СУЧАСНІ УЯВЛЕННЯ ПРО ПОХОДЖЕННЯ ЖИТТЯ

Виникнення і еволюція біологічних систем - вихідна тема біології. Навколо неї концентруються всі інші частнонаучние проблеми і питання, а також будуються філософські узагальнення і висновки.

Відповідно до двома основними світоглядними позиціями - матеріалістичної та ідеалістичної - ще в стародавній філософії склалися протилежні концепції походження життя: креаціонізм і матеріалістична теорія походження органічної природи з неорганічної. Прихильники креаціонізму стверджують, що життя виникло в результаті акту божественного творіння, свідченням чого є наявність в живих організмах особливої сили, яка управляє всіма біологічними процесами. Прихильники концепції походження життя з неживої природистверджують, що органічна природа виникла завдяки дії природних законів. 11озже ця позиція була конкретизована в ідеї самозародження життя. Концепція самозародження, незважаючи на помилковість, зіграла позитивну роль, досліди, покликані підтвердити її, надали багатий емпіричний матеріал для розвивається біологічної науки. Остаточна відмова від ідеї самозародження стався тільки в XIX в.

У XIX ст. була також висунута гіпотеза вічного існування життя і її космічного походження на Землі. У 1865 р німецький лікар Г. Ріхтер висловив припущення, що життя існує в космосі і переноситься з однієї планети на іншу. У 1907 р шведський вчений С. Арреніус висунув схожу гіпотезу, згідно з якою зародки життя вічно існують у Всесвіті, рухаються в космічному просторі під впливом світлових променів і, осідаючи на поверхні планети, дають початок життя. Ця гіпотеза отримала назву панспермії. На початку XX ст. ідею космічного походження біологічних систем на Землі і вічності існування життя в космосі розвивав російський вчений В.І. Вернадський.

У сучасній науці прийнята гіпотеза абіогенного (небіологічного) походження життя під дією природних причин в результаті тривалого процесу космічної, геологічної і хімічної еволюції - абіогенез. Абіогенний концепція не виключає можливості існування життя в космосі і її космічного походження на Землі. Зрозуміло, що відтворити процеси, що відбувалися в момент зародження життя, неможливо, тому будь-які висновки з цього питання і будь-які інтерпретації цієї теми засновані на методі моделювання (1.5).

Перший етап виникнення живого пов'язаний з хімічною еволюцією. Після виникнення Земля являла собою розпечений куля. Поступове охолодження планети сприяло тому, що важкі хімічні елементи переміщалися до її центру, а легкі поступово накопичувалися на поверхні. Легкі елементи - кисень, вуглець, азот і водень - стали взаємодіяти один з одним, і в ході подальшої хімічної еволюції з'явилися різні органічні сполуки. Земне життя має вуглецеву основу, чому сприяють особливі фізичні властивості цього хімічного елемента. Так, вуглець здатний створювати найрізноманітніші структури, число можливих органічних сполук на основі вуглецю становить десятки мільйонів. З'єднання вуглецю активні при невисокій температурі, навіть при невеликій перебудові молекул їх хімічна активність може істотно змінюватися. З'єднання вуглецю з воднем, азотом, киснем, сіркою, залізом і т.п. мають високі каталітичні властивості. Крім того, багато вуглецеві сполуки добре розчиняються у воді. Проте вчені не виключають можливості виникнення життя і на інший, наприклад, кремнієвій основі.

У міру остигання земної поверхні відбувалося згущення водяної пари, що згодом призвело до утворення величезних водойм. Результатом активної вулканічної діяльності на перших етапах еволюції нашої планети став викид на її поверхню різних карбідів - сполук вуглецю з металами. Карбіди змивалися в первинний океан, де вступали у взаємодію з водою. В результаті цих хімічних реакцій утворилися різні вуглеводневі сполуки.

Другий етап виникнення живого пов'язаний з появою бепкових речовин. Присутність в водах первинного океану великого числа вуглецевих сполук призвело до виникнення концентрованого «органічного бульйону», в якому здійснювався подальший процес синтезу складних органічних молекул - білків і нуклеїнових кислот - з досить простих вуглецевих з'єднань.

Однією з умов для синтезу складних органічних молекул - біополімерів - є висока концентрація вихідних речовин. Передбачається, що необхідні умови склалися в результаті осадження простих органічних молекул на мінеральних частинках, наприклад на глині, первинних водойм. Крім того, органічні молекули могли утворювати тонку плівку на поверхні води, яка під впливом вітру і водних потоків збивалася до берега, утворюючи товсті шари.

Ще однією умовою для синтезу біополімерів є наявність безкисневому середовища, оскільки кисень, будучи сильним окислювачем, моментально зруйнував би вихідні органічні сполуки. Американський вчений Г. Юри висунув припущення, що первинна атмосфера Землі дійсно була безкисневому і носила відновлювальний характер. Вона була насичена інертними газами - гелієм, неоном, аргоном, містила водень, метан, аміак і азот. Саме в такому середовищі легко створюються органічні сполуки. Вторинна атмосфера Землі мала вже інший склад, який став наслідком розвитку життя. Вторинна атмосфера на 20% складалася з кисню і носила окислювальний характер. Для подібного перетворення земної атмосфери знадобилося не менше 1 млрд років. Ідея Г. Юри мала значний вплив на розвиток уявлень про походження життя.

Можливість абіогенного синтезу біополімерів - білкових молекул і азотистих основ - була експериментально доведена в середині XX в. У 1953 році американський вчений С. Міллер змоделював первинну атмосферу Землі і синтезував жирні кислоти, оцтову і мурашину кислоти, сечовину і амінокислоти шляхом пропускання електричних зарядів через суміш інертних газів. Таким чином було продемонстровано, як під дією абіогенних факторів може бути синтез складних органічних сполук.

Отже, під впливом високої температури, іонізуючого і ультрафіолетового випромінювання, атмосферної електрики з найпростіших органічних сполук утворилися білки, жири, вуглеводи і амінокислоти. Відповідно до гіпотези російського вченого А.І. Опаріна, яка була викладена в роботі «Походження життя» (1924), змішуючись в первинному «бульйоні», спочатку розрізнені органічні сполуки здатні утворювати коацерватние краплі. Коацсрвати вже мають ряд властивостей, які об'єднують їх з найпростішими живими істотами. Так, наприклад, коацсрвати здатні поглинати речовини з навколишнього середовища, вступати у взаємодії один з одним, збільшуватися в розмірах і т.гг Однак на відміну від живих істот коацерватние краплі не здатні до самовос- виробництва і саморегуляції, тому їх не можна віднести до біологічних систем . Експерименти з коацерватами показали, що швидкість, з якою вони поглинають речовини з навколишнього середовища, може бути різна і залежить від хімічної організації та просторової структури кожної конкретної краплі. Тому два різновиди коацерва- тов в одному і тому ж розчині будуть вести себе по-різному. Дані експерименти є непрямим підтвердженням того обставини, що на цій стадії прсдбіологічес- кой еволюції цілком міг відбуватися відбір коацерватов в залежності від характеру їх взаємодії з навколишнім середовищем.

Третій етап виникнення життя пов'язаний з формуванням у органічних сполук здатності до самовос- виробництва. Початком життя слід вважати виникнення стабільної самовідтворюється органічної системи з постійною послідовністю нуклеотидів. Тільки після виникнення таких систем можна говорити про початок біологічної еволюції. Одну з версій переходу від предбиологической до біологічної еволюції пропонує німецький вчений М. Ейгсн. Згідно з його гіпотезою виникнення життя пояснюється взаємодією нуклеїнових кислот і протеїнів. Нуклеїнові кислоти є носіями генетичної інформації, а прогсіни служать каталізаторами хімічних реакцій. Нуклеїнові кислоти відтворюють себе і передають інформацію протеїнів. Виникає замкнуте коло - гіперциклу, в якому процеси хімічних реакцій самоускоряюгся за рахунок присутності каталізаторів. У Гіперциклу продукт реакції одночасно виступає і каталізатором, і вихідним реагентом. Подібні реакції називаються автокаталитически.

Інший теорією, в рамках якої можна пояснити перехід від прсдбіологічсской еволюції до біологічної, є синергетика (8.2). Закономірності, відкриті синергетикою, дозволяють прояснити механізми виникнення органічної матерії з неорганічної в термінах самоорганізації через спонтанне виникнення нових структур в ході взаємодії відкритої системи з навколишнім середовищем.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >