Изменение представлений людей о происхождении жизни

О возникновении жизни на Земле существует большое количество гипотез и предположений. Креационисты утверждают, что самозарождение жизни на Земле не возможно. Современные сторонники божественного сотворения жизни утверждают, что вероятность возникновения жизни из случайного сцепления молекул ничтожно мала и равна по некоторым расчетам 10^-255, из чего, по словам американского ученого Кастлера, «вытекает фактическая невозможность появ­ления жизни»; «предположение о том, что живая структу­ра могла бы возникнуть в одном акте вследствие случайного соединения молекул, следует отвергнуть». По расчетам Ч. Викрамасингха, число комбинаций синтеза сверхсложных биомолекул при условии случайного соединения их частей чудовищно - 10¹⁰⁰⁰⁰ – больше количества атомов во Вселенной. Ученый пришел к заключению: «Скорее ураган, проносящися по свалке старых самолетов, соберет новый суперлайнер из кусков лома, чем в результате случайных процессов возникнет из своих компонентов жизнь». Другой американский биолог Бен Хобринк приводит та­кое сравнение: «Вероятность того, что клетка возникнет самопроизвольно по меньшей мере равна вероятности того, что какая-нибудь обезьяна 400 раз напечатает пол­ный текст Библии без единой ошибки!»

В Средневековье и эпоху Возрождения широкое распространение получили идеи о многократном самопроизвольном зарождении жизни, когда допускалась возможность самозарождения не только простых, но и довольно высокоорганизованных существ, даже млекопитающих (напр., мышей из тряпок). Известны попытки Парацельса разработать рецепты искусственного человека (гомункулуса). Версия о самозарождении была развенчана в середине XIX в. Л. Пастером, показавшим, что даже в открытой колбе с длиной S-образной горловиной прокипяченный бульон остается стерильным, потому что в колбу через такую горловину не могут проникнуть микробы.

Появление жизни на Земле пытались объяснить занесением ее из других космических миров: гипотезы космозоев (космических зачатков) немецкого врача Г. Рихтера (1865 г), панспермии шведского естествоиспытателя С. Аррениуса (1907 г.). Согласно этим гипотезам во Вселенной вечно существуют зародыши жизни, которые движутся в космическом пространстве под давлением световых лучей; попадая в сферу притяжения планеты, они оседают на ее поверхности и закладывают на ней начало живого. В.И. Вернадский также придерживался концепции об извечности жизни во Вселенной. Современные астрономические исследования показали, что в межзвездном космическом пространстве в небольшом количестве содержатся различные органические вещества: углеводороды, спирты (метанол, этанол), альдегиды (формальдегид, ацетальдегид), органические кислоты (муравьиная кислота), эфиры, аминокислоты (аденин) и другие соединения (около 40), в которых молекулы содержат до 18 атомов углерода, а самые тяжелые имеют массу до 123 атомных единиц. Ученые полагают, что элементарные химические процессы на начальных этапах могли происходить не только на Земле, но и в других частях Вселенной в различное время. Поэтому в настоящее время не исключается возможность занесения определенных предпосылочных факторов жизни на Землю из космоса.

С позиций абиотической концепции, сформулированной в общих чертах выдающимся русским ученым, академиком Александром Николаевичем Опариным (1897-1980) в книге «Происхождение жизни» (1924), жизнь возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, является результатом естественных процессов развития Вселенной. Еще в древности сложилось представление, о том, что живое может возникнуть из неживого, органическое из неорганического, биологическая материя из органической под влиянием естественных факторов*. В сложном процессе возникновения жизни на Земле выделяют несколько основных этапов.

Первый из них связан с образованием простейших органических соединений из неорганических. На начальных этапах своей истории Земля представляла собой раскаленную планету. Вследствие вращения при постепенном сниже­нии температуры атомы тяжелых элементов перемещались к центру, а в поверхностных слоях концентрировались атомы легких элемен­тов (водорода, углерода, кислорода, азота), из которых главным образом и состоят тела живых организмов. При дальнейшем охлаждении Земли появились химические соединения: вода, метан, углекислый газ, аммиак, циа­нистый водород, а также молекулярный водород, кислород, азот. Физические и химические свойства воды (высокий дипольный мо­мент, вязкость, теплоемкость и т. д.) и углерода (трудность образова­ния окислов, способность к восстановлению и образованию линей­ных соединений) определили то, что именно они оказались у колы­бели жизни.

На этих начальных этапах сложилась первичная атмосфера Земли, которая носила не окислительный, как сейчас, а восстанови­тельный характер. Кроме того, она была богата инертными газами (гелием, неоном, аргоном). Эта первичная атмосфера уже утрачена. Благодаря газовой функции растительности на ее месте образовалась вторичная атмосфера Земли, состоящая на 20% из кислорода – одного из наиболее химически активных газов.

Дальнейшее снижение температуры обусловило переход ряда га­зообразных соединений в жидкое и твердое состояние, а также обра­зование земной коры. Когда температура поверхности Земли опусти­лась ниже 100 °С произошло сгущение водяных паров. Длительные ливни с частыми грозами привели к образованию больших водоемов. В результате активной вулканической деятельности из внутренних слоев Земли на поверхность выносилось много раскаленной массы, в том числе карбидов – соединений металлов с углеродом. При взаи­модействии карбидов с водой выделялись углеводородные соедине­ния. Горячая дождевая вода как хороший растворитель имела в своем составе растворенные углеводороды, а также газы (аммиак, углекис­лый газ, цианистый водород), соли и другие соединения, которые могли вступать в химические реакции. С особым успехом, видимо, протекали процессы роста молекул при наличии группы –N=C=N–. У этой группы большие химические возможности к росту за счет как присоединения к атому углерода атома кислорода, так и реагирова­ния с азотистым основанием. Так постепенно на поверхности моло­дой планеты Земля накапливались простейшие органические соеди­нения. Причем накапливались в больших количествах. Подсчеты по­казывают, что только посредством вулканической деятельности на поверхности Земли могло образоваться около 10¹⁶ кг органических молекул. Это всего на 2 – 3 порядка меньше массы современной био­сферы!

Второй этап биогенеза характеризовался возникновением более сложных органических соединений, в частности белковых веществ в водах первичного океана. Благодаря высокой температуре, грозовым раз­рядам, усиленному ультрафиолетовому излучению относительно простые молекулы органических соединений при взаимодействии с другими веществами усложнялись и образовывались углеводы, жиры, аминокислоты, белки и нуклеиновые кислоты.

Возможность такого синтеза была доказана эмпирически. В 1953 – 1957 гг. химиками различных стран (США, СССР, Германии) в целом ряде экспериментов из смеси газов (аммиака, метана, водяного пара, водорода) при 70 – 80°С и давлении несколько атмосфер под воздействием электрических раз­рядов напряжением 60000 В и ультрафиолетовых лучей были синтезированы органические кислоты, в том числе аминокислоты (гли­цин, аланин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты), которые явля­ются материалом для образования белковой молекулы. Таким обра­зом, были смоделированы условия первичной атмосферы Земли, при которых могли образовываться аминокислоты, а при их полимериза­ции – и первичные белки.

По некоторым расчетам за 1 млрд. лет над каждым квадратным сантиметром земной поверхности образовалось несколько кило­граммов органических соединений. Если их все растворить в миро­вом океане, то концентрация раствора была бы приблизительно 1%. Это довольно концентрированный «органический бульон». В таком «бульоне» мог вполне успешно развиваться процесс образо­вания более сложных органических молекул. Таким образом, воды первичного океана постепенно насыщались разнообразными орга­ническими веществами, образуя «первичный бульон».

На третьем этапе происходило образование коацерватов в «первичном бульоне». В водах первичного океана концентрация органических веществ увеличивалась, происходило их смешивание, взаимодействие и объ­единение в мелкие обособленные структуры раствора. Такие структу­ры можно легко получить искусственно, смешивая растворы разных белков, например желатина и альбумина. Эти обособленные в раство­ре органические многомолекулярные структуры А.И. Опарин назвал коацерватными каплями или коацерватами. Коацерваты – мельчайшие коллоидальные частицы – капли, обладающие осмотическими свойствами. Коацерваты образу­ются в слабых растворах. Вследствие взаимодействия противополож­ных электрических зарядов происходит агрегация молекул. Мелкие сферические частицы возникают потому, что молекулы воды созда­ют вокруг образовавшегося агрегата поверхность раздела.

Исследования показали, что коацерваты имеют достаточно слож­ную организацию и обладают рядом свойств, которые сближают их с простейшими живыми системами. Например, они способны погло­щать из окружающей среды разные вещества, которые вступают во взаимодействие с соединениями самой капли, и увеличиваться в раз­мере. Эти процессы в какой-то мере напоминают первичную форму ассимиляции. Вместе с тем в коацерватах могут происходить процес­сы распада и выделения продуктов распада. Однако все это еще не дает основания для отнесения коацерватов к живым системам, потому что они лише­ны способности к самовоспроизведению и саморегуляции синтеза ор­ганических веществ. Но предпосылки возникновения живого в них уже содержались.

Четвертый этап – возникновение простейших форм живого. Жизнь возникла тогда, когда начал действовать механизм конвариантной редупликации. Именно поэтому заверше­ние процесса биогенеза связано с возникновением у более стойких коацерватов способности к самовоспроизведению составных частей, с переходом к матричному синтезу белка, характерному для живых организмов. В ходе предбиологического отбора наибольшие шансы на сохранение имели те коацерваты, у которых способность к обмену веществ сочеталась со способностью к самовоспроизведению.

Знание условий, которые способствовали возникновению жизни на Земле, позволяют понять, почему в наше время невозможно появ­ление живых существ из неорганических систем. В нашу эпоху отсутствуют условия для синтеза и усложнения органических веществ: простые соединения, которые могли бы где-то образоваться, сразу же были бы использованы гетеротрофами. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения. Тем не менее, слабым звеном концепции абиогенеза является отсутствие эмпирических доказательств получения живой клетки из неогранической материи даже в лабораторных условиях.

Дата добавления: 2014-01-07