Химические гипотезы возникновения жизни

Этапы	Геккель (1866)	Негели (1884)	Опарин (1924 - 1972)	Каплан (1963 -1972)	Эйген (1971)	Везе (1985)
I	Неорганические соединения
	ß	ß	ß	ß	ß	ß
II	Несложные органические соединения
	ß	ß	ß	ß	ß	ß
III	Плазма	Белковые молекулы	Органические полимеры	Пре-РНК с экзонами и интронами, пептиды
			ß	ß
IV	Монеры	Мицеллы Проби­онты	Коацер­ваты	Авторедуплициру­ющие сети (гипер­циклы)	Сплайсинг РНК и кодовые отношения РНК-пептиды
				ß
V	Простые клетки	Пробионты	Обратная транскриптаза - синтез ДНК
VI				Эобионты
VII	Клетки, содержащие ядро	Прокариоты	Проге­ноты	Эукариоты Эубактерии Архебактерии
VIII	Эукариоты
IХ	Многоклеточные организмы

Условные обозначения: ß - самозарождение или химическая эволюция;

- предбиологическая эволюция; - биологическая эволюция.

Интересна космическая (химическая) гипотеза Г.В.Войткевича, согласно которой образование органического вещества происходит в космическом пространстве, которое заносится на землю космической пылью. Частицы космической пыли состоят из ядра силикатного состава, окруженного оболочкой из органических веществ. Сначала вокруг ядра формируется ядерная оболочка. Под действием ультрафиолетового излучения растворенные в воде аммиак и метан превращаются в реакционноспособные радикалы, которые, взаимодействуя друг с другом в различных комбинациях, образуют многочисленные органические соединения. При разрушении этих пылинок химические соединения образуют молекулярные облака, рассеянные в космическом пространстве. Многочисленные органические вещества найдены в метеоритах (углеводороды, углеводы, азотные основания, аминокислоты и даже хлорофилл и т.д.). Не исключено, что в космических просторах могли образоваться нуклеотиды, и даже молекулы ДНК. Однако химическая эволюция на большинстве планет Солнечной системы как бы заморожена, и лишь на Земле оказались условия для её реализации. На первичной Земле был весь набор органических соединений, синтезированных в космосе.

Разогрев планеты был, вероятно, не настолько интенсивным, чтобы разрушилась вся органика космического происхождения. Её общая масса, по подсчетам данного автора, была на два порядка выше, чем общее количество соединений углерода в наше время. В этих условиях и появилось живое вещество, которое «концентрировалось» вокруг возникших абиогенно молекул ДНК. Биохимическая эволюция в дальнейшем привела к появлению и обособлению отдельных организмов.

Новейшие данные по химическому составу планет, Солнца, различных звезд, вещества межзвездного пространства даны в таблицах 2.2 и 2.3.

Таблица 2.2

Химический состав межзвездного пространства (Raymand, Talbot, 1980)

Элементы относительно водорода
Н 1,0	С 3,7х10^-4	Si 3,5х10^-5
Не 0,1	N 1,2х10^-4	S 1,6х10^-5
	О 6,8х10^-4	Fe 2,5х10^-5
		Mg 3,6х10^-5

В элементном составе космического вещества преобладают биофильные элементы: Н, О, С, N; в заметных количествах содержаться Si, S, Fe, Mg, Al, P, Ca, К. Возможно, именно эти биофильные элементы и соединения способствовали возникновению живого вещества на Земле. Особенно важно открытие постоянного присутствия в межзвездном пространстве различных молекул типа формальдегида, ацетальдегида и др., которые могли послужить основой для синтеза органических полимеров, нуклеиновых кислот, полисахаридов и дать начало жизни (Ковда, 1985).

Таблица 2.3

Обнаруженные межзвездные молекулы (Raymand, Talbot, 1980)

Н2	Н2О	NH3	HC3N	CH3OH	CH3C2H	НСООСН3	(СН3)2О
ОН	Н2S	H2CO	HCOON	CH3CN	CH3CHO		СН3СН2ОН
SiO	SO2	HNCO	CH2NH	NH2CHO	NH2CH3		СН3СН2СN
SiS	HCN	H2CS	H2CCO		CH2CHCN		НС7N
NS	HNC	C3N	NH2CN		HC5N
CH^+	OCS
CH	HCO^+
CN	HCO
CO	CCH
CS	N2H^+

Основоположник современного учения о биосфере, выдающийся русский геохимик В.И. Вернадский, предполагал, что возникновение жизни и биосферы на Земле является неизбежным следствием эволюции космоса, и в особенности присутствия простейших органических веществ во Вселенной (Вернадский, 1967). Неизвестно, являются ли эти молекулы продуктами абиотического синтеза или остатками погибших биосфер других планет, но присутствие органических соединений во Вселенной, по мнению В.И. Вернадского, является устойчивой и обязательной особенностью космоса.

В истории Земли малоизвестный стерильный период (2 - 2,5 млрд. лет) сопровождался неоднократным радиоактивным разогревом и самоплавлением планетной массы и оформлением современных структур Земли: ядра, представленного тяжелыми металлами, каменной силикатной оболочки - мантии, водной и газовой оболочек. Базальты и перекрывающие их граниты разных генераций являются как бы фундаментом земной коры, закрытой толщами последующих осадочных пород. Радиоактивный разогрев мантии, тектонические разрывы, вулканизм неоднократно вели к изменениям базальтовых лав, переплавлению осадочных пород, выходу на поверхность паров и масс воды, газов, растворов. В составе газов долгое время преобладал аммиак, углекислота, сероводород, метан. Обширные планетарные пространства оказались занятыми водами первичного океана. Остывание лав, движение водных и газовых масс, физико-химическое выветривание и растворение магматических пород под воздействием углекислоты, формирование осадочных пород, состоящих из известняков, кварцитов, кремневых отложений, сланцев, было первоначальным абиотическим периодом эволюции. В интересном обзоре развития жизни (Коржэ, 1974) упоминаются находки остатков бактерий, живших 2,7 - 3,1 млрд. лет назад. Но развитие и обильные формы жизни и массы живого вещества сложились значительно позже: 1,0 - 1,5 млрд. лет назад, в основном в Мировом океане.

Появление развитой жизни было началом формирования биосферы.

Обобщая вышеизложенное, можно отметить, что первый этап возникновения жизни рассматривается современной наукой как этап химической эволюции. В условиях высоких температур, повышенной вулканической деятельности, солнечного излучения из метана, аммиака и водорода образовались простые органические соединения. В первичном океаническом «бульоне» в результате взаимодействия циановодорода и альдегидов в присутствии аммиака были синтезированы аминокислоты, одновременно происходило образование простых сахаров (рибозы, дезоксирибозы). В водной среде образовались основные компоненты нуклеиновых кислот, предположительно две из основных четырех нуклеиновых кислот: аденин и гуанин. Эмпирическую формулу молекулы аденина С₅Н₅N₅ можно представить в виде пяти объединенных молекул циановодорода НСN.

Рибоза и дезоксирибоза в сочетании с основаниями нуклеиновых кислот (аденин, гуанин, цитозин, тимин) образовали нуклеозиды, которые, в свою очередь, в сочетании с фосфатами - нуклеотиды - простейшие составляющие нуклеиновых кислот.

Следующий этап - полимеризация «малых» молекул в более крупные, т.е. образование собственно нуклеиновых аминокислот и белков, сопровождающееся выделением воды - дегидратацией.

Все эти процессы, однако, предшествуют биологической эволюции, которая началась с образования клеток и одноклеточных организмов.

Дата добавления: 2014-12-08