02. Современная теория возникновения жизни на Земле

Исследователи, пытающиеся понять тайны возникновения жизни на Земле, до сих пор спорят, что послужило импульсом к образованию первых живых организмов: молнии, действие приливов и отливов, осадки или что-либо другое. Недавнее открытие ученых-химиков склонило чашу весов в пользу еще одной версии. Исследователи Технологического института Джорджии обнаружили, что несколько РНК-подобных молекул могут спонтанно собираться в длинные геномные цепи в обыкновенной воде. И все же тайна возникновения жизни еще ищет своего первооткрывателя. Как знать, может быть, знания, полученные на этом уроке, приблизят именно вас к ее разгадке...

В 1924 году советский биохимик Александр Иванович Опарин (см. Рис. 1) выпустил книгу под названием «Происхождение жизни». Эта книга в буквальном смысле всколыхнула научный мир того времени. Согласно гипотезе Опарина, жизнь зародилась в результате ряда химических превращений, которые протекали на протяжении длительного времени в специфических условиях молодой планеты.

Согласно современным научным данным, Земля образовалась 6 млрд лет тому назад из газопылевого облака, состоящего из скоплений газа и замерших пылевых частиц, образованных разными химическими элементами (см. Рис. 2, 3). Постепенно это облако уплощалось и разогревалось, в нем сформировались Солнце и первичные планеты. Затем при остывании небесных тел определялись их структуры. Так у Земли появились ядро, мантия, кора и первичная атмосфера.

В первичной атмосфере присутствовали водород, водяной пар, а также углекислый газ, метан и аммиак. Благодаря конденсации водяных паров сформировались воды первичного Мирового океана.

По мнению Опарина, с помощью энергии ультрафиолета, а также электрической энергии разрядов молнии в бескислородных условиях молодой Земли мог начаться синтез органических веществ из неорганических, то есть химическая эволюция.

В 1953 году американские ученые Стенли Миллер и Гарольд Юри (см. Рис. 4) сконструировали установку, в которой они достаточно точно воспроизвели условия древней Земли, ее атмосферы и Мирового океана.

В специальной колбе через смесь газов метана, аммиака, водорода и паров воды при температуре 80°С пропускали электрический разряд, имитирующий разряд молнии. Через неделю в конденсате, образовавшемся в результате охлаждения содержимого колбы, были обнаружены простые органические соединения: молочная кислота, мочевина и некоторые аминокислоты. Так было получено экспериментальное подтверждение гипотезы Опарина (см. Рис. 5).

Согласно этой гипотезе, первым шагом на пути химической эволюции стал абиогенный синтез органических веществ из неорганических. Второй шаг – образование сложных органических веществ из более простых – по мнению Опарина, мог происходить путем коацервации, то есть самопроизвольного разделения белкового раствора на отдельные капли. Примерно так, как это происходит в бульоне, когда выделяются отдельные капельки жира (Источник).

Были и другие точки зрения. Например, британский ученый Джон Холдейн (см. Рис. 6) предполагал, что образование сложных органических веществ из более простых может происходить путем кристаллизации белковых молекул на каком-то минеральном субстрате.

Были и другие гипотезы, но все они сходились в главном, предлагая лишь различия в путях, которыми первичные живые организмы могли образоваться на нашей планете.

Третьим шагом на пути химической эволюции было образование биополимеров мембранных структур. Возможно, это происходило следующим образом: органические соединения, которые синтезировались абиогенным путем, растворялись в водах Мирового океана, образуя так называемый «органический бульон», в то время как нерастворимые белки и углеводы образовывали на поверхности Мирового океана своеобразную пленку. Воды Мирового океана находятся в постоянном движении. А значит, возможно, в результате постоянного перемещения этих пленок образовывались складки и пузырьки. Благодаря порывам ветра такие пузырьки могли отрываться от поверхности и слегка подниматься вверх. А затем, снова падая на поверхность Мирового океана, они покрывались уже вторым слоем мембраны. Возможно, именно так образовались первые мембранные организмы. В течение миллионов лет, мембраны усовершенствовались, что привело в конечном итоге к возникновению предшественников живых организмов, так называемых протобионтов. Протобионты, по мнению Опарина, отличались от настоящих клеточных организмов тем, что в них еще не происходили сложные процессы обмена веществ и передачи генетической информации (см. Рис. 7).

Этапы развития жизни на Земле согласно гипотезе Опарина-Холдейна

Переход от протобионотов к настоящим клеточным организмам, случившийся около 3,5 млрд лет назад, ознаменовал начало биологической эволюции (Источник).

Список литературы

1. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. – М.: Дрофа, 2009.

2. Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию. Учебник для 9 кл. 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002.

3. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 кл. общеобразовательных учреждений / Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. – 2-е изд., перераб. – М.: Вентана-Граф, 2005.

Домашнее задание

1. Какие органические вещества необходимы для формирования протобионтов?

2. Что изучает и на какие вопросы отвечает палеонтология?

3. Могла ли возникнуть жизнь на других планетах?

4. Что доказывают опыты С. Миллера и Г. Юри?