Возникновение и развитие жизни на Земле
Жизнь — это способ существования белковых тел (по Ф. Энгельсу). Жизнь, существующая на Земле, представляет собой открытую самовоспроизводящуюся систему, построенную из биополимеров (современное определение, предложенное М. В. Волькенштейном).
Существуют следующие гипотезы возникновения жизни на Земле.
- Метафизические — жизнь на Земле создана Творцом (Богом). Эти утверждения присутствуют в каждой религии мира.
- Панспермия (гипотеза вечности жизни) — рассеянные в мировом пространстве зародыши жизни (например, споры микроорганизмов) переносятся с одного небесного тела на другое с метеоритами или другими способами. Эта гипотеза была выдвинута в XIX в. немецким ученым Г. Рихтером. Однако она объясняет появление и развитие жизни на Земле, а не возникновение жизни вообще.
- Гипотезы самозарождения жизни — живые организмы самозарождаются из неживой материи. Эти гипотезы существовали до середины XVII в. В 1661 г. итальянец Ф. Реди провел следующий опыт: он поместил кусочки мяса в несколько сосудов, часть из них он закрыл марлей, а часть — нет. Через несколько дней в незакрытых сосудах появилось огромное число личинок мух, а в закрытых сосудах их не было. Реди сделал вывод, что личинки появились из яиц, отложенных мухами, и никакого самозарождения не было.
С открытием микроорганизмов эта гипотеза вновь обрела сторонников: в плотно закрытой колбе с питательным бульоном через некоторое время обнаруживаются микроорганизмы. В дальнейшем были проведены опыты, показывающие,
что при кипячении и последующей герметичной запайке колб с питательным раствором в них не появляются никакие живые существа. Но даже после этого данная гипотеза не исчезла полностью. Появилось течение «виталистов», которые утверждали, что существует некая «жизненная сила», которая проникает
в неживую материю и оживляет ее, а в закрытую колбу эта сила проникнуть не может.
Гипотезу о самозарождении окончательно опроверг Луи Пастер. Он прокипятил питательный раствор в колбе с S-образным горлышком, которое не запаивалось. Раствор в колбе долгое время оставался стерильным, хотя «жизненная сила» имела все возможности проникнуть внутрь.
- Научные гипотезы. Среди них рассматривается гипотеза А. И. Опарина. Он считал, что жизнь на Земле возникла абиогенным путем.
Этапы возникновения жизни на Земле (по А. И. Опарину)
- Абиогенный синтез органических веществ из неорганических. Во время этого этапа (несколько миллиардов лет назад) в атмосфере древней Земли существовали вода (в виде пара), оксиды углерода II и IV, метан, водород, азот, сероводород, аммиак (как результат реакции между водородом и азотом). Из земной коры выделялось большое количество тепла. На поверхность постоянно выпадали осадки, в результате чего образовывались неглубокие водоемы. Осадки сопровождались грозами. Атмосфера была слабо сформирована, поэтому сильнейшее влияние оказывало УФ-излучение. В таких условиях из неорганических веществ синтезировались сначала промежуточные соединения (цианистый водород, формальдегид, мочевина), а затем и простейшие органические: аминокислоты, карбоновые кислоты, сахара, жирные кислоты.
Позднее этот этап был экспериментально доказан. Так, С. Миллер получил некоторые аминокислоты, пропуская электрические разряды через смесь газов (метан, аммиак, водород и пары воды), составлявших атмосферу Земли в то время. Российские ученые А. Г. Пасынский и Т. Л. Павловская также получили аминокислоты при ультрафиолетовом облучении газовой смеси формальдегида и солей аммония. С. Фокс, помимо аминокислот, получил полипептиды и белковоподобные вещества.
- Образование коацерватов— самопроизвольно концентрирующегося раствора органических веществ в виде капель. Часть образовавшихся органических веществ разрушалась, часть вступала в реакции друг с другом: жирные кислоты
с глицерином образовывали липиды в виде пленок на поверхности водоемов; из аминокислот образовывались пептиды. Из растворов органических веществ формировались коацерваты или коацерватные капли. Коацерваты способны
адсорбировать различные вещества. - Возникновение молекул, способных к самовоспроизведению. Вероятно, первыми возникли молекулы РНК. Они возникли спонтанно, синтезируясь из нуклеотидов. Эти реакции могут протекать без участия ферментов. Пока непонятно, как древнейшие РНК стали кодировать аминокислотные последовательности. Возможно, в РНК участки, кодирующие аминокислоты, были разделены последовательностями, не кодирующими аминокислоты (по аналогии с интронами и экзонами). В дальнейшем на РНК возникли молекулы ДНК.
- Возникновение первичных гетеротрофных организмов. Образование организмов невозможно без формирования биологических мембран. Скорее всего, липидная пленка, лежащая на поверхности водоемов, адсорбировала белковые молекулы и становилась двухслойной. Под внешним воздействием (например, ветер) она могла изгибаться и от нее могли отрываться пузырьки. Пузырьки поднимались ветром в воздух, а когда падали в водоем, то покрывались вторым липидно-белковым слоем. Такая 4-слойная оболочка и явилась прообразом современной мембраны. В какие-то из них могли попасть белково-нуклеиновые системы. Системы, которые были способны к саморегуляции и самовоспроизведению, и были первыми живыми организмами планеты Земля — пробионтами.