луи Пастера Ученый кипятил в воде различные субстраты в которых могли бы образоваться микроорганизмы.При дополнительном кипячении микроорганизмы и их споры погибали. Л. Пастер присоединил к реторте S- образную трубку, со свободным концом Воздух свободно проникал в S-образную трубку, но питательная среда оставалась прозрачной. Споры микроорганизмов оседали на изогнутой трубке и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипяченная питательная среда оставалась стерильной, в ней не обнаруживалось зарождения жизни, несмотря на то, что доступ воздуха был обеспечен.
Вывод. В настоящее время большинство учёных считает, что возникновение жизни длительный процесс, происходивший на Земле в отдалённые геологические эпохи, когда условия (температура, химический состав газовой, жидкой и твёрдой оболочек Земли, режим излучения и др.) сильно отличались от современных. Одна из распространённых теорий Абиогенеза принадлежит советскому учёному А. И. Опарину.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный морской технический университет»
На тему: «Опыты Ф. Реди и Л. Пастера»
Выполнил: студент группы 813, Якимук Ю.В.
Проверил: преподаватель, Н.М. Бабаева
Введение
1. Гипотезы о происхождении жизни на Земле
2. Опыты Л. Пастера
3. Опыты Ф. Реди
Список сайтов и литературы
Введение
С древности и до нашего времени было высказано множество гипотез о происхождении жизни на Земле. Однако все их многообразие сводится к двум взаимоисключающим точкам зрения.
Сторонники теории биогенеза (от греч. био - жизнь и генезис - происхождение) полагали, что все живое происходит только от живого. Их противники защищали теорию абиогенеза (а - лат. отрицательная приставка); они считали возможным происхождением живого от неживого, т. е. в той или иной мере допускали самозарождение жизни.
Самозарождение -- спонтанное зарождение живых существ из неживых материалов; в общем случае, самопроизвольное возникновение живого вещества из неживого. В настоящее время общепризнано, что зарождение живых организмов невозможно, а возникновение живого вещества из неживого практически невозможно в современных природных условиях. Однако в науке активно обсуждаются возможные сценарии возникновения жизни на ранних этапах существования Земли.
В том, что живое или, по крайней мере, низшие его представители, способны зарождаться сами по себе буквально из ничего, не было никаких сомнений. Сведения о том, как различные живые существа появляются из воды, грязи и гниющих остатков, можно найти в древних китайских и индийских рукописях, об этом также рассказывают египетские иероглифы и клинописи Древнего Вавилона. К примеру, народ Древнего Египта свято верил в существовавшее тогда убеждение о том, что лягушки, жабы, змеи и даже более крупные животные, такие как, например, крокодилы, рождаются не иначе как из слоя ила, остающегося на берегах Нила после его сезонных разливов. А в Древнем Китае люди полагали, что тля возникает сама по себе на молодых побегах бамбука. Причём немаловажное значение в этом процессе придавалось теплу, влаге и солнечному свету. В Вавилоне же люди верили, что черви появляются сами по себе в каналах.
1. Гипотезы о происхождении жизни на Земле
После открытия А. ван Левенгуком микроорганизмов именно они стали основным объектом спора о зарождении жизни, поскольку логичным представлялось, что в первую очередь к самозарождению способны наиболее примитивно устроенные живые существа. Сам ученый отрицательно относился к возможности зарождения микроорганизмов из неживой материи. Английский натуралист Дж. Нидхем попытался экспериментально ответить на этот вопрос. Ученый поставил серию опытов, которые сводились к тому, что он готовил в стеклянных колбах разные настои, кипятил их в течение нескольких минут, затем закрывал обычными пробками. Через несколько дней в сосудах появлялись микроорганизмы. Это привело Нидхема к заключению о спонтанном возникновении микроорганизмов из неживого органического вещества, т.е. о возможности самопроизвольного зарождения на уровне низших живых существ. Опыты Дж. Нидхема повторил итальянский естествоиспытатель Л.Спалланцани. Его опыты внешне не отличались от опытов Нидхема, за исключением того, что Спалланцани закрывал сосуд пробкой не после, а до кипячения, а само кипячение длилось не несколько минут, как в опытах Нидхема, а значительно дольше - от 30 мин до 1 ч. В таких сосудах после выдерживания в течение нескольких дней не было обнаружено никаких микроорганизмов.
Л.Спалланцани сделал вывод, что в опытах Дж. Нидхема микроорганизмы в настоях появлялись, или, попадая туда из воздуха (поскольку сосуды закрывали обычными пробками после кипячения), или погибали не все первоначально содержавшиеся в настоях клетки из-за недостаточно длительного кипячения. (В первую очередь это относится к наиболее термоустойчивым формам бактерий - спорам.) Л.Спалланцани под микроскопом удалось наблюдать деление микроба на две одинаковые дочерние клетки, каждая из которых также делилась на две клетки. Все сказанное позволило итальянскому ученому утверждать, что и микроорганизмы возникают не в результате самозарождения, а происходят от себе подобных. Выводы Л.Спалланцани, однако, не поколебали веры Дж.Нидхема и его сторонников в самозарождение. Дж.Нидхем объяснил отрицательные результаты, полученные Л.Спалланцани, тем, что тот подвергал свои настои слишком жесткой обработке, в результате которой разрушалась их "жизненная сила". Окончательный конец спору о самозарождении микроорганизмов положил Л.Пастер.
2. Опыты Л. Пастера
Серией четко поставленных опытов он доказал, что микроорганизмы не возникают самопроизвольно. Особенно изящными были его опыты, проведенные в колбах с S-образными горлами.
Опыт Л.Пастера в колбах с S-образными горлами
В такие колбы наливали подсахаренную дрожжевую воду. Если колбы прокипятить, а затем осторожно охладить, то они остаются стерильными неопределенно долгое время, несмотря на то, что не закрыты пробками. Если же удалить S-образный участок горла, то спустя несколько дней в такой колбе будет наблюдаться бурное развитие микроорганизмов. Через S-образное горло непрогретый воздух может легко поступать в колбу, но содержащиеся в воздухе микроорганизмы задерживаются в изгибах горла, оседая в его нижнем колене. После удаления S-образной части горла микроорганизмы прямо попадают в колбу, начинается их быстрый рост. Этим простым опытом Л.Пастер опроверг возражение о разрушении при нагревании таинственной "жизненной силы", содержащейся в питательной среде и в обычном (непрогретом) воздухе. Он неопровержимо доказал, что "самозарождение" в большинстве опытов происходит в результате попадания в стерилизованные питательные среды микроорганизмов из воздуха. Позднее идеи о самозарождении возникли уже в XX в. по отношению к субмикроскопическим живым частицам - вирусам. Однако и в этом случае было доказано, что вирусы не зарождаются из невирусного материала, а происходят только от себе подобных частиц, т.е. вирусов. Таким образом, хотя теория самозарождения была убедительно опровергнута на разных уровнях организации живых организмов, вопрос о происхождении жизни оставался открытым. Основной вывод, который можно сделать из рассмотренного выше материала, заключается в том, что в настоящее время (имеется в виду отрезок времени достаточной исторической протяженности) спонтанное возникновение жизни невозможно. Однако это не ответ на вопрос о происхождении жизни. Точно так же не является ответом на вопрос и гипотеза о внеземном происхождении жизни и занесении ее на Землю в виде спор или зародышей с другой планеты.
Надо сказать, что Л.Пастер допускал возможность существования каких-то неизвестных условий, при которых могло произойти спонтанное зарождение жизни. В 1878 г. он писал, что не считает самозарождение в принципе невозможным. В XX в. внимание к этой проблеме было привлечено советским биохимиком А.И.Опариным и английским исследователем Дж.Холдейном (J.Haldane), которые выдвинули предположение, что жизнь возникла в результате взаимодействия органических соединений, образовавшихся в бескислородных условиях на первобытной Земле. Согласно этой гипотезе, биологический синтез органических веществ происходит только на современном этапе существования Земли. На первобытной безжизненной Земле могли происходить химические (абиогенные) синтезы углеродистых соединений и их последующая предбиологическая эволюция. В результате этой эволюции имело место постепенное усложнение органических соединений, формирование из них пространственно обособленных систем и превращение последних в предшественников жизни, а затем и в первичные живые организмы. В последующие годы эти идеи получили широкое признание. Конечно, вопрос о происхождении жизни - проблема общебиологическая. Более того, плодотворное его решение возможно только в комплексе с другими науками, такими как химия, геология, палеонтология, физика.
В конце XIX - начале XX в. большой популярностью пользовалась гипотеза панспермии, согласно которой живые организмы были занесены на Землю из космического пространства. Особенно привлекательно выглядела идея занесения их с метеоритами или космической пылью. Гипотеза панспермии была сформулирована в 1865 г. немецким исследователем Г.Рихтером (G.Richter) и поддержана С.Аррениусом (S.Arrhenius) и Г.Гельмгольцем (H.Helmholtz). В наше время эту идею с учетом достижений науки и техники, и в первую очередь освоения человеком космического пространства, модернизировали Ф.Крик (F. Crick) и Л.Оргелл (L.Orgel), предположившие доставку зародышей жизни (микроорганизмов) на Землю из другой, более развитой цивилизации на космическом корабле. Эта гипотеза не объясняет первоначального возникновения этих спор или зародышей, а просто истоки жизни выносит в просторы Вселенной. В настоящее время ни у кого не вызывает сомнения возможность существования жизни в других частях Вселенной, однако вероятность занесения на Землю живых организмов из космического пространства не имеет пока никаких подтверждений. Итак, на вопрос о возможности самозарождения в наше время живых существ из неживой материи был получен отрицательный ответ, и в этом огромная заслуга Л.Пастера. Однако многими современниками Пастера его опыты, опровергавшие возникновение живых существ (микроорганизмов) из неживой материи, были восприняты как абсолютное доказательство полной невозможности зарождения живых организмов из неорганической природы. Это поставило в тупик тех исследователей, которые видели в самозарождении единственный путь возникновения жизни.
биогенез самозарождение опыт пастер
3. Опыты Ф. Реди
Другим известным членом академии Чименто стал арстинец Франческо Реди (1626--1698), который выступил с решительной критикой теории самозарождения. В работе "Опыты о размножении насекомых " Реди пишет: "По мнению древних и современных ученых, всякий гниющий и разлагающийся труп или грязь иного рода порождает червей; поэтому я, решив выяснить истину, в начале июня попросил умертвить трех змей из тех, которых называют змеями Эскулапа; мертвых их я поместил в открытый ящик, с тем, чтобы они там разлагались; прошло немного времени, и я увидел, что они все покрыты червями конусной формы без единой ноги, насколько можно было увидеть глазами, и эти черви, пожирая мясо, росли на глазах". Тем самым Реди словно бы подтверждает теорию самозарождения. Но далее он пишет, что, повторяя эксперимент, он "почти всегда видел на мясе, рыбе и вокруг... не только червей, но и личинки, из которых выводятся черви. Эти личинки появлялись из испражнений мух, оставляемых на рыбе или мясе. Это уже было отмечено и составителями словаря нашей Академии, и охотниками на диких зверей, и мясниками, и домохозяйками, которые, чтобы предохранить летом мясо от всякой дряни, кладут его под сетку от мух или покрывают куском белой ткани.
Великий Гомер в девятнадцатой книге «Илиады» описывает опасения Ахилла, когда он собирался отомстить Гектору за смерть друга: как бы мухи не развели червей в ранах мертвого Патрокла... И сердобольная мать пообещала ему, что с божьей помощью она не допустит к телу Патрокла полчища несущих нечистоты мух; и вопреки законам природы она сохранит его целым и невредимым в течение года... Вот почему, -- продолжает Реди, -- я начал сомневаться и думать, не из яиц ли мух появляются черви, а не из самого прогнившего мяса; и я тем более утверждался в своем мнении, когда во всех своих опытах видел, что на мясо, прежде чем оно покрывалось червями, всегда садились такие же мухи, которые потом рождались. Но сомнение было бы бесплодным, если бы не подтверждалось опытом. Поэтому в июле я положил в четыре фляги с широким горлом змею, несколько речных рыб. несколько угрей из р. Арно и кусок телятины; затем, закрыв, как следует, горлышки бумагой, перевязал веревкой и запечатал, я положил в другие такие же фляги те же предметы и оставил горлышки открытыми; прошло совсем немного времени, и рыбы и мясо в открытых флягах покрылись червями, и видно было, как в эти сосуды свободно влетали мухи. Но в закрытых флягах я не увидел ни одного червя, хотя прошло много месяцев с того дня, когда туда были положены рыбы и мясо; но снаружи я несколько раз находил на бумаге испражнения мух или червяка, которые всячески пытались найти какую-нибудь дырочку, чтобы проникнуть внутрь и полакомиться".
Список сайтов и литературы
1. Википедия - свободная энциклопедия.
2. Google картинки
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Гипотезы о зарождении жизни на Земле. Изучение биохимической деятельности микроорганизмов, их роли в природе, жизни человека и животных в работах Л. Пастера. Генетические исследования бактерий и вирусов, их фенотипическая и генотипическая изменчивость.
реферат , добавлен 26.12.2013
Теории самозарождения жизни на Земле в интерпретациях Аристотеля, Спалланцани, Пастера. Большой взрыв - толчок к созданию Вселенной. Эпохи развития: докембрийская, палеозойская, мезозойская и кайнозойская. Научные и религиозные гипотезы эволюции.
курсовая работа , добавлен 21.01.2010
Две точки зрения на проблему происхождения жизни. Идея о вечности жизни, инициированная результатами опытов Ф. Реди (XVII в.), провозгласившим принцип: все живое из живого. Формирование Солнечной системы. Механизм, инициирующий звездообразование.
реферат , добавлен 25.03.2016
Общее понятие про креационизм. Характеристика концепций: божественное сотворение всего живого; многократное самозарождение жизни. История возникновения панспермии как концепции. Вариант возникновения жизни на Земле как следствия химических процессов.
контрольная работа , добавлен 02.05.2009
Природа жизни, ее происхождение, разнообразие живых существ и объединяющая их структурная и функциональная близость. Причины доминирования теории эволюции. Естественнонаучные гипотезы о происхождении жизни. Христианские взгляды на происхождение человека.
курсовая работа , добавлен 12.06.2013
Абиогенное или небиологическое, возникновение органических молекул из неорганических. Образование биологических полимеров. Формирование мембранных структур и первичных организмов (пробионтов). Развитие жизни на Земле.
реферат , добавлен 05.06.2004
Вопрос о возникновении жизни на Земле - борьба религии и науки, идеализма и материализма. Проблема отличия живого от неживого. Современное двуединое понятие первобытного бульона и самозарождения жизни - теория Опарина-Холдейна о происхождении жизни.
реферат , добавлен 09.05.2009
История представлений о возникновении жизни на Земле. Гипотезы возникновения жизни на Земле. Образование первичных органических соединений. Что считать жизнью? Эволюция жизни на Земле. Появление высокоорганизованных форм жизни.
реферат , добавлен 17.05.2003
Характеристика основных гипотез о происхождении жизни: креационизм, абиогенез, гипотеза стационарного состояния (этернизм), панспермия, биохимическая эволюция (гипотеза Опарина). Спорные доказательства абиогенного механизма возникновения жизни (РНК-мира).
презентация , добавлен 08.06.2011
Гипотезы о предбиологической стадии живого. Процессы на ранней Земле и возникновение живого. Одна из гипотез о первых организмах. Рассуждения об определении жизни и экспериментах на первых организмах. Изучение процессов кристаллизации некоторых глин.