Происхождении жизни на Земле

Вопрос о первованачальном возникновении жизни на нашей планете подвергался серьезному обсуждению со стороны многих биологов. Некоторые из них, в частности Вернадский считали, что на Землю через мировое пространство были занесены споры или зародыши с другой планеты. Это объяснение нельзя назвать удовлетворительным, т.к. оно оставляет открытым вопрос о первоначальном источнике этих спор. Данные в пользу существования жизни в других частях Космоса были получены в 1961 году когда в метеоритах было найдено нечто похожее на остатки микроскопических организмов. Теория происхождения первых живых существ была выдвинута Пфлюгером, и в особенности академиком Опариным.

В 1924 году А.И.Опариным, а позднее Дж.Холдейном (1929 г.) на основе накопленных естествознанием фактов была сформулирована гипотеза, рассматривающая возникновение жизни как результат длительной эволюции углеродных соединений. Она легла в основу научных представлений о происхождении жизни. В становлении жизни на Земле можно различить 4 этапа. Первые три этапа называют химической эволюцией, а четвертый - биологической эволюцией.

1) Образование из неорганических веществ простейших органических соединений, главным образом углеводородов в результате действия ультрафиолетового облучения, грозовых разрядов и химических реакций.

Воды первичного океана насыщались этими веществами, образуя первичный бульон. Возможность синтеза аминокислот и других низкомолекулярных органических соединений доказана экспериментально. Так, пропуская электрические разряды через смесь газов метана и аммиака при наличии пара, удалось получить ряд таких сравнительно сложных соединений, как глицин, аланин, аспаргиновая кислота и др.

2) Полимеризация мономеров с образованием цепей белков и нуклеиновых кислот.

3) Образование особых коацерватных капель -предбиологических систем, представляющих собой группы полимерных соединений. Существовала некоторая упорядоченность частиц в коацерватных каплях, кроме того, коацерваты могли избирательно поглощать вещества из раствора и за счет этого “расти”. При дроблении коацерватов образовались капли, сохранявшие свойства исходного образования. Параллельно усложнению обмена веществ внутри коацерватов происходило упорядочение структуры: образование мембран.

4) Начальные этапы биологической эволюции. Возникновение простейших клеток, обладающих свойствами живого, в т.ч. репродуктивным аппаратом, гарантирующим передачу дочерним клеткам всех химических и метаболических свойств родительских клеток. Отбор коацерватов и пограничный этап химической и биологической эволюции продолжались около 750 млн. лет.

Особенно крупным прогрессивным изменением было возникновение фотосинтеза, которое оказало громадное влияние на эволюцию жизни. В период возникновения жизни как в атмосфере, так и в биологической эволюции на уровне первичной клеточной структуры. Кроме того, способность коацерватов “поглощать” из внешней среды различные органические вещества, в том числе ферменты, обеспечивало их способностью к первичному обмену веществ со средой, а уже функционировавший “естественный отбор”

способствовал “выживанию” наиболее устойчивых коацерватных систем. Иными словами, первичная “клеточная” структура, представлявшая собой открытую химическую микроструктуру, уже была наделена способностью к первичному метаболизму, хотя и не имела системы для передачи генетической информации на основе функционирования нуклеиновых кислот и в океане не осталось свободного кислорода: этот активный элемент был связан другими элементами и находился в составе различных неорганических веществ. Поэтому первоначально организмы получали энергию путем бескислородных реакций органических веществ. Этот путь получения энергии малоэффективен и требует большего количества пищи. С развитием фотосинтеза и появлением в атмосфере и воде свободного кислорода возник новый путь освобождения энергии - кислородный путь расщепления, который примерно в 20 раз эффективнее бескислородного.

Центральным вопросом как исследований А.И.Опарина, так и других его зарубежных коллег, всегда был вопрос о характере той предбиологической системы, которая, как предполагалось, предшествовала появлению “живых систем”, т.е. субстанций, наделенных признаками жизни.

При истолковании этого вопроса все существующие гипотезы оказались разделенными на 2 группы по признаку характера доклеточного предка живой природы. Согласно терминологии немецкого цитолога Швеллера первую группу составили гипотезы,

основанные на идее “генобиоза” т.е. утверждающие первичность молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода. Вторую группу составили гипотезы, построенные на идее “голобиоза”, т.е. первичности структуры, типа клеточной, наделенной способностью к элементарному обмену при участии ферментного механизма.

Именно ко второй группе следует отнести гипотезу А.И.Опарина. Потому что она построена на описании характера и механизмов функционирования той предбиологической морфо-функциональной системы, которая и послужила предком всего живого.

Дело в том, что благодаря исследованиям голландского биохимика Бунденберга был уже известен процесс образования коллоидных гелей (от латинского gelo - застываю), образующихся при смешивании белков и других высокомолекулярных соединений, который автор определил термином “коацервация”. Согласно идее Опарина, образование таких поверхностнообособленных гелевых структур, названных “коацерватами” и было тем центральным событием, которое предшествовало началу биогенеза, т.е. подлинной биологической эволюции на уровне первичной клеточной структуры. Кроме того, способность коацерватов “поглощать” из внешней среды различные органические вещества, в том числе ферментов, обеспечивало их способностью к первичному обмену веществ со средой, а уже функционировавший “естественный отбор” способствовал “выживанию” наиболее устойчивых коацерватных систем. Иными словами, первичная “клеточная” структура, представлявшая собой открытую химическую микроструктуру, уже была наделена способностью к первичнному метаболизму, хотя и не имела системы для передачи генетической информации на основе функционирования нуклеиновых кислот.