Естественнонаучная картина мира

§ 2. Теория биологической эволюции

Издавна люди пытались объяснить многообразие живого мира. На протяжении нескольких тысячелетий господствовало очень простое объяснение, которое состояло в том, что будто бы все виды организмов были созданы однажды Богом в их нынешних формах и больше никогда не изменялись. Сторонники религиозных представлений считают, что все многообразие организмов, населяющих Землю, явилось результатом божественного творения мира за шесть дней (так сказано в Библии), а любое другое предположение они, как правило, воспринимают в качестве оскорбления своей религиозной веры. Вспомним, что классическое естествознание и неживую природу рассматривало как нечто неизменное, раз и навсегда созданное Богом. Именно под влиянием идеи о неизменности всего живого биология – наука о жизни – долгое время сводилась лишь к описанию многочисленных видов животных и растений. И действительно, если известно, откуда взялась живая природа, а также то, что она неизменна, то остается только ее описать, разбить для удобства все живое на большие группы или классы, то есть создать его классификацию. Наиболее совершенной для своего времени была классификация, созданная известным шведским ученым XVIII в. Карлом Линнеем.

Однако в том же XVIII столетии некоторые ученые в различных странах мира (например, Жорж Бюффон во Франции, Эразм Дарвин – дед Чарльза Дарвина – в Англии, Иоганн Гете в Германии, Михаил Ломоносов в России) пришли к выводу, что организмы, населяющие Землю, не неизменны, а находятся в состоянии непрерывного развития. Процесс изменения или развития называется в науке эволюцией (от лат. evolutio – развертывание). Такой вывод им позволили сделать обнаруженные в разных местах нашей планеты остатки животных и растений, существовавших на Земле миллионы лет назад. Эти остатки казались странными, так как они совершенно не были похожи на современные живые организмы. Из этого различия древних и нынешних форм жизни вполне можно было сделать вывод о том, что живая природа находится не в стационарном состоянии, а в эволюционном. Правда, также высказывались предположения о том, что найденные остатки – это не следы давно вымерших организмов, а некие предметы, которые Бог поместил в горные породы, чтобы людям было интереснее жить на свете. Однако такого рода объяснения мало что могли дать науке, и поэтому биология сосредоточилась на эволюционных идеях.

Одним из первых попытался выяснить, как происходит эволюция, известный французский биолог XVIII в. Жан Ламарк. Именно он предложил впервые термин «биология». Ламарк объяснил изменение видов живых организмов тем, что на них в значительной степени влияет окружающая среда (питание, климат и т. д.), под воздействием которой происходит формирование новых признаков, а также тем, что они передаются по наследству от одного поколения к другому, постепенно приводя, таким образом, к образованию новых видов живых организмов. Создателем стройной и развернутой теории эволюции является знаменитый английский ученый Чарльз Дарвин, который обобщил в середине XIX в. отдельные эволюционные идеи в единое учение. В 1859 г. увидела свет его знаменитая книга «Происхождение видов путем естественного отбора». С тех пор дарвиновское учение остается самым плодотворным результатом биологической мысли за все время ее существования. Правда, время от времени появляются люди, объявляющие, что Дарвин был неправ. Однако ничего достойного взамен его идей они предложить не могут. До сих пор не появилось другой, сколько-нибудь значимой теории, которая дала бы объяснение столь обширному количеству фактов, наблюдаемых в живой природе, как это сделала эволюционная теория Дарвина. Более того, сегодня она находит все новые области применения.

Развитие любых видов живых организмов, говорит Дарвин, совершается следующим образом. Поскольку постоянно меняются условия среды их обитания (ландшафт, климат и другие), то не удивительно, что происходят различные изменения и с живыми организмами, которые приспосабливаются к новым условиям для того, чтобы выжить. То есть исчезают одни признаки, выгодные для старых условий, и появляются иные, более отвечающие новым условиям жизни. Эти признаки передаются по наследству последующим поколениям, закрепляются в них, обеспечивая выживание вида, и сохраняются до тех пор, пока изменившиеся условия среды обитания не сделают их невыгодными или гибельными для жизни.

Приведем простой пример. Допустим, в некоем месте живут гусеницы серого цвета, питающиеся древесной листвой. Теперь предположим, что в это место откуда-то прилетели и обосновались в нем птицы, которые начали питаться гусеницами. Появление таких нежелательных соседей является, конечно же, значительным изменением условий обитания гусениц. Будучи серыми, они прекрасно видны на зеленых листьях деревьев и становятся легкой добычей птиц. Для выживания гусениц необходимо, чтобы их окраска поменялась с серой на зеленую и стала сливаться с листьями, делая их незаметными. Если среди серых гусениц есть особи не с серой окраской, а с зеленой (что вполне возможно, так как особи даже одного вида могут значительно отличаться друг от друга), то понятно, что их шансы на выживание значительно выше. Так происходит формирование нового признака под влиянием изменившихся условий среды обитания: со временем серые сородичи зеленых гусениц погибают, а последние остаются жить и, размножаясь, передают своему потомству этот жизненно важный признак. Обратим внимание на то, что часть особей, не приспособившихся к новым условиям, погибает, а выживают, наоборот, наиболее приспособившиеся, выработавшие выгодные для жизни новые признаки, которые позволяют им не только выжить самим, но и размножиться, оставить после себя потомство. Иначе говоря, природа сама производит отбор наиболее сильных и приспособленных к жизни организмов и уничтожает слабых и неприспособленных. Такой отбор в эволюционной теории называется естественным. Он и является, по мнению Дарвина, главной движущей силой эволюции, ее всеобщим законом, которому подчиняется развитие всей живой природы. Изменчивость, наследственность и естественный отбор действовали с незапамятных времен появления живого и привели к поражающему ныне многообразию видов живых организмов.

Среди дарвиновских идей есть также утверждение о том, что человек, как один из биологических видов (называемый homo sapiens), является результатом длительной эволюции живой природы от менее совершенных к более совершенным организмам. В 1871 г. появилась его книга «Происхождение человека и половой отбор», в которой была высказана эта гипотеза. Довольно часто можно услышать, что, с точки зрения Дарвина, человек произошел от обезьяны. Это высказывание является неверным, потому что оно значительно огрубляет и искажает дарвиновскую мысль. Кстати, когда нам говорят, что человек произошел от обезьяны, то довольно часто возникает справедливый вопрос: отчего же нынешние обезьяны не превращаются в людей? Так вот, правильнее говорить, что и человек, и нынешние обезьяны произошли от общих млекопитающих предков, которые жили много миллионов лет назад. Проиллюстрировать это утверждение можно так называемым «принципом пяти пальцев». Посмотрите на свою ладонь: четыре пальца направлены в одну сторону, а один – большой – в другую, он как бы противопоставлен всем остальным. Примерно то же самое наблюдается и в схеме эволюции человека: от общего млекопитающего предка в одну сторону пошло несколько ветвей эволюции, которые привели к появлению обезьян, а в другую сторону направилась эволюционная ветвь, увенчавшаяся появлением особого биологического вида – человека разумного. Это разделение двух ветвей произошло приблизительно 10–15 млн лет назад, и поэтому вполне понятно, что обезьяна и человек – это совершенно разные виды, не столько сходные, сколько противопоставленные друг другу (еще раз посмотрите на пять пальцев ладони), равно как ясно и то, что человек не «произошел от обезьяны» (а также совсем неудивительно, почему нынешние обезьяны не превращаются в людей).

В заключение необходимо отметить, что, несмотря на огромные успехи биологии, до сих пор многие вопросы и проблемы, связанные и с происхождением жизни на Земле, и с эволюцией человека, еще далеки от окончательного решения и ждут своих будущих исследователей. Однако огромная и несомненная заслуга дарвиновской теории, помимо всего прочего, заключается в том, что она пробила первую брешь в господствовавшей несколько столетий идее о стационарности неживого и живого мира. Эволюционное учение, появившееся в XIX в., то есть еще тогда, когда были сильны позиции классического механистического естествознания, утверждавшего неизменность всего существующего, как бы выпадало из него. Через полвека после создания эволюционного учения вторая, или классическая, научная картина мира начала рушиться, уступая место третьей, или неклассической, научной картине мире, одной из главных идей которой стало утверждение о том, что не только живая природа, но и Вселенная в целом есть результат грандиозной мировой эволюции.

§ 3. Гипотезы происхождения жизни на Земле

Проблема происхождения жизни является одной из наиболее важных и сложных в современном естествознании. Мы уже говорили о том, что живая природа является настолько более высоким качественным уровнем организации материи по сравнению с неживой природой, что появление жизни во Вселенной представляет собой настоящую загадку или даже тайну. Поскольку мы имеем дело только с жизнью на Земле, и нам ничего не известно о каких-либо других, внеземных формах живой природы, то, когда говорят о происхождении жизни во Вселенной, подразумевают, конечно же, ее происхождение на Земле, или, иначе говоря, вопрос о происхождении жизни рассматривается относительно земных форм живой материи.

Существует несколько гипотез происхождения жизни. Одну из них трудно назвать гипотезой, поскольку она представляет собой религиозную точку зрения на происхождение живого, то есть для религии является не гипотезой (вероятностным предположением), а несомненным, достоверным, истинным знанием (конечно же, богооткровенным и иррациональным). Однако для науки религиозная точка зрения на происхождение жизни представляет собой именно гипотезу (причем ненаучную). Религиозная версия происхождения живой природы, равно как и неживой, обычно называется креационизмом (от лат. creatio – созидание). Согласно этой идее, жизнь есть результат божественного творения мира за шесть дней. Как уже говорилось, креационизм не имеет прямого отношения к науке, но, будучи одной из точек зрения на происхождение жизни, не может быть оставлен без внимания при обсуждении данной проблемы.

Другая гипотеза происхождения живого, которая характерна, прежде всего, для древней науки, чаще всего называется абиогенезом (от греч. a – не, bios – жизнь, genos, genesis – происхождение). По этой гипотезе живое спонтанно и самопроизвольно может возникать из неживого в течение незначительного времени. Издавна люди видели, как на гниющем мясе или пищевых отходах через какое-то время появляются маленькие белые червячки, а на мусорных свалках – мыши и крысы. Такого рода наблюдения вполне могли навести на мысль о том, что объекты неживой природы могут порождать различные формы жизни. Гипотезы абиогенеза придерживался Аристотель, который полагал, что определенные «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Так он считал, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, а также присутствует в солнечном свете, тине и гниющем мясе. «Таковы факты, – писал Аристотель, – живое может возникать не только путем спаривания животных, но и разложением почвы. Так же обстоит дело и у растений: некоторые развиваются из семян, а другие как бы самозарождаются под действием всей природы, возникая из разлагающейся земли или определенных частей растений». По Аристотелю какой-либо существенной границы между живой и неживой природой не существует: «…природа совершает переход от безжизненных объектов к животным с такой плавной последовательностью, поместив между ними существа, которые живут, не будучи при этом животными, что между соседними группами, благодаря их тесной близости, едва можно заметить различия».

Гипотеза абиогенеза, появившаяся еще в эпоху Древнего мира, не утратила своего значения и в более поздний период – Возрождения и Нового времени. Так голландский естествоиспытатель Ян Гельмонт, живший на рубеже XVI–XVII вв., описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого были нужны, по его утверждению, грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Гельмонт считал человеческий пот.

Однако в естествознании Нового времени гипотеза абиогенеза подверглась серьезной критике. В конце XVII в. итальянский биолог и врач Франческо Реди, усомнившись в возможности самопроизвольного возникновения жизни из неживого вещества, поставив ряд экспериментов, установил, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе, – это личинки мух. «Убежденность была бы тщетной, – писал Реди, – если бы ее нельзя было подтвердить экспериментом. Поэтому в середине июля я взял четыре больших сосуда с широким горлом, поместил в один из них змею, в другой – немного рыбы, в третий – угрей… в четвертый – кусок молочной телятины, плотно закрыл их и запечатал. Затем я поместил то же самое в четыре других сосуда, оставив их открытыми… Вскоре мясо и рыба в незапечатанных сосудах зачервивели; можно было видеть, как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают из них. Но в запечатанных сосудах я не видел ни одного червяка, хотя прошло много дней после того, как в них была положена дохлая рыба». Эксперименты Франческо Реди позволили ему сделать вывод о том, что жизнь не может самопроизвольно зародиться из неживого, а возникает только из предшествующей жизни. Эта идея, противостоящая концепции абиогенеза, получила название биогенеза (от греч. bios – жизнь, genos, genesis – происхождение).

В 1765 г. итальянский ученый Ладзаро Спалланцани поставил опыты, подтверждающие справедливость идеи биогенеза. Он подвергнул мясные и овощные отходы кипячению в течение нескольких часов, после чего сразу же герметично запечатал их и снял с огня. Когда Спалланцани исследовал жидкости через несколько дней, то не обнаружил в них никаких признаков жизни. Из этого он сделал вывод, что высокая температура уничтожила все формы живых существ, без которых ничто живое уже не могло возникнуть. Эксперименты известного французского ученого XIX в. Луи Пастера, в основе которых лежали методы Ладзаро Спалланцани, показали, что бактерии вездесущи, и неживые объекты, если их не стерилизовать должным образом, легко могут быть заражены живыми существами. Опыты Пастера окончательно подтвердили концепцию биогенеза и опровергли гипотезу абиогенеза. Однако идею биогенеза нельзя назвать одной из гипотез происхождения жизни, потому что она всего лишь отрицает возможность спонтанного самозарождения живых организмов из неживого вещества, но ничего не говорит о том, каким образом или откуда появляется живое.

Наиболее распространенной и признаваемой в научной среде является гипотеза биохимической эволюции, один из представителей которой, известный отечественный ученый А. И. Опарин, выдвинул идею о том, что жизнь на Земле представляет собой естественный результат длительного прогрессивного, или восходящего, развития материи от низших и простых форм к более высоким и сложным. Вспомним, одной из характерных особенностей современного естествознания является синергетика – теория самоорганизации различных материальных систем. В свете синергетики материя способна не только к самоупрощению, деградации и распаду, но и к самоусложнению, или саморазвитию. Следуя синергетическому видению природы, вполне возможно предположить, что в результате длительной эволюции (протяженностью в сотни миллионов лет) из неорганических веществ путем постепенного самоусложнения возникли более сложные – органические (углеродосодержащие) соединения, которые, в свою очередь, путем дальнейшего длительного самоусложнения привели к появлению первых простейших форм жизни, эволюционировавших далее к более развитым и сложным ее формам.

Таким образом, согласно гипотезе биохимической эволюции, жизнь на Земле возникла из неживого вещества. Возникает вопрос: чем отличается это предположение от рассмотренной выше гипотезы абиогенеза, которая также утверждает, что живое естественным образом происходит от неживого? Вспомним, в гипотезе абиогенеза речь идет о том, что жизнь самопроизвольно возникает из неживых объектов: во-первых, многократно, а во-вторых, в течение незначительного периода времени (например, за несколько дней). По гипотезе биохимической эволюции живое также появляется из неживого, но, во-первых, единожды, или однократно, а, во-вторых, это происходит медленно и постепенно, на протяжении сотен миллионов лет.

Несмотря на широкое распространение гипотезы биохимической эволюции в научной среде, она разделяется далеко не всеми учеными. В качестве основного аргумента ее противники подчеркивают неизмеримо более высокий и качественно новый уровень организации живой природы по сравнению с неживой, в силу которого первая не сводима ко второй и не выводится из нее. Также они справедливо указывают на то, что гипотеза биохимической эволюции, по большому счету, не объясняет, как произошел качественный скачок от неживого к живому. Так один из основоположников современной молекулярной биологии, английский ученый Фрэнсис Крик на Бюраканском симпозиуме в сентябре 1971 г. сказал: «Мы не видим пути от первичного бульона до естественного отбора. Можно прийти к выводу, что происхождение жизни – чудо, но это свидетельствует только о нашем незнании». Здесь необходимо уточнить, что «первичным бульоном», в котором могла возникнуть жизнь, согласно гипотезе биохимической эволюции, обозначается совокупность органических веществ, накопившихся в древних океанах Земли.

Еще одной гипотезой происхождения жизни является концепция панспермии (от греч. pan – весь, все и sperma – семя), по которой жизнь на Земле является частным случаем жизни во Вселенной. Представители гипотезы панспермии утверждают, что жизнь во Вселенной существует чуть ли не вечно: мельчайшие «семена» живого (споры, вирусы, бактерии) переносятся в ее бескрайних просторах на частицах космической пыли и, попадая на планеты с благоприятными для жизни условиями, «прорастают», давая начало дальнейшему развитию различных форм живых организмов.