Раскладка теории первичного бульона

Глава 1

В 1924 году биолог Опарин выдвинул теорию о происхождении жизни на Земле через превращение в ходе постепенной химической эволюции молекул, содержащих углерод, в первичный бульон, под воздействием электрических разрядов, высокой температуры и космического излучения. В 1953 году Миллер проверил теорию. Он поместил в замкнутый сосуд смесь из воды, аммиака, метана, углекислого и угарного газов и пропустил через неё несколько электрических зарядов при температуре 80 градусов. В результате получились аминокислоты, нуклеотиды и прочее, то есть органические молекулы. Научное сообщество приняло данный эксперимент, как метод самозарождения жизни.

Однако, прыжок от колбы с водой к аминокислотам и тем более от аминокислот к живым организмам для среднего человека слишком непонятен. Гораздо проще поверить, особенно в условиях насильственного религиозного образования, что происхождение жизни на Земле происходило так, как это описано в религиозных текстах. Проще говоря: по слову Божьему. Данная идея, декларируемая как факт, получила название креационизм. В современном обществе креационизм всё чаще рассматривается как действительно научная гипотеза, и некоторые усердные родители стараются протолкнуть её в школы для изучения параллельно или вместо научной биологии.

На деле же, креационизм сводится к такой же бездоказательной вере, как и вся религия в целом. Поэтому, как её вообще пытаются впихнуть в строго научную дисциплину биологию – не совсем понятно. Если креационизм изучать в школе, то его место, очевидно, никак не далее истории религий. При этом, средний человек о креационизме тоже мало что знает. По сути, вся соль столкновения теорий происхождения жизни на Земле сводится к следующему тезису: «Если ты считаешь, что ты произошёл от обезьяны, то это твоё дело, я же думаю, что меня создал Бог». На лицо полная путаница понятий.

Во-первых, не важно кто, что считает. Очевидно, что все люди, живущие на Земле, происходят от родителей. То есть тоже от людей. Нет ни одного доказанного факта происхождения человека от обезьяны, либо от Бога.

Во-вторых, теория происхождения человеческого вида от приматов относится совсем к другой категории, к теории эволюции, но никак не зарождения жизни.

В-третьих, ни один учёный не утверждал, что жизнь на самом деле произошла из случайно слепившихся молекул. Наличие такой возможности никак не служит доказательством реальности этого события.

В-четвёртых, радикально-религиозные люди проводят линию между наукой и религией, считая, что научные теории, не излагающие материал в точности, как это написано в догматической книге, противоречат ей. Хотя сами же, подвергаясь безусловно доказанным научным истинам, предпочитают апеллировать к толкованию Писания. К примеру, безусловно доказанный факт того, что Земля – не центр Вселенной и даже не центр Солнечной системы, заставил религию смириться с астрономией. Археология вынудила отбросить точку начала мира на миллионы и даже миллиарды лет назад. Всё чаще встречается толкование, что «дни творения», описанные в Писании, являются не сутками длиной в 24 часа, а условными единицами, обозначающими этапы в сотворении мира, которые длились на деле гораздо дольше. Почему они тогда не пытаются истолковать теорию первичного бульона в рамках религии – не совсем понятно.

В чём же проблема первичного бульона, и почему религиозные деятели не хотят её принимать? С одной стороны, любое толкование Писания приводит к тому, что религия теряет почву из-под ног. Ведь в таком случае становятся необязательными очень многие вещи. Какая разница, сколькими пальцами креститься или не креститься вообще, если Писание можно толковать так широко? С другой стороны, силу креационизма подпитывает полное невежество его сторонников. Для них самозарождение жизни – это, прежде всего, происхождение человека от обезьяны, что они принимают как некое надругательство. Вот это невежество, мы сейчас и постараемся убрать.

Итак, сначала забудем об обезьянах, они никоим образом к первичному бульону отношения не имеют.

Докажем тезис об усложнении структур естественным путём.

В мире существует очень много различных веществ, молекулярных соединений различных как по составу, так и по структуре. Были ли они такими всегда? Очевидно, нет. Берём простой уголь, почти чистый углерод, сжигаем его и получаем уже более сложные соединения: углекислый и угарный газы, соединения с кислородом. Берём алюминий, окисляем его и получаем оксид, используемый в промышленности. Это тоже более сложное соединение. Что произойдёт, если смешать серу, водород и кислород – серная кислота. Тоже более сложное соединение. Происходит ли подобное усложнение веществ в природе? Да, происходит. Почти весь углерод связался с кислородом ещё на стадии планетообразования. Сейчас он существует в природном круговороте, являясь основным строительным материалом для живых существ. Оксид алюминия распространён в виде минерала корунда, в прозрачном виде – рубин, сапфир. Серная кислота образуется в воздухе из водяного пара и вулканического пепла.

Определённо, что отдельные простые элементы могу соединяться в более сложные.

Более сложные соединения могут распадаться в простые. Стабильность того или иного вещества зависит как от его внутренних химических свойств, так и от условий внешней среды. Очень сложное вещество, состоящее из десятков атомов или более, может распасться из-за не до конца образованных связей между частями этого вещества, наличия примесей. Возьмём, к примеру, кусок гранита и положим в стакан с водой. Во второй стакан насыплем эквивалентный объём песка. В третий насыплем столько же соли. А в четвёртый положим цельный кусок соли. Размешав ложкой в стаканах, мы увидим, как соль полностью растворится, а гранитный камень и песок остались неизменными. То есть соль легче распадается из-за своих химических свойств. При этом, порошок соли гораздо быстрее растворится, чем кусок, здесь видно влияние структуры. Неужели гранит никогда не растворится? Отнюдь, в морях и реках угловатые сколы гранита становятся плавными, камни округлыми. Пусть даже причина для потери частиц на острых углах – взаимное столкновение, всё равно, гранит может распасться на части в естественных условиях.

Определённо, существуют устойчивые вещества, по структуре и составу, и менее стабильные.

Если очень простые вещества способны объединяться в более сложные, то что мешает более сложным образовать сверхсложные вещества? Углерод при соединении с водородом образует метан. Но и сами молекулы метана при объединении могут дать более сложные вещества, вроде этана. На Титане существуют целые озёра из метано-этановой смеси. Конечно, не обязательно все вещества должны преобразовываться до определённого состояния. Тем более, что природные условия в различных областях могут быть разными. Углерод в открытом виде легко связывается с кислородом, но в горных породах под большим давлением кристаллизуется в алмазы, которые сами по себе на воздухе не горят. Для этого нужна повышенная температура. При этом сложные соединения также могут быть как стабильными, так и легко распадающимися. Причём, чем больше концентрация различных веществ, чем дольше времени они контактируют, тем большее разнообразие будет получаться, тем более сложные структуры будут образовываться, и тем более вероятно, что образуется сложная структура менее склонная к распаду.

Определённо, при достаточно продолжительном отрезке времени из простых веществ будут получаться более сложные и устойчивые структуры.

Представим себе пустое пространство с очень редко встречающимися частицами. Что происходит, когда эти частицы встречаются? Сила тяготения устремляет их друг к другу и, в конце концов, слепляет. Так из газовой пыли образуются планеты. Что происходит из отдельных частиц на планете? Они также концентрируются. Тяжёлые частицы в океане опускаются на дно, заполняют, прежде всего, впадины. Ветер выдувает горы, осадочные породы заваливают дно долин. Виной тому всё та же сила тяготения. То есть повышение концентрации – следствие физического закона. При этом в одно место сгребаются самые разные вещества. Даже в условиях раствора происходит концентрация. В химии такой процесс называется коацервацией, когда в отдельной части раствора происходит концентрация веществ по отношению к остальной части. Конечно, существуют противоположные по действию процессы. Взрывающийся вулкан раскидывает множество вещества по округе. Тот же ветер разрушает горы. Это следствие закона перераспределения энергии от более горячих предметов к холодным. Но энергия распространяется, а тяготение остаётся. В целом вектор направлен на концентрацию веществ. А большая концентрация способствует большему производству сложных соединений и большему разнообразию. То есть мы получаем обязательную эволюцию вещества в природе.

Определённо, производство из простых веществ более сложных является следствием физических законов этой вселенной.

Таким образом, на основе простой логики и простейших примеров из окружающего мира мы доказали, что вещества могут усложняться естественным путём. Причём это неминуемое следствие физики нашей вселенной. То есть нет ничего удивительного в том, что из раствора простейших элементов (углерод, кислород, водород, азот), бытовавшем в океане Земли три-четыре миллиарда лет назад, в итоге образовались аминокислоты (сложное соединение углерода, кислорода, водорода и азота). И что самое важное, это не произошло случайно, а явилось следствием постоянно подталкивающих к этому физических процессов. Оцениваемый учёными возраст образования Земли – 4,5 млрд лет назад, время, когда планета образовалась из облака газа. Оцениваемый возраст последнего общего предка – 3,6 – 4,1 млрд лет назад. При этом, последний универсальный общий предок (организм, давший начало бактериям, растениям, животным и прочим) уже существовал какое-то время и обладал ДНК. То есть жизнь на Земле возникла сразу, как только это позволили природные условия (поверхность планеты остыла достаточно, чтобы водяной пар сконденсировался в океаны).

Докажем тезис о естественной репликации в химических соединениях.

Самой главной прорехой в теории самозарождения жизни является прыжок между аминокислотами и рибонуклеиновой кислотой (РНК). Рибонуклеиновая кислота – основа жизни во всех земных живых организмах, она занимается сбором аминокислот, переносит энергию в клетках, генерирует белок в клетках, запускает механизм дублирования ДНК и прочее. По сути, РНК – это тот самый организм, что состоит из одной молекулы. Он умеет самовоспроизводиться. Перекидывать мостик от аминокислот к РНК мы не будем, это дело современной науки. Можно только сказать, что существует гипотеза мира полиароматических углеводородов (ПАУ), которые весьма распространены прямо в межзвёздной среде. Теория показывает, как ПАУ способны объединять нуклеотиды в цепочки РНК-подобных молекул. Но мы можем показать, что репликация (копирование) является естественным механизмом во множестве веществ не биологического происхождения.

Что значит копирование? Это значит, что из внешней среды берутся элементы, из которых состоит оригинал, а затем эти элементы объединяются в ту же самую структуру, что и оригинал. Где мы можем искать подобный механизм? Очевидно, в полимерах. Принцип следующий: в среде находятся множество идентичных соединений, в результате постоянно возникающих контактов, а также под воздействием условий внешней среды (температура, электромагнитное поле и т.п.) внутренняя структура каждого соединения испытывает напряжение. Связи нередко разрываются и свободными «концами» (валентными связями) готовы образовать новое соединение с другими веществами. Образовываться могут, конечно, самые разные комбинации, но раз мы говорим о наличие в среде множества идентичных соединений, значит, в этой среде именно эти соединения имеют наиболее стабильную структуру и возможность для образования. Связи разрываются на «краях» молекул, ядра (молекуло-образующая группа атомов) остаются обычно целыми. Две молекулы, имеющие валентные хвосты противоположной заряженности, легко могут объединиться. Отсюда можно сделать следующие выводы. Новое соединение будет стабильнее, если соединяющиеся молекулы будут максимально подходить друг к другу, как вилка с розеткой. Здесь важно и на какое расстояние «хвост» выходит из общей группы, и под каким углом находятся остальные атомы молекулы, и сколько степеней свободы будет у хвоста, будут ли иметь возможность другие атомы притянуться к этому элементу невалентными связями. Если в растворе находится множество разнообразных молекул, то соединения между ними будут чрезвычайно разнообразными, а значит, всегда будут легко распадающиеся. Что воспрепятствует образованию крупных соединений. В растворе с однотипными молекулами или молекулами двух видов, в случае, если структура этих молекул расположена к образованию крепких связей между отдельными мономерами, то полимер постепенно будет разрастаться, включая в себя всё больше составных частей. Подобная предрасположенность для сложных соединений существует далеко не для всех веществ, поэтому мы знаем полимеры в основном по некоторым типам углеводородных соединений. Но существуют и не углеводородные полимеры: силиконы (кремний и кислород), киноварь (ртуть и сера).

Определённо, в неживой природе существует механизм роста вещества.

Но репликация, это не разрастание, а именно копирование цельного соединения и создание из него нового. Очевидно, что распавшийся на несколько частей полимер, где каждая часть займётся дальнейшим ростом, вполне удовлетворяет требованиям репликации. Но хотелось бы увидеть более организованные структуры. И они есть, причём, они знакомы всем. Это кристаллы. Любой провод – это металлическое вещество (железо, медь, олово и т.п.), атомы в котором выстроены в упорядоченной структуре. Принцип довольно простой. Ядра атомов тяготеют не только к своим электронам, но и к электронам других атомов. Теряя или приобретая лишний электрон, они только сильнее заряжаются. Несколько атомов могут расположиться друг относительно друга так, что их взаимные электрические поля тяготения свяжут их в единую структуру. Если структура имеет трансляционный тип, то все остальные атомы начнут занимать стабильные позиции, структура разрастаться, а кристаллическая решётка расширяться. Очень важен тут тот факт, что даже в твёрдом веществе атомы постоянно испытывают притяжение и отталкивание от своих соседей, что приводит их к «дребезжанию» и перемещению. Только оказываясь в стабильных точках между упорядоченных связей, они перестают двигаться. То есть образование кристаллической решётки – не случайный процесс, а следствие естественного взаимодействия частиц между собой. Это всё равно, что насыпать в коробку множество камней больших и маленьких, а потом долго её утрясать. В конце концов, большие окажутся сверху, а маленькие провалятся вниз настолько глубоко, насколько смогут. Таким образом, мы имеем копирование структуры во множестве твёрдых веществ.

Проще всего копирование структуры наблюдать у воды. Достаточно морозным днём подышать на стекло. Влага из воздуха осядет на стекле, находящемся при низкой температуре. Тепло из воды уйдёт в стекло, вода перейдёт через точку замерзания и образует твёрдый слой льда на стекле. При этом, молекулы воды самоорганизуются в кристаллическую структуру. Каждый атом кислорода в молекуле воды, помимо связи с двумя водородами в своей молекуле, будет тянуться к водороду из соседней молекулы. В результате этого притяжения, молекулы воды будут поворачиваться, пока не станут в определённом наиболее стабильном порядке. Упорядоченные линии кристаллической решётки видны нам в виде узоров инея на стекле. Здесь мы как раз видим, как независимые элементы приобретают ту же структуру, что и родительский центр кристаллизации. Кристаллы очень распространены. Если взять стакан с водой, тщательно растворить в нём большой объём соли, опустить в стакан ложку, а затем оставить на некоторое время. То мы вскоре сможем увидеть, как на ложке будут расти кристаллы соли. По тому же принципу растят кристаллы кремния для компьютеров. Кремниевый раствор переходит в твёрдое состояние и приобретает упорядоченную структуру.

Определённо, неживая природа способна к репликации. Передача структуры от одной молекулы к другой – естественный и очень часто встречающийся процесс.

При наличии таких возможностей, создание молекулы из нуклеотидов, которая будет способна из окружающих её в пространстве свободных нуклеотидов собирать свою копию – уже не является чем-то особенным.

Практически, генерация нуклеотидов из неживой природы экспериментально доказана. Существуют теории о создании из этих нуклеотидов РНК-подобной молекулы. Механизм копирования РНК экспериментально доказан. Минимальные формы жизни, существующие чуть ли не из одной РНК, найдены (вирусы). Именно поэтому, учёные признают возможность самозарождения жизни на Земле.

Самое интересное, что многие учёные при этом совершенно не считают себя атеистами. Механизм зарождения жизни основывается на физических законах вселенной, которые подталкивают материю к организации в более сложные структуры. А стоит только заменить термин «физические законы» на «божественную волю», как физика немедленно приходит в полное соответствие с широким толкованием писаний. Почему можно заменить физические законы божественной волей? Да просто потому, что никто, включая учёных, не знает, почему в нашей вселенной действуют именно такие законы. Почему скорость света равна 300000 километров в секунду, а не 10? Почему любая материя притягивается друг к другу, а не отталкивается? Почему у частиц есть масса? Все эти вопросы выглядят как набор правил, установленных для нашей вселенной. Кем и каким образом?

В конце концов, Альберт Эйнштейн, одна из знаковых фигур науки, создатель теории относительности, для которого даже время не было постоянной величиной, всю свою жизнь пытался примирить науку и религию. "Я верю в Бога, который проявляет себя в гармонии бытия, но вовсе не в Бога, который хлопочет о судьбах и делах людей. … Я не верю в персонифицированного Бога. Если во мне есть что-то религиозное, так это только безграничное восхищение устройством мира, насколько наша наука способна его постичь."