Происхождение жизни на ЗемлеВ глубокой древности и в наши дни людей волнует вопрос происхождения жизни. На протяжении тысячелетий они верили в возможность самопроизвольного зарождения жизни, считая его обычным способом появления живых существ из неживой материи. По мнению многих ученых средневековья, рыбы могли зарождаться из ила, черви — из почвы, мыши — из тряпок, мухи — из гнилого мяса. В XVII в. итальянский ученый Ф. Реди экспериментально показал невозможность самозарождения живого. В нескольких стеклянных сосудах он поместил кусочки мяса. Часть из них он оставил открытыми , а часть прикрыл кисеей. Личинки мух появились только в открытых сосудах , в закрытых их не было.

Окончательно версия о постоянном самозарождении живых организмов была опровергнута в середине XIX в. Л.Пастером. Он поместил простерилизованный бульон в колбу с длинным узким горлышком S-образной формы. Бактерии или другие находящиеся в воздухе организмы оседали под действием силы тяжести в нижней, изогнутой, части горлышка, тогда как воздух поступал в саму колбу. Проходили месяцы, а содержимое колбы оставалось стерильным. Проникнуть в колбу и вызвать разложение бульона бактерии могли лишь при отламывании горлышка или поворачивании колбы так, чтобы раствор омывал колено горлышка и стекал обратно в колбу.

Эти и другие сходные опыты убедительно показывали, что в современную эпоху живые организмы любого размера происходят от других живых организмов. Таким образом, возникал вопрос о происхождении первых живых организмов.

Согласно теории креационизма, земная жизнь была создана в прошлом сверхъестественным существом. Представления о Божественном сотворении мира придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений.

Не исключено, конечно, что жизнь возникла вовсе не на Земле, а занесена с других планет. Согласно гипотезе вечности жизни, завоевавшей популярность в XIX в., жизнь могла распространяться от одной галактики к другой в виде спор микроорганизмов, растений. Кроме , того, по мнению некоторых ученых, Земля и, возможно, другие первоначально лишенные жизни планеты могли быть намеренно наделены жизнью какими-то разумными существами, обитателями тех районов Вселенной, которые в своем развитии опередили нашу цивилизацию на миллиарды лет. Эти гипотезы в настоящее время нет возможности ни подтвердить, ни опровергнуть.

Отрицание факта самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития жизни в прошлом из неорганической материи. На определенной стадии развития неорганической природы жизнь может возникнуть как результат естественных процессов.

В 20-е годы XX в. русский ученый А.И.Опарин и англичанин Дж. Холден высказали предположение о самопроизвольном зарождении жизни из неорганической материи. К настоящему времени учеными предложены более или менее вероятные объяснения, каким образом в первичных условиях Земли из неживой материи постепенно, шаг за шагом, развились разнообразные формы жизни. Более того, достоверность этих гипотетических путей удалось в какой-то мере подтвердить экспериментально.

Самой элементарной единицей организации материи, наделенной жизнью, является клетка. Другими словами, жизнь проявляется лишь по достижении особого уровня организации материи, возникающего в результате эволюции от неклеточного состояния (элементы, молекулы, надмолекулярные комплексы) до такой степени сложности, которой обладают клетки. Поэтому жизнь имеет свою историю, начавшуюся, по палеонтологическим данным, 3,5 млрд. лет назад.

Ученые считают, что Солнце и планеты Солнечной системы образовались примерно 4,5 млрд. лет назад из диффузного газопылевого облака, конденсировавшегося под действием сил гравитации. Первичная атмосфера Земли состояла, вероятно, главным образом из водяных паров, Нг и СОг с небольшой примесью других газов (ЫНз, СЩ, СО2, H2S) при почти полном отсутствии О2 (практически весь кислород, содержащийся в атмосфере в настоящее время, является продуктом фотосинтеза). Предполагают, что эта восстановленная атмосфера Земли стала местом абиогенного синтеза простейших органических соединений (мономеров), предшественников биологических макромолекул живого вещества и ряда других органических соединений. Образование мономеров из газов, присутствующих в первичной атмосфере Земли, можно воспроизвести и изучить в лабораторных условиях (рис. 1.1). Возможными источниками энергии для образования органических веществ без участия живых организмов, видимо, являлись электрические разряды, ультрафиолетовое излучение, радиоактивные частицы, космические лучи, ударные волны от метеоритов, попадавших в земную атмосферу, теплота от интенсивной вулканической деятельности. В отсутствие кислорода, который мог бы' их разрушить, а также живых организмов, которые использовали бы их в качестве нищи, абиогенно образовавшиеся органические вещества накапливались в Мировом океане, возникшем по мере охлаждения поверхности Земли вследствие конденсации водяных паров и выпадения осадков.

Следующим шагом было образование более крупных полимеров из малых органических мономеров, опять же без участия живых организмов. Американский ученый С.Фокс в результате нагревания смеси сухих аминокислот получил полипептиды различной длины. Они были названы протеиноидами, т.е. белковообразными веществами. Так же были получены полинуклеотиды при нагревании смеси нуклеотидов в присутствии фосфатов. Видимо, на первобытной Земле образование таких протеиноидов и полинуклеотидов со случайной последовательностью аминокислот или нуклеотидов могло происходить при испарении воды в водоемах, остававшихся после отлива. Если полимер образовался, он способен влиять на образование других полимеров. Таким образом, одноцепочечные полинуклеотиды содержат определенную информацию в виде последовательности нуклеотидов и обладают на основе этой генетической информации пространственной структурой, обусловливающей их функции и реакцию на внешние условия. Возникновение  таких самореплицирующихся молекул, обладающих информационными и функциональными свойствами, считают необходимой предпосылкой эволюционного процесса. Генетическая информация РНК-полимеров через посредство ее функционального (фенотипического) выражения в виде специфической пространственной укладки подвержена действию естественного отбора.

Полипептиды со случайной последовательностью, возникающие в результате абиогенных механизмов, вполне вероятно, имели каталитические свойства и, в частности, могли способствовать точности и скорости копирования молекул РНК, а также повышать стабильность копий. Можно предположить, что РНК-подобные полинуклеотиды со временем приобрели способность направлять сборку белков, а белки, в свою очередь, стали катализировать синтез новых копий РНК с большей эффективностью. Полинуклеотиды, способствующие синтезу определенных полипептидов, должны были получить большее преимущество в эволюционном процессе. Возникновение белкового синтеза, контролируемого нуклеиновыми кислотами, несомненно явилось наиболее важным этапом возникновения жизни на Земле. Эволюционное развитие столь сложного механизма еще недостаточно выяснено, хотя отдельные элементы уже складываются в определенную картину. Между нуклеиновыми кислотами и белками постепенно сформировалась своеобразная специализация. Белки стали обеспечивать синтез новых нуклеиновых кислот, новых белков и других веществ, перераспределять энергию, необходимую для протекания биосинтетических реакций и пр., т.е. осуществлять фенотипическое выражение генетической информации, а нуклеиновые кислоты обеспечивали этот процесс необходимой информацией.

В дальнейшем роль первичного носителя генетической информации перешла к ДНК. Двухцепочечное строение ДНК обеспечивает большую стабильность хранимой генетической информации, а также и функционирование механизма репарации. За РНК закрепилась роль "посредника": она переносит информацию от ДНК к белку. Все ныне существующие живые организмы (вирусы, прокариоты и эукариоты) характеризуются именно таким направлением потока информации. На основе этого кажутся менее правдоподобными модели, требующие, чтобы поток информации был направлен от примитивных белков к примитивным нуклеиновым кислотам, в современных организмах ничего подобного не встречается.

В экспериментах А.И.Опарина и С.Фокса было показано, что если смешать в водной среде различные виды полимеров, то они могут объединяться и образовывать более сложные агрегаты из разных молекул. Подобные комплексы органических полимеров в определенной степени обладают зачатками главных свойств современных клеток: в ряде случаев липиды образуют на поверхности клеток оболочки; эти системы способны избирательно поглощать вещества из окружающей среды и катализировать различные химические реакции; стабилизировать внутренние полимеры, а при достижении слишком больших размеров — распадаться на более мелкие фрагменты. Эксперименты Опарина и Фокса показывают, в какой мере поведение, напоминающее жизненные процессы, обусловлено физико-химическими особенностями. Разумеется, в этих экспериментах мы находим лишь аналогию живого.

В течение эволюции преимуществом должны были обладать комплексы молекул, в которых связи между нуклеиновыми кислотами и белками проявились более отчетливо. Так как удачные комбинации могли давать удачное потомство, то такие комплексы становились многочисленными. Следует допустить, что это был также период проб и ошибок, характеризующийся случайностью событий, причем, видимо, ошибки преобладали. Это вело к образованию короткоживущих комплексов, все особенности которых исчерпывались самим актом их возникновения.

Взаимодействие различных по особенностям агрегатов молекул со средой, различающейся содержанием в ней свободных молекул, могло создать необходимые условия для естественного отбора. Под его действием системы, оказавшиеся более удачными по своим свойствам, а также способные к более точному размножению, стали преобладать над другими. Для отбора молекул нуклеиновых кислот по особенностям кодируемых ими белков необходимо, чтобы их комплекс находился в ограниченном отсеке (компартменте), обеспечивающем преимущественное использование этих белков для внутренних нужд. Поэтому наряду с возникновением контролируемого нуклеиновыми кислотами белкового синтеза образование наружной мембраны следует считать другим важным событием в эволюции жизни. Полагают, что формирование первых клеток произошло тогда, когда молекулы липидов в водной среде случайно образовали мембранные структуры, заключавшие в себе смесь самовоспроизводящихся молекул: нуклеиновых кислот и белков.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+