Краткое изложение

Абиогенез – это теория, согласно которой при соответствующих условиях жизнь может спонтанно возникнуть из неживых молекул. Одним из наиболее широко цитируемых исследований, используемых для подтверждения этого вывода, является знаменитыйСтэнли Миллер и Гарольд Юри эксперимент Миллера-Юри.

Обзор учебников показывает, что исследование Миллера- Юри является основным (или единственным) исследованием, приводимым для доказательства абиогенеза. Хотя в течение десятилетий в популярной прессе широко освещалось, что эксперимент «доказывает», что жизнь возникла на ранней Земле исключительно в естественных условиях, сейчас мы понимаем, что на самом деле эксперимент предоставил убедительные доказательства противоположного.

В наше время признано, что этот набор экспериментов больше показал, что абиогенез на Земле невозможен, чем показал, как спонтанное возникновение могло произойти. В данной статье рассматриваются некоторые из многочисленных проблем, связанных с этим исследованием, которое пыталось продемонстрировать осуществимый метод абиогенеза на ранней Земле.

Проблема абиогенеза

Современные исследования не смогли дать жизнеспособного объяснения тому, как абиогенез мог произойти на Земле. Проблема абиогенеза сейчас настолько серьезна, что большинство эволюционистов сегодня стараются избегать всей этой области, потому что им «неловко заявлять публично, что происхождение жизни является загадкой, хотя за закрытыми дверями они свободно признают, что озадачены», потому что «это открывает дверь религиозным фундаменталистам и их псевдо-объяснениям "бога белых пятен"», и потому что они беспокоятся, что «откровенное признание невежества подорвет финансирование».¹

Когда-то абиогенез обычно называли «химической эволюцией»², но сегодня эволюционисты стараются отдалить эволюционную теорию от происхождения жизни. Это одна из причин, по которой большинство пропагандистов эволюции теперь называют данный процес «абиогенезом».

Химическая эволюция на самом деле является частью «Общей теории эволюции», которую эволюционист Керкут определил как «теорию, согласно которой все живые формы в мире возникли из одного источника, который сам произошел из неорганической формы».³

Существует еще одна причина преувеличения утверждений об абиогенезе – это область, которая является критической для доказательства эволюционного натурализма.⁴ Если абиогенез невозможен или крайне маловероятен, то и натурализм тоже.^{5 6 7 8}

Дарвин понимал, насколько критична проблема абиогенеза для его теории. Он даже признал, что вся существующая земная жизнь, должно быть, произошла от какой-то примитивной формы жизни, которая первоначально была вызвана к жизни «Творцом».⁹ Но если допустить, как это сделал Дарвин, возможность одного или нескольких творений, это значит открыть дверь для возможности многих других! Если Бог создал один вид жизни, Он также мог создать многие тысячи различных видов.

Позднее Дарвин, очевидно, пожалел об этой уступке и предположил, что жизнь могла зародиться в каком-нибудь «маленьком теплом пруду» на древней Земле.

Теория «теплого супа»

Несмотря на то, что в последние годы гипотеза «теплого супа» подверглась серьезному сомнению, она по-прежнему является наиболее распространенной теорией абиогенеза среди дарвинистов. Наиболее подробно она была разработана русским атеистом Александром Ивановичем Опариным (1894-1980) в его книге «Происхождение жизни», ставшей мировым бестселлером и впервые опубликованной в 1924 году (последнее издание вышло в 1965 году).¹⁰

Опарин «постулировал, что жизнь могла развиться исключительно в результате случайных процессов» в биохимическом «супе», который, по его мнению, когда-то существовал в океанах. Согласно этой теории, жизнь развилась, когда органические молекулы, первоначально попавшие в примитивные океаны из атмосферы, были приведены в движение такими силами, как молния, ультрафиолетовый свет, метеориты, глубоководные гидротермальные источники, горячие источники, вулканы, землетрясения или электрические разряды солнца. Если бы только присутствовало правильное сочетание химических веществ и энергии, жизнь возникла бы спонтанно.

Почти полвека исследований и миллионы долларов были потрачены на то, чтобы доказать эту идею – пока что с небольшим количеством положительных результатов и большим количеством отрицательных доказательств.¹¹

В какой последовательности?

Опарин пришел к выводу, что сначала эволюционировали клетки, затем ферменты и, наконец, гены.¹² Сегодня мы признаем, что для функционирования генов необходимы ферменты, но гены необходимы для производства ферментов.

Ни гены, ни клетки не могут функционировать без множества сложных структур, таких как рибосомы, полимераза, геликаза, гираза, одноцепочечный связывающий белок и десятки других белков.

Дайсон заключил, что теория Опарина была «общепризнанной биологами в течение полувека», но она «была популярна не потому, что существовали какие-либо доказательства в ее поддержку, а скорее потому, что она казалась единственной альтернативой библейскому креационизму».¹³

Исследование Миллера-Юри

Холдейн,¹⁴ Бернал,¹⁵ Кельвин¹⁶ и Юри¹⁷ опубликовали исследования в попытке поддержать эту модель – и все они были малоуспешными, если вообще успешными. Затем, в 1953 году Гарольд Юри (1893-1981) из Чикагского университета и его 23-летний аспирант Стэнли Миллер (1930-2007) совершили, как тогда считали некоторые, решающий прорыв.

Юри пришел к выводу, что заключение многих исследователей происхождения жизни о том, что ранняя атмосфера была окислительной, было ошибочным; он утверждал, что все было наоборот: на Земле была восстановительная атмосфера с большим количеством метана.¹⁸

Их «прорыв» привел к тому, что на первых полосах газет по всему миру появлялись сенсационные заявления о том, что они «сделали первый шаг к созданию жизни в пробирке».¹⁹ Карл Саган заключил:

«Эксперимент Миллера-Юри сегодня признан как единственный наиболее значительный шаг в убеждении многих ученых в том, что жизнь, вероятно, в изобилии присутствует в космосе».²⁰

Этот эксперимент даже положил начало новой научной области, названной «пребиотической» химией.²¹ Он стал самым распространенным доказательством (часто единственным доказательством, приводимым в учебниках по естественным наукам) абиогенеза. В настоящее время он является наиболее часто цитируемым доказательством (а зачастую и единственным) абиогенеза в учебниках по естественным наукам.²²

Эксперименты Миллера-Юри включали наполнение герметичного стеклянного аппарата газами, которые, по предположению Опарина, были необходимы для формирования жизни – метаном, аммиаком и водородом (для имитации условий, которые, по их мнению, были в ранней атмосфере) и водяным паром (для имитации океана). Затем, пока нагревательная спираль поддерживала кипение воды, они ударяли по газам в колбе высоковольтным (60 000 вольт) вольфрамовым искровым разрядником, имитирующим молнию.Эксперимент Миллера Ниже располагался конденсатор с водяным охлаждением, который охлаждал и конденсировал смесь, позволяя ей падать в расположенную ниже водяную ловушку.²³

За нескольк дней смесь воды и газа образовала розовое пятно на стенках колбы-ловушки. По мере продолжения эксперимента и накопления химических продуктов пятно стало темно-красным, а затем мутным.²⁴

Через неделю исследователи проанализировали вещества в U-образной водяной ловушке, использованной для сбора продуктов реакции.²⁵ Основными веществами в газовой фазе были угарный газ (CO) и азот (N₂).²¹

Преобладающим твердым веществом была нерастворимая токсичная канцерогенная смесь под названием «смола» или «деготь», обычный продукт органических реакций, включая горение табака. Эта смола была проанализирована с помощью новейших доступных хроматографических методов, показавших, что был получен целый ряд веществ. Во время первой попытки аминокислоты не были обнаружены, поэтому Миллер изменил эксперимент и повторил попытку.^{20 26}

Со временем образовались следовые количества нескольких простейших биологически полезных аминокислот – в основном глицина и аланина.²⁰ Выход глицина составил всего 1,05%, аланина – 0,75%, а следующей наиболее распространенной аминокислоты – всего 0,026% от общего количества – настолько мало, что это вещество можно даже не принимать во внимание.

По словам Миллера, «общий выход был мал для затраченной энергии».²⁷ Боковая группа для глицина – один атом водорода, а для аланина – простая метильная (-CH₃) группа.

После сотен повторений и модификаций с использованием методов, аналогичных тем, что применялись в оригинальных экспериментах Миллера-Юри, ученые смогли получить лишь небольшие количества менее половины из 20 аминокислот, необходимых для жизни. Остальные требуют гораздо более сложных условий синтеза.

Кислород: враг химической эволюции

Исследователи использовали бескислородную среду главным образом потому, что предполагаемая первобытная атмосфера Земли, как тогда «широко считалось, не содержала на ранней стадии значительного количества кислорода». Ученые считали так потому, что «лабораторные эксперименты показывают, что химическая эволюция, как это учитывается в современных моделях, была бы в значительной степени подавлена кислородом».²⁸

Вот один из многих примеров того, как их априорная вера в «факт» химической эволюции используется в качестве «доказательства» одной из предпосылок – аноксичной атмосферы. Конечно, оценки уровня содержания O₂ в ранней атмосфере Земли в значительной степени зависят от домыслов. Факт в том, что «мы до сих пор не знаем, как возникла богатая кислородом атмосфера».²⁹

Считалось, что результаты были значительными, потому что некоторые из полученных органических соединений были строительными блоками гораздо более сложных жизненных единиц, называемых белками – базовой структурой всего живого.³⁰ Хотя пресса широко растиражировала этот эксперимент как «доказательство» того, что жизнь могла зародиться на ранней Земле в естественных условиях (т.е. без участия разума), сейчас мы понимаем, что он предоставил убедительные доказательства прямо противоположного вывода. Например, без набора всех 20 аминокислот невозможно получить большинство известных типов белков, и этот важнейший шаг в абиогенезе никогда бы не произошел.

Кроме того, во время испытаний Миллера-Юри постоянно получались равные количества право- и левовращающих органических молекул (так называемая рацемическая смесь). В жизни почти все аминокислоты, которые могут быть использованы в белках, должны быть левосторонними, а почти все углеводы и полимеры – правосторонними. Противоположные типы не только бесполезны, но и могут быть опасными (даже смертельными) для жизни.^{31 32}

Существовала ли метано-аммиачная атмосфера?

По мнению многих современных исследователей, еще более серьезной проблемой является тот факт, что атмосфера ранней Земли сильно отличалась от того, что предполагал Миллер. «Исследования, проведенные с тех пор, поставили под сомнение гипотетическую атмосферу Миллера, заставив многих ученых усомниться в уместности его выводов».³³ Проблема была сформулирована следующим образом:

«...общепринятая картина ранней атмосферы Земли изменилась: атмосфера, вероятно, была богата O₂ и имела некоторое количество азота – менее реакционная смесь, чем у Миллера, или она могла состоять в основном из углекислого газа, что значительно сдерживало развитие органических соединений».³⁴

Считалось, что основным источником газов были вулканы, а поскольку современные вулканы выбрасывают CO, CO₂, N₂ и водяной пар, считалось вероятным, что этих газов было очень много в ранней атмосфере. В отличие от этого, сейчас принято считать, что H₂, CH₄ и NH₃, вероятно, не были основными компонентами ранней атмосферы. Более того, многие ученые сейчас придерживаются мнения, что ранняя атмосфера, вероятно, не играла главной роли в химических реакциях, приведших к возникновению жизни.²⁰

Хотя сейчас считается, что атмосфера ранней Земли состояла из большого количества углекислого газа, этот вывод все еще связан с многочисленными предположениями. Большинство исследователей также считают, что на ранней Земле присутствовало некоторое количество O₂, поскольку она содержала много водяного пара, а фотодиссоциация воды в верхних слоях атмосферы приводит к образованию кислорода.³⁵ Еще один аргумент – в геологических пластах докембрия содержится большое количество окисленных материалов.³⁶

Еще одна причина в пользу заключения о существовании свободного кислорода на ранней Земле заключается в том, что, по широко распространенному мнению, фотосинтезирующие организмы появились очень скоро после образования Земли, что трудно объяснить теориями химической эволюции.

В научной работе 2004 года на основе геохимии урана утверждается, что окислительные условия, а значит и фотосинтез, существовали уже 3,7 млн лет назад.³⁷ Но согласно униформистской датировке, Земля подвергалась бомбардировке метеоритами вплоть до 3,8 млн лет назад. Таким образом, даже если допустить эволюционные предпосылки, последние исследования показывают, что жизнь возникла почти сразу, как только Земля смогла ее поддерживать, а не «миллиарды и миллиарды лет» спустя.

Даже если кислород был получен в результате фотодиссоциации водяного пара, а не фотосинтеза, этот фактор все равно будет разрушительным для предложений Миллера.

Проблема концентрации

Юри также предположил, что океаны древней Земли должны были состоять из 10% раствора органических соединений, что было бы очень благоприятно для зарождения жизни.³⁸ Такой уровень органических веществ был бы равен концентрации, примерно в 100 раз превышающей концентрацию канализационных вод современного американского города.

Общее количество существующих сегодня на Земле органических соединений не могло бы создать и малой доли того, что необходимо для достижения такой высокой концентрации в океанах.

Ранние надежды не оправдались

Современные повторения эксперимента Миллера-Юри с использованием самых разных рецептов, включая низкие уровни O₂, дают еще меньшее количество органических соединений, чем в оригинальном эксперименте.³⁹

Чтобы решить эту проблему, некоторые исследователи предположили, что в небольших изолированных бассейнах воды достигается необходимый уровень концентрации. Проблема остается прежней: не существует никакого реального метода для подтверждения факта такого источника.

Некоторые даже предполагают, что «подводные вулканы и глубоководные жерла – разрывы в земной коре, откуда горячая вода и минералы вытекают в глубины океана – могли обеспечить первоначальные химические ресурсы».⁴⁰

Чтобы воспроизвести то, что могло произойти в первобытном супе миллиарды лет назад, ученым необходимо смешать химические вещества, которые, как считается в настоящее время, обычно встречаются на ранней Земле, подвергнуть их воздействию возможных источников энергии (обычно предполагается, что это тепло или радиация) и посмотреть, что произойдет. Этот эксперимент никто не проводил, потому что теперь мы знаем, что получить соответствующие биохимические соединения таким способом невозможно.

Эксперимент Миллера-Юри подавал материалистам большие надежды, которые теперь уступили место пессимизму:

«Вскоре после эксперимента Миллера-Юри многие ученые были уверены, что основные препятствия в проблеме происхождения жизни будут преодолены в обозримом будущем. Но по мере того, как поиск в этой молодой научной области продолжался и развивался, становилось все более очевидным, что проблема происхождения жизни далеко не тривиальна. Постепенно возникали различные фундаментальные проблемы, с которыми сталкивались работники, занятые этим поиском, и появлялись новые вопросы... Несмотря на интенсивные исследования, большинство из этих проблем так и остались нерешенными.

Действительно, на протяжении долгой истории поиска происхождения жизни, противоречия, вероятно, являются наиболее характерным атрибутом этой междисциплинарной области. Вряд ли найдется модель, сценарий или мода в этой дисциплине, которая не вызывала бы споров».⁴¹

Мы рассмотрим некоторые из этих основных проблем.

Функциональные белки могут существовать только в очень специфических условиях

Чтобы получить даже нефункциональные аминокислоты и белки, исследователи должны строго контролировать эксперимент различными способами, поскольку те самые условия, которые, согласно гипотезе, создают аминокислоты, также быстро разрушают белки. В качестве примера можно привести термическую денатурацию белков путем разрыва водородных связей и нарушения гидрофобного притяжения между неполярными боковыми группами.⁴²

Очень немногие белки остаются биологически активными при температуре выше 50ºC или ниже 30ºC, а для большинства требуются очень специфические условия. Приготовление пищи является хорошим примером использования тепла для денатурации белка, а охлаждение – использования холода для замедления биологической активности.

Как известно любому молекулярному биологу из ежедневной лабораторной работы, pH также должен строго регулироваться. Слишком большое количество кислоты или основания отрицательно влияет на водородную связь между полярными R-группами, а также нарушает ионные связи, образованные солевыми мостиками в белке.

Миллеру пришлось столкнуться с тем, что распространенные перекрестные реакции продуктов биохимических реакций вызывают разрушение или мешают производству аминокислот. Все соединения, мешающие связыванию, должны быть изолированы, иначе они разрушат белки. Поэтому Миллеру пришлось удалить множество загрязнений и примесей, чтобы получить чистые соединения, которые обычно не встречаются в реальной жизни. В противном случае в его аппарате возникло бы множество разрушительных перекрестных реакций.

Это не маленькая проблема. Многие органические соединения, такие как этанол и изопропиловый спирт, действуют как дезинфицирующие средства, образуя собственные водородные связи с белком и, как следствие, нарушая гидрофобные взаимодействия белков.⁴¹ Спиртовые тампоны используются для очистки ран или подготовки кожи к инъекциям, поскольку спирт проходит через клеточные стенки и коагулирует белки внутри бактерий и других клеток. Кроме того, ионы тяжелых металлов, такие как Ag+, Pb²⁺ и Hg²⁺, должны быть изолированы от белков, поскольку они нарушают дисульфидные связи белка, вызывая его денатурацию.

В качестве примера, разбавленный (1%) раствор AgNO₃ закапывают в глаза новорожденных детей, чтобы уничтожить бактерии, вызывающие гонорею. Многие ионы тяжелых металлов очень токсичны при попадании в организм, поскольку они сильно нарушают структуру белков, особенно ферментов.

Другая проблема заключается в том, что многие другие соединения, необходимые для жизни, такие как сахариды, также сильно реагируют с аминокислотами и влияют на синтез аминокислот. Например, Миллеру и другим ученым пришлось использовать в своих экспериментах среду без сахаридов (сахаров) .⁴³

Миллер прекратил свой эксперимент всего через несколько дней, но если бы ему позволили продолжить его, разрушились бы полученные им соединения или из них получились бы более сложные аминокислоты? Исследование метеоритов Мерчисона показало, что в естественных условиях образуются соединения, очень похожие на соединения Миллера, и результат стабилен, что свидетельствует о том, что дальнейшее время не приведет к образованию новых продуктов.⁴⁴

В ходе экспериментов Миллера-Юри было получено множество других соединений, помимо аминокислот, в результате чего образовалась липкая масса, которая на самом деле была еще дальше от строительных блоков жизни, чем предполагаемые первоначальные химические вещества-предшественники.

Среди полученных токсичных соединений были цианиды, угарный газ и другие – на самом деле в 1953 году большую часть темного вещества в растворе исследователи не смогли идентифицировать.²¹

Ненаправленная энергия разрушительна

Критический вопрос «Сколько энергии было необходимо?» вызывает много споров.⁴⁵ Все формы энергии однако могут разрушать белок, включая все те формы, которые постулируются как важные для абиогенеза, такие как ультрафиолет и молния.⁴⁶

Многие предполагают, что ультрафиолетовый свет был источником энергии, принимающим участие в процессе создания жизни, но ультрафиолет весьма опасен для жизни и, фактически, часто используется для уничтожения живых организмов (так, ультрафиолетовые лампы используются в больницах для уничтожения микроорганизмов). Интенсивность разрушительных длинных волн превышает интенсивность созидательных коротких волн, а квантовая эффективность разрушения намного выше, чем эффективность созидания.⁴⁷ Это означает, что разрушение аминокислот на четыре-пять порядков выше, чем созидание.

В экспериментах Миллера с ультрафиолетом он использовал определенную длину волны для получения аминокислот и отсеивал другие длины волн, поскольку они разрушают аминокислоты. Тем не менее, в солнечном свете существует как химически созидательный, так и химически разрушающий свет. Аминокислоты на самом деле очень хрупкие и легко разрушаются под воздействием естественного солнечного света.

Эксперимент Миллера-Юри также имел стратегически разработанные ловушки для удаления продуктов излучения, прежде чем они могли быть уничтожены. На примитивной Земле любые аминокислоты, образовавшиеся в атмосфере, были бы уничтожены задолго до того, как их можно было бы удалить.

Даже океан не защитил бы их, потому что ультрафиолет проникает через несколько метров жидкой воды – под водой можно даже обгореть. Это указывает на то, что условия на ранней Земле никогда не могли быть благоприятными для абиогенеза.

Даже простое движение может вызвать серьезное повреждение белка: взбивание сливок или яичных белков – один из способов использования механического воздействия для преднамеренной денатурации белка (взбивание растягивает полипептидные цепи до разрыва связей).

Исследования Миллера, по причинам, рассмотренным выше, помогли нам лучше понять, почему жизнь не могла возникнуть естественным путем. В своем резюме знаменитого эксперимента Миллера-Юри по происхождению жизни Хорган заключил, что результаты Миллера поначалу, казалось,

«...предоставляют потрясающие доказательства того, что жизнь может возникнуть из того, что британский химик Дж.Б.С. Холдейн назвал «первобытным супом». Эксперты предполагали, что ученые, подобно доктору Франкенштейну из романа Мэри Шелли, вскоре создадут в своих лабораториях живые организмы и тем самым детально продемонстрируют, как разворачивается процесс генезиса. Этого не случилось. Фактически, спустя почти 40 лет после своего первоначального эксперимента Миллер сказал мне, что разгадать загадку происхождения жизни оказалось сложнее, чем он или кто-либо другой предполагал».⁴⁸

Создание жизни в пробирке также оказалось гораздо сложнее, чем предполагал Миллер. Ученые теперь знают, что сложность жизни намного выше, чем Миллер (или кто-либо другой) представлял себе в 1953 году, до революции ДНК.⁴⁹ Теперь мы знаем, что

«...сильно разрекламированные эксперименты говорят нам очень мало о том, откуда взялись настоящие, функциональные белки. И все же этот неудобный факт редко упоминается, когда заголовки газет пестрят новостями о том, что ученым удалось создать строительные блоки жизни».⁵⁰

Жизнь намного сложнее, чем считал Миллер

Примерно в то же время, что и Дарвин, Т.Х. Хаксли предложил простой двухступенчатый метод химической рекомбинации, который, по его мнению, мог объяснить происхождение первой живой клетки.

И Геккель, и Хаксли считали, что подобно тому, как соль может быть получена спонтанно путем смешивания металлического натрия и нагретого хлорного газа, живая клетка может быть получена простым смешиванием небольшого количества необходимых, по их мнению, химических веществ. Геккель считал, что физической основой жизни является вещество, которое он назвал «плазма», различных типов, как например, «бесцветная» и «также красная, оранжевая и другие виды протоплазмы», которые по сложности и текстуре были сравнимы с горшком клея или холодным желе.⁵¹

Геккель также считал, что первое одноклеточное обязано своим «существованием спонтанному созданию» из неорганических соединений, в основном «углерода, водорода, кислорода и азота».⁵² После того, как варево было смешано, Хаксли пришел к выводу, что в течение эонов времени спонтанные химические реакции привели к образованию простой «протоплазматической субстанции», которую ученые когда-то приняли за сущность жизни.⁵³

В 1928 году клетка все еще считалась относительно простой, и немногие ученые тогда ставили под сомнение веру в то, что жизнь развивается от относительно простых к относительно сложным формам. Они также считали, что эволюция – это «образование новых структур и функций путем комбинаций и преобразований относительно простых структур и функций зародышевых клеток».⁵⁴

Сейчас, после столетия исследований, мы также понимаем, что простейшие эукариоты, которые во времена Дарвина считались простыми, как миска желатина, на самом деле чрезвычайно сложны. Живая эукариотическая клетка содержит многие сотни тысяч различных сложных частей, включая различные двигательные белки. Эти части должны быть правильно собраны, чтобы получилась живая клетка – самая сложная «машина» во Вселенной – намного сложнее, чем суперкомпьютер Cray. Более того, молекулярная биология продемонстрировала, что базовая конструкция клетки:

«...по сути, такая же, что и во всех живых системах на Земле – от бактерий до млекопитающих... С точки зрения их базового биохимического дизайна... ни одна живая система не может считаться примитивной или предковой по отношению к любой другой системе, и нет ни малейшего эмпирического намека на эволюционную последовательность среди всех невероятно разнообразных клеток на Земле».⁵⁵

Этот вывод создает большие трудности для абиогенеза, поскольку жизнь на клеточном уровне, как правило, не обнаруживает постепенного увеличения сложности по мере того, как она якобы поднимается по эволюционной лестнице от простейших до человека. Причина, по которой молекулярный механизм и биохимия современных организмов в основном схожи, заключается в том, что основные биохимические требования и ограничения одинаковы для всего живого.⁵⁶

Проблема полимеризации

Эксперимент Миллера-Юри оставил без ответа множество важнейших вопросов, даже таких базовых, как «Каким образом химические вещества соединились, образовав первые молекулы живых организмов?»³⁴

Химические вещества не порождают жизнь; жизнь порождают только сложные структуры, такие как ДНК и ферменты. Кроме того, даже если бы удалось объяснить источник аминокислот и многих других необходимых соединений, необходимо решить, как эти разнообразные элементы оказались в одной области и затем правильно собрались в единое целое. Эта проблема является основным камнем преткновения для всех теорий абиогенеза, потому что

«...никто так и не смог удовлетворительно объяснить, как широко распространенные ингредиенты соединились в белки. Предполагаемые условия первобытной Земли должны были подтолкнуть аминокислоты к одинокой изоляции. Это одна из самых веских причин, по которой Вехтершейзер, Моровиц и другие теоретики гидротермальных источников хотят перенести кухню [где готовилась жизнь] на дно океана. Если процесс начнется на глубине в дискретных источниках, говорят они, он может создать аминокислоты и связать их прямо там».³³

Проблема сборки аминокислот осложняется тем, что аминокислоты могут соединяться во многих местах многими видами химических связей. Для формирования полипептидных цепей необходимо ограничится только пептидными связями и только в нужных местах.Чтобы сформировать белок, аминокислоты должны соединиться друг с другом, образуя пептидную связь, исключающую молекулу воды. Но гораздо чаще происходит обратное. Это было бы еще большей проблемой в воде. Все остальные связи должны быть предотвращены от образования, что является непростой задачей. В живых клетках существует сложная система контроля, включающая ферменты, которая гарантирует, что неподходящие связи обычно не возникают; без этой системы неподходящие связи разрушали бы производимые белки.

Другая проблема заключается в том, что есть сильная термодинамическая тенденция – пептидные связи разрушаются в воде, а не образуются.⁵⁷ Без высокоэнергетических соединений, таких как АТФ и ферменты, аминокислоты не образуют множество полипептидов, необходимых для жизни. Даже дипептиды трудно образовать в естественных условиях, однако типичный белок состоит примерно из 400 аминокислот.

Несколько недавних открытий привели некоторых ученых к выводу, что жизнь могла возникнуть в подводных жерлах, где температура приближается к 350ºC. К сожалению для теоретиков теплых водоемов и гидротермальных источников, экстремальная жара оказалась серьезным препятствием. Это связано с тем, что высокие температуры ускоряют распад аминокислот, подобно тому, как при приготовлении мяса разрушаются связи, в результате чего мясо становится более нежным.⁵⁷

Согласно другой теории, абиогенез мог быть следствием «самоорганизующихся свойств» биохимических веществ.⁵⁸ Как электростатические силы создают высокоупорядоченные кристаллы соли из ионов Na⁺ и Cl^-, так и жизнь, по мнению некоторых дарвинистов, может таким же образом самособираться. Этот подход также потерпел неудачу.

Например, все пары нуклеотидных оснований имеют одинаковое сродство к фосфатным основам сахара на каждой стороне молекулы ДНК, и, следовательно, их порядок не является результатом различий в сродстве связей, а обусловлен сборкой в связи с направленной информацией. Другими словами, информация не исходит из химического состава ДНК, а является внешней по отношению к нему (см. следующий раздел).

Сам Миллер признал, что исследования Кауффмана нежизнеспособны, и, следовательно, он был

«...не впечатлен ни одним из современных предложений о происхождении жизни, называя их "чепухой" или "бумажной химией". Он настолько пренебрежительно относился к некоторым гипотезам, что когда я спросил его мнение о них, он просто покачал головой, глубоко вздохнул и хмыкнул – как будто пораженный глупостью человечества. Теория автокатализа Стюарта Кауффмана попала в эту категорию. "Прогон уравнений через компьютер не является экспериментом", – фыркнул Миллер. Миллер признал, что ученые, возможно, никогда точно не узнают, где и когда возникла жизнь. "Мы пытаемся обсудить историческое событие, что очень отличается от обычного вида науки, и поэтому критерии и методы очень разные", – заметил он».⁵⁹

Информационное наполнение

Еще одна важная причина, по которой эксперименты Миллера-Юри не подтвердили абиогенез, заключается в том, что, хотя аминокислоты и являются строительными блоками жизни, важнейшим ключом к жизни является информационный код, хранящийся в ДНК (или, как в случае с ретровирусами, в РНК), в зависимости от последовательности нуклеотидов. Это, в свою очередь, обеспечивает инструкции для создания последовательностей аминокислот и белков – механизма жизни.^{60 61}

Майкл Поланьи (1891-1976), бывший председатель кафедры физической химии Манчестерского университета (Великобритания), который обратился к философии, подтвердил очень важный момент – информация – это нечто большее, чем химические свойства строительных блоков:

«Как расположение печатной страницы не зависит от химии печатной страницы, так и последовательность оснований в молекуле ДНК не зависит от химических сил, действующих в молекуле ДНК. Именно эта физическая неопределенность последовательности порождает невероятность любой конкретной последовательности и тем самым позволяет ей иметь смысл – смысл, который имеет математически детерминированное информационное содержание».⁶²

Пол Дэвис подчеркнул, что получение строительных блоков не объясняет их расположение:

«...Как кирпичи сами по себе не создают дом, так и для создания жизни требуется нечто большее, чем случайный набор аминокислот. Подобно кирпичам, строительные блоки жизни должны быть собраны очень специфическим и чрезвычайно сложным способом, прежде чем они выполнят желаемую функцию».⁶³

Аналогия – письменный язык. Естественные объекты, по форме напоминающие алфавит (круги, прямые линии и т.д.), встречаются в природе в изобилии, но этот факт не помогает понять происхождение информации (такой, как в пьесах Шекспира). Причина в том, что эта задача требует интеллекта как для создания информации (пьеса), так и для проектирования и создания механизмов, необходимых для перевода этой информации в символы (письменный текст).

Что необходимо объяснить, так это источник информации в тексте (слова и идеи), а не существование кругов и прямых линий. Точно так же недостаточно объяснить происхождение аминокислот, которые соответствуют буквам. Скорее, даже если бы они производились легко, необходимо объяснить источник информации, которая направляет сборку аминокислот, содержащихся в геноме.³⁴

Другая огромная проблема заключается в том, что информация бесполезна, если ее нельзя прочитать. Но механизм декодирования сам закодирован в ДНК. Ведущий философ науки Карл Поппер (1902-1994) выразил эту огромную проблему так:

«Происхождение жизни и генетического кода превращается в тревожную загадку вот почему: генетический код не имеет никакой биологической функции, если он не переведен; то есть, если это не приводит к синтезу белков, структура которых заложена в коде. Но... механизм, с помощью которого клетка (по крайней мере, не примитивная клетка, которая является единственной известной нам клеткой) переводит код, состоит по меньшей мере из пятидесяти макромолекулярных компонентов, которые сами закодированы в ДНК. Таким образом, код не может быть переведен иначе, как с помощью определенных продуктов его трансляции. Это представляет собой запутанный круг; похоже, что это действительно порочный круг для любой попытки сформировать модель или теорию генезиса генетического кода.

Таким образом, мы можем столкнуться с возможностью того, что происхождение жизни (как и происхождение физики) станет непроницаемым барьером для науки и остановкой для всех попыток свести биологию к химии и физике».⁶⁴

То есть, генетическая информация и необходимый механизм считывания образуют неуменьшаемо сложную систему. До сих пор ее не удалось объяснить материалистически.⁶⁵

Проблема хиральности

Сарфати⁶⁶ называет «главным препятствием» происхождение гомохиральности – того факта, что биомолекулы аминокислот, за редким исключением (например, некоторые, используемые в клеточных стенках бактерий), все левосторонние; и, за редкимДва энантиомера обобщенной аминокислоты, где R – любая функциональная группа (кроме H) исключением, все сахара, включая сахара в нуклеиновых кислотах, правосторонние.

Вещества, которые производятся в лаборатории, представляют собой наполовину левостороннюю и наполовину правостороннюю смесь, называемую рацематом. Даже в лаборатории химики используют уже существующую гомохиральность из биологического источника для синтеза гомохиральных соединений.⁶⁰

Хиральные молекулы диссимметричны – они существуют как зеркальные отражения друг друга, так же как правая рука является зеркальным отражением левой (слово хиральный происходит от греческого слова «рука»). Проблема в том, что левосторонние сахара и правосторонние аминокислоты могут быть токсичными и препятствовать абиогенезу.

Более того, большинство ферментов разработаны для работы только с правовращающими сахарами и левовращающими аминокислотами. Все попытки решить проблему хиральности, включая магнитохиральный дихроизм, не увенчались успехом.⁶⁷

Наследие эксперимента Миллера

Главный нерешенный вопрос, который «больше затрагивает психологию и историю, чем химию»: «Почему эксперимент Миллера-Юри оказал такое сильное влияние на область происхождения жизни?»⁶⁸

Шапиро приходит к выводу, что главная причина заключается в том, что эксперимент, похоже, подразумевает, что мы находимся на пороге понимания того, как жизнь была создана без интеллекта или замысла. В общественном сознании (и в сознании многих ученых) это исследование психологически поддерживает абиогенез. Но результаты эксперимента Миллера-Юри и многих аналогичных экспериментов, проведенных с тех пор, на самом деле показывают обратное тому, что исследователи намеревались продемонстрировать.

Немногие учебники действительно анализируют результаты, а большинство некритично принимают этот эксперимент как правдивый ответ на вопрос, откуда произошли все строительные блоки жизни, а затем подразумевают, что единственной задачей осталось определить, как именно это произошло.

Мой обзор учебников для колледжей показал, что в большинстве из них обсуждались эксперименты Миллера-Юри, в некоторых – подробно, но лишь в немногих упоминались какие-либо проблемы. В большинстве из них подразумевалось, что исследование окончательно показало, как самопроизвольно возникли строительные блоки жизни.

Отчасти из-за распространенных утверждений в учебниках и музейных экспозициях многие люди полагают, что тезис Миллера-Юри является хорошим, если не превосходным, доказательством. Дэвис отметил, что когда он собирался написать книгу о происхождении жизни, он «был убежден, что наука близка к разгадке тайны» ее происхождения, но после того, как он провел «год или два в исследованиях этой области», он сказал:

«...сейчас я считаю, что в нашем понимании остается огромная пропасть... Эта пропасть в понимании – не просто незнание определенных технических деталей, это большой концептуальный пробел».⁶⁹

Эксперимент Миллера-Юри стал иконой эволюции, представленной в большинстве учебников по биологии, зоологии и эволюции как явное доказательство абиогенеза, тогда как на самом деле он иллюстрирует многочисленные трудности химической эволюции.²²

Текущий статус линии исследований Миллера-Юри

В своем интервью Стэнли Миллер, которого сейчас считают одним из «самых старательных и уважаемых исследователей происхождения жизни» в мире, сказал, что после завершения своего эксперимента 1953 в году он «посвятил себя поиску секрета жизни», но также особо критиковал то, что он считает «некачественной работой», а также пытался преодолеть тот факт, что область происхождения жизни имеет «репутацию побочной дисциплины, недостойной серьезных занятий».⁵⁹ Миллер поклялся, что однажды

«...ученые откроют самовоспроизводящуюся молекулу, которая положила начало великой саге эволюции... [и] открытие первого генетического материала [узаконит] область деятельности Миллера».

«Она взлетит как ракета», - пробормотал Миллер сквозь стиснутые зубы. Будет ли такое открытие сразу же самоочевидным? Миллер кивнул.

«Это будет нечто такое, что заставит вас сказать: “...Как вы могли не замечать этого так долго?” И все будут полностью убеждены».⁵⁹

Эта надежда становится все менее реалистичной по мере развития наших знаний. То, что мы узнали, особенно за последние несколько лет, делает вероятность абиогенеза еще меньше, чем когда-либо.^{36 70 71} Тем не менее, эксперимент Миллера-Юри сегодня является классическим, наиболее известным экспериментом по происхождению жизни, который цитируется в учебниках от средней школы до аспирантуры, в областях от биологии до геологии и от философии до религии.^{20 22}

Филипп Джонсон подытожил всю проблему исследования Миллера-Юри следующим образом:

«Поскольку в постдарвиновской биологии доминирует материалистическая догма, биологам приходится делать вид, что организмы намного проще, чем они есть на самом деле. Сама жизнь должна быть просто химией. Соберите нужные химические вещества, и жизнь возникнет. ДНК также должна быть продуктом только химии. Как говорится на выставке в Музее естественной истории Нью-Мексико, "вулканические газы плюс молния – равно ДНК, равно ЖИЗНЬ!". Когда представителя музея спросили об этой басне, он признал, что она упрощена, но сказал, что по сути это правда».⁷²

Заключение

Сейчас признано, что направление исследований Миллера-Юри – это просто «возрождение антинаучного представления о спонтанном самозарождении», потому что оно

«...предполагает, что при наличии первобытного супа, правильной комбинации аминокислот и нуклеиновых кислот и, возможно, молнии или двух молний, жизнь действительно могла зародиться "спонтанно". Главное отличие заключается в том, что согласно тому, что биологи обычно называют спонтанным самозарождением, жизнь якобы зарождалась таким образом всегда. Согласно предположению о "супе", напротив, жизнь зародилась таким образом лишь однажды в неизмеримо далеком прошлом».⁷³

Мы должны заключить, как это сделал Ридли, что ранние формы жизни и то, как естественный отбор мог сформировать их, «настолько неясны на первобытной стадии, что мы можем только догадываться, почему сложность могла увеличиться».

Дарвин размышлял над этим вопросом неубедительно. Однажды он написал геологу Чарльзу Лайеллу о вопросе, «на который очень трудно ответить, а именно: как в самом начале жизни, когда существовали только простейшие организмы, какое-либо усложнение организмов пошло им на пользу? Я могу только ответить, что у нас недостаточно фактов, чтобы руководствоваться какими-либо рассуждениями на эту тему». Сейчас у нас больше фактов, но они все еще недостаточны, и вопрос Дарвина остается в силе.⁷⁴

Столкнувшись с этими доказательствами, сторонники абиогенеза утверждают, что наука должна быть натуралистической, и у нас нет выбора, кроме как рассказать лучшую историю, которая у нас есть, даже если она не полная или даже не точная.⁴

Несмотря на то, что популярная пресса на протяжении десятилетий широко пропагандировала «доказательство» того, что жизнь возникла на ранней Земле исключительно в естественных условиях, эксперименты Миллера-Юри на самом деле предоставили убедительные доказательства прямо противоположного. Этот набор экспериментов – больше, чем любой другой, проведенный современной наукой, – сделал гораздо больше для того, чтобы показать, что абиогенез на Земле невозможен, чем для того, чтобы указать, как он мог бы произойти.

Благодарности

Я хочу поблагодарить Tim Wallace, Bert Thompson, Wayne Frair, Clifford Lillo та John Woodmorappe за их комментарии к раннему варианту этой статьи.