CC BY
29
ФИЛОСОФСКИЕ НАУКИ
Сибирцев Владимир Афанасьевич, Новосибирский государственный университет экономики и управления,
профессор
Философские вопросы возникновения и развития жизни во Вселенной
Прежде чем вести речь о развитии жизни во Вселенной, необходимо ответить на вопрос, о какой вселенной идет речь? Обычно в виду имеется наша область расширяющейся Вселенной, которая возникла около 15 миллиардов лет назад в результате Большого Взрыва. После этого взрыва материя стала разлетаться во все стороны, начали возникать элементарные частицы, затем атомы химических элементов. Из элементарных частиц стали формироваться звезды, галактики, метагалактики, которые разбегаются до сих пор.
За 15 миллиардов лет в галактиках нашей области Вселенной возникли три поколения звезд. Первое поколение звезд наработало почти все химические элементы таблицы Менделеева. На планетах второго поколения могли уже образоваться органические молекулы. Но могла ли за 10 миллиардов лет существования звезд второго и третьего поколений самопроизвольно зародиться жизнь?
Г. Кестлер приводит данные и делает вывод о том, что в земных условиях природа могла предпринять не более 1045 попыток самосборки простейшей бактерии из мономолекулярных блоков, имеющихся в Мировом океане. Структура простейшей живой бактериальной клетки - одна из 10301 потенциальных конфигураций. Следовательно, природа располагала в 10 5 раз меньшим числом попыток, чем было необходимо, чтобы перебрать все варианты. Такая ничтожная вероятность самопроизвольного зарождения жизни на отдельной планете в рамках нашей области расширяющейся после Большого Взрыва Вселенной заставляет расширить поиск и выйти за пределы этой области. Что может быть за пределами нашей области расширяющейся Вселенной?
Нами выдвинута гипотеза пульсирующей Вселенной [1, с. 102 - 131]. Ее суть заключается в том, что в бесконечной в пространстве и времени Вселенной существует множество областей больших взрывов. Большие взрывы происходят почти одновременно во множестве областей. Потоки материи из некоторых соседних областей устремляются в одну точку. Когда в ней накапливается критическая масса, происходит Большой Взрыв, и образуется очередная область с разбегающимися галактиками, которые устремляются к местам будущих больших взрывов.
Таким образом, в бесконечной Вселенной всегда существуют расширяющиеся вселенные с множеством устойчивых галактик, которые включают в себя громадные количества звезд и планет. На множестве планет появляются условия для возникновения и развития жизни. Если на какой-то планете спонтанно появляется простейшая органическая молекула, то информация о ней передается на все другие планеты. Это облегчает и ускоряет возникновение на них аналогичных молекул, а затем и других ступеней развития жизни. Тем самым эволюционный процесс имеет возможность в различных областях больших взрывов продолжаться непрерывно и бесконечно...
Итак, полученная в других областях и на других планетах с благоприятными условиями информация облегчает и ускоряет возникновение и развитие форм жизни, подобных тем, которые возникли в первой области. Но как такая информация может передаваться на бесконечно большие расстояния? Для ответа на этот вопрос надо сказать еще об одной гипотезе автора.
Гипотеза отвечает на вопрос, что находится в основе всей материи, что представляют собой самые мелкие частицы материи? До конца 19 века ученые полагали, что самыми мелкими частицами, кирпичиками мироздания являются атомы, которые считались неделимыми. Но потом атомы оказались делимыми, состоящими из протонов, нейтронов, электронов и других элементарных частиц, которые также не элементарны. Общеизвестно положение В. И. Ленина о том, что электрон также неисчерпаем, как атом.
Проникая вглубь материи можно обнаружить еще более мелкие частицы, а в пределе -первочастицы, которые, если и могут раскалываться от соударений на части, то это ничего не меняет в их сущности. Все они обладают однородностью, ничем не отличаются друг от друга, кроме размера, формы и местоположения.
Между первочастицами ничего материального нет, а только абсолютный вакуум. Пер-вочастицы движутся в нем со скоростью, близкой к бесконечно большой. С такой же бесконечно большой скоростью проходят через пространство и образуемые первочастицами волны, которые несут информацию обо всех происходящих во Вселенной процессах. Волны первочастиц могут принести информацию из одной области большого взрыва в другую
и даже через десятки таких областей. Таков ответ на вопрос, как информация может за конечное время передаваться на бесконечно большие расстояния.
После краткого изложения двух наших гипотез можно приступить к рассмотрению вопроса о возникновении и развитии жизни в бесконечной Вселенной.
О происхождении жизни во Вселенной достаточно было бы сказать, что она возникла бесконечно давно вместе с материей, пространством и временем. Жизнь, как и Вселенная, появилась настолько бесконечно давно, что можно считать, что она существовала всегда. Но для тех, кого все-таки мучает вопрос: каким же образом жизнь бесконечно давно впервые появилась, - можно сделать попытку нарисовать общую картину процесса.
В масштабах всей пульсирующей Вселенной за бесконечно большое время в прошлом первые живые структуры во Вселенной могли образоваться случайно, даже если вероятность этого равнялась 1:1010 00000 . За сотни миллиардов лет это вполне могло реализоваться. Но затем на место игры случайностей пришли закономерности и необходимость. Уже возникшие живые структуры могли посылать информационные волны, благодаря которым в различных областях Вселенной возникали аналогичные структуры.
Если предположить, что вначале материя существовала лишь в виде первочастиц, то последовательность событий видится такой. Каждый квант вакуума втягивает ближайшую первочастицу. Она освобождает предыдущий, до того момента занятый ею квант вакуума. Последний втягивает следующую первочастицу. Это движение со всех направлений во все направления. На волнах образуются простейшие ансамбли из первочастиц и квантов вакуума. Они инициируют появление подобных структур сначала в ближайшем, затем во все более отдаленном окружении.
Формируются все более сложные ансамбли первочастиц, вплоть до элементарных частиц. Последние образуют атомы, которые объединяются в разнообразные молекулы, включая органические соединения.
Более конкретно самые первые шаги возникновения из неживой материи живого образования можно представить несколькими сценариями.
Согласно первому сценарию, жизнь возникла в районах подводных гейзеров, в «первичном бульоне», насыщенном полным набором органических молекул. Главным условием для возникновения жизни является, во-первых, образование планет вокруг звезд второго и третьего поколений, богатых разнообразными химическими элементами; во-вторых, конденсация на этих планетах громадных масс воды в жидком состоянии. По нашему мнению, на других космических телах (звездах, астероидах, кометах) жизнь возникнуть не может. Обнаруживаемые в составе астероидов и комет органические вещества и простейшие организмы свидетельствуют лишь о том, что они являются остатками от взорвавшихся планет, на которых существовала жизнь.
По второму из сценариев в результате удара молнии произошли определенные реакции, в результате которых образовывались коацерваты - крохотные белковые комочки, способные развиваться. Позднее из них образовались живые клетки и одноклеточные организмы. В условиях одной планеты вероятность их образования очень мала, но на бесконечном временном отрезке в далеком прошлом в бесконечной Вселенной это вполне возможно.
Еще более вероятно появление жизни по третьему сценарию, предложенному Сергеем Барцевым и Владиславом Межевикиным. По их гипотезе, жизнь произошла из автокаталитических систем - химических соединений, которые ускоряют образование самих себя из других подходящих для этого веществ.
В любом случае вначале образовался из неорганических веществ полный набор органических молекул. Когда их концентрация в данном месте океана достигала предела, тогда из них образовывались коацерватные капли, автокаталитические системы или какие-либо другие сложные соединения органических молекул, способных развиваться.
Когда строение этих систем становилось достаточно сложным, появлялась наружная защитная оболочка, отростки-щупальца для захвата добычи и внутренний орган для переработки себе подобных и менее сложных образований. Постепенно они приобрели, во-первых, способность избавляться от продуктов разложения «пищи» и выводить их наружу; во-вторых, способность отсекать от себя лишнее количество массы, которая сохраняла все «материнские» свойства. Это было началом размножения, делением.
Вместе с последним процессом происходило образование специальной кодирующей структуры, в которой отражался опыт «жизни» - захвата определенных веществ из окружающей среды, технологии их переработки, усвоения нужного и вывода во вне ненужного и, наконец, механизм деления. Как только появились первые капли или системы, содержащие алгоритм выживания, получившие примитивнейший наследственный аппарат кодирования, так эти «особи» получали преимущество над своими предшественниками, быстро поглощали их, но и очень быстро размножались. Это привело к жесточайшей конкуренции, и надо было совершенствоваться дальше. Те особи, которые преуспевали в этом, получали преимущества и развивались по многим возможным линиям. Скорость химических, а потом биохимических реакций и сопровождавших их биоинформационных волн нарастала, и живое стало все дальше отходить и отличаться от неживого, от косной материи, в которой изменения происходят за сотни тысяч и миллионы лет.
Возможно, что в самом начале жизнь зародилась в районах подводных гейзеров, которые служили и источниками энергии. Но по мере совершенствования живые существа приближались к поверхности океанов и начинали использовать энергию своего солнца. После этого жизнь стала растекаться по планете, ее ареалы резко расширились, а возможности формо- и видообразования неизмеримо возросли.
Случайное спонтанное образование органической молекулы в «бульоне» из аминокислот возможно. Но это событие для возникновения жизни имеет ничтожное значение, ибо само по себе появление нескольких или даже двух тысяч рядовых белковых молекул для начала эволюции живого ничего не дает. Как они возникли, так и разрушатся. И опять жди тысячи лет слепого случая. Другое дело, когда возникают молекулы ДНК, РНК, рибозы и дезоксирибозы, к рассмотрению механизма образования которых мы переходим.
К периоду формирования планет важнейшие химические элементы, необходимые для образования ДНК и РНК: углерод, азот, кислород и водород - уже имелись. К этому времени появились также некоторые элементарные «блоки», пригодные для образования орга-низменных структур: вода, аммиак, цианистый водород (НС№), а также формальдегид (НСНО), молекулы которых содержат атомы всех четырех основных элементов жизни. Аминокислоты могли образоваться еще в открытом космосе из двуокиси углерода и аммиака при облучении их ультрафиолетом, которых в космосе хватает. Всего в открытом космосе уже зафиксировано более ста видов органических молекул. Возникнув в космических облаках, из которых образовались звезды с их планетами, аминокислоты, естественно, вошли в состав планет, хотя в последующем они могли образовываться и на самих планетах.
Как на основе кислорода, водорода и углерода могли спонтанно образоваться молекулы рибозы и дезоксирибозы, а затем ДНК и РНК?
Для этого достаточно было появиться в воде атомам углерода. Остатки фосфорной кислоты (фосфаты), состоящие из атомов водорода, кислорода и фосфора, тоже сравнительно легко образуются в воде. Азотистые компоненты ДНК и РНК, состоящие из водорода, кислорода и азота в силу химического притяжения друг к другу образуют аденин, гуанин, ти-мин, цитозин и урацил. Они присоединяются к первому углеродному атому с помощью N гликозидной связи или к дезоксиризбозе и образуют дезоксирибонуклеиновые кислоты, либо присоединяются к рибозе (только тимин заменен урацилом) и образуют рибонуклеиновые кислоты. Конечно, «скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается». Но в бесконечно далеком прошлом у природы было достаточно времени реализовать даже самую маловероятную возможность.
В конечном счете, образуются ДНК и РНК, которые представляют собой молекулу, в центре которой находится углевод (рибоза или дезоксирибоза); с одной стороны от него -азотистое основание (аденин, гуанин и др.), а с другой стороны - остатки фосфорной кислоты. В разных областях Вселенной, в принципе, вместо углеводов и азотистых оснований могут образоваться другие молекулы. Но, видимо, структуры ДНК и РНК земного типа наиболее легко образуемы и практичны. Именно о них из глубин Вселенной пришла на Землю волновая информация от давно сложившихся прототипов.
ДНК и РНК - это, как известно, биополимеры, состоящие из многих мономеров, соответственно, дезоксирибонуклеотидов и рибонуклеотидов, которые в процессе самосборки соединились через остатки фосфорной кислоты в определенной последовательности.
Первой, вероятнее всего, произошла самосборка ДНК. В каждой из них последовательность дезоксирибонуклеатидов была уникальна и могла представлять собой кодовую запись биологической информации. Одна цепочка непременно должна была инициировать образование второй или соединиться с уже имеющимися комплементарными основаниями: аденин с тимином, гуанин с цитозином. В результате образуется двойная спираль ДНК.
Вначале ДНК состояли из нескольких десятков нуклеотидов, то есть их цепи были короче, чем у самых мелких вирусов, а затем их цепи удлинялись и достигали десятков тысяч нуклеотидов. Первые ДНК синтезировали лишь единичные белки, и лишь затем весь их набор.
ДНК можно считать первой живой структурой, поскольку она может размножаться делением, усваивать органические, но еще не живые вещества: рибозу, дезоксирибозу, аде-нин, гуанин, тимин, цитозин и уранил, которые в результате самосборки образуют ДНК. Тем самым совершается скачок из царства косной в царство живой материи. Жизнь начинается тогда, когда возникает кодирующая и регулирующая структура - ДНК, а затем РНК и, в целом, ген.
Остатки фосфатной кислоты образуют цепочку - основу нити ДНК или РНК. К этим остаткам 5'углеродным атомом присоединяется пентоза (рибоза или дезоксирибоза), к 1'углеродному атому которой, в свою очередь, с помощью ^гликозидной связи присоединяется азотистое основание (пурин или пиримидин). Какой из четырех азотистых оснований присоединится - это дело случая. Но в любом случае они окажутся расположенными на цепочке в какой-то последовательности. Теперь достаточно этой цепочке азотистых оснований и соответствующих нуклеотидов сгруппироваться по три, как образуются единицы кодирования (кодоны), то есть генетический код. Таких триплетов из четырех разных нуклеотидов насчитывается, как известно, 64. И 61 из них содержит информацию о 20 аминокислотах, а 3 являются стоптриплетами.
Все разнообразие кодонов, в свою очередь, может случайным образом выстраиваться в цепочки разной длины. Определенные наборы и последовательность кодонов, детерминирующих элементарный признак организма, образует ген. Ген, в соответствии с определением, данным российским генетиком В. З. Тарантулом «это физическая (определенный участок ДНК) и функциональная (кодирует белок или РНК) единица наследственности» [2, с. 378]. Последовательности кодонов, опять-таки по стохастическим законам, становились все многообразное, а гены - все длиннее. Сцепляясь друг с другом на планете в той или иной области Вселенной, гены образуют, в свою очередь, хромосомы. Хромосома, по оп-
ределению В.З.Тарантула «это структура, расположенная в клеточном ядре, состоящая из ДНК, гистонов и негистоновых белков и способная к самовоспроизведению с сохранением структурно-функциональной индивидуальности» [2 с. 386]. Они занимают строго определенное место. Каждая хромосома может включать в себя от тысячи (у вирусов и бактерий) до миллиардов (у человека) рибонуклеотидов. Такие длинные цепочки могут не разрываться и сохраняться лишь благодаря суперспирализации и плотной упаковке в хромосомные структуры.
Белки стали возникать не случайно время от времени, а стали строиться постоянно, пока и-РНК и м-РНК могли считывать информацию с ДНК, а т-РНК транспортировать аминокислоты из цитоплазматического раствора к рибосомам, которые и осуществляют синтез полипептидов. Таким образом, судьбоносным событием является возникновение ДНК с определенным информативно насыщенным содержанием.
Там, где рибосомы, следуя друг за другом по м-РНК, считывают информацию, они осуществляют синтез молекул белков. Однако оказалось, что внутри нуклеотидных последовательностей ДНК у вирусов и высших организмов были обнаружены участки, которые кодируют белок (это экзоны), и другие, которые не могут кодировать белки (это интроны). И те и другие чередуются.
Это свидетельствует о том, что при первичном формировании во Вселенной нуклеотид-ных последовательностей ДНК возникали не только имеющие смысл и кодирующие белки, но также и «бессмысленные» участки-интроны. Если бы с самого начала последовательности нуклеотидов определялись высшим разумом или Богом, то интронов было бы гораздо меньше. Поскольку прослеживается закономерность: по мере усложнения организмов доля кодирующих белки участков ДНК в их геномах резко падает, то становится ясным, что каждое продвижение вперед природа нащупывала с большим трудом, создавая не только продуктивные, но и контрпродуктивные последовательности нуклеотидов. Поэтому оказалось, что в геноме человека нуклеотидные последовательности, кодирующие белки (экзо-ны), занимают лишь 1,1-1,4% длины всех молекул ДНК.
В процессе размножения информация передается по наследству. На новых двойных спиралях последовательность нуклеотидов, а значит и биологическая информация точно такая же, как и у исходной ДНК. В этом и состоит главная функция и роль ДНК.
Изменения ДНК и генов (мутации) связаны с выпадением или включением азотистых оснований в полинуклеотидные цепочки ДНК, вызванные физическими или химическими факторами, что определяет изменение свойств белков, кодируемых мутантами генами, а, в конечном счете, направление эволюции.
ДНК, РНК, рибосомы и другие органические молекулы для своего построения, как уже говорилось, берут необходимые вещества из внешней среды. Когда в ближайшем окружении эти вещества оказываются исчерпанными, система погибает и распадается на составлявшие их органические и неорганические вещества. Поэтому возникает необходимость в движителе, благодаря которому ДНК, РНК, рибосомы переливаются из одного объема в другой, богатый питательными веществами.
Инициатива в развитии движительной системы исходит, видимо, от т-РНК и рибосом, которые становятся основой для возникновения органа движения.
Именно благодаря питательным веществам все живое может строить свои структуры. Поэтому Чарльз Дарвин определил жизнь через способность превращать чужеродное вещество в однородное своему. За счет этого происходит многократное воспроизведение.
ДНК, РНК, рибосомы и другие органические молекулы - это, все-таки, скорее живые вещества, а не существа, не организмы. Комплекс ДНК, РНК и рибосом образовали основу для развития клетки или примитивную клетку - первое живое существо. По определению Тейяр де Шардена, клетка - естественная крупинка жизни.
Раз возникнув, клетка неизбежно будет усложняться, пополняться новыми элементами и структурами. Тейяр де Шарден писал: «жизнь есть не что иное, как специфический эффект усложнения материи...» [3, с. 34].
Вся генетическая информация, в конце концов, сосредоточилась в ядре. Сначала ДНК (вместе с РНК и рибосомами) не была окружена оболочкой, но впоследствии эта оболочка оформилась, в результате чего наступил новый этап развития клетки: прокариоты превратились в эукариотов. Наследственный аппарат - хромосомы с генами - стал усложняться и становился многообразнее. У каждого вида клеток, а также у каждого вида животных и растений он различен и своеобразен.
Здесь нужно остановиться на взаимосвязи ДНК, гена и записанной на них программы. Р.Р. Ибадулин утверждает: «Не структура гена, а единство структуры биологического носителя и программного насыщения определяет его свойства и функционирование» [4, с. 130]. Значит ли это, что структура биологического носителя и программное насыщение -это разные вещи? Р.Р. Ибадулин фактически положительно отвечает на этот вопрос: «Каждый ген - это только биологический наночип, на котором записана (или записаны) программа (программы), входящая, в свою очередь, в сопряженные, соподчиненные и влияющие друг на друга программные пакеты» [4, с. 37].
Любые программы воплощаются в материальных структурах. Существующие структу-ро-программы транслируют себя с помощью волн, которые организуют новые, но точно такие же, структуро-программы, и так до бесконечности.
В ходе первичной эволюции вначале возникают ДНК, гены, генные сети, хромосомы, которые транслируют о себе информацию в виде волн. Поскольку ДНК, гены - это атомно-молекулярные структуры, то они генерируют волны на структурах более низких уровней:
на электронах и других элементарных частицах, а также на ансамблях различной сложности. Все это вместе взятое порождает в ходе первичной эволюции совокупность волновых процессов, которые могут служить в качестве программного обеспечения для создания из исходных элементов новых организмов. Вместе с тем, геном, генерируя знаковые волновые структуры, способен и распознавать их и запоминать.
Любая информация может быть закодирована точкой и тире, нулем и единицей. В генах она кодируется четырьмя нуклеотидами: аденин - А, гуанин - Г, тимин - Т, цитозин - Ц (в РНК тимин заменен урацилом - У). По мнению Штеренберга М. И., в аминокислотах аминогруппы МН и МН2 могут рассматриваться как префиксы, кислотная группа СООН - как суффикс. Разнообразие же остальных химических структур - это корни «слов». Экзоны, значащие части ДНК - как слова, а интроны - как пробелы между словами. Генетические структуры имеют 30 «букв», как во многих европейских языках. Этими «буквами» на молекулярном уровне «записано» все разнообразие организмов Земли, а, возможно, и всей Вселенной.
За миллиарды лет первичной эволюции во все более сложных клетках сконцентрировалось порядка 105 веществ. Реакции между ними происходят иногда в миллионные доли секунды синхронизировано и одновременно. Число реакций за одну секунду имеет порядок 101 -10 2. При этом в клетке сохраняется строгая пространственная и временная организации. По данным Эйген М. и Винклер Р. число изомеров только ДНК кишечной палочки равно 101000000. Из них лишь единственный изомер мог оказаться жизнеспособен. И, тем не менее, в процессе перебора вариантов за бесконечно большое время и на бесконечно большом пространстве Вселенной этот изомер был сконструирован также, как и удачные изомеры всех других ДНК.
Живое от неживого отличают семь главных признаков: питание, дыхание, раздражимость, подвижность, выделение, рост и размножение.
Таким же существенным признаком является восьмой - способность живых существ, начиная от клетки, регулировать отношения между своими частями: органеллами и органами. Конечно, одному гену регуляторная функция неподвластна, такую роль могут выполнять только генные сети, включающие порой несколько десятков и даже сотни генов.
Рассмотрим, как впервые во Вселенной возникали многоклеточные организмы? Не исключено, что это происходило двумя путями:
путем объединения, симбиоза отдельных клеток;
путем специализации клеток, появившихся в результате митоза.
Рассмотрим сначала первый путь. По мере своего развития и совершенствования клетки становились все разнообразнее, специализированнее и сложнее по структуре. С одной стороны, как уже сказано, они превращались в одноклеточные организмы. С другой стороны, клетки вступали в симбиотическую связь.
Однако возможности возникновения многоклеточных организмов путем симбиоза, объединения отдельных клеток не следует преувеличивать. Более вероятным сценарием их возникновения является второй путь.
В результате митоза, когда из одной клетки образуются две новые, они могут остаться тесно связанными друг с другом. Плазматические мембраны, а затем специальные структуры - десмосомы - обеспечивают химическое взаимодействие, сцепление и связь клеток, благодаря которым они удерживаются друг около друга, в результате чего возникают их колонии. Эти колонии еще нельзя назвать многоклеточными организмами. Таковыми они становятся лишь в процессе дифференцировки клеток, их структурной и функциональной специализации.
В узкоспециализированных клетках возникают структуры, характерные лишь для данных клеток. Например, в мышечных клетках - миофибриллы, в покровных клетках - тоно-фибриллы, в нервных - нейрофибриллы, жгутики - у сперматозоидов и у простейших.
Дифференцировка клеток происходит за счет образования качественно новых белков и их определенным образом организованных структур. Но те и другие возникают не спонтанно, не сами по себе. Они возникают благодаря дифференцировке генов, а в своем исходном пункте благодаря удлинению ДНК, самосборке из известных букв новых фраз. Новые звенья ДНК руководят сборкой новых белков, а старые звенья обеспечивают существующие общеклеточные функции.
В процессе возникновения живых организмов впервые во Вселенной не было никакой программы и четкого направления развития. Поэтому по содержанию ДНК были не просто разнообразны, а чрезвычайно многообразны.
Возникновение ДНК было совершенно закономерным и естественным. Первых фраз, закодированных четырьмя нуклеотидами с программой развития простейших организмов, образовалось если не миллиарды, то миллионы. Многие из них оказывались нежизнеспособными. Многие достигали лишь первой ступени развития - одноклеточных типа вирусов (количество их видов только на Земле оценивается в 130 тысяч). Существовавшие рядом с ними ДНК с другими кодами привели к возникновению более высокой формы жизни -бактерий, которых на Земле насчитывается 40 тысяч. Программы и тех, и других оказались настолько ограниченными, что наращиваться дальше они не смогли и вынуждены были вечно воспроизводиться как вирусы и бактерии. Тот факт, что к настоящему времени определен нуклеотидный код многих вирусов, и они могут быть созданы искусственным путем в пробирке с помощью химического синтеза, свидетельствует, что вирусы и более сложные организмы могли возникнуть естественным путем за миллиарды лет развития Вселенной.
Различные виды животных и растений возникали в результате случайных мутаций и естественного отбора. Все определяла рациональность преимущества по отношению к другим жизненным формам. Те из них, которые были совершеннее, выживали, образовывали новые разновидности во всех возможных направлениях развития. Но побеждали в борьбе за пищу и жизненное пространство опять-таки более приспособленные, и в этом смысле более совершенные.
В конечном счете, на высшие ступени развития восходили все более многоклеточные организмы, в которых происходила все более глубокая дифференцировка и специализация клеток.
Если бы эволюцией руководил Высший разум, то она проходила бы более быстрыми темпами, логичнее и последовательнее. Но эволюция на самом деле шла довольно сумбурно. Об этом свидетельствуют не совсем логичные хромосомные наборы, по которым построить какой-то эволюционный ряд оказывается невозможным. Например, у аскариды 2 хромосомных набора, у мухи комнатной - 12, таракана черного - 47, мокрицы - 56, миноги Балтийской - 174, сазана и карпа - по 104, щуки - 18, болотной черепахи - 50, у голубя, дрозда, гуся, канарейки - по 80, собаки - 78, у человека - 46, человекообразной обезьяны -48. Видимо, это свидетельствует о том, что эволюционный путь к каждому из этих видов был самостоятельным. Возможно даже, что некоторые из них первоначально возникали и существовали на разных планетах и лишь в последующем были транслированы на Землю.
Первичное развитие видов на различных планетах шло своими путями методом проб и ошибок. Если организм оказывался неустойчивым, нежизнеспособным, он погибал. Если проба была удачной, то организм размножался. Но тоже лишь до определенных пределов, пока пищи оказывалось больше, чем едоков. Если нарождалось слишком много, то наступал голод. Организмы данного уровня развития погибали, сами превращались в пищу для организмов своего уровня или более низкого. Оставшиеся могли развиваться нормально и служили основой для возникновения более совершенных организмов следующего более высокого уровня. Но далеко не всем видам суждено было подняться на более высокую ступень развития.
Только на Земле существовали и существуют 65 миллионов биологических видов. В масштабах Вселенной их, несомненно, гораздо больше или бесконечно больше. Большое разнообразие форм обусловлено тем, что бесконечно давно на стадии первичного становления природа шла на ощупь, используя на каждом данном уровне эволюции все возможные варианты, в результате чего на каждом следующем уровне возникали многовариантные ветви. Какие из них могли привести в конце концов к высшим формам, было еще не предопределено. И лишь когда один из вариантов увенчивался появлением разумного существа, тогда оказывалось определенным место всего многообразия других форм.
Одной из главных способностей живого является способность к размножению, к воспроизведению себе подобных. Вначале коацерваты или автокаталитические системы, достигнув определенного размера, распадались под воздействием бурных потоков воды на две или несколько частей, и каждая часть продолжала расти по инерции беспорядочно до нового распада. Но постепенно среди всех комочков возникали наиболее оптимальные по размеру и структуре. Этот оптимум информационно закреплялся в зародыше протогена. Миллиарды раз происходившее беспорядочное деление коацерватов и автокаталитических систем постепенно стало упорядоченным и плановым. План деления, закрепленный в про-тогене, начал воспроизводиться в его копии, и деление происходило только тогда, когда этот план записывался в копии.
На ранних стадиях эволюции еще не существовало специального аппарата половых хромосом. У губок и некоторых ресничных червей нет гонад, их половые клетки рассеяны по паренхиме и выводятся через разрыв стенки. У одноклеточных организмов одна и та же клетка является и клеткой тела и половой. Но уже у рыб и земноводных возникают специальные половые хромосомы. Возникают половые железы - гонады, в которых формируются и созревают половые клетки - гаметы (в яичниках - яйца, в семенниках - сперматозоиды), в которые сосредоточивались наборы хромосом.
Постепенно половые клетки сосредоточиваются в семенниках и яичниках. У животных, обитающих в воде, половые клетки выбрасываются в воду, где и происходит оплодотворение. Но со временем на смену наружному оплодотворению приходит внутреннее, которое является наиболее совершенным, поскольку развитие плода происходит в наиболее защищенном месте, исключающем множество опасностей и угроз.
Каждая возникшая в процессе филогенеза соматическая клетка передает генетическую информацию зародышевой клетке. В результате то, что было в известной степени случайным событием, закрепляется как закономерный шаг на пути магистрального развития.
Зародышевые клетки - самые древние. Это центральный ствол, от которого растут ветви соматических клеток, на основе которых строятся ткани и органы тела.
Можно высказать предположение, что мужские (или давшие начало мужским) зародышевые клетки отпочковывались от женских, которые сформировались раньше. Некоторые женские зародышевые клетки превратились постепенно в мужские. Таким образом, с известной долей полемического задора можно сказать, что мужчина произошел от женщины. Мужская Y-хромосома возникла из второй Х-хромосомы женского набора. В конечном счете, женское и мужское начала оформились в половых хромосомах: в Х-хромосоме -женский пол, в Y-хромосоме - мужской (правда, мужской пол могут определять и аутосо-мы).
Гаметогенез в известной мере повторяет начальные этапы развития жизни. В яичниках у организмов женского пола возникают первичные диплоидные клетки - оогонии, а у организмов мужского пола - сперматогонии. В яичниках и семенниках, надо полагать, образуется биохимическая среда, в которой возникают и быстро оформляются ДНК и РНК с окружающим аппаратом, которые быстро эволюционируют до стадии первичной половой клетки. При этом ДНК с окружением упаковываются в хромосомы, количество которых в процессах оогенеза и сперматогенеза увеличивается. Но если в ходе первичного развития жизни во Вселенной аналогичные процессы совершались за миллиарды лет, то в половых органах они происходят за часы и минуты. Дело в том, что окружающие клетки зрелого организма непрерывно посылают волновые сигналы и руководят процессами образования ДНК, половых клеток и, главное, развитием генов. Поэтому оогонии и сперматогонии, пройдя этапы, соответственно, ооцитов I и II и сперматоцитов I и II превращаются в созревшие яйцеклетку и сперматозоид, в которых содержатся уже все положенные данному виду организмов хромосомы, несущие в себе генетическую информацию.
У плода появляется пока еще не дифференцированная прогонада. Затем гонадный бугорок развивается вместе с почкой (мезонефрос). Прогонада неразличима у ХХ и XY-эмбрионов. Первые половые различия у человека наблюдаются через 6 недель после зачатия. Мюллеров проток трансформируется в матку, а Вольфов проток - в семявыносящие протоки.
У млекопитающих эмбриональная закладка гонад является бисексуальной. В них одновременно присутствуют мюллеровы и вольфовы протоки - зачатки половых путей самцов и самок. Специализация развивающихся гонад в тестис или яичник определяет последующую половую дифференцировку эмбриона. У будущих самцов в прогонадах появляются клетки Сертоли, в которых синтезируется фактор MIS, ответственный за прямое, то есть за развитие матки, или опосредованное, т.е. за развитие внутренних гениталий самца. Ключевую роль в детерминации пола играют три гена, кодирующих белки SRY-1, SF-1 и АМН -антимномеровский гормон. Кроме них, в формировании семенников из потенциально бисексуальных прогонад участвуют и другие гены.
Разделение полов и появление мужского пола имеет большое значение в условиях неустойчивости среды обитания. Мужчины первыми реагируют на опасные изменения среды и находит путь к выживанию или погибает. Тем самым, следующим поколениям передаются только удачные варианты изменения генома.
На какой стадии эволюции организмов и при каких условиях начали возникать первые органы?
По нашему мнению, зачатки органов появились еще у клеток. В процессе приспособления к внешним условиям у некоторых клеток с целью захвата питательных веществ стали появляться органеллы, обеспечивающие движение, захват и переваривание пищи. В результате возникли одноклеточные организмы типа жгутиковых и инфузорией.
Органы многоклеточных развивались главным образом на основе специализации отдельных клеток и их однородных групп. Как только в одной из клеток данной группы происходило полезное изменение в генетическом аппарате, оно передавалось соседним клеткам, что вызывало адекватные изменения в их генетических аппаратах. Так, шаг за шагом, если изменения в генетическом аппарате происходили в нужном направлении, развивались клеточные структуры, формируя соответствующий орган. Организм получал преимущества перед своими собратьями, выживал и давал жизнь подобным себе.
Увеличение числа органов в процессе эволюции было названо полимеризацией органов. У одноклеточных она происходила, в частности, путем полиэнергидности, то есть образования множественности ядер.
Каждый предыдущий этап детерминации и дифференцировки открывает новые возможности дальнейшей дифференцировки тканей. В результате многочисленных проблем и образования новых индукторов определяется следующий этап. Если он оказывается удачным, то это закрепляется в очередном гене. Неудачные пробы исчезают вместе с носителями генетической информации.
В целом в зарождающемся организме происходит дифференциация клеток по их функциям на два типа. Из клеток одного типа образуется тело со всеми его органами. Клетки другого типа составляют так называемые имагинальные диски, то есть зачатки взрослых органов. При первичном возникновении во Вселенной организмов еще не было предопределено, из каких имагинальных дисков какой разовьется орган. Эксперименты шли по широчайшему фронту в масштабе всех планет пульсирующей Вселенной. Когда где-то удавалось продвинуться в каком-то направлении, то волновая информация распространялась почти по всем планетам Вселенной и с этой «завоеванной» позиции повсеместно начинались дальнейшие эксперименты формирования организмов.
В общих чертах развитие организмов и органов в первичном процессе эволюции живого происходит вероятнее всего так: вначале есть клетка, которая все более превращается в зародышевую, возникает исходная ДНК, к которой постепенно наращиваются первичные гены с окружающими их структурами. Каждая ветвь рождает несколько новых ответвлений. Последние продолжают дальнейшее ветвление. Последующие ветви более высокого уровня конкретизируют программы возникновения, развития и дифференцировки органов.
Надо отметить, что наработанные на ранних этапах развития Вселенной генетические и молекулярно-генетические системы, управляющие развитием, универсальны, консервативны и присущи как примитивным, так и высокоорганизованным организмам, возникающим на самых поздних этапах эволюции во Вселенной.
Детерминация и дифференцировка органов происходит в той же последовательности, в которой возникали во Вселенной гены. Линейная последовательность распределения генов соответствует линейному распределению детерминируемых ими признаков в теле развивающегося организма. Это так называемая колинеарность в расположении генов и контролируемых ими признаков. По результатам исследований в рамках программы «Геном человека» установлено, что в формирование и функционирование каждого из 37 органов и тканей человека вовлечено от 8 (эритроцит) до 3195 (мозг) генов. Надо полагать, что старты каждой группе генов давались в каждом случае каким-то одним геном, затем возникали стартовые гены второго уровня, третьего и т.д., пока не сформировались все гены, формирующие орган.
Подведем итоги и сделаем некоторые выводы. Жизнь в бесконечной в пространстве и времени Вселенной впервые возникла не сверхъестественным путем, а естественным, путем проб и ошибок. Сформировавшиеся таким образом организмы в дальнейшем на волнах первочастиц стали помогать и ускорять филогенез на всех других планетах Вселенной. В результате на них полный цикл развития жизни вплоть до разумных существ происходит за ограниченный промежуток времени, примерно за 5 миллиардов лет.
Литература
1.Сибирцев В. А. Жизнь и разум. Раскрытые тайны Вселенной. М.: Амрита-Русь, 2009.
2.Тарантул В.З. Геном человека. Энциклопедия, написанная четырьмя буквами. М.: Языки славянской культуры, 2003.
3. Шарден П. Т. Феномен человека. М.: Наука, 1987.
4. Ибадулин Р. Р. Информационные основы живого. М.,1999.
Сибирцев Владимир Афанасьевич, Новосибирский государственный университет экономики и управления,
профессор
О законе соответствия уровней жизни и среды обитания
Между уровнями развития жизни и уровнями развития условий для жизни существует взаимно однозначное соответствие.
Прежде всего, надо отметить, что жизнь может существовать только на планетах или их спутниках. Если выстроить планеты от наименьших размеров (типа астероидов) к наибольшим (типа Юпитера), то наиболее успешно жизнь может развиваться где-то в середине шкалы размеров: на планетах земного типа, то есть на планетах с оптимальным размером. Минимальные и максимальные размеры планет имеют наименее подходящие условия для жизни, о чем речь пойдет ниже.
Вторая шкала - это расстояние от центрального светила планетной системы. Ближайшее окружение звезды также не пригодно для жизни, как и самое отдаленное, поэтому необходимо оптимальное расстояние. В принципе, с позиции возможности существования жизни планетная система может состоять всего из одной планеты, которая вращается вокруг своего солнца на оптимальном расстоянии и имеет оптимальный размер.
Чем дальше от указанных двух оптимумов, тем хуже условия для жизни. Наименее подходящие условия позволяют существовать только микроорганизмам, если они когда-то и где-то уже возникли, причем не в активном состоянии, а в анабиозе. Следующая ступень развития среды обитания и следующая ступень развития жизни - это фактически изначальная, первая ступень активной жизни. Ее связывают с коацерватами, вирусами и бактериями. Бактерии в активном виде могут генерировать кислород, создавая тем самым среду для обитания клеточных и более сложных организмов.
Но существующие на планете условия могут объективно ограничивать уровень развития жизни и не позволять ей развиваться дальше определенного предела. Это резко сокращает количество пригодных для разумной жизни планет во Вселенной. Тем не менее, в бесконечной Вселенной существует, хотя и менее мощное, бесконечное множество пригодных для разумной жизни планет, даже если для нее объективно необходимы другие более жесткие ограничения.
Могут существовать планеты более отдаленные и более близкие к идеалу по критериям размера и расстояния. Несомненно, что во Вселенной по этим критериям есть планеты бо-
