Галимов Э.М.Ак Феномен жизни.
Между равновесием и нелинейностью. Происхождение и принципы эволюции. Изд. 2, стереотип.

Оглавление

Введение

К проблеме, которая стала темой настоящей работы, я возвращался не раз в течение ряда лет. Первые записки возникли еще в 70-е годы, в связи с исследованиями биологического фракционирования изотопов. Неожиданное распределение изотопов в биомолекулах, отвечающее равновесному фракционированию, обнаруженное мною и моими сотрудниками в те годы, стало поводом для размышления над особенностями химии биологических систем. Некоторые соображения, касающиеся термодинамики живого, я изложил в последней главе книги "Природа биологического фракционирования изотопов", вышедшей у нас в 1981 году (в США, Academic Press, 1984).

Многое, однако, что выходило за пределы темы той монографии и не отвечало ее стилю, осталось в беспорядочных записках. Несколько лет тому назад, просматривая полузабытые файлы в своем компьютере, я наткнулся на эти записки. Перечитал. Снова отложил. Прошло еще время. Настал 1999 год, тревожный для меня. Современные методы диагностики согласованно показывали, что дела нехороши и времени, судя по всему, оставалось у меня немного. Стал думать, что необходимо успеть сделать. Были незаконченные эксперименты. Подготовленные для публикации статьи. Другие начинания. Но неожиданно для себя я обнаружил, что не эти важные дела, а бессистемные мысли, заключенные в тех записках, мне хотелось бы упорядочить и оставить. Предстояла тяжелая операция. Я взял с собой в больницу эти несколько страниц. Вообще я любил быть в больницах. Тут хорошо думалось и работалось. Морально оправданное отключение от всех обязанностей. Тепло и сочувствие близких. Чувствуешь себя немного обманщиком. Думают, что ты страдаешь, а на самом деле ты бодр и счастлив. Даже если физически не все очень комфортно, что-то болит, это терпимо. Я в больницах создал свои, как мне кажется, наиболее интересные вещи. Но в этот раз было не так. Мой гениальный хирург вырезал мне половину внутренностей. Я был опустошен в прямом и переносном смысле. Восстановление шло трудно. Голова работала туго. Что-то воспринять и освоить я еще мог, но создавать – нет.

О чем собственно были записки? Это – размышления о сущности и механизме эволюции. Сложное и высоко целесообразное строение и поведение живых существ, разительно отличающееся от строения и поведения вещества в неорганическом мире, порождает перед каждым вопрос: "как все это могло возникнуть?".

А.Ленинджер один из разделов своего фундаментального сочинения "Основы биохимии" (A.Lehninger. "Principles of Biogeochemistry", Worth Publishers, Inc., 1982) назвал: " Химическую эволюцию можно воспроизвести в лабораторных условиях" (с.73–75). К сожалению, это все еще далеко не так. В упомянутом разделе излагаются известные опыты C.Миллера и некоторые соображения о возможном синтезе органических молекул под влиянием разных форм энергии – тепла, света, рентгеновских лучей, искровых и тихих электрических разрядов, радиоактивности и т.п.

Однако возможность абиогенного синтеза органических соединений не вызывает сомнений по крайней мере с того времени, когда Фридрих Вёлер впервые в 1828 году синтезировал мочевину и показал, что органические соединения не обязательно являются "органическими". Тот факт, что в метеоритах находят аминокислоты, гидрокси-кислоты и углеводороды, лишний раз свидетельствует о том, что доступность органических соединений на примитивной Земле не была лимитирующим фактором химической эволюции.

Реконструкция биологической истории с момента появления клетки ($\sim 3,5$ млрд лет назад) при всех остающихся сложностях проблемы эволюции находится в пределах нашего понимания и применимости имеющихся инструментов исследования. Но часть истории, предшествующая возникновению простейшего организма, т.е. моменту появления аппарата управляемого и воспроизводимого биосинтеза, находится под плотным покровом тайны. Опыт изучения современных живых организмов, в том числе самых простейших, не указывает на биологические структуры, которые можно было бы уверенно рассматривать как рудименты предбиологической эволюции. Молекулярная биология и биохимическая логика бессильны преодолеть конфликт между необходимостью одновременно иметь фермент, управляющий синтезом информационной молекулы (ДНК или РНК) и сами эти молекулы, кодирующие синтез фермента, управляющий их синтезом. Для физики проблема живого есть нечто, находящееся в неудобном соотношении с ее основными законами. Проблема усугубляется тем, что геологи и планетологи практически не имеют твердых фактов, касающихся обстановки, существовавшей на ранней Земле. Практическая геология начинается с возраста пород 3,5–3,9 млрд лет, в то время как возраст Земли 4,56 млрд лет. На Земле отсутствуют материальные свидетельства процессов, имевших место 500–700 млн лет ее начальной истории, если не считать отдельных зерен циркона, имеющих возраст 4,2 млрд лет и даже 4,4 млрд лет.

Наука и религия предлагают свои решения. Но поиск продолжается, ибо верующий хочет подкрепить свои убеждения научной логикой, а ученый – верой. Для меня, как ученого, исходной позицией является научная теория эволюции. Однако предлагаемое современным дарвинизмом объяснение эволюции посредством естественного отбора не вызывает удовлетворения. Теория естественного отбора не помогает понять, как возникла жизнь. Дарвинизм как бы предлагает хитроумный механизм, при помощи которого возникшая (каким-то образом?!) жизнь эволюционирует, несмотря на то, что слепые силы природы действуют в противоположном направлении. Поскольку, как я уже упомянул, творческие мои усилия в больнице были непродуктивны, я решил расширить знания в области современных представлений об эволюции. Мне достали книгу Ричарда Доукинса "Blind Watchmaker" (Слепой часовщик). Это – ясная и увлекательно написанная книга. В ней излагается и защищается современная концепция дарвинизма. Но именно в силу ясности изложения делаются прозрачными неудовлетворительные стороны этой концепции. Я включил в круг чтения статьи, имеющие отношение к этой проблеме, выписал несколько книг, изданных в последнее время за рубежом. Наконец, я покинул больницу. Понятно, жизнь нахлынула на меня с накопившейся силой и вымела из головы плохо закрепленные и не отвечавшие злобе дня мысли об эволюции. В числе прочего в октябре меня ожидала поездка в США, в Денвер на заседание Исполнительного комитета Международной ассоциации геохимии и космохимии, вице-президентом которой я имел честь состоять. Одновременно там же проходило Ежегодное собрание Американского геологического общества. Оно длится неделю. По существу, это Всеамериканский геологический конгресс, на котором бывает мало иностранцев. Зато состояние американской геологической науки можно увидеть во всей глубине и широком диапазоне. Много незаурядной молодежи, с амбициями. На Всемирные геологические конгрессы эти молодые люди в основном не попадают, просто в силу ограниченного представительства отдельных стран на международных форумах. Мне довелось быть на четырех или пяти собраниях Геологического общества Америки, и я всегда ощущал освежающее влияние научной атмосферы этих собраний.

В  Денвере, на  16-й стрит (это  полнолюдная красивая и оживленная улица в самом центре) есть большой книжный магазин. В первый же день я забрел туда и обнаружил стенд с книгами по эволюции. С этого момента мой график стал чрезвычайно плотным. Я перемещался между конференц-холлом, где слушал доклады, которые выделил в программе, и магазином, где проводил время за чтением. К счастью, от магазина до Conventional Center, где происходило собрание, было не более 5–7 минут хода. К счастью также, магазин был открыт с 9 утра до 11 вечера. И, наконец, еще к счастью, в магазине можно было расположиться за столом и работать с книгой как в библиотеке, что я и делал многими часами.

Через две недели после этого я оказался в Париже, где погрузился в работу целиком. Благодаря моему другу, профессору Марку Жавуа, который пригласил меня в свою лабораторию в Институте физики Земли Парижского университета и профессору Клоду Аллегру, в то время Министру Франции, я в течение последних двух лет несколько месяцев проводил в Париже. Там я имел возможность подолгу работать в библиотеках.

Специализированный журнал "Origin of Life and Evolution of Biosphere", публикующий статьи по проблеме происхождения жизни, во Франции получает единственная библиотека в городке Медон под Парижем. Медон раскинулся на высокой возвышенности. Внизу в дымке виден Париж. Здесь, на самой вершине расположена известная в мире астрономическая обсерватория. Библиотека тут же, рядом с куполами обсерватории. Какой-то глубокий смысл в том, что изучать происхождение жизни нужно здесь, где можно с одной точки смотреть в бездонное пространство звездных миров и видеть как на ладони прекрасный город, созданный и дышащий жизнью.

Проблема, за которую я взялся, и литература, связанная с ней, оказались огромны. Тридцать с лишним лет назад Ф.Крик отметил, что гипотез о происхождении жизни более, чем достаточно. Нужны новые эксперименты и факты. Сегодня имеется огромное количество данных, относящихся к разным сторонам проблемы, начиная от фактов ранней истории Земли, космической органической химии и синтезов возможных предбиологических соединений и кончая тонкими деталями молекулярного строения биологических систем, расшифрованными геномами организмов и компьютерным моделированием. Но проблема происхождения жизни по-прежнему не решена. Если это не сделал великий Ф.Крик, несмотря на обилие новых фактов, значит, этого сделать еще нельзя. Тем не менее, я уже не мог освободиться от занимавших меня мыслей, которые постепенно материализовались в виде этой книги.

Был еще один важный стимул. Мне довелось общаться с Александром Ивановичем Опариным в последние годы его жизни. Несмотря на преклонный возраст, он активно работал и живо интересовался всем, что имело отношение к проблеме зарождения и эволюции жизни. Он написал глубокое предисловие к моей книге "Природа биологического фракционирования изотопов". А.И.Опарин был лично знаком со многими геохимиками и говорил, что со стороны исторической геологии и геохимии он ожидает существенный вклад в решение проблемы происхождения жизни, может быть, более существенный, чем со стороны биологии. Это придало мне отваги.

Я благодарен многим, кто помогал мне, слушал меня и обсуждал эту работу. Книгу просмотрели в рукописи и сделали полезные замечания заведующий кафедрой химической энзимологии МГУ, профессор С.Д.Варфоломеев, член-корреспондент РАН Л.А.Грибов, доктор физ.-мат. наук, профессор Г.Г.Малинецкий, член-корреспондент РАН А.Ю.Розанов, доктор физ.-мат. наук, профессор Ю.Л.Климонтович, заведующий кафедрой биофизики МГУ, член-корреспондент РАН А.Б.Рубин, доктор хим. наук В.Б.Поляков, доктор геол.-мин. наук, профессор А.А.Кадик, доктор филос. наук Ф.Т.Яншина, канд. биол. наук Л.А.Кодина. Я благодарен моим французским друзьям. Если бы не те дни, проведенные в парижских библиотеках, если бы не свобода, хоть не надолго, от моих обязанностей в Москве, я бы, наверное, не завершил эту работу. Посвящаю же я эту книгу двум замечательным русским хирургам: профессору Игорю Георгиевичу Русакову и доктору Борису Яковлевичу Алексееву, которые вернули меня к жизни и дали возможность думать о том, как она произошла и замечательно устроена.

Об авторе

Эрик Михайлович ГАЛИМОВ

Академик Российской академии наук, Президент Международной ассоциации геохимии и космохимии, заслуженный профессор Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова, директор Института геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН.

Является одним из ведущих современных геохимиков, член иностранных академий, создатель теории биологического фракционирования изотопов, участник и руководитель Международных океанологических экспедиций, автор известных работ по происхождению Луны и планет, химии изотопов, геологии и геохимии нефти и газа, происхождению алмазов.

Об авторе

Галимов Эрик Михайлович

Академик Российской академии наук, член Президиума РАН. Директор Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ РАН). Председатель Комитета по метеоритам РАН, член бюро Совета по космосу РАН. Заслуженный профессор МГУ имени М. В. Ломоносова. Главный редактор журнала «Геохимия». Президент (2000–2004 гг.) и вице-президент (1996–2000 гг.) Международной ассоциации геохимии и космохимии (IAGC).

Э. М. Галимов — один из ведущих современных геохимиков, член иностранных академий, создатель теории биологического фракционирования изотопов, участник и руководитель меж-дународных океанологических экспедиций, автор известных работ по происхождению Луны и планет, химии изотопов, геологии и геохимии нефти и газа, происхождению алмазов. В последние годы особое место занимают работы, посвящен-ные проблемам происхождения жизни («Феномен жизни: Между равновесием и нелинейностью. Происхождение и принципы эволюции»; 4-е изд. URSS, 2013), органической геохимии («Isotope organic geochemistry»; 2006), возникновению системы Земля—–Луна и эволюции биосферы («Кому нужны лунные камни? Выступления, интервью, научно-популярные публикации: 50 лет в науке»; URSS, 2012).