Из опытов Спалланцани и Пастера мы уже знаем, что при высокой температуре жизнь прекращается. Большинство организмов погибает уже при 70–80 градусах тепла. Значит, для их жизни требуются определенные условия температуры. Требуются для этого также и другие условия, например известная влажность, давление и др. Понятно, что эти условия необходимы не только для поддержания уже существующей жизни, но и для возникновения новых организмов. Всегда ли на земном шаре были благоприятные условия для жизни?
Ответ на этот вопрос дают астрономия и геология. Астрономия — наука о небесных телах: ведь Земля есть одно из бесчисленных небесных тел, рассеянных во вселенной. Астрономия дает возможность заглянуть в далекое прошлое Земли и проследить ее историю. Земной шар, по данным астрономии, существует более двух миллиардов лет. Породило его Солнце, так как он образовался, отделившись в виде небольшой части от огромного раскаленного Солнца.
Новорожденная Земля, по данным геологии, была совсем не похожа на теперешнюю. Если бы мы могли взглянуть на нее тогда, она предстала бы в виде раскаленного шара, состоящего из огненных газов. Не только никакой жизни не могло быть на этом шаре, — на нем не было ни суши, ни воды, ни даже твердой или жидкой оболочки. Вследствие чрезвычайно высокой температуры (несколько тысяч градусов) все вещества, из которых состоит Земля, могли быть только в виде раскаленных газов и паров.
А пространство, в котором носился огненный газовый шар вокруг своей матери — Солнца, было тогда, как и теперь, холодной леденящей бездной. На этом холоде раскаленный шар должен был постепенно остывать.
В течение многих миллионов лет мировой холод сжимал Землю в своих ледяных объятиях, пока на ее поверхности не выступили первые твердые части и началось образование земной коры.
Когда Земля настолько охладилась, что водяной пар смог сгуститься в капли, бурные ливни полились на земную поверхность, и на ней образовался первичный горячий океан. Земная атмосфера тогда еще не имела того состава, какой она имеет теперь: она состояла тогда из перегретых водяных паров, некоторого количества азота и других газов. Свободного кислорода в ней не было. А внутри земного шара находились соединения металлов, главным образом железа с углеродом. Молодая, еще не окрепшая земная кора часто приходила в движение. Страшные землетрясения и извержения огненных масс изнутри Земли на ее поверхность происходили очень часто; вещества, скрытые в глубинах Земли, выходили на ее поверхность и соприкасались с водяными парами. Углерод соединялся с водородом. Так возникли первичные органические вещества — углеводороды[6]Это вещества, в состав которых входят два элемента — водород и углерод.
. Находившиеся в атмосфере углеводороды и различные соединения азота были увлечены вместе с горячими потоками воды в первые земные водоемы. Из углеводородов и простейших соединений азота современный химик может путем синтеза получить огромное количество органических веществ. Можно думать, что и в первобытном океане происходили многочисленные химические соединения и возникали то те, то другие из более сложных органических веществ.
Это самостоятельное возникновение простейших органических соединений и было первым шагом к созданию условий, при которых могла зародиться жизнь.
Самыми сложными и в то же время самыми важными для жизни являются, как мы уже знаем, белковые вещества. Белковые вещества очень часто являются в знакомом нам коллоидном состоянии, а переход в коллоидное состояние был очень важен для дальнейшего развития. В первичном океане, где было такое множество органических веществ, белки то-и-дело переходили в коллоидное состояние и тем самым резко отделялись от остальных веществ, от окружавшей их жидкости. Белки обладают огромным стремлением к соединению с другими органическими веществами. Кусочки или капельки коллоидного студня, состоящего из белка (большей частью с примесями других органических веществ), плававшие в горячей воде, в которой было растворено много различных соединений, должны были вступать в какие-то отношения с окружавшими их растворами; коллоидная капля могла впитывать в себя извне одни вещества, выделять из себя другие. В этом можно видеть первые зачатки обмена веществ. Коллоидная капля более или менее скоро распадалась, растворялась в окружавшей воде и прекращала свое существование.
Могли быть, однако, случаи, когда коллоидные капли впитывали такие вещества, которые укрепляли их стойкость и давали им возможность сохраниться дольше. С течением времени таких устойчивых капель должно было делаться все больше (потому что неустойчивые распадались), и сами они, впитывая в себя вещества извне, увеличивались в размерах. Рост, конечно, не мог итти без конца. Довольно скоро такая капля распадалась на мелкие капельки или кусочки, которые, однако, могли продолжать впитывание веществ и рост. Такой распад был даже выгоден, так как более мелкие капли легче могли пропитываться окружающими веществами; поэтому коллоидные капли, наделенные способностью распадаться, имели некоторое преимущество перед другими.
Между этими коллоидными каплями, четко отделенными от окружающей их водной среды, способными некоторое время сохраняться, расти, а потом разбиваться на более мелкие капли, и настоящими живыми организмами, хотя бы самыми простыми, существует огромная разница. Жизнь простейшей клетки складывается из сложных явлений питания, дыхания, выделения ненужных для жизни веществ, движения, чувствительности и т. д. В свою очередь каждое из этих жизненных явлений складывается из многочисленных правильно друг за другом следующих явлений, в основе которых лежат определенные химические изменения.
Как совершаются эти химические изменения в организмах? Оказывается, в них существуют особые вещества, обладающие способностью регулировать и производить химические превращения. Эти вещества называются ферментами. Так например, в слюне человека имеется в ничтожном количестве фермент — амилаза, превращающий крахмал в сахар. Если этот фермент из слюны выделить, то он и вне организма будет при подходящей температуре производить то же превращение. Ферменты клеток состоят из соединения нескольких веществ, каждое из которых обладает некоторой способностью вызывать химическое превращение. Когда же они соединятся в ферменте, то эта их способность возрастает во много раз.
Для того чтобы ферменты действовали в правильной последовательности, необходима организация живого вещества. Это видно из простого опыта. Стоит разрушить живую протоплазму (растерев, например, клетки в ступке), как те химические превращения, которые в ней до этого совершались, резко изменят свой характер. Все ферменты, которые действовали в протоплазме, будут присутствовать и в той смеси, которая получится от растирания. Отдельные явления, например окисление, будут происходить в этой смеси, но того сочетания явлений, что было в живой протоплазме, здесь уже не будет.
Когда первичные коллоидные капли впитывали в себя окружавшую их воду, в них проникали и растворенные в ней различные органические и неорганические вещества. Среди них были и такие, которые могли действовать подобно ферментам, ускоряя ход химических явлений. Капли, получившие ферменты, наиболее подходящие для их сохранения, роста и распада на мелкие капли, оказались в более выгодном положении, чем другие, и увеличивались в числе, быстро вырастая и делясь. Конечно, эти капли еще не были вполне устойчивыми, подобно организованной клетке. Они легко могли распадаться и переходить в раствор, в окружающую среду. При сколько-нибудь значительном изменении температуры или химического состава окружающей среды они легко прекращали свое существование.
Но несомненно были и такие случаи, когда внешние условия и внутреннее строение капли оказывались благоприятными для ее длительного сохранения. Такая коллоидная капля, плавая в воде, содержащей разные растворенные вещества, всасывала их и вместе с тем изменялась в своем составе. Всосанные вещества могли вступать в химическое взаимодействие с теми, которые уже раньше находились в капле. Это могло вести и к укреплению и к ослаблению коллоидного образования. Укрепившиеся коллоидные капли становились устойчивыми и могли увеличиваться в размерах, продолжая всасывать в себя вещества. Конечно, они не могли расти без конца. Достигнув известной величины, капли должны были разбиться на более мелкие капли, но эти капли в свою очередь получали устойчивый состав от тех, от которых произошли. Между разными каплями могло происходить как бы соревнование на устойчивость и связанную с ней скорость роста. Она зависела, как мы знаем, от присутствия веществ, действующих подобно ферментам.
Получились капли, обладающие уже известной организацией и способные гораздо дольше сохраняться, чем другие, случайно возникавшие коллоидные образования. Такие устойчивые капли составляли уже некоторое организованное вещество на Земле; их можно бы назвать первичными организмами.
От первичных организмов, наделенных известной стойкостью, способных размножаться делением и обладавших первичными ферментами, которые содействовали их устойчивости, современные живые клетки отличаются очень сильно: как растительные, так и животные клетки обладают сложной организацией, состоя из протоплазмы, ядра и различных частиц, имеющих постоянный характер и заключенных в протоплазме. Когда клетки размножаются делением, не только протоплазма и ядро делятся и их части переходят в дочерние клетки, но такую же судьбу испытывают и включенные в протоплазму частицы. Значит, клетка — это целая сложная система, обладающая большой устойчивостью. Вопрос о том, как из первичных коллоидных организмов произошли простейшие клетки, еще мало изучен[7]Изложенная нами выше научная гипотеза о возникновении жизни на Земле наиболее стройно разработана советским ученым А. И. Опариным.
.
Однако то, что мы сказали о возникновении жизни, и то, что мы знаем о дальнейшем ее развитии, не праздная выдумка, не фантазия, а предположение (гипотеза), основанное на проверенных данных современной науки. В свете этой науки библейские предания о создании живых организмов какой-то сверхъестественной силой оказываются бессмысленными сказками.
Мы узнали, как могла зародиться жизнь. Но что было дальше? Какими путями пошло ее развитие? Ответ на эти вопросы хотелось бы получить от единственной свидетельницы всего этого прошлого — от самой Земли: не скрываются ли в ее глубинах следы первых шагов жизни? Ведь по найденным в Земле окаменевшим остаткам давно исчезнувших растений и животных люди сумели многое узнать о прошлом. Может быть, там можно найти и следы первых населявших Землю существ?
Земная кора упорно молчит об этом. Первые отложившиеся пласты так сильно изменились с тех давних пор, что если бы в них и были какие-либо остатки живого, они должны были бы совершенно погибнуть или стать вовсе неузнаваемыми. Много миллионов лет жили на Земле родоначальники теперешних животных и растений, жили и умирали, но трупы их пропали для научных исследований. Так, в полной неизвестности для нас, не оставив следов, прошла вся первая полоса в истории жизни на Земле. А за это время успели отложиться огромные толстые пласты. Но то, что нам говорят позднейшие земные слои и сохранившиеся в них остатки организмов, бросает яркий свет на весь ход развития жизни на Земле, начиная с первых организмов.