Прибор Миллера для синтеза органических соединений в восстановительной атмосфере под действием искровых разрядов
1
— колба с кипящей водой;
2 — к вакуумному насосу;
3 — электроды;
4 — искровой разряд;
5 — смесь газов (СН4,NH3, Н2О, Н2);
6 — выход воды из холодильника;
7 —холодильник;
8 —подача воды в холодильник;
9—вода, содержащая органические соединения;
10 —ловушка
С. Поннамперума использовал в опытах ультрафиолетовую лампу как источник энергии — ведь в условиях молодой Земли ультрафиолетовое излучение давало основную энергию. Он сумел получить не только аминокислоты и пурины (строительные блоки соответственно для белков и нуклеиновых кислот), но и синтезировал эти молекулы в полимеры.
С.Фокс синтезировал почти все аминокислоты, без которых жизнь была бы невозможна. Он «сварил» из аминокислот так называемые «термические протеноиды», близкие по составу к белкам. При этом протеноиды превратились в приготовленном С. Фоксом бульоне в капли, подобные коацерватам Опарина. Принципиальная возможность образования полинуклеотидов без участия ферментов была показана Г.Шраммом. Так были получены полиадениловая, полиуридиловая, полицитидиловая кислоты и их сополимеры.
Список экспериментальных исследований очень велик. Основные их результаты показывают, что химическая эволюция - закономерный естественный процесс, который закладывает основы жизни.
Б. Концепции биогенеза («живое из живого»)
1. Гипотеза стационарного состояния (жизнь существовала всегда).
Согласно этой гипотезы, земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало. Виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности – либо изменение численности, либо вымирание.
Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определённых ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводит в качестве примера представителя кистеперых рыб — латимерию (целаканта). По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце мелового периода. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых рыб. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что, только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, её сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определённом пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков.
Критика гипотезы
Гипотеза стационарного состояния противоречит данным современной астрономии, которые указывают на конечное время существования любых звёзд и, соответственно, планетных систем вокруг звёзд. По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли, Солнца и Солнечной системы исчисляется ~4,6 млрд лет. Поэтому эта гипотеза обычно не рассматривается академической наукой.
2. Теория панспермии (жизнь занесена на нашу планету извне)
Теория предложена в 1865 году немецким ученым Г. Рихтером и окончательно сформулирована шведским ученым Аррениусом в 1895 году. Суть теории: жизнь могла быть занесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью. Это предположение основывается на данных о высокой устойчивости некоторых организмов и их спор к радиации, глубокому вакууму, низким температурам и другим воздействиям.
Современная гипотеза панспермии
Ф.Крик и Л.Оргел предложили в 1973 году другой вариант — управляемую панспермию, то есть намеренное «заражение» Земли микроорганизмами, доставленными на непилотируемых космических аппаратах развитой инопланетной цивилизацией.
В пользу своей теории они привели два основных довода — универсальность генетического кода (известные другие вариации кода используются в биосфере гораздо реже и мало отличаются от универсального) и значительную роль молибдена в некоторых ферментах. Молибден — очень редкий элемент для всей Солнечной системы. По словам авторов, первоначальная цивилизация, возможно, обитала возле звезды, обогащённой молибденом.
Критика гипотезы
Все попытки обнаружить живые существа и их остатки вне Земли и в составе метеоритного вещества не дали положительного результата. Неоднократно появлявшиеся сообщения о находках следов жизни на метеоритах основаны или на ошибочной интерпретации некоторых бактериоподобных неорганических включений, или на загрязнении метеоритов земными микроорганизмами. Метеоритное вещество оказалось достаточно богатым органикой, однако вся она не обладало хиральной чистотой (т.е. молекулы относятся к неживой материи); это последнее обстоятельство является сильным доводом против принципиальной возможности существования "межзвездной жизни".
СОВРЕМЕННЫЕ ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ
1.Некоторые специалисты считают, что родоначальником жизни был не первый организм, а первая биосфера (т.е. надорганизменный уровень организации живой материи). С момента своего возникновения живые организмы начинают играть важную и разнообразную геологическую и геохимическую роль.
2.Научные данные все больше подтверждают, что жизнь возникла не в открытом океане, а в шельфовой зоне моря или в лагунах, где были наиболее благоприятные условия для концентрации органических молекул и образования сложных макромолекулярных систем. Процесс концентрации органических веществ может происходить при отливах, испарении воды в лагунах и т.д.
3. В 1977 году американский биохимик К. Воуз объявил открытие первой формы жизни в горячих (65-70С) источниках Йеллоустонского парка, где он обнаружил микроорганизмы, которые поглощают двуокись углерода и водорода и выделяют метан. Многие специалисты скептически приняли сообщение К. Воуза потому, что известно много современных анаэробных бактерий, которые живут за счет различных видов ферментации, фотосинтеза или химических процессов.
4.Немецкие химики показали, что жизнь зародилась в гидротермальных источниках срединно-океанических хребтов действующих на дне океанов «Черные курильщики». В них при температуре свыше 80 градусов может происходить абиогенный синтез органических веществ, в частности аминокислот, из угарного газа, цианистого водорода и других неорганических соединений.
5.Поскольку все органические соединения клетки содержат углерод, то принято считать, что жизнь на Земле построена на основе углерода. Замечательной особенностью углерода является то, что его атомы очень легко образуют ковалентные связи с другими атомами, в результате чего он больше других элементов способен образовывать большие молекулы. До некоторой степени такой способностью, но меньшей, обладает и кремний, что явилось основанием к известным предположениям о существовании жизни на других планетах, но на кремниевой основе.
6.Уильям Мартин из Германии и Майкл Рассел из Великобритании утверждают, что первые живые организмы на Земле могли появиться внутри камней, выстилающих дно океана более 4 миллиардов лет назад.