Хіміко-біологічна теорія походження життя протоклетки із розчинів в особливих умовах
У житті кожної людини настає час, коли, озирнувшись навколо, задаєшся питанням - звідки це розмаїття різноманітного життя, що б'є фонтаном? Ми звикли до нього. Навіть у найнесподіваніших і найнесприятливіших, здавалося б, місцях хтось співає, бігає, скрипить, шарудить, шелестить і цвіте. Життя. Що ми знаємо про неї? Якщо справді щось знаємо.
Хіміко-біологічна теорія
Byvera
Сама теорія корінням йде в теорію самозародження життя - живі організми з'являються з неживої речовини, але головне тут - особливі умови, що існували на ранній Землі. Експеримент Пастера переконливо довів неможливість самозародження життя в сучасних умовах, але на Землі умови сильно відрізнялися від сучасних. Наявність в атмосфері метану та вуглекислого газу, аміаку та ціановодню при електричних розрядах, можливо, змінювали ситуацію у сенсі ймовірності появи первинних організмів.
Опарін Олександр Іванович (1894 – 1980 р.р.) професор, доктор біологічних наук у 1924 році на зборах українського ботанічного товариства виступив з доповіддю "Про виникнення життя", в якій запропонував гіпотезу про походження життя з первинного розчину неорганічних речовин.
Принцип Реді (живе лише з живого) справедливий лише сучасної епохи існування нашої планети.
У середині XX століття увагу до проблеми самозародження життя було знову привернуто радянським біохіміком А.І.
На початку свого існування, коли рання Земля була неживою, на ній відбувалися абіотичні синтези вуглецевих сполук та їх подальша передбіологічнаеволюція. Опарін припускає, що зародження життя Землі - тривалий еволюційний процес становлення живої матерії в надрах неживий. Відбувалося це під час хімічної еволюції, у результаті якої найпростіші органічні речовини утворилися з неорганічних під впливом фізико-хімічних каталізаторів. Тобто початкова хімічна еволюція перейшла потім у біохімічну. Опарін виділяє три етапи переходу від неживої матерії до живої.
Хімічна еволюція
Близько 4 млрд років тому, коли життя на Землі не було, на ній відбувався абіотичний синтез вуглецевих сполук. Для цього періоду Землі характерні численні вулканічні виверження з рясним виливом лави. Рання атмосфера містила метан, вуглекислий газ, аміак та ціановодень. У міру остигання планети водяні пари, що знаходяться в атмосфері, конденсувалися і обрушувалися на землю зливами, утворюючи первинний океан. У водах розчинялися різні неорганічні солі. В океан потрапляли й різні неорганічні сполуки, що утворюються в атмосфері під впливом ультрафіолетового випромінювання, високої температури та активної вулканічної діяльності. Концентрація їх збільшувалася і, зрештою, океани накопичили достатню кількість білкоподібних речовин - пептидів. Біологи говорять про "первинний бульйон" океану.
Поява білкових речовин.
У міру пом'якшення умов на Землі, під дією на хімічні суміші первинного океану електричних розрядів, теплової та ультрафіолетової енергії, стало можливим утворення складних органічних сполук - біополімерів і нуклеотидів, які, об'єднуючись і ускладнюючись, перетворювалися на протобіонти - доклі предків живих організмів. Підсумком цього періоду стала поява коацерватів. Це комплексиколоїдних частинок. Вони здатні поглинати різноманітні розчини з первинного океану. В результаті їх будова змінюється у бік збільшення стійкості в умовах, що змінюються. Теорія розглядає коацервати як передбіологічні утворення, що складаються з груп молекул, оточених водяною оболонкою. Коацервати поглинають речовини з навколишнього середовища, взаємодіють один з одним, збільшуючись у розмірах. Однак, вони нездатні до самовідтворення та саморегулювання. Тому їх не можна зарахувати до біологічних систем.
Поява живої клітки.
Припускають, що цей період почав діяти природний відбір. У масі коацерватів відбувалося збереження найбільш стійких до цих умов середовища. Процес був тривалим і тривав мільйони років. Краплі, що збереглися, вже мали здатність до метаболізму - головної властивості життя. Разом про те, досягнувши певних розмірів, материнська крапля розпадалася на дочірні, зберігаючи особливості материнської структури. Власне, у цей період коацервати перетворилися на найпростіші живі організми. Внутрішнє середовище крапель потребувало захисту від навколишнього середовища. Тому навколо коацерватів, багатих на органічні сполуки, виникли шари ліпідів, огороджуючи їх від вод первинного океану. Пізніше їх утворилася зовнішня мембрана, що підвищило життєздатність організмів. Виникнення мембрани направило подальшу еволюцію шляхом посилення автономності структури освіти. Насправді виникла протоклетка, основа живого в біологічному розумінні. У її структурі було все для стабільного існування у навколишньому середовищі та відтворення собі подібних. Після появи такої освіти можна було говорити про початок біологічної еволюції.
Згідно з поглядами Холдейна, первинною була не коацерватна система,здатна до обміну речовин із навколишнім середовищем, а макромолекулярна система, здатна до відтворення. Свої погляди він виклав у 1929 році. У загальному сенсі Опарін віддавав пальму першості білкаї, а Холдейн - нуклеїновим кислотам.
Можливість абіогенного синтезу біополімерів було доведено експериментально у середині XX століття.
У 1953 році американський хімік Стенлі Ллойд Міллер (1930 - 2007 р.р.) і лауреат Нобелівської премії з хімії 1934 року, американський фізхімік Гарольд Клейтон Юрі (1893 - 1981 р.р.) змоделювали первинну ы , сечовину, амінокислоти шляхом пропускання електричних розрядів через суміш інертних газів
До теорії Опаріна – Холдейна є багато питань.
Вона не пояснює момент стрибка від складних органічних сполук до живих організмів. Спроби пояснення цієї невизначеності існують, але фактичної ясності далеко.
Через жорсткі умови на поверхні ранньої Землі та близькості Місяця життя не могло виникнути в прибережній зоні або поверхневому шарі океану - великі приливні хвилі, жорстке ультрафіолетове випромінювання через відсутність озонового шару. Отже, протобіонти могли з'явитися лише на дні, у тонких плівках органічної речовини, адсорбованої поверхнями кристалів піриту та апатитів, мабуть, поблизу геотермальних джерел.
Сьогодні прийнято вважати, що протобіонти були молекулами РНК, а не ДНК. Тому що доведено, що еволюція йшла від РНК до білка, а потім ДНК. Але незрозуміло звідки, власне, з'явилися молекули РНК, оскільки ясно, що точно не в результаті плавної еволюції. Тут мав місце якийсь стрибок, механізм якого невідомий.
Відразу мали з'явитися багато первиннихбіоценози. Вони мали бути гетеротрофами, не мати ядра, бути анаеробами. Чи простежується єдиний зразок?
В силу особливих властивостей вуглецю життя на Землі з'явилося саме на цій основі. Однак немає жодних протиріч для ймовірності виникнення її не лише на цій основі.
Деякі перспективні напрями вивчення походження життя.
У цьому столітті дослідники виявляють підвищений інтерес до життєвих форм, виявлених в областях, зовсім непридатних для цього, за мірками традиційної біології.
Східне озеро в Антарктиді. Його називають реліктовим і знаходиться під чотирикілометровим шаром льоду. Можливо, там є реліктові організми.
На території Румунії в печері, що не має доступу світла, виявлені сліпі організми, що живуть там, які харчуються мікроорганізмами. Ці, у свою чергу, використовують неорганічні сполуки, що містять сірководень, що надходять із дна печери. У печері немає світла, але там є вода.
Особливий інтерес викликають мікроорганізми, виявлені американськими вченими щодо одного з солоних озер. Вони виключно стійкі до довкілля і можуть жити навіть на чисто миш'яковому середовищі.
Привертають увагу й організми, що живуть у "чорних курцях". Це гідротермальні джерела, що діють на дні океанів, розташовані вздовж осьових частин серединно-океанічних хребтів. З них в океан під високим тиском 250 атмосфер надходить високомінералізована гаряча (350 градусів Цельсія) вода. Це довкілля біологічних співтовариств, одержують енергію з розкладання сполук гідротермальних флюїдів. В океанічній корі, мабуть, знаходяться найглибші частини біосфери, що досягають глибини 2500 метрів.
Вивчення цих об'єктів повинно привести нас доглибшого розуміння проблеми походження життя на нашій планеті та утворення її біосфери.
Слід визнати, що на сьогодні експериментально отримати життя не вдається. Разом з тим абіогенезна концепція не виключає можливості існування життя в космосі та його космічного походження на Землі.
Марков А.В. "Народження складності", CORPUS, "Астрель", 2010;
Пічугіна Т. "Велика таємниця життя", журнал "Навколо світу", N 3, 2005;
Чернавський Д.С. "Успіхи фізичних наук", N2, 2000