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
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 16 comments