Получившая распространение теория возникновения жизни на Земле, разработанная советским ученым А.Н. Опариным, строится на том, что жизнь возникла в результате эволюции углеродистых соединений, химической эволюции и перехода химической энергии в биологическую. А.Н. Опарин и американский ученый Г. Юри считают, что первичная атмосфера, а с ней и жизнь, стали возможными благодаря совместному влиянию газообразного водорода, водяного пара, соединений углерода и азота. Теория А.Н. Опарина подтверждается работами ученых разных стран по абиогенному синтезу.
Среди других выделяется теория американского ученого С. Фокса, который изучает микросферы, представляющие собой шаровидные образования, возникающие при растворении и последующей конденсации полученных им абиогенно белковоподобных веществ. В процессе синтеза этих веществ из аминокислот образуются гуанин и жирные кислоты, что позволяет считать микросферы интересным объектом для изучения одного из путей появления клеток. Возможным путем возникновения фазовообособленных систем органических веществ могло быть и спонтанное образование поверхностных пленок и элементарных мембран. Такое предположение высказывает английский ученый Р. Голдейкер.
С гипотезой о происхождении жизни, послужившей основой исследований, продолжающихся и в настоящее время, тогда еще совсем молодой советский биохимик Александр Иванович Опарин выступил в 1924 г. Прошедшие три четверти века позволили уточнить и экспериментально доказать отдельные положения его теории.
Сущность ее заключается в следующем. В настоящее время в земных условиях сложные соединения углерода - органические вещества - образуются в результате жизнедеятельности организмов.
Но в далекие геологические эпохи условия на поверхности нашей планеты были другие. В атмосфере Земли не было или почти не было кислорода. Кислород в атмосфере Земли - продукт жизнедеятельности - результат фотосинтеза, осуществляемого растениями. Первозданная атмосфера состояла из метана, паров воды, водорода, аммиака, окислов азота и углерода. Через эту атмосферу легко проникала коротковолновая ультрафиолетовая часть солнечного излучения, которая сейчас задерживается в верхних слоях атмосферы озоном. Иными были условия температуры. В насыщенной парами воды нагретой атмосфере древней Земли часто сверкали мощные электрические разряды - молнии; вероятно, было значительно интенсивнее ионизирующее излучение земных пород, возможно, был интенсивнее поток космического излучения. В этих условиях мог произойти и, по-видимому, произошел абиогенный, т.е. не связанный с деятельностью организмов, синтез ряда органических соединений. Молекулы этих соединений попадали в воду первичного океана или мелких водоемов суши и образовывали, по выражению Опарина, «первичный бульон» - первичную среду, в которой затем, в течение сотен миллионов лет, шел процесс возникновения жизни.
В «первичном бульоне» происходили процессы полимеризации, укрупнения, т.е. соединения нескольких или многих одинаковых молекул. Некоторые из этих полимеров могли объединяться в комплексы, состоящие из тысяч молекул, и выделяться из раствора как обособленные системы. Некоторые из таких капель могли поглощать какие-то вещества из окружающего раствора, ассимилировать их, а другие вещества, наоборот, выделять во вне, т.е. они приобретали свойства примитивного обмена веществ. При этом коацерватные капли могли расти и даже размножаться - капли, ставшие слишком большими, делились на две или больше частей. Такие образования А.И. Опарин называет «протобионтами», т.е. предшественниками живых организмов. Постепенно у части протобионтов усложнялась внутренняя пространственная структура, молекулярное строение исходных полинуклеотидов и белковоподобных полипептидов становилась более упорядоченным, обмен веществ - более сложным. Протобионты путем длительной эволюции и естественного отбора стали способны повторять, воспроизводить свою структуру и вступили на путь биологического развития.
Так, по мнению А.И. Опарина, предбиологические системы приобрели на довольно поздней стадии эволюции механизм точного самовоспроизведения, который характеризует весь современный мир живых существ.
Другие исследователи иначе представляют себе процесс возникновения жизни. Д. Бернал считаем, что образование первых органических веществ могло происходить не в водной среде, не в гидросфере Земли, а в результате конденсации газов на поверхности твердых частиц (железа и силикатной пыли), в том числе и в космосе. Энергию для этих процессов давали солнечные вспышки и космическое излучение. Он считает, что упорядоченные молекулы белков и нуклеиновых кислот могли образоваться на добиологическом этапе эволюции, в процессе, аналогичном процессу кристаллизации.
Однако все исследователи сходятся в основном положении: жизнь, живые организмы произошли из неживой природы, причем биологической эволюции предшествовал длительный период химической эволюции - период образования и усложнения молекул органических соединений. Это был естественный процесс, связанный с притоком энергии, который проходил в специфических условиях, отсутствующих сейчас на Земле. Многие из предполагаемых условий абиогенного образования органических молекул можно воспроизвести в лаборатории.
Первые эксперименты в этой области были поставлены только в 1952 г. Стенли Миллером. Он сконструировал аппарат, состоящий, по сути дела, из двух колб и холодильника. В нижнюю колбу Миллер налил воду, затем выкачал из всего аппарата воздух, который был заменен газовой смесью, состоящей из водорода, метана и аммиака. После чего Миллер начал подогревать воду в нижней колбе, водяные пары поднимались в верхнюю колбу, из нее поступали в холодильник, где конденсировались, а образовавшаяся вода вновь стекала в нижнюю колбу. Таким образом, был смонтирован процесс круговорота воды в природе. Когда в аппарате начался процесс циркуляции содержимого Миллер подал на электроды, предварительно вмонтированные внутри аппарата, напряжение и между ними стали возникать электрические разряды, подобные молнии. Спустя несколько дней вода, находящаяся в нижней колбе, стала заметно желтеть. Через две недели раствор стал совершенно коричневым. Разобрав аппарат и испарив воду Миллер получил сиропообразный остаток коричневого цвета. Путем химического анализа в остатке были обнаружены аминокислоты, органические кислоты, среди которых встречались и типичные для живых организмов вещества. Спустя десять лет уже не менее двадцати лабораторий мира изучали возможности абиотического образования органических веществ.
Дальнейшие эксперименты С. Миллера, М. Кальвина, А.Г. Пасынского, С. Фокса и других исследователей показали, что эти важные биоорганические молекулы могут образовываться из простейших химических соединений под воздействием высоких температур, ионизирующих излучений, ультрафиолетовых лучей и электрических разрядов. Так, при действии искровых разрядов на смесь, состоящую из метана, аммиака, водорода и паров воды, образуются различные аминокислоты. При температурных воздействиях на смеси аминокислот удается осуществить их полимеризацию и получить белковоподобные соединения с определенной последовательностью аминокислотных остатков. В модельных опытах осуществлен синтез и нуклеотидных компонентов.
Именно в подобных условиях взаимодействия воздуха, воды, камня и родилось когда-то живое вещество. В настоящее время его развитие изучено сравнительно хорошо. Условно выделяют три этапа: добиогенный - «колыбель», биогенный - «детство и юность», антропогенный - «зрелость».
Первый - добиогенный - этап был самым долгим. Свыше 3 млрд. лет. В поверхностной части земной коры в этот период могли уже существовать различные микроорганизмы. Пусть в атмосфере еще было мало кислорода. Пусть углекислый газ составлял основное в добиогенной атмосфере. Невидимое глазу живое существо могло приспособиться и к этим совсем не похожим на современные условиям.
В те отдаленные геологические эпохи природа начала заботиться о благосостоянии современных обитателей Земли. Накапливались огромные запасы будущих железных руд - джеспилитов. Видимо, тогда существовали особые условия для рудообразования, не сравнимые с условиями в другие геологические периоды. В ту пору и морские воды были не такими солеными. Их засолению способствовала зарождающаяся жизнь.
С образованием первичных примитивных организмов - пробионтов - закончилась химическая эволюция материи и история возникновения жизни. После этого начался биологический этап развития, началась эволюция живых существ от наиболее примитивных до современных высокоорганизованных растений и животных.
Интенсивное развитие живых организмов ввело в действие механизм фотосинтеза. И сам ход истории постепенно приводил нашу планету ко второму - биогенному - этапу ее развития. Он гораздо короче первого. Длился около 600 млн. лет. Однако его воздействие огромно. На смену простейшим существам стали приходить разнообразные виды животных и растительности. В это время на Земле неоднократно на месте морей поднимались горы, а суша превращалась в подводное царство. Геологи даже отмечают особые бурные периоды изменения лика планеты. Создавались горные цепи, долины и водоемы, расчленяя земную поверхность на самостоятельные участки. Это давало толчок к более быстрому развитию органического мира. Он обновлялся, становился многообразнее. Ведь, чтобы выжить, требовалось приспособиться к новым природным условиям.
Правильность такого мнения подтверждает и современность. На огромных просторах Русской равнины насчитывают тысячи видов растений, а на небольшом по площади Кавказе их поселилось почти в 2 раза больше. Притом половина этих видов встречается только здесь. Очень долго, то спокойно, то бурно создавалась новая оболочка планеты. А вот ее название появилось чуть больше века назад, когда стали говорить о биосфере. Эта сложная система включает в себя и части косных оболочек (атмосферы, гидросферы, и литосферы), где происходят биологические процессы.
Их первоначало уходит в глубь бесконечного времени. По подсчетам академика А.П. Виноградова, это было почти 2 млрд. лет назад. Впрочем, время возникновения биосферы можно определить лишь приблизительно в результате изучения останков вымерших древнейших организмов и растений. Потребовалось найти ей и свое место среди косных оболочек, условно выделив ландшафтную сферу. Она как бы вмещает все живое на Земле. Сравнить такую сферу можно с гигантским парником. Есть у него верхний и нижний защитные экраны. Первый расположен на высоте около 15 км. Здесь затухает разрушительное воздействие космических излучений. Нижний экран спрятан в недрах, его граница там, где в темных глубинах исчезают любые проявления жизни.
Лучи жаркого Солнца приносят планете необходимое тепло и энергию. Они поддерживают жизнь земного «парника». Внутри него господствует биосфера, преобразуя в свою очередь все окружающее. Однако живое в отдельности не долговечно. Академик В.И. Вернадский предположил, что отмершая часть биосферы, обогащенная энергией живого вещества, постепенно опускается в глубокие недра. Там под действием высоких температур и давления отдает накопленную энергию, активно участвует во многих подземных процессах. Поэтому в глубинах нашей планеты действуют не только собственные внутренние процессы. Все гораздо сложнее, взаимосвязаннее.
Страницы: 1, 2, 3
