38. Живое только от живого — теория биогенеза

Определения и обозначения

Биогенез — представление о том, что живые организмы возникают только от других живых организмов. Иначе говоря, появление нового организма связано с уже существующей жизнью, например с развитием потомства или размножением микробов. Это понятие помогает описывать происхождение организмов в наблюдаемых условиях.

Самозарождение — историческая гипотеза о возникновении организмов из неживого вещества при обычных условиях. Она казалась правдоподобной, когда живое внезапно обнаруживали там, где его прежде не замечали. Различение гипотезы и наблюдаемого факта нужно, чтобы искать скрытый источник организмов, а не считать их возникновение из неживого доказанным.

Теория биогенеза — система представлений о происхождении организмов от предшествующих живых организмов, обоснованная результатами опытов. Она позволила проверять предположения о появлении личинок и микробов, сравнивая условия, в которых те могли или не могли попасть в среду. Это не просто утверждение, а объяснение, подкреплённое наблюдениями и экспериментами.

Пастеризация — обработка продукта нагреванием, при которой количество микроорганизмов снижается. Нагрев мешает микробам сохраняться и размножаться, поэтому продукт портится медленнее, хотя пастеризация не обязательно уничтожает все микроорганизмы. Метод связан с изучением микробов: он показывает, как температура влияет на их жизнедеятельность.

Как это устроено

Раньше человек видел личинок на мясе или мутный настой, но обычно не мог заметить яйца насекомых и микроскопические частицы. Когда между исходным веществом и появлением организмов оставался незамеченным промежуточный этап, казалось, будто живое возникло прямо из мяса или жидкости. Поэтому гипотеза самозарождения объясняла наблюдение, но не проверяла возможные источники организмов.

Франческо Реди положил мясо в несколько сосудов: часть оставил открытой, часть прикрыл марлей. Мухи могли попасть к мясу в открытых сосудах, а на закрытой марлей ткани откладывали яйца, не проникая внутрь; личинки появлялись там, где мухи имели доступ. Значит, личинки развивались из яиц, а не образовывались из мяса. Опыт проверял конкретный случай, поэтому его вывод нельзя автоматически распространять на все формы жизни.

Ладзаро Спалланцани прокипятил питательные настои и герметично закрыл сосуды. Кипячение уничтожало имевшиеся в жидкости микроорганизмы, а герметичность мешала новым попасть внутрь, поэтому настои оставались без заметного роста микробов. Это поставило под сомнение самозарождение: если бы оно происходило в обычных условиях, микроорганизмы должны были бы появиться и в закрытом настое. Однако критики возражали, что без доступа воздуха жизнь не возникает; так отсутствие микробов связывали не с защитой от загрязнений, а с закрытием сосуда.

Луи Пастер использовал колбы с длинными изогнутыми горлышками и питательным настоем. Воздух мог проходить внутрь, но пыль оседала в изгибе и не попадала в жидкость, поэтому настой оставался прозрачным. Когда колбу наклоняли и настой соприкасался с пылью, он мутнел из-за размножения микроорганизмов. Так Пастер показал: одного воздуха для их появления недостаточно, а рост начинается после попадания загрязнений.

Опыты Реди, Спалланцани и Пастера дополняли друг друга: они проверяли разные предполагаемые источники организмов и устраняли разные объяснения. Реди связал личинок с яйцами мух, а опыты с настоями показали роль микроорганизмов, уже присутствующих в среде или заносимых извне. Совокупность результатов укрепила теорию биогенеза для изученных случаев. Но эксперименты о появлении жизни в современных условиях не отвечали на вопрос, как на Земле возникла первая жизнь.

Опыты, проверявшие гипотезу самозарождения

Сначала сравните устройство опытов: каждый исследователь менял условие, которое могло объяснить появление организмов. Затем сопоставьте наблюдения и выводы, не расширяя их за пределы проверенного случая. Особенно полезно видеть, что опыт Пастера отвечал на возражение о роли воздуха.

Разбор задач

Задача 1. В открытом сосуде с мясом появились личинки, а в сосуде, закрытом марлей, их нет. Нужно определить, что вызывает различие между сосудами и откуда берутся личинки. Нельзя заключать, что они возникают из мяса, только потому, что обнаружены на нём.

1. Сравним условия: мясо есть в обоих сосудах, но доступ мух различается.
2. В открытый сосуд мухи могут попасть и отложить яйца; марля преграждает им путь к мясу.
3. Личинки появляются из яиц, поэтому различие в доступе мух объясняет результат наблюдения.

Ответ: личинки развиваются из яиц мух, а не самозарождаются из мяса. Опыт подтверждает этот вывод для появления личинок на мясе, но не проверяет происхождение всех организмов.

Задача 2. В прокипячённом настое, оставленном в герметично закрытом сосуде, микроорганизмы не обнаружены. Нужно объяснить отсутствие микробов и назвать ограничение опыта. Результат нельзя приписывать только одному из двух условий — кипячению или закрытию.

1. Кипячение уничтожает микроорганизмы, которые могли находиться в настое до опыта.
2. Герметичное закрытие мешает новым микробам попасть внутрь после нагревания.
3. Следовательно, в проверяемых условиях микроорганизмам неоткуда появиться; однако критики указывали, что в сосуд не поступает воздух.

Ответ: нагревание уничтожило микробы, а закрытый сосуд защитил настой от повторного загрязнения. Ограничение — отсутствие доступа воздуха позволяло возразить, что именно это помешало появлению жизни.

Задача 3. В колбе Пастера настой оставался прозрачным, пока пыль не попадала в него; после наклона колбы он мутнел. Нужно понять, что проверяет такое сравнение. Ключевой вопрос — мог ли воздух проникать в колбу до наклона.

1. Изогнутое горлышко пропускало воздух, поэтому колба не была полностью изолирована от него.
2. Пыль задерживалась в изгибе, и микроорганизмы не попадали в настой, пока он оставался защищённым.
3. После наклона загрязнения достигали жидкости, где микробы размножались и вызывали помутнение.

Ответ: опыт показал, что воздух присутствовал без появления микроорганизмов, а рост начинался после попадания загрязнений с пылью. Значит, наблюдение объяснялось заносом микробов, а не их самозарождением в настое.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что опыт Реди доказал невозможность самозарождения любых организмов. Так думают, потому что результат кажется общим доказательством биогенеза, но Реди проверял только появление личинок на мясе. Проверяйте себя вопросом: какой именно организм и какую среду исследовали? Вывод должен соответствовать границам опыта.

Ошибка — утверждать, что колбы Пастера были полностью изолированы от воздуха. Изогнутое горлышко пропускало воздух, но задерживало пыль; путаница возникает из-за того, что настой был защищён от загрязнений. Чтобы проверить себя, вспомните назначение изгиба и спросите, мог ли воздух проникать внутрь. Если отвечаете «нет», устройство колбы понято неверно.

Ошибка — считать биогенез ответом на вопрос о первоначальном происхождении жизни. Это происходит, когда формулировку «живое только от живого» принимают за объяснение появления самой первой жизни. Проверьте, существовал ли уже живой предшественник: теория описывает происхождение организмов от него, но не происхождение первой жизни на Земле.

Ошибка — объяснять отсутствие микроорганизмов в опытах только кипячением. Нагрев уничтожает микробы, но если после него настой открыт, в него могут попасть новые; часто упускают этап защиты от повторного загрязнения. Для проверки назовите оба условия: что уничтожило прежние микроорганизмы и что не позволило новым попасть внутрь.

Связь с другими темами

Чтобы понять опыты, нужно знать, что микроорганизмы размножаются, а личинки насекомых развиваются из яиц. Биогенез связан с клеточной теорией и непрерывностью жизни: новые клетки и организмы возникают при участии уже существующих живых систем. При изучении гипотез происхождения жизни важно отличать появление организмов сегодня от возникновения первой жизни; эта разница также помогает понимать стерилизацию и пастеризацию.

Что запомнить

• Биогенез утверждает, что организмы возникают от других организмов.
• Личинки на мясе развиваются из яиц мух, а не из самого мяса.
• В опыте Реди марля препятствовала доступу мух к мясу.
• Кипячение уничтожает микроорганизмы в питательном настое.
• Колба Пастера пропускала воздух, но задерживала пыль с микроорганизмами.
• Опыты поддержали биогенез, но не объяснили происхождение первой жизни.