3. Коацерватная стадия в процессе возникновения жизни

Коацерваты– это комплексы коллоидных частиц, раствор которых, как правило, разделяется на два слоя – слой, богатый коллоидными частицами, и жидкость, почти свободную от них. В некоторых случаях коацерваты образуются в виде отдельных капель, видимых под микроскопом. Для их образования необходимо присутствие в растворе нескольких (хотя бы двух) разноименно заряженных высокомолекулярных веществ. Поскольку в водах первичного океана это условие было соблюдено, образование в нем коацерватов могло быть реальным. Теория биохимической эволюции рассматривает коацерваты как предбиологические системы, представляющие собой группы молекул, окруженные водной оболочкой.

Коацерватная стадияв процессе возникновения жизни рассматривалась А.И. Опариным как этап биохимической эволюции, в процессе которого возникшие белковые молекулы, полисахариды, липиды – накапливались в водах мирового океана, полимеризовались и концентрировались в коацерватных каплях.

А.И. Опарин предположил, что в массе коацерватных капель должен был идти отбор наиболее устойчивых образований, длившийся многие миллионы лет. Способность к избирательной адсорбции постепенно преобразовывалась в устойчивый обмен веществ. Вместе с этим в процессе отбора оставались лишь те капли, которые при распаде на дочерние сохраняли особенности своей структуры, т.е. приобретали свойство самовоспроизведения – важнейшего признака жизни. По достижении этой стадии коацерватная капля превратилась в простейший живой организм. Коацерватные капли были местом встречи и взаимодействия до этого независимо возникавших простых белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и липидов.

Отдельная молекула, даже очень сложная, не может быть живой. Ученые считают, что первоначально на молекулярном уровне могли возникать лишь белково- и нуклеино-подобные полимеры, лишенные какой-либо биологической целесообразности своего строения. Только при объединении этих полимеров в многомолекулярные фазовообособленные системы могло возникнуть взаимосогласование их структур и биологическое функционирование новых целостных систем. Где-то на той же стадии возникает и естественный отбор, способствующий сохранению наиболее совершенных и целесообразных структур.

Предполагается, что самосборка мембранных липидных оболочек с заключенными в них биополимерами – важный шаг в переходе от химических смесей к организованным системам. Именно во внутренних полостях капель, куда извне могли выборочно проникать молекулы, началась эволюция от химических реакций к биохимическим, а переход к простейшей клетке произошел в форме скачка, характерного для самоорганизации вещества.

4. Начальные этапы развития жизни на Земле

Ученые считают, что первые примитивные клетки (прокариоты) появились в водной среде Земли 3,0–3,5 млрд. лет назад. Они питались синтезированными абиогенно (т.е. небиологическим путем) органическим веществами или менее удачливыми своими собратьями, т.е. были гетеротрофами– организмами, извлекающими необходимые для жизни органические вещества из внешней среды.

Энергетические потребности удовлетворяли за счет брожения. Отбор среди клеток велся на способность получать энергию и вещества из окружающей среды более эффективным путем и обращать их на создание потомства. При увеличении численности подобных организмов, запас органических соединений в первичном океане истощался. В этих условиях значительное преимущество при отборе должны были приобретать организмы, способные к автотрофности, т.е. к такому типу питания, при котором извне потребляются неорганические вещества, а синтез органических веществ осуществляется самим организмом за счет реакций восстановления и окисления. Следующим этапом было развитие фотосинтезирующих бактерий, использующих для осуществления синтеза органических веществ энергию солнечного света. В качестве побочного продукта фотосинтеза в земной атмосфере стал накапливаться кислород. Это явилось предпосылкой возникновения в ходе эволюцииаэробных организмов(использующих при дыхании кислород), усложняющих по мере развития свою структуру и обмен веществ. Полагают, в течение первых двух млрд. лет биологической эволюции существовали лишь микроорганизмы, причем некоторые из них были вполне похожи на нынешние бактерии и водоросли. За последние 600 млн. лет, составляющих всего 13% всей истории Земли (4,6 млрд. лет), расцвело все многообразие форм жизни, появился первый человек (около 3 млн. лет назад).