Самопроизвольное зарождение — это вытесненная научная теория , которая утверждала, что живые существа могут возникать из неживой материи и что такие процессы были обычными и регулярными. Была выдвинута гипотеза , что определенные формы, такие как блохи , могут возникать из неодушевленной материи, такой как пыль, или что личинки могут возникать из мертвой плоти. Доктрина самопроизвольного зарождения была последовательно синтезирована греческим философом и натуралистом Аристотелем , который собрал и расширил работы более ранних натурфилософов и различные древние объяснения появления организмов . Самопроизвольное зарождение считалось научным фактом в течение двух тысячелетий. Хотя в 17 и 18 веках оно было оспорено экспериментами итальянских биологов Франческо Реди и Ладзаро Спалланцани , оно не было дискредитировано до работы французского химика Луи Пастера и ирландского физика Джона Тиндаля в середине 19 века.
Среди биологов отрицание спонтанного зарождения больше не вызывает споров. Эксперименты, проведенные Пастером и другими, как считалось, опровергли общепринятое представление о спонтанном зарождении к середине 1800-х годов. Поскольку вся жизнь, по-видимому, произошла от одной формы примерно четыре миллиарда лет назад, внимание вместо этого обратилось к происхождению жизни .
«Спонтанное зарождение» означает как предполагаемые процессы, посредством которых различные типы жизни могут неоднократно возникать из определенных источников, отличных от семян, яиц или родителей, так и теоретические принципы, представленные в поддержку любого такого явления. Решающее значение для этой доктрины имеют идеи о том, что жизнь происходит из неживого и что не требуется никакого причинного агента, такого как родитель. Предполагаемые примеры включают сезонное зарождение мышей и других животных из ила Нила , появление блох из неодушевленной материи, такой как пыль, или появление личинок в мертвой плоти. [2] [3] Такие идеи имеют нечто общее с современной гипотезой происхождения жизни , которая утверждает, что жизнь возникла около четырех миллиардов лет назад из неживых материалов в течение миллионов лет и впоследствии диверсифицировалась во все формы, которые существуют сейчас. [4] [5]
Термин «двусмысленное поколение» , иногда называемый гетерогенезом или ксеногенезом , описывает предполагаемый процесс, посредством которого одна форма жизни возникает из другой, неродственной формы, например, ленточные черви из тел своих хозяев. [6] [7]
Действовавшие в VI и V веках до н. э. ранние греческие философы, в древности называвшиеся физиологами (греч. φυσιολόγοι ; в английском языке — физические или натурфилософы ), пытались дать естественные объяснения явлениям , которые ранее приписывались действию богов. [8] Физиологи искали материальный принцип или архе (греч. ἀρχή) вещей, подчеркивая рациональное единство внешнего мира и отвергая теологические или мифологические объяснения. [9]
Анаксимандр , считавший, что все вещи возникли из элементарной природы вселенной, апейрона (ἄπειρον) или «неограниченного» или «бесконечного», был, вероятно, первым западным мыслителем, предположившим, что жизнь развилась спонтанно из неживой материи. Первичный хаос апейрона , вечно находящийся в движении, служил платформой, на которой элементарные противоположности (например, мокрое и сухое , горячее и холодное ) порождали и формировали многочисленные и разнообразные вещи в мире. [10] По словам Ипполита Римского в третьем веке н. э., Анаксимандр утверждал, что рыбы или рыбоподобные существа впервые образовались во «влажном» под воздействием солнечного тепла и что эти водные существа дали начало людям. [11] Римский автор Цензорин , писавший в третьем веке, сообщал:
Анаксимандр Милетский считал, что из нагретой воды и земли появились либо рыбы, либо полностью рыбоподобные животные. Внутри этих животных сформировались люди, и эмбрионы содержались в плену до наступления половой зрелости; только тогда, после того как эти животные раскрылись, из них могли выйти мужчины и женщины, которые теперь могли сами себя прокормить. [12]
Греческий философ Анаксимен , ученик Анаксимандра, считал, что воздух является элементом, который дает жизнь и наделяет существа движением и мышлением. Он предположил, что растения и животные, включая людей, возникли из первичной земной слизи, смеси земли и воды, соединенной с солнечным теплом. Философ Анаксагор также считал, что жизнь возникла из земной слизи. Однако Анаксимен считал, что семена растений изначально существовали в воздухе, а семена животных — в эфире . Другой философ, Ксенофан , проследил происхождение человека до переходного периода между жидкой стадией Земли и образованием суши под влиянием Солнца. [13]
В том, что иногда рассматривалось как прообраз концепции естественного отбора , Эмпедокл принимал самопроизвольное зарождение жизни, но считал, что различные формы, состоящие из различных комбинаций частей, возникали самопроизвольно, как будто методом проб и ошибок: успешные комбинации образовывали особей, присутствующих при жизни наблюдателя, тогда как неудачные формы не могли размножаться. [14]
В своих биологических работах натурфилософ Аристотель широко теоретизировал размножение различных животных, будь то половым , партеногенетическим или спонтанным зарождением. В соответствии с его фундаментальной теорией гилеморфизма , которая утверждала, что каждая физическая сущность является соединением материи и формы, основная теория полового размножения Аристотеля утверждала, что семя самца навязывает форму, набор характеристик, передаваемых потомству на «материи» ( менструальной крови ), поставляемой самкой. Таким образом, женская материя является материальной причиной зарождения — она поставляет материю, которая будет составлять потомство, — в то время как мужское семя является действенной причиной , фактором, который побуждает и очерчивает существование вещи. [15] [16] Тем не менее, Аристотель предположил в Истории животных , что многие существа образуются не посредством половых процессов, а путем спонтанного зарождения:
Теперь есть одно свойство, которое, как обнаружено, есть у животных и растений. Ибо некоторые растения зарождаются из семян растений, в то время как другие растения зарождаются сами собой посредством образования некоторого элементарного принципа, подобного семени; и из этих последних растений некоторые получают свое питание из земли, в то время как другие растут внутри других растений... Так и с животными, некоторые происходят от родительских животных в соответствии с их видом, в то время как другие растут спонтанно, а не от родственного ствола; и из этих примеров спонтанного зарождения некоторые происходят из гниющей земли или растительного вещества, как в случае с рядом насекомых, в то время как другие спонтанно зарождаются внутри животных из выделений их различных органов. [17]
— Аристотель, История животных , Книга V, Часть 1
Согласно этой теории, живые существа могут происходить из неживых существ способом, примерно аналогичным «информированию женской материи посредством мужского семени», наблюдаемому при половом размножении. [18] Неживые материалы, такие как семенная жидкость, присутствующая при половом зарождении, содержат пневму (πνεῦμα, «дыхание»), или « жизненное тепло ». По Аристотелю, пневма имела больше «тепла», чем обычный воздух, и это тепло наделяло вещество определенными жизненными свойствами:
Сила каждой души, кажется, разделяет иное и более божественное тело, чем так называемые [четыре] элемента... Для каждого [животного] то, что делает семя порождающим, присуще семени и называется его «теплом». Но это не огонь или какая-то подобная сила, а пневма, которая заключена в семени и в пенистой материи, что аналогично элементу звезд. Вот почему огонь не порождает ни одно животное ... но тепло солнца и тепло животных порождает, не только тепло, которое наполняет семя, но и любой другой остаток природы [животного], который может существовать подобным образом, обладает этим жизненным принципом.
— Аристотель, «Происхождение животных» , 736b29ff. [19]
Аристотель провел аналогию между «пенистой материей» (τὸ ἀφρῶδες, aphrodes ), встречающейся в природе, и «семенем» животного, которое он рассматривал как своего рода пену (состоящую, как она и была, из смеси воды и пневмы ). Для Аристотеля генеративные материалы самцов и самок животных (семя и менструальная жидкость) были по сути усовершенствованиями, произведенными мужскими и женскими телами в соответствии с их соответствующими пропорциями тепла, потребленной пищи, которая, в свою очередь, была побочным продуктом элементов земли и воды. Таким образом, любое существо, будь то рожденное половым путем от родителей или спонтанно посредством взаимодействия жизненного тепла и элементарной материи, зависело от пропорций пневмы и различных элементов, которые, по мнению Аристотеля, составляли все вещи. [20] Хотя Аристотель признавал, что многие живые существа возникли из гниющей материи, он указывал, что гниение не было источником жизни, а побочным продуктом действия «сладкого» элемента воды. [21]
Животные и растения возникают в земле и в жидкости, потому что в земле есть вода, а в воде — воздух, а во всем воздухе — жизненное тепло, так что в некотором смысле все вещи полны души. Поэтому живые существа быстро образуются, когда этот воздух и жизненное тепло заключены во что-либо. Когда они так заключены, телесные жидкости нагреваются, возникает как бы пенистый пузырь.
— Аристотель, «Происхождение животных» , книга III, часть 11
С разной степенью уверенности в наблюдениях Аристотель выдвинул теорию о спонтанном зарождении ряда существ из различных видов неодушевленной материи. Раковины (род, который Аристотель включал двустворчатых моллюсков и улиток), например, характеризовались спонтанным зарождением из грязи, но различались в зависимости от точного материала, в котором они росли, например, моллюски и гребешки в песке, устрицы в слизи, а морские желуди и блюдечки в углублениях скал. [17]
Афиней не соглашался с теорией самозарождения, утверждая, что некоторые виды анчоусов произошли не из икры , как утверждал Аристотель, а из морской пены . [22]
Поскольку доминирующая точка зрения философов и мыслителей продолжала быть в пользу спонтанного зарождения, некоторые христианские теологи приняли эту точку зрения. Берберский теолог и философ Августин из Гиппона обсуждал спонтанное зарождение в «The City of God» и «The Literal Meaning of Genesis» , цитируя библейские отрывки, такие как «Да произведет вода пресмыкающееся, имеющее жизнь» (Бытие 1:20) как указы, которые позволят продолжать творение. [23]
С падением Римской империи в V веке до раскола Восток-Запад в 1054 году влияние греческой науки снизилось, хотя самопроизвольное зарождение в целом не оспаривалось. Были сделаны новые описания. Из верований некоторые имели доктринальные последствия. В 1188 году Джеральд Уэльский , после путешествия по Ирландии, утверждал, что миф о казарках-белощеках был доказательством непорочного зачатия Иисуса . [24] В то время как практика поста во время Великого поста разрешала рыбу, но запрещала птицу, идея о том, что гусь на самом деле был рыбой, предполагала, что его употребление в пищу во время Великого поста было разрешено. Эта практика была в конечном итоге запрещена указом папы Иннокентия III в 1215 году. [25]
После того, как труды Аристотеля были вновь представлены в Западной Европе, они были переведены на латынь с греческого или арабского оригинала. Они достигли своего наивысшего уровня признания в 13 веке. С появлением латинских переводов немецкий философ Альберт Великий и его ученик Фома Аквинский подняли аристотелизм на его наибольшую известность. Альберт написал парафраз Аристотеля, De causis et processu universitatis , в котором он удалил некоторые комментарии арабских ученых и включил другие. [26] Влиятельные труды Аквинского, как по физическим, так и по метафизическим вопросам, являются преимущественно аристотелевскими, но показывают многочисленные другие влияния. [27]
Самопроизвольное зарождение описывается в литературе как факт, существовавший еще в эпоху Возрождения . Шекспир писал о змеях и крокодилах, появляющихся из ила Нила : [ 28]
Лепид : У тебя там странные змеи?
Антоний : Да, Лепид.
Лепид: Твоя египетская змея теперь выведена из твоей грязи действием твоего солнца; так же и твой крокодил.
Антоний: Они такие.Шекспир: Антоний и Клеопатра : Акт 2, сцена 7
Автор книги «The Compleat Angler » Айзек Уолтон повторяет вопрос о происхождении угрей: «Как крысы, мыши и многие другие живые существа размножаются в Египте, под воздействием солнечного тепла, когда оно светит на разлившуюся реку...». В то время как древний вопрос о происхождении угрей оставался без ответа, и упоминалась дополнительная идея о том, что угри размножаются в результате старения, самопроизвольное зарождение крыс и мышей не вызвало никаких споров. [29]
Голландский биолог и микроскопист Ян Сваммердам отверг концепцию, согласно которой одно животное может возникнуть из другого или из-за случайного разложения, поскольку это было нечестиво ; он считал концепцию самозарождения нерелигиозной и связывал ее с атеизмом . [30]
Брюссельский врач Ян Баптист ван Гельмонт описал рецепт для мышей (кусок грязной ткани плюс пшеница на 21 день) и скорпионов ( базилик , помещенный между двумя кирпичами и оставленный на солнце). Его записи указывают на то, что он, возможно, пытался сделать эти вещи. [36]
В то время как Аристотель считал, что эмбрион формируется путем коагуляции в матке , английский врач Уильям Гарвей показал путем вскрытия оленя , что в течение первого месяца не было никакого видимого эмбриона. Хотя его работа предшествовала микроскопу , это привело его к предположению, что жизнь произошла из невидимых яиц. На фронтисписе своей книги 1651 года Exercitationes de Generatione Animalium ( Очерки о зарождении животных ) он отрицал спонтанное зарождение под девизом omnia ex ovo («все из яиц»). [23] [37]
Древние верования подверглись проверке. В 1668 году итальянский врач и паразитолог Франческо Реди бросил вызов идее о том, что личинки спонтанно возникают из гниющего мяса. В первом крупном эксперименте, оспаривающем спонтанное зарождение, он поместил мясо в различные герметичные, открытые и частично закрытые контейнеры. [38] Понимая, что герметичные контейнеры были лишены воздуха, он использовал «тонкую неаполитанскую вуаль» и не наблюдал червей на мясе, но они появились на ткани. [39] Реди использовал свои эксперименты для подтверждения теории предсуществования, выдвинутой католической церковью в то время, которая утверждала, что живые существа произошли от родителей. [40] В научных кругах работа Реди очень скоро имела большое влияние, о чем свидетельствует письмо английского естественного теолога Джона Рэя в 1671 году членам Лондонского королевского общества , в котором он называет спонтанное зарождение насекомых «маловероятным». [41]
Пьер Антонио Микели , около 1729 года , заметил, что когда споры грибов помещаются на ломтики дыни, то образуются те же самые грибы, из которых произошли споры, и на основании этого наблюдения он сделал вывод, что грибы не возникают путем спонтанного зарождения. [42]
В 1745 году Джон Нидхэм провел ряд экспериментов с кипячеными бульонами . Полагая, что кипячение убьет все живое, он показал, что если сразу после кипячения запечатать бульоны, они помутнеют, что позволит вере в самозарождение сохраниться. Его исследования были тщательно изучены его коллегами, и многие из них согласились. [38]
Ладзаро Спалланцани модифицировал эксперимент Нидхэма в 1768 году, где он попытался исключить возможность введения загрязняющего фактора между кипячением и герметизацией. Его метод включал кипячение бульона в герметичном контейнере с частично откачанным воздухом для предотвращения взрывов. Хотя он не увидел роста, исключение воздуха оставило вопрос о том, является ли воздух существенным фактором в самопроизвольном зарождении. [38] Но взгляды менялись; к началу 19-го века такой ученый, как Джозеф Пристли, мог написать, что «Нет ничего в современной философии, что казалось бы мне столь необычным, как возрождение того, что долгое время считалось взорванной доктриной двусмысленного или, как называет ее доктор [Эразм] Дарвин, самопроизвольного зарождения». [43]
В 1837 году Шарль Каньяр де ла Тур , физик, и Теодор Шванн , один из основателей клеточной теории, опубликовали свое независимое открытие дрожжей в спиртовом брожении . Они использовали микроскоп для изучения пены, оставшейся после процесса пивоварения . Там, где голландский микроскопист Антони ван Левенгук описывал «маленькие сфероидальные шарики», они наблюдали, как дрожжевые клетки подвергаются делению . Брожение не происходило бы при введении стерильного воздуха или чистого кислорода, если бы дрожжи не присутствовали. Это предполагало, что причиной были воздушные микроорганизмы , а не спонтанное зарождение. [44]
Однако, хотя идея самопроизвольного зарождения находилась в упадке почти столетие, ее сторонники не отказались от нее сразу. Как писал Джеймс Ренни в 1838 году, несмотря на эксперименты Реди, «выдающиеся натуралисты, такие как Блюменбах , Кювье , Бори де Сент-Винсент , Р. Браун и т. д.», продолжали поддерживать эту теорию. [45]
Широко распространено мнение, что эксперимент Луи Пастера 1859 года разрешил вопрос о самопроизвольном зарождении. [47] Он кипятил мясной бульон в колбе с лебединой шеей ; изгиб горлышка колбы не позволял падающим частицам достигать бульона, в то же время обеспечивая свободный поток воздуха. Колба оставалась свободной от роста в течение длительного периода. Когда колбу поворачивали так, чтобы частицы могли падать вниз по изгибам, бульон быстро становился мутным. [38] Однако возражения меньшинства были настойчивыми и не всегда необоснованными, учитывая, что экспериментальные трудности были гораздо более сложными, чем предполагают популярные отчеты. Исследования ирландского врача Джона Тиндаля , корреспондента Пастера и поклонника его работы, сыграли решающую роль в опровержении самопроизвольного зарождения. Тем не менее, Тиндаль столкнулся с трудностями в работе с микробными спорами , которые не были хорошо изучены в его время. Как и Пастер, он кипятил свои культуры , чтобы стерилизовать их, и некоторые типы бактериальных спор могут выдерживать кипячение. После этих экспериментов был представлен автоклав , который в конечном итоге получил повсеместное применение в медицинской практике и микробиологии для стерилизации оборудования. [ 46]
В 1862 году Французская академия наук уделила особое внимание этому вопросу, учредив премию «тому, кто посредством хорошо проведенных экспериментов прольет новый свет на вопрос так называемого спонтанного зарождения» и назначила комиссию для определения победителя. [48] Пастер и другие использовали термин биогенез как противоположность спонтанному зарождению, чтобы обозначить, что жизнь возникла только из другой жизни. Заявление Пастера следовало доктрине немецкого врача Рудольфа Вирхова Omnis cellula e cellula («все клетки из клеток»), [49] которая сама произошла от работы Роберта Ремака . [50] [38] После эксперимента Пастера 1859 года термин «спонтанное зарождение» вышел из употребления. Экспериментаторы использовали различные термины для изучения происхождения жизни из неживых материалов. Гетерогенез применялся к возникновению живых существ из некогда живого органического вещества (например, кипяченых бульонов), а английский физиолог Генри Чарльтон Бастиан предложил термин архебиоз для жизни, происходящей из неживых материалов. Невзлюбив случайность и непредсказуемость, подразумеваемые термином спонтанное зарождение , в 1870 году Бастиан ввел термин биогенез для образования жизни из неживой материи. Вскоре после этого, однако, английский биолог Томас Генри Хаксли предложил термин абиогенез для этого же процесса и принял биогенез для процесса, посредством которого жизнь возникает из существующей жизни. [51]