invirostov (invirostov) wrote,
invirostov
invirostov

Современная наука о происхождении жизни



Как многообразна жизнь на нашей планете! И разве можно, глядя на всё это многообразие, изучая его, не задаваться вопросом о генезисе живого? Этот вопрос, наряду с вопросами о происхождении Вселенной и происхождении человека, один из самых главных, и человечество всегда искало ответ на него.

Вчера я рассмотрела, какие основные гипотезы о происхождении жизни существовали раньше.
А сейчас посмотрим, что говорит нам современное естествознание.

1. Теория Опарина-Холдейна (теория «первичного бульона»)

Первичный бульон — термин, введённый А.И. Опариным. Первичный бульон предположительно существовал в мелких водоёмах Земли 4 млрд. лет назад. Он состоял из аминокислот, полипептидов, азотистых оснований, нуклеотидов. Он образовался под воздействием электрических разрядов, высокой температуры и космического излучения. При этом в атмосфере ещё отсутствовал кислород.

В 1924 году советский биолог Александр Иванович Опарины выдвинул теорию о возникновении жизни на Земле через превращение, в ходе постепенной химической эволюции молекул, содержащих углерод, в «первичный бульон».
Согласно его теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа:
• Возникновение органических веществ.
• Возникновение белков.
• Возникновение белковых тел.

Первичная атмосфера Земли содержала водород и соединения углерода (метан) и азота (аммиак). Отсутствие в атмосфере кислорода было вероятно необходимым условием возникновения жизни: лабораторные опыты показывают, что органические вещества гораздо легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере, богатой кислородом. О том, что атмосфера была именно такой, свидетельствуют самые древние горные породы на Земле.
Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента появления первичного океана (бульона). В водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы.
Наука доказала, что в результате применения ультрафиолетовых лучей можно искусственно синтезировать не только аминокислоты, но и другие органические вещества. Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло явиться образование коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя многомолекулярные комплексы — коацерваты.

Коацерватные капели - самообразующиеся в растворах высокомолекулярных соединений зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней.

Капли были способны поглощать извне вещества по типу открытых систем. При включении в коацерватные капли различных катализаторов (в том числе и ферментов) в них происходили различные реакции. За счёт этого капли могли увеличиваться в объёме и весе, а затем дробиться на дочерние образования. Таким образом, коацерваты могли расти, размножаться, осуществлять обмен веществ.
Здесь уже возможен примитивный «отбор», ведущий к постепенному усложнению и упорядоченности как обеспечивающих преимущество в выживании. Механизм отбора действовал на самых ранних стадиях зарождения органических веществ — из множества образующихся веществ сохранялись устойчивые к дальнейшему усложнению.
Пять лет спустя независимо от Опарина сходные идеи были развиты английским ученым Дж. Холдейном. Общим во взглядах Опарина и Холдейна является попытка объяснить возникновение жизни в результате химической эволюции на первичной Земле. Оба они подчеркивают огромную роль первичного океана как огромной химической лаборатории, в которой образовался «первичный бульон», а кроме того, и роль энзимов — органических молекул, которые многократно ускоряют нормальный ход химических процессов.
Теория Опарина была подтверждена в 1953 году в эксперименте Миллера - Юри. С.Миллер и Г.Юри поместили смесь H2O, NH3, CH4, CO2, CO в замкнутый сосуд и стали пропускать через неё электрические разряды (при температуре 80°С). Оказалось, что образуются аминокислоты. Позднее в разных условиях были получены другие сахара и нуклеотиды. Был сделан вывод, что эволюция может произойти из раствора (коацерватов).
Теория Опарина является фундаментальной основой современной теории происхождения жизни – теории химической эволюции. По сути она возрождает гипотезу самозарождения жизни, возникновения живого из неживого. Однако, в основе ее лежит не внезапное возникновение живых существ на Земле, а образование химических соединений и систем, которые составляют живую материю.



Хорошая гипотеза. Простая, понятная, научная. Я, конечно, понимаю, что не всё то, что кажется простым и понятным, на самом деле верно. Поэтому рассмотрим и другие гипотезы.

2. Гипотеза мира РНК

Мир РНК – термин, который ввел в оборот Уолтер Гилберт. Имеется в виду полноценный, самостоятельный и способный к эволюции мир доклеточной жизни.

К середине 60-х годов ХХ века науке стали известны подробности функционирования двух молекул, которые более, чем белки, подходили для роли "молекул первожизни", - ДНК и РНК. Обе они кодируют генетическую информацию, и обе могут использоваться для ее переноса. Но одно дело - возможность нести информацию, и совершенно другое - способность передавать ее потомкам самостоятельно, без посторонней помощи.
В конце 60-х годов прошлого века были открыты рибозомы (особые молекулы РНК).
Особенность рибозом в том, что они обладают двойными способностями: способностью к самовоспроизведению и способностью выступать в качестве биологического катализатора. Из этого можно сделать предположение, что древнейшей и простейшей формой живого являются не белки, а молекулы РНК – именно они впервые начали самовоспроизводиться и систематически синтезировать белок. Есть мнение, что известной нам форме жизни предшествовала некая форма протожизни – прогенот, которая была представлена организованными сообществами РНК. Накопление случайных мутаций привело к появлению РНК, катализирующих синтез определённых белков, являющихся более эффективным катализатором, в связи с чем эти мутации закреплялись в ходе естественного отбора. С другой стороны, в ходе эволюции, из РНК сформировалась ДНК, обладающая более совершенным механизмом репликации и синтеза белка.
Идея мира РНК была впервые высказана Карлом Вёзе в 1968 году, позже развита Лесли Оргелом и окончательно сформулирована Уолтером Гильбертом в 1986 году.



Эта гипотеза мне тоже нравится - она вполне логична. Вот только откуда тогда взялись РНК? Об этом в следующей гипотезе.

3. Теория самоорганизации

Итак, имеется много достаточно веских теоретических доводов, чтобы считать молекулу РНК основоположницей жизни на Земле. Но тут возникает следующий вопрос: а как возникла РНК с её двойными способностями? Пока точного ответа на него нет, но пути ответа можно искать в принципах самоорганизации систем.
Можно предположить, что в какой-то момент эволюции косной материи во Вселенной в какой-то определенной точке (в данном случае на Земле, а может, еще где-то) в результате диссипации (перехода части энергии упорядоченных процессов в энергию неупорядоченных процессов) случайно создались условия для группировки органических молекул в комплексы (системы), у которых со временем через ряд бифуркаций появилась способность к саморегуляции и самовоспроизведению. Самовоспроизводящие системы со сложившейся стабильной последовательностью нуклеотидов уже могут быть названы живыми в полном смысле этого слова.
В результате обмена веществом и энергией с изменяющейся окружающей средой шло постепенное последовательное усложнение органических систем в течение многих миллиардов лет, что привело к возникновению высокоорганизованной формы материи – живому веществу, то есть растений и животных. А т.к. обмен веществом и энергией предполагает взаимное влияние, следовательно, возникшая на Земле жизнь преобразовала те условия, которые сделали возможным её появление - в нашу эпоху отсутствуют предпосылки для синтеза и усложнения органических веществ. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения.

Ох уж мне эта синергетика. Её плюс в том, что она всегда всё объясняет. В этом же и её минус))

Подведём итоги.
В современном естествознании господствует теория биохимической эволюции: от неорганических соединений к органическим, от органических к биологическим. Гипотеза "первичного бульона" сюда вписывается полностью. Гипотеза РНК тоже, в принципе, не входит в противоречие с теорией биохимической эволюцией.
А синергетика... Её тоже не будем сбрасывать со счетов. Эволюция + самоорганизация + .... подождём дальнейшего развития естествознания))
Одно для меня несомненно: человечество когда-нибудь (и я верю, что скоро!) ответит на вопрос, как появилась жизнь на Земле.


литература:
Найдыш В.М. Концепции современного естествозная: Учебник. М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2007
Опарин А.И. Происхождение жизни. М.: Молодая гвардия, 1954
Журнал «НАУКА И ЖИЗНЬ» №2, 2004 год, статья «Вначале была РНК? В поисках молекулы первожизни». Кандидат биологических наук С. Григорович.
Библиотека Гумер. КСЕ: Живая материя. Самоорганизация природы (понятие синергетики).



Tags: Земля, естествознание, зарождение жизни, наука, эволюция
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 16 comments