Тема 2. Происхождение и сущность жизни

ПЛАН:

1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ.

2. СУЩНОСТЬ ЖИЗНИ.

1. Происхождение жизни

Наиболее типичным для нашего времени являются три гипотезы, объясняющие происхождение жизни на нашей планете:

1 - креационизм;

2 - панспермия;

3 - эволюция углеродных соединений.

В истории человечества вплоть до середины 19 века господствовавшей гипотезой был креационизм во всех его проявлениях. Креационизм связывал возникновение жизни с творческим актом некоего духовного начала - бога, высшего интеллекта. В начале 20 века широкое распространение получила гипотеза панспермии, которая основана на положении, согласно которому жизнь на нашу планету была занесена из Космоса. Эти две первых гипотезы не имеют официального научного подтверждения.

В 1924-29 гг. Опариным была сформулирована гипотеза о возникновении жизни в результате длительной эволюции углеродных соединений, большой вклад в ее развитие внес Холдейн, в конечном итоге гипотеза приобрела статус научной теории. Теория Опарина-Холдейна до сих пор лежит в основе научных представлений о происхождении жизни.

По теории Опарина-Холдейна принято выделять 4 основных этапа становления жизни на нашей планете: 1- синтез низкомолекулярных органических соединений из газов первичной атмосферы; 2- полимеризация мономеров с образованием цепей белков и нуклеиновых кислот; 3- образование систем органических веществ, обособленных от внешней среды примитивными мембранами; 4- возникновение простейших клеток, обладающих свойствами живого, в том числе репродуктивным аппаратом, гарантирующим передачу дочерним клеткам всех химических и метаболических свойств родительских клеток.

Первые три этапа - химическая эволюция, четвертый - начало биологической.

Первые экспериментальные подтверждения теории Опарина-Холдейна были получены в 1953 году Миллером и Юри. Они воздействовали искровым разрядом на заключенную в колбу смесь из метана, аммиака и паров воды. Эта смесь, по мнению авторов, должна была в эксперименте имитировать состав первичной атмосферы Земли. В результате эксперимента в колбе был получен набор низкомолекулярных органических молекул. Так впервые была доказана возможность абиогенного синтеза органических соединений в системах, имитирующих предположительный состав первичной Земной атмосферы.

По данным современной науки, возраст Земли 4,6 млрд. лет. Первые признаки жизни на ней появились 3,8 млрд. лет назад. В первичной атмосфере под влиянием различных видов энергий из простейших соединений синтезировались молекулы аминокислот, сахаров, азотистых оснований, жирных кислот. Они концентрировались в растворе, где при участии минеральных и органических матриц происходило образование биополимеров - примитивных белков, нуклеиновых кислот. Эти полимеры объединялись затем в многомолекулярные комплексы с образованием фазовообособленных систем, способных взаимодействовать с внешней средой по типу открытых систем.

Прототипом таких систем в наше время являются коацерватные капли - смесь коллоидных частиц и микросфер, возникающих при растворении и последующей конденсации белков.

На стадии формирования таких структур уже имел место отбор, в ходе которого сохранялись только пригодные для выполнения биологических функций и обеспечивающие высокую степень выживания системы - это были пробионты. Эволюция пробионтов завершалась появлением примитивных организмов, обладавших генетическим и белоксинтезирующим аппаратами и способностью к обмену веществ.

Первые живые организмы были гетеротрофами, питавшимися органическими молекулами абиотического происхождения. Однако постепенно концентрация свободного органического вещества значительно уменьшилась, и преимущество получили организмы, способные синтезировать органику из неорганики. Таким путем около 2 млрд. лет назад возникли фотосинтезирующие клетки типа цианобактерий, способные использовать световую энергию для синтеза органических соединений из углекислого газа и воды. Они выделяли при этом кислород, который изменил состав первичной атмосферы Земли.

Жизнь, возникшая на Земле, изменила те условия, которые сделали возможным ее проявление.

Живая материя на нашей планете построена из тех же элементов, что и неживая природа. По теории Опарина-Холдейна становление и развитие жизни обусловлено эволюцией молекул, имеющих в своей основе углеродный скелет в сторону их усложнения и упорядоченности с образованием комплексов молекулярных и надмолекулярных структур. Эти комплексы пространственно упорядочены, т.к. имеют строго определенную микроархитектуру. Помимо пространственной упорядоченности биосистемам свойственна временная упорядоченность, это обеспечивает строгую последовательность биохимических реакций и процессов в живых организмах.

В нашей саморегулирующейся системе жизнь возникла не случайно, а потому что живое энергетически выгоднее неживого.