12.1.3. Теория абиогенного происхождения жизни а.И. Опарина

О том, как произошла жить, знают лишь А. И. Опарин и Раиса Львовна Берг, а я был маленький, я не помню.

Н. В. Тимофеев-Ресовский

В современном естествознании наиболее обоснованной вы­глядит теория абиогенного происхождения жизни, выдвинутая в 1923 г. российским биохимиком А. И. Опариным (1894 — 1980). Она основывается на физико-химических представлениях об ус­ловиях, имевшихся на ранней Земле, связывая их с геологиче­ской эволюцией, эволюцией химических элементов Солнечной системы, а также активностью Солнца, и удовлетворяет упомя­нутым выше условиям возникновения жизни. Основной идеей этой теории было обоснование того, что зарождение жизни — это длительный процесс зарождения живой материи в недрах не­живой. Опарин предположил, что сложные органические соеди­нения возникли в океане из более простых соединений. Разно­образие этих простых соединений в атмосфере и протоокеане, обилие солнечной энергии, действовавшей длительное время, привели к образованию «первичного бульона», в котором стали возникать более сложные органические соединения и конгломе­раты их в виде так называемых коацерватных капель.

Причем это был процесс самопроизвольного превращения неорганических соединений в «кирпичики жизни» — биомоле­кулы: аминокислоты, нуклеотиды, полисахариды и т.д., которые мы более подробно рассмотрим дальше. «Коацерватная» идея А.И. Опарина об абиогенном, т.е. небиологическом, происхож­дении преджизненных форм материи, возникновении под действием электрических разрядов и коротковолнового излуче­ния органических молекул без участия живых организмов была экспериментально доказана американским ученым С. Миллером в 1953 г. Удалось создать сходные условия при наличии электри­ческих разрядов в атмосфере смеси метана, аммиака и воды. В результате реакции появились некоторые вещества, которые входят в состав живых организмов: аминокислоты, глутамино- вые кислоты и простые сахара, а впоследствии и нуклеиновые кислоты. Появилась «жизнь в пробирке»! Органические соедине­ния должны были возникать в этих восстановительных условиях при наличии энергии и вдали от равновесия.

Процесс биохимической эволюции по Опарину можно пред­ставить в виде нескольких этапов:

• Переход воды в процессе охлаждения Земли из парообраз­ного состояния в жидкое, образование раздельных атмосферы и гидросферы и последующая их эволюция. При этом шел синтез простейших неорганических соединений.

• Образование из неорганических соединений (Н₂, 0₂, С0₂, NH₃ и СН₄) органических и накопление их в первичном океане в результате энергетического воздействия Солнца, электриче­ских разрядов, космического излучения.

• Постепенное усложнение органических соединений и обра­зование белковых структур.

• Выделение белковых структур из среды, образование гидро­фильных комплексов и создание вокруг белков водной оболоч­ки. Эти комплексы, согласно терминологии Опарина, и образу­ют коацерваты, составные части которых (полипептиды, поли- нуклеотиды) выработали способность обмениваться энергией и веществом с отделенной от них окружающей средой и резко уве­личивать скорость биохимических реакций. Это в дальнейшем. привело к ускорению темпов в целом всей эволюции живого во времени. Так, от протобионтов до появления аэробов (организ­мов, существующих в кислородной среде, «питающихся» кисло-, родом 0₂) потребовалось 3 млрд лет, до образования растений и

животных -500 млн лет, птиц, млекопитающих и первых позво­ночных — около 100 млн лет, приматов — 12—15 млн лет, чело­века — 3 млн лет. Здесь свою роль сыграли и многие другие фак­торы, в частности законы естественного отбора и приспособля­емости живых организмов к изменяющимся условиям внешней среды, а на уровне «химии жизни» — появление ферментов и автокаталитических реакций.

• В результате образования гидрофобных липидных границ между коацерватами и внешней средой создание полупроницае­мых мембран, обеспечивающих стабильность функционирова­ния коацервата.

• Связывание друг с другом нуклеотида коацерватов по прин­ципу комплентарности с образованием цепи молекул. Обеспече­ние эволюции сложных соединений путем саморегуляции.

• Появление возможности самовоспроизводства при возни­кновении генетического кода. Предполагают, что таким образом образовалось живое вещество. Согласно концепции В.И. Вер­надского [4], в образовавшейся биосфере есть косное вещество, которое остается неизменным, и живое вещество, изменяющееся в процессе эролюции. Живое вещество влияет на ход эволюции. Современные условия жизни на Земле в значительной степени со­зданы жизнедеятельностью организмов. Так, практически весь кислород, содержащийся в атмосфере Земли в настоящее время, — это продукт фотосинтеза, происходящего в живых организмах — растениях.

В.И. Вернадский связывал возникновение жизни с гигант­ским скачком (бифуркацией — в рамках синергетики), который прервал безжизненную эволюцию земной коры и внес в нее столько противоречий, что они смогли породить жизнь, те как возникновение какого-то отдельного живого организма, а именно их совокупности, отвечающей геохимическим требованиям жизни». Коацерваты как предвестники в дальнейшем клетки живого ор­ганизма смогли уже «жить сами по себе»: увеличиваться в разме­рах, делиться на части, обмениваться энергией и веществом с окружающей средой, участвовать в химических реакциях и т.д.

В результате этого возник первичный круговорот веществ в природе, связанный со взаимным обменом органических веществ в процессах их синтеза и распада. При этом уже можно считать, что шел процесс естественного отбора и на этом уровне более устойчивые соединения сохранялись, а малоустойчивые распада­лись. В процессе отбора оставались такие коацерваты, которые не теряли структуры даже при своем делении, что характеризует самоорганизацию и самопроизводство. Если при этом в коацер- ват попадала молекула, также способная к воспроизведению, и происходила перестройка оболочки коацервата, то могла образо­ваться простейшая живая клетка, а из нее при получении энер­гии и вещества из первичного бульона — развиться и простей­ший организм.

А. И. Опарин считал, что когда в процессе этого обмена и хи­мических реакций появились нуклеиновые кислоты, процесс хи­мической эволюции как борьбы протобионтов заканчивался. Переход к живому осуществлялся, когда на «смену соревнованию в скорости роста приходила борьба за существование» [9]. При по­явлении надежного механизма воспроизведения генетической информации процесс непосредственного, возникновения жизни завершился, эра химической эволюции закончилась, началась эра биологической эволюции, время естественного отбора. В этих условиях уже недостаточно было просто выжить, нужно было быть способным получать энергию наиболее эффективно и оптимально ее использовать для своего развития.