Концепции происхождения жизни

Различные представления о возникновении жизни можно объединить в пять гипотез:

- креационизм (божественное сотворение живого);

- самопроизвольное зарождение (живые организмы возникают из неживого вещества);

- гипотеза стационарного состояния (жизнь существовала всегда);

- гипотеза панспермии (жизнь занесена на нашу планету извне);

- гипотеза биохимической эволюции (жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам).

Последнюю гипотезу в 20-е годы 20 века высказали русский учёный А.И. Опарин и англичанин Дж. Холдейн. Она и легла в основу современных представлений о возникновении жизни на Земле. Её авторы утверждают, что начальный этап существования Земли отличался интенсивными термоядерными процессами, высокой температурой (более 1000 С) и активной химической деятельностью. Образовавшиеся при этом газы и водяной пар под огромным давлением извергались на поверхность и создавали первичную атмосферу Земли. Когда температура стала ниже 100 С, на Землю при конденсации паров хлынули теплые потоки воды с растворенными в ней веществами и образовали моря и океаны. В первобытном океане за счет энергии электрических разрядов, непрекращающихся гроз, ультрафиолетовых излучений и вулканической деятельности из растворенных в горячей воде неорганических веществ возникли органические соединения (сахар, аминокислоты, азотистые основания и др.). Взаимодействуя друг с другом, органические вещества образовывали биополимеры - простые белки, нуклеиновые кислоты и др.

Химическая эволюция в дальнейшем шла по пути образования мономолекулярных комплексов - коацерватов (скоплений), основанных на свойстве растворов высокомолекулярных соединений в определенных условиях (например, в присутствии электролитов) расслаиваться на два несмешивающихся раствора разной концентрации. При механическом воздействии коацерваты дробились на отдельные капли. Коацерватные капли были способны захватывать из окружающей среды - питательного бульона - различные вещества и увеличиваться в размерах. Эти вещества вступали во взаимодействие, а крупные капли распадались на мелкие, которые, в свою очередь, могли расти и т.д. По мнению академика Опарина, среди коацерватных капель шел своего рода «отбор» наиболее устойчивых к окружающей среде.

Следующий - наиболее ответственный этап возникновения жизни - превращение коацерватов в первые живые существа. Как происходил этот процесс, точно сказать трудно. Возможно, что в определенных коацерватных каплях случайно оказались вместе независимо возникшие простые белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и липиды. Благодаря высокой концентрации этих веществ и близкому расположению их молекул в коацерватных каплях могли осуществляться интенсивные процессы взаимодействия веществ.

Согласно Дж. Холдейну, первичной была не коацерватная система, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, способная к самопроизводству. Другими словами, Опарин отдавал первенство белкам, а Холдейн - нуклеиновым кислотам.

Возникновение жизни на Земле - это результат химической эволюции материи во Вселенной.

В 1924 г. в книге А.И. Опарина «Происхождение жизни» была впервые сформулирована естественнонаучная концепция происхождения жизни. Для образования и становления жизни нужен углерод. Углерод способен создавать разнообразные, подвижные, низкоэлектропроводные, насыщенные водой структуры. Кислород, водород, азот - также необходимые составляющие живого. Клетка состоит на 70 % ИЗ КИСЛОРОДА, НА 17 % из углерода, на 10 % из водорода и на 3 % из азота. Данные элементы легко соединяются между собой, вступают в реакции и обладают малым атомным весом, кроме того, они являются наиболее распространенными элементами во Вселенной. А.И.Опарин полагал, что появлению жизни предшествовала длительная эпоха рождения новых химических структур, из которых затем образовались сложные органические вещества и протоклетки. Правда, переход от сложных органических веществ к простым живым организмам пока не ясен. Теория биохимической эволюции предлагает лишь общую схему. С точки зрения Опарина, решающая роль в превращении неживого в живое принадлежала белкам. Белковые молекулы способны к образованию коллоидных гидрофильных комплексов, притягивая к себе молекулы воды и создавая оболочку. Эти комплексы могут обособляться от всей массы воды и образовывать своего рода эмульсию. Слияние таких комплексов друг с другом приводит к отделению коллоидов от водной среды. Этот процесс называется коацервацией (от лат. - «сгусток»). Коллоидный состав коацервата, очевидно, зависел от состава среды. Разнообразие состава «бульона» в различных местах вело к различиям в химическом составе коацерватов и поставило сырье для «биохимического естественного отбора».

На границе между коацерватами - сгустками органических веществ - могли выстраиваться молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны. Такая продолжительная последовательность событий должна была привести к возникновению примитивного воспроизводящего организма, питавшегося органическими веществами «первичного бульона».

Существенным недостатком гипотезы Опарина является то, что она не опирается на современную молекулярную биологию. Это вполне объяснимо - механизм передачи наследственных признаков, в частности роль ДНК, стал в известной степени ясным только недавно. Как произошел качественный скачок от неживого к живому, гипотеза Опарина не объясняет.

В истории науки и культуры в течение длительного времени складывались две основные концепции происхождения жизни. Первая из них считает, что возникновение жизни произошло в результате акта божественного творения. Эта концепция получила название креационизм. Согласно этой теории происхождение животных и растений носит сверхъестественный характер. Вторая, материалистическая, концепция, всегда пыталась доказать естественность происхождения живого, хотя не всегда могла это подтвердить с помощью фактов. По этой причине достаточно продолжительное время имела хождение идея возможности «самозарождения» жизни. Такого взгляда придерживались Р.Декарт, Г.Галилей и другие ученые и мыслители. Только в 1862 году Л.Пастер доказал, что никакого «самозарождения» не существует и любой новый организм может появиться только от другого живого организма.

В 19 веке появляется идея о том, что жизнь могла быть занесена на Землю из космоса в виде «зародышей жизни». Наиболее рельефно эта точка зрения проявилась в гипотезе панспермии, выдвинутой в начале 20 века шведским ученым С.Аррениусом. Он полагал, что «зародыши жизни» (споры) перемещаются в космическом пространстве под действием световых лучей. Оказавшись на Земле в благоприятных условиях, эти споры развились и приобрели известные науке формы. Эта гипотеза при всей её внешней привлекательности имеет существенные недостатки:

1) данные современной науки говорят о том, что условия космоса губительны для любых форм жизни, даже простейших;

2) она фактически не пытается дать ответ на вопрос о том, какова природа «жизненных спор», при каких условиях и где они зародились.

Начиная с 1924 года российский ученый А.И. Опарин стал разрабатывать гипотезу о происхождении жизни на Земле, согласно которой периоду биологической, дарвиновской эволюции предшествовал длительный период эволюции химической. В ходе неё происходил сложный синтез органических веществ под действием земных условий: температуры, свойств атмосферы и др. К этим условиям относятся также уровень радиации, положение Земли относительно Солнца, масса Земли. Синтезу органических веществ в водах первичного океана способствовало большое количество углерода и азота, ставших «строительным материалом» для органических соединений. Возникновение коацервантов - «комков» белка в водах океана - стало важнейшим этапом на пути возникновения жизни. Коацерванты со временем приобрели свойство обмена веществом с окружающей средой и способность к самовоспроизведению. Они стали основой для возникновения протоклетки. Если говорить о временном характере этих процессов, то можно сослаться на данные современной науки, согласно которым Земля возникла примерно 4,6 млрд лет назад, а первичные формы жизни в водах океана появились около 3 млрд лет назад. С возникновением клетки включился механизм биологической эволюции, со временем приобретший ускоренный характер. В ней важнейшими этапами стали разделение животных и растительных клеток, появление полового размножения, возникновение многоклеточных организмов, появление позвоночных, выход растений и животных на появившуюся сушу. Эти этапы эволюции жизни стали основой для создания эволюционной гипотезы Ж.Ламарка и эволюционной теории Ч.Дарвина, которые были созданы в 19 веке. В 20 веке проблема эволюции жизни стала предметом анализа генетики.