ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ И ЭВОЛЮЦИЯ В УЧЕБНИКАХ БИОЛОГИИ

      Уже отмечалось, что штаты Техас и Калифорния задают стандарты учебников для всей нации, в первую очередь потому что в этих двух штатах продается их наибольшее количество. В качестве директив издатели учебников руководствуются "Декларацией 66" (Техас) и "Калифорнийским манифестом". По причине различия этих двух документов, а также ввиду участия авторов в принятии техасской декларации, эти критические замечания ограничатся сравнением базовых учебников биологии (Biology 1 textbooks) именно со стандартами Декларации 66. Тем не менее, мы полагаем, что эти критические замечания могут относиться ко всем учебникам в национальном масштабе. Данные замечания касаются только глав, связанных с происхождением жизни и эволюцией. Следует отметить, что мы критикуем не все места из этих глав. Например, описание Пастеровских и других экспериментов по теории самозарождения в общем изложены хорошо. Также достойно похвалы изложение материалов по палеонтологии и классификации видов.
      Мы ограничились критическим анализом базового Учебника Биологии издания 1991г., утвержденном в штате Техас, а также учебников, перечисленных в библиографии. Авторы настоящей статьи официально признают, что авторы этих учебников обладают лицензией Государственного Департамента по Образованию штата Техас на рассмотрение тем "Происхождение жизни" и "Эволюция". В "Декларации 66" по рассматриваемому вопросу говорится следующее:     

1. Научные методы, как-то:1.1. научные теории и законы, основанные как на уже существующих, так и на вновь полученных фактах. 1.6. решение проблемы (подбор данных и анализ, выводы).     
2. Важные научные открытия и теории прошлого... как-то:2.2. открытия Пастера (невозможность самозарождения, вакцина от бешенства, эксперименты с сибирской язвой); 2.6. эволюционная теория Дарвина.     
3. Специализация и функционированиние клеток и органов клетки... как-то: 4.2. теория химического происхождения жизни.     
4. Логические построения Дарвина,предсказывание результатов и формирование обобщенных утверждений: возможности:6.2. вывод биологической гипотезы из экспериментальных данных; 6.3. оценки альтернативных научных данных и идей с целью проверки, развития, подтверждения или опровержения научных теорий.     
5. Теории эволюции, как-то:9.1. научные теории эволюции; 9.2. научные свидетельства эволюции и других достоверных научных теорий, если таковые имеются; 9.3. механизмы эволюции; 9.4. формы эволюции.

ГИПОТЕЗА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ: ПРАВДОПОДОБНО ИЛИ НЕВЕРОЯТНО?

      Несмотря на частую постановку основных вопросов и использование туманной терминологии, большинство учебников дышат верой в непоколебимость свидетельств в пользу модели естественного происхождения жизни. Подход этих учебников представляет собой явный контраст c недавно опубликованной рецензией Клауса Доза, где он подытожил все исследования по происхождению жизни. В этом тщательном обзоре вырисовывается совершенно иная картина текущего положения вещей относительно происхождения жизни. Доз, один из наиболее известных за последние 20 лет исследователей проблемы происхождения жизни, в книге "Происхождение жизни: больше вопросов, чем ответов" (Dose 1988, p. 348) предлагает читателям следующий вывод:
      "...Более чем 30 лет экспериментов над происхождением жизни в области химической и молекулярной эволюции привели скорее к лучшему пониманию обширности проблемы происхождения жизни на Земле, чем к ее решению. В настоящий момент, все дискуссии по принципиальным теориям и экспериментам в этой сфере либо зашли в тупик, либо закончились признанием нашего невежества".
      В первую очередь, мы должны рассмотреть обоснованность атмосферных моделей, использованных в экспериментах по происхождению жизни, а, следовательно, выявить, являются ли полученные в этих экспериментах данные правильно истолкованными.

      Комментарии, подобные вышеуказанной цитате, и непредвзятый тон всего резюме Доза представляют разительный контраст по отношению к оптимизму, которым окрашен подход к проблеме происхождения жизни в большинстве учебников биологии. Читая их, можно подумать, что проблема эта чуть ли не решена с тех пор как, используя искуственные атмосферы, стало возможным производить аминокислоты и другие малые составные части. Что касается состава исходной атмосферы, следующие заявления иллюстрируют неточности или преувеличения в некоторых текстах. "Раньше в атмосфере не было свободного кислорода как, например, сегодня. Вместо этого, воздух, по-видимому, состоял из водяных паров, водорода, метана и аммиака" (Biggs et al. 1991. p. 227). "Исходная атмосфера Земли скорее всего содержала водяные пары (H2O), моноокись углерода (CO), углекислый газ (CO2), азот (N2), сероводород (H2S) и цианистый водород (HCN)" (Miller & Levine 1991, p. 343). К несчастью, всего лишь некоторые из этих книг признают, что вообще маловероятно существование у Земли атмосферы, подобной тем, которые были в модельных экспериментах (Dose 1988, p. 351). Предположение, что в исходной атмосфере не было кислорода, имеет принципиальное значение для успеха модельных экспериментов, поскольку не существует доказательств, что атмосфера была лишена кислорода.

ПРЕУВЕЛИЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

      В некоторых учебниках несоответствия и преувеличения относительно природы соединений, возникших в модельных экспериментах, создают еще одну проблему. В ряде случаев возникает ложное представление о том, что ученикам не рассказывается. Большинство текстов напрочь забывают упомянуть, что получившиеся соединения в значительной мере зависят от исходных материалов и условий экспериментов. Например: "Они обнаружили аминокислоты, сахарозы и другие соединения, как и предсказывал Опарин" (Biggs et al. 1991, p. 228). "Были также сформированы нуклеиновые кислоты и АТФ" (Biggs et al. 1991, p. 228). "В результате их экспериментов возникло множество различных соединений, включая разнообразные аминокислоты, АТФ и нуклеиновые кислоты в составе ДНК" (Towle 1991, p. 210). "Схожие механизмы, видимо, и привели к образованию углеводов, липидов и нуклеиновых кислот" (Towle 1991, p. 210). "Таким образом, в течение миллионов лет по меньшей мере некоторые из основных необходимых для жизни составных частей могли быть произведены в огромных количествах в ранний период существования Земли" (Miller & Levine 1991, p. 344). В текстах абсолютно не указывается, что большинство соединений, появившихся в исходном эксперименте Миллера и Урея, не имеют ничего общего с соединениями, обнаруживаемыми в живых клетках, а также, что получены аминокислоты лишь в составе не реагирующих D-; L- смесей, что углеводы и аминокислоты вместе никогда не возникают в одном и том же эксперименте (так как требуют различных исходных веществ и условий); или же, что никому еще не удавалось получить какой-либо АТФ или настоящие нуклеиновые кислоты, используя правдоподобные исходные материалы. Как отмечает Доз (1988, p. 352):
      "...Значительные количества биологически значимых сахароз, включая D- и L-рибозы, никогда не были получены в реальных модельных экспериментах по происхождению жизни". Также они напрочь игнорируют тот факт, что соединения в клетках имеют специфические молекулярные связи. И аминокислоты, и углеводы, и пурины, и пиримидины содержат всевозможные изомеры, и, как правило, лишь один или, в крайнем случае, буквально несколько из этих изомеров можно встретить в живых клетках. В модельных экспериментах обычно появляются смеси изомеров.
      Приведем еще несколько цитат относительно образования белков из аминокислот: "Другие ученые показали, что при нагревании в отсутствие кислорода аминокислоты соединяются в цепочку" (Towle 1991, p. 210). Или: "... аминокислоты имеют тенденцию к спонтанному соединению для образования коротких цепей" (Miller & Levine 1991, p. 344). Ни в одном из этих текстов не упоминается, что цепи эти возникают лишь тогда, когда аминокислоты нагреваются в сухом состоянии, в водном же растворе аминокислоты не соединяются спонтанно. Не указывается в этих текстах и то, что при нагревании в сухом состоянии появляются также некоторые цепочки, которые не встречаются в белковых молекулах, причем цепочки эти препятствуют образованию полезных аминокислотных рядов.
      До сих пор остаются в силе с большой степенью уверенности некоторые цитаты из текстов относительно возникновения мембраны и/или образования клеток: "Должно быть, одним из процессов, которые могли произойти на Земле, было выделение нуклеиновых кислот в мембраны. Однажды ДНК были отделены от среды чем-то типа защитной оболочки и получили возможность производить точные реакции деления" (Towle 1991, p.211). "Некоторые из этих капель растут сами по себе, другие даже репродуцируются" (Miller & Levine 1991, p. 344). Подобные утверждения - всего лишь чистое измышление. Клеточные мембраны обычно содержат липиды различных типов, но, кроме этого, они содержат также белки и углеводы. Но, что самое важное, мембраны практически не связаны с точными реакциями деления. Возможно, ученикам не обязательно это знать, но рост и деление коацерватных капель не имеют ничего общего с ростом и воспроизводством живых клеток.
      В результате подобных рассуждений большинство этих текстов создают впечатление большой вероятности появления жизни на Земле случайным образом. Следующий вывод иллюстрирует это:
      "Если мы будем считать, что все живое произошло из неживого миллиарды лет назад, почему подобное не может повториться еще раз? Ответ прост: Современная Земля совершенно отличается от той планеты, которая сушествовала миллиарды лет назад. На первобытной Земле не было бактерий, способных разрушать органические соединения. Не было также и кислорода, который мог с ними реагировать. В результате соединения могли накапливаться в течение миллионов лет, образовывая тот первоначальный органический "бульон". Однако, в условиях естественного мира такие соединения не могут оставаться неизменными в течение достаточно долгого периода времени, чтобы начать еще один виток жизни" (Miller & Levine 1991, p. 346).
      Не упоминается также, что в исходной атмосфере под воздействием электрических разрядов, тепла, ультрофиолетовых лучей и т.д. происходило разложение органических соединений в противоположность любым накоплениям значимых органических соединений. Не указывается также и то, что никаких геологических подтверждений существованию органического "бульона" никогда не было найдено. Считается, что уголь, нефть и природный газ произошли из древних деревьев и организмов. Для критической оценки гипотезы происхождения жизни обращаем внимание читателя на две недавно выпущенные книги, детально рассматривающие эту тему (Thaxton et al. и Shapiro (1986)).
      Заключая эту главу, необходимо отметить, что не все из этих текстов одинаково небрежны в своих утверждениях о жизни на Земле. Несмотря на то, что все учебники биологии с энтузиазмом создают ясное впечатление спонтанного происхождения жизни на Земле, степень поддержки тех или иных заблуждений широко колеблется.

      Несмотря на то, что большинство текстов в отдельных главах уделяют достаточное внимание сложным биохимическим процессам, ни один из учебников не рассматривает проблему происхождения и передачи генетической информации в комплексе с исследованиями по происхождению жизни. Более того, абсолютно не указывается, что даже если некоторые сложные молекулы образовались случайно, все равно должен существовать какой-либо механизм, необходимый для точного воспроизведения этих молекул, для того, чтобы клетки могли выжить и воспроизводиться. Как отмечает Харольд Клейн, глава Комитета естественных наук Национальной Академии, пересмотревшего недавно исследования по происхождению жизни,- даже самая простая бактерия настолько сложна, что почти невозвожно представить, как она произошла (Horgan 1991, p. 120).
      Вопреки этому, главы учебников, посвященные происхождению Земли, дружно игнорируют последние научные данные относительно сложности условий, необходимых для происхождения жизни. Белки в клетках состоят из 20 различных L-аминокислот. В учебниках также не отмечается, что для того, чтобы белки функционировали, необходимо, чтобы в белковых молекулах присутствовали уникальные линейные связи этих L-аминокислот. Причем связи эти необходимы независимо от того, является ли этот белок ферментом, структурным компонентом, или он выполняет какую-либо другую функцию. В свою очередь, эта уникальная связь отвечает за трехмерную структуру белка, которая также необходима для его функционирования. Даже если когда-либо имеет место некоторая изменчивость в аминокислотных связях в некоторых положениях молекулы белка, подсчеты с цитохромой c, протеином длиной 104 аминокислоты, показывают, что вероятность случайного достижения линейной структуры одного этого белка составляет 2х10-65 (Yockey 1977). Следовательно, не удивительно, что способ образования такой уникальной связи в течение процесса белкового синтеза в живых клетках исключительно сложен. Вначале генетическую информацию для этих уникальных линейных связей несут связи нуклеидов в ДНК генов в ядре клетки. Оттуда она передается в нуклеотидную связь переносчика РНК (процесс, называемый транскрипцией) и от переносчика РНК в связь аминокислот конечного продукта, белковой молекулы (процесс, называемый трансляцией). Последний процесс настолько сложен, что даже в простейших организмах требуется 200 различных белковых молекул. В конечном итоге результатом всех этих различных процессов является потрясающе точная передача информации из нуклеотидной связи ДНК в аминокислотную связь белка.
      Вдобавок, в учебниках не отмечается, что для большинства из наиболее сложных биохимических реакций в клетках необходим не только фермент белков, но также и дополнительный компонент (кофермент, простетическая группа, и т.д.). Примерами этих групп являются гемы различных белков, а также коферменты различных витаминов. Эти группы, которые преимущественно являются сложными молекулами, могут быть неотъемлемой частью фермента молекулы (ковалентно связанной) или могут свободно отделяться от белка. В большинстве случаев, эти органические компоненты жизненно необходимы для белковой каталитической функции белковой молекулы. В результате теоретические обоснования происхождения жизни должны обеспечить объяснение одновременного образования необходимого кофермента простетической группы и формирования специфической линейной аминокислотной связи в белке фермента. Они также должны объяснить образование многих других сложных макромолекул (нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и т.д.), столь необходимых для функционирования и воспроизведения живых клеток. Сам факт того, что авторы учебников не удосужились вспомнить об этих необходимых компонентах, еще больше показывает несостоятельность теории происхождения жизни, представленной в этих учебниках.
      Из всех важных проблем в моделях происхождения жизни в последнюю очередь Доз (1988, p. 355) рассматривает источник генетической информации, делая краткий вывод: "...Сложности, которые еще нужно преодолеть, в настояшее время превышают наше воображение". По поводу гипотезы случайного зарождения генетической информации Купперс (1990, p. 60) отмечает:
      "...Предположительная вероятность возникновения нуклеотидной связи бактерии настолько мала, что даже всего пространства вселенной не хватило бы для синтеза случайным образом генома бактерии".
      Сравните эти утверждения с легковесной уверенностью учебников, заявляющих, что естественное объяснение происхождения жизни будет найдено в ближайшем будущем. Именно этот уверенный тон в совокупности с тем, о чем школьникам не рассказывают, делают главы учебников, посвяшенные происхождению жизни, столь далекими от "оценки альтернативных научных данных и идей с целью проверки, развития, подтверждения или опровержения научных теорий".

Следующая страница