Вероятность возникновения жизни

Теория абиогенеза предполагает, что жизнь зародилась на определенном этапе развития материи. С момента образования Вселенной и первых частиц материя встает на путь постоянных изменений. Сначала возникли атомы и молекулы, потом появились звезды и пыль, из нее — планеты, а на планетах зародилась жизнь. Живое возникает из неживого, повинуясь некоему высшему закону, сущность которого нам пока неизвестна. Жизнь не могла не возникнуть на Земле, где были подходящие условия. Разумеется, опровергнуть сие метафизическое обобщение невозможно, но семена сомнения проросли. Дело в том, что условия, необходимые для синтеза жизни, весьма многочисленны, часто противоречат фактам и друг другу. К примеру, нет доказательств того, что на ранней Земле была восстановительная атмосфера. Неясно, как возник генетический код. Удивляет своей сложностью строение живой клетки и ее функции. Какова вообще вероятность зарождения жизни? Вот несколько примеров.

Подводные вулканчики не только поставляли необходимое химическое сырье, но и снабжали энергией первые "фабрики" по производству аминокислот, нуклеиновых и жирных кислот

Белки состоят только из так называемых «левых» аминокислот, то есть асимметричных молекул, которые вращают поляризацию проходящего через них света влево. Почему при строительстве белка используются только левые аминокислоты, неизвестно. Может быть, это произошло случайно и где-то во Вселенной есть живые существа, состоящие из правых аминокислот. Скорее всего, в первичном бульоне, где происходил синтез исходных белков, было поровну левых и правых аминокислот. И только появление реально живой «левой» структуры нарушило эту симметрию и биогенный синтез аминокислот пошел по «левому» пути.

Впечатляет расчет, который Фред Хойл приводит в своей книге «Evolution from Space». Вероятность получения случайным образом 2 000 ферментов клетки, состоящих из 200 аминокислот каждый, равна 10^-4000 — абсурдно малая величина, даже если бы весь космос был органическим супом.

Вероятность синтеза одного белка, состоящего из 300 аминокислот, — один шанс на 2×10³⁹⁰. Опять ничтожно мало. Уменьшим число аминокислот в белке до 20, тогда число возможных комбинаций синтеза такого белка составит 10¹⁸ — всего на порядок больше числа секунд в 4,5 миллиарда лет. Нетрудно видеть, что времени на перебор всех вариантов и выбор наилучшего у эволюции просто не было. Если учесть, что аминокислоты в белках соединены в определенные последовательности, а не случайным образом, то вероятность синтеза молекулы белка будет такой же, как если бы мартышка случайно напечатала одну из трагедий Шекспира, то есть почти нулевой.

Ученые рассчитали, что молекула ДНК, участвующая в простейшем цикле кодирования белков, должна была состоять из 600 нуклеотидов в определенной последовательности. Вероятность случайного синтеза такой ДНК равна 10^-400, иначе говоря, для этого потребуется 10⁴⁰⁰ попыток.

Не все ученые согласны с такими подсчетами вероятности. Они указывают, что рассчитывать шансы синтеза белка случайным перебором комбинаций некорректно, так как у молекул есть предпочтения, и одни химические связи всегда более вероятны, чем другие. По мнению австралийского биохимика Яна Мусгрейва, рассчитывать вероятность абиогенеза вообще бессмысленно. Во-первых, образование полимеров из мономеров не случайно, а подчиняется законам физики и химии. Вовторых, рассчитывать образование современных молекул белка, ДНК или РНК неправильно потому, что они не входили в состав первых живых систем. Возможно, в структуре существующих ныне организмов ничего не осталось от прошлых времен. Как сейчас считают, первыми организмами были очень простые системы коротких молекул, состоящих всего из 30—40 мономеров. Жизнь начиналась с очень простых организмов, постепенно усложняя конструкцию. Природа даже не пыталась сразу построить «Боинг-747». В-третьих, не надо бояться малой вероятности. Один шанс на миллион миллионов? И что с того, ведь он может выпасть с первой же попытки.

...Простейшие белки состоят из сотни аминокислот. Число возможных комбинаций в последовательности ста аминокислот составляет 20¹⁰⁰=10¹³⁰: в каж­дом сайте белковой цепи с равной вероятностью может стоять одна из 20 используемых жизнью аминокислот (Эйген, 1973). Полученная цифра превосходит число возможных взаимодействий всех атомов Вселенной (~10⁷⁷ атомов) с объектом молекулярных размеров в течение характерных атомных времен (~10^-17сек.) за все время существования Вселенной (~10¹⁷ сек.), которое не превышает 10¹¹⁰. Поэтому спонтанное образование жизнеспособной молекулярной структуры не могло произойти во Вселенной более одного раза. Более того, если представить себе процесс множественного образования Вселенных, аналогичных нашей (с теми же значениями основных физических констант, допускающих образование химических элементов, звезд, подобных Солнцу, и планет, подобных Земле), то жизнь могла бы возникнуть далеко не в каждой из этих Вселенных. Однократное возникновение жизни во Вселенной не означает, что существует только земная жизнь. Возникнув в определенном месте Вселенной один раз, жизнь затем могла быть разнесена по различным участкам Вселенной и эволюционировать в них независимо. В этом случае все очаги жизни во Вселенной должны были иметь единую биохимическую организацию. Такая возможность многократно обсуждалась в литературе. Однако транспортировка жизни на межзвездные расстояния с сохранением жизнеспособности, по-видимому, нереальна по очень многим причинам. Главные из этих причин - разрушение генетической информации космическим излучением во время полета и распад генетической информации при попадании в неестественную экологическую нишу после "приземления" на другую планету. Транспортировка целого сообщества организмов, способного создать локальные, приемлемые для жизни условия имеет вероятность, сравнимую с оцененной выше вероятностью спонтанного происхож­дения жизни. Поэтому в настоящее время все имеющиеся эмпирические данные, включая рассмотрение этого раздела, свидетельствуют о единственности земной жизни во Вселенной и невозможности появления каких бы то ни было "пришельцев" из космоса.

Лит. Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. М.: ВИНИТИ. 1995. 500 с. Bada J. L. How life began on Earth: A status report. Earth and Planet Sci. Lett. 2004/ 226? № 1. P. 1-1