Проблема происхождения жизни на земле

Происхождение жизни – одна из трех важнейших мировоззренческих проблем наряду с проблемой происхождения Вселенной и проблемой происхождения человека.

Гипотезы:

1. Креационизм – жизнь – как результат божественного творческого акта

2. Гипотеза самопроизвольного (спонтанного) зарождения – жизнь возникала неоднократно из неживого вещества. Происхождение живого из разлагающейся почвы, гниющего мяса, тины, солнечного света, грязного белья и т.д.

Несостоятельность этой гипотезы доказана опытами Л.Пастера.

3. Гипотеза стационарного состояния – Земля и жизнь существовали всегда, вечно. Виды существовали всегда, однако могли либо вымирать, либо изменять численность.

4. Гипотеза панспермии – появление жизни на Земле, вследствие занесения ее, из космоса. Автор гипотезы – С.Арениус.

5. Теория Биохимической эволюции. Жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам. По мнению одного из авторов этой теории А.И.Опарина, происхождению жизни и ее развитию предшествовал достаточно длительный период химической эволюции.

Основные этапы биохимической эволюции жизни.

1. - Образование простых органических соединений из неорганических.

Условия на первобытной Земле:

• изначально очень высокая температура планеты (4000-8000 С),

• при постепенном снижении температуры вследствие вращения атомы тяжелых элементов перемещались к центру, атомы легких элементов (Н, О, С, N) – концентрировались в поверхностных слоях,

• при дальнейшем охлаждении Земли появились химические соединения – Н₂О, СН₄, СО₂, NH₃, HCN (цианистый водород) и образовалась первичная атмосфера Земли, имеющая восстановительный (бескислородный) характер (инертные легкие газы – гелий, неон, аргон, Н, О, N – уходили из атмосферы, еще не удерживаясь слабым гравитационным полем планеты),

• при дальнейшем снижении температуры произошел переход ряда газообразных соединений в жидкое и твердое состояние и образование земной коры (из С и тугоплавких Ме),

• при температуре поверхности Земли ниже 100 С – сгущение водяных паров, длительные ливни с грозами и образование больших водоемов,

• в результате активной вулканической активности – вынос на поверхность Земли раскаленной лавы, содержащей карбиды – соединение Ме с углеродом, при взаимодействии их с водой – образование углеводородов,

• протекание в горячей воде химических реакций с участием растворенных углеводородов и газов – аммиака, углекислого газа, цианистого водорода – накопление в большом количестве (10¹⁶ кг) простейших органических соединений на поверхности молодой планеты,

2. - Возникновение сложных органических соединений.

• На определенном этапе хим.эволюции Земли накапливается кислород (в результате разло

жения воды под действием УФ (фотолиз воды)),

• в течение 1-1,2 млрд. лет формируется вторичная окислительная атмосфера Земли, состоящая на 20 % из кислорода – окисление восстановленных соединений (2,5 млрд.лет назад переход от брожения к дыханию),

• образование в водах первичного океана концентрированного «органического бульона»: образование из разнообразных простых молекул сложных органических веществ - углеводов, липидов, аминокислот, белков и нуклеиновых кислот при высокой температуре, действии грозовых разрядов, УФ излучения (с учетом большой площади поверхности Земли и масштабов времени).

Возможность такого синтеза доказана экспериментально Стенли Миллером (1953), Орджеллом, А.М. Бутлеровым и др. В специальной установке были смоделированы условия первобытной Земли (смесь газов: аммиак, метан, водород, вода, углекислый газ + температура 70-80 С + давление неск.атм. + электрич.разряды напряжением 60 000 В + УФ - лучи), в которых могли синтезироваться сложные органические вещества. Так, были синтезированы 15 аминокислот, аденин, рибоза, простые нуклеиновые кислоты.

Однако, в природе все молекулы аминокислот являются левосимметричными (L-формами), тогда как в условиях искусственного синтеза случайным образом половина аминокислот оказывается D – формами (правосимметричные), а половина - L-формами.

3.– Образование коацерватов (белковых коллоидов).

• Концентрация, смешивание и объединение белковых молекул в океане в мелкие обособленные структуры раствора – коацерваты – коллоидные сгустки, отделенные от водной среды,

• Коацерваты имели сложную организацию и обладали свойствами простейших живых систем:

• поглощение веществ из окружающей среды, накопление веществ и рост коацерватов,

• процессы распада и выделение продуктов распада в среду,

• коацерваты имели примитивные биомембраны – агрегаты белков и липидов, ограничивающие вещество от среды и придающие прочность упаковки молекул, стабильность,

• включение в состав коацервата молекул РНК, ДНК,

• фрагментация и развитие

4. – Возникновение простейших форм живого (примитивный самовосроизводящийся гетеротрофный организм).

• Возникновение у коацерватов способности к самовоспроизведению и саморегуляции синтеза органических веществ,

• Автокаталитический механизм репликации ДНК и синтеза белка, т.е. циклическая система, в которой продукт реакции одновременно является и ее катализатором или исходным реагентом.

• Появление специальных белковых катализаторов – ферментов,

• Формирование генов.