25. Происхождение жизни

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

1. С античных времен до наших дней не прекращаются споры о том, как возникла жизнь на Земле. Наиболее просто и радикально решают эту проблему креационисты (от англ. create — создавать, творить), считаю­щие, что жизнь является результатом божественного творения. Альтерна­тивой такой концепции является представление о том, что жизнь во Все­ленной существовала вечно (концепция стационарного состояния), а на Землю живая материя была занесена из космоса (концепция панспермии). Долгое время в естествознании господствовала гипотеза самопроизвольно­го (или спонтанного) зарождения жизни. Ее суть в том, что жизнь возни­кала и продолжает постоянно и многократно возникать из неживого (кос­ного) вещества. Важную роль в борьбе против этой концепции сыграли зна­менитые опыты итальянского биолога и врача Франческо Реди, который сформулировал концепцию биогенеза, в соответствии с которой жизнь мо­жет возникнуть только из предшествующей жизни («все живое от живого»). Наконец, в XIX в. общепринятой стала концепция абиогенного происхожде­ния жизни на Земле, основанная на гипотезе происхождения жизни путем биохимической эволюции. Выдвинутая независимо российским ученым ака­демиком А. И. Опариным и английским ученым Холдейном (гипотеза Опа-рина-Холдейна), эта концепция прочно вошла в современную естественно­научную картину мира.

2. Концепция биохимической эволюции основана на том, что первич­ная атмосфера Земли носила восстановительный, а не окислительный харак­тер. В ней не было свободного кислорода. Атмосфера безжизненной Земли в основном состояла из водородных соединений: паров воды (Н₂0), аммиака (NH₃), сероводорода (H₂S) и т. д. Из смеси паров этих веществ, в присутствии электрических разрядов молний, образовались первые аминокислоты и пири-мидиновые основания, которые являются «кирпичиками» для построения белков и нуклеиновых кислот. Эти соединения около 3,5 млрд лет назад пре­вратили гидросферу в раствор разнообразных органических соединений, об-

разовался своеобразный «питательный бульон». В этом «питательном буль­оне» постепенно выделялись и отделялись от окружающего раствора моле­кулярные образования в форме видимых под микроскопом коацерватных капель — предшественников клетки.

Коацерваты, при всей сложности их организации, не были живыми орга­низмами прежде всего потому, что у них нет стабильного самовоспроизведе­ния, жесткой структурной организации, функционального взаимодействия между белками и нуклеиновыми кислотами. Появление таких истинно жи­вых систем — протобионтов — происходило около 3,0 млрд лет назад. У про-тобионтов уже появляется корреляция между нуклеиновыми кислотами и белками; способность синтезировать белки определенного строения в соот­ветствии с информацией, заключенной в нуклеиновой кислоте. Одновремен­но у них совершенствуется мембранный аппарат, обеспечивающий упорядо­ченность обмена веществ, поддержание стабильности системы. И, главное, они приобретают способность к самовоспроизведению.

Структурное усложнение и функциональное совершенствование прото­бионтов привело к появлению организмов, имеющих клеточную организа­цию — первичных прокариотных (безъядерных) организмов — бактерий. С этого момента начинает осуществляться биологическая эволюция орга­низмов.

Единственным источников питания для первичных организмов могли вначале служить только те органические вещества, которые возникли рань­ше чисто абиогенным путем (гетеротрофное питание). В соответствии с этим способность к органическому питанию заложена в самой основе жизни, при­суща всем без исключения живым существам. Отсутствие свободного кисло­рода в первичной земной атмосфере и гидросфере обусловило анаэробный характер энергетического обмена первичных организмов.

25.3. В процессе развития жизни запас абиогенно образовавшихся орга­нических веществ на земной поверхности постепенно истощался, так как развитие жизни шло быстрее образования этих веществ. Их стало не хва­тать. Это изменение условий существования выдвинуло на первый план раз­вития такие организмы, которые благодаря приобретенной ими способности поглощать свет получили возможность строить заново органические вещест­ва из неорганических соединений атмосферы — углекислого газа и водяных паров. Таким путем вместо прежнего, весьма несовершенного и медленного абиогенного способа образования органических веществ, возник новый био­логический метод синтеза этих веществ — фотосинтез. Он осуществлялся на основе обмена веществ очень совершенными путями и поэтому в дальней­шем приобрел главенствующее, монопольное значение, которое сохранил и до наших дней. Возникновение фотосинтеза изменило всю обстановку жиз­ни на Земле. Часть организмов сама стала строить необходимые им органи­ческие соединения (автотрофы), другая часть сохранила прежние формы питания, используя те органическое вещества, которые возникали теперь уже биогенным путем {гетеротрофы).

Возникновение фотосинтеза не только создало изобилие органических веществ, но и привело к появлению свободного кислорода, до этого отсутство-

вавшего на земной поверхности. Это изменило весь характер происходив­ших здесь химических процессов и позволило большинству живых существ значительно усовершенствовать свой энергетический обмен, надстроив над прежним анаэробным обменом новые системы кислородного дыхания и та­ким образом целиком используя скрытую в органических веществах энергию.

ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ

Задание 25.1 (выберите один вариант ответа).

В процессе возникновения жизни на Земле различают несколько основ­ных этапов. Первый из ниженазванных этапов — это ...

Варианты ответа:

1. Образование атмосферы из газов, которые могли бы служить сырьем для синтеза органических веществ.

2. Концентрирование органических соединений и образование биополи­меров.

1. Образование макромолекул с каталитической активностью.

3. Абиогенный синтез мономеров органических веществ.

Обоснование ответа. При выборе ответа на это задание может возник­нуть проблема с первым и четвертым вариантами (второй и третий варианты следует сразу отбросить, так как соответствующие этапы абиогенного проис­хождения жизни относятся к более поздним периодам). По-видимому, пер­вый вариант, указывает на процесс, который предшествует абиогенному син­тезу органических веществ (аминокислот, нуклеиновых кислот). Ему и надо отдать предпочтение.

Правильным является вариант ответа: 1) образование атмосферы из га­зов, которые могли бы служить сырьем для синтеза органических веществ.

Задание 25.2 {выберите один вариант ответа).

Первыми организмами, возникшими на Земле, были ...

Варианты ответа:

1. Прокариоты, аэробы, существовавшие только на суше.

2. Эукариоты, анаэробы, существовавшие только в водах первичного океана.

3. Эукариоты, аэробы, существовавшие и в воде, и на суше.

4. Прокариоты, анаэробы, долгое время существовавшие в водах первич­ного океана.

Обоснование ответа. Во-первых, отметим, что прокариоты (безъядерные организмы) возникли раньше, чем эукариоты (организмы с оформленным кле­точным ядром), поэтому второй и третий варианты следует отбросить. Далее, первые организмы использовали анаэробные формы энергетических процес­сов, так как свободного кислорода в атмосфере еще не было. Следовательно, из первого и четвертого вариантов ответа следует выбрать последний.

Правильным является вариант ответа: 4) прокариоты, анаэробы, долгое время существовавшие в водах первичного океана.

Задание 25.3 {выберите один вариант ответа).

Концепцию возникновения жизни, основанную на принципе «все жи­вое — от живого», называют ...

Варианты ответа:

1. Биогенезом.

2. Антропогенезом.

3. Этногенезом.

4. Космогенезом.

Обоснование ответа. Значение приведенных терминов следующее. Био­генез — происхождение жизни, антропогенез — происхождение человека, этногенез — происхождение рас (этносов). Термина космогенез не существу­ет. Поэтому в данном случае следует выбрать первый вариант, который озна­чает, что живое происходит только из живого.

Правильным является вариант ответа: 1) биогенезом.

Задание 25.4 (выберите один вариант ответа).

Абиогенное возникновение биологических мономеров, образование био­логических полимеров, формирование мембранных структур и появление первичных организмов — основные положения теории ...

Варианты ответа:

1. Стационарного состояния.

2. Биохимической эволюции.

3. Самопроизвольного зарождения жизни.

4. Панспермии.

Обоснование ответа. В задании фактически приведены основные поло­жения концепции биохимической эволюции (см. основные сведения). Правильным является вариант ответа: 2) биохимической эволюции.

Задание 25.5 {выберите варианты согласно тексту задания).

Установите соответствие между концепциями возникновения жизни и их содержанием:

1. Креационизм.

2. Панспермия.

3. Стационарное состояние.

Варианты ответа:

A. Создание жизни Творцом в определенное время.

Б. Возникновение жизни является проявлением старения Вселенной.

B. Занесение живого вещества на Землю из космоса.

Г. Жизнь никогда не возникала, она существовала всегда и будет сущест­вовать вечно.

Обоснование ответа. Приведенные в основных сведениях определения основных концепций происхождения жизни на Земли позволяют легко ус­тановить требуемое соответствие.

Правильным является соответствие: 1 — А; 2 — В; 3 — Г.

Задание 25.6 (выберите один вариант ответа).

Возникновение жизни на Земле и ее биосферы — одна из основных про­блем современного естествознания. Согласно теории биохимической эволю­ции А. И. Опарина ...

Варианты ответа:

1. Жизнь никогда не возникала, а существовала вечно.

1. Зарождение жизни на Земле — это результат абиогенного синтеза жи­вой материи из неживой.

2. Жизнь имеет космическое происхождение.

4. Жизнь есть результат божественного творения. Обоснование ответа. Это задание аналогично предыдущим. Правильным является вариант ответа: 2) зарождение жизни на Земле —

это результат абиогенного синтеза живой материи из неживой.

Задание 25.7 (выберите варианты согласно тексту задания). Установите соответствие между понятием и его определением: 1. Гетеротрофы. 2. Автотрофы.

3. Анаэробы.

Варианты ответа:

A. Организмы, способные жить только в присутствии кислорода.

Б. Организмы, питающиеся готовыми органическими веществами.

B. Организмы, способные жить в отсутствии атмосферного кислорода.

Г. Организмы, способные синтезировать питательные вещества из неор­ ганических веществ.

Обоснование ответа. Приведенные в основных сведениях определения терминов позволяют легко определить требуемое соответствие. Правильным является соответствие: 1 — Б; 2 — Г; 3 — В.

Задание 25.8 (выберите один вариант ответа).

Возникновение жизни на Земле и ее биосферы является одной из основ­ных проблем современного естествознания. Гипотеза, предполагающая, что земная жизнь имеет космическое происхождение, носит название ...

Варианты ответа:

1. Гипотеза биохимической эволюции.

2. Гипотеза панспермии.

3. Креационистская гипотеза.

4. Гипотеза самопроизвольного зарождения.

Обоснование ответа. Концепция панспермии о занесении «зародышей жизни» из космоса является гипотезой, основанной на внеземном происхо­ждении жизни. В соответствии с этой концепцией в мировом пространстве имеются частицы вещества, пылинки, на которых могут находиться живые споры микроорганизмов. Попадая на планету с подходящими для микроор­ганизмов условиями, они и создают жизнь на этой планете.

Правильным является вариант ответа: 2) гипотеза панспермии.