7.4. Экспериментальным подтверждением ряда идей биохимической эволюции служат опыты американских ученых с.Л. Миллера и г.К. Юри. В чём состояли эти опыты?

Американские ученые С.Л. Миллер и Г.К. Юри в 1953 г. экспериментально получили некоторые низкомолеулярные вещества, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров воды. Эта смесь была моделью первичной атмосферы (газообразные ВОДОРОД, АММИАК И МЕТАН). Как видно, в смеси ОТСУТСТВОВАЛ КИСЛОРОД – этот газ появился в атмосфере значительно позже, по мере развития зелёных растений, для которых был характерен процесс фотосинтеза.

Электрические разряды имитировали грозовую активность – возможный источник энергии для химических реакций на первобытной Земле. Потребовалась всего неделя, чтобы в «океане» обнаружилось много различных органических соединений, в том числе рибоза и другие простые сахара, а также аминокислоты и азотистые основания.

В схожем опыте другая группа учёных получила короткие НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (олигонуклеотиды). Стало понятно, что основные органические вещества-мономеры, необходимые для возникновения полимерных молекул нуклеиновых кислот и белков, действительно могли быть химически получены в условиях пребиотического (еще лишенного жизни) мира. В отсутствие кислорода, который мог бы их разрушить, а также бактерий и грибов, которые использовали бы их в качестве пищи, эти вещества действительно должны были накапливаться в первобытном океане до консистенции бульона.

При нагревании сухой смеси аминокислот удалось получить цепи аминокислот – ПРОТЕНОИДЫ (т.е. белкоподобными веществами). Некоторые протеноиды способны действовать подобно ферментам – катализировать биохимические реакции. Возможно, именно эта способность была главной чертой, определившей их последующую эволюцию вплоть до возникновения настоящих ферментов.

Смешанные в воде разные виды полимеров могли объединиться и образовать более крупные структуры. Чтобы превратиться в клетку, этот агрегат должен был обладать хотя бы зачатками свойств клетки:

• наличием липидно-белковой мембраны, отделяющей клетку от окружающей среды и осуществляющей обмен различными веществами между клеткой и средой;

• наличием белков, способствующих этому обмену со средой, выполняющих роль структурных белков и катализирующих бесчисленные биохимические реакции в клетке;

• наличием нуклеиновых кислот, содержащих информацию для синтеза определенных белков.

7.5. Какие основные этапы можно выделить в эволюции жизни на Земле?

К настоящему времени эволюционный путь земной жизни представляется достаточно хорошо изученным. Биологическая эволюция представляется неразрывно связанной с эволюцией планеты Земля, со сменой геологических эпох (Рис. 13). Развитие жизни по пути усложнения стало логическим продолжением возникновения предшественников живых организмов («протобионтов» – п. 7.3). В эволюции жизни на Земле можно выделить восемь этапов:

1. ПОЯВЛЕНИЕ ПРОКАРИОТ – простейших безъядерных клеток. Около 3,9 млрд. лет назад появились первые одноклеточные организмы, которые, вероятно, были сходны с современными бактериями и архебактериями. Прокариотные клетки не имеют оформленного ядра и специализированных органелл, в их желеподобной цитоплазме располагаются макромолекулы ДНК – носители генетической информации, и рибосомы, на которых происходит синтез белка, а энергия производится на цитоплазматической мембране, окружающей клетку.

2. ПОЯВЛЕНИЕ ЭУКАРИОТ – клеток с оформленным ядром. На это потребовалось почти 2 млрд. лет. Наиболее логичным путём усложнения одноклеточных организмов представляется поглощение других прокариотных клеток. Одни из них – аэробные бактерии – превратились в митохондрии (энергетические станции кислородного дыхания). Другие – фотосинтетические бактерии – начали процесс фотосинтеза (выработки органических веществ из углекислого газа и воды под действием солнечного света) внутри клетки-хозяина и стали хлоропластами в клетках водорослей и растений. Эукариотные клетки, имеющие в своём составе эти органеллы и четко обособленное ядро, включающее генетический материал, составляют все современные сложные формы жизни – от плесневых грибов до человека.

3. ОБЪЕДИНЕНИЕ клеток-эукариот С ОБРАЗОВАНИЕМ МНОГОКЛЕТОЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ; функциональная дифференциация клеток в организмах. 1,2 млрд. лет назад произошел взрыв эволюции, обусловленный появлением полового размножения и ознаменовавшийся появлением высокоорганизованных форм жизни – растений и животных. Образование новых вариаций в смешанном генотипе, возникающем при половом размножении, проявилось в виде увеличения биоразнообразия.

Рис. 13. Представление биогеохимической связи эволюции живого и планеты Земля в виде «спирали времени». Шкала времени выражена в миллионах лет [2]

4. ПОЯВЛЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ С ТВЕРДЫМИ СКЕЛЕТАМИ. Появились органические беспозвоночные формы с твердым скелетом (моллюски, членистоногие). Затем появляются хордовые животные – земноводные, примитивные рептилии, рыбы, птицы, млекопитающие.

5. ВОЗНИКНОВЕНИЕ у высших животных развитой НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ.

6. ФОРМИРОВАНИЕ МОЗГА.

7. ФОРМИРОВАНИЕ РАЗУМА – высшей формы мыслительной деятельности мозга.

8. ОБРАЗОВАНИЕ СОЦИАЛЬНОЙ ОБЩНОСТИ ЛЮДЕЙ.