Возникновение жизни на Земле   - Теоретические исследования о вероятной истории возникновения всего живого на планете Земля.Согласно астрономическими и геологическими данными возраст Земли составляет примерно 4,5 - 5 млрд. лет.Считается, что в прошлом состояние нашей планеты было мало похоже на сегодняшний. Вероятно, температура на поверхности была очень высокой (4000 - 8000 ° C), по мере того, как Земля остывала, тугоплавкие металлы конденсировались и образовали земную кору; поверхность планеты была, наверное, голой и неровной, так на ней в результате вулканической активности, подвижек коры и сжатия, вызванного охлаждением, происходило образование складок и разрывов.

Считается, что гравитационное поле нашей еще недостаточно плотной планеты не могло удерживать легкие газы - водород, кислород, азот, гелий и аргон - вследствие чего уходили из атмосферы.Но простые соединения, содержащие среди прочих) эти элементы (вода, аммиак, CO 2, метан) оказались достаточно тяжелыми и остались на планете.Пока температура Земли не упала ниже 100   ° C, вся вода находилась в парообразном состоянии.Атмосфера была, очевидно, «восстановительной», о чем свидетельствует наличие в древних породах металлов в восстановленной форме (например, двухвалентного железа). Более молодые породы содержат металлы в окислены форме (Fe 3 +).Отсутствие кислорода, скорее всего, необходимым условием для возникновения жизни. Лабораторные опыты свидетельствуют о том, что органические вещества (основа жизни) гораздо легче образуются в бедной кислородом атмосфере.

Гипотеза Опарина

В 1923 г.А. И. Опарин, исходя из теоретических соображений, предложил мнение, что органические вещества, возможно углеводороды, могли создаваться в океане из более простых соединений.Энергию для этих процессов поставляла интенсивная солнечная радиация, главным образом ультрафиолетовое излучение, что попадало на Землю до того, как образовался озоновый слой, который задерживает большую ее часть. По мнению Опарина, разнообразие простых соединений, находившихся в океанах, площадь поверхности Земли, доступность энергии и масштабы времени позволяют предположить, что в океанах постепенно накопились органические вещества и образовался «первичный бульон». В таком «первозданном бульоне», по его мнению, могла возникнуть жизнь.

В 1953 г.Миллер Стэнли в ряде экспериментов моделировал условия, предположительно существовавшие на первобытной Земле. В созданной им установке ему удалось синтезировать многие вещества, имеющие важное биологическое значение, в том числе ряд аминокислот, аденин и простые сахара, такие как рибоза. После этого Орджел из Института Солка в сходном эксперименте синтезировал нуклеотидные цепи длиной шесть мономерных единиц (простые нуклеиновые кислоты).

Возникновение подобных соединений в природе достаточно ожидаемым. Аминокислота глицин (составная часть белков) имеет достаточно простую формулу C 2 H 5 NO 2.Поэтому в даже в месячном почве и метеоритах Оргейл, Муррей и Мерчисон были обнаружены аминокислоты: глицин, глутамин, аланин, аспаргин, серин. Однако в одном из опытов Миллера и других исследователей не удавалось синтезировать все 20 аминокислот (количество аминокислот в живых организмах) одновременно. Кроме этого, концентрация аминокислот в «бульоне» была все же слишком малой (около 2   %).В случае если бы эти реакции происходили в небольшом водоеме, этим веществам грозило бы обычное рассеяние.

Также следует отметить, что условия в которых Стэнли Миллер проводил свои опыты были все же достаточно отличались от естественных. Например, в опытах Миллера один и тот же объем газов подвергался электрических разрядов в течение недели. Это означает, что реальная продолжительность контакта газов с электрическим разрядом по сравнению с молнией была превышена в миллионы раз.

Отдельную проблему составляет утверждение об отсутствии кислорода в первичной атмосфере Земли. Это утверждение все еще является достаточно спорным в современной науке. А при наличии кислорода синтез сложных соединений крайне маловероятным.

Эти и другие проблемы заставили в 1960-х годах шведских ученых: химика Л. Силлен и геолога М. Руттен - отбросить концепцию «первичного бульона», как химически маловероятно.

Позднее возникло предположение, что в первичной атмосфере в относительно высокой концентрации содержалась двуокись углерода. Недавние эксперименты, проведенные с использованием установки Миллера, в которую поместили смесь CO 2 и H 2 O, и только следовые количества других газов, дали такие же результаты, которые получил Миллер.Теория Опарина получила широкое признание, но она не дает ответ на вопрос, как именно произошел переход от сложных органических веществ к простым живым организмам. В этом аспекте теория биохимической эволюции представляет общую схему, приемлемую для большинства биологов.

Опарин полагал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежала белкам. Благодаря амфотерности белков они могут образовывать коллоидные гидрофильные комплексы   - Притягивать к себе молекулы воды, создающие вокруг них оболочку.Эти комплексы могут обособляться от водной фазы, в которой они находятся в виде суспензии, и образовывать эмульсию. Слияние таких комплексов друг с другом приводит к отделению коллоидов от среды   - Процесс, называемый коацервациею.Богаты коллоиды коацерваты, возможно, были способны к обмену веществами с окружающей средой и избирательно накапливали различные соединения, особенно кристаллоиды. Коллоидный состав данного коацервата, очевидно, зависел от состава среды. Разнообразие состава «бульона» в разных местах вело к различиям в составе коацерватов и поставляло таким образом сырье для «биохимического естественного отбора».

Предполагается, что в самих коацерватах вещества вступали в следующие химические реакции. При этом происходило поглощение коацерватами ионов металлов и образование ферментов. На границе между коацерватами и средой «выстраивались» молекулы липидов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивавшей коацерватами стабильность. В результате включения в коацерват первичной молекулы, способной к самовоспроизводству, и внутренней перестройки покрытого липидной оболочкой коацервата, могла возникнуть первичная клетка. Увеличение размеров коацерватов и их фрагментация, вели к образованию идентичных коацерватов, которые могли бы поглощать больше компонентов среды. Такая последовательность событий привела бы к появлению примитивного самовоспроизводящегося гетеротрофного организма, который бы питался органическими веществами первичного бульона.

Эту гипотезу происхождения жизни признают ученые, но в некоторых она вызывает сомнения из-за обилия предположений. Астроном Фред Хойл высказал мнение, что гипотеза «так же бессмысленна и неправдоподобна, как утверждение, что ураган, пронесшийся над мусорной свалкой, может привести к построению Боинга-747».

Наиболее сложный момент этой теории - объяснение возникновения способности живых систем к самовоспроизведению.Гипотезы по этому вопросу в рамках данной теории малоубедительны.

Комментарии:


Имя (обязательно)
E-mail (обязятельно)
Сайт

Комментарии(0) Подробнее