| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
Існують дві головні гіпотези, по-різному пояснюють появу життя на Землі. Відповідно до гіпотези панспермії, життя занесене з космосу або у вигляді спор мікроорганізмів, або шляхом навмисного «заселення» планети розумними прибульцями з інших світів.
Прямих свідчень на користь космічного походження життя немає. Космос, однак, поряд з вулканами міг бути джерелом низькомолекулярних органічних сполук, розчин яких послужив середовищем для розвитку життя.
Сучасною наукою вік Землі оцінюється в 4,5 4,6 млрд років. Поява на планеті перший водойм, з якими пов'язують зародження життя, віддалений від теперішнього часу на 3,8-4 млрд років. Вважають, що близько 3,8 млрд років тому життя могла стати визначальним фактором планетарного кругообігу вуглецю. У породах поблизу містечка Фіг-Три (Південна Африка), що мають вік понад 3,5 млрд років, виявлені безперечні сліди життєдіяльності мікроорганізмів.
Таким чином, процес утворення примітивних живих істот йшов щодо швидко. Прискоренню процесу могло сприяти те, що найпростіші органічні речовини були з декількох джерел: абиогенно утворюються в первинній атмосфері і в той же час надходять з осідає на поверхню планети космічної та вулканічним пилом. Підраховано, що Земля, проходячи через пилові хмари протягом 1 млрд років, могла отримати з космічним пилом 10 млрд т органічного матеріалу. Це всього в 300 разів менше сумарної біомаси сучасних наземних організмів (3 - 1012 т). Вулкан за одне виверження викидає до 1000 т органічних речовин.
Згідно з другою гіпотезою, життя виникло на Землі, коли склалася сприятлива сукупність фізичних і хімічних умов, які зробили можливим абиогенное утворення органічних речовин з неорганічних.
В середині минулого століття Л. Пастер остаточно довів неможливість самозародження життя в теперішніх умовах. У 1920-х рр. біохіміки А. І. Опарін і Дж. Холдейн припустили, що в умовах, що мали місце на планеті кілька мільярдів років тому, освіту живого речовини було можливо. До таких умов вони відносили наявність атмосфери відновного типу, води, джерел енергії (у вигляді ультрафіолетового (УФ) і космічного випромінювання, теплоти остигає земної кори, вулканічної діяльності, атмосферних електричних явищ, радіоактивного розпаду), прийнятної температури, а також відсутність інших живих істот .
Головні етапи на шляху виникнення і розвитку життя, мабуть, складаються в: 1) освіту атмосфери з газів, які могли б служити «сировиною» для синтезу простих органічних речовин, і парів води; 2) абіогенне освіті простих органічних речовин, в тому числі мономерів біологічних полімерів - амінокислот, цукрів, азотистих основ, АТФ та інших мононуклеотидів; 3) полімеризаціїмономерів в біологічні полімери, перш за все білки (поліпептиди) і нуклеїнові кислоти (полінуклеотіди); 4) освіту передбіологічних форм складного хімічного складу - протобионтов, що мають деякі властивості живих істот; 5) виникненні найпростіших живих форм, що мають всю сукупність головних властивостей життя, - примітивних клітин; 6) біологічної еволюції виникли живих істот.
Можливість абіогенного утворення органічних речовин, включаючи мономери біологічних полімерів, в умовах, що були на Землі близько 4 млрд років тому, доведено дослідами хіміків. У лабораторних умовах при пропущенні електричних розрядів через різні газові суміші, нагадують примітивну атмосферу планети, а також при використанні інших джерел енергії вчені отримували серед продуктів реакцій амінокислоти (аланін, гліцин, аспарагінову кислоту), бурштинову, оцтову, молочну кислоти, сечовину, азотисті основи (аденін, гуанін), АДФ і АТФ. Низькомолекулярні органічні сполуки накопичувалися в водах первинного океану у вигляді первинного бульйону або ж адсорбувати на поверхні глинистих відкладень. Останнє підвищувало концентрацію цих речовин, створюючи тим самим кращі умови для полімеризації.
Вчені припускають, що освіта поліпептидів і полінуклеотидів могло відбуватися в плівці з низькомолекулярних органічних сполук в безводному середовищі, наприклад на схилах вулканічних конусів, покритих остигає лавою. Це припущення знаходить підтвердження в дослідах. Витримування протягом певного часу при 130 ° С сухої суміші амінокислот в судинах з шматків лави призводило до утворення поліпептидів.
Утворені описаним чином біополімери змивалися зливовими потоками в первинний бульйон, що захищало їх від руйнівної дії УФ-випромінювання, яке в той час через відсутність в атмосфері планети озонового шару було дуже жорстким.
У міру підвищення концентрації поліпептидів, полинуклеотидов та інших органічних сполук в первинному бульйоні склалися умови для наступного етапу - мимовільного виникнення передбіологічних форм складного хімічного складу, або протобионтов. Імовірно вони могли бути представлені коа- церватамі (А. І. Опарін) або микросферами (С. Фокс). Це колоїдні краплі з ущільненим поверхневим шаром, що імітує мембрану, вміст яких складали один або кілька видів біополімерів. Можливість утворення в колоїдних розчинах структур типу коацерватов або мікросфер доведено досвідченим шляхом.
При певних умовах Коацервати виявляють деякі загальні властивості живих форм. Вони здатні до певної міри вибірково поглинати речовини з навколишнього розчину. Частина продуктів хімічних реакцій, що проходять в коацерватах за участю поглинаються речовин, виділяється ними назад в середу. Відбувається процес, що нагадує обмін речовин. Накопичуючи речовини, коацервати збільшують свій обсяг (зростання). Після досягнення певних розмірів вони розпадаються на частини, зберігаючи при цьому деякі риси вихідної хімічної організації (розмноження). Оскільки стійкість коацерватов різного хімічного складу різна, серед них відбувається відбір.
Протобіонти представляються як відокремлені від навколишнього середовища, відкриті макромолекулярні системи, що виникали в первинному бульйоні і здатні до примітивних форм зростання, розмноження, обміну речовин і предбиологічного хімічному відбору.
Предбиологічного еволюція протобионтов здійснювалася в трьох головних напрямках. Велике значення мало вдосконалення каталітичної функції білків. Один із шляхів, що дають необхідний результат, полягає, мабуть, в освіті комплексів металів з органічними молекулами. Так, включення заліза в порфириновой кільце гемоглобіну збільшує його каталітичну активність в порівнянні з активністю самого заліза в розчині в 1000 раз. Розвивалося таке властивість біологічного каталізу, як специфічність. По-друге, виняткова роль в еволюції протобионтов належить придбання полинуклеотидами здатності до самовідтворення, що зробило можливим передачу інформації від покоління до покоління, т. е. збереження її в часі. В основі цієї здатності лежить матричний синтез. Механізм матричного синтезу був використаний також для перенесення інформації з полинуклеотидов на поліпептиди. Третє головне напрям еволюції протобионтов складалося в виникненні мембран. Відмежування від навколишнього середовища мембраною з виборчою проникністю перетворює протобионтов в стійкий набір макромолекул, стабілізує важливі параметри обміну речовин на основі специфічного каталізу.
Поділ функцій зберігання і просторово-часової передачі інформації, з одного боку, і використання її для організації специфічних структур і обміну речовин - з іншого; поява молекулярного механізму матричного синтезу біополімерів; освоєння ефективних систем енергозабезпечення життєдіяльності (АТФ); освіту типовою біологічної мембрани - все це призвело до виникнення живих істот, які спочатку були представлені примітивними клітинами.
З моменту появи клітин хімічний відбір поступився місцем біологічному відбору. Подальший розвиток життя йшло згідно із законами біологічної еволюції. переломними моментами на цьому шляху були виникнення клітин еукаріотичного типу, багатоклітинних організмів, людини.
Поряд з розглянутими вище, пропонувалися і інші гіпотези походження життя (див. Розд. 3.6.4.1), які тут в деталях не розглядаються.