Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow Экология

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ГИПОТЕЗЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЖИЗНИ

По мере формирования структуры планеты происходило перемещение химических элементов и их соединений: легкие из них, такие, как Н2, С02, СН4 и другие, оставались на поверхности, а тяжелые перемещались вглубь. Атмосфера состояла из свободного водорода и его соединений (СН4,1МН>, НС1М, Н,0) и носила восстановительный характер. Акад. А.И. Опарин считал, что именно это было главной предпосылкой возникновения органических молекул небиологическим путем. Еще в XIX в. было установлено, что органические молекулы можно синтезировать в лабораторных условиях (Ф. Велер), но большинство ученых все равно считали, что эти соединения возникают исключительно в живых организмах (отсюда собственно и их название — «органические»). Но астрономы обнаружили метан в составе атмосферы Сатурна, Юпитера и в ряде туманностей; принципиально было доказано, что простейшие углеводороды могут образовываться в космическом пространстве, а это означает, что они могли входить в состав первичной атмосферы Земли. Вместе с другими компонентами — аммиаком, водородом, синильной кислотой, парами воды — они подвергались воздействию различных источников энергии: жесткому, близкому к рентгеновскому и ультрафиолетовому излучению от Солнца, высокой температуре при вулканических извержениях и в зонах грозовых разрядов. В результате создавались условия для протекания все более сложных реакций. Возникали молекулы сахаров, аминокислот, азотистых оснований, органических кислот и т. п. С. Миллер в 1953 г. экспериментально подтвердил возможность таких превращений. В своей знаменитой «колбе Миллера» он, пропустив электрический разряд через смесь Н,, Н,0, СН4 и МН2, получил набор из нескольких аминокислот и органических кислот. Далее было установлено, что абиогенным путем в отсутствие кислорода синтезируются многие простые органические соединения, входящие в состав биологических полимеров — белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов. Органические соединения были обнаружены в космическом пространстве, в частности цианистый водород (ИСК), формальдегид, муравьиная кислота, этиловый спирт. В некоторых метеоритах были найдены жирные кислоты, сахара, аминокислоты (рис. 56, 57).

В условиях первичной атмосферы и гидросферы Земли происходила конденсация простейших органических соединений, в результате чего образовывались первичные полимеры — полипеп-

Углеводы, гетероциклические основания, аминокислоты и другие простейшие углеродсодержащие молекулы

Рис. 56. Схема образования простейших органических соединений из газов первичной атмосферы под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца

(ММ Камшилов, 1974)

тиды и полинуклеотиды. Надо заметить, что для дальнейшего образования более сложных органических веществ требуются гораздо менее жесткие условия, чем для образования простых молекул. По С.Г. Мамонтову (1999), синтез аминокислот из смеси газов, входивших в состав атмосферы древней Земли, происходит при температуре 1000 °С, а превращение их в полипептиды — всего лишь при 160 °С (рис. 58).

Вполне утвердительно можно сказать, что образование разнообразных органических соединений из неорганических веществ в тех условиях было закономерным процессом химической ЭВОЛЮЦИИ.

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 неким «бульоном» из белковоподобных веществ — пептидов, а также нуклеиновых кислот и других органических соединений. Молекулы различных веществ могут соединяться, образуя многомолекулярные комплексы —коацерваты (рис. 59, 60). В первичном океане коарцеваты, или коацерватные капли, обладали способностью поглощать различные вещества, растворенные в его водах. В результате этого внутреннее строение коарцевата претерпевало изменения, что приводило или к его распаду, или к накоплению веществ, т. е. к росту и изменению химического состава. Это, в свою очередь, вело к повышению устойчивости коа-

Абиотические синтезы в атмосфере / /Н - и и Ч

Горячие источники

н н

Н“С= N н-с-с-н С-С Н-С-С-Н 0“С

X ^ Н' Ъ А ІІ чн

н

н

Некоторые

промежуточные

продукты

1111' 1

Аминокислоты, пурины, пиримиды, сахара, липиды, и др.

I I II

#/в <ч Абиогенные "органические" вещества, растворяющиеся ‘ ‘ в воде озер, морей и тд.

Ь*____А 1

Вулканыу****~1 —- - "Первичный бульон'-

Вулканическое тепло почвы

Пары Н20

Высыхание и растворение, перекристаллизация

Реакции в растворе

Белки, нуклеиновые ”кислоты

Высохшие слои абиогенных 'органических' веществ, частично с фосфатами

Фильтрация,

хроматографическое

разделение

Осадки ’ -т=

Предклеточные агрегаты

і т і т т

Гамма-излучение горных пород

т

Рис. 57. Возможности химической эволюции на Земле (Р.В. Каплан, 1978)

церватной капли в непрерывно изменяющихся условиях среды. Нужно сказать, что судьба капли: распад или рост, определялась преобладанием процесса. Акад. А.И. Опарин утверждал, что преобладание указанного процесса обусловливалось некоторым отбором коацерватных капель по устойчивости к данным конкретным условиям. Выросшая до определенных размеров «материнская» коацерват-

Прокарио тный Аэробные

амебоидный бактерии

организм

Рис. 58. Схема, отражающая симбиотическую гипотезу возникновения

эукариотических клеток

ная капля могла распадаться на дочерние. Эти образовавшиеся капли начинали расти и повторяли после определенного этапа распад на дочерние. Большое значение имело то, что материнские и дочерние капли были близки по составу, а отличные от них подпадали под процесс распада. Естественно, что продолжали существовать только те коа-церватные капли, которые, взаимодействуя через элементарные формы обмена со средой, сохраняли относительное постоянство состава. В дальнейшем, как полагает С.Г. Мамонтов (1999), они приобрели способность поглощать из окружающей среды лишь те вещества, которые обеспечивали их устойчивость; вторым приобре- тенным свойством для них стала возможность выделять наружу продукты обмена. Такие процессы постепенно создали различия между химическим составом капли и окружающей средой. Собственно результатом химической эволюции явилось сохранение только тех коацерватных капель, которые при распаде материнской капли на дочерние не утрачивали своих структурных особенностей и состава, т. е. приобретали важнейшую способность жизни — самовоспроизведение.

Следует сказать, что это наиглавнейшее свойство возникло совместно с расположенностью к синтезу органических веществ внутри коацерватных капель. Важнейшими составными частями этих

образований были полипептиды и полинуклеотиды. Между синтезом и свойством самовоспроизведения возникла неразрывная связь. Химические превращения органических соединений привели к образованию полипептидов, обладающих каталитической активностью, т. е. способностью значительно ускорять течение химических реакций.

Полинуклеотиды, как известно, способны осуществлять неферментативный синтез дочерних нуклеотидных связей, т. е. связываться по принципу дополнения или комплементарности (рис. 61).

Следующим этапом небиологической эволюции органических соединений стало объединение способности полинуклеотидов к самовоспроизведению с каталитическими возможностями полипептидов, так как удвоение молекул ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) эффективнее осуществляется с помощью белков, обладающих способностью к катализу. При этом стабильность устойчивых комбинаций аминокислот обеспечивается исключительно сохранением информации о них в нуклеиновых кислотах.

Липид

Вода

Рис. 60. Возможный путь формирования мембран при образовании коацерватов в «первичном бульоне» при зарождении жизни (М. Кальвин, 1871)

Образование водной оболочки вокруг крупных молекул и формирование коацерватов

Рис. 59. Образование водной оболочки вокруг крупных молекул и формирование коацерватов

Связь белковых молекул и нуклеиновых кислот привела к возникновению генетического кода. Последний представляет собой такую организацию молекул ДНК, в которой последовательность нуклеотидов стала служить информацией для построения конкретной последовательности аминокислот в белках.

С. Г. Мамонтов и В. Б. Захаров (1999) пишут, что дальнейшее усложнение обмена веществ у предбиологи-ческих 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 осуществить водная оболочка. Эту изоляцию стала осуще-

Коаиерватные капли, полученные в экспериментальных условиях

Рис. 61. Коаиерватные капли, полученные в экспериментальных условиях

ствлять мембрана, которая предположительно возникла следующим образом: вокруг коацерватов, богатых органическими соединениями, возникли оболочки (концентрические слои) жиров, или липидов, отделившие коаиерват от окружающей водной среды и преобразовавшиеся в ходе дальнейшей эволюции собственно в мембрану.

А Б в Г Д

Рис. 62. Схема последовательного усложнения онтогенеза многоклеточных в

процессе эволюции:

А - размножение свободно живущих одноклеточных; Б - онтогенез колонии одноклеточных типа УЬКох (происходитдифференциация клеток на половые (зачернено) и соматические; В-онтогенез многоклеточного органиэматипа гидры (прибавляются стадии бластулы и гаструлы); Г — онтогенез первичного двусторонне-симметричного животного ( прибавляется меэоперма); Л - онтогенез высшегодвустороненне-симметричнош многоклеточного (А.Н. Северное. 1935)

Появление биологической мембраны, отделившей содержимое коацервата от окружающей среды и обладающей способностью к избирательной проницаемости, предопределило направление дальнейшей химической эволюции по пути развития все более совершенных саморегулирующихся систем, вплоть до возникновения первых примитивно устроенных клеток (рис. 62, 63).

С момента появления клеточных

Рис. 63. Современный свободно структур химическая эволюция орга-движушийся представитель прос- НИЧеСКИХ Соединений СМеНИЛаСЬ 6ИО-ТСЙШИХ - вольвокс ( УоЬох) логической эволюцией (рИС. 64, 65).

По предположению акад. Б.С. Соколова жизнь на Земле существует 4 млрд 250 млн лет (!). Именно здесь прослеживается граница между отсутствием и наличием жизни на нашей планете. По геологическим масштабам жизнь возникла

Современная

модель

СпМапа

Б

ТигЬеНапа

ЫепорЬога

Рис. 64. Различные представления о происхождении многоклеточных животных

(Э. Гюнтер и др., 1982)

почти мгновенно — всего за 250 млн лет после образования Земли практически одновременно с формированием Мирового океана. Современные научные данные показывают, что первые клеточные образования появились еще через 1 млрд лет, следы этих первых организмов обнаружены в породах, имеющих возраст 3,1 млрд лет. Размеры этих первых обитателей очень малы (рис. 65).

Представитель класса жгутиконос и ков — од-ноклеточная водоросль эвглена зеленая (Еи%1епа viragis)

Рис. 65. Представитель класса жгутиконос и ков — од-ноклеточная водоросль эвглена зеленая (Еи%1епа viragis):

/—глотка; 2— глазок,3— жгут, 4— хлоропласт; 5— ядро с ядрышком

Очень многие факторы среды обеспечивали появление жизненных форм на Земле, а в дальнейшем поддерживали и определяли функционирование жизненных форм в условиях нашей планеты. Например, Дж. Бернал установил, что глинистые отложения на дне Мирового океана сослужили роль аккумулятора органических соединений абиогенного происхождения. Ряд специалистов утверждают, что на ранних стадиях существования Земля проходила в космосе через пылевые облака и захватила вместе с космической пылью большое количество органических молекул, образовавшихся в космическом пространстве. Количество этих молекул, как считают некоторые ученые, соизмеримо с биомассой современной Земли (?!).

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы