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 , который считал, что все вещи возникли из элементарной природы вселенной, апейрона (ἄπειρον) или «неограниченного» или «бесконечного», был, вероятно, первым западным мыслителем, который предположил, 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 кормить. [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 размножении, содержат пневму (πνεῦμα, «дыхание»), или « жизненное тепло ». Согласно 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 свидетельством 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 освещает 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 клеток . 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]