L19. Философские проблемы биологии (продолжение)
Last updated
Last updated
ДОРАБОТАННЫЙ КОНСПЕКТ
Данный конспект прошёл сверку с видеозаписью лекции, поэтому никакой информации не упущено. Более того: добавлены новые интересные детали к примерам, озвученным в лекции. Лектором курса конспект ещё не проверялся.
ВЕДУТСЯ СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Данный конспект всё ещё в обработке. Перерабатывается исходный текст лекции, чтобы всё было понятно и красиво. Вы можете поучаствовать в доработке конспекта, связавшись с автором.
На прошлой лекции разбиралась тема редукционизма и антиредукционизма
Редукционизм предполагает, что изучение объектов биологии может быть сведено к изучению физических и химических процессов в этих объектах, которыми можно объяснить все свойства и особенности биологических объектов. Такая позиция получила распространение в XVII столетии в связи с распространением механистической картины мироздания, когда животные представлялись как некие механизмы, в которых все процессы подчиняются законам механики.
Но в XVIII столетии среди натуралистов, биологов, зоологов стал популярен витализм (от слова vita — жизнь), который в противовес механицизму предполагал, что в живых организмах существует действие некой формообразующей силы, которая, созидает живой организм и использует физические и химические процессы только как инструменты для построения биологического организма. И эти процессы подчиняются определенным правилам, которые задаются этой некой жизненной силой, которая формирует жизнь и живые существа. К представителям витализма относились Карл фон Бэр, Эразм Дарвин, а также некоторые другие биологи. Они считали, что это некая нематериальная сила.
В XIX веке появились цитология, генетика в первоначальном варианте и развитие органической химии, что в начале XX столетия привело к рассвету биохимии. В XX столетии представители биохимии были сторонниками редукционизма, полагая, что с помощью биохимии можно объяснить феномен жизни и жизнедеятельности организма.
И снова, как и в прошлом, вот такому представлению был противопоставлен в рамках биологии неовитализм. Его основными представителями были Ханс Дриш и Якоб фон Икскюль. Они снова стали говорить о том, что существует некая сила. Дриш говорил об энтелехии, используя аристотелевское понятие применительно к живым существам. Икскюль говорил о неком плане, которому следуют все организмы. И то, и другое означало, что в организме существует какая-то система целеполагания, которая определяет функционирование и особенности органов или частей организма. Таким образом, целое не сводимо к частям, потому что просто совокупность частей еще не даст организм или химические реакции между этими частями еще не дадут функционирование организма. Для этого нужно нечто большее. Вот это большее неовиталисты объясняли с помощью понятия энтелехии или как некий такой природный план, который реализует себя в построении жизнедеятельности живого организма. В целом, вот такой подход получил название холистического. Философский термин холизм (от др.-греч. Ὅλος – целый) означает подход, предполагающий, что целое не сводимо к совокупности частей, в нем присутствует всегда нечто большее, чем просто совокупность частей.
В середине XX столетия редукционизм получил поддержку благодаря развитию теории систем и кибернетики. В частности, фон Берталанфи, как вы наверное знаете из других курсов, разработал общую теории систем. И благодаря развитию теории систем стало возможным на абстрактном уровне реабилитировать понятие «цельный», не прибегая, например, к виталистическим представлениям и понятию целеполагания, например, в рамках кибернетики. И вот на базе такого подхода теоретико-системный подход был использован и в биологии. Организм с этой точки зрения стал пониматься как некая система, связанная с восприятием, переработкой, хранением и использованием информации. Но здесь имела место следующая проблема: кибернетика и теория систем больше говорят о процессах кодирования информации, а вот семантический уровень информации они не рассматривают. Для биологии как раз был важен именно последний. На теоретико-системный подход в XX столетии возлагались большие надежды. К сожалению, они не оправдались, поскольку существование и появление семантического уровня не объяснялись в рамках теоретико-системного подхода.
В XX столетии в качестве альтернативы данному подходу сформировалось направление под названием органицизм. Его основные представители были У.Риттер и Э.Рассел. Еще в начале XX века они в своих работах подчеркивали, что организм своей целостностью является столь же существенным для своих элементов, как элементы для общей организации организма. Особенность органицизма – утверждение, что единицей жизни следует рассматривать не клетку, а организм. Органицисты постулировали тезис, что организм не сводим к своим частям, продолжая здесь линию неовиталистов. Они полагали, что кибернетика не может объяснить самостоятельную активность организма. Кибернетика имеет дело с машинами, построенными человеком, его разумом, которые имеют существенное отличие от живых организмов. Машины зависят от тех, кто их разработал, действуют соответственно определенной программе и так далее. Конечно, они рассуждали о машинах на том уровне развития техники, который был достигнут в их время. Сейчас в связи с развитием новых технологий некоторые из их аргументов можно считать устаревшими. Но в целом, так или иначе, позиция органицистов со временем становилась все более и более привлекательной в области биологии.
Одной из разновидностей редукционизма можно считать такие крайние варианты из синтетической теории эволюции, как теория эгоистичного гена известного эволюциониста Ричарда Докинза. Для него жизнь – существование генов, а все остальное – это то, что обеспечивает репликацию генов и возможность этой репликации. Соответственно, для Докинза организм – это нечто совершенно служебное, вторичное и несущественное вообще для жизни; это то, что обслуживает гены. Здесь фактически получается тоже редуцирование живых организмов неким таким вторичным структурам, которые обслуживают существование генов. Мы еще вернемся к этой теме несколько позднее.
В этот же период во второй половине XX века важным стало развитие такого направления, как биосемиотика. Она рассматривает живые организмы как некие знаковые системы, специфику жизни видит в семиотическом, т.е. знаковом характере процессов, которые происходят в рамках жизнедеятельности. Основателем биосемиотики считается фон Икскюль. В данном случае важным оказалось то, что процессы, которые описывает биосемиотика, имеют очень высокую степень сложности. И в соответствии с этим возник вопрос, при такой степени сложности могут ли системы, в которых происходят такие процессы обмена и хранения информации, быть редуцированы процессом химического синтеза, с помощью которого можно объяснить все особенности этих систем. И вот биосемиотика поставила много вопросов для редукционистских позиций в биологии, потому что выяснилось, что эти системы существуют так, что требуется одновременное существование сразу нескольких сложных компонентов. А в случае редукционизма обычная схема: если части предшествуют целому, то значит эти части, чтобы объединиться, должны последовательно прибавляться; синтез должен иметь какой-то последовательный характер. Если же представляется, что части возникают одновременно, то степень вероятности такого процесса достаточно невелика. Здесь возникает множество проблем. Как это вообще осуществить? Эта тема будет рассмотрена сегодня в рамках уже другой важной философской проблемой для биологии, к которой мы сейчас перейдем.
Это проблема существования в рамках биологии теорий происхождения. Это теории происхождения первоначально, хронологически, видов живых существ, затем для биологии стал темой дискуссий и обсуждений вопрос о происхождении жизни в целом, в рамках таких тем существует и тема антропогенеза – происхождение человека. Какие философские проблемы связаны с этими теориями? Как было сказано на прошлом занятии, философские проблемы, которые вызваны спецификой объекта изучения биологии. Живые организмы при их изучении создают определенные проблемы с экспериментированием. Помните Аристотеля, чтобы эксперимент провести, надо вмешаться в жизнедеятельность организма, а это вмешательство может быть разрушительным. Мы не можем до конца изучить организм. Можем разобрать организм, при том что части в отдельности от организма очень быстро вступают в реакции и разрушаются. А как проследить его функционирование в качестве живого организма? Здесь есть определенная трудность с изучением.
Когда стали разрабатываться теории происхождения видов, помимо уже упомянутых, проблемой стала возможность научного исследования темы происхождения. С чем это связано? Если мы не были свидетелями процесса происхождения чего-либо, не наблюдали его, то построение теории этого происхождения – это некое конструировании тех событий, которые сопровождали этот процесс. Мы это наблюдать непосредственно не можем. Мы не можем использовать наблюдение в таких теориях. А если мы что-то наблюдаем сейчас, то должны разработать процедуру экстраполяции того, что наблюдаем сейчас, на то, что происходило в прошлом, и показать, что это экстраполяция правомерна. Это тоже проблема другого рода.
Ещё один момент, на который современные биологи, в частности Корочкин, обращают внимание, теория происхождения, например, видов или жизни в целом как следствие какого-то уникального события или стечения обстоятельств. Обратите внимание, здесь мы снова сталкиваемся с проблемой аналогичной с областью космологии. Какая-то сингулярность, какое-то событие. Насколько правомерно переносить то, что мы наблюдаем сейчас, на то, что был в момент этого события? Здесь возникают та же проблема. Наука изучает повторяющиеся события, закономерные события. Насколько это применимо к объяснению происхождения чего-либо: живых организмов, жизни в целом?
Первое следствие этих трудностей: теории происхождения обладают высокой степенью такой гипотетичности и вызывают значительные сложности в их проверяемости.
Второе следствие: не случайно эти концепции оказываются множественными, между ними возникает полемика. Та ситуация, которая имеет место в космологии, она имела место и в случае с теорией происхождения. Как разные сценарии в космологии, разрабатывались сценарий горячей вселенной по Гамову, сценарий холодной вселенной Зельдовича. У теории объединения есть свои взгляды на эти сценарии. Это именно сценарии. Вот тоже самое мы встречаем и в теориях происхождения в области биологии. И как у космологии сценарии или концепции о мультивселенной в основе своей имеют какие-то философские идеи составления. И тоже самое можно наблюдать и в теориях происхождения в биологии.
И не случайно, например, «Журнал общей биологии» в какое-то время вообще отказывается печатать статьи на эту тему, потому что для многих биологов тема происхождения является очень спекулятивной. Здесь можно много о чем говорить и приводить множество аргументов, но вопрос: насколько это можно проверить. А ведь это надо иметь ввиду как и в космологии или физике, так и в биологии. Биология, которая изучает то, что можно сейчас наблюдать и на чем можно ставить эксперименты – это одно; а теории, которые выдвигаются для объяснения происхождения в прошлом чего-то, что мы имеем сейчас, – это нечто другое.
Если говорить о истории этих теорий, то относительно недавней первой такой теорией, которая повлияла на последующие, можно назвать теорию Ламарка 1809 года. Эта теория предполагала, что существует некое стремление к совершенству в рамках природной истории и это стремление к совершенству присуще всему живому. Оно заложено, как считала Ламарк, в некий порядок реальности данной богом. Мир настроен на то, чтобы живая природа переходил от менее совершенных форм к более совершенным. Но вместе с тем Ламарк считал, что как бы дополнительный фактор, который параллельно участвует в этом процессе совершенствования, это влияние среды. Оно проявляется в том, что для приспособления к меняющимся условиям среды организмы должны прилагать какие-то усилия, упражняться и затем эти результаты их работы по приспособлению наследуются уже последующими организмами. Расхожий пример: жираф, который тянулся за плодами с высоких деревьев. Постепенно эти упражнений стали приводить к тому, что каждое последующее поколение рождалось уже с более длинной шеей. Вот это наследование приобретенных признаков. Такая позиция получил название ламарксизм.
В 1859 году была выдвинута самая знаменитая из теорий происхождения – это теории эволюции Чарльза Дарвина в его работе «Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь». В отличие от Ламарка, входившего в тройку самых известных французских зоологов и биологов своего времени, Дарвин был по образованию богословом, затем увлекся изучением природы, стал натуралистом. В своем произведении Дарвин выдвигает другую концепцию, согласно которой главным движущим фактором в появлении видов является естественный отбор. Среда и ее разнообразие естественных условий приводит к явлению изменчивости живых организмов, а естественный отбор затем выбирается наиболее приспособленных из этих меняющихся форм разновидностей. Таким образом появляются новые организмы. Концепция Дарвина возникла, на это обратили внимание под влиянием определенных идей.
Во-первых, это идея его деда Эразма Дарвина, который одним из первых высказывал идею эволюции видов.
Во-вторых, что можно видеть в названии книги Дарвина, понятие борьбы. Идея борьбы за существование у Дарвина ассоциируется с естественным отбором. Т.е. этот отбор происходит путем борьбы. Данная идея была воспринята Дарвином от теории Томаса Мальтуса, которая имела весьма специфический вид. Мальтус задумался с политической и экономической точки зрения над проблемой роста населения и решил, что если население будет расти в геометрической прогрессии, тогда возникнут проблемы с продовольствием, с ресурсами и так далее. Мальтус считал, что полезно как-то регулировать рост населения, чтобы оно не росло слишком быстро. Он считал, что такой образ жизни, когда происходит конкуренция, борьба за ресурсы, за продовольствие и прочее, – это естественно и правильно, потому что таким образом слабые вымирают и не происходит слишком большого перенаселения. Мальтус предлагал в связи с этим поощрять эпидемии, например, чумы, не давать лекарств и прочее, чтобы как можно больше слабых погибало. У Мальтуса, как мы видим, античеловеческая теория, которая подходит к вопросу с утилитарной точки зрения, не учитывая многих аспектов человеческого существования. Если все люди вот так буду относиться друг к другу, то какой вообще тогда станет совместная жизнь людей? Эти идеи были восприняты Дарвином.
Английская политэкономия, например, как у Адама Смита, которая легла в основу такой классической либеральной модели экономики, согласно которой рынок должен представлять собой некий стихийный процесс конкуренции участников рынка, государство должно минимально вмешиваться в этот процесс, а этот стихийный процесс будет естественным образом вести к развитию и прогрессу.
Все эти идеи были перенесены Дарвином для объяснения видообразования. Он посчитал, что в природе все так и происходит, и именно это приводит к появлению новых видов.
Теория, гипотеза или философия: взгляды
Реакция на теорию происхождения видов Дарвина была разнообразной. Важно отметить следующий аспект этой реакции. Во-первых, многие профессиональные ученые, занимающиеся биологией и ее отдельными направлениями, сразу стали подчеркивать, что это не теория, а гипотеза. Потому что полноценная теория должна не просто констатировать, а показывать механизм формирования этих видов. При этом возник вопрос: этот процесс сейчас продолжается или нет. Если да, то каковы его примеры, каковы факты, которые подтверждают этот процесс. Если же речь идет о том, что это происходило в прошлом, а сейчас не происходит, это тоже нужно объяснять, почему это не происходит или не наблюдается.
Во-вторых, в силу особенностей изложения Дарвина, и использования такой терминологии многими учение Дарвина было воспринято как философское учение. В частности Данилевский, который потом стал критиком дарвинизма, отмечал, что это учение в большей степени философское, нежели зоологическое или ботаническое. Показательно, что последующие философы науки, которых мы изучали в прошлом семестре, такие как Томас Кун или Карл Поппер, разделяли эту точку зрения. Они считали, что Дарвин предложил не просто какую-то теория, а некий тип мировоззрения для объяснения. Сама идея эволюции путем естественного отбора – это некий мировоззренческий принцип, который в конечном счете стал руководящим для объяснения самых разнообразных процессов. Кун отмечал, что с точки зрения наблюдаемости, повторяемости и проверяемости теория Дарвина имела множество проблем. Она была воспринята именно как философское учение, в этом секрет ее популярности. Также считал и Карл Поппер. Он считал дарвинизм не доказательной научной теории, а скорее некой метафизической программой.
Мы с вами проходили в феврале, как проверяется научная теория: из нее выводятся следствия, эти следствия проверяются с помощью эксперимента или наблюдений. Сам Дарвин осознавал проблемность своих положений, которые он выдвинул в качестве теории.
Первое, он считал, что очень важно найти переходные звенья между разными видами, чтобы показать, что видообразование происходило постепенно, а не скачкообразно. Т.е. между видами нужно было заполнить некие пустоты, которые бы показывали, как постепенно из одной формы формировалась другая форма. Во времена Дарвина было нечем похвалиться относительно переходных форм.
Второе, существование !(36:49 совершенно непонятное слово: кикгивум?). Дарвину нужно было объяснить, каким образом происходит изменчивость под влиянием среды и, главное, каким образом она наследуется, как осуществляется механизм наследственности. И он предположил существование !(37:19 тот же непонятный термин: гигимум), это предсказание не подтвердилось. Понятно, что во времена Дарвина не существовало генетики, микробиологии, молекулярной биологии. Основная проблема здесь была в том, что действительно учение Дарвина не раскрывал, в чем состоит механизм наследования и изменчивости. Естественный отбор только сохраняет то, что есть. Но как изменчивость формируется, за счет чего и как она наследуется? Это был важный вопрос, на который требовался ответ.
В этот же период такие философы, как Герберт Спенсер, перенесли идеи Дарвина обратно на человеческое общество. Таким образом сформировались доктрины так называемого социального дарвинизма, согласно которым в обществе должен действовать такой же естественный отбор, который имеет место в живой природы. Исходя из этих представлений, социальный дарвинизм считал полезным поощрять конкуренцию, соперничество, борьбу и так далее в разных видах для того, чтобы выживали наиболее приспособленные. Таким образом, как они считали, будет обеспечиваться общественный прогресс.
Дарвинизм и генетика Менделя
Вместе с тем уже во второй половине XIX века возникла проблема соотнесения дарвинизма с генетикой в том виде, в котором она была сформулированна Грегором Менделем. Проблема была в том, что с точки зрения Менделя в живых организмах существует некий механизм, который подчиняется определенным законам. Это были законы генетики. Таким образом, что генетическая изменчивость ограничена, поэтому когда создается впечатление, что, например, мы получаем новый признак, этот признак не является результатом взаимодействием среды и организма, а он уже был заложен в генах родители. Известно, что есть признаки доминантные и рецессивные. В одних случаях ген становится доминантным при определенной комбинации, а в других комбинациях он становится рецессивным. Но важно, что эта новизна не является настоящей новизной. На самом деле есть набор признаков, и за рамки этого набора организм выйти не может. Если появляется признак, то это лишь переход в разряд доминантного некого рецессивного гена в данной комбинации. Но сама комбинация откуда возникла? Эта комбинация имеет дело с ограниченным количеством вариантов, а не с таким, что как бы для изменчивости нет никаких преград. И это создало проблему для теории эволюции Дарвина. Как ее согласовать с генетикой?
В 1922 году появилась другая теории эволюции, которая получила название номогенез. Ее автором был наш отечественный ученый академик Берг. Он выдвинул идею направленной эволюции. Он считал, что случайная изменчивость не может приводить к появлению новых видов более приспособленных, более совершенных чем прежние, т. е. случайный процесс не может привести к формированию более приспособленных, совершенных организмов. Но эта идея не получила тогда продолжение, потому что в советском союзе единственно верной считалась дарвиновская теория. Направленность эволюции воспринималась как что-то не вполне материалистическое. Получается, раз направлена, значит, есть что-то, что направляет эту эволюцию. Напоминало чем-то Ламарка. Поэтому не имела продолжения такая идея, такой вариант теории происхождения.
Затем в 1940 году произошло интересное событие. Появление сальтационной теории Гольдшмидта. Его теория так же, как теория Берга была воспринята очень скептически. Гольдшмидтом делается одна из первых попыток связать генетику и теорию происхождения видов. В чем ее особенность и почему сальтационная теория так называется? Гольдшмидт полагает, что появление нового вида возможно только при структурной перестройке всего генома данного предшествующего вида. Не какие-то единичные изменения постепенно приводят к появлению новой формы, а имеет место некий скачок. В этом суть сальтационной теории. До 30-х годов Гольдшмидт полагал, что изменения происходят в результате неких микромутаций, но считал уже тогда, что существуют некие особые мутации, которые влияют на ранее эмбриональное развитие, и именно там происходят сдвиги, который приводит к тому, что в результате мы имеем дело уже с другим видом. Впоследствии в сальтационной теории Гольдшмидт сделал четкую границу, обратите внимание, это важно, между так называемой микроэволюцией и макроэволюцией. Микроэволюции – это мутации, которые дают вариации в рамках вида, но за рамки вида не выходят, т.е. вид остается тем же, какой-то вид просто представлен разнообразной палитрой своих разновидностей. Макроэволюция – это когда мы имеем дело уже с формированием другого вида, и для этого требуется наличие системных мутаций, которые меняют систему генома, который ответственен за формирование организма. Теория оформлена Гольдшмидтом в 40-ом году.
В 1942 году вышел ряд работ, которые считаются основополагающими для формирования теории происхождения, ставший примерно на полвека самой авторитетной. Это неодарвинизм или синтетическая теория эволюции.
Почему она так названа? В ней была осуществлена попытка соединения генетики и дарвинизма в его первоначальном варианте. Особенно важную роль сыграла популяционная генетика, получившая развитие в середине XX веке. Генетика популяций – это когда генетические законы изучались на уровне популяции. Эта теория контрастировала с теорией Гольдшмидта в том отношении, что согласно СТЭ (синтетической теории эволюции) мутации происходят так, что микроэволюция перетекает плавно в макроэволюцию. Это стало очень важным принципом.
До этого вид понимался как нечто устойчивое, а критерием вида была репродуктивная изоляция, т. е. живые организмы разных видов не могут дать жизнеспособного потомства, которое было бы способно давать другое потомство. Но для СТЭ эта особенность была не главной, а вторичной. Важным считалось то, что нет четкой границы между видом и разновидностью. Новые виды – это бывшие разновидности вида, которые в результате, например, географической изоляции или других некоторых условий стали развиваться локально, без контактов с другими представителями, с другими разновидностями. В результате разновидность постепенно генетически путем наследования мутаций оформилась в другой вид. Изменчивость обусловлена мутациями, затем естественный отбор из мутаций производит отбор тех, кто существует, и тех, кто вымирает. Таким образом при генетическом дрейфе, который происходит в результате мутационных изменений, постепенно формируются некие популяции, где эти мутации закрепляются, наследуется и они формируют некий другой фенотип, другой видимый образ живого организма.
С чем такая концепция столкнулась? С тем, что в рамках палеонтологии сохранялась проблема переходных форм. И к началу XX века все-таки выстроить единую непрерывную картину изменения форм живых организмов не получалось, между ними оставались провалы. На это указывал Гулд.
Гулд предлагает теорию, которая получила название теория прерывисто равновесия. Он считал, что можно объяснить наличие провалов тем, что в какие-то большие временные периоды ничего не происходило, виды были стабильны, но затем, в результате системных изменений в рамках среды обитания, и в процессах появления мутаций происходили скачкообразные изменения, которые приводили к тому, что вот как бы взрывообразно появлялись новые виды. Он считал, что по-крайней мере такая теория лучше объясняет проблемы связанные с провалами между видами, нежели СТЭ, согласно которой обязательно между видами переходы должны быть постепенными, заполненными разнообразными переходными формами. Нахождением и построением рядов переходных форм занимались.
Важную роль сыграло в 70-е годы открытие разными учеными теории «прыгающего гена». Макклинток – женщина, получившая за это Нобелевскую премию. Это и разработки, которые велись в рамках популяционной генетики, труды таких ученых, как Жакоб и Моно, открытие генной регуляции.
До этого представления о генах было таким, что ген рассматривался как некая неизменная частица, которая передается через гаметы. Считалось, что все клетки получают одинаковое количество генов и те же самые копии генов. Гены просто копируются с делением каждой клетки. Но это не объясняло функциональные различия в клетках разных тканей, например, или частей организма.
В 70-е года было открыто, что среди генов существует иерархия. И не так, как первоначально думали, что путем мутаций постепенно происходят изменения генома, накапливаются и от малого переходят к большему. Оказалось, что существуют генные регуляторы, которые включают на разных стадиях формирования организмов те или иные системы генов. Важно, что мутации в рамках генома !(55:50 я не уверен, что он произнес) имеют ограниченный характер. Благодаря наличию генной регуляции им поставлены определенные границы. Популяционная генетика путем изучения популяции пришла к таким же выводам и стала использовать понятие инвариантной части генома, которая не меняется, и вариативной части. Приспособление видов к изменяю окружающей среды происходит за счет мутаций и изменений, которые происходят в вариативной части генома. Но существует !(56:38 я не уверен, что он произнес) моноформная часть генома – инвариант, изменения в который просто приводят к гибели организма.
Стало понятно, что та модель, которая предлагалась ранее в рамках СТЭ, требует явной корректировки. От меньшего к большему не получается, потому что меньшее имеет границы, за которые выйти эти мутации не могут. Последние десятилетия в качестве альтернативы СТЭ стало разрабатываться направление Evo-Devo (англ. evolutionary developmental biology). Оно указало на проблему: СТЭ в основном ориентировалась на популяционную генетику и не учитывала эмбриональное развитие организма. Ключом к пониманию особенностей вида является эмбриональное развитие. Evo-Devo связывает молекулярную биологию и популяционную генетику с эмбриологией. Проблема существования генной регуляции создает вопрос о том, а каким образом теперь по-новому нужно строить представление о том, как формируются и с чем связаны особенности существования живых организмов в рамках вида? У нас нет времени больше об этом говорить.
До середины XIX века в рамках биологии, например, у Ламарка или отчасти у Дарвина, были представления, которые имели многовековую историю, о том, что жизнь зарождается самопроизвольно из неживой природы. Т.е. живые организмы просто зарождаются. Тепло, например, и солнечный свет могут приводить к процессам, которые приводят к саморождению живых организмов. Вот такое было представление.
В 1864 году Луи Пастер провел ряд опытов. Французская академия наук объявила конкурс на работы по происхождению жизни, который выиграл Пастер. Он путем ряда ярких опытов показал, что прежние теории самозарождения жизни не верны. Он показал, что даже микроорганизм не рождается самопроизвольно. Тем самым он выдвинул тезис «omne vivum ex vivo» (все живое происходит из живого). Тем самым более остро поставил тему происхождения жизни.
Сам Дарвин, как известно, оговаривался, в одних случаях он писал, что бог породил жизнь, в других случаях он занимал позицию агностицизма, т.е. непонятно, неизвестно или пока неизвестно.
В 1924 году появилось произведение нашего отечественного академика Опарина «Происхождение жизни». Аналогичную гипотезу в 1929 году выдвинул американский биохимик Холдейн. Гипотеза на какое-то время стала достаточно распространенной, но не при жизни авторов. В 20-е годы, когда она была выдвинута, она особого интереса не вызвала. Вероятно, по той же причине, по какой вообще теории происхождения часто у биологов вызывают осторожность или нежелание вдаваться в гипотетические сферы научных исследований.
1953. Опыты С. Миллера и Г. Юри
Очень популярной гипотеза Опарина стала после 1953 года, когда были произведены опыты Стэнли Миллера и Гарольда Юри по синтезу некоторых органических соединений. После этого об этой теории заговорили и к ней стали проявлять интерес.
В чем заключалась теория? Опарин и Холдейн считали, что жизнь зародилась на Земле в период формирования древней атмосферы. Когда в первичном океане происходили различные химической реакции, в результате этих химических реакций некоторым образом стали формироваться органические соединения. Появились некие белковые системы, которые постепенно приобретали полезные свойства. Таким образом они стали основанием для последующего образования ДНК, т. е. нуклеиновых кислот, и потом в процессе эволюции сформировались более сложные живые организмы.
Какие проблемы возникли с появлением этой теории в данном случае? Действительно Миллеру и Юри удалось синтезироваться ряд соединений, и это было воспринято как доказательство правоты гипотезы Опарина-Холдейна. Но в дальнейшем возникли значительные критические возражения против этой гипотезы. Возник вопрос, насколько можно делать экстраполяцию от опытов Миллера к тому, что происходило на Земле в начальный период. Миллер исходил из того, что, например, атмосфера Земли первоначально напоминала атмосферу Юпитера и Сатурна, т.е. в ней содержался метан, аммиак, водород в значительных количествах, а именно это нужно было для того, чтобы получить именно таким образом, как он сам получил в результате опытов, некоторые органические соединения. Но затем при биологическом исследовании отложение выяснилось, что нет свидетельств наличия в древней атмосфере Земли вот этих перечисленных соединений газов. Если бы это было так, то можно рассчитать, ведь должны были быть последствия, те газы бы выступили в различные соединения, и это можно было бы в отложениях обнаружить. Но ничего не было обнаружено. Выяснилось, что Земля по атмосфере ближе к Марсу и Венере, где превалирует CO2.
К тому же предполагалось, Холдейн это первоначально подчеркнул, что атмосфера первоначально была без кислорода. Потому что понимали, что в случае, если бы присутствовал кислород, тогда этот синтез был бы не возможен, произошел бы процесс окисления и всё. Тогда возникал вопрос другой, если нет кислорода в древней атмосфере, значит, нет защитного слоя, значит, ультрафиолет просто бы не дал развиваться синтезу органических соединений.
К тому же проблема была в том, что в результате опытов Миллера были получены !(1:06:26 с учетом информации из вики, не уверен, что тут правильно) 4 аминокислоты. А для синтеза биополимеров из белков и аминокислот требуется как минимум двадцать аминокислот, 5 азотистых оснований, рибоза и дезоксирибоза.
Чем дальше стали изучать этот вопрос о возможности абиогенеза путем химической эволюции, тем больше возникало проблем и вопросов. Как выяснилось, действительно можно синтезировать различные аминокислоты в искусственных условиях и это даже несложно. Но проблема была связана с тем, что выяснилось, что они не входят в белковые молекулы, которые участвует в процессах жизнедеятельности живых организмов. Тут возник вопрос: почему в состав живых организмов входят аминокислоты, которые труднее всего получить путем абиогенного синтеза? Почему в состав вошли именно те аминокислоты, которые путем химических реакций оказалось очень сложно получить, а не те, которые легче всего? В первичном океане химические реакции должны происходить ненаправлено, формироваться простых аминокислот должно намного больше. Сахара рибозу и дезоксирибозу Миллtру вообще получить не удалось.
Не случайно сам Опарин уже в конце своей жизни сравнивал веру в идею случайного первично возникновения ДНК с тем, что бы верить, что обезьяна может набрать «Гамлета» Шекспира, случайным образом нажимая на клавиши. Он верил, что случайности этих процессов близки. Как это, мягко говоря, маловероятно, точно так же маловероятно, что это произошло случайно. И он считает, и в это он близок к позиции !(1:08:57 анагенезу???), что жизнь зародилась закономерно. Возникает вопрос: а в чем причина этой закономерности?
Когда были осознанны проблемы связаны с гипотезой Опарина. В 80-е годы выяснилось, что в тех условиях, в которых образуются аминокислоты и азотистые основания, не образуются сахара. Получилось очередная проблема.
Правда некоторую надежду для решения проблемы происхождения жизни дало открытие РНК. В начале 80-х годов была выдвинута гипотеза «мира РНК». Первоначально появились не ДНК, потому что ДНК сложнее объяснить, как они могли сформироваться, потому что, например, для процесса редупликации требуется наличие белков. Нуклеиновые кислоты нуждаются в белках для своего функционирования, а для того, чтобы жизнь могла размножаться и формироваться требуются ДНК. Белки нуждается в ДНК, а ДНК нуждается в белках. И вопрос возникает: для того, что бы вообще существовать, как они могли сформироваться отдельно друг от друга и при этом не разрушится? Решили, что на самом деле ключ – это РНК. Вначале появилось РНК, а потом уже все остальное. Эта идея – «мир РНК».
Какие возникли проблемы с «мирами РНК»? Во-первых, нуклеиновые кислоты очень не устойчивые соединения, т. е. они разрушаются. Возникал вопрос: как они должны были накапливаться в течение долгих промежутков времени, чтобы потом появилось что-то, напоминающее живую природу. Это стало проблемой. Во-вторых, наличие хиральной симметрии в органических соединениях. Например, есть так называемые правые и левые молекулы. Тоже порождало проблему: если был абиогенный синтез молекул, то они должны быть в равной степени правые и левые. Но в живой природе белки состоят исключительно из левых аминокислот, а нуклеиновые кислоты только из правых сахаров. Даже в клетках существуют определенные ферменты, которые уничтожают неправильные изомеры. Возник вопрос: а как вообще это может в океане вот так все сформироваться, что соблюдается так называемая хиральная чистота? Интересно, что, когда организм умирает, его компоненты вступают уже в другие органические соединения, тут же нарушается хиральная чистота, и здесь все правильно, есть правые и левые. В искусственно получаемых веществах хиральная симметрия соблюдается. Она не соблюдается только в жизнедеятельности живых организмов.
Постепенно от этой гипотезы отказались, потому что возникло очень много проблем. Выяснили, что РНК не способна сама создать копию. Как потом отметил наш отечественный ученый Анатолий Альтштейн, «мир РНК» не объясняет возникновение первого гена. Тайна жизни связана с появлением и существование генетического кода.
В 90-е годы биохимиком Майклом Бихи было введено понятие «неупрощаемой сложности». О чем идет речь? О том, что в живых организмах даже на уровне самых простейших существует так называемые неупрощаемая сложность, когда отдельные части системы могут функционировать только при наличии всех других составных частей. Если что-то отсутствует, то орган уже не функционирует, становится бесполезным. Проблема заключалась в следующем. Как они могли сформироваться самостоятельно и образовать какое-то соединение, которое способно к жизнедеятельности? Еще проблема, что генетический код он не поддается редуцированию. Интересный момент, мы говорили о биосемиотике, генетика очень тесно стало переплетаться с этим направлением. Генетический код не поддается редуцированию. В связи с этим возникло такое понимание, которое потом было сформулировано. На живую клетку постоянно действуют факторы внешней и внутренней среды, и за день, например, может 10 в 9 степени повреждений быть в ДНК. Если бы эти повреждения фиксировались, то геном сам собой бы разрушался. Возник вопрос, откуда существует сложная система защиты: антиоксиданты на первых подступах обороны, а затем есть система так называемой репарации – исправления повреждений ДНК. Существует 7 различных систем репарации. Они состоят из сложных комплексов ферментов, которые составляют скрининг, реконструкций первичной структуры молекул ДНК. Этот комплекс очень сложный. В некоторых случаях могут запускаться программы клеточного самоубийства в интересах всего организма. Эти системы существуют на любом уровне живых организмов, начиная от простейшие кончая самыми сложными. У бактерий не менее сложна система репарации ДНК, чем у млекопитающих. Даже вирусы вынуждены использовать систему репарации клетки хозяина для того, чтобы размножаться и не погибнуть. Потому что в обычных условиях вне клетки-хозяина время жизни вируса ограничено. Несмотря на то, что у них есть белковый чехол, все равно это не дает возможность полноценно существовать. В результате выясняется, что молекула ДНК является более устойчивой, чем РНК. А по идеи «мира РНК» должно быть наоборот.
Возник вопрос: как это все могло сформироваться? Исходя из исследований, получалось, что сложный механизм какой-то репарации не может осуществляться вне клетки, но и клетка не может существовать без этой сложной системы. Как это возможно, чтобы сразу и одно, и другое? Отсюда получается, что жизнь должна сразу существовать в ником завершенном виде, для того чтобы она могла затем развиваться далее. Вот как это сформулировал профессор Евгений Кунин:
(с) Кунин, 2014
Получается, чтобы жизнь могла сохраняться, начальная сложность должна быть больше чем та сложность, которая требуется !(1:19:18 в каком-то виде) виде для продолжения жизни. В связи с этим возник вопрос,как такая информация могла сформироваться. Не случайно, некоторые находили выход единственный, когда была просчитана вероятность для формирования и образования клетки, которой нужно 200 белков, вероятность составляла 1 к 10 в 40000 степени. Числа получаются такие, что сто миллиард лет не хватит, чтобы рассчитать только 100 в 150 вариантов образования. А надо хотя бы вот.
Как вывод. Например, Нобелевский лауреат Фрэнсис Крик, получивший премию за структуру ДНК, в 2002 году выдвигает гипотезу, что жизнь была занесена. Как это опровергнуть или доказать? А как она сформировалась не на Земле? Но он посчитал, что просто не хватит даже того времени, который Земле отводится, для того, чтобы была какая-то реальная вероятность начала какого-то процесса, напоминающего жизнь.
«Решающим в изучении происхождения жизни является вопрос о том, как была достигнута наименьшая сложность, необходимая для приемлемой репликации. Даже в простейших современных системах, таких как РНК-вирусы, точность репликации в которых составляет всего (то есть в среднем одна ошибка на 1000 нуклеотидов), репликация катализируется сложными белковыми полимеразами. Сами эти полимеразы (репликазы) синтезируются в результате соответствующих м-РНК при посредстве чрезвычайно сложного рибосомного аппарата. Отсюда следует драматический парадокс происхождения жизни: для достижения минимальной начальной сложности, необходимой для того, чтобы биологическая система начала движение, эта система должна обладать гораздо большей начальной сложностью (выделено Е. Кунином). В рамках обычного эволюционного мышления невозможно даже представить решения этой головоломки.»
