<<
>>

В 4. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ВОЗНИКНОВЕНИИ жизни

На первых этапах своего формирования Земля имела очень высокую температуру. По мере остывания планеты тяжелые элементы перемещались к ее центру, а более легкие соединения (Ш, СОг.

СН4 и др.) оставались на поверхности. Металлы и другие способные к окислению элеаенты соединялись с кислоро­дом, и в атмосфере Земли свободного кислорода не было. Атмосфера состояла из свободного водорода и его соединений (Н2О, СН4, ('Шз. НСЫ) и поэтому носила восстановительный характер. По мнению акад. А.И. Опарина, это служило важной предпосылкой возникновения органических молекул небиологическим путем. Несмотря на то что еще в первой трети XIX в. немецкий ученый Ф. Вёлер доказал возможность синтеза органических соединений в лабораторных условиях, многие ученые считали, что эти соединения могут возникать только в живом

19

организме. В связи с этим их назвали органическими соединениями в противопо­ложность веществам неодушевленной природы, названным неорганическими со­единениями. Однако простейшие углерод- ’ содержащие соединения — углеводороды,—

с=4 как оказалось, могут образовываться даже

в космическом пространстве.

Астрономы обнаружили метан в составе атмосферы , Юпитера, Сатурна и во многих туманно-

стях Вселенной. Углеводороды могли 1 л входить и в состав атмосферы Земли.

Вместе с другими компонентами газовой оболочки нашей планеты — водородом, «д* - парами воды, аммиаком, синильной кисло-

Л}—р—той и другими веществами — они подвер­гались воздействию различных источников энергии: жесткому, близкому к рентгенов­скому, ультрафиолетовому излучению Солнца, высокой температуре в области грозовых разрядов и в районах активной вулканической деятельности и т.д.

В результате этого простейшие компоненты атмосферы вступали во взаимодействие, многократно изменяясь и усложняясь. Возникали молекулы сахаров, аминокислот, азотистые основания, органические кислоты и другие органические соединения.

В 1953 г. американский ученый С- Миллер эксперименталь­но доказал возможность таких превращений. Пропуская электрический разряд через смесь Нг, НгО, СН4 и ГШз, он получил набор из нескольких аминокислот и органических кислот {рис. 3).

В дальнейшем подобные эксперименты проводились во многих странах, при этом использовались различные источники энергии, все более точно воссоздавались условия первобытной Земли. Было установлено, что абиогенным путем в отсутствие кислорода могут быть синтезированы очень многие простые органические со­единения, входящие в состав биологических полимеров — белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов.

Возможность абиогенного синтеза органических соединений доказывается и тем, что они обнаружены в космическом пространстве. Речь идет о цианистом водороде (НСИ), формаль­дегиде, муравьиной кислоте, этиловом спирте и других веществах. В некоторых метеоритах обнаружены жирные кислоты, сахара, аминокислоты. Все это свидетельствует о том, что достаточно 20

сложные органические соединения могли возникать чисто химическим путем в условиях, существовавших на Земле примерно 4—4,5 млрд, лет назад.

Теперь вновь возвратимся к рассмотрению процессов, проте­кавших на Земле в те времена, когда колбой Миллера был весь Земной шар. Земля находилась во власти могучих стихий. Извергались вулканы, вздымая в небо огненные столбы. С гор и вулканов текли потоки раскаленной лавы, огромные клубы пара окутывали Землю, сверкали молнии, гремели раскаты грома. По мере остывания планеты водяные пары, находившиеся в атмос­фере, также остывали, конденсировались и обрушивались ливнями. Образовывались огромные водные пространства. Поскольку Земля была еще достаточно горячей, вода испарялась, а затем, охлаждаясь в верхних слоях атмосферы, вновь выпадала на поверхность планеты в виде дождей.

Это продолжалось в течение многих миллионов лет. В водах первичного океана были растворены компоненты атмосферы, различные соли. Кроме того, туда постоянно попадали и непрерывно образующиеся в атмосфере простейшие органические соединения — те самые компоненты, из которых возникали более сложные молекулы. В водной среде они конденсировались, в результате чего появились первичные полиме­ры — полипептиды и полинуклеотиды. Надо заметить, что для образования более сложных органических веществ требуются значительно менее жесткие условия, чем для возникновения простых молекул. Например, синтез аминокислот из смеси газов, входивших в состав атмосферы древней Земли, происходит при

* - 1000 °С, а конденсация их в полипептид — всего лишь при

* - 160 °с.

Следовательно, образование разнообразных органических со­единений из неорганических веществ в тех условиях было закономерным процессом химической эволюции.

Таким образом, условиями для абиогенного возникновения органических соединений были восстановительный характер ат­мосферы Земли (соединения, обладающие восстановительными свойствами, легко вступают во взаимодействия между собой и с веществами-окислителями), высокая температура, грозовые разря­ды и мощное ультрафиолетовое излучение Солнца, которое в то время еще не задерживалось озоновым экраном.

Итак, первичный океан, по-видимому, содержал в растворен­ном виде различные органические и неорганические молекулы, попадающие в него из атмосферы и вымываемые из поверхностных слоев Земли. Концентрация органических соединений постоянно увеличивалась, и в конце концов вода океана стала «бульоном» из белковоподобных веществ — пептидов, а также нуклеиновых кислот и других органических соединений.

Молекулы различных веществ могут объединяться, образуя многомолекулярные комплексы — коацерваты (рис.

4, 5). В первичном океане коацерваты, или коацерватные капли, обладали способностью поглощать различные вещества, растворенные в водах первичного океана. В результате этого внутреннее строение коацервата претерпевало изменения, что вело или к его распаду, или к накоплению веществ, т.е. к росту и к изменению химического состава, повышающих устойчивость коацерватной капли в постоянно меняющихся условиях. Судьба капли опреде­лялась преобладанием одного из процессов Акад. А.И. Опарин отмечал, что в массе коацерватных капель должен был идти отбор наиболее устойчивых в данных конкретных условиях. Достигнув определенных размеров, материнская коацерватная капля могла распадаться на дочерние. Дочерние коацерваты, структура которых мало отличалась от материнской, продолжали свой рост, а резко отличавшиеся капли распадались. Естественно, что продолжали существовать только те коацерватные капли, которые, вступая в какие-то элементарные формы обмена со средой, сохраняли относительное постоянство своего состава. В дальнейшем они приобрели способность поглощать из окружающей среды лишь те вещества, которые обеспечивали их устойчивость, а также выделять наружу продукты обмена. Параллельно увеличивались различия между химическим составом капли и окружающей среды. В процессе длительного отбора (его называют химической эволюцией) сохранились лишь те капли, которые при распаде на дочерние не утрачивали особенностей своей структуры, т.е. приобрели способность к самовоспроизведению.

По-видимому, это важнейшее свойство возникло вместе со способностью к синтезу органических веществ внутри коацерват­ных капель, важнейшими составными частями которых уже в то время были полипептиды и полинуклеотиды. Способность к самовоспроизведению неразрывно связана с присущими им свойствами. В ходе эволюции появились полипептиды, обладающие каталитической активностью, т.е. способностью значительно ус­корять течение химических реакций.

Полинуклеотиды в силу своих химических особенностей способны связываться друг с другом по принципу дополнения, или комплементарности, и, следовательно, осуществлять нефер­ментативный синтез дочерних нуклеотидных цепей.

Следующий важный шаг небиологической эволюции — объединение способности полинуклеотидов к самовоспроизведению с возможностью полипептидов ускорять течение химических реакций, так как удвоение молекул ДНК эффективнее осущест­вляется с помощью белков, обладающих каталитической активно­стью. В то же время стабильность «удачных» комбинаций аминокислот в полипептидах может обеспечиваться только сох­ранением информации о них в нуклеиновых кислотах. Связь белковых молекул и нуклеиновых кислот в конце концов привела к возникновению генетического кода, т.е. такой организации молекул ДНК, в которой последовательность нуклеотидов стала служить информацией для построения конкретной последователь­ности аминокислот в белках.

Дальнейшее усложнение обмена веществ у предбиологических структур могло происходить только в условиях пространственного разделения различных синтетических и энергетических процессов внутри коацервата, а также более прочной изоляции внутренней среды от внешних воздействий по сравнению с той, которую могла обеспечить водная оболочка. Такую изоляцию могла осуществить лишь мембрана. Вокруг коацерватов, богатых органическими соединениями, возникли слои жиров, или липидов, отделившие коацерват от окружающей водной среды и преобразовавшиеся в ходе дальнейшей эволюции в наружную мембрану. Появление биологической мембраны, отделяющей содержимое коацервата от окружающей среды и обладающей способностью к избирательной проницаемости, предопределило напрааление дальнейшей химиче­ской эволюции по пути развития все более совершенных саморегулирующихся систем, вплоть до возникновения первых примитивно (т.е. очень просто) устроенных клеток.

Образование первых клеточных организмов положило начало биологической эволюции.

Эволюция структур, предшествовавших биологическим, таких, как коацерваты, началась очень рано и протекала в течение длительного времени.

Более сорока лет назад академик Б.С. Соколов, говоря о времени существования жизни на Земле, назвал цифру 4 млрд.

250 млн. лет. Именно здесь, по современным научным данным,

Рис. 6. В древних горных породах обнаружены остатки самых первых микроорганизмов. А, Б, В — возраст 1.9 млрд, лет; Г. Д— возраст 3.1 млрд, лет

прослеживается граница между «нежиэнью* и «жизнью*. Эта цифра очень важна. Оказалось, что самое главное событие в истории жизни — возникновение ее молекулярно-генетических основ — произошло, по геологическим масштабам, прямо-таки мгновенно: всего через 250 млн. лет после рождения самой планеты и, по-видимому, одновременно с образованием океанов. Дальнейшие исследования показали, что первые клеточные организмы появились на нашей планете значительно позже — понадобилось около миллиарда лет, чтобы из структур, подобных коацерватам, возникли первые простейшие клеточные организмы. Их удалось обнаружить в породах, имеющих возраст около 3—3,5 млрд, лет

Первые обитатели нашей планеты оказались совсем крохот­ными «пылинками*: их длина всего 0,7, а ширина 0,2 мкм (рис. 6). Разработка идеи химической предбиологической эволюции, приведшей к возникновению клеточных форм жизни, раскрыла роль разнообразных факторов среды в этом процессе. В частности, Дж. Бернал обосновал участие глинистых отложений на дне водоемов в концентрировании органических веществ абиогенного происхождения. Считают также, что на ранних этапах формирования планеты Земля проходила в межзвездном прост­ранстве через пылевые облака и могла захватить вместе с космической пылью большое количество образованных в космосе органических молекул. По приблизительным оценкам, количество это соизмеримо с биомассой современной Земли.

24

Вопросы для постороння н задания

Какие химические элементы и их соединения были в первичной атмосфере Земли.’ Укажите условия, н обходимые для абиогенного образования органических со­единений.

Какими опытами можно доказать возможность абиогенного синтеза органических соединений?

Какие соединения были растворены в водах первичного океана?

Что такое коацерваты?

В чем сущность химической эволюции на ранних этапах существования Земли? Изложите теорию возникновения жизни Опарина.

Какое событие положило начало биологической эволюции?

Когда на Земле появились первые клеточные организмы?

<< | >>
Источник: Мамонтов С .Г.. Общая биология учебник /С. Г. Мамонтов, В Б. Захаров — 11-е над , стер. — М.: КНОРУС.2015. — 328 с. — (Среднее профессиональное об­разование).. 2015

Еще по теме В 4. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ВОЗНИКНОВЕНИИ жизни:

  1. РЕФЕРАТ. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕДИАТОРАХ ЛИХОРАДКИ И ИХ РОЛЬ В ПАТОЛОГИИ2018, 2018
  2. Глава 1 ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБ АНТИБИОТИКАХ
  3. Другие представления о механизмах действия потенцированного вещества
  4. Представление результатов анализа « стоимость-эффективность »
  5. Роль РАС в возникновении СД
  6. Возникновение зависимости
  7. Возникновение и развитие гомеопатии
  8. Клинические симптомы и условия возникновения двух типов перетренированност
  9. Самые распространенные причины возникновения желчных камней
  10. ГЛАВА I. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ СПОРТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ
  11. 6.3. Классификация повреждений по происхождению и установление механизма возникновения травмы
  12. Приложение № 4 Государственные гарантии права граждан на социальную защиту при возникновении поствакцинальных осложнений