УТВЕРЖДЕНА ГИПОТЕЗОЙ А И ОПАРИНА О ПРОИСХОЖДЕНИИ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

Основные этапы биохимической эволюции

Вопрос о происхождении жизни является одним из наиболее сложных вопросов естествознания. Точного ответа на него нет, но существует множество гипотез.

1. Гипотеза божественного происхождения жизни ()

Согласно этой гипотезе все живые организмы на Земле были созданы Богом. Они изначально целесообразны и сохраняются в неизменном виде. Причём сотворение мира произошло единожды, поэтому его изучение невозможно.

Креационизм принимает жизнь как данность и не предпринимает попыток объяснения происхождения жизни естественными законами природы.

2. Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни

Эта гипотеза подразумевает многократное самопроизвольное возникновение живых организмов из неживой материи. В Средние века многим «удавалось» наблюдать появление живых организмов (червей, личинок насекомых, мышей, плесневых грибов) в гниющих остатках организмов.

В (1668) г. итальянский врач экспериментально доказал ошибочность таких представлений. В пустые сосуды он положил куски мяса, часть из сосудов закрыл. В открытых сосудах вскоре появились личинки мух, а в закрытых их не было. Так была доказана невозможность самозарождения мух в гниющем мясе. Реди выдвинул принцип «всё живое — от живого».

Рис.

. Опыт Ф. Реди

Окончательно опровергнуть гипотезу спонтанного возникновения живых организмов удалось в (1859) г. французскому микробиологу . Он экспериментально установил, что не могут самопроизвольно появляться также и микроорганизмы. Стерильный бульон Пастер поместил в специальные колбы с длинными S-образными горлышками. Часть колб оставалась открытой. В открытых колбах вскоре появились и стали размножаться бактерии. В колбах с изогнутым вытянутым горлышком, которое служило своеобразной ловушкой для бактерий, бульон оставался стерильным.

Рис.

. Опыты Л. Пастера

К концу

в. практически все учёные признали, что живые организмы возникают только от других живых организмов.

В (1865) г. немецкий учёный впервые высказал идею о космическом происхождении жизни на Земле. Согласно его гипотезе жизнь была занесена с других планет. Сторонники космического происхождения жизни считают, что жизнь на Землю была занесена случайно или преднамеренно космическими пришельцами. Но остаётся открытым вопрос о возникновении жизни в космосе.

В (1924) г. советский биохимик . . и в (1929) г. английский биохимик . выдвинули гипотезу о том, что жизнь возникла из неорганических веществ в специфических условиях древней Земли.

В (1947) г. английский учёный . , базируясь на гипотезе Опарина — Холдейна, сформулировал , которая характеризует три этапа формирования жизни на Земле.

Основные положения, в чем суть, достоинства и недостатки

Согласно теории Опарина, биологической эволюции на Земле предшествовала эволюция химическая, предопределившая возникновение сложных соединений. Образование жизни происходило в определенной последовательности:

Жизнь, согласно теории, смогла образоваться только в условиях давней атмосферы, имеющей значительные отличия от современной, и отсутствия живых существ. Схема развития и зарождения жизни согласно теории Опарина:

На изначальном этапе своего существования Земля являлась горячим шаром. Она постепенно остывает, и около 4 млрд лет назад на ее поверхности образовалась твердая кора.

Вещества из недр планеты, прорвавшиеся наружу, со временем сформировали атмосферу. Она состояла из:

Образовывается первичный океан, где начинают синтезироваться простые органические молекулы: аминокислоты, нуклеотиды, сахара, жирные и органические кислоты, спирты. Они накапливаются и формируют «первичный бульон». Энергетическими факторами синтеза стали:

Далее из простых органических соединений образовались белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. В дальнейшем процессе главную роль Опарин отводил белкам. Они формировали коллоидные гидрофильные комплексы, которые объединялись в коацерваты — многомолекулярные органические сгустки, отделенные от остальной водной массы.

Из внешнего мира в них попадали органические соединения, которые провоцировали синтез более сложных веществ. Коацерваты и окружающую среду разграничивали молекулы липидов, которые стали основой для формирования простой клеточной мембраны.

Впоследствии коацерваты стали увеличиваться в размерах, взаимодействовать между собой, с окружающей средой. После слияния коацерватов и нуклеиновых кислот появились протобионты — примитивные жизненные формы, которые могли самовоспроизводиться. Они были анаэробами и гетеротрофами, передавали наследственную информацию очередным поколениям, а также подвергались естественному отбору. С этого времени берет начало органическая эволюция.

Схожие идеи относительно происхождения жизни выдвигал и Дж. Холдейн. Однако он считал, что формировались не коацерваты, а макромолекулярные вещества, имеющие способность к воспроизводству. По его мнению, изначальными веществами были нуклеиновые кислоты, а не белки.

Плюсы теории Опарина-Холдейна:

Биохимическая эволюция — что это за теория

Как гласит теория биохимической эволюции, жизнь на планете Земля зарождалась тремя этапами. Первый — абиогенный синтез органики, второй — появление биополимеров, третий — появление структур с мембранами и возможности воспроизведения себе подобных структур.

Естествоведы утверждают: появление планеты Земля произошло 4,5-7 млрд лет назад. Это было облако пылевых частиц, которые имели очень высокую температуру. Местами она достигала 4-8 тыс. градусов по Цельсию. Когда начались процессы ее постепенного охлаждения, стало происходить перераспределение слоев, составляющих облако элементов. Результатом такого внутреннего движения стало расположение элементов с большой массой ближе к центру Земли, а с более легкой — кнаружи.

Жизнь в данной теории рассматривается как результат на первом этапе химической, а в последующем — биологической эволюции.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Впервые органические вещества образовались из простых химических элементов (водород, углерод, азот, кислород). Они, взаимодействуя друг с другом, образовывали такие вещества, как аммиак, метан, углеродные оксиды, сероводород. При этом постоянно образовывались водяные пары. Важно, что практически весь кислород связался с прочими элементами и в свободном виде не встречался. За счет тех же его молекул, которые вошли в состав простых органических веществ, синтезировались спирты, аминокислоты, альдегиды. Более сложные органические соединения присутствовали в воде первичных водоемов.

Земля постепенно снизила свою температуру, в ней образовалась кора, а вокруг сформировалась атмосфера. Когда ее температура опустилась до 100°C, запустился синтез органических соединений с простыми формулами (жирные кислоты, нуклеотиды, многоатомные спирты, аминокислоты, простые сахара и др.). Источником энергии при этом выступали грозовые разряды, излучения космических тел, ультрафиолетовые лучи из солнечного света. В то же время атмосфера еще не была «защитным экраном» — слоем, препятствующим интенсивному облучению земной поверхности ультрафиолетовыми лучами Солнца.

Такая абиогенная теория (утверждающая происхождение жизни из неорганики) была выдвинута ученым из России А. И. Опариным и англичанином Дж. Холдейном. Произошло это в 1924 и 1929 годах соответственно. Авторы выдвинули свои гипотезы, опираясь на утверждения Дарвина, что необходимым условием зарождения жизни является ее отсутствие. Кроме того, подтверждалось второе необходимое, по мнению Дарвина, требование — связанное состояние кислорода.

Плюсы и минусы биохимической теории

Теория Опарина-Холдейна имеет важное свойство: она последовательна и логична. В ней отсутствуют непонятные пропуски. Кроме последовательности, к числу ее плюсов следует отнести:

В то же время есть и минусы:

Палеонтологические
данные доказывают, что жизнь на Земле
зародилась в археозойской эре 3,1 — 3,8
млрд лет назад. Физико-химические условия
на планете Земля были в то время совершенно
другими, чем сейчас. Прежде всего, в
атмосфере практически отсутствовал
свободный
кислород, его количество составляло
тогда не более 0,001 от современного
содержания. Эта первичная атмосфера
имела восстановительный характер и
состояла в основном из водорода, азота,
углекислого газа, аммиака, метана, паров
воды, аргона и других газов. Такая
бескислородная атмосфера не способна
защитить от губительного действия
жесткого ультрафиолетового излучения
Солнца, поэтому любые проявления жизни
могли иметь место только в водоемах на
глубине порядка 10 — 50 м.

Согласно
существующим представлениям в рамках
гипотезы Опарина-Холдейна, можно выделить
пять основных этапов на пути к возникновению
жизни, которые приведены в таблице 13.1.

Современные
представления о формировании и составе
первичной атмосферы Земли базируются
на объективных данных разных наук, на
изучении газовых оболочек других планет
Солнечной системы. Весьма

убедительные
доказательства возможности осуществления
2-го и 3-го этапов развития жизни получены
в ходе многочисленных экспериментов
по моделированию условий абиогенного
синтеза биологических мономеров. Так,
впервые в 1953 г. С. Миллер создал достаточно
простую установку (так называемый
биотрон), в которой ему удалось из смеси
газов и паров воды под действием
ультрафиолетового облучения и
электрических разрядов синтезировать
ряд аминокислот. В последующие десятилетия
во многих лабораториях мира осуществлен
искусственный синтез разных аминокислот,
нуклеотидов, простых сахаров, а затем
и более сложных органических соединений,
в том числе — короткие полинуклеотидные
цепочки, полипептиды, полисахариды.

Переход
от химической эволюции к биологической
на уровне первичной клеточной структуры
является центральным вопросом в
разработке настоящей гипотезы. Согласно
представлениям А. И. Опарина, 3-й этап
завершается возникновением коацерватов
— поверхностно обособленных гелевых
структур сферической формы. Работая с
искусственно созданными коацерватами
(при растворении белков и других
органических веществ) Опарин наблюдал
способность коацерватов избирательно
адсорбировать вещества из окружающего
раствора («питаться») и за счет этого
увеличиваться в размерах («расти»). При
достижении определенных размеров
коацерваты распадались («размножение»).
Одни из коацерватов характеризовались
большей устойчивостью и сохранялись
длительное время, другие — быстро
распадались и исчезали. Эти наблюдения
дали А. И. Опарину основание предположить
возможность действия естественного
отбора (сохранение одних форм и элиминация
других) уже на этой стадии становления
живого — изменения в структуре коацерватов
закреплялись благодаря отбору. Коацерваты,
при всей сложности их организации, тем
не менее не могут считаться живыми
органами прежде всего потому, что у них
нет стабильного самовоспроизведения,
жесткой структурной организации,
функционального взаимодействия между
белками и нуклеиновыми кислотами.

Появление
таких истинно живых систем – протобионтов
— происходило на следующем, 4-м этапе
развития жизни. У этих протобионтов
появляется корреляция между нуклеиновыми
кислотами и белками; способность
синтезировать белки определенного
строения в соответствии с информацией,
заключенной в нуклеиновой кислоте.
Одновременно у них совершенствуется
поверхностный аппарат, обеспечивающий
упорядоченность обмена веществ,
поддержание стабильности системы. И,
главное, они приобретают способность
к самовоспроизведению.

Структурное
усложнение и функциональное
совершенствование протобионтов привело
к появлению организмов, имеющих клеточную
организацию — первичных прокариотных
организмов — бактерий. С этого момента
начинает осуществляться биологическая
эволюция
организмов.

По современным
представлениям первоначально существовали
лишь гетеротрофные бактерии. По мере
возрастания их числа происходило
уменьшение пищевых ресурсов, между ними
возрастала конкуренция, что способствовало
появлению автотрофов, организмов,
способных синтезировать органические
вещества из неорганических, используя
энергию солнечного света (фотосинтетики)
или энергию, полученную в результате
окисления минеральных веществ
(хемосинтетики).

Дальнейшая
биологическая эволюция обусловила
формирование того многообразного мира
живой природы, который мы и видим сегодня.

Соседние файлы в папке KSE_posobie

В
1923 г. появилась знаменитая теория
Опарина, сводившаяся к следующему:
первые сложные углеводороды могли
возникать в океане из более простых
соединений, постепенно накапливаться
и проводить к возникновению «первичного
бульона». В 1953 г. Миллер, смоделировав
предполагаемые условия древней Земли
(высокая t, УФ радиация, эл. разряды)
синтезировал в лабораторных условиях
15 аминокислот, входящих в состав живого,
доказав правомерность этой теории.

Опарин
предполагал, что решающая роль в
превращении неживого в живое принадлежит
белкам. Белки способны образовывать
гидрофильные комплексы: молекулы воды
образуют вокруг них оболочку. Эти
комплексы могут обособляться от водной
фазы и образовывать так называемые
коацерваты с липидной оболочкой, из
которой затем могли образоваться
примитивные клетки. Существенный
недостаток этой гипотезы — она не
опирается на совр. молекулярную биологию.
Это вполне объяснимо, поскольку механизм
передачи наследственных признаков и
роль ДНК стали известны сравнительно
недавно.

Английский
ученый Холдейн в 1929 г. опубликовал свою
гипотезу, согласно которой, живое также
появилось на Земле в результате химических
процессов в богатой диоксидом углерода
атмосфере Земли, и первые живые существа
были, возможно, «огромными молекулами.

В
последнее время разрабатывается идея
возникновения жизни на основе РНК, т.е.
первыми организмами могли быть РНК,
которые, как показывают опыты, могут
эволюционировать даже в пробирке.
Условия для эволюции таких организмов
наблюдаются при кристаллизации глины.
Эти предположения основаны, в частности,
на том, что при кристаллизации глин
каждый новый слой кристаллов выстраивается
в соответствии с особенностями
предыдущего, как бы получая от него
информацию о строении. Это напоминает
механизм репликации РНК и ДНК. Таким
образом, получается, что химич. эволюция
началась с неорганич. соединений, и
первые биополимеры могли быть результатом
реакций малых молекул алюмосиликатов
глины

26)
Вплоть до 1980-х гг. имело место четко
выраженное противостояние гипотез
«голобиоза» и «генобиоза».
Заметим, что обе эти гипотезы имели
весьма ранние истоки, но были известны
под другими терминами. Так, сторонником
первичности белка, содержащегося в
первичной цитоплазме-«голом
плассоне»-был Э. Теккель (1909 г.). А вот
известный австрийский цитолог А. Минчин
(1915 г.) отстаивал идею первичности
хроматина, т. е. ядерной субстанции с
функциями генетической системы. Полемика
между ними была известна как спор между
«цитоплазматистами» и
«хроматистами».
Противостояние
двух концепций обрело более четкую
форму после опубликования трудов А. И.
Опарина и английского биохимика Дж.
Холдейна (1929; 1954).
О
воззрениях Опарина мы уже говорили: он
был сторонником первичности обмена
веществ, протекающего в коацерватной
системе, а появление в ней нуклеиновых
кислот считал завершением эволюции в
итоге «конкуренции» протобионтов
(1960; 1977). А вот Холдейн придерживался
противоположной точки зрения. Согласно
его взглядам, впервые изложенным в 1929
г., первичной была не структура, способная
к обмену веществ с окружающей средой,
а макромолекулярная система, подобная
гену и способная к саморепродукции, а
потому названная им «голым геном».
Иными словами, Холдейн был сторонником
гипотезы «генобиоза». Таким образом,
достаточно четко обозначились два
направления в истолковании характера
доклеточного предка, которые мы и
рассмотрим ниже.
Типотеза
«голобиоза»
Противостояние
двух гипотез обрело форму дискуссии
при обсуждении вопроса: что «старше»-«голый
ген» или «белковый протобионт»,
или в иной терминологии,-генетическая
репродукция или метаболизм. В новых
категориях дискуссия эта стала известной
(в 1980-е гг.) как противостояние двух
концепций, трактующих характер
доклеточного предка-информационной
(генетической) и субстратной
(обменно-метаболической).
Наиболее
показательным для концепции «белкового
протобионта», или субстратной концепции
было моделирование доклеточного предка
в понятиях идей стереоспецифического
автокатализа. Один из вариантов такого
моделирования был представлен английским
биохимиком П. Деккером (1970-е гг.). Согласно
его взглядам, структурную основу такого
предка, обозначенного им термином
«биоид», составляли «жизнеподобные»
не равновесные дисеипативные (от лат.
dissipate-рассеивать) структуры, т. е. открытые
микросистемы с мощным ферментативным
аппаратом, катализирующим «метаболизм»
биоида. А это означает, что он подвержен
дарвиновской эволюции благодаря
переходам (мутациям) из одной стадии
(«вида») к другой, более устойчивой,
приобретающей все новые биты (от лат.
bit- кусочек, частица) информации.

В 20-е годы XX века
гипотеза возникновения жизни на основе
химической эволюции была детально
разработана российским академиком
Александром Ивановичем
Опариным (1894–(18940302)1980)
и, независимо от него, английским
ученым-естество­испытателем Джоном
Холдейном (1892–1964).

По
мнению А. И. Опарина, жизнь возникла
в воде (в «бульоне») первичного
мирового океана, где из неорганических
веществ формировались прямые
предшественники протоклеток – коацерваты.

4 млрд лет назад
атмосфера земли состояла из аммиака
(NH3), метана (CH4),
углекислого газа (CO2) и паров
воды (H2O). По современным данным
аммиак и метан, возможно, отсутствовали,
но не исключается наличие водорода
(Н2), хлора (Cl2), азота
(N2), сероводорода (H2S).

Газы вырывались
из остывающего центра земного «облака».
Кислород не доходил до атмосферы, окисляя
по пути различные вещества. Когда
температура поверхности упала ниже 100
градусов, начался период горячих дождей,
сформировался мировой океан, многочисленные
моря и мелкие водоемы.

Этапы биохимической
эволюции по Опарину:

1-й этап —
синтез органических веществ.

В горячей воде
хорошо растворялись атмосферные газы,
а также минеральные соли и другие
вещества, приносимые горячими источниками
и вулканами. Атмосфера и поверхность
земли подвергались действию космического
излучения, включавшего ультрафиолетовый
свет от солнца, радиоактивные частицы,
гамма-излучение. Были частые и сильные
грозы, дававшие мощное электромагнитное
излучение.

Путем присоединения
к этим веществам азота в форме аминогрупп
(-NH2) легко могли формироваться
аминокислоты: NH2-CH®-COOH, где R-
изменчивый радикал, а группы -NH2
и -СООН представляют боковые «ручки»
для полимеризации аминокислот в белок.
Аналогично можно вывести из простых
органических предшественников мочевину,
глицерин, липиды, углеводы, азотистые
основания и, далее, через полимеризацию
нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК.

Предсказание
академика А. И. Опарина оправдалось.
Американский биолог Жак Леб
еще в 1912 г. первым получил из смеси
газов под действием электрического
разряда простейший компонент белков –
аминокислоту глицин. Возможно, кроме
глицина, он получил и другие аминокислоты,
но в то время еще не было методов,
позволяющих определить их малые
количества.

Открытие Ж. Леба
прошло незамеченным, поэтому первый
абиогенный синтез органических веществ
(т.е. идущий без участия живых
организмов) из случайной смеси газов
совершили в 1953 г. американские ученые
Гарольд Юри и Стенли Миллер.

С. Миллер и Г. Юри
получили под действием электрических
разрядов напряжением до 60 000 В, имитирующих
молнию, из водорода, метана, аммиака и
паров воды под давлением в несколько
Паскалей при t = 80 °С сложную смесь из
многих десятков органических веществ.
Среди них преобладали органические
кислоты – муравьиная, уксусная и
яблочная, их альдегиды, а также аминокислоты
(в том числе глицин и аланин).

Установка,
на которой Миллер и Юри

получили
аминокислоты и другие органические
вещества

Опыты С. Миллера
и Г. Юри были многократно проверены на
смесях разных газов и при разных
источниках энергии (солнечный свет,
ультрафиолетовое и радиоактивное
излучение и просто тепло). Органические
вещества возникали во всех случаях.

Позднее американец
С. Фокс при нагревании смеси
аминокислот синтезировал и сам белок
— в виде простейшего полипептида. Были
получены также и нуклеотиды — предшественники
ДНК и РНК.

2-й этап —
концентрирование органических
веществ в коацерватных каплях.

В присутствии
электролитов (растворенных солей)
органические вещества отделяются от
общего раствора в виде геля — более
концентрированного раствора с
гидрофобными, водородными и другими
дополнительными связями между молекулами
и образуют многомолекулярные комплексы
— коацерваты.

Искусственные
коацерваты могли поглощать из окружающего
раствора различные вещества, имитируя
питание и рост. Эти вещества
преобразовывались в результате химических
реакций, а продукты выделялись во внешнюю
среду. Таким образом, происходил
примитивный обмен веществ. При
достижении определенных размеров
материнские коацерватные капли
распадались (делились) на
дочерние, которые в свою очередь
продолжали расти.

Опарин даже
считал, что между коацерватами шла
борьба за существование, и
«выживали» более устойчивые, приспособленные
к данной среде.

Но даже сложные
коацерваты, если они действительно
формировались в первобытных

морях,
еще не представляли живые системы; это
могла быть лишь стадия преджизни.

3-й этап —
возникновение механизма
генетического кодирования и
воспроизведения жизни и
формирование пробиотов

Классическая
версия предполагает возникновение и
включение в коацерваты нуклеиновых
кислот и белков-ферментов.

Некоторые ученые
считают, что первой возникла РНК, а уже
потом появилась способность к синтезу
белков с матрицы РНК и еще позже — с ДНК.

С появлением в
среде липидов возникли мембраны (как
образуются тончайшие масляные пленки
на поверхности воды) и появилась
возможность более надежной изоляции
коацерватных капель. Это надмолекулярное
образование уже можно было бы назвать
простейшей клеткой.

Современная
наука уже располагает знаниями,
достаточными, чтобы утверждать: жизнь
возникла на первобытной Земле вполне
естественным путем как процесс
самоорганизации, на основе преобразования
неорганических субстратов в органические
макромолекулярные комплексы и, далее,
в протоклетки.

Согласно современным
данным, можно выделить три стадии
формирования жизни на Земле:
химическая эволюция, химико-биологическая
эволюция и биологическая эволюция.

Теория креационизма (лат. creatio — творение)

С самого раннего момента своего появления человечество наделяло природу особыми свойствами: существовал тотемизм — поклонение
какому-либо животному или растению как своему мифическому защитнику. С течением времени появились монотеистические религии,
в которых утверждалось, что настоящий мир создан творцом в результате акта сверхъестественного творения.

За всю историю существования человечества сторонниками этой теории не было приведено ни одного подтверждающего доказательства.
Справедливо отметить, что и опровергнуть эту теорию невозможно. Основополагающим моментом здесь являются не факты, а вера.

Теория стационарного состояния

Согласно данной теории, жизнь никто и ничто не создал(о) — жизнь, как и Вселенная, существует вечно, не имея точки начала и
конца. Отдельные тела в этой системе — галактики, звезды, небесные тела и живые организмы — рождаются и умирают.

Теория панспермии (греч. pan — всё и sperma — семя)

После формирования и остывания нашей планеты на ее поверхности сложились условия благоприятные для развития жизни.
Теория панспермии гласит о том, что жизнь на нашу планету была занесена извне, из космоса с падением метеороида или астероида.
На Землю попали зачатки живого — споры бактерий, вирусы.

Теория самозарождения

Сторонники этой теории считали (или считают, если такие еще остались)), что жизнь способна самозарождаться из неживого. Еще
Аристотель считал, что личинки, из которых появляются мухи, самозарождаются в гниющем мясе. Эти представления были довольно
долго распространены и популярны.

Особое внимание обратим на витализм (лат. vitalis — жизненный) — учение о существовании нематериальной сверхъестественной
жизненной силы, управляющей жизненными явлениями. Витализм и теория самозарождения тесно взаимосвязаны.

Особенно активно эти идеи обсуждались в конце XVI века, когда апогея достигла легенда о гомункулусе. Свой рецепт «приготовления»
гомункулуса Парацельс описывает так: «Возьмите сперму и заставьте ее гнить 7 суток в запечатанной тыкве, а затем в течение 40
недель в лошадином желудке, ежедневно добавляя кровь. В результате произойдет живой ребенок, как дитя, родившееся от женщины».

Кажется что-то таинственное и магическое скрыто за этими древними строками, однако это всего лишь остроумная шутка, на которую
попались многие, даже из числа наших современников. Первым аргументированно попытался опровергнуть теорию самозарождения
жизни Франческо Реди в 1668 году.

Опыт Франческо Реди состоял в доказательстве того факта, что в плотно закрытых банках, куда не могут попасть мухи, не развиваются и
черви — их личинки. В таких банках мясо гниет, но не «производит» червей. Ранее Уильям Гарвей, английский медик, постулировал: «Все
живое происходит из яйца».

Казалось бы, теория самозарождения опровергнута — точка. Но хитрые виталисты обвинили Франческо Реди в том, что закрыв
банки тканью, он предотвратил доступ в них жизненной силе, и, естественно, жизнь в них не зародилась. Так что теория
самозарождения пошатнулась, не более, но выстояла этот удар.

Лишь спустя почти 200 лет — в 1862 году — Луи Пастер нанес сокрушительный удар по виталистам, окончательно развенчав теорию
самозарождения. Пастер кипятил в S-образной колбе молоко, в котором находились микроорганизмы. После кипячения
колбы оставляли на открытом воздухе. За счет S-образной колбы бактерии оседали на стенках, не достигали молока: процессы брожения и гниения не начинались.

Это был сокрушительный удар по виталистам! Они не могли обвинить Пастера, как Франческо Реди, в том, что жизненная сила
не проникает в колбу, так как просвет S-образной колбы сообщался с внешней средой. Таким образом, Луи Пастер доказал, что
зарождение микроорганизмов в гниющих бульонах не является самозарождением жизни, а возникает только при непосредственном
сообщении бульона с воздухом.

В честь Луи Пастера процесс тепловой обработки пищевых продуктов называется пастеризацией. Она представляет собой нагревание
жидких продуктов до 60-70 °C в течение 60 минут, в результате чего болезнетворные микроорганизмы погибают. Это позволяет сохранить продукты свежими на долгое время.

Гипотеза А. Опарина абиогенного происхождения жизни

Одним из первых в 1924 году научно пытался обосновать появление жизни на земле советский ученый Опарин, а через 5 лет в — 1929
году — Дж. Холдейн. Согласно теории Опарина, жизнь
представляет собой закономерный этап эволюции химических соединений — молекулярных преобразований, их полимеризации,
возникновение более сложных по строению веществ. Процессы возникновения жизни по Опарину делятся на 3 этапа:

В результате таких преобразований из первичного бульона возникли первые прокариотические клетки.

Теорию Опарина и Холдейна подверглась проверке на практике. Первые эксперименты провел С. Миллер, пытавшийся синтезировать
органические вещества из неорганических. Миллер использовал колбу, в которой непрерывно циркулировали метан, аммиак, водород
и угарный газ (CO) — когда-то составлявшие атмосферу Земли (кислород в ее составе отсутствовал).

По итогам эксперимента в системе появились аминокислоты, сахара, жиры и даже предшественники нуклеиновых кислот.

С точки зрения вероятности возникновение жизни весьма маловероятно, однако учитывая очень долгое время (1 млрд. лет от
появления Земли) вероятность такого события значительно возрастает.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Происхождение жизни на Земле согласно теории Опарина-Холдейна

До сих пор нет однозначного ответа на вопрос о возникновении жизни на нашей планете. Одним из первых ученых, отважившимся ответить на него, был советский биолог А. И. Опарин. Апогей его деятельности пришелся на 50-70 годы ХХ века, однако еще в 1924 г. вышла в свет его книга «Происхождение жизни», в которой ученый изложил главные идеи своей гипотезы.

Опарин считал, что живые организмы на планете зародилась вследствие долговременного эволюционного процесса формирования живой материи из неживой. Простые органические соединения сформировались из неорганических под воздействием факторов окружающей среды и сложных биохимических процессов. Близкие предположения высказал в 1929 г. британский биолог Дж. Холдейн.

Таким образом, в основе теории лежит концепция абиогенеза.

Абиогенез — естественный процесс возникновения жизни из неорганической среды.

Теория Опарина-Холдейна завоевала большую популярность и в рамках школьного курса биологии является основополагающей в контексте объяснения появления жизни на Земле. Но в свете последних научных открытий она вызывает много вопросов и выглядит несколько устарелой.

Этапы биохимической эволюции Опарина-Холдейна

Ступень развития планеты, которым правила биохимия, состоял из следующих важных этапов:

Теория А. И. Опарина содержала следующее заключение. Матричный синтез ведет к воспроизведению себе подобных клеток. На основе него появлялись молекулы белка и образовывали коллоидные структуры. Те, в свою очередь, превращались в коацерватные капли, присоединяющие к себе различные соединения, например, составляющие воды. В дальнейшем вновь образованные вещества приобретали характерные свойства, вступали в различные химические реакции, в результате которых часть вновь образованных веществ выделялись наружу. Однако это еще не были живые организмы.

Капли-коацерваты росли, увеличиваясь в размерах. В них происходил обмен веществ, и со временем они научились делиться. Впоследствии эти капли получили название первичных клеток или протобионтов. Ученые предположили, что они историческое начало веществ, подобных ферментов (коферменты).

Воссоздание процессов эволюции в лаборатории

В 1953 г. американские исследователи С. Миллер и Г. Юри решили экспериментально показать процесс появления органики из химических веществ. В соединенных колбах были смоделированы предположительные условия возникновения жизни на планете.

Колбы были заполнены смесью газов, подобной по составу с древней атмосферой, которая поддавалась воздействию (нагреванию, электрическим разрядам). На протяжении недели в колбе были замечены аминокислоты и другие органические соединения.

Другие ученые неоднократно осуществляли подобные эксперименты и получали аминокислоты, но в лабораторных условиях никогда не были синтезированы нуклеиновые кислоты, липиды, протеины и полисахариды.

Однако Миллер и Юри проводили свой опыт в середине ХХ века и основывались на тогдашних представлениях о возможном составе древней атмосферы Земли. Современные ученые посредством экспериментов и компьютерного моделирования изменили эти представления.

Главными компонентами атмосферы были углекислый газ и азот, причем огромная концентрация первого создавала значительный парниковый эффект, сильно прогревавший океан. При воссоздании условий такой атмосферы в аппарате Миллера органические соединения не образуются.

Опровержение биохимической эволюции

Одно из современных опровержений сводится к сомнению в присутствии аммиака в древней атмосфере вокруг Земли. Кроме того, для многих ученых так и остался неуточненным вопрос: в ходе таких процессов появились раньше белки или нуклеиновые кислоты? Опарин считал, что первыми были белки. Сторонники гипотезы генетических механизмов утверждали, что это были нуклеиновые кислоты. Тем более согласно результатам лабораторных исследований Г. Миллера в 1929 году репликация этих веществ могла происходить без участия ферментов. Группа такой оппозиции утверждала, что рибосомы, состоящие из одной РНК, могли впоследствии «научиться» синтезировать белок.

Жизнеспособность такого пути эволюции впоследствии была подтверждена экспериментально. В пользу генетической теории свидетельствовал тот факт, что РНК без участия ферментов могла реплицироваться, претерпевать обратную транскрипцию и синтезировать ДНК.

Одновременно с этим высказывается предположение, что первая клетка образовалась в результате определенных химических процессов глубоко в океане. Следовательно, сегодня единого мнения ученых не существует.

Происхождение жизни на Земле рассматривается отдельными авторами в результате не только абиогенеза, но и биогенеза. Он состоит в том, что жизнь на Земле, как и сама Земля, никогда не возникали. Они существуют вечно. Другими словами, живое произошло от живого. Одни живые существа сменяют другие, вымирают либо, напротив, размножаются, но постоянно присутствуют на земле. Цепочка жизни бесконечна, потому в поисках появления первой клетки нет смысла.

Существует и креационистическая теория, утверждающая, что многообразие форм живого мира обусловил Бог. Такой взгляд полностью отрицает эволюционные течения и был распространен среди ученых XIX века.

Развитие и доказательства

Теория Опарина-Холдейна вызвала оживленные дискуссии в ученом мире, претерпела много критики. В свете новых данных, полученных современной наукой, она претерпела значительные преобразования. К примеру, в 1979 г. британский биолог Р. Докинз в книге «Эгоистический ген» выразил догадку об образовании в «первичном бульоне» не коацерватов, а способных к самовоспроизведению молекул, которые наполнили океан. Ныне ученые дополнили и видоизменили теорию следующими утверждениями.

Новые модифицированные гипотезы:

Эксперименты по абиогенному синтезу органических веществ

В 1953 году аспирант Нобелевского лауреата Г. Юри Стэнли Миллер занялся экспериментом по абиогенезу. Его идея состояла в следующем: полуподвальное помещение лаборатории было «превращено в древнейшую землю». Под руководством Г. Юри аспирант сконструировал простой прибор, состоящий из колбы сферической формы и многочисленных трубочек. В них циркулировали образующиеся вещества, постепенно охлаждаясь и поступая в колбу.

Таким образом, в колбе присутствовали газы (водяной пар, водород, аммиак, метан), которые образовывали атмосферу Земли на этапе ее формирования. Как считали А. И. Опарин, Г. Юри и С. Миллер, именно так протекали процессы в древнейшие времена под действием солнечного излучения. Чтобы дать реакциям энергию, Миллер использовал колбу, нагреваемую на бунзеновской горелке. В дополнение в энергетической составляющей использовался прибор, состоящий из стеклянной трубки и двух электродов (подобие вспышек молний и электрического разряда).

Цикл был замкнутым, и после каждого из них материал охлаждался, возвращался в колбу, после чего повторялся вновь.

В результате этих экспериментов Миллер и Юри продемонстрировали, что за несколько миллионов лет под действием электрических разрядов из молний в атмосфере Земли могли синтезироваться молекулы органических веществ. Впоследствии, когда они с дождем попали в «первичный бульон», из них могло начаться образование первых живых микроорганизмов и их клеток.

Работали над экспериментальным подтверждением основы биохимической теории и другие ученые. Например, Д. Оро нагревал цианистый водород с водой и аммиаком, посредством чего получал аденин. Воздействовав на метан, аммиак и воду особыми излучениями, получал рибозу и дезоксирибозу.

С. Фокс успешно синтезировал белковообразные вещества — протеиноиды. Он нагревал смесь аминокислот, в результате чего получал полимеры нуклеотидов.

Синтезом веществ, аналогичных коацерватам, занимался сам А. И. Опарин и его ученики.