Борис Александрович Трофимов - Трофимов Борис Александрович. Страница 3

Так появляются «мясные черви» — личинки мух (опыт Реди.) Личинки мух появляются на мясе, не покрытом кисеей (А). На мясе, покрытом кисеей, личинок нет (Б)

Теория зарождения организмов казалась побежденной. Но в конце XVII века был изобретен микроскоп, и при помощи его голландским натуралистом А. Левенгуком был открыт мир мельчайших организмов.Откуда берутся эти бесчисленные и бесконечно малые существа? Естественно, их появление и бурное развитие в воде, во всех экстрактах из органических веществ пытались снова объяснить внезапным и быстрым зарождением из неживого вещества.В середине XVIII века было начато разрешение этой проблемы, которое окончилось лишь 100 лет спустя благодаря работам Луи Пастера. Пастер был гением эксперимента, искусным испытателем живой природы. В 1862 году на дискуссии в Парижской академии наук Пастер доказал, что в поставленных им опытах микроорганизмы из неживой материи не возникали. Вот как рассказывал об этом сам Пастер на лекции, сопровождавшейся опытами, в Парижском университете Сорбонне1. «Вот, — говорил Пастер, — настойка из органического вещества, прозрачная, как дистиллированная вода, но в то же время легко подвергающаяся изменениям. Она была приготовлена сегодня. Завтра в ней уже появятся мельчайшие существа — инфузории или хлопья плесени.

1 Р. Валлери-Радо. Жизнь Пастера. М., Изд. иностранной литературы, 1950. стр. 92—93.

Я помещаю часть этой настойки из органического вещества в сосуд с длинным горлышком. Предположим, что я сначала кипячу этот сосуд, а затем остужаю его. Через несколько дней в этой жидкости появится плесень или инфузории. Прокипятив эту жидкость, я уничтожаю зародыши, которые, возможно, находились в жидкости или на поверхности стенок сосуда. Однако, как только эта настойка приходит в соприкосновение с воздухом, она немедленно изменяется, подобно всем настойкам.Теперь предположите, что я повторяю опыт, но, прежде чем кипятить жидкость, при помощи паяльной лампы вытягиваю шейку сосуда, не запаивая его отверстия. Затем я довожу жидкость в сосуде до кипения и охлаждаю ее. Жидкость в этом сосуде останется неизмененной не только в течение двух, трех, четырех дней, одного месяца или года, но в течение трех и четырех лет, так как вот уже четыре года, как у меня поставлен опыт такого рода, и жидкость до сих пор остается прозрачной. В чем же разница между этими двумя сосудами? Оба содержат одну и ту же жидкость, оба содержат воздух, оба открыты. Почему же в одном сосуде жидкость изменяется, а в другом не изменяется? Между этими двумя сосудами имеется только одно различие, а именно: в одном из них пыль, взвешенная в воздухе, и содержащиеся в ней зародыши проходят через горлышко сосуда и приходят в соприкосновение с жидкостью, в которой они находят пищу, обеспечивающую их развитие. Отсюда и появление микроскопических существ.В опыте же с другим сосудом, наоборот, невозможно или, во всяком случае, очень трудно, чтобы пыль, заключающая в себе зародыши, попала внутрь сосуда. Куда же она попадает? Она скапливается в изгибе шейки. Когда воздух по законам диффузии и вследствие разницы в температуре попадает в сосуд, то, если эта разница не особенно велика, он входит в сосуд достаточно медленно для того, чтобы содержащаяся в нем пыль и все плотные частицы, попадая в шейку сосуда, задерживались в месте сгиба.Этот опыт очень поучителен. Заметьте, что все, содержащееся в воздухе, кроме пыли, может легко проникнуть внутрь сосуда и прийти в соприкосновение с жидкостью. Представьте себе, что все, что имеется в воздухе, электричество, магнетизм, озон и все то, чего мы еще не знаем, все это имеет полную возможность прийти в соприкосновение с настойкой. Только одно не так-то легко может проникнуть в сосуд — это пыль, взвешенная в воздухе. Это очень легко доказать: стоит только раз встряхнуть сосуд, и через два-три дня в нем появятся инфузории и плесень. Почему? Потому, что движение воздуха было резким, и в своем движении он увлек за собой пыль.Следовательно, господа, я могу сказать, показывая вам эту жидкость: вот я взял эту каплю воды, полную элементов, которые необходимы для развития низших существ. Я жду, я наблюдаю, я спрашиваю, требую от нее, чтобы она начала свою основную созидательную работу. Но она молчит! Она молчит уже в течение нескольких лет, прошедших с момента начала этого опыта. И это потому, что я удалил из нее и удаляю до сих пор единственное, что не может создать человек; я удаляю из нее зародыши, носящиеся в воздухе, я удаляю из нее жизнь, так как жизнь — это зародыш, и зародыш — это жизнь! Никогда теория самопроизвольного зарождения не поднимется после того смертельного удара, который нанес ей этот простой опыт».Эту лекцию Пастер закончил так: «Нет, в настоящее время нет оснований, которые давали бы право утверждать, что микроскопические существа появились на свет не из зародыша и без участия родителей, сходных с ними. Те, кто это утверждает, стали жертвой иллюзии, жертвой неправильно проведенных опытов, где были допущены ошибки, которых они не умели избегнуть».

Дрожжи размножаются почкованием, бактерии — делением (А). Внутреннее тончайшее строение бактерий (Б)

Так Пастер опроверг предположение, что гниющие растворы и настои порождают микробов. Само гниение есть результат жизнедеятельности микробов, попавших извне в благоприятную среду.После опытов Пастера теория самозарождения организмов была похоронена.В 1892 году русский ученый Д. И. Ивановский в труде «О двух болезнях табака» впервые открывает так называемых ультрамикробов, или фильтрующихся вирусов. Ими были названы возбудители многих болезней растений, животных и человека. Вирусы устроены проще, чем любые микроорганизмы, некоторые из них имеют длину от 10 до 100 миллимикронов (тысячная доля миллиметра), то есть по размерам они занимают промежуточное положение между крупными молекулами белков и бактериями, и поэтому проникают через особые фарфоровые фильтры, которые задерживают микробов.Имея весьма простое строение, вирусы, как показали многочисленные опыты возникают лишь от вирусов, то есть при заражении.Таким образом, все известные нам организмы возникают в настоящее время только путем рождения от себе подобных.Когда, как и где началась на Земле жизнь? Эта величайшая проблема еще не решена наукой, но уже многое сделано для ее разрешения, для создания правильной материалистической теории происхождения жизни.В настоящее время уже доказана правильность слов Энгельса о том, что «...жизнь, обмен веществ... есть самосовершающийся процесс, присущий, прирожденный своему носителю — белку, процесс, без которого не может быть жизни»1.

1 Ф. Энгельс. Анти-Дюринг. М., Госполитиздат, 1953, стр. 77—78.

Биохимия — наука о химическом составе и химических отправлениях организмов — полностью подтвердила положение Энгельса о том, что в основе жизненных явлений лежит обмен веществ белковых и других сложных органических соединений. Белковые тела — носители жизни, без них ее нет — вот основное положение биологии. Они играют основную роль в обмене веществ организма. Прекращение этого обмена ведет к смерти. Возникновение живого белка было великим скачком в развитии материи на нашей планете, началом жизни на ней.Когда началась жизнь на Земле? Это, казалось бы, наиболее легкий из поставленных нами вопросов. Но и на него, к сожалению, точно ответить мы не можем.Самые древние отложения, относящиеся к так называемой архейской эре, не содержат остатков ископаемых организмов. Но это не значит, что жизни в те времена не было. Тогда жили бесскелетные организмы, от которых ничего не могло остаться: ведь в пластах Земли сохраняются, окаменев, обычно только одни скелеты.Это отсутствие ископаемых организмов в самом начале геологической летописи объясняется и другими обстоятельствами. Если в этих пластах когда-то и были ископаемые, то, находясь на большой глубине, они испытывали давление верхних пластов, соприкасались с изверженной лавой, подвергались воздействию больших температур. Поэтому эти древнейшие пласты претерпели значительные превращения, как говорят геологи, метаморфизировались. Их состав, плотность изменились, и ископаемые в них не могли сохраниться.Древнейшие пласты немы, то есть не несут следов жизни, ничего не говорят о начале и первых путях ее развития. Эти вопросы приходится решать другими путями. Остатки древнейших организмов, в том числе сложного строения, например различных водорослей, губок, членистоногих и других беспозвоночных животных, мы находим в пластах земной коры, возраст которых исчисляют примерно в 700—800 миллионов лет (об исчислении возраста пластов Земли см. стр. 35—40).Итак, если в столь древних пластах мы находим остатки многообразных организмов, то жизнь на Земле началась более миллиарда лет назад, а быть может, и еще раньше.Сейчас многие ученые склоняются к тому, что она началась более двух миллиардов лет назад.Еще труднее ответить на вопросы: как, где и почему началась жизнь на Земле? как и из чего возникли первые живые существа?Эти вопросы в настоящее время решаются целой армией ученых различных специальностей: биологов, геологов, химиков, физиков, астрономов.Очень много сделано для понимания возникновения жизни на Земле советским биохимиком академиком А. И. Опариным.Опираясь на определение Энгельсом жизни как способа существования белковых тел, обладающих обменом веществ, А. И. Опарин предпринял плодотворную попытку воссоздать последовательные этапы возникновения основных органических соединений, из которых состоят живые существа, и в первую очередь белка.Мы уже знаем, что на первобытной Земле были другие, не похожие на современные, условия: иной климат, иная влажность, иной состав воздуха. В те времена могли, очевидно, происходить такие химические процессы, которые теперь в природных условиях уже не происходят. И вот они привели к тому, что на Земле, в каких-то определенных условиях, в результате сложных превращений частички вещества приобрели особое строение. Они стали живыми.Сейчас мы уже приближаемся к тому времени, когда в наших лабораториях будут воссозданы те условия, в которых когда-то возникла жизнь.Живые организмы не сразу возникли из неживого, неорганического вещества. Возникновению жизни на Земле предшествовало сложное развитие различных органических соединений.Как же современная наука представляет пути развития материи, прежде чем возникла ее высшая форма существования — жизнь?Академик А. И. Опарин различает три основных этапа в возникновении жизни: 1. Возникновение простейших органических веществ. 2. Возникновение белков. 3. Возникновение сложных белковых тел — первых носителей жизни на Земле.Возникновение простейших органических веществ. Химический состав живой и неживой природы одинаков. Ни в одном из живых организмов не обнаружен элемент, которого не было бы в неживой природе. Из 100 известных элементов 60 уже обнаружены в составе организмов. Тело человека весом около 60 килограммов содержит следующие количества различных веществ (в килограммах): кислорода — 36, углерода — 13, водорода — 5, серы — 1,8, азота — 1,45, кальция — 0,84, фосфора — 0,46, магния — 0,3, натрия — 0,18, калия — 0,15, хлора — 0,13, железа — 0,005, иода и мышьяка — по 0,0001 и еще более малые количества других веществ.Все организмы состоят в основном, помимо воды, из сложных органических веществ: белков, углеводов, жиров и др. Химическую основу их составляют четыре элемента: углерод, водород, кислород и азот в белке.Для органических веществ обязательно наличие углерода. Но углерод может входить и в состав неорганических соединений, например в углекислоту, состоящую из углерода и кислорода, в так называемые карбиды — соединения углерода с металлами, нитриды — соединения углерода с азотом. Сейчас доказано, что простые соединения углерода в виде карбидов, нитридов, а также соединений углерода с водородом — углеводородов (например метана) имеются в атмосфере многих звезд, в том числе и Солнца, на поверхности планет, в составе метеоритов.Следовательно, тогда, когда на Земле еще не было живых существ, на ней происходило и, вероятно, происходит сейчас в глубинных недрах образование простейших органических веществ — углеводородов и их производных. Нитриды под действием паров воды образовали аммиак — соединение азота с водородом, — водный раствор которого называется нашатырным спиртом.Возникновение белков. Следовательно, с самого начала существования Земли на ее поверхности, в атмосфере, в водах находились простейшие органические вещества в виде углеводородов и их соединений с кислородом, азотом и другими элементами. Но в течение длительного времени на Земле не было белков. Однако температура древней Земли, освещение, состав атмосферы и другие условия благоприятствовали образованию белков из простейших органических веществ. Многие углеводороды могли легко соединяться с водой и другими веществами, образуя углеводы (сахар, крахмал) целлюлозу, спирты, жиры. Так могли образовываться органические вещества довольно сложного строения. Примеров таких преобразований простых органических веществ в более сложные можно привести много. Еще в 1814 году петербургский химик Кирхгоф выделил из проросшего ячменя органическое вещество, ускоряющее химическую реакцию в организме, — фермент амилазу. При помощи амилазы ему впервые удалось вне организма превратить крахмал в сахар, то есть совершить процесс, который характерен для живых организмов. В 1824 году немецкий химик Вёлер изготовил щавелевую кислоту, а в 1828 году — мочевину. В 1840-х годах были получены искусственные жиры. В 1861 году знаменитый русский химик А. М. Бутлеров искусственно приготовил сахар. Раствор формалина, в специальных условиях опыта, он оставлял в теплой известковой воде. Через некоторое время раствор становился сладким. Оказалось, что 6 молекул формалина соединялись между собой в одну более сложную и крупную молекулу сахара.Сейчас получено уже множество искусственных органических соединений. Белковые молекулы состоят из многих тысяч и десятков тысяч атомов. Они построены из отдельных звеньев, так называемых аминокислот. Аминокислоты — это вещества, содержащие азот с относительно простым строением молекулы. Они легко могут выделяться в кристаллическом виде и хорошо поддаются изучению. В настоящее время науке известно около 30 различных аминокислот.Оказалось, что любой белок состоит из аминокислот. Они представляют как бы кирпичи белковых молекул. В последние годы химиками доказано, что аминокислоты могут образовываться из аммиака, водорода, метана и воды в тех же условиях, при которых возникают более простые органические вещества. Аминокислоты способны взаимодействовать друг с другом и давать сложные соединения вплоть до громоздких и разнообразных молекул белков. Из десяти аминокислот возможно образование более 3,5 миллиона белковых молекул — таковы потенциальные возможности их химических связей. В природе существует очень много различных белков. Молекула каждого белка содержит от нескольких сот до нескольких тысяч молекул аминокислот. В состав организма каждого животного входят сотни тысяч различных белков, характерных для данного вида. И все же, несмотря на эти бесконечные комбинации, выражающиеся астрономическими цифрами, биохимики успешно пытаются осуществить синтез белков.Вот почему так трудно изучать химию и свойства белков. Кроме того, аминокислоты в обычных условиях не соединяются между собой. Для того чтобы они могли соединяться друг с другом в так называемые полипептидные цепочки, требуется большое количество энергии. Но наука преодолела и эти трудности. Немецкий ученый Фишер создал неживой белок из 18 аминокислот. Советский физик С. Е. Бреслер использовал для синтеза белковых веществ высокое давление — до 7000 атмосфер. В природных условиях подобное давление было широко распространено как в прошлом, так и в настоящем.Четыре года назад французский химик Реми, производя опыты над новыми видами синтетического волокна, получил вещество, сходное с каротином*, — белком, входящим в состав нашей кожи, волос, ногтей.