В бывшем СССР официальной наукой признавалась только „материалистическая теория происхождения жизни” А.И. Опарина (1922 г.) и примыкающие к ней работы. Речь шла о развитии клеток из так называемых коацерватных капель в водах Первичного океана. За рубежом же ещё ранее была высказана гипотеза С. Аррениуса о случайном занесении на Землю жизни из космоса, получившая название гипотезы панспермии.
Обращаясь к истории представлений о панспермии, можно отметить, что идея о существовании внеземной жизни высказывалась не только в религиозных учениях, в священной книге индусов Веде, в Авесте персов, в учении Заратустры, но и в трудах философов древнего мира. По учению о панспермии древнегреческого мыслителя Анаксагора, зародыши жизни распространены повсюду. Философская школа Эпикура учила, что существует множество обитаемых миров, подобных нашей Земле.
Один из сторонников этой школы Митридор сказал, что «считать Землю единственным населённым миром в беспредельном пространстве было бы такой же вопиющей нелепостью, как утверждать, что на громадном засеянном поле мог бы вырасти только один пшеничный колос».
Римский философ Лукреций Кар в поэме «О природе вещей» писал: «Весь этот видимый мир вовсе не единственный в природе, и мы должны верить, что в других областях пространства имеются другие земли с другими людьми и другими животными». Аналогичную мысль выражал Джордано Бруно. Он писал: «Существуют бесчисленные солнца, бесчисленные земли, которые кружатся вокруг своих солнц, подобно тому, как наши 7 планет кружатся вокруг нашего Солнца... На этих мирах обитают живые существа».
Вопреки старинному латинскому звучанию фамилии, шведский учёный Сванте Август Аррениус (1859-1927) относился к наиболее передовым мыслителям рубежа столетий. Он стал одним из основателей физической химии, автором теории электролитической диссоциации и основного уравнения химической кинетики, трудов по астрономии, астрофизике и биологии, лауреатом Нобелевской премии, иностранным членом-корреспондентом Петербургской Академии Наук, а позже - иностранным почётным членом Академии Наук СССР.
Кроме Аррениуса, в XIX и первой четверти XX ст. сторонниками учения о панспермии были выдающиеся зарубежные учёные Ф. Кон, Ю. Либих, Г. Гельмгольц, В. Томсон. В более позднее время мысль о возможности переноса спор бактерий через космическое пространство поддерживал американский учёный К. Саган. На территории бывшего СССР сторонниками учения о панспермии были С.П. Костычев, П.П. Лазарев, Л.С. Берг.
§1.6 Гипотеза А.И Опарина.
Пик исследований А. И. Опарина и его соавторов при-ходился на 50-60-е годы, хотя его книга «Происхожде-ние жизни» была опубликована еще в 1924 году.
Появление жизни он рассматривал как единый естественный процесс, который состоял из проте-кавшей в условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей постепенно на качественно новый уровень - биохимическую эво-люцию.
С самого начала этот процесс был связан с геоло-гической эволюцией. В настоящее время принято счи-тать, что возраст нашей планеты составляет примерно 4,3 млрд лет. В далеком прошлом Земля была очень горя-чей (4000-8000 °С). По мере остывания образовывалась земная кора, а из воды, аммиака, двуокиси углерода и метана - атмосфера. Такая атмосфера называется «вос-становительной», поскольку не содержит свободного кислорода. При падении температуры на поверхности Земли ниже 1000C образовались первичные водоемы. Под действием электрических разрядов, тепловой энер-гии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси происходил синтез органических веществ-мономеров, кото-рые локально накапливались и соединялись друг с дру-гом, образуя полимеры. Можно допустить, что тогда же одновременно, с полимеризацией шло образование над-молекулярных комплексов-мембран.
По однотипным правилам синтезировались в «первичном бульоне» гидросферы Земли полимеры всех типов: аминокис-лоты, полисахариды, жирные кислоты, нуклеиновые кислоты, смолы, эфирные масла и др. Это предположение было провере-но экспериментально в 1953 году на установке Стэнли Мил-лера, которому удалось получить многие вещества, имеющие важное биологическое значение, в том числе ряд аминокис-лот, аденин и простые сахара. Позднее в сходном эксперимен-те были синтезированы нуклеотидные цепи длиной в шесть мономерных единиц (простые нуклеиновые кислоты).
Органические вещества скапливались в сравнительно не-глубоких водоемах, прогреваемых Солнцем. Солнечное излу-чение доносило до поверхности Земли ультрафиолетовые лу-чи, которые в наше время сдерживаются озоновым слоем атмо-сферы. Так энергией обеспечивалось протекание химических реакций между органическими соединениями и синтез поли-меров.
Первичные клетки предположительно возник-ли при помощи молекул жиров (липидов).
Молекулы воды, смачивая только гидрофильные кон-цы молекул жиров, ставили их как бы «на голову», гид-рофобными концами вверх. Таким способом создавал-ся комплекс упорядоченных молекул жиров, которые за счет прибавления к ним новых молекул постепенно от-граничивали от всей окружающей среды некоторое про-странство, которое и стало первичной клеткой, или коацерватом -- пространственно обособившейся цело-стной системой. Коацерваты оказались способными поглощать из внешней среды различные органические вещества, что обеспечивало возможность первичного обмена веществ со средой.
Таким образом, первичная клеточная структура, по Опарину, представляла собой открытую химическую микроструктуру которая была наделена способностью к первичному обмену веществ, но еще не имела системы для передачи генетической информации на основе нук-леиновых кислот. Такие системы, черпающие из окружа-ющей среды вещества и энергию, могут противостоять нарастанию энтропии и способствовать ее уменьшению в процессе своего роста и развития, что является харак-терным признаком всех живых систем.
Естественный отбор сохранял те системы, в ко-торых были более совершенными функция обме-на веществ и приспособленность организма в це-лом к существованию в данных условиях внешней среды.
В ходе естественного отбора выжили системы, имевшие особое строение белковых полимеров, что обусловило появление третьего качества живо-го - наследственности (специфичной формы пе-редачи информации).
Концепция А. И. Опарина в научном мире весьма попу-лярна. Сильной ее стороной является точное соответствие тео-рии химической эволюции, согласно которой зарождение жиз-ни - закономерный результат. Аргументом в пользу этой кон-цепции служит возможность экспериментальной проверки ее основных положений в лабораторных условиях.
Слабой стороной концепции А. И. Опарина является до-пущение возможности самовоспроизведения коацерватных структур в отсутствие систем, обеспечивающих генетическое кодирование. В рамках концепции Опарина не решена глав-ная проблема - о движущих силах саморазвития химических систем и перехода от химической эволюции к биологической, о причине таинственного скачка от неживой материи к живой.
Глава II. Опытно - экспериментальная часть
§2.1 Абиотический синтез биомономеров
Синтез аминокислот при действии электрических разрядов в газовой смеси, имитирующей возможный состав примитивной земной атмосферы, был осуществлен еще в 1953 г в широко известных в настоящее время опытах Миллера. Использованный для этой цели прибор Миллера изображён на рис 1. Он состоит из большого круглого сосуда, в котором находится исходная смесь газов и в котором производится электрический разряд, а также малой колбы с кипящей водой - в ней скапливаются получающиеся продукты.
При действии искрового или тихого разряда на смесь СН4, NH3, H2 и паров воды при постоянной (в течение недели) циркуляции смеси в малой колбе были обнаружены глицин, ?-аланин, ? -аминомасляная и ? -аминоиз масляная кислоты, ?-аланин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты, саркозин и N-СН2-аланин. Промежуточными продуктами этой реакции являлись альдегиды HCN.
Рис. 1. Прибор Миллера для синтеза органических соединений в восстановительной атмосфере под действием искровых разрядов
1 -- колба с кипящей водой; 2 -- к вакуумному на-сосу; 3 -- электроды;
4 -- искровой разряд; 5 -- смесь газов (СН4,NH3, Н2О, Н2); 6 -- выход воды из холодильника; 7 -- холодильник; 8 -- подача воды в холодильник; 9 -- вода, содержащая
органические соеди-нения; 10 -- ловушка
Данные Миллера были подтверждены в работе Т. Е. Павловской и А. Г. Пасынского, в которой применялась несколько другая аппаратура, а избыточное количество водорода заменялось на СО. В последующих работах указанных авторов было обосновано положение, согласно которому любая реакция, приводящая к образованию альдегидов и HCN, обязательна должна была способствовать накоплению ? -аминокислот в гидросфере первичной Земли.
Эбельсон, используя более сложную исходную смесь газов, включающую наряду с СН4, NH3 и Н2О также) СО, СО2 и N2, получил аналогичную Миллеру смесь аминокислот.
Оро, используя С2- и С3-углеводороды и концентри-рованный NH4OH, дополнил указанный список синтези-рованных в искровом разряде аминокислот лейцином изолейцином и валином.
Гроссенбахер, пропуская искровой разряд в специ-ально сконструированном приборе в течение 100 - 200 час. через смесь NH3, CH4 и Н2, получил в водном ; растворе смесь аминокислот (соотношение в молях): аспарагиновая кислота -- 2, треонин -- 4, серии--14, гли-цин-- 16, аланин--14, лизин -- 4, лейцин -- 2, изолейцин -- 2 и глутаминовая кислота -- 1. Кроме того, он обнаружил пептиды, состоящие из глицина и аланина (5:1), а также глицина и изолейцина. К концу опыта продукты полимеризации аминокислот выделялись из раствора в виде мелких многомолекулярных сфер или капель.
Менее многочисленны исследования по синтезу ами-нокислот при воздействии на смесь примитивных газов ионизирующими излучениями. Здесь можно назвать опы-ты Дозе и Раевского, обнаруживших образование кис-лых и нейтральных аминокислот при действии рентгено-вых лучей на газовую смесь СН4, NH3, H2, CO2, N2 и Н2О. При облучении ?-лучами от линейного ускори-теля (2 Мэв) растворов ацетата аммония Гассельстромом, Генри и Мурром были получены глицин и аспарагиновая кислота, а при Х-облучении 60Со (5*108 р) твердого карбоната аммония Пашке, Чанг и Янг доказали образование глицина и аланина. Пальм и Кальвин, действуя на смесь метана, аммиака, водорода и паров воды пучком быстрых электронов (5 Мэв при дозе 1010 эрг), синтезировали глицин и аспарагиновую кис-лоту.
Образование аминокислот при простом нагревании исходных растворов было впервые обнаружено Фоксом, Джонсоном и Вегодским. Оро с сотрудниками показал, что ряд аминокислот (глицин, аланин, серии, аспара-гиновая кислота, треонин) получается просто при нагре-вании в течение 40--60 час. водных смесей формаль-дегида и гидроксиламина при 80--100° С или даже при более низких температурах. Аналогичные результаты были получены Левом, Рисом и Маркхемом, которые нагревали 1,5 М водный раствор NH3 и HCN при 90° в течение 18 час. и обнаружили при этом значитель-ное количество аминокислот, частично входящих в пеп-тиды и освобождающихся после гидролиза продуктов реакции (в том числе, кроме глицина, аланина и аспарагиновой кислоты, они получили также лейцин, изолейцин, серии, треонин и глутаминовую кислоту).
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
