СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ.

Под понятием «жизнь» большинство ученых сейчас подразумевают процесс существования сложных систем, состоящих из больших органических молекул и способных самовоспроизводиться и поддерживать свое существование в результате обмена энергией и веществом с окружающей средой.

Теории, касающиеся возникновения Земли и жизни на ней, разнообразны. Среди  множества теорий возникновения жизни на Земле можно выделить  основные:

1.жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время (креационизм)

2. жизни возникала неоднократно из неживого вещества (самопроизвольное зарождение)

3. жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния)

4. жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия)

5. жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам (биохимическая эволюция)

  В настоящее время центральной проблемой в вопросе про­исхождения жизни на Земле является описание эволюции раз­вития механизма наследственности. Ученые сегодня убеждены, что жизнь возникла только тогда, когда начал действовать механизм репликации. Любая самая сложная комбинация аминокислот и других сложных органических соединений  это ещё не жизнь. Но проблема в том, что появление праДНК вместо коацерватной капли тоже не может считаться началом жизни па Земле. Дело в том, что современная ДНК может функционировать только при наличии белковых ферментов.

Таким образом, ученые-биологи, занимающиеся сегодня решением вопроса о происхождении жизни, сводят его к характеристике доклеточного предка — протобионта, его структурных и функциональных особенностей.

Концепции голобиоза и генобиоза.

 Трудность решения этого вопроса объясняется хорошо известным фактом: для саморепродукции нуклеиновых кислот — основы генетического кода — необходимы ферментные белки, а для синтеза белков — нуклеиновые кислоты.

Конечно, проще всего было бы предположить, что оба эти свойства появились одновременно, объединились в единую систе­му в пределах протобионта, после чего началась их коэволюция одновременная и взаимосвязанная эволюция. К сожалению, этот компромиссный вариант не получил признания ученых. Дело в том, что белковые и нуклеиновые макромолекулы структурно и функционально глубоко различны. В силу этого они не могла поя­виться одновременно, в результате одного скачка в ходе химической эволюции. Таким образом, невозможно их сосуществование в протобиологической системе (протобионте).

В результате, на протяжении большей части XX в. ученые вели дискуссию о том, что было первичным — белки или нуклеиновые кислоты, а также о том, как и на каком этапе произошло их объединение в систему, способную к передаче генетической информации и регуляции биосинтеза белков, то есть являющуюся живым организмом.

В зависимости от ответа на вопрос о первичности белков или нуклеиновых кислот, все существующие гипотезы и концепции можно разделить на две большие группы — голобиоза и генобиоза

Концепция Опарина относится к группе голобиоза — методологического подхода, утверждающего первичность структур клеточного типа, способных к элементарному обмену веществ при участии ферментных белков. Появление нуклеиновых кислот в этой концепции считается завершением эволюции, итогом конкуренции протобионтов. Эту точку зрения можно назвать субстратной.

Сторонники генобиоза исходят из убеждения в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода. Эту группу гипотез и концепций можно назвать информа­ционной. Примером этой точки зрения может служить концеп­ция Дж. Холдейна. Согласно ей, первичной была не структура, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, подобная гену и способная к саморепро­дукции, и поэтому названная им «голым геном».

Вплоть до 1980-х годов имело место четко выраженное про­тивостояние гипотез голобиоза и генобиоза. Оно обрело форму дискуссии при обсуждении вопроса, что старше — голый ген (способность к генетической репродукции) или белковый протобионт (способность к метаболизму). В иной трактовке эта дискуссия стала представлять собой противостояние двух кон­цепций — информационной (генетической) и субстратной (обменно-метаболической).

В рамках этой дискуссии большую популярность приобрела гипотеза английского биохимика П. Деккера, принадлежавшая к направлению голобиоза. Он предположил, что структурной осно­вой предка — биоида — были жизнеподобные неравновесные диссипативные системы. С точки зрения Деккера, они представ­ляли собой открытые микросистемы с мощным ферментативным аппаратом. Биоид подвергался мутациям, накапливал при этом информацию, после чего эволюционировал.

Тем не менее, к началу 1980-х годов чаша весов стала скло­няться в пользу концепции генобиоза. Во многом это произош­ло благодаря новому истолкованию открытого еще Л. Пастером свойства молекулярной хиральности живых организмов. Посте­пенно ученым стало ясно, что стереохимический код передается одновременно с генетическим кодом. То есть сегодня считается, что если молекулярная хиральность — изначальный и фунда­ментальный признак живой материи, то способность возрождать хирально чистые молекулярные блоки зародилась столь же рано, как и способность к генетической саморепродукции. Функцией стереохимического кода стало кодирование построения хираль­но чистых мономеров, без которых невозможно комплиментар­ное взаимодействие молекул субстрата и ферментов при биохимических реакциях. Это кодирование производится с помощью молекул ДНК или РНК.

Но оставался нерешенным вопрос о том, какая из этих ин­формационных молекул появилась первой и сыграла роль мат­рицы для первичной комплиментарной полимеризации? Кроме того, по-прежнему стоял вопрос, как могла функционировать протобиотичсская система в отсутствие ферментных бслков, ес­ли мы допускаем, что они появились позже?

Ответ на эти вопросы был получен к концу 1980-х годов. Он гласил, что первичной была молекула РНК, а не ДНК. Призна­ние этого факта было связано с наличием у РНК уникальных свойств. Оказалось, что она наделена такой же генетической па­мятью, как и молекула ДНК. Далее была установлена настоящая вездесущность РНК — стало ясно, что нет организмов, о которых отсутствовала бы РНК, хотя есть множество вирусов, геном которых не содержит ДНК. Также, вопреки устоявшейся догме, ут­верждавшей, что перенос генетической информации идет в на­правлении от ДНК к РНК и белку, оказался возможным перепос этой информации от РНК к ДНК при участии фермента, открытого в начале 1970-х годов.

В начале 1980-х годов была установлена способность РНК к саморепродукции в отсутствии белковых ферментов, то есть бы­ла открыта се автокаталитическая функция. Это объясняло все нерешаемые ранее вопросы. Таким образом, сегодня считаемся, что протобионт представлял собой молекулу РНК. Древняя РНК была транспортной и совмещала в себе черты как фенотипа, так и генотипа. Иными словами, она могла подвергаться как генетическим преобразованиям, так и естественному отбору. Сегодня уже очевидно, что процесс эволюции шел от РНК к белку, и затем к образованию молекулы ДНК. у которой С-Н связи более прочны, чем С-ОН связи РНК.

Очевидно, что возникновение хиральности, а также первичных молекул РНК не могло произойти в ходе плавного эволю­ционного развития. Судя по всему, имел место скачок со всеми характерными чертами самоорганизации вещества, об особенностях, которой уже говорилось выше.

В 1990-с годы появился сиге ряд версий, в соответствии с которыми жизнь могла появиться в геотермальных источниках на морском дне, в тонких пленках органического вещества, адсорбированного на поверхности кристаллов пирита или апатитов. Их появление вызвано некоторыми недостатками концепции генобиоза, но они еще не получили достаточного обоснования и развития.

Следующим этапом в процессе появления жизни стало рождение настоящей живой клетки. Сегодня ученые знают о первичной клетке (археклетке) намного больше, чем раньше. Археклетка была первичным живым организмом. У нее, очевидно, была двукслойная оболочка (мембрана), она обладала способностью всасывать через нее протоны, ионы и мелкие мо­лекулы, а ее метаболизм основывался на низкомолекулярных углеродных соединениях. В археклетке существовал клеточный скелет, отвечавший за ее целостность, а также обеспечивавший возможность ее деления. Жизнедеятельность клетки обеспечива­лась за счет аденозинтрифосфорной кислоты. Возможно, археклетки были схожи с недавно открытыми археобактериями и представляли собой прото-эукариотную систему, дальнейшая эволюция которых шла как по линии приобретения новых свойств эукариотами, так и по пути их утраты прокариота­ми. Этот процесс занял несколько миллиардов лет. Считается, что первые прокариоты появились более 4 млрд лет назад. Ими были бактерии и сине-зеленые водоросли — практически бессмертные организмы, жившие в очень сложных условиях. Эукариоты появи­лись около 2,6 млрд лет назад, они уже не были бессмертными, и с их появлением процесс эволюции жизни начал ускоряться.

Существует три гипотезы, объясняющих появление эукариотной клетки.

Согласно аутогенной версии усложнение археклетки шло по­степенно по пути приобретения все новых внутренних структур и функций, результатом чего стало появление оформленного ядра.

Существует гипотеза симбиогенеза, которая предполагает, что качественное усложнение клетки и появление в ней ядра про­изошло в результате внедрения нескольких прокариотных кле­ток в клетку-хозяина.

Гипотеза споры сводит процесс образования эукариотной клет­ки к спорообразованию, свойственному многим одноклеточным организмам.   Существует возможность торможения процесса спорообразования в результате мутации, что привело к образо­ванию прокариотов. Если же таких мутаций не было, то появи­лись эукариоты.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. – М.: Высшее образование, 1997. – 335 с.

2. Грушевицкая Т.Г. Садохин А.П. Концепции современного естествознания: Учебное пособие для вузов. – М.: ЮНИТИ – ДАНА, 2003. – 670 с.

3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов.– М.: Академический проспект, 1997. – 640 с.

4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов.– М., 1999. –  656 с.

5. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. – М.: Гардарики, 1999. – 303 с.