Современная теория возникновения жизни на Земле

Ис­сле­до­ва­те­ли, пы­та­ю­щи­е­ся по­нять тайны воз­ник­но­ве­ния жизни на Земле, до сих пор спо­рят, что по­слу­жи­ло им­пуль­сом к об­ра­зо­ва­нию пер­вых живых ор­га­низ­мов: мол­нии, дей­ствие при­ли­вов и от­ли­вов, осад­ки или что-ли­бо дру­гое. Недав­нее от­кры­тие уче­ных-хи­ми­ков скло­ни­ло чашу весов в поль­зу еще одной вер­сии. Ис­сле­до­ва­те­ли Тех­но­ло­ги­че­ско­го ин­сти­ту­та Джор­джии об­на­ру­жи­ли, что несколь­ко РНК-по­доб­ных мо­ле­кул могут спон­тан­но со­би­рать­ся в длин­ные ге­ном­ные цепи в обык­но­вен­ной воде. И все же тайна воз­ник­но­ве­ния жизни еще ищет сво­е­го пер­во­от­кры­ва­те­ля. Как знать, может быть, зна­ния, по­лу­чен­ные на этом уроке, при­бли­зят имен­но вас к ее раз­гад­ке...

Рис. 1

В 1924 году со­вет­ский био­хи­мик Алек­сандр Ива­но­вич Опа­рин (см. Рис. 1) вы­пу­стил книгу под на­зва­ни­ем «Про­ис­хож­де­ние жизни». Эта книга в бук­валь­ном смыс­ле вско­лых­ну­ла на­уч­ный мир того вре­ме­ни. Со­глас­но ги­по­те­зе Опа­ри­на, жизнь за­ро­ди­лась в ре­зуль­та­те ряда хи­ми­че­ских пре­вра­ще­ний, ко­то­рые про­те­ка­ли на про­тя­же­нии дли­тель­но­го вре­ме­ни в спе­ци­фи­че­ских усло­ви­ях мо­ло­дой пла­не­ты.

Со­глас­но со­вре­мен­ным на­уч­ным дан­ным, Земля об­ра­зо­ва­лась 6 млрд лет тому назад из га­зо­пы­ле­во­го об­ла­ка, со­сто­я­ще­го из скоп­ле­ний газа и за­мер­ших пы­ле­вых ча­стиц, об­ра­зо­ван­ных раз­ны­ми хи­ми­че­ски­ми эле­мен­та­ми (см. Рис. 2, 3). По­сте­пен­но это об­ла­ко упло­ща­лось и разо­гре­ва­лось, в нем сфор­ми­ро­ва­лись Солн­це и пер­вич­ные пла­не­ты. Затем при осты­ва­нии небес­ных тел опре­де­ля­лись их струк­ту­ры. Так у Земли по­яви­лись ядро, ман­тия, кора и пер­вич­ная ат­мо­сфе­ра.

В пер­вич­ной ат­мо­сфе­ре при­сут­ство­ва­ли во­до­род, во­дя­ной пар, а также уг­ле­кис­лый газ, метан и ам­ми­ак. Бла­го­да­ря кон­ден­са­ции во­дя­ных паров сфор­ми­ро­ва­лись воды пер­вич­но­го Ми­ро­во­го оке­а­на. 

Рис. 2

Рис. 3

По мне­нию Опа­ри­на, с по­мо­щью энер­гии уль­тра­фи­о­ле­та, а также элек­три­че­ской энер­гии раз­ря­дов мол­нии в бес­кис­ло­род­ных усло­ви­ях мо­ло­дой Земли мог на­чать­ся син­тез ор­га­ни­че­ских ве­ществ из неор­га­ни­че­ских, то есть хи­ми­че­ская эво­лю­ция.

В 1953 году аме­ри­кан­ские уче­ные Стен­ли Мил­лер и Га­рольд Юри (см. Рис. 4) скон­стру­и­ро­ва­ли уста­нов­ку, в ко­то­рой они до­ста­точ­но точно вос­про­из­ве­ли усло­вия древ­ней Земли, ее ат­мо­сфе­ры и Ми­ро­во­го оке­а­на. 

Рис. 4

В спе­ци­аль­ной колбе через смесь газов ме­та­на, ам­ми­а­ка, во­до­ро­да и паров воды при тем­пе­ра­ту­ре 80°С про­пус­ка­ли элек­три­че­ский раз­ряд, ими­ти­ру­ю­щий раз­ряд мол­нии. Через неде­лю в кон­ден­са­те, об­ра­зо­вав­шем­ся в ре­зуль­та­те охла­жде­ния со­дер­жи­мо­го колбы, были об­на­ру­же­ны про­стые ор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния: мо­лоч­ная кис­ло­та, мо­че­ви­на и неко­то­рые ами­но­кис­ло­ты. Так было по­лу­че­но экс­пе­ри­мен­таль­ное под­твер­жде­ние ги­по­те­зы Опа­ри­на (см. Рис. 5).

Рис. 5

Со­глас­но этой ги­по­те­зе, пер­вым шагом на пути хи­ми­че­ской эво­лю­ции стал абио­ген­ный син­тез ор­га­ни­че­ских ве­ществ из неор­га­ни­че­ских. Вто­рой шаг – об­ра­зо­ва­ние слож­ных ор­га­ни­че­ских ве­ществ из более про­стых – по мне­нию Опа­ри­на, мог про­ис­хо­дить путем ко­ацер­ва­ции, то есть са­мо­про­из­воль­но­го раз­де­ле­ния бел­ко­во­го рас­тво­ра на от­дель­ные капли. При­мер­но так, как это про­ис­хо­дит в бу­льоне, когда вы­де­ля­ют­ся от­дель­ные ка­пель­ки жира (Ис­точ­ник).

Рис. 6

Были и дру­гие точки зре­ния. На­при­мер, бри­тан­ский уче­ный Джон Хол­дейн (см. Рис. 6) пред­по­ла­гал, что об­ра­зо­ва­ние слож­ных ор­га­ни­че­ских ве­ществ из более про­стых может про­ис­хо­дить путем кри­стал­ли­за­ции бел­ко­вых мо­ле­кул на ка­ком-то ми­не­раль­ном суб­стра­те.

Были и дру­гие ги­по­те­зы, но все они схо­ди­лись в глав­ном, пред­ла­гая лишь раз­ли­чия в путях, ко­то­ры­ми пер­вич­ные живые ор­га­низ­мы могли об­ра­зо­вать­ся на нашей пла­не­те.

Тре­тьим шагом на пути хи­ми­че­ской эво­лю­ции было об­ра­зо­ва­ние био­по­ли­ме­ров мем­бран­ных струк­тур. Воз­мож­но, это про­ис­хо­ди­ло сле­ду­ю­щим об­ра­зом: ор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния, ко­то­рые син­те­зи­ро­ва­лись абио­ген­ным путем, рас­тво­ря­лись в водах Ми­ро­во­го оке­а­на, об­ра­зуя так на­зы­ва­е­мый «ор­га­ни­че­ский бу­льон», в то время как нерас­тво­ри­мые белки и уг­ле­во­ды об­ра­зо­вы­ва­ли на по­верх­но­сти Ми­ро­во­го оке­а­на свое­об­раз­ную плен­ку. Воды Ми­ро­во­го оке­а­на на­хо­дят­ся в по­сто­ян­ном дви­же­нии. А зна­чит, воз­мож­но, в ре­зуль­та­те по­сто­ян­но­го пе­ре­ме­ще­ния этих пле­нок об­ра­зо­вы­ва­лись склад­ки и пу­зырь­ки. Бла­го­да­ря по­ры­вам ветра такие пу­зырь­ки могли от­ры­вать­ся от по­верх­но­сти и слег­ка под­ни­мать­ся вверх. А затем, снова падая на по­верх­ность Ми­ро­во­го оке­а­на, они по­кры­ва­лись уже вто­рым слоем мем­бра­ны. Воз­мож­но, имен­но так об­ра­зо­ва­лись пер­вые мем­бран­ные ор­га­низ­мы. В те­че­ние мил­ли­о­нов лет, мем­бра­ны усо­вер­шен­ство­ва­лись, что при­ве­ло в ко­неч­ном итоге к воз­ник­но­ве­нию пред­ше­ствен­ни­ков живых ор­га­низ­мов, так на­зы­ва­е­мых про­то­бион­тов. Про­то­бион­ты, по мне­нию Опа­ри­на, от­ли­ча­лись от на­сто­я­щих кле­точ­ных ор­га­низ­мов тем, что в них еще не про­ис­хо­ди­ли слож­ные про­цес­сы об­ме­на ве­ществ и пе­ре­да­чи ге­не­ти­че­ской ин­фор­ма­ции (см. Рис. 7).

Этапы раз­ви­тия жизни на Земле со­глас­но ги­по­те­зе Опа­ри­на-Хол­дей­на

Рис. 7

Пе­ре­ход от про­то­био­но­тов к на­сто­я­щим кле­точ­ным ор­га­низ­мам, слу­чив­ший­ся около 3,5 млрд лет назад, озна­ме­но­вал на­ча­ло био­ло­ги­че­ской эво­лю­ции.