Естествознание. Базовый уровень. 11 класс - Сергей Титов

Рис. 137. Опыт С. Миллера

В 1955 г. английский исследователь С. Миллер собрал экспериментальную установку, где попытался воспроизвести условия, существовавшие на Земле 3,5 млрд лет назад (рис. 137). Он воссоздал на основании анализа вулканических газов первобытную атмосферу при большом давлении в колбе с водой, нагрел колбу до температуры около 80 °C и пропускал через колбу электрические разряды напряжением до 60 тыс. вольт. В результате в колбе образовался раствор нескольких простых органических соединений – уксусной и муравьиной кислоты, мочевины, простых сахаров и нескольких аминокислот. Это доказывало, что на молодой Земле мог происходить синтез органических соединений без участия живых организмов, который был назван абиогенным синтезом органических веществ.

Растворившись в воде, органические вещества образовали, по выражению Холдейна, «первичный бульон». В этом бульоне органические молекулы постепенно усложнялись и укрупнялись, складываясь в простые белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты, и в конце концов могли образовать коацерваты. Так как атмосфера того времени не содержала кислорода, коацерваты не окислялись, а, напротив, происходило их постепенное усложнение, и в определённый момент из них могли образоваться примитивные живые организмы – пробионты.

Рис. 138. Схема образования мембранных структур

Самая сложная проблема заключается в том, как могли возникнуть самовоспроизводящиеся клетки. Считается, что первыми нуклеиновыми кислотами были РНК, которые каким-то образом стали кодировать синтез белков. Позже появились двухцепочечные ДНК, которые оказались способными к самокопированию и стали главным носителем генетической информации. Но мы знаем, что для осуществления процессов транскрипции и трансляции, т. е. для производства белков, необходимо наличие ферментов. А все ферменты – белки! Что же тогда возникло раньше – нуклеиновые кислоты, деятельность которых невозможна без белков, или белки, которые не могут возникнуть без нуклеиновых кислот?

Заключительным этапом появления на Земле живых клеток явилось образование у коацерватов клеточных мембран, без которых невозможна нормальная жизнедеятельность клетки (рис. 138). Мембраны, которые, как вы знаете, состоят из липидов и белков, могли образоваться из липидных плёнок, появляющихся на поверхности первичного бульона. Сюда могли поступать образующиеся в этом бульоне пептиды. Во время волнения воды липидные мембраны могли замыкаться в пузырьки, в которых оказывались нуклеиновые кислоты (скорее всего, РНК) и белки-ферменты. Дальнейшее усложнение процессов биохимической регуляции привело к появлению первых живых, способных к размножению клеток.

1. В чём заключается теория панспермии?

2. Чем отличалась атмосфера времени зарождения жизни от современной?

3. Какие результаты получил в своих экспериментах Миллер?

4. Каким образом могли образоваться клеточные мембраны?

§ 45 Первые эволюционные теории и возражения против них

В болотистых местах под влиянием солнца из смешения тёпло-сухого и мокро-холодного самопроизвольно произошли животные, достигшие высших степеней развития вместе с развитием Земли, даже человек в своём развитии прошёл стадии рыб и зверей.

Как следует из приведённого эпиграфа, представление об эволюции живой природы никак нельзя считать приобретением нового времени. Однако средневековые мыслители были вполне удовлетворены креационистской позицией, и вопрос об изменяемости видов не попадал в поле их внимания. Кроме того, надо помнить, что возраст Земли оценивался в то время приблизительно в 6 тыс. лет и ни о каком серьёзном изменении видов за такой период говорить не приходилось. Идея эволюционного развития стала вновь получать распространение в эпоху Возрождения, причём в первую очередь среди философов, а не биологов. Эту точку зрения разделяли Лейбниц, Кант, Гегель и другие философы, а французские просветители Дени Дидро (1713–1784) и Моро де Мопертюи (1698–1759) даже говорили о принципе естественного отбора.

Создателем первой последовательной эволюционной теории считается Жан Батист де Ламарк (1744–1829).

Рис. 139. Градации Ламарка. Ламарк считал, что первые организмы произошли из неорганической природы путём самозарождения. Их дальнейшее развитие привело к усложнению живых существ, поэтому классификация организмов не может быть произвольной, она должна отображать процесс движения от низших форм к высшим. Всех животных учёный разделил на 14 классов, которые распределил по степени усложнения организации, образовав 6 ступеней – градаций.

Он считал, что все живые организмы способны к развитию и обладают врождённым стремлением к совершенству (рис. 139). Развитие идёт в процессе взаимодействия с условиями окружающей среды, изменение которых является причиной изменения видов. Главной причиной эволюции Ламарк считал возможность передачи потомству приобретённых при жизни признаков. Особое значение он придавал упражнению или, напротив, неупражнению определённых органов. Предположим, что утка, перешедшая к жизни в воде и нашедшая там подходящую для себя экологическую нишу, пытаясь плыть, гребёт растопыренными пальцами.

В результате натяжения кожи между пальцами у неё вытягивается маленькая перепонка. От этой постоянно упражняемой части тела к половым железам направляются управляющие потоки – флюиды (Ламарк считал их электрическим током), которые так действуют на гаметы, что потомство этой утки рождается с крохотными перепонками между пальцами. Упражнение данной перепонки в течение всей жизни новой утки приводит к тому, что у её потомства перепонка увеличивается. И так продолжается до тех пор, пока после многих тысячелетий не появляется современная утка с пальцами, затянутыми перепонкой до самых кончиков. Напротив, если какой-либо орган животным не используется и регулярно не упражняется, то от него перестают течь флюиды к половым клеткам, в результате чего он деградирует, уменьшается в размерах или вообще исчезает. Так произошло, например, с костями таза у китообразных или с глазами у крота.

У эволюционных теорий того времени нашлись серьёзные оппоненты, главным из которых надо считать современника и земляка Ламарка Жоржа Кювье (1769–1832). Расцвет научной деятельности Кювье совпал с проведением интенсивных палеонтологических раскопок, позволивших обнаружить многочисленные виды древних, в настоящее время не существующих животных. Кювье создал сравнительную анатомию. Он считал, что строение и функции всех органов находятся в строгом соответствии друг с другом, а также с образом жизни, питанием и поведением данного животного. Он мог по одной найденной кости путём строгих рассуждений восстановить облик целого организма. Впоследствии, когда удавалось раскопать полный скелет, оказывалось, что Кювье почти никогда не ошибался. Про него ходил такой анекдот. Однажды на Рождество в Сорбонне решили устроить маскарад. Один студент нарядился чёртом и, вбежав в кабинет Кювье, закричал: «Профессор! Сейчас я вас съем!» Кювье внимательно посмотрел на маскарадный костюм студента и спокойно сказал: «Так… Рога… Копыта… Травоядное! Ты не можешь меня съесть».

Именно сравнительная анатомия не позволяла Кювье согласиться с теорией Ламарка и других эволюционистов того времени. Дело в том, что Ламарк настаивал на постепенном и очень медленном изменении признаков организма, что привело его к мысли об отсутствии чёткой границы между видами. Кювье же настаивал на том, что изменения отдельных органов невозможны без перестройки всего организма в целом, а следовательно, постепенное изменение мелких признаков невозможно. В результате в 1830 г. в Парижской академии наук произошёл диспут, в котором участвовали Кювье и единомышленник Ламарка Жоффруа Сент-Илер. На этом диспуте креационист Кювье наголову разбил эволюциониста (или, как тогда выражались, трансформиста) Сент-Илера.

Для объяснения палеонтологических находок, содержащих останки вымерших животных, Кювье выдвинул теорию катастроф. Будучи убеждённым сторонником креационизма, он считал, что все виды животных и растений были созданы одновременно и с тех пор не изменялись. Однако за время существования жизни на Земле произошло несколько крупных катастроф (одна из них, известная как Всемирный потоп, описана в Библии). В результате этих катастроф некоторые виды погибли, а другие выжили, размножились и распространились по земному шару. Впоследствии Кювье признал, что после катастроф могли возникать и новые виды, более приспособленные к изменившимся условиям жизни на Земле.